Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu quy trình trích ly dịch từ quả mặc nưa (Diospyros Mollis Griff.) và ứng dụng nhuộm vải tơ tằm

Hình 3.4 Đồ thị mật độ quang và độ tận trích của dịch trích ly băng acetone từ quamac nua; Khối lượng vải và cường độ mau của vai to tằm nhuộm băng dịch trích lytừ quả mặc nua với khảo s

LE VÕ SƠN QUAN

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TRÍCH LY DỊCH TỪ QUÁ

MAC NƯA (DIOSPYROS MOLLIS GRIFF.) VÀ

UNG DUNG NHUOM VAI TO TAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa hocMã số: 60520301

TP HO CHÍ MINH, tháng 06 năm 2017

LE VÕ SƠN QUAN

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TRÍCH LY DỊCH TỪ QUÁ

MAC NƯA (DIOSPYROS MOLLIS GRIFF.) VÀ

UNG DUNG NHUOM VAI TO TAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa hocMã số: 60520301

Cán bộ hướng dẫn khoa học | : Tiến sĩ Phạm Thị Hồng Phượng

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : PGS.TS Lê Thị Kim Phụng

Cán bộ chấm nhận xét I : Tiến sĩ Hoàng Thị Kim DungCán bộ chấm nhận xét 2 : Tiến sĩ Phan Thị Hoàng AnhLuận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai hoc Bach Khoa, DHQG Tp.HCM ngày 27 tháng 07 năm 2017

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 PGS.TS Pham Thanh Quân

2 TS Hoang Thi Kim Dung3 TS Phan Thị Hoang Anh

4 TS Nguyễn Van Phong

5 TS Lê Xuân TiếnXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lýchuyên ngành sau khi luận van đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG KHOA KT HÓA HỌC

PGS.TS Phạm Thành Quân GS.TS Phan Thanh Sơn Nam

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÊ VÕ SƠN QUẦN MSHV: 1570179

Ngày, tháng, năm sinh: 14/02/1988 Nơi sinh: Bến TreChuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 60520301

1 TEN DE TÀINGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TRÍCH LY DỊCH TỪ QUÁ MẶC NƯA(DIOSPYROS MOLLIS GRIFF.) VA UNG DỤNG NHUỘM VAI TO TAM

2 NHIEM VU LUAN VAN- Tổng quan về cây mặc nwa (Diospyros mollis Griff.)- Khảo sát 4 dung môi trích ly dịch là nước, ethanol, acetone va diethyl ether.- Khảo sát quy trình trích ly dịch tối ưu

- Khảo sát quy trình nhuộm tơ tắm.- Khảo sát quy trình nhuộm tơ tăm có sử dụng HO, làm tác nhân oxy hóa.- Đánh giá chất lượng và tính sinh thái của vải tơ tăm sau nhuộm

3 NGÀY GIAO NHIỆM VU: 12/20164 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 06/20175 HO VÀ TÊN CAN BO HƯỚNG DAN: - TS PHAM THỊ HONG PHƯỢNG

- PGS.TS LE THI KIM PHUNG

Nội dung va dé cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Tp.HCM, ngày 12 thang 12 năm 2016

CAN BỘ HUONG DAN CHU NHIEM BỘ MON KHOA QL.CHUYEN NGANH

(Ho tén va chit ky) QUAN LY CHUYEN NGANH (Ho tén va chit ky)

(Họ tên và chữ ky)

TS Phạm Thị Hồng Phượng

PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan GS.TS Phan Thanh Sơn Nam

PGS TS Lê Thị Kim Phụng

Hồng Phượng và PGS.TS Lê Thị Kim Phụng đã tận tình giảng dạy và hướng dẫnkhoa hoc Xin tran trọng cảm ơn Trường Dai học Bách khoa Tp.Hồ Chí Minh cùngbạn bè đồng nghiệp và gia đình đã tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ tác giả trongquá trình học tập và hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cam on!

Cây mặc nua (Diospyros mollis Griff.) là một loài cây mọc hoang, quả đượcsử dụng để nhuộm màu đen, sản phẩm nồi tiếng được nhuộm từ quả mặc nưa làLãnh Mỹ A ở Tân Châu, An Giang Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng bốndung môi là nước, ethanol, acetone và diethyl ether để trích ly dịch và sau đó đemđi nhuộm trên vải tơ tăm Kết qua, dung moi acetone cho độ ôn định về hiệu suấttrích ly và cường độ màu Điều kiện tối ưu khi trích ly dịch bằng dung môi acetonelà thời gian trích ly: 70 phút; nhiệt độ trích ly: 61°C; tỷ lệ mặc nưa/dung môi: 1/10.Giá trị hiệu suất trích ly tối ưu Y¡ = 68.31% và cường độ màu tối ưu Y> = 3.72.

Quy trình nhuộm tơ tăm bằng dịch trích ly bằng aceton từ quả mặc nưa vớigid trị cường độ màu tối ưu: Y, = 3.2 ở nhiệt độ nhuộm: 85°C; thời gian nhuộm: 38phút và tỷ lệ dịch/nước: 1/2

Quy trình nhuộm tơ tăm băng dịch trích ly bằng aceton từ quả mặc nưa có sựhỗ trợ của HO, làm tác nhân oxy hóa với giá tri cường độ màu tối ưu: Y> = 3.59với nhiệt độ nhuộm: 69°C; Thời gian nhuộm: 35 phút; Tỷ lệ dịch/nước: 1/2 và nồngđộ HO: 3.6 g/l.

Vải sau nhuộm đạt các chỉ tiêu về độ bền màu cấp 4-5, độ bền cơ lý cao vàđảm bảo các tính chất sinh thái

Diospyros mollis Griff., locally known as “mac nua”, is a kind of wild plantwhose fruit is used to dye the famous black “Lanh My A” silk of Tan Chau, AnGiang province, Vietnam In this study, the author uses four solvents: water,ethanol, acetone and diethyl ether to extract solution and then dye it on silk As aresult, acetone solvents provide stability on extraction yield and color saturation.The optimum condition for extraction with acetone is the extraction time: 70minutes; an extract temperature of 61°C: ratio of material/solvent 1/10 Theoptimum extraction yield Y ; = 68.31% and the optimal color saturation Y, = 3.72.

After that, the solution extracted with acetone solution from Diospyros mollisGriff fruits was used to dye silk The result showed that at 85°C, silk dyed for 38minutes in the mixture with the ratio of solution and water 1:2 had value foroptimal color saturation value Y, = 3.22.

The solution extracted with acetone solution from Diospyros mollis Griff.fruits was used to dye silk and was supported by HO, as an oxidation agent withthe optimal color saturation value Y; = 3.59, temperature dyeing of 69°C, timedyeing of 35 minutes; ratio of solution/water: 1/2 and concentration of H;Os: 3.6g/l.

Silk after being dyed has achieved the level of 4-5 color fastness, highmechanical strength and make sure the ecological properties.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các sô liệu, kêtquả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và nội dung này chưa từng đượctác giả khác công bố.

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2017

Học viên cao học

Lê Võ Sơn Quan

\/10/900092 iDANH MỤC CAC KY HIỆU VA CHỮ VIET TẮTT -< << ==< 5< ivDANH MỤC BANG BI UU << << E3 1S E1 e9 sex e2 VDANH MỤC HÌNH ẢNH - 5-5-5 5 S939 9 x99 23 5E vii\/0067.10 5 1CHƯƠNG 1 TONG QUAN LY THUYET cccccssssssssssesssccscssssesesssessssessesceees 31.1 Giới thiệu chung về cây mac nua (Diospyros mollis GrifŸ.) - 31.1.1 Đặc điểm thực vật và phân loại ¿+ + E221 1212111 511111111 kg 31.1.2 Thành phân hóa học ¿-¿- ¿E2 E SE 2 511123 8 5 515121 51511112111 51111011111 1x 41.2 Giới thiệu chung về to tăm - + 2 211 1S 515121 5111111111101 110101111 1e 41.2.1 Sơ lược vỀ tơ tĂm c1 vn TH TT ng TH nung ng ri 41.2.2 Thành phân hóa học ¿ ¿E2 2 511121 8 5 515121 51511111511 5111111101 1e 51.2.3 Tính chất vật lý ¿- - 6 SE 212121 5 5 51112511 515111111501 11 010111 1111010100 1E 1y 51.2.4 Tính chất hóa hoc - -c- - t1 E11 E51 5111 119151111 11 H1 cung kg rkp 51.3 Tổng quan về quá trình trích Ìy ¿-¿ ¿+ 252 SE E‡E+E£E‡E 2E 2E Ervrrrrerred 61.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích Ìy - +52 25s s£+£zsex+xsxss2 61.3.2 Các phương pháp trích ly chất màu tự nhiên - 5-52 2 2= s+x+x+s2 61.3.3 Dung mi trich Ly 2 ẦẦdẦao 81.3.4 Trích ly chat màu tự nhiên từ quả mac nua ứng dụng trong công nghệ nhuộmI2 8 9 1P 9

1.4 Tình hình nghiên cứu về phương pháp trích ly dich từ quả mặc nua ứng dụngtrong công nghệ nhuộm hiện NAY - - S S1 Y1 kg II

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thé giới - - ¿+ 252252222222 ££vEvEeeereeerrrred II1.4.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam - HH kg 111.5 Tổng quan về lý thuyết mau sắc va lich sử chat màu tự nhiên 121.5.1 Sự hap thụ ánh sáng và cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ 121.5.2 Lich sử chất màu tự nhiÊn - 6-6 x91 95623 S512 91 1E vs ng svi 201.6 Quá trình nhuộm vật liệu dệt bang chất màu tự nhiên - 5-5: 24

1.6.1 Ban chat của quá trình nhuộm vật liệu dệt [1][3][4] [22] - 241.6.2 Nhuộm tơ tăm băng chất màu tự nhiên ¿+ +52 2 2 2£+E+z£z£zczersree 25CHƯƠNG 2 THUC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 262.1 Đối tượng nghiên CỨU ¿c5 5c SE 93121235121 12E 1 1211115211111 1 111 cee 262.1.1 Nguyên vật lIỆU - - SH HH nhìn gen 262.1.2 ổn 262.1.3 Hệ thống thiẾt bị, E222 E1 121 5 115111252111 111101 01211101 15010 10111010 re 262.2 Phương pháp nghiÊn CUU - << 5< G9911 ng he 272.2.1 Xác định điều kiện tối ưu của quá trình trích ly và quá trình nhuộm bằngphương pháp quy hoạch thực nghiỆm - - E5 S1 x3 9 1 kg 282.2.2 Phương pháp tính toán màu sắc trên vải 5+ 2 + + 2s 2£ z£zezszzczcee 292.2.3 Các phương pháp xác định dịch trích ly từ quả mặc nưa - 322.2.4 Các phương pháp kiểm tra các chỉ tiêu về độ bên và tính sinh thái của vải tơtăm nhuộm băng dịch trích ly từ quả mặc UA - 5555 ĂSSSssssssssssssss 342.3 Nội dung nghiÊn CỨU - 55 + 101101030393 9 9 ng ng 352.3.1 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của quá trình trích ly dịch từ quả mặc nua362.3.2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm vải tơ tam bang chatmàu tự nhiên dịch từ quả mặc nua có sử dụng HO» làm tác nhân oxy hóa 39

CHƯƠNG 3 KET QUA VA BAN LUẬN 5-5-5 5 << 5 SsSsssssssssssssse 41

3.1 Quá trình trích ly dịch từ quả mặc nưa S111 11111333 8 se 4]3.1.1 Phuong pháp trích ly dich từ qua mặc nưa 5S S S132 <£<+2 4]3.1.2 Nghién cửu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly dịch bằng acetone từquả mặc nua băng phương pháp luân phiên từng biên - << << <<<+2 423.1.3 Tối ưu hóa quá trình trích ly dịch bang acetone từ quả mặc nưa 453.1.4 Điều kiện tối ưu quá trình trích ly dịch bằng aceton từ quả mặc nua 513.2 Tối ưu quá trình nhuộm vải tơ tăm bang dịch trích ly bang acetone từ qua mặc¡0 0 Ầ 513.2.1 Ma trận thực nghi€m eee ee eeecececceceeessececceceeaaaeesececeecaeauaeseeceeeeeeaaeeeeeeees 513.2.2 Cường độ mau cua vải to tam sau nhuộm từ ma trận thực nghiệm 533.2.3 Phân tích phương sai và hồi quy -¿- ¿5555252 Sz cv vEvtekekeererereree 54

3.2.4 Điều kiện tối ưu qua trình nhuộm vai bang dich trích ly bang aceton từ qua¡190017 aióáó 563.3 Tối ưu quá trình nhuộm vải tơ tăm bang dịch trích ly bang acetone từ quả mặcnua có sử dụng HO; làm tác nhân oxy hÓa Ă Ăn nhe 563.3.1 Ma trận thực nghiỆm - - c0 2 nh 563.3.2 Cường độ màu của vải to tam sau nhuộm từ ma trận thực nghiệm 583.3.3 Phân tích phương sai và hồi quy c.cccscsescscscscsesescseesesesesesssssescseseseseseseseeeen 593.3.4 Điều kiện tối ưu quá trình nhuộm vải bang dịch trích ly bang aceton từ quảmặc nua có sự hô trợ Của Hzs - - + +22 3301113011011 301331110 1111511111115 11555 613.4 Kết quả phân tích dịch và sản phẩm nhuOM c.ccecscceccsesesesesescscseseseseseseeeeen 623.4.1 Kết quả phân tích dịch trích ly từ quả mặc nưa - 55555555: 623.4.2 Kết quả kiểm tra độ bền màu và tính sinh thái của vải tơ tắm nhuộm băng dịchtrích ly bang acetone từ quả MAC nưa - - S111 1v vn vn nhe 67KET 000 69TÀI LIEU THAM KH ÁOO - 5° s5 4# E2 2959x923 9522 70PHU LLỤC 2© 6° G9 SE£ + €S# E9 S94£E9EEEEE9eEEES 94392439222 2see 75

IRFT-IR

RAMANHPLC

UPLCLC-MS

XRD

SEMCIE

CIELABTDSBODCOD

=.

pal)

a

1 xx

x

DANH MỤC CAC KY HIỆU VÀ CHU VIET TAT

Quang phổ tử ngoại kha kiến (Ultraviolet-Visible)Phố hồng ngoại (Infrared Spectrometer hay Spectrophotometer)Quang pho hồng ngoại chuyển đổi Fourier (Fourier transform- InfraredSpectrometer)

Phổ tán xa (Raman Spectroscopy)Sac ký lỏng hiệu năng cao (High performance liquidchromatography hay High-pressure liquid chromatography)

Sac ký lỏng siêu cao áp (Ultra performance liquid chromatography)Sac ky long khối phố (Liquid Chromatography- Mass Spectrography)

Nhiéu xa tia X (X-ray diffraction)

Kính hién vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)Ủy ban Quốc tế về Chiếu sáng (Commission internationale del'éclairage)

Không gian mau LAB (Commission Internationale de | Eclairage LAB)Tong chat ran hòa tan (Total Dissolved Solids)

Nhu cau oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen demand)Nhu cau oxy hóa hoc (Chemical Oxygen Demand)Tông màu hoặc ánh mau (Hue or Memerism)Độ bão hòa hoặc độ thuần sắc (Saturation)Độ sáng (Lightness)

Tọa độ màu trên trục đỏ lụcTọa độ màu trên trục vàng lam

Bang |.1 Phan loại khoa học của cây mặc nưa [Š2 ] - s11 es 3Bảng 1.2 Các dung môi thường dùng được sắp xếp tăng dan tương đối theo chỉ sốPHAN CUC [17] — ÓỒỎ 9Bang 1.3 Sự liên hệ giữa bước sóng hap thu và mau sắc của vat hap thu [1] 13Bang 1.4 Bảng sự dịch chuyển màu sự ảnh hưởng nối đôi liên hợp [T] 14Bảng 1.5 Bảng sự chuyển màu do ảnh hưởng của nhóm thé [33] - 15Bang 1.6 Một số phẩm nhuộm thiên nhiên [26] - 5-2 2 + 5552 2£z£+£+<+<£z£+2 20Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu dé tài 5552555525 5s2<c 26Bang 2.2 Dụng cụ và hệ thong thiết bị sử dụng 5-2 + + 5+2 £zEzezszzcscee 26Bảng 2.3 Bảng tiêu chuẩn đánh giá cấp độ đều màu và lệch màu [3] 32Bang 2.4 Điều kiện trích ly dich từ quả mặc nua với từng dung môi chiết 37Bảng 2.5 Khoảng nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ trích ly dịch từ quả mặc nua can khảo"0 =ÒÒÔÒÔÔU -.ỎcỎÔảÁsÃẳĂ'Á'iÁii 37Bảng 3.1 Bảng số liệu kết quả ảnh hưởng của các dung môi trích ly dịch từ quả mặc0 4]Bang 3.2 Bang két qua anh hưởng của nhiệt độ trích ly dich từ qua mặc nua 43Bang 3.3 Bảng kết quả ảnh hưởng của thời gian trích ly dịch từ quả mặc nưa 44Bang 3.4 Bang kết quả anh hưởng của ty lệ mặc nưa/dung môi trích ly dich từ qua¡190017 aióáó 41Bảng 3.5 Mức các yếu tố thí nghiệm trực giao cấp II + 5s+scscs5s 46Bang 3.6 Ma trận thực nghiệm trực giao cấp Ï[ ¿-¿ 2 + xe se cscscee 47Bảng 3.7 Kết quả phân tích ảnh hưởng của các yếu tô đến hiệu suất trích ly vàCường AO màU - - <1 TH nh 46Bảng 3.8 Giá trị ước lượng của các hệ số trong phương trình hồi quy 49Bảng 3.9 Mức các yếu tố thí nghiệm trực giao cấp ÏI + 5s+scscs5s 51Bang 3.10 Ma trận mã hóa ba biến trực giao cấp ID cceccesesesesescseseseseseseseeeeeen 52Bang 3.11 Két quả cường độ mau của vải tơ tam sau nhuộm thu được từ ma trậnmi) 207777 .5.ẽ 53Bang 3.12 Kết quả phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đến cường độ màu 54

Bảng 3.13 Giá trị ước lượng của các hệ số trong phương trình hồi quy 55Bang 3.14 Phạm vi và các mức nghiên cứu cua bốn bién được chọn - 56Bang 3.15 Bảng mã hóa của bốn biến được chọn -. ¿2 + + 2 2522222222 2s s2 57Bang 3.16 Két quả cường độ mau của vải tơ tam sau nhuộm thu được từ ma trận

001901004000 CrtidỞỞỞỞỞỞỞỎÊVẢỔỒỀ - 58Bang 3.17 Kết quả phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đến cường độ màu 60Bang 3.18 Giá trị ước lượng của các hệ số trong phương trình hồi quy 60Bảng 3.19 Công thức cau tao, công thức phân tử, khối lượng mol của một số hợpchất có trong dịch CchiẾt MAC nưa - G2 Ss St 9195191191 1 11 1E 1g ng ng 64

DANH MUC HINH ANH

Hình 1.1 Quả mac nưa [7] - << S1 3300101010 33111009 1 1 11 1 1n ni ng 3Hình 1.2 Công thức cau tạo của diospyrol [39] - - + +x+s2s+s2z££eezxeeeresred 4Hình 1.3 Cấu tạo Fibroin trong sợi to tằm [45] c SG cv 2x SE Sky sa 5Hình 1.4 Hệ thống chiết Soxhlet [1] 5-52 252 2622222 E+E£E£E£££2EzEzEre£zezvrerees 7Hình 1.5 Hệ thống lò lò vi sóng gia dụng sử dụng trích ly hợp chat tự nhiên [28] 8Hình 1.6 Sự phân bố nông độ trong các pha của quá trình chuyên khối [1 1] 9Hình 1.7 Sự thay đối nồng độ của các cấu tử mang màu gần bề mặt nguyên liệu (a)và xác định tôc độ quá trình trích ly ran — lỏng (b) [II ] ~ <<<<<<<«+ 10Hình 1.8 Các bước thay đối năng lượng [1] - + 2 5£ 2+2 2£ £+E+z£z£zczezszee 13Hình 1.9 Trạng thái chuyển điện tử [ I ] -: - ¿2552 252 £+E+xeEvrexexeeeerereeeree 13

¬— 16Hình 1.10 Thứ tự phân bố các mức năng lượng [49]

Hình 1.11 Thực vật Resedaceae và công thức cua luteolin [52 |]' - 21Hình 1.12 Thực vat Rubia tinctorum (Thiên thảo) và Công thức của alizarin [52] 22Hình 1.13 Quá trình tạo thuốc nhuộm tự nhiên mau đỏ tia [Ï]' c5 25555: 22Hình 1.14 Cây Indigofera và công thức cau tạo của indigo [52] - 23Hình 1.15 Cây Haematoxylum campechianum và công thức của Hematein [52] 23Hình 1.16 Phản ứng gan mau của một loại thuốc nhuộm tự nhiên với tơ tam 25Hình 2.1 Máy nhuộm Osci Color, Eco dyer và máy say mini sử dụng trong luận van

¬ 27Hình 2.2 Không gian mau CIE LAB [4] - -ẶSSSSSSSSYYY Y1 335358383 s2 30Hình 2.3 Trục độ sáng Lý” [4] ¿ ¿<< 2 6212123 1 32523 3E EEEEEE5151 1111111111 xe 30Hình 3.1 Đồ thị mật độ quang và độ tận trích của dịch trích ly từ quả mặc nưa băngdung môi nước, ethanol, acetonee va diethyl ether - 55555 S S3 s*s<es+2 41Hình 3.2 Đồ thị khói lượng vải và cường độ màu của vải tơ tam nhuộm bang dichtrích ly từ qua mặc nua bang dung môi nước, ethanol, acetone va diethyl ether Hình 3.3 Đồ thị mật độ quang và độ tận trích của dịch trích ly băng acetone từ quamac nua; Khối lượng vải và cường độ mau của vai to tằm nhuộm băng dịch trích lytừ quả mac nua với khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ - + «<< <<ss+2 43

Hình 3.4 Đồ thị mật độ quang và độ tận trích của dịch trích ly băng acetone từ quamac nua; Khối lượng vải và cường độ mau của vai to tằm nhuộm băng dịch trích lytừ quả mặc nua với khảo sát anh hưởng của thời ølan 555cc s2 44Hình 3.5 Đồ thị mật độ quang và độ tận trích của dịch trích ly băng acetone; Khốilượng vải và cường độ màu của vải sau nhuộm băng dịch trích ly từ quả mặc nưavới khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mặc nưa/dung TÔI - + ss2 45Hình 3.6 Ảnh hưởng của các yếu tô đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải saunhuộm bằng dịch trích ly bang acetone từ quả mặc nưa - 2555555: 46Hình 3.7 Ảnh hưởng của từng yếu tô đến hiệu suất trích ly và cường độ mau vải 5Hình 3.8 Hiệu ứng các yếu tố tác động lên cường độ màu của vải to tằm 54Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện dạng tác động bậc hai của các yếu tố đến cường độ màuCủa Vải tO fĂm - HH2 TH TH TH TH TH TH HT TH HH TH ng nọ 56Hình 3.10 Biêu đô Pareto biêu diễn hiệu ứng các yêu tô tác động lên cường độ mau.Hình 3.11 Biéu đồ thé hiện dạng tác động bậc hai của các yếu tố ảnh hưởng đếncường độ màu của vải tO tăm - ¿c3 S511 E1 11112515111 5 1111 511111 kg rrrưkg 61Hình 3.12 Phố FT-IR của dịch trích ly bang nước, ethanol, aceton va diethyl ethersau trích ly và sau NHUOM - - -«« « «+ + 1 3020999993 9 E1 vn ng 63Hình 3.13 Phé FT-IR của tơ tam trước và sau nhuộm băng dịch - 63Hình 3.14 XRD của vải tơ tăm trước nhuộm và sau nhuộm băng dịch trích ly băngACETONE CU QUA MAC NUA - 5 0 1011010110103 9 9399 9 19 ng 66Hình 3.15 Cấu trúc của vai tơ tam trước và sau nhuộm băng dich trích ly bangACETONE CU QUA MAC NUA - 5 0 1011010110103 9 9399 9 19 ng 67

Hình thành và phát triển từ nhu cầu thiết yếu của con người, ngành dệtnhuộm đã mang đến sự phong phú, đa dạng về chủng loại và màu sắc, nhưng cũnglà một trong những ngành đang gây ô nhiễm môi trường nhất hiện nay bởi ngànhđệt nhuộm chu yếu sử dụng thuốc nhuộm tong hop va cac chat tro nhu déu mau,chất ngam, Diéu nay gây ra cho nước thải nhuộm có mau, TDS, BOD, COD quácao dẫn đến ô nhiễm môi trường Dé xử lý nước thải nhuộm cần có một chi phí đầutư rất lớn và bài toán kinh tế đã đưa đến một thực trạng là hàng loạt công ty trongngành này đã xử lý qua loa, thải ra ngoài môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe vàđời sống cộng đồng Trong những năm qua, việc sử dụng các chất màu có nguồnsốc tự nhiên từ củ, quả, lá, ứng dụng trong dệt nhuộm đã được quan tâm nghiêncứu Dé tài được hướng đến sử dụng thuốc nhuộm có nguôn gốc tự nhiên, cụ thé détài này sử dụng là quả mặc nưa Một loại quả cho màu đen tuyển VỚI san phẩm tiêubiểu là Lãnh Mỹ A - nỗi tiếng một thời khắp Nam Bộ và được xuất khẩu nhữngnăm thập niên 80 cua thế ky trước, nhưng hiện giờ đã dan mai một do nên cơ chế thitrường, sản xuất công nghiệp hàng hóa số lượng lớn và diện tích trồng cây mặc nưadan thu hep, thay thế bởi các cây có hiệu quả kinh tế khác.

Việc sử dụng quả mặc nưa để nhuộm tơ tăm đã được thực hiện thủ công từxưa, tuy nhiên việc nghiên cứu các chất tạo nên màu đen từ quả mặc nưa thì chưađược chú trọng Do vậy dé tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu quy trình trích ly dịchtừ quả mặc nua (Diospyros mollis Griff.) và ứng dụng nhuộm vai tơ tăm” là hết sứccần thiết và sẽ góp phan làm sáng tỏ các chất màu có thé gan trên vải tơ tam, cũngnhư thúc day việc khai thác và sử dụng các chất màu tự nhiên giúp cho ngành dệtnhuộm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

2 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu* Đối tượng nghiên cứu

Trong dé tài này, đối tượng nghiên cứu là quả mặc nua (Diospyros mollisGriff.) được thu hái ở công viên Gia Định, đường Hoang Minh Giám, phường 3,Quận Gò Vấp, thành phố Hồ Chí Minh

- Thiết lập quy trình trích ly dịch từ quả mặc nua.- Thiết lập quy trình nhuộm tơ tam với dịch chiết từ quả mặc nua.

3 Nội dung nghiên cứu

Đề dat được mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu của luận văn gồm có:- Khảo sát phương pháp trích ly dich với từng loại dung môi, từ đó chọn loạidung môi thích hợp để trích ly dịch

- Nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình trích ly dịch nhưnhiệt độ, thời gian, tỷ lệ rắn — lỏng

- Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình nhuộm vải tơ tam bang dịch trích ly từ quảmặc nua có sử dụng HO; làm tác nhân oxy hóa.

- Kiểm tra các chỉ tiêu như độ bền mau, độ bền ma sát, khối lượng vải, tínhsinh thái đối với vải tơ tăm sau khi nhuộm bằng dịch trích ly từ quả mặc nưa

- Phân tích và nhận diện dịch trong dịch chiết và trên vải tơ tam đã nhuộmbăng các phương pháp phân tích hiện đại như: UV-Vis, IR, FT-IR, RAMAN,HPLC, LC-MS, XRD, SEM

4 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tài* Ý nghĩa khoa học

- Cung cấp những thông tin khoa học về quy trình chiết tách, xác định thànhphân hóa học

- Tạo tiền đề cho những nghiên cứu sâu hơn về quả mặc nưa.* Ý nghĩa thực tiễn

- Xác định được quy trình trích ly dịch từ quả mặc nưa đến khả năng ứngdụng trong nhuộm vải tơ tam

- Tao một sản phẩm thân thiện với môi trường và có lợi cho sức khỏe conngười, góp phần nâng cao vị thế của thuốc nhuộm tự nhiên trong việc thay thế mộtphan thuốc nhuộm tổng hợp cho vải tơ tăm

1.1.1 Đặc điểm thực vật và phân loại

Mặc nua tên khoa học là Diospyros mollis Griff - là một loài cây mộc cỡtrung bình thuộc chi Thị Mặc nua phô biến ở khu vực Đông Dương như ở miềnNam Việt Nam, Campuchia, Lào, Thái Lan và Myanma [52].

Bảng 1.1 Phân loại khoa học của cây mặc nưa [52]

Phân loại khoa họcGidi (regnum): Plantae(khong phan hang): Angiospermae(không phan hạng) EudicotsBộ (ordo): EricalesHo (familia): EbenaceaeChi (genus): DiospyrosLoai (species): D mollisTén hai phan

Diospyros mollisGriff.La mac nua khá dây, nhăn mặt, nhọn mũi, dai khoảng 5-12 cm, sắc hoa vàngnhạt, hoa đực mọc thành chum 1-3 bông, hoa cai mọc don Trai mặc nua hình câu,màu xanh, khoảng 1-2 cm đường kính, trái có nhiêu tannin, được dùng đê nhuộmvải màu đen.

Hình 1.1 Qua mặc nua [7]

Ở Việt Nam, mặc nua được trồng nhiều ở vùng Tân Châu, Kiên Giang, BìnhPhước, Binh Dương, mọc hoang ở Ninh Thuận Trước năm 1976, quả mac nuađược sử dụng để nhuộm lụa, nỗi tiếng là lụa Tân Châu, nhưng hiện nay rất ít sửdụng do sản phẩm làm ra chi phí cao không cạnh tranh được với hàng vải ngoại

g6, do đó công ty công viên cây xanh tp.Hồ Chí Minh đã trồng cây mặc nua bảotôn cũng như tạo bóng mát ở một số khu vực ở đường Huỳnh Thúc Kháng, Hai BàTrưng, Cống Quỳnh — quận 1, đường An Bình — quận 5, trước cong bệnh việnThống Nhất — Quận Tân Bình và trong một sỐ công viên như Gia Dinh — Go Vấp,

Lê Van Tam, Tao Đàn — quận 1, 1.1.2 Thành phân hóa học

Trong quả mặc nua có chứa khoảng 2% diospyrol — là một hợp chấtpolyhydroxy binaphthyl, được trích bằng ether, alcol hay acetone, dùng để nhuộmnylon, visco, to tam có chất lượng rất tốt [26][42][46]

Ngoài ra, còn có một số hợp chất khác như hydroquinone, saponin, tannin,lupeol, g-amyrine, B-sitosterol , 1 ,8-dihydroxynapthalene, binaphthyl,steroid, [2][14][39].

1.2 Giới thiệu chung về tơ tam1.2.1 Sơ lược về tơ tam

Tơ tằm là kết quả của sự hóa rắn chất lỏng nhớt do con tăm tiết ra; đây là loạisâu bướm chủ yếu sống bằng lá dâu Sâu bướm này có tuyến sản sinh sericin ở haibên sườn là các ông dạng phéu hẹp Ở cuối thân sâu tam, hai ống này hợp lại hìnhthành một kênh tiết dịch ngăn duy nhất Filament tiết ra răn lại khi tiếp xúc vớikhông khí dé hình thành một sợi tơ mà con tam cuốn quanh mình, làm thành kén

và có nhiều chỗ không đều dọc theo chiều dài Nó làm từ 2 dải sericin từ 2 tuyến tocủa sâu tằm Các dai này dính vào nhau và xoăn nhẹ vào nhau

1.2.2 Thành phân hóa học

Cũng như len, thành phan chính của tơ tăm là protein, nhưng gồm hai loạiprotein: Fibroin: 70 — 80%; sericin: 20 — 28%, ngoài ra còn chứa một số tạp chat,khoáng chất và chất màu [19]

Chính fibroin tạo thành các tính chất tơ tằm, sericin cũng có thành phầntương tự fibroin nhưng với tỷ lệ khác và trộn với sáp và chất khoáng, bao quanhfibroin hình thành “keo” tơ.

1.2.3 Tính chất vật lý

Tỷ trọng: 1.3 — 1.37; hàm âm: 11%; độ dẫn nhiệt kém (tơ tằm là chất cáchnhiệt tốt): tính chịu nhiệt tốt hơn len; cảm giác SỜ tay rất dễ chịu Tính chất cơ ly:độ bền đứt: 30 — 50 g/tex (khi ướt thì kém hon); độ giãn đứt: 13 — 20% [3][4]

1.2.4 Tính chất hóa học

To tam trương nở trong nước có giới hạn Tương đối bền với acid, dung dịchacid loãng nhiệt độ cao vẫn không phá hủy to tam mà còn làm xốp và làm mịn tơ.Tuy nhiên, tơ tăm bị trương nở mạnh trong dung dịch acid đậm đặc

Kém bền với kiềm, dung dịch kiềm đậm đặc sẽ hòa tan fibroin, thí dụ dungdịch kiềm 5 — 7% sẽ phá hủy tơ tăm trong vài phút Kém bên với cả chất oxy hóanhững bên với chất khử Trong các quy trình tay trang trước đây người ta van sử

1.3 Tổng quan về quá trình trích ly1.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly

Trích ly là quá trình hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử trong mẫunguyên liệu bằng cách cho nguyên liệu tiếp xúc với dung môi Khi nguyên liệu vàdung môi tiếp xúc nhau thì dung môi sẽ thấm vào nguyên liệu, sau đó hòa tannhững chat tan có trong tế bào nguyên liệu rồi khuếch tán ra ngoài tế bào Động lựccủa quá trình trích ly là sự chênh lệch nồng độ của cau tử ở trong nguyên liệu và ởtrong dung môi [10].

Trích ly chất màu tự nhiên ứng dụng trong công nghệ nhuộm là quá trìnhtrích ly ran long là qua trình hoa tan chon loc một hoặc một số cầu tử của chất ranbăng một chất lỏng Cơ sở lựa chọn dung môi trích ly là độ phân cực của các hợpchất chứa trong nguyên liệu và độ phân cực của dung môi Ngoài ra, phải dựa trêncác điêu kiện như: trung tính, không độc, không quá dễ cháy, hòa tan được hợp chatcần khảo sát, sau khi chiết tách xong dung môi có thé được loại bỏ hoặc thu hỏi dédàng.

Trong quá trình trích ly sẽ xảy ra một số quá trình như khuếch tán, thâmthấu, hòa tan và chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố như sự chênh lệch nồng độgiữa 2 pha, diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi, độ 4m của nguyên liệu,nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly [10].

1.3.2 Các phương pháp trích ly chất màu tự nhiên1.3.2.1 Phương pháp trích ly chiết ngâm

Phương pháp trích ly chiết ngâm được tiễn hành ở nhiệt độ dưới 100°C, ở ápsuất 1 atm (hay 101.325 Pa), là phương pháp tương đối đơn giản va dễ lắp đặt, gianhiệt gián tiếp qua nước, tránh hiện tượng quá nhiệt khi đun nóng, hạn chế đượchiện tượng cháy chất cần đun Bên cạnh đó, sử dụng nhiệt gián tiếp từ nước sẽ gópphan kiểm soát được nhiệt độ và giảm nhiệt nhanh nếu tăng cao hơn so với nhiệt độkhảo sát Phương pháp ngâm chiết được được ứng dụng nhiều trong công nghệ táchchất màu tự nhiên từ thực vật [10]

điều chỉnh nhiệt độ Một bộ phận chứa mau bột, gồm ống (4) có đường kính lớn, ởgiữa dé chứa bột; ống (6) có đường kính trung bình dé dẫn dung môi từ bình (1) baylên đi vào ông (4); ống (3) có đường kính nhỏ, là ống thông nhau dé dẫn dung môi

Hình 1.4 Hé thông chiết Soxhlet [10]Ưu điểm: Tiết kiệm dung môi, chỉ một lượng ít dung môi mà chiết kiệt đượcmẫu Không phải tốn công lọc và châm dung môi mới, không tốn các thao tác vàchâm dung môi mới như các kỹ thuật khác, chỉ cần căm điện, mở nước hoàn lưu làthiết bị sẽ thực hiện sự chiết, chiết kiệt hợp chất trong bột nguyên liệu vì bột nguyênliệu luôn được chiết liên tục băng dung môi tinh khiết

Nhược điểm: Kích thước của thiết bị làm giới hạn lượng bột nguyên liệu cầnchiết Trong quá trình chiết, các hợp chất chiết ra từ bột nguyên liệu được trữ lạitrong bình cau, nên chúng luôn bị đun nóng ở nhiệt độ sôi của dung môi vì thé hợpchất nào kém bên nhiệt dễ bị hư hại Do toàn hệ thống của thiết bị đều bằng thủytinh và gia công thủ công nên giá thành của một thiết bị khá cao, nhất là các nút màiđược gia công thủ công nên chỉ cần làm bé một bộ phận nào đó thì khó tìm đượcmột bộ phận khác vừa khớp dé thay thé

1.3.2.3 Phương pháp có sự hỗ trợ của vi sóng

Vi sóng là những nguồn sóng có chiều dài bước sóng từ Imm đến 1m, hoặctừ tần số 300 MHz đến 300GHz ly trích bằng sóng siêu âm dựa vào nguồn nănglượng hấp thụ bởi các phân tử hóa học có cực Hiệu quả của phương pháp sử dụng

Nhược điểm: Nhiệt độ sôi của các dung môi đạt được rất nhanh có thể gâyno, không áp dụng cho các phân tử không phân cực, khó áp dụng cho quy mô côngnghiệp vì đầu tư cho thiết bị vi sóng là không nhỏ để có đủ công suất.

1.3.3 Dung môi trích ly

Dung môi trích ly là các dung môi hoà tan được hợp chat cần trích ly Khảnăng đó của dung môi lại phụ thuộc một vài tính chất của nó như độ phân cực, độnhớt, sức căng bề mặt

Các chất màu tự nhiên đa số là các hợp chất phân cực nên chủ yếu sử dụngdung môi phân cực như nước, ethanol, methanol, dung dịch acid loãng đề chiếttách Trong các nghiên cứu công bố về các hợp chất trong quả mặc nưa thường sửdụng các dung môi như acetone, ancol, ether, để chiết tách [26][42][46]

Hang sô Độ tan

Dung môi Nhiệt độ điện môi ch 180 Do nhot trong nướcsối (C) ở 250C phân cực | (mN.S.m“) (3w/w)

Hexane 69 1.9 0.0 0.33 0.001Diethyl ether 35 4.34 2.3 0.32 6.89

Acid acetic 118 6.2 6.2 1.26 100Nước 100 78.5 9.0 1.0 1001.3.4 Trích ly chất mau tự nhiên từ qua mặc nwa ứng dung trong công nghệnhuộm vật liệu dét

Quá trình trích ly chất màu từ quả mặc nưa là quá trình trích ly rắn lỏng.Trong quá trình nay, dung môi tiêp xúc trực tiép với nguyên liệu, hòa tan và vậnchuyên chât màu vào dung môi, thường xảy ra các hiện tượng hòa tan, khuêch tán,thâm thấu Vi vậy tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào nhiễu yếu tố như: hìnhdang, kích thước, thành phan, cau trúc bên trong của quả, tính chất hóa lý và chế độthủy động của dung môi, kiểu thiết bị, phương pháp trích ly, ty lệ ran lỏng, thời gianvà nhiệt độ trích ly.

Hình 1.6 Su phân bố nông độ trong các pha của quá trình chuyển khối [11]Động lực của quá trình trích ly chất màu là sự chênh lệch nông độ của cáchợp chất mang màu trên bề mặt nguyên liệu và nồng độ của chúng trong dịch chiết

Cọ Trạng thái cần băng đạt được khi thế hóa của cấu tử hòa tan ở trong chất rănbang thé hóa của nó ở trong dung dịch ở cùng nhiệt độ Khi đó nồng độ của dungdịch tương ứng với nồng độ bão hòa gọi là độ hòa tan Phương trình cấp khối haytốc độ của quá trình trích ly có dạng:

Trong đó: m là lượng cấu tử phân bố, F là bề mặt tiếp xúc pha tại thời điểm7; B là hệ SỐ cấp khối, Cy, là nông độ cau tử hòa tan ở bề mặt chất ran, tai nông độnày cân bằng được thiết lập rất nhanh, Co là nồng độ trung bình chất ran hòa tantrong dung dịch.

Cơ chế của quá trình chuyển khối trong hệ ran lỏng rất phức tạp phụ thuộcvào nhiều yếu tố Nếu gọi D là hệ số khuếch tán phân tử thì hệ số cấp khối B = D/6tỷ lệ nghịch với chiều dày của lớp màng chảy dòng 8 ở sát bề mặt vật thé ran, tức làphụ thuộc vào chế độ thủy động của dung môi

Hình 1.7 Sự thay đổi nông độ của các cầu tử mang màu gân bê mặt nguyên liệu (a)

va xác định tốc độ quá trình trích ly rắn — long (b) [11]Ngoài ra, kích thước của hat ran càng giảm thi tốc độ của quá trình trích lycàng tăng, do tăng bề mặt tiếp xúc pha và giảm đoạn đường khuếch tán trong cáchạt rắn Tuy nhiên, kích thước của các hạt rắn càng giảm thì năng lượng tiêu tốn choquá trình nghiền càng tăng, do đó phải chọn kích thước hạt rắn thích hợp Tỷ lệ giữalượng dung môi và lượng chat ran ảnh hưởng lớn đến tốc độ khuếch tán Tỷ lệ nàycàng cao thì tăng tốc độ khuếch tán và kha năng tách triệt dé cau tử phân bố càngnhiều , nhưng tiêu tốn năng lượng để tách cấu tử phân bồ trong dung môi càng tăng.Do đó phải chọn tỷ lệ giữa lượng dung môi và lượng chat ran thích hợp Trong quátrình trích ly chat ran, dung môi phải xâm nhập vào trong các mao quản của chat ran

dé tác dụng với cau tử phân bố, nên tốc độ của toàn quá trình giảm nhanh Tốc độcủa quá trình trích ly được quyết định bởi tốc độ khuếch tán bên trong.

1.4 Tình hình nghiên cứu về phương pháp trích ly dịch từ qua mặc nua ứngdụng trong công nghệ nhuộm hiện nay

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Từ những năm 1957, các công trình nghiên cứu về quả mặc nưa đã đượcnghiên cứu tập trung ở các nước như Nhật Ban, Thái Lan, tuy nhiên các nghiêncứu đều tập trung vào dược tính và các hợp chất có trong quả mặc nua Chưa thaynghiên cứu nào về khả năng nhuộm màu của vải mặc nưa mà chỉ dé cap dén hopchat tao màu den có thé sử dụng trong nhuộm tơ tăm, nylon[291I341I40]1I42II47]I5 1].

1.4.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Bat đầu từ năm 1996 đến nay, những đề tài, dự án về công nghệ nhuộm vậtliệu dệt băng chất màu tự nhiên đã được PGS.TS Hoàng Thi Lĩnh, Khoa Công nghệDệt may và Thời trang, Đại học Bách khoa Hà Nội nghiên cứu và công bó Dựa trêncác công trình này, các trường đại học và các viện nghiên cứu cũng đã có khá nhiềunghiên cứu về công nghệ nhuộm vải băng chất màu tự nhiên từ nhiều loại thực vậtkhác nhau [22].

Đối với quả mặc nua thì bắt đầu từ năm 2013 thì mới có kết quả công bố vềvấn đề tối ưu quá trình nhuộm tơ tăm từ dịch chiết từ quả mặc nưa, chang han tacgia Pham Thi Hong Phượng, Lê Võ Son Quan đã công bố trên tạp chí Khoa học vàCông nghệ 51 (5B), 2013 về “Tối ưu hóa quá trình nhuộm vải tơ tam bang dichchiết từ quả mặc nưa” Và sau đó, các bài báo do tác giả Phạm Thị Hồng Phượngcông bố liên quan đến qua mặc nua với các van dé như khảo sát sự ảnh hưởng củatác nhân oxy hóa HO; Nhuộm trên polyamide, cotton; Nhiệt độ - thời gianchiết, Tuy nhiên, các kết quả không dé cập đến quá trình trích ly dịch bang cácdung môi khác nhau và quy trình nhuộm vải tơ tăm băng dịch như mục tiêu củaluận văn này [20][21][36][37][38].

1.5 Tổng quan về lý thuyết màu sắc và lịch sứ chất màu tự nhiên1.5.1 Sự hấp thụ ánh sáng và cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ1.5.1.1 Sự hấp thụ ánh sáng

Khi ánh sáng trắng đập vào một vật thể tán xạ hoàn toàn thì mắt ta thay vatthé có màu trắng Ngược lại, nếu toàn bộ các tia đập lên vật bị hấp thu hết thì vật cómàu đen Còn đối với những vat thé hấp thu một số những tia đơn sắc đập vào vàtán xạ những tia còn lại thì mắt ta thay có mau Nhu vậy, mau sac 1a két qua cua suhap thu chọn loc những miễn xác định trong pho liên tục của ánh sáng trang đập vào

[1][27]

Theo thuyết điện tử cô dién, ánh sáng là chuyển động sóng có năng lượngthay đổi ty lệ với cường độ bức xạ và không phụ thuộc vào tan số Năng lượng bứcxạ phụ thuộc vào tần số và được xác định bởi công thức:

energy_—”

singlet S,triplet T,

Bang 1.3 Sự lién hệ giữa bước sóng hấp thu và màu sắc của vật hap thu [1]Bước sóng của day hap thu (nm) Mau của ánh sáng hap thu Mau cua chat

400 — 435 Tim Luc — vang435 — 480 Lam Vang480 — 490 Lam — luc nhat Da cam490 — 500 Luc — lam nhat Do500 — 560 Luc Do tia560 — 580 Luc —vang Tim580 — 595 Vang Lam595 — 605 Da ca Lam — luc nhat605 — 705 Do Luc — lam nhat

1.5.1.2 Cau tạo phân tử và màu sắc [1][6][30][32][49]

Màu phát sinh là do tương tác của các lượng tử ánh sáng với các điện tửtrong các phân tử của chất Đối với các hợp chất hữu cơ, sự xuất hiện màu khôngphải do các điện tử của những nguyên tử riêng biệt mà do hệ điện tử trong toàn bộphân tử Độ linh động của hệ này, khả năng dễ dàng thay đổi trạng thái của nó dướitác động của các lượng tử ánh sáng quyết định sự hấp thu chọn lọc các sóng ánhsáng trông thấy Do đó các hợp chất màu thường có chứa trong phân tử hệ liên kết œtiếp cách

Z3NZ3N⁄Kéo dài mạch của các liên kêt tiép cách chuyên từ không mau hay màu nhạtđền các màu sâm Các nhóm C=O liên kêt với nhau làm cho hợp chat có màu samhơn

Bang 1.4 Bảng sự dịch chuyên màu sự ảnh hưởng nổi đôi liên hop [1]

¬ @ Stilben Không màu

Diphenylhexatrien Màu vàng

Diphenyldodecahexaen | Mau da cam - nau

Bang 1.5 Bảng sự chuyển màu do ảnh hưởng của nhóm thé [33]

O O

O

NH

NO H2,3-dihydroisoquinoline-1,4-dione 1,2-dihydroquinoline-3,4-dione

Không màu Da cam

Các nhóm nguyên tử khác có chứa các liên kết không bão hòa cũng quyếtđịnh màu của chât như các nhóm:

O

Azo a NS Nitro IAzometin Nitroso a Nw

Nhu vậy, những đặc điểm cau trúc làm xuất hiện màu trong một hợp chấthữu cơ là mạch gồm những liên kết đôi và đơn xen kẽ nhau Có mặt các nhóm haynguyên tử hút mạnh điện tử hoặc nhường điện tử cho phân tử Các nguyên tử trongphân tử phải cùng năm trong một mặt phẳng Những điều kiện trên nhăm làm chocác lượng tử của ánh sáng trông thấy tác động dễ dàng lên hệ điện tử của phân tử vàchuyển nó sang trạng thái kích thích.

1.5.1.3 Cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ

Năng lượng E của ánh sáng đập vào một vật phụ thuộc vào độ dài sóng À củalượng tử: E=hv= he

Năng lượng cần thiết dé kích thích một phân tử là:

E=h= — 28000 (cal mol)

A aA

Trong nguyên tử, các điện tử bên trong được liên kết chặt chẽ Dé kích thíchcác điện tử này cần phải có các tia Rơnghen cùng có năng lượng 10-10” Kcal/mol.Do đó, năng lượng của ánh sáng trông thấy 110-69 Kcal/mol quá nhỏ không thé gâyra tác động rõ rệt đến những điện tử này Các điện tử hóa trị tham gia vào liên kếthóa học dễ thay đối trạng thái hơn Liên kết cộng hóa tri ø là kiểu liên kết bên Déphá vỡ liên kết này phải dùng trên 595 Kcal/mol, còn dé kích thích thì cần một nănglượng 181 Kcal/mol tương ứng với sự hấp thu một bức xạ có bước sóng nhỏ hơn200 nm, nghĩa là trong miễn tử ngoại cứng

Theo thuyết MO các điện tử trong phân tử được phân bồ trên các mức nănglượng tương ứng với các MO theo thứ tự năng lượng tăng dan Trong những trườnghợp đơn giản thứ tự mức năng lượng được sắp xếp như sau:

E

Hình 1.10 Thiet tue phán bé các mức năng lượng [49]

Dưới tác dụng của ánh sáng do nhận thêm năng lượng dưới dạng quangnăng, điện tử linh động có mức năng lượng cao nhất sẽ chuyền lên mức năng lượngcao hơn và khi đó phân tử từ trạng thái cơ bản chuyền sang trạng thái kích thích, saibiệt giữa hai mức năng lượng này sẽ cho phép xác định được À của ánh sáng hapthu Theo sơ đỗ năng lượng trên ta thay thông thường sự tạo màu là do sự chuyểndịch điện tử n — a hoặc z — œ Điện tia càng linh động, sự chuyển dịch điện atừ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích càng dễ dàng, hiệu số AE giữa haitrạng thái cơ bản và kích thích giảm xuống Như vậy, tất cả những biến đổi cấu trúcnào mà không phá vỡ cau tạo phăng của phân tử và thúc day sự chuyền dịch hệ điệntử = của phân tử, thì gây ra sự phân cực của phân tử làm cho phân tử dễ chuyểnsang trạng thái kích thích dưới tác dụng của các lượng tử ánh sáng trông thấy, nghĩalà tạo điều kiện cho sự xuất hiện mau.

|unav|?av

Giải phương trình sóng Schrodinger: Hy = Ey > E =Ap dung các qui tac gan dung Huckell, người ta tinh được các mức nănglượng của các van dao phan tử của hệ tiép cách và từ đó có thê dự đoán mau củahợp chất

Acp (tính) = 316 nm

Me,N-CH=CH-CH=N*M

“2 “2 hep (thực nghiệm) = 309 nm

tinh) = 512

Me;N-(CH=CH);-CH=NMe; Àcp (tinh) nmÀcp (thực nghiệm) = 511 nm

Có thé bién phân tử không màu có chứa mạch liên hợp thành phân tử có màubăng phương thức ion hóa Ví dụ: Khi thêm bazơ vào para-nitrophenol không màu,người ta có thê điêu chê được para-nitrophenol màu vàng.

©

_ OH” + HO

©

OH 0

Không màu Màu vàng

Alizarin màu vàng cho một muôi nhôm màu đỏ:

Đa sô các phân tử của thuôc nhuộm hữu cơ câu tạo muôi nội (trong đó cónhững điện tích ngược dấu năm trong những phân khác nhau của phân tử)

© @

O38 N=N NH,

Các phương thức ion hóa phan tử có thé rất khác nhau Phuong thức phốbiến nhất là thay đôi độ acid của môi trường, phương thức này áp dụng để nhuộmvải dùng chat chỉ thị màu Phương thức thay đôi màu thuốc nhuộm hữu cơ một cáchhữu hiệu nhất là sự tạo muối Nếu cation kim loại thay thế hidro trong nhóm -OHthì mau trở nên sam hơn Ví dụ: Quinazarin chuyên màu từ đỏ đền tím.

O OH O ONaMau Red Mau Tim

Sự tương tác với các ion kim loại có thê dân dén sự tao thành phức bên, cácion này thường là ion của các nguyên tô chuyên tiép Vi dụ: Alizarin màu vàng taora những phức có màu khác nhau với các Ion

lon | AP* | Cr* | Fe*Màu | Do | Nau | TímTương tác giữa chat tan và dung môi ảnh hưởng đến phố hấp thu nên ảnhhưởng đến màu Ví dụ: Hợp chất này có màu đỏ trong benzen Àcp = 568 nm và cómau vang trong nước Acp = 443 nm

Tương tác này không đáng kế trong dung môi không phân cực và lớn nhấttrong các dung mồi phân cực.

Trong trường hợp su hap thu là do sự dịch chuyên n — 7rÝ, sự tạo liên kêthidro giữa phân tử có màu và dung môi lưỡng cực có proton cũng ảnh hưởng đếnmàu sắc vì khi bị kích thích trong dung môi lưỡng cực có proton, sự dịch chuyền từn — 7 kèm theo sự phá vỡ liên kết hidro Do đó, sự dịch chuyển n — 7 có nănglượng cao hơn một khoảng bang năng lượng nối hidro (5 Kcal/mol) và gây nên hiệu

ứng thiên sắc Ví dụ: Hợp chất này có màu sáng trong hexan, do day hap thu yếucủa nhóm N=O ở 4 = 750 nm, nhưng có màu vàng trong nước A = 553 nm.

MẹMé

1.5.2 Lịch sử chất màu tự nhiên

Loài người đã biết sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên lay từ thực vật va độngvật từ rất lâu Các mẫu vật khai quật được ở Kim Tự Tháp Ai Cập, ở Trung Quốc vàẤn Độ người ta xác định rằng trước công nguyên 1500 năm người Ai Cập đã biếtdùng indigo (màu xanh cham) để nhuộm vải và sử dụng pho biến alizarin lay từ rễcây marena dé nhuộm màu đỏ, sử dụng campec chiết xuất từ gỗ sôi để nhuộm mauđen cho len và lụa tơ tắm Ngoài ra người ta còn chiết xuất được các màu vàng, tímvà đỏ - tím từ một số loại cây khác nhau

Trừ màu xanh cham và màu đỏ alizarin là có độ bền màu cao, nhìn chungthuốc nhuộm thiên nhiên có độ bền màu thấp, nhất là với ánh sang, cường lực màunhỏ do chứa trong phân tử hệ thống mang màu kém bên Hơn nữa hiệu suất khaithác thuốc nhuộm từ thực vật rất thấp, phải dùng nhiều tan nguyên liệu mới thuđược một kilôgam thuốc nhuộm, nên giá thành rất cao Vì vậy đến nay hau hếtthuốc nhuộm thiên nhiên đã bị thay thế bằng thuốc nhuộm tổng hợp, số còn lại chủyếu được dùng dé nhuộm thực phẩm hoặc nhuộm vải của các dân tộc ít người theophong tục cô truyền Đến nay người ta đã xác định được công thức cau tạo của mộtsố thuốc nhuộm thiên nhiên theo từng loại màu, từ đó đã đánh giá được tính chất sửdụng của chúng.

Bang 1.6 Mot số phẩm nhuộm thiên nhiên [26]Stt | Hình anh Tén Loài Phẩm màu

CA : oo Alizarin,

Thién thao Rubia tinctorum L ;

purpurin

2 Cu nau Dioscorea cirrhosa Lour | Catechin

3 Hoa hoe Sophora japonica L Rutin

4 Nghé Curcuma longa Cuacumyl

5 Hong hoa Carthamus tinctorius L | Cactamin

6 Nhựa cánh kiến c0 cánh Kien aa Cacmin

- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu vàng: Tất cả thuộc nhuộm thiên nhiên màuvàng đều có nguồn gốc thực vật Màu vàng quan trọng hơn cả được dùng trongnhiều thé ky qua là reseda — được trích từ cây Reseda luteola L thu được luteolin làmột flavonoid có màu vàng sáng Khi phối nó với màu xanh chàm sẽ nhận đượcmàu xanh lục gọi là màu Lincon.

Hình 1.11 77zc vat Resedaceae và công thức cua luteolin [52]- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu đỏ: Khác với các màu vàng, ba trong số bốnthuốc nhuộm màu đỏ thiên nhiên (cecmec, cosenil, lac) có nguồn sốc động vật,song màu đỏ quan trọng nhất vẫn là marena hay còn gọi là alizarin thu được từ thựcvật Tất cả các thuốc nhuộm mau đỏ kể trên đều là dẫn xuất hidroxy cuaantraquinon Các dân xuât khác nhau cua chúng còn có ứng dung dén ngày nay do

chúng có màu tươi ánh, có độ bên màu rât cao với ánh sáng Vì vậy có thê nói răngthuôc nhuộm thiên nhiên màu đỏ có độ bên màu với các chỉ tiêu cao hơn nhiều sovới các màu vàng.

Hình 1.12 Thuc vat Rubia tinctorum (Thiên thảo) và Công thức của alizarin [52]

- Thuốc nhuộm thiên nhiên mau đỏ tia: Cau tạo của thuốc nhuộm thiên nhiênmau đỏ tia đã được Paul Friedlander tìm ra vào năm 1909, đó chính là 6,6'-dibromoindigo (C¡¿HgBr;NaO;) Từ vỏ ốc biển Dacathais orbita người ta đã xácđịnh được quá trình tạo thành màu đỏ tia Hợp chat ban dau là tyrindoxyl sulfate(CoHsBrNO,Ss) có màu ghi, khi thủy phân bằng men nó sẽ chuyển thànhtyrindoxyl, một phần bị oxy hoá băng oxy của không khí tạo tyrindoleinone Hợpchất tyrindoleinone kết hợp với tyrindoxyl để thành phức tyriverdin, dưới tác dụngcủa ánh sáng mặt trời chuyển thành 6,6’-dibromoindigo là gốc của màu đỏ tia Quátrình đó như sau:

tyrindoxyl tyrindoleninone tyriverdin 6-bromoisatin H

Hình 1.13 Quá trinh tao thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ tia [1]- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu xanh chàm: Trong các màu xanh thiên nhiêncó màu xanh lam vaida và màu xanh chàm được dùng đến ngày nay Lúc đầu ngườita cho răng đó là hai màu khác nhau, về sau mới biết chúng giống nhau vẻ cấu tạohoá học và chính là indigo tách được từ cây họ cham có tên khoa học là Indigoferatinctoria L, có công thức hoá học như sau:

nghĩa thực tế tuy nó đã được tổng hợp và chế tạo ở phạm vi công nghiệp.

- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu đen có ý nghĩa thực tế duy nhất là màu đencampec, nó đã được biết từ năm 1500 nhưng đến năm 1812 mới thực sự có ý nghĩathực tế khi nhà hoá học Pháp - Michel Eugene Chevreul đã tìm thay nó có khả năngtạo thành phức không tan với muối kim loại có màu đen Khi mới tách từ gỗcampec ra, hợp chất ban đầu có màu đỏ gọi là hematein, khi kết hợp với muối crômnó chuyển thành mau đen vì thế mà gỗ campec trở nên có giá trị Hematein có côngthức như sau:

Hình 1.15 Cây Haematoxylum campechianum và công thức của Hematein [52]

Mặc dù chưa biết cụ thé cầu tạo của phức kim loại này nhưng người ta chorang nó có cau trúc đại phân tử, trong đó ion crôm liên kết với các phân tử hemateindé tạo thành phức Cần nhấn mạnh răng đa số thuốc nhuộm tông hop màu đen dùngtrong ngành nhuộm và một SỐ ngành khác đều là hỗn hợp của hai hoặc nhiều thuốcnhuộm thành phan, vì thuốc nhuộm tổng hop màu đen có màu không tươi khi dùngriêng Màu đen campec được dùng như là một thuốc nhuộm đơn, riêng biệt đểnhuộm tơ tam, da và một vài vật liệu khác, vẫn có ý nghĩa đến bây giờ

Sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên ở Việt Nam: Chưa có tài liệu nào cho biếtcụ thê niên đại người Việt biệt dùng các màu thiên nhiên, chỉ biệt rang cộng dong

các dân tộc Việt Nam cô đã dùng thuốc nhuộm thiên nhiên trong đời sống Kinhnghiệm dùng thuốc nhuộm lay từ thảo mộc đã truyén từ đời này sang đời khác ở cácvùng miễn có các loại cây này Đến nay đồng bào thiểu số ở các tỉnh miễn núi phíaBắc vẫn còn dùng lá cham dé nhuộm màu xanh lam Những thập ky đầu của thé kỷXX ở một số vùng Bac Bộ đã dùng nước chiết từ củ nâu để nhuộm màu nâu tươi,khi nhúng vào bùn ao thì mau nâu này chuyền thành mau đen rất bền và đẹp - đâycũng là một dạng phức của thuốc nhuộm với ion kim loại nặng có trong bùn Ngoàira dé nhuộm nâu và đen người ta còn dùng lá bàng, vỏ sti, vỏ vet và một số vỏ và lácây khác nữa Một số vùng ở Nam Bộ còn dùng nước chiết từ quả mặc nưa đểnhuộm mau den, nỗi tiếng là Lãnh Mỹ A — Tân Châu Một số loại lá và qua đượcdùng để nhuộm thực phẩm như quả dành dành, củ nghệ để nhuộm màu vàng, lácơm xôi để nhuộm xôi màu đỏ Đến nay vẫn chưa có cơ sở tổ chức nào chiết táchthuốc nhuộm thiên nhiên để dùng vào mục đích kỹ thuật và dân sinh; việc sử dụngchúng ở nước ta vẫn dựa vào kinh nghiệm dân gian của từng miễn.

1.6 Quá trình nhuộm vật liệu dệt bằng chất màu tự nhiên1.6.1 Bản chất của quá trình nhuộm vật liệu đệt [1][3][4] [22]

Nhuộm là một quá trình phức tạp chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tô như cautrúc của vật liệu, bản chất của thuốc nhuộm, điều kiện công nghệ và thiết bị Mộtquá trình nhuộm cơ bản trải qua năm giai đoạn: (1) Thuốc nhuộm khuếch tán từdung dịch nhuộm tới bề mặt xơ (2) Thuốc nhuộm hấp phụ lên bề mặt xơ (3) Thuốcnhuộm khuếch tán từ bề mặt xơ vào các mao quản trong xơ (4) Thuốc nhuộm hấpphụ lên bề mặt các mao quản hay hình thành liên kết với xơ (5) Thuốc nhuộmkhuếch tán từ vật liệu ra môi trường bên ngoài

Độ tận trích là tỷ lệ % thuốc nhuộm gan màu trên vai, được xác định băng tỷlệ hiệu số nồng độ dung dịch thuốc nhuộm trước nhuộm (Co) và nông độ thuốcnhuộm còn lại trong dung dịch sau nhuộm (C,) so với nồng độ thuốc nhuộm banđầu:

Độ tận trích: (%) = "5 100% (1.1)