LUẬN văn KHẢO sát QUÁ TRÌNH NHUỘM vải COTTON 100% BẰNG THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH họ TRIAZINE và VINYLSULFON THEO PHƯƠNG PHÁP GIÁN đoạn sử DỤNG SIÊU âm

Những loại thuốc khác mức độ độc hại không cao nhưng do hiệu suất sử dụng thuốc nhuộm nói chung là thấp, mặt khác trong dung dịch nhuộm có các chất trợ, muối, thành phần tạo pH… nên dung

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

HUỲNH TIẾN PHONG

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NHUỘM VẢI COTTON 100%

BẰNG THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH

HỌ TRIAZINE VÀ VINYLSULFON THEO PHƯƠNG PHÁP GIÁN ĐOẠN SỬ DỤNG SIÊU ÂM

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MÃ SỐ NGÀNH : 2.10.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2004

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS PHẠM THÀNH QUÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS LÊ THỊ KIM XUYẾN

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS LÊ NGỌC THẠCH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 15 tháng 06 năm 2004

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : HUỲNH TIẾN PHONG Phái : Nam

Chuyên ngành : Công nghệ hoá học

I - TÊN ĐỀ TÀI :

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NHUỘM VẢI COTTON 100% BẰNG THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH HỌ TRIAZINE VÀ VINYLSULFON THEO PHƯƠNG PHÁP GIÁN ĐOẠN SỬ DỤNG SIÊU ÂM

II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bể rửa siêu âm dùng làm máy nhuộm thí nghiệm

- Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nhuộm thí nghiệm thường

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm theo phương pháp gián đoạn có sử dụng siêu âm và không sử dụng siêu âm

- Xác định độ tận trích của 2 phương pháp

- Xác định thông số tối ưu của 2 quá trình nhuộm

III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14-06-2003

IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15-06-2004

V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS PHẠM THÀNH QUÂN

VI - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 : TS LÊ THỊ KIM XUYẾN

VII - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2 : TS LÊ NGỌC THẠCH

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này là thành quả của một quá trình làm viêc lâu dài Trước tiên tôi xin

trân trọng gởi đến Quý Thầy Cô trong khoa Công Nghệ Hóa Học và Dầu Khí lòng tri ân

sâu sắc về những kiến thức mà tôi đã được Quý Thầy Cô đã truyền thụ trong thời gian

vừa qua Tôi trân trọng tri ân sự giúp đỡ to lớn của phòng Thí Nghiệm Hữu Cơ và Quý

Thầy Cô trong bộ môn Hóa Hữu Cơ đặc biệt là Thầy Phạm Thành Quân, người đã tận

tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này

Trong suốt thời gian học chương trình sau đại học chúng tôi, những thành viên cao

học khóa 12 ngành Công Nghệ Hóa Học có rất nhiều kỷ niệm cả vui lẫn buồn dưới ngôi

trường thân yêu Tôi xin gởi lời cảm ơn tới các Thầy Cô và các anh chị trong phòng đào

tạo sau đại học về những giúp đỡ của phòng đã tạo nhiều thuận lợi cho chúng tôi trong

học tập cũng như trong làm luận văn

Thời gian làm luận văn là thời gian tôi phải đương đầu với bao nhiêu khó khăn, tôi

xin bày tỏ lòng biết ơn tới Quý Thầy Cô trong bộ môn Kỹ Thuật Dệt – May Khoa Cơ Khí,

những người đã giúp đõ và tạo điều kiện cho tôi rất nhiều trong thời gian vừa qua Những

ý kiến của Quý Thầy Cô trong bộ môn đã giúp tôi hiểu rõ những điều tưởng chừng đơn

giản nhưng phức tạp Việc trao đổi với Quý Thầy Cô đem đến cho tôi nhưng khám phá

mới, những quan điểm mới về những lý thuyết tưởng chừng rất quen thuộc

Trong thời gian hoàn thành luận văn này, tôi được các bạn giúp đỡ, xin hãy nhận

nơi đây lời cám ơn chân thành của tôi Xin cảm ơn em Hồ Triết Hưng trong bộ môn Dệt;

các bạn Trần Hữu Hải, Phạm Hồ Mỹ Phương và nhiều bạn khác đã chìa bàn tay thân ái

tương trợ tôi trong thời gian vừa qua

Luận văn này liên quan đến nhiều lĩnh vực còn rất mới mẻ đối với tôi Quá trình

làm luận văn đã dẫn dắt và tạo cơ hội cho tôi có những mối quan hệ tốt đẹp với một số

phòng ban và những đồng nghiệp khác trong và ngoài trường; tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ

quý báu của anh Nguyễn Tấn Tiến phó phòng quan hệ quốc tế; anh Nguyễn Kỳ Tài ở

Khoa Điện - Điện tử; các anh chị trong xưởng của khoa Cơ Khí và đặc biệt là Thầy Lê

Ngọc Thạch trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh

Và cuối cùng, không thể không nhắc đến sự hỗ trợ về tinh thần và vật chất của

người thân trong gia đình, con kính dâng lên Ba Mẹ sản phẩm của con, con xin cám ơn

Ba Mẹ đã tạo ra hình hài; khó nhọc nuôi nấng; ngày đêm động viên, dạy dỗ con trong

mấy mươi năm nay Xin cám ơn các anh chị đã chia sẻ khó khăn, hỗ trợ vật chất và tinh

thần cho em trong thời gian vừa qua Cảm ơn em đã dũng cảm cùng tôi đi trên đoạn

đường nghiên cứu khoa học ghập ghềnh

Với cả tâm hồn, tôi xin cảm ơn tất cả

Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 06 năm 2004 Huỳnh Tiến Phong

Từ đó so sánh các ưu và khuyết điểm của từng phương pháp Bước đầu đánh giá ảnh hưởng của siêu âm tới độ bền của vải

Quá trình khảo sát đã đưa đến một số vấn đề cần được nghiên cứu sâu hơn như: ảnh hưởng của siêu âm đối với thuốc nhuộm; nghiên cứu tối ưu vị trí lắp cực phát siêu âm

…

MỤC LỤC CHƯƠNG TÊN TRANG

Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ iii

1.4 Tổng quan về siêu âm và ứng dụng của nó trong công

2 Phương pháp nghiên cứu 48

3.1.2 Khảo sát quá trình tẩy siêu âm 58

3.2 So sánh hai quá trình tẩy trắng 64

3.3.1 Xây dựng đường chuẩn 65

Từ thời xa xưa con người đã quan tâm đến màu sắc, họ đã biết dùng các màu có sẵn trong tự nhiên để nhuộm vải Chưa được ánh sáng của khoa học dẫn lối, con người tích luỹ kinh nghiệm và lưu truyền nó từ đời này qua đời khác bằng các bài kệ Nhuộm vải là bí quyết và là một nghệ thuật trước khi trở thành kỹ thuật Dần dần, sự phát triển của khoa học đã soi sáng những gì người xưa chưa giải thích được như cơ sở hoá học của quá trình nhuộm, động học của quá trình nhuộm… Nhuộm trở thành kỹ thuật và công nghệ Tuy vậy, bản chất nghệ thuật của ngành nhuộm cũng không vì thế mà mất đi, ngược lại kỹ thuật và công nghệ nhuộm là nền tảng cho nghệ thuật nhuộm phát triển

Sự phát triển của khoa học và kỹ thuật không những đã xây dựng cơ sở lý luận đặt nền móng cho kỹ thuật nhuộm, tạo ra những loại xơ mới, thuốc nhuộm mới, mà còn tạo ra những công cụ hỗ trợ cho việc nhuộm Các loại vật liệu dệt hoá học có những ưu điểm hơn những vật liệu truyền thống ngày càng chiếm thị phần lớn Các chủng loại thuốc nhuộm mới phong phú về màu sắc, đa dạng về chủng loại, có độ bền màu cũng như tốc độ gắn màu hơn hẳn các thuốc nhuộm truyền thống đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn hẳn các thế hệ thuốc nhuộm từ thiên nhiên Hơn nữa, những màu thiên nhiên như chàm, nâu… không thể dùng để nhuộm các loại xơ sợi mới hay không thể đáp ứng các yêu cầu về màu sắc, độ bền màu cũng như điều kiện công nghệ nên dần dần bị thuốc nhuộm tổng hợp thay thế Sự phát triển của các ngành khoa học khác đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị dùng trong ngành nhuộm Khởi đầu từ các thùng nhuộm theo kiểu sào treo, nhuộm ngâm, nhuộm cuộn ủ, ngày nay các thiết bị nhuộm phong phú và trở nên chuyên

dụng, chẳng hạn nhuộm hạ áp ta có máy nhuộm Winch, nhuộm cao áp có máy nhuộm Jet; nhuộm các mặt hàng có độ co giãn cao có máy nhuộm Overflow Các thiết bị nhuộm ngày nay được tự động hoá và tin học hoá cao độ Những tiến bộ của ngành lượng tử cho phép

ta lượng hoá những đại lượng thuộc về thẩm mỹ như thành phần các màu cơ bản để phối màu cho sản phẩm, đo độ trắng, máy cân định lượng dùng trong phối màu…

Bên cạnh sự phát triển vượt bậc đó, ngành nhuộm hiện nay cũng phải đối mặt với nhiều hạn chế to lớn Phần lớn các quá trình nhuộm được tiến hành ở nhiệt độ tương đối cao Do vậy, cần tiêu tốn một lượng dầu đốt đáng kể cho nhà máy nhuộm Lượng nhiệt dư thải ra môi trường cùng với khói lò làm ô nhiễm không khí Một số loại thuốc nhuộm như thuốc nhuộm lưu huỳnh; thuốc nhuộm phức kim loại… là những hoá chất độc hại ảnh hưởng tới sức khoẻ của công nhân Những loại thuốc khác mức độ độc hại không cao nhưng do hiệu suất sử dụng thuốc nhuộm nói chung là thấp, mặt khác trong dung dịch nhuộm có các chất trợ, muối, thành phần tạo pH… nên dung dịch sau nhuộm bị xem là tác nhân gây ô nhiễm môi trường Đối với các sản phẩm dệt thoi từ sợi cotton sợi dọc phải

hồ để tránh bị đứt do vậy nước thải của quá trình tiền xử lý thường chứa một lượng đáng

kể các tạp chất hữu cơ, có pH cao Nhìn chung ngành nhuộm bị xem là ngành gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, nhất là ở những nơi có trình độ công nghệ thấp, thiết bị lạc hậu, chắp vá

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu nhằm tìm ra những qui trình mới theo hướng sản xuất thân thiện hơn với môi trường đang là mối quan tâm của nhiều trung tâm nghiên cứu; các viện và các trường đại học trên thế giới Các nghiên cứu trong lĩnh vực này đã mở ra một thời kỳ mới trong công nghệ hoá học với tên gọi “Hoá Học Xanh” (Green Chemistry) bao gồm những lĩnh vực sau:

• Sử dụng các nguồn năng lượng sạch như năng lượng siêu âm, vi sóng

• Sử dụng các xúc tác mới như xúc tác chuyển pha, xúc tác phức, xúc tác enzyme,xúc tác phân bố trên các chất mang rắn để tahy thế các xúc tác truyền thống vốn gây nhiều tác hại cho môi trường

• Sử dụng các hiệu ứng muối trong tổng hợp hữu cơ

• Phản ứng không sử dụng dung môi

Vai trò của siêu âm và vi sóng trong tổng hợp hữu cơ đang dược đánh giá cao trong những năm gần đây vì nó đã giải quyết được những vấn đề sau:

• Giảm tiêu tốn năng lượng trên đơn vị sản phẩm

• Hiệu suất phản ứng cao

• An toàn

• Giảm các tác động xấu tới môi trường

Trên thế giới đã có những nghiên cứu theo hướng sử dụng các phương pháp mới trong ngành dệt nhuộm như dùng enzyme để rũ hồ, sử dụng hồng ngoại để sấy… Việc sử dụng siêu âm trong nhuộm mới được triển khai nghiên cứu trong một vài năm gần đây ở quy

mô phòng thí nghiệm Trong luận văn này tôi khảo sát quá trình tiền xử lý và nhuộm vải cotton 100% bằng thuốc nhuộm hoạt tính họ vinylsulfon và triazine có sử dụng siêu âm, với hy vọng bước đầu xây dựng được một quy trình nhuộm vải cotton 100% có sự hỗ trợ của siêu âm ở quy mô phòng thí nghiệm làm cơ sở ban đầu cho những nghiên cứu tiếp theo

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về cotton [2, 8, 11,15, 19, 22, 35, 38, 43, 45]

Trong gia đình xơ sợi cellulose, cotton chiếm một vị trí quan trọng tổng sản lượng

xơ cotton chiếm hơn 50% sản lượng xơ dệt trong thị trường xơ sợi trên thế giới Là loại

xơ thu hoạch từ quả, xơ cotton là một trong những xơ dệt gắn bó với xã hội loài người từ thủa sơ khai Thích hợp với khí hậu nóng, cotton được trồng khá phổ biến trên thế giới, trải rộng từ Bắc Mỹ qua Nam Mỹ đến châu Phi châu Á Từ một loài cây mọc hoang trong

tự nhiên có tên khoa học là gossypium hirsutum, ngày nay cây bông vải là một loại cây công nghiệp được canh tác theo năm, được đầu tư nghiên cứu kỹ lưỡng trên thế giới và là ngành nông nghiệp mũi nhọn ở nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ

Trên thương trường, sau khi thu hoạch và trải qua các công đoạn làm sạch các tạp chất như mảnh vỏ quả, mảnh hạt vỡ, lá vụn, … cotton được bán theo bành với các kích thước và khối lượng khác nhau Các nước có sản lượng cotton lớn trên thế giới là Mỹ, Uzobekistan, Trung Quốc, Ấn Độ Ở nước ta, bông vải được trồng ở Ninh thuận, và một vài vùng phụ cận trung tâm nghiên cứu Nha hố, cũng như một vài tỉnh ở miền Bắc Hàng năm nhu cầu nhập khẩu bông nguyên liệu của nước ta khá lớn, nhà cung cấp chủ yếu nhập

từ Mỹ

Mỗi xơ bông là một tế bào phát triển từ hạt có chiều dài từ 22 tới 50 mm và bề dày vào khoảng từ 17 tới 18 µm Xơ bông có hình dải dẹt, có nhiều nếp nhăn Tuỳ vào chiều dài, độ mảnh độ chín, độ xoắn, mức độ đồng nhất và độ chín, cotton được phân ra nhiều cấp

• Cotton cấp cao có chiều dài lớn, đều ít chứa các tạp chất cơ học, thành phần xơ chưa chín thấp Loại này được dùng để sản xuất các mặt hàng cao cấp

• Cotton cấp thấp có chiều dài không đồng nhất hay ngắn hơn, chứa nhiều tạp chất cơ học, thành phần xơ non cao; hoặc bị vàng do khi thu hoạch bị mắc mưa

Một sợi xơ bông từ ngoài vào trong gồm có :

- Thành tế bào rất mỏng chứa sáp, pectin và một số hợp chất của nitơ ở lớp biểu bì bảo

vệ cho xơ Bên trong lớp biểu bì là thành sơ cấp dày khoảng 0,1µm, các phân tử cellulose trong lớp này sắp xếp không theo trật tự

- Thành thứ cấp có các phân tử cellulose sắp xếp trật tự hơn và gồm ba lớp Lớp ngoài cùng khá mỏng khoảng 0,1µm có các phân tử cellulose xoắn theo phương S so với trục xơ Nằm sát lớp này là lớp giữa dày khoảng 0,4µm, các phântử cellulose trong lớp này lại xoắn theo hướng Z so với trục xơ Lớp trong cùng rất mỏng

- Lõi xơ là vùng chứa chất nguyên sinh Khi xơ chín, nó bị mất nước và bị giảm thể tích gây ra hiệu ứng xoắn vỏ đỗ hình thành những nếp xoắn trên xơ

Hình 1.1 Xơ bông

Quá trình hình thành lớp biểu bì và thành xơ cấp của xơ bông kéo dài từ 13 tới 20 ngày đầu khi xơ đạt đến chiều dài lớn nhất cũng là lúc lớp thứ cấp xuất hiện Sự sinh trưởng này kéo dài trong khoảng thời gian từ 30 tới 50 ngày Lõi xơ dần dần bị thu hẹp cho đến khi xơ chín

Các phân tử cellulose trong xơ cotton kết lại với nhau thành từng chùm, nhiều chùm tạo thành thớ sợi Khoảng trống giữa các chùm vào khoảng 1 nm còn giữa các thớ vào khoảng 100 nm, nhờ vậy cotton là một loại vật liệu có độ xốp và bề mặt riêng khá cao Thể tích các mao quản trong xơ chiếm khoảng từ 31 tới 41% thể tích của xơ còn diện tích

bề mặt riêng của xơ khi khô là 19 m2/ g khi ướt có thể lên tới 100 m2/g Do bề mặt riêng lớn nên xơ bông dễ hấp thu thuốc nhuộm

Cotton có thành phần cellulose rất cao, vào khoảng 94%, cellulose trong xơ tồn tại

cả ở hai trạng thái tinh thể và vô định hình Mức độ định hướng trong xơ chưa qua xử lý không cao lắm do hiệu ứng xoắn của cellulose ở thành thứ cấp Tuy nhiên, sau khi bị kéo căng ở trạng thái trương nở, các thớ trượt lên nhau và định hướng theo chiều lực tác dụng làm mật độ pha tinh thể tăng lên, xơ trở nên tròn và bóng 6% còn lại là các tạp chất bao gồm 0,6% sáp; 0,8% các acid hữu cơ; 0,9% pectin; 1,3 % các hợp chất của nitơ; các loại đường chiếm khoảng 0,3%; khoáng chất 1,2% còn lại là một số tạp chất khác chiếm khoảng 0,9% Ngoài ra, xơ bông còn bị lẫn các tạp chất cơ học khác như mảnh vỡ của hạt;

vỏ cây, lá … là các tạp chất sinh ra trong quá trình thu hoạch

Trên phương diện hoá học, cotton là một polymer thiên nhiên được tạo thành từ chuỗi liên kết β(1 – 4) glucosite dạng mạch thẳng có hàng ngàn mắt xích Mỗi đơn vị cấu trúc có chiều dài khoảng 10,28 Å được tạo thành từ hai phân tử D-glucose lệch nhau một góc 180o Trong mỗi phân tử glucose còn ba nhóm OH tự do ở các vị trí 2, 3 và 6, như vậy mỗi đơn vị cấu trúc của cellulose có sáu nhóm OH tự do Vì vậy số liên kết hydro nội phân tử và liên phân tử rất lớn làm xơ có độ bền rất cao Số lượng nhóm OH tự do trong cellulose khá lớn đã quyết định tính chất của cellulose

Hình 1.2: Công thức phân tử của cellulose

• Tính chất vật lý của cotton

Cotton có độ bền đứt vào khoảng từ 20 tới 24 CN/tex ở trạng thái khô Khi

bị ướt, độ bền đứt bị giảm đáng kể do nước làm các liên kết hydro yếu đi Độ giãn đứt của cotton vào khoảng từ 6 tới 9% với những xơ thường, còn những xơ cao cấp

độ giãn đứt lên tới 13%, trung bình từ 7 tới 8% Tương tự độ bền đứt, độ giãn đứt của xơ cũng thay đổi theo hàm ẩm trong xơ Khối lượng riêng của xơ khá nhỏ (d=1,52g/cm3) do trong xơ có nhiều khoảng trống Cotton là xơ có ái lực với ẩm

CH2OH

O O

OH

OH

khá lớn do trong xơ có nhiều nhóm OH ở điều kiện chuẩn (20oC, 65% ẩm) độ ẩm trong xơ vào khoảng 8,5% , trong điều kiện khí hậu nóng ẩm như ở Việt Nam độ

ẩm trong xơ có thể lên tới 11 hay 12% Nhờ có độ ẩm cao, cotton là một xơ khó nhiễm điện, điều này mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong công nghệ Bởi vì trong quá trình gia công, xơ bị ma sát với các chi tiết của thiết bị, nếu xơ bị nhiễm điện do ma sát ta không thể xe chúng thành sợi do lực đẩy tĩnh điện Đặc tính không nhiễm điện của cotton cùng với ái lực với ẩm cao còn đem lại cảm giác thoải mái cho người mặc những sản phẩm dệt từ cotton

Nói chung cotton không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường mà chỉ tan trong một số dung môi hữu cơ có độ phân cực cao Lợi dụng tính chất này, hiện nay người ta sản xuất xơ lyocel và tencel từ dung dịch cellulose tan trong dimethyl formamid Trong nước cotton bị trương tiết diện ngang tăng lên khoảng

từ 40 tới 45% trong khi chiều dài chỉ tăng khoảng từ 1 tới 2% Nước không hoà tan cellulose nhưng một số dung dịch muối vô cơ tan trong nước như dung dịch Cu(NH3)n(OH)2 lại có thể hoà tan cellulose Từ dung dịch này ta kéo được xơ đồng amoniac Trong dung dịch kiềm ở nhiệt độ thấp, các liên kết hydro nội phân tử và liên phân tử của cellulose bị bẻ gãy gây ra sự sắp xếp lại cấu trúc trong lớp thứ cấp,

xơ bị trương lên và co lại Nếu giữ cho xơ không bị co, sự thay đổi cấu trúc trong lớp thứ cấp làm tiết diện của xơ trở nên tròn, xơ bóng, xốp và dễ thấm nước hơn Lợi dụng tính chất này, người ta làm bóng cotton trong dung dịch kiềm 18% ở nhiệt độ thấp

Cotton ít bị giảm bền khi nhiệt độ môi trường dưới 100oC Tuy nhiên khi nhiệt độ cao hơn độ bền của xơ giảm khá nhanh, ở 120oC độ bền của xơ còn khoảng 94,4%, lên tới 140oC nó giảm xuống còn 78,4% và khi nhiệt độ gia công lên đến 160oC độ bền của nó chỉ còn 46% Ở 270oC cellulose trở nên vàng khi nhiệt độ lên tới 400oC nó bị phân huỷ thành những sản phẩm dễ bay hơi Khi cháy, cellulose toả mùi khét của giấy cháy, ngọn lửa lan rất nhanh để lại tàn tro màu trắng xám, nát vụn Vì vậy khi đốt đầu xơ, thời gian tiếp xúc với nhiệt của vải cotton phải được tính toán kỹ lưỡng

Như đã đề cập tới ở trên, mỗi đơn vị cấu trúc của cellulose có sáu nhóm OH tự do

Do vậy, số liên kết hydro trong xơ rất lớn nên mặc dù năng lượng liên kết của liên kết hydro chỉ có giá trị khoảng 8 kcal/mol, nó vẫn ảnh hưởng rất lớn tới cấu trúc và tính chất vật lý của xơ Liên kết hydro được hình thành ngay trong quá trình sinh trưởng của xơ và đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành pha tinh thể trong xơ Những phân tích quang phổ hồng ngoại của cotton cho thấy tất cả các nhóm OH trong phân tử cellulose đều tham gia liên kết hydro Khi xơ bị ướt hay bị ẩm, hơi nước sẽ tham gia liên kết hydro với các nhóm OH của xơ làm liên kết hydro của xơ yếu đi Tuy nhiên, chỉ có những vùng

có cấu trúc vô định hình mới bị nước thâm nhập, còn những vùng có cấu trúc tinh thể do

có cấu trúc chặt chẽ nên ẩm không thể xâm nhập nên liên kết hydro trong những vùng này không bị ảnh hưởng Khi nhuộm cotton bằng thuốc nhuộm trực tiếp hay thuốc nhuộm hoàn nguyên đầu tiên các liên kết hydro ở những vùng vô định hình bị nước bẻ gãy Kích thước của các mao quản trong xơ tăng lên tạo điều kiện cho các phân tử thuốc nhuộm len lỏi vào trong xơ thực hiện liên kết với cellulose Ngoài nước một số dung dịch muối vô cơ tan trong nước như Zn2+, Li+, Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, … cũng làm xơ trương

• Tính chất hoá học của cotton

Là một polymer dị mạch được hình thành từ các liên kết ether, cellulose rất dễ bị các acid thủy phân làm đứt mạch, đặc biệt là các acid vô cơ như H2SO4, HCl, HNO3 Nồng độ càng cao tốc độ thủy phân càng lớn Các acid hữu cơ như CH3COOH, HCOOH cũng phá hủy cellulose nhưng tốc độ phân hủy thấp hơn

trong đó: m1 + m2 = n

Vì vậy, khi xử lý cotton bằng acid hay khi nhuộm cotton bằng thuốc nhuộm acid cần đặc biệt lưu ý tới pH của môi trường và thời gian xử lý Sau đó phải giặt sạch acid còn lưu lại trên xơ

m2

Cellulose tương đối bền trong môi trường kiềm, dung dịch kiềm có ở nồng độ từ

10 tới 15 g/l không phá hủy được xơ Thậm chí ở nhiệt độ thấp, khi nồng độ dung dịch NaOH lên tới 30g/l trong một thời gian dài xơ cũng không bị tổn thương mà lại bị trương

nở mạnh các mạch phân tử tách xa nhau hơn, xơ trở nên xốp hơn, hút ẩm mạnh hơn và co ngắn theo chiều dài, nếu giữ cho xơ không co, các phân tử sẽ được sắp xếp lại, xơ trở nên tròn hơn nên bóng hơn Lợi dụng tính chất này người ta làm bóng cotton trong dung dịch NaOH 18g/l ở nhiệt độ thấp Cotton sau khi đã làm bóng có độ bền kéo đứt lớn hơn khi chưa làm bóng do sự tái cấu trúc các mạch cellulose đã làm tăng sự định hướng của các thớ trong xơ

Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao, cellulose rất nhạy cảm với oxy của không khí Các chất oxy hóa như HClO, ClO2,CaClO2… dễ dàng chuyển các nhóm OH trong xơ thành những nhóm chức có số oxy hóa cao hơn như carboxyl, carbonyl phá vỡ vòng piranose và làm đứt mạch phân tử Như ta đã biết mỗi phân tử gluco trong một đơn vị cấu trúc của cellulose còn ba nhóm OH tự do, trong đó có một nhóm OH liên kết với nguyên

tử carbon bậc nhất ở vị trí C6, hai nhóm OH liên kết với các nguyên tử carbon bậc hai ở các vị trí C2 và C3 Tất nhiên hoạt tính của các nhóm hydroxyl bậc nhất cao hơn, nhưng

do tốc độ của phản ứng oxy hóa khá cao, mật độ của nhóm OH bậc hai lớn, do vậy phản ứng xảy ra trên các nhóm OH bậc hai vẫn nhiều hơn Sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa các nhóm OH bậc hai là các aldehyde sau đó là acid, phản ứng này còn phá vỡ vòng pyranose dẫn đến làm giảm bền xơ

Sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa nhóm OH bậc nhất là các aldehyde nhưng phản ứng này không phá vỡ vòng pyranose như phản ứng trên Khi bị oxy hóa lượng hydro linh động bị giảm mạnh liên kết hydro bị phá vỡ Vì vậy, dù chưa bị cắt mạch, độ bền của xơ cũng bị giảm đáng kể Điều này cần được quan tâm một cách đặc biệt trong các công đoạn rũ hồ và tẩy trắng, vốn là các công đoạn xử lý xơ trong môi

O

OH OH

CH2OH

O

H

O O

O O

CH 2 OH

H

O

HOOC COOH

O O

CH2OH

trường kiềm, ở nhiệt độ cao, và có sự hiện diện của các tác nhân oxy hóa như H2O2, ClO2, NaClO, … Khi nhuộm cotton bằng thuốc nhuộm hoàn nguyên, công đoạn oxy hóa hiện màu thuốc nhuộm cũng cần được quan tâm, nếu không độ bền của xơ cũng bị ảnh hưởng đáng kể

Cotton bền với các chất khử Nhưng trong thực tế sản xuất, người ta không dùng các chất khử để tẩy trắng cotton mà lại dùng các chất oxy hóa Nguyên nhân của điều tưởng như nghịch lý này là ở chỗ, các sản phẩm của quá trình khử màu cotton sau một thời gian sử dụng sẽ bị oxy trong không khí oxy hóa trở về trạng thái ban đầu làm giảm chất lượng sản phẩm

• Độ bền với vi sinh vật và nấm mốc

Cotton là xơ ưa nước, hàm ẩm trong xơ khá lớn nên nó là môi trường thuận lợi cho

vi sinh vật và nấm mốc phát triển Mặt khác trong quá trình sản xuất người ta đưa lên sợi dọc một lượng hồ tinh bột đáng kể, đây là nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật Khi sử dụng, vải cotton bị thấm mồ hôi, trong đó có một lượng chất béo, muối khoáng Bởi vậy, vải cotton hay bị mốc, nhất là khi bị ẩm Vi khuẩn sinh trưởng trên vải thải ra một số sản phẩm có tính acid, nếu lượng acid nhiều vải sẽ bị mục, còn khi lượng acid ít trên mặt vải

sẽ xuất hiện các đốm nâu hay đen Vì vậy, khi phải bảo quản lâu trong kho vải cotton cần được xử lý chống mốc, kho tàng phải thông thoáng và khô ráo; trong quá trình xử dụng cần tránh để vải bị ẩm và không nên để đồ dơ lâu ngày

Là xơ ưa nước, cotton rất dễ nhuộm, hầu hết các loại thuốc nhuộm tan trong nước đều có thể dùng để nhuộm cotton Đôi khi người ta còn dùng cả pigment, một loại thuốc nhuộm không tan trong nước để nhuộm vải cotton Liên kết của thuốc nhuộm với xơ là các liên kết hóa học và liên kết Van der Waals như trong trường hợp nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp hay thuốc nhuộm hoạt tính Khi dùng piment để nhuộm cotton, liên kết Van der Waals đóng vai trò chủ yếu trong việc gắn màu của quá trình nhuộm Thuốc nhuộm phân tán không dùng để nhuộm cotton do kích thước mao quản của xơ khá lớn nên các hạt thuốc nhuộm khó bị giữ lại trong xơ Trong quá trình sử dụng các hạt thuốc nhuộm phân tán sẽ dễ dàng di chuyển từ lõi xơ tới bề mặt và rơi ra ngoài làm xơ nhanh bị xuống màu

Vải cotton mặc hợp vệ sinh và rất thoáng mát do đặc tính hút ẩm và dẫn ẩm tốt Nhược điểm lớn nhất của nó là độ bền không cao, hơn nữa vải hay bị nhàu nên tính mỹ quan chưa tốt Để khắc phục các nhược điểm này, người ta pha sợi cotton với một số loại sợi tổng hợp khác thường gặp nhất là vải pha polyester với cotton Vải pha có độ bền cao, tuổi thọ sử dụng lâu dài hơn, khả năng chống nhàu cao hơn nên đỡ mất thời gian ủi Tuy nhiên qui trình công nghệ sản xuất vải pha phải có những thay đổi cho phù hợp, tất nhiên các thiết bị sản xuất cũng có nhiều điểm khác biệt so với qui trình sản xuất vải cotton 100%

1.2 Tổng quan về màu sắc và thuốc nhuộm [3, 11, 12, 13, 15, 18, 25, 31, 36, 37, 38,

39, 40, 43, 45]

• Cấu tạo mắt người

Sự cảm thụ màu sắc dựa trên một loạt các quá trình vật lý, hóa học của vật mang màu và tâm sinh lý của đối tượng cảm nhận Trong đó mắt người đóng vai trò rất quan trong trong việc cảm thụ màu sắc

Hình 1.3 Mặt cắt ngang qua tâm của mắt người

Trên phương diện của một cơ quan cảm thụ thị giác, mắt người có cấu tạo và nguyên

lý hoạt động tương tự như một máy ảnh Trong đó tròng đen có con ngươi khống chế

cường độ ánh sáng vào mắt; thuỷ tinh thể đóng vai trò của các thấu kính điều chỉnh độ tụ

để hình ảnh của thế giới tập trung trên võng mạc; võng mạc, nơi tập trung các tế bào thần kinh cảm thụ, là màn ảnh Võng mạc được cấu tạo bởi một mạng lưới phức tạp của các tế bào nơron thần kinh bao phủ toàn bộ một nửa cầu đen của mắt (ngoại trừ điểm mù - nơi giao tiếp của thần kinh thị giác và mắt) Võng mạc chứa nhiều tế bào nhạy ánh sáng được gọi là những tế bào hình que và tế bào hình nón (ước tính có khoảng 120 triệu) Sự phân

bố các tế bào hình que và tế bào hình nón thay đổi theo vị trí trên võng mạc Vùng chính giữa của võng mạc, gọi là vùng hố, có mật độ các tế bào hình nón riêng biệt cao hơn hẳn những vùng khác

Những tế bào hình nón chỉ hoạt động để nhìn màu khi chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày và khi càng ra xa vùng trung tâm thì lượng tế bào hình nón trên mỗi vùng đơn vị sẽ giảm đi đáng kể Do vậy, vùng trung tâm là vùng cảm nhận hình ảnh sắc nét nhất Các nhà nghiên cứu cho rằng chắc chắn có ba loại sắc tố nhạy ánh sáng khác nhau đối với sự cảm nhận màu sắc, chúng bị tách ra thành ba loại tế bào cảm nhận hình nón khác nhau Sự hiện hữu của ba sắc tố quang hình nón đã được chứng minh bằng kỹ thuật đo mật độ quang phổ siêu vi Một chấm sáng nhỏ được chiếu trên mỗi tế bào cảm nhận được lấy ra

từ mắt, và sự hấp thụ quang phổ của sắc tố này được đo bằng cách quét nhanh qua quang phổ Kỹ thuật này đã cho thấy sự hiện hữu của ba sắc tố với sự hấp thụ cao nhất ở bước sóng 450 nm, 530 nm và 560 nm Ánh sáng tác động lên những sắc tố quang này đã tạo nên sự gia tăng những thay đổi điện từ tác động đến não bộ Những người bị bệnh mù màu là những người bị khiếm khuyết về một trong ba quang sắc tố cơ bản trong mắt Lượng tế bào hình que hoàn toàn không có trong vùng trung tâm Càng về phía rìa mắt thì lượng tế bào hình que sẽ càng gia tăng sau đó mật độ tế bào hình que sẽ giảm dần khi

ra đến biên cực Những tế bào hình que chủ yếu liên quan đến khả năng nhìn ban đêm Các thí nghiệm đã cho thấy rằng các tế bào hình que chứa một sắc tố quang được gọi là rhodopsin Khi các phân tử của sắc tố này hấp thụ ánh sáng, chúng thay đổi cấu trúc và hình dạng Những thay đổi này đến lượt chúng gây nên một phản ứng hóa sinh lý cùng với biến đổi điện từ trong chính tế bào cảm nhận Các bước sóng khác nhau của ánh sáng

có những tác động khác nhau đến rhodopsin tuy nhiên những biến đổi này không đủ mạnh

để gây ra cảm giác màu bởi vậy chúng ta nhìn thấy mọi vật đều có màu xám vào ban đêm

Nhờ tế bào hình nón và hình que, mắt người không chỉ có thể cảm nhận được màu sắc dựa trên bước sóng mà còn có thể nhận dạng được hình dạng của dải màu đó Chiều rộng của một dải màu càng hẹp, độ dốc của quang phổ càng lớn, khoảng bước sóng của màu càng thu hẹp, màu càng sáng và sắc thái của màu càng nổi

• Bản chất vật lý của sự cảm nhận màu sắc

Trong thang dao động điện từ, phần mà mắt của con người có thể cảm nhận được nằm trong giới hạn các bước sóng từ 400 nm tới 700 nm Vật chất có thể phản xạ hoàn toàn, hay hấp thụ một phần cũng như hoàn toàn ánh sáng chiếu tới nó Phần ánh sáng bị phản xạ từ vật thể sẽ đi vào võng mạc của con người Tuy vậy, chỉ các bước sóng nằm trong khoảng từ 400 nm tới 700 nm mới gây ra các phản ứng màu, bởi vậy cái mà con người cảm nhận được là một loạt các phản ứng độc lập của ánh sáng diễn ra trên chất màu Các phản ứng màu trên võng mạc được chuyển về não qua hệ thống thần kinh cảm thụ, nhờ vậy con người có cảm giác màu Ánh sáng, với bản chất sóng – hạt của nó, mang theo năng lượng lan truyền trong không gian, khi gặp vật thể, nếu toàn bộ tia tới đều bị phản xạ chúng ta sẽ nhìn thấy vật có màu trắng, ngược lại nếu vật hấp thu toàn bộ tia tới

nó sẽ có màu đen Nếu phần bị hấp thụ là như nhau với tất cả các bước sóng trong khoảng

từ 400 nm tới 700 nm vật sẽ có màu xám Bởi vậy, các màu đen, xám và trắng được xếp vào loại màu vô sắc Chúng được nhận dạng dựa trên hằng số hấp thu tất cả các bước sóng trong khoảng ánh sáng khả kiến Ngược lại, các màu hữu sắc là một dải màu liên tục của tất cả các màu trong quang phổ thấy được từ bước sóng bị hấp thu nhiều nhất tới bước sóng bị hấp thu ít nhất Một vật hấp thu các ánh sáng có bước sóng ngắn (400 nm tới 430 nm) sẽ phản xạ các tia có bước sóng còn lại làm cho chúng ta cảm giác màu vàng Tương

tự như vậy các dải bước sóng bị hấp thu trong các khoảng 430 nm – 480 nm, 480 nm –

550 nm, 550 nm – 600 nm sẽ có các màu da cam, đỏ, tím và xanh da trời Vật có màu xanh lá hấp thu mạnh các bước sóng trong khoảng từ 400 nm – 450 nm và 580 nm – 700

nm

Một màu có thể là sự tổ hợp của nhiều màu hay cũng có thể là kết quả của sự hấp thu các quang phổ thích hợp trong vùng khả kiến Chẳng hạn, các thiết bị định lượng dù rất tối tân cũng không thể phân biệt được một màu xanh lá có được là do sự hấp thụ ánh sáng

mạnh ở hai vùng trên của chất màu hay là sự tổ hợp của các chất màu vàng và xanh da trời Việc sử dụng tổ hợp các màu có quang phổ hấp thu khác nhau để có màu mong muốn luôn luôn làm giảm sắc thái của màu so với màu gốc Sự kết hợp như vậy được gọi

là tổ hợp trừ, mà màu đen là một ví dụ điển hình khi kết hợp tất cả các màu lại với nhau Mỗi màu đã trừ đi một phần quang phổ thấy được và kết quả là chẳng có ánh sáng nào lọt vào mắt người quan sát Các dung dịch có màu thường không phản xạ ánh sáng Một chùm tia đi qua dung dịch màu sẽ bị hấp thu một phần, phần còn lại truyền qua dung dịch Tính chất này được dùng trong phép phân tích Sự chồng nhập ánh sáng từ các nguồn sáng khác nhau có thể gây ra hiệu ứng ngược lại với hiệu ứng trừ màu đã được mô tả ở trên Ánh sáng từ các nguồn khác nhau kết hợp với nhau theo hướng tổng hợp các thành phần, nếu kết hợp tất cả các bức xạ ta sẽ có màu trắng Sự kết hợp theo kiểu này được gọi hỗn hợp cộng màu

• Hệ đo màu CIE và Lab

Các hệ thống đo màu trên thế giới dựa trên cơ chế lan truyền và cảm thụ màu sắc của mắt khi bị ánh sáng có các cường độ và bước sóng khác nhau kích thích Hệ thống được sử dụng rộng rãi nhất là hệ thống CIE (Commision International de l’Eclairage) Đây là hệ thống dựa trên cơ sở, ánh sáng phản xạ từ bất cứ bề mặt có màu nào cũng có thể quy về hỗn hợp của ba tia màu: đỏ (red); xanh lá (green); xanh da trời (blue) với tỷ lệ thích hợp Cơ sở của hệ màu CIE là hệ ba trục toạ độ của ba màu cơ bản Các màu cơ bản trong hệ đo màu CIE: đỏ, xanh lá, xanh da trời, được mô tả bằng những đặc tuyến quang phổ, lấy từ những kết quả trung bình của nhiều thí nghiệm phù hợp do một số người không bị các tật trong cơ quan cảm thụ màu tiến hành Sự thận trọng trong trường hợp này rất cần thiết vì cảm giác màu ở mỗi người là khác nhau Mỗi thí nghiệm được tiến hành cùng góc nhìn 20 theo tiêu chuẩn 1931 CIE Ngày nay, các dữ liệu có sẵn được lấy

từ thí nghiệm có góc nhìn 100 theo tiêu chuẩn rất phổ biến là 1964 CIE Các đường cong trong tiêu chuẩn CIE là X (màu đỏ), Y (màu xanh lá), Z (màu xanh da trời) cho ta các giá trị trung bình của các màu cơ bản: đỏ; xanh lá; xanh da trời một cách nghiêm ngặt của một màu Hơn nữa, giá trị Y được lấy sao cho tương ứng một cách chính xác với đường cong độ sáng trung bình với mắt thường Bởi vậy, trong hệ CIE màu sắc được thể

Hình 1.4 Biểu đồ màu của hệ CIE

hiện từ quang phổ phản xạ bằng tích số của các phần phản xạ tại mỗi bước sóng Rλ tương ứng với các giá trị và mức năng lượng Eλ tương ứng:

Y cũng là kết quả đo của độ sáng (độ sáng của ánh sáng phản xạ) Với màu đen

hoàn toàn Y = 0, với màu trắng hoàn toàn Y = 100 Những thiết bị đo màu sẽ đưa ra các giá trị X, Y, Z Đồ thị của hệ thống đo màu gồm hệ ba trục toạ độ có các đơn vị được tính

từ X, Y, Z qua biểu thức:

Khi x + y + z = 1, màu được biểu

diễn thông quan các đại lượng x và y bất

chấp độ sáng Trên biểu đồ màu của hệ

CIE, màu của quang phổ hầu hết nằm trên

đường cong parabol Đầu tiếp xúc với

đường thẳng là màu tím Những màu vô

sắc như màu trắng, màu xám, màu đen

nằm trên đường vuông góc với biểu đồ

CIE tại điểm gốc màu (điểm W ), còn gọi là đường độ sáng Vị trí của những màu vô sắc khác nhau trên đường độ sáng tương ứng với thành phần quang phổ của các nguồn sáng (ánh sáng ban ngày, ánh sáng đèn dây địên trở,…) Biểu đồ màu hai chiều cho ta biết các thông số bước sóng (λD) và độ thuần khiết (pe) của một màu tương ứng với vị trí (F) của

nó Bước sóng được xác định bằng cách nối kéo dài đoạn thẳng FW cho tới khi cắt đường cong màu Độ thuần khiết được xác định bằng biểu thức pe= a/b, màu càng thuần khiết

khi càng gần đường cong màu quang phổ Phần kéo dài của đường WF cắt đường cong màu cơ bản tại điểm C cho ta bước sóng của màu cơ bản tương ứng Độ sáng, bước sóng,

độ thuần khiết là ba đại lượng vật lý tương ứng với các đặc tính chủ quan biểu diễn một màu như độ sáng, ánh màu và độ bão hoà Mặc dù, hệ CIE có thể đưa ra những mô tả xác đáng cho một màu, nó cũng không đủ cho những định nghĩa thoả đáng về sự khác biệt trong sắc thái Vấn đề này chỉ được giải quyết bằng hệ thống dựa trên cơ sở phép đo những cảm nhận

Năm 1876, tổ chức CIE đưa ra một hệ thống mới làm cơ sở quốc tế để đo màu có tên gọi là Lab Các chữ cái L, a, b đại diện cho hệ thống ba trục toạ độ, trong đó: L là trục

độ sáng (lightness), hai trục còn lại đại diện cho màu và độ bão hoà Trục A là trục đỏ – xanh lá; trục B là trục xanh da trời – vàng Hệ Lab có ưu thế trong việc so sánh sự sai biệt

về màu sắc (∆E) ∆ E có thể được xác định bằng một chương trình máy tính đơn giản đưa

ra các thông số bao gồm sự sai biệt về các thành phần độ sáng ∆L; độ bão hoà ∆C và ánh

màu ∆H Vấn đề dự đoán công thức của một màu rất phức tạp khi mối quan hệ giữa phổ

phản xạ của thuốc nhuộm và sự phân tán của nó không theo quan hệ tuyến tính Theo lý thuyết của Kubelka và Munk mối liên hệ đó được thể hiện qua phương trình:

Trong đó K là hệ số hấp thu; S là hệ số phân tán còn R là phần phản xạ của mẫu ở bước sóng đã cho Một cách gần đúng, K và S tỷ lệ với nồng độ của thuốc nhuộm trong chất nền, trong trường hợp hỗn hợp thuốc nhuộm thì phương trình trên trở thành

Các chỉ số dưới dòng A, B, C đại diện cho các thuốc nhuộm khác nhau trong hỗn hợp tương ứng với các nồng độ a, b, c; SM là độ tán xạ của cả hỗn hợp, Kw và Sw là phần hấp thu và tán xạ của chất nền Khi Sw rất lớn so với các thành phần còn lại trong mẫu số của phương trình trở thành

Đây chính là phương trình dùng để dự đoán công thức của thuốc nhuộm, giá trị của K/S ở những bước sóng khác nhau được dùng cho những phương trình tính toán trên máy tính cho thuốc nhuộm ở những nồng độ khác nhau

• Các thuyết màu

Những nghiên cứu tập trung vào mối liên hệ giữa thành phần hóa học và màu sắc của các hợp chất hữu cơ đã bắt đầu từ những buổi đầu của ngành hóa học thuốc nhuộm Graebe và Liebermann (1868) nhận thấy tất cả các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ đều chứa

hệ liên kết liên hợp Lý thuyết đầu tiên tương đối hoàn chỉnh về thuốc nhuộm chủ yếu dựa trên kinh nghiệm do Witt công bố vào năm 1876 Đây cũng là cơ sở cho tất cả các thuyết màu kinh nghiệm sau này, các thuyết này chỉ là sự phát triển và mở rộng thuyết màu của Witt Trong thuyết màu của mình Witt cho rằng tất cả các hợp chất màu đều có những nhóm đặc thù,

Nhóm mang màu là các nhóm chứa hệ liên kết liên hợp, trong cấu tạo Các nhóm mang màu tiềm năng có thể có màu nếu được gọi là các nhóm trợ màu Ban đầu, nhóm trợ màu được chia làm hai loại: loại mang màu và loại kháng nhóm trợ màu Về sau, cùng với sự phát triển của khoa học vật lý và khoa học hóa học hữu cơ, nhóm trợ màu được phân chia thành nhóm cho điện tử (như NH2, OH, O(-) …) và nhóm hút điện tử, nhóm mang màu có mạch thẳng hoặc mạch vòng chứa hệ thống liên kết liên hợp trong cấu trúc

Sự tổ hợp của ba loại cấu trúc trên đôi khi được gọi là nhóm sinh màu

Vào thập niên 1920, các nhà hóa học bắt đầu nghiên cứu cấu trúc hóa học của các chất màu trên cả khía cạnh phần trong vùng khả kiến lẫn phần ngoài vùng khả kiến của quang phổ, đặc biệt là quang phổ hấp thu cực đại trong vùng trông thấy Trong số đó các nghiên cứu của Köning về ảnh hưởng của chiều dài mạch liên hợp của polymethine đến hiệu ứng hướng hồng của bước sóng hấp thu cực đại

Các thuốc nhuộm dạng polymer đối xứng như công thức trên đây được xem là bằng chứng cho thuyết dao động của Von Bayer cho các lớp thuốc nhuộm sau này Đây cũng là lý thuyết dựa trên ý tưởng của KeKule’về dao động của vòng benzene

Sau này, thuyết kinh nghiệm về hợp chất màu dược một số nhà hóa học tổng hợp lại Tuy nhiên đó mới chỉ là những cơ sở cho sự phát triển của thuyết hóa lượng tử vào cuối những năm 1920 Sự ra đời của thuyết lượng tử dẫn đến một thuyết mới hoàn toàn đứng trên quan điểm vật lý nghiên cứu các liên kết hóa học là phổ điện tử Lý thuyết về màu sắc tiến thêm một bước mới, từ kinh nghiệm tới lý thuyết hóa lượng tử Theo thuyết hoá lượng tử, năng lượng của ánh sáng trong vùng thấy được và cả vùng tử ngoại ( có λ từ

10 nm tới 400 nm) đã chuyển thành năng lượng của điện tử trong phân tử khi vật chất hấp thu ánh sáng Sự gia tăng năng lượng này đã kích thích các điện tử làm chúng chuyển lên mức năng lượng cao hơn Khi ngừng kích thích những điện tử này sẽ quay về trạng thái ban đầu và phát xạ năng lượng dưới dạng photon lượng tử, nếu bức xạ này có cùng bước sóng với các bức xạ màu thì phân tử sẽ có màu Như vậy, thuyết lượng tử cho rằng một phân tử có màu phải có khả năng hấp thu năng lượng của ánh sáng trong vùng khả kiến để chuyển từ trạng thái ổn định lên trạng thái kích thích với sự chênh lệch năng lượng giữa các trạng thái vào khoảng từ 35 kcal/mol với tia đỏ tới 70kcal/mol với tia tím Sự hấp thu

và phát xạ năng lượng của phân tử tuân theo phương trình Einstein – Borh

Trong đó phần năng lượng chênh lệch ∆E là giá trị năng lượng phân tử hay ion hấp thu từ bức xạ có tần số ν hay bước sóng λ Theo phương trình này, giá trị của năng lượng nguyên tử nhận được từ ánh sáng bị hấp thu từ 170kj/mol (40,67kcal/mol) tới 300kj/mol (71,77 kcal/mol) đối với các bước sóng trong vùng thấy được và từ 300kj/mol tới 1200kj/mol đối với các quang phổ thuộc vùng tử ngoại gần và tử ngoại xa Năng lượng của các bức xạ có bước sóng dài hơn như tia hồng ngoại (có λ trong khoảng từ 700 nm tới

500000 nm) không đủ lớn để kích thích điện tử trong phân tử mà chỉ làm cho phân tử dao động

Không phải tất cả các điện tử trong phân tử đều tham gia vào quá trình trên mà chỉ

có các điện tử nằm ở lớp điện tử hoá trị mới có khả năng hấp thu năng lượng ánh sáng thay đổi trạng thái của mình Những hợp chất hữu cơ có liên kết giữa các điện tử hoá trị

và nhân càng yếu càng dễ bị kích thích Những phân tử hữu cơ thuộc loại này là những phân tử có các nguyên tử liên kết với nhau bằng hệ liên hợp có số liên kết đôi khá lớn, có cấu trúc phẳng, hay trong phân tử có những nhóm thế chứa các nguyên tử oxy; lưu huỳnh; nitơ… Số lượng liên kết đôi trong hệ liên hợp càng lớn liên kết giữa các điện tử hoá trị và nhân càng yếu Các phân tử có các dị tố như oxy; lưu huỳnh; nitơ… do có độ âm điện khác nhau, bán kính nguyên tử khác nhau, khi tham gia vào hệ liên hợp điện tử hoá trị của các nguyên tố này dễ dàng chuyển từ nguyên tố này qua nguyên tố khác Do vậy, những phân tử này dễ hấp thu các bức xạ có bước sóng trong vùng khả kiến Phân tử hữu cơ có các nhóm thế có khả năng thu hay nhường điện tử có sự phân bố điện tử hoá trị khác với trạng thái bình thường, mật độ điện tử sẽ tăng lên hay giảm đi ở những vị trí nhất định trên phân tử, do đó chúng dễ dàng hấp thu bức xạ khả kiến Khi trong phân tử ngoài những nhóm thế có khả năng phân cực còn có những nhóm thế có khả năng bị ion hoá, hay đôi khi những nhóm thế này vừa có khả năng phân cực vừa dễ bị ion hoá, ở trạng thái ion phân tử sẽ hấp thu những bước sóng ngắn hơn hay dài hơn trong miền khả kiến do đó góp phần thay đổi màu của phân tử Một yêu cầu nghiêm ngặt đối với các phân tử hữu cơ

có màu là chúng phải có cấu trúc phẳng Cấu trúc phẳng của phân tử không những bảo đảm sự bền vững của hệ liên hợp mà còn giúp cho tương tác của các điện tử trong phân tử không bị cản trở

• Phân loại thuốc nhuộm

Trong thực tế có hai cách phân loại thuốc nhuộm, đó là phân loại theo cấu tạo hoá học và phân loại theo phân lớp của kỹ thuật nhuộm Cách phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo hoá học chỉ phổ biến trong những nhà máy tổng hợp thuốc nhuộm và giới chuyên môn công nghệ hoá học, trong khi đó cách phân loại theo phân lớp kỹ thuật lại được cả các chuyên gia công nghệ hoá học, chuyên gia công nghệ nhuộm trong các nhà máy lẫn giới kinh doanh thuốc nhuộm sử dụng để giao dịch, sản xuất… Do vậy ở đây chỉ trình bày cách phân loại theo phân lớp kỹ thuật Theo cách phân loại này, tên gọi của thuốc nhuộm bao gồm ba phần:

- Phần thứ nhất cho biết thuốc nhuộm thuộc vào phân lớp nào phần này thường

được viết đẩy đủ bằng chữ như reactive chỉ thuốc nhuộm hoạt tính; ta cũng gặp

những tên thuốc do từng hãng sản xuất quy định dùng cho từng phân lớp như

procion; cibacron dùng cho phân lớp hoạt tính, terasil để chỉ thuốc nhuộm phân

tán

- Phần thứ hai cũng được viết bằng chữ, thường là các tính từ dùng để chỉ màu sắc

của thuốc nhuộm Chúng có thể là các màu đơn như blue chỉ màu xanh lam; red cho màu đỏ; yellow cho màu vàng hay một nhóm từ để chỉ các màu kép như gold –

orange biểu thị màu da cam – vàng kim; red – violet chỉ màu tím – đỏ …

- Phần thứ ba dùng để chỉ sắc độ và cường độ của màu nên được viết bằng chữ và

số Trong phần này người ta cũng dùng chữ cái để biểu thị tính chất sử dụng riêng của mỗi thuốc nhuộm Bởi vậy phần này rất phong phú, để hiểu được chúng cần có nhiều thời gian và kinh nghiệm

Ta có các phân lớp sau:

- Thuốc nhuộm trực tiếp

Đây là lớp thuốc nhuộm tan trong nước có khả năng tự bắt màu lên những vật liệu như cellulose; da; tơ tằm; polyamide nhờ lực hấp phụ trong môi trường kiềm hay trung tính thuốc nhuộm trực tiếp có công thức tổng quát như sau: Ar – SO3Me trong đó:Ar – SO3 là nhóm hữu cơ mang màu; Me là Na, K hay NH4 Trong dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp phân ly theo phương trình:

Khả năng bắt màu của thuốc nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào các yếu tố: phân tử thuốc nhuộm phải chứa ít nhất 8 liên kết đôi trong hệ liên hợp để liên kết Van der Waals giữa thuốc với vật liệu đủ mạnh; phân tử thuốc nhuộm phải thẳng và phẳng

để dễ tiếp cận với vật liệu và bảo đảm sự bền vững của hệ liên hợp Ngoài ra trong phân tử thuốc nhuộm trực tiếp còn có những nhóm OH; NH2, những nhóm này ngoài chức năng là nhóm trợ màu còn giúp thuốc nhuộm hình thành liên kết hydro với vật liệu

Ar – SO3Me Ar – SO3- + Na+

- Thuốc nhuộm acid

Lớp thuốc nhuộm này có công thức chung tương tự thuốc nhuộm trực tiếp nhưng

do chúng bắt màu vào vật liệu trong môi trường acid nên được gọi là thuốc nhuộm acid Thuốc nhuộm acid gồm ba nhóm: thuốc nhuộm acid thường; thuốc nhuộm acid chứa kim loại và thuốc nhuộm acid phức kim loại Liên kết giữa thuốc nhuộm acid và vật liệu chủ yếu là liên kết ion hay liên kết muối và liên kết Van der Waals Trước đây thuốc nhuộm acid chỉ dùng để nhuộm xơ protide hay polyamide, ngày nay kỹ thuật mới cho phép nhuộm cellulose bằng thuốc nhuộm acid

- Thuốc nhuộm base – cation

Đây là những hợp chất muối kép của các base hữu cơ với chloride Trong dung dịch chúng sẽ điện ly ra các cation R mang màu, đây chính là phần liên kết với vật liệu Thuốc nhuộm base – cation có ái lực với cellulose khá thấp do vậy khi nhuộm bằng thuốc nhuộm base – cation phải cầm màu bằng tanin và muối antimoan nhưng sau khi cầm màu thì màu của sản phẩn nhuộm không tươi Bởi vậy thuốc nhuộm base –cation ít được dùng để nhuộm cotton nhưng đặc biệt phù hợp với xơ polyacrilonitryl

- Thuốc nhuộm phân tán

Thuốc nhuộm phân tán là những hợp chất màu hữu cơ không chúa các nhóm có khả năng điện ly trong dung dịch như – SO3Na; – COONa Bởi vậy, độ tan của thuốc nhuộm phân tán rất thấp nên chúng được dùng ở dạng huyền phù với kích thước hạt vào khoảng từ 0,2 tới 2µm Ái lực của thuốc nhuộm phân tán với các xơ

ưa nước rất thấp do nó khó có thể hình thành liên kết với vật liệu mà chỉ tồn tại trong vật liệu ở dạng dung dịch rắn Lúc đầu, khi xơ polyester chưa được tổng hợp, thuốc nhuộm phân tán có tên thuốc nhuộm acetate do nó chỉ nhuộm được xơ này Sau này, khi nhiều xơ tổng hợp khác như polyester; polyvinylchloride; polyamide; polyacrilonitryl xuất hiện nó mới được gọi tên với đúng bản chất của mình

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Thuốc nhuộm hoàn nguyên là các chất màu hữu cơ không tan trong nước chứa nhóm ceton trong phân tử Công thức tổng quát của lớp thuốc nhuộm này là

R2C=O Khi bị khử thuốc nhuộm hoàn nguyên chuyển về dạng leuco acid không tan trong nước nhưng tan trong kiềm Trong môi trường kiềm, các leuco acid chuyển về dạng leuco base Leuco base có ái lực với cellulose rất mạnh nhưng khi rửa bớt kiềm leuco base lại chuyển về dạng acid và sau khi oxy hoá nó dễ dàng trở

về trạng thái ban đầu

- Thuốc nhuộm azo không tan

Đây là lớp thuốc nhuộm được tổng hợp ngay trong quá trình nhuộm bằng phản ứng diazo hóa ở nhiệt độ thấp Vì vậy nó thường được gọi là thuốc nhuộm lạnh; thuốc nhuộm naphthol Trong phân tử không chứa những nhóm có khả năng hòa tan nên sau khi nhuộm thuốc nẳm trên vải ở dạng không tan, nhờ đó độ bền màu ướt của thuốc nhuộm này khác cao Để nhuộm thuốc nhuộm azo không tan, người

ta phải chuẩn bị hai thành phần trong dung dịch từ trước trên hai máng nhuộm khác nhau là thành phần azo : RONa và thành phần diazo: R’ – N(+) ≡ N – Cl Vải sau khi ngấm thành phần azo sẽ đi vào máng chứa thành phần diazo trong môi trường kiếm ở nhiệt độ thấp Tại đây sẽ xảy ra phản ứng hiện màu như sau:

Do chứa nhóm azo, loại thuốc nhuộm này dễ bị chất khử phá vỡ cấu trúc dó đó màu bị mất đi Lợi dụng tính chất này người ta xây dựng phương pháp in phá gắn bằng thuốc nhuộm lạnh azo

- Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu chứa lưu huỳnh không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ Trong dung dịch Na2S nó bị khử về dạng leuco base tan trong nước như thuốc nhuộm hoàn nguyên Ái lực của dạng leuco base của thuốc nhuộm lưu huỳnh với cellulose khá cao Sau khi liên kết với xơ, thuốc bị R’ – N(+) ≡ N – Cl + R – ONa R’ – N = N – R – OH + NaCl NaOH

0 – 5OC

thủy phân và oxy hóa để trở vế dạng ban đầu nằm lại trong xơ Thuốc nhuộm lưu huỳnh rẻ, công nghệ nhuộm đơn giản nên khá phổ biến trước kia, tuy nhiên nước thải từ xưởng nhuộm có mùi hôi và làm ô nhiễm nguồn nước nên ngày nay nó bị hạn chế sử dụng

- Pigment

Pigment là thuật ngữ dùng để chỉ các thuốc nhuộm không tan trong môi trường

sử dụng Một chất màu có thể là pigment môi trường này nhưng lại có tên gọi khác trong một số môi trường khác nếu nó tan tốt Trong công nghiệp dệt nhuộm, pigment là những chất màu không tan trong nước do trong phân tử không chứa các nhóm có tính tan như – SO3Na , – COONa hay các nhóm này đã bị chuyển về dạng muối canxi hay bary Tất cả các pigment được nghiền rất mịn để đạt kích thước nhỏ hơn 1µm và ở dạng bột nhão hay dạng phân tán cao Trong lĩnh vực dệt nhuộm, pigment thường được dùng để in, một hình thức nhuộm cục bộ

- Thuốc nhuộm hoạt tính

Đây là lớp thuốc nhuộm chứa trong phân tử những nhóm chức có khả năng thực hiện liên kết hóa học với vật liệu do vậy độ bền màu khá cao và khá phổ biến ở Việt Nam cũng như trên thế giới Lớp thuốc nhuộm hoạt tính có công thức phân tử khá phong phú, phạm vi sử dụng khá rộng, hoạt độ cao; nhưng về cơ bản công thức tổng quát của lớp thuốc nhuộm này được mọi người biểu diễn như sau: S–R–T–X Trong đó:

S là nhóm tạo cho thuốc nhuộm khả năng hòa tan trong nước, thường S là các nhóm chức –SO3Na; –COONa; –SO2CH3 Trong mỗi phân tử thuốc nhuộm thường có từ một hay nhiều nhóm có tính tan

R là nhóm mang màucủa phân tử thuốc nhuộm, nó quyết định màu sắc và

độ bền màu của thuốc nhuộm Nhóm R trong thuốc nhuộm hoạt tính có thể là các hợp chất mono hay diazo; phức thuốc nhuộm azo với kim loại; hợp chất antraquinon hay gốc màu của thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng …

T là nhóm tạo liên kết hóa học với vật liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định độ bền màu với giặt và cũng là nhóm quyết định hoạt tính của thuốc nhuộm Trong quá trình nhuộm cotton, phản ứng giữa thuốc nhuộm và xơ là phản ứng thế ái nhân Tính ái nhân của nhóm T càng mạnh tốc độ phản ứng càng cao Trên cơ sở này bằng cách thay đổi các nhóm chức trong nhóm T người ta đã tạo ra nhiều loại thuốc nhuộm có tính ái nhân khác nhau để có được nhiều chủng loại thuốc nhuộm có hoạt tính mong muốn, phù hợp với nhiều loại vật liệu

X là các nhóm thế sẽ tách ra khỏi thuốc nhuộm trong quá trình nhuộm tạo điếu kiện cho thuốc thực hiện phản ứng hóa học với vật liệu Chúng không ảnh hưởng tới màu sắc nhưng đôi khi ảnh hưởng tới độ tan của thuốc Thông thường, X

là những nguyên tử hay nhóm nguyên tử sau: –Cl;– SO2; –OSO3H; –NR3 ; …

Liên kết giữa các nhóm là các cầu nối thường là các nhóm –NH–; –NH–CH2– hay –SO2–NH– Đây là những nhóm có ảnh hưởng đáng kể tới độ bền ánh sáng; hoạt độ; và phần nào ảnh hưởng tới độ sâu màu hay cao màu của thuốc nhuộm Trên thị trường thuốc nhuộm hoạt tính có các họ sau:

dẫn xuất của triazine được biết đến với nhiều tên thương mại Thuốc nhuộm hoạt tính họ triazine có họat tính mạnh gồm dichloridetriazine hay diflouridetriazine nhiệt độ nhuộm vào khoảng 60oC và monochloridetriazine hay monoflouridetriazine có nhiệt độ nhuộm vào khoảng từ 90 tới 100oC Loại nhuộm

ở nhiệt độ thấp thường có chữ M, chử K hay chữ X trong tên gọi, còn loại nhuộm ở nhiệt độ cao thường có chữ H

+ Họ thuốc nhuộm dẫn xuất của pirimidine, họ này là dẫn xuất của di hay

trichloridepirimidine, có hoạt tính kém hơn họ triazine do một nguyên tử N trong

N

Cl

Cl Cl

triazine monochloridetriazine dichloridetriazine

vòng triazine đã bị một nguyên tử C thay thế đã làm giảm tính ái nhân của nhóm T

Vì vậy, chúng có nhiệt độ nhuộm cao và thời gian phản ứng dài hơn Trong số các nguyên tử Cl trong dẩn suất của pimiridine thì nguyên tử Cl ở C3, giữa hai nguyên

tử N là hoạt động hơn cả

phản ứng T là ester của acid sulfuric Họ này được biết đến qua những tên gọi remazol; primazin; hay sulmifix Thuốc nhuộm vinylsulfon có hoạt độ thấp hơn thuốc nhuộm dichloridetriazine nhưng cao hơn monochloridetriazine

thương mại là levafix E Hoạt tính của loại thuốc nhuộm này tương tự triazine như chỉ có một nguyên tử Cl trong phân tử tham gia phản ứng nên không

dichloride-có khả năng hình thành các cầu liên kết giữa các mạch xơ

Ngoài các loại trên còn có một số họ thuốc nhuộm hoạt tính khác như loại chức vòng ethylene imine; loại dẫn xuất của epichloride hydrine nhưng phổ biến nhất vẫn là ba họ đầu

- Các chất tăng trắng quang học

Trong ngành dệt, vải sợi thường được tẩy trắng trước khi nhuộm Các chất dùng

để tẩy trắng thường là các tác nhân oxy hóa để phá vỡ cấu trúc của các chất mang màu tự nhiên bằng phản ứng oxy hóa khử Dù vậy, vải sau khi tẩy trắng chỉ đạt tới tối đa là 85% so với độ trắng chuẩn Bởi vậy, trên mặt vải còn có sắc vàng làm cho vải có màu trắng đục Để khử sắc vàng trên vải, trước đây người ta nhuộm vải bằng dung dịch thuốc nhuộm acid có màu xanh lam hoạc màu tím ánh lam ở nồng

độ rất thấp Vải sau nhuộm có màu trắng biếc xanh nhưng làm qui trình nhuộm phức tạp và độ bền màu không cao Trên cơ sở của thuyết lượng tử, ngày nay để tăng trắng cho vải người ta dùng các tác nhân tăng trắng quang học cho vào ngay trong khâu tẩy trắng các chất tăng trắng quang học là những hợp chất hữu cơ

NN

NN

NN

trung tính không màu hoặc màu vàng nhạt có ái lực với xơ khá cao Chúng là những hợp chất có khả năng hấp thu những tia trong miền tử ngọai của quang phổ

và phát ra các tia có bước sóng dài hơn trong vùng tia lam và tím của quang phổ thấy được Nhờ vậy, theo định luật bổ trợ màu, các tia này bổ trợ ánh vàng trên vải làm vải có độ trắng rất cao Ngoài ra, độ bền và qui trình công nghệ có sử dụng chất tăng trắng cũng đơn giản hơn

• Sử dụng thuốc nhuộm trong sản xuất

Một yếu tố cần quan tâm khi nhuộm là độ màu của thuốc nhuộm Thông thường độ màu của thuốc nhuộm được tính bằng cách so sánh màu sau nhuộm với màu của thuốc nhuộm chuẩn Độ màu càng cao lượng màu thuần khiết trong thuốc nhuộm càng lớn, vì vậy ta sẽ gặp một số mẫu thuốc nhuộm có độ màu 150% hay 200% Trong sản xuất hiếm khi người ta dùng màu đơn để nhuộm vì sản phẩm nhuộm thường không tươi, khó đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ Như đã trình bày ở trên có hai cách hình thành một màu là tổng hợp màu công và tổng hợp màu trừ Thường thì tổng hợp màu cộng được dùng trong in nhuộm Để phối màu kỹ thuật viên phải tuân theo các nguyên tắc sau:

- Nên phối các thuốc nhuộm cùng lớp kỹ thuật và có những điều kiện công nghệ như nhau

- Nếu phải phối các thuốc khác phân lớp thì chúng phải cùng điện tích, không phản ứng với nhau trong môi trường nhuộm, phụ gia của thuốc nhuộm này không ảnh hưởng tới thuốc nhuộm kia

1.3 Tổng quan về công nghệ nhuộm [2, 11, 12, 15, 18, 31, 36, 38, 39, 40, 43, 45]

Nhuộm hoàn tất là công đoạn cuối cùng đem đến sự khác biệt về màu sắc, tính chất cho các sản phẩm dệt Công đoạn nhuộm hoàn tất tại các nhà máy bao gồm ba công đoạn chính là tiền xử lý; nhuộm; hoàn tất Trong đó công đoạn tiền xử l ý làm sạch xơ sợi

và làm cho xơ đạt đến độ trắng, độ xốp thuận tiện cho thuốc nhuộm phân tán vào xơ và hình thành liên kết với xơ Nhuộm làm cho xơ có màu mong muốn còn hoàn tất là công tác cuối cùng mang lại cho xơ một số đặc tính cảm quan như độ bóng; cảm giác đầy đặn

khi tiếp xúc với da; ổn định các thông số kích thước; ngoài ra nó còn ảnh hưởng tới độ co giãn của sản phẩm; độ thông thoáng và một số chỉ tiêu khác

• Tiền xử lý

Vải mộc sau khi dệt dính dầu mỡ, hơn nữa trước khi dệt, để tránh phải dừng máy

do đứt sợi, người ta phải hồ sợi dọc Do vậy, sợi dọc trong vải mộc thường có một lớp màng hồ bao phủ Lớp màng này làm vải thô và cứng, ngăn cản nước thấm vào trong xơ Do vậy, thuốc nhuộm không thể thấm vào trong xơ thực hiện liên kết với xơ Trước khi nhuộm vải cần được làm sạch các vết bẩn cũng như rũ sạch lớp hồ bên cạnh đó, xơ dệt, nhất là các xơ thiên nhiên có màu, nếu các sắc tố này không bị loại bỏ màu của sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng, nhất là các sản phẩm có màu nhạt Tất cả các công việc rũ hồ, làm tăng độ mao dẫn và tẩy trắng đều được thực hiện trước khi đem đi nhuộm Do vậy công đoạn này được gọi là tiền xử lý Các bước trong công đoạn tiền xử lý bao gồm:

- Kiểm tra lỗi mộc và may nối đầu các cây vải mộc thành dây vải dài phù hợp với dung tích của máy

- Rũ hồ cho vải, nếu hồ dùng để hồ sợi dọc là loại tan trong nước như hồ PVA việc rũ hồ sẽ chỉ đơn giản là nấu vải trong nước, nếu sợi dọc được hồ bằng tinh bột việc rũ hồ sẽ phức tạp hơn Có nhiều phương pháp loại bỏ hồ tinh bột ra khỏi vải mộc Ta có thể dùng acid hay dùng kiềm để thuỷ phân tinh bột thành những thành phần dễ tan trong nước hơn; hoặc ta cũng có thể thuỷ phân tinh bột bằng emzyme Dùng enzyme để thuỷ phân tinh bột rút ngắn thời gian, không làm ảnh hưởng tới các đặc tính cơ lý của vải do phản ứng của enzyme có độ chọn lọc, không ảnh hưởng tới môi trường nhưng giá của enzyme khá cao nên thích hợp với những lô hàng lớn Dùng acid thì khó loại bỏ ra khỏi vải do đó khi vải mộc bị khô, nồng độ acid tăng lên vải dễ bị tổn thương Các nhà máy ở nước ta thường dùng dung dịch NaOH để thuỷ phân tinh bột Thông thường sau khi rũ hồ, vải mộc giảm khoảng 15% trọng lượng

- Nấu tẩy, vải sau khi rũ hồ trở nên xốp hơn, dễ hút nước hơn nhưng độ mao dẫn vẫn chưa cao, hơn nữa các thành phần như sáp, sắc tố tự nhiên làm cho vải có

màu vàng không thể đem đi nhuộm được Sáp trong cotton được NaOH trong dung dịch nấu xà phòng hoá tan trong nước thoát ra khỏi xơ Các sắc tố tự nhiên

bị oxy hoá bằng các tác nhân như H2O2; NaClO; NaClO2… làm cho mất màu Vải sau nấu tẩy trở nên xốp hơn, dễ hút nước hơn và trắng hơn Đối với một số mặt hàng người ta còn làm bóng cho vải trong dung dịch NaOH 18% ở nhiệt độ thấp sau khi nấu tẩy

• Nhuộm

Nhuộm là một quá trình nhằm đưa thuốc nhuộm từ môi trường bên ngoài vào sâu bên trong vật liệu để tạo ra các sản phẩm có màu sắc mong muốn đạt các chỉ tiêu chất lượng như độ bền màu; độ đều màu Nhuộm còn là một quá trình phức tạp liên quan đến nhiều yếu tố khác nhau như cấu trúc của vật liệu; bản chất của thuốc nhuộm; điều kiện công nghệ và thiết bị … Mỗi loại thuốc nhuộm chỉ có thể nhuộm màu cho một vài loại vật liệu nhất định, trong đó thuốc nhuộm liên kết với vật liệu bằng những liên kết đặc thù Ngoài ra nhuộm vải còn là một công việc mang tính nghệ thuật chịu sự chi phối của thị hiếu thẩm mỹ của xã hội

Dung dịch thuốc nhuộm , dù là dung dịch thuốc nhuộm tan trong nước như: dung dịch thuốc nhuộm acid; thuốc nhuộm trực tiếp; thuốc hoạt tính hay dung dịch các thuốc nhuộm không tan trong nước như dung dịch thuốc nhuộm phân tán; hay thuốc nhuộm lưu huỳnh là một hệ đa phân tán Trong dung dịch nhuộm bao gồm thuốc nhuộm, chất trợ các chất điện ly… Các chất điện ly phân ly hoàn toàn trong dung dịch nhuộm; thuốc nhuộm phân ly một phần tạo thành các ion mang màu trong dung dịch, phần còn lại tồn tại ở dạng hạt liên hợp Bởi vậy, trong dung dịch nhuộm luôn luôn có mặt các ion mang màu lẫn không mang màu; các phân tử trung hoà; các hạt liên hợp với nhiều kích thước khác nhau có nhân là các phân tử chung quanh là các ion ở dạng các hạt keo Tất cả các ion, hạt liên hợp nằm ở trạng thái cân bằng động Trong quá trình nhuộm, khi một dạng nào đó của thuốc nhuộm khuếch tán vào trong xơ và thực hiện liên kết với xơ, cân bằng này bị phá

vỡ, các hạt liên hợp sẽ bị tách ra để hệ đạt đến cân bằng mới và cứ thế quá trình cứ lặp đi lặp lại cho đến lúc đạt cân bằng nhuộm

- Động học quá trình nhuộm

Một quá trình nhuộm là một quá trình hoá học và hoá lý có sự tham gia của nhiều

hệ, trong đó xơ sợi ở trạng thái rắn, dung dịch nhuộm ở hệ phân tán keo Một quá trình nhuộm điển hình bao gồm bốn giai đoạn: thuốc nhuộm khuếch tán từ dung dịch nhuộm tới bề mặt xơ; thuốc nhuộm hấp phụ lên bề mặt xơ; thuốc nhuộm khuếch tán

từ bề mặt xơ vào các mao quản trong xơ; thuốc nhuộm hấp phụ lên bề mặt các mao quản hay hình thành liên kết với xơ Trong đó, các giai đoạn thuốc nhuộm khuếch tán

từ dung dịch tới bề mặt xơ và hấp phụ lên bề mặt xơ phụ thuộc vào chế độ thuỷ động lực học; giai đoạn thứ tư củng có tốc độ khá lớn; trong khi đó giai đoạn thứ ba là giai đoạn có tốc độ nhỏ nhất Đây chính là giai đoạn quyết định vận tốc của quá trình nhuộm, tác động đến các chỉ tiêu kinh tế

9 Sự khuếch tán thuốc nhuộm từ dung dịch tới bề mặt xơ

Trong điều kiện nhuộm, dung dịch thuốc nhuộm được bơm hoàn lưu trong hệ thống Nhờ vậy không có sự chênh lệch nồng độ thuốc nhuộm giữa lớp dung dịch sát bề mặt vải lẫn trong dung dịch Như vậy sự khuếch tán thuốc nhuộm từ trong dung dịch tới bề mặt xơ là quá trình chịu tác động của ngoại lực Vải được dẫn động nhờ hệ thống trục dẫn nhờ đó sự tiếp xúc giữa thuốc nhuộm với vải hầu như tức thời

9 Sự hấp phụ thuốc nhuộm lên mặt ngoài của xơ

Trong điều kiện nhuộm, bề mặt xơ sợi tồn tại những trường lực do chưa bão hoà về hoá trị Bởi vậy, trên bề mặt xơ có những tâm hoạt động Những tâm này

có thể là những vùng dư hoá trị hay những vùng tích điện trái dấu với thuốc nhuộm Nhờ vậy thuốc nhuộm dễ dàng hấp phụ lên xơ nhờ lực tĩnh điện và lực hấp phụ Sự hấp thụ thuốc nhuộm lên bề mặt xơ tuân theo phương trình hấp phụ Langmuir:

x

+

= ∞1

x: là lượng thuốc nhuộm hấp thụ vào xơ ở thời điểm nghiên cứu

∞

x là lượng thuốc nhuộm hấp phụ vào xơ ở thời điểm bão hoà

Co là nồng độ thuốc nhuộm thuốc nhuộm ban đầu trong dung dịch nhuộm

9 Sự khuếch tán thuốc nhuộm từ bề mặt xơ vào các mao quản

Khác với quá trình khuếch tán thuốc nhuộm từ trong lòng dung dịch thuốc nhuộm tới bề mặt xơ, sự khuếch tán xơ từ bề mặt xơ vào trong các mao quản là một quá trình không phụ thuộc vào ngoại lực mà do sự chênh lệch nồng độ Khi nhuộm, nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch và bề mặt xơ cao hơn hẳn so với bên trong lõi xơ nên do sự chênh lệch về gradient nồng độ, thuốc nhuộm sẽ khuếch tan từ bề ngoài xơ vào trong lõi xơ theo định luật Fick:

Trong đó: dt : thời gian tính bằng giây

D : hệ số khuếch tán tính bằng cm2/giây

S : diện tích bề mặt xung quanh vị trí x tính bằng cm2

Tuy nhiên, sự khuếch tán thuốc nhuộm từ bên ngoài vào lõi xơ là quá trình khuếch tán trong mao quản Nó chịu tác động của nhiều yếu tố như kích thước mao quản, kích thước thuốc nhuộm, ảnh hưởng của các chất trợ trong dung dịch nhuộm

9 Sự hình thành liên kết giữa thuốc nhuộm và xơ

Sở dĩ chúng ta nhuộm được vải là do thuốc nhuộm hình thành các liên kết với

xơ trong quá trinh nhuộm vải Liên kết giữa xơ và thuốc nhuộm khá phong phú và thường là tổ hợp của các liên kết hoá học và hoá lý Liên kết giữa thuốc nhuộm và

xơ càng mạnh sản phẩm nhuộm càng bền màu

dx

dC DS dt

Liên kết hoá trị : đây là loại liên kết có năng lượng liên kết lớn nhất vào

khoảng từ 100 tới 200 kcal/mol Liên kết hoá trị là loại liên kết chủ yếu của các loại xơ cotton hay xơ protein với thuốc nhuộm hoạt tính Khi thuốc nhuộm liên kết hoá trị với xơ, nó trở thành một bộ phận của xơ, vì vậy độ bền màu của lớp thuốc nhuộm này lớn

Liên kết ion : liên kết ion hình thành giữa thuốc nhuộm acid hay thuốc nhuộm

base cation với xơ protein; polyamide và polyacrilonitryl Năng lượng của liên kết ion thấp hơn so với năng lượng liên kết hoá trị

Liên kết Van der Waals : đây là liên kết của tất cả các thuốc nhuộm với xơ,

năng lượng liên kết Van der Waals tuỳ thuộc khối lượng phân tử và độ phân cực của các phân tử tham gia liên kết Liên kết Van der Waals là liên kết chủ yếu giữa thuốc nhuộm phân tán với các loại vật liệu nhiệt dẻo

Liên kết hydro : đây là loại liên kết chỉ xảy ra trong một số điều kiện nhất định

Tuy năng lượng liên kết hydro không lớn nhưng cũng ảnh hưởng dáng kể ới độ bền của sản phẩm nhuộm

Liên kết của những tương tác kỵ nước : đây là loại liên kết sinh ra do sự tương

tác giữa các nhóm kỵ nước trong thuốc nhuộm với mạch hydrocarbon của xơ nhiệt dẻo

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm

Kích thước mao quản và kích thước phân tử thuốc nhuộm: kích thước phân tử

thuốc nhuộm và kích thước mao quản trong xơ ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình khuếch tán thuốc nhuộm từ bề mặt xơ vào trong các mao quản Phân tử thuốc nhuộm càng nhỏ hay đường kính các mao quản trong xơ càng lớn vận tốc khuếch tán càng lớn Tuy nhiên, thuốc nhuộm càng dễ khuếch tán vào lõi xơ thì cũng dễ bị

di hành ra bên ngoài xơ nên độ bền màu không cao

Nhiệt độ nhuộm: nhiệt độ ảnh hưởng tới quá trình nhuộm trên các yếu tố, hệ số

khuếch tán D kích thước mao quản Như ta đã biết:

)

/(RT E O

T D e

Trong đó:

Dt : hệ số khuếch tán của thuốc nhuộm ở nhiệt độ t

Do : hệ số khuếch tán của thuốc nhuộm ở nhiệt độ chuẩn

E : năng lượng hoạt hoá của thuốc nhuộm

R : hằng số khí l ý tưởng

T : nhiệt độ tuyệt đối Như vậy khi tăng nhiệt độ hệ số khuếch tán tăng làm tăng tốc độ khếch tán của thuốc nhuộm Nhiệt độ còn làm tăng các chuyển động nhiệt của xơ làm tăng kích thước các mao quản trong xơ tạo điều kiện cho quá trình khuếch tán thuốc nhuộm Tuy nhiên, nhiệt độ cũng ảnh hưởng tiêu cực tới độ bền của xơ và thuốc nhuộm

Chất điện ly: như ta đã biết, dung dịch nhuộm là hệ đa phân tán trong đó có các

ion, các hạt keo… sự tồn tại của các ion trong dung dịch nhuộm đã ảnh hưởng tới cân bằng động trong dung dịch nhuộm và hoạt hoá xơ

Chất trợ: chất trợ đóng vai trò khá quan trọng trong nhuộm Chất trợ làm giảm sức

căng bề mặt giúp xơ dễ thấm ướt hơn nên thuốc nhuộm dễ khuếch tán vào lõi xơ hơn Chất trợ còn giúp điều chỉnh ái lực của thuốc nhuộm với xơ giúp sản phẩm nhuộm đều màu Ngoài ra nó còn bôi trơn cho vải tránh cho vải bị xước khi tiếp xúc với các bộ phận công tác trong máy nhuộm

• Hoàn tất

Vải trong khi nhuộm bị kéo do các bộ phận công tác trong máy nhuộm Do vậy, vải bị co ngang và dãn dài làm cho khổ vải bị biến đổi; sợi ngang sợi dọc không vuông góc với nhau; vải dệt kim thì các hàng vòng và cột vòng bị biến dạng; mặt vải nhăn nheo không đảm bảo tính mỹ quan Bên cạnh đó vải thương phẩm yêu cầu phải có độ nhũn; khi sờ mặt vải phải có cảm giác đầy tay; vải còn phải có các phẩm chất cảm quan như nổi cát; nổi nhung; độ bóng… Tất cả các đặc tính kể trên là nhờ công đoạn hoàn tất Vải sau khi nhuộm, được đem đi sấy; văng khổ; hồ; cán bóng trước khi quấn vào trục vải để đưa ra thị trường Tuỳ theo thành phần vật liệu mà chế độ hoàn tất

khác nhau Trong công đoạn hoàn tất, nhiệt độ và thời gian lưu của vải trong thiết bị hoàn tất đóng vai trò quyết định tới phẩm chất của vải

• Các phương pháp công nghệ nhuộm

Trong các nhà máy nhuộm tuỳ vào điều kiện thiết bị, năng suất; vật liệu mà người

ta lựa chọn phương pháp công nghệ cho phù hợp Trong sản xuất có ba phương pháp công nghệ nhuộm: nhuộm gián đoạn; nhuộm liên tục và nhuộm bán liên tục

- Phương pháp nhuộm gián đọan

Trong phương pháp nhuộm gián đoạn tất cả các giai đoạn rũ hồ; tẩy trắng; nhuộm đều được tiến hành trên một thiết bị Với phương pháp này ta có các loại như sau:

Vật liệu tĩnh, dung dịch nhuộm chuyển động: dùng để nhuộm sợi kiểu bobin

Vật liệu chuyển động dung dịch nhuộm đứng yên: dùng trong máy nhuộm Jigger

Cả vật liệu lẫn dung dịch nhuộm đều chuyển động: dùng trong máy nhuộm Jet

Phương pháp nhuộm gián đoạn có thể nhuộm ở áp suất thường; áp suất cao Vải nạp vào thiết bị có thể là dạng dây hay dạng mở khổ Do trong quá trình nhuộm, thuốc nhuộm bị trích hút vào trong vật liệu nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch giảm dần, trong khi đó nồng độ thuốc nhuộm trong vật liệu tăng dần do vậy phương pháp nhuộm gián đoạn còn được gọi là nhuộm tận trích Trong phương pháp nhuộm gián đoạn nếu dung tỷ nhuộm – tỷ số giữa khối lượng vải và thể tích dung dịch nhuộm theo đơn vị

kg/l – từ 1 tới 5 là nhuộm dung tỷ thấp; dung tỷ nhuộm từ 5 tới 10 là nhuộm trung

bình còn dung tỷ lớn hơn 10 là nhuộm dung tỷ cao Nhuộm gián đoạn không bảo đảm

độ đều màu giữa các mẻ

- Phương pháp nhuộm liên tục

Trong phương pháp nhuộm liên tục vải đi theo một đường liên tục trải qua từng thiết bị và chịu các quá trình gia công riêng từ tiền xử lý tới nhuộm, hoàn tất Các máy nhuộm liên tục đều nhuộm vải ở dạng mở khổ, nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch nhuộm rất cao, các máng nhuộm có thể tích từ 5 tới 10 lít để ổn định gradient nồng độ trong suốt quá trình nhuộm Phương pháp nhuộm liên tục có thể nhuộm một pha hay