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

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 ii 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 iii Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : HUỲNH TIẾN PHONG Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 11-03-1970 Nơi sinh : Quảng Ninh 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 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2 TS. PHẠM THÀNH QUÂN TS. LÊ THỊ KIM XUYẾN TS. LÊ NGỌC THẠCH Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng 06 năm 2004 TRƯỞNG PHÒNG QLKH-SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH iv 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 v TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tiền xử lý và nhuộm vải cotton 100% theo phương pháp gián đoạn. Quá trình tiền xử lý và nhuộm vải được tiến hành theo phương pháp thường và phương pháp sử dụng siêu âm nhằm đưa ra đơn công nghệ cho mỗi quá trình, đồng thời sơ bộ tính toán động học của phản ứng nhuộm. Vải sau khi nhuộm được kiểm tra độ bền kéo để đánh giá mức độ ảnh hưởng của siêu âm tới độ bền. Sau quá trình khảo sát ảnh hưởng của các hoá chất sử dụng và các thông số công nghệ, luận văn đã xác định được các thông số tối ưu cho quá trình tiền xử lý và nhuộm vải cotton 100% cho cả hai phương pháp có sự hỗ trợ của siêu âm và không sử dụng siêu âm. 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 … vi MỤC LỤC CHƯƠNG TÊN TRANG Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ iii Lời cám ơn iv Tóm tắt luận văn thạc sĩ v Mục lục vi Đặt vấn đề 1 1 Tổng quan 4 1.1. Tổng quan về cotton 4 1.2. Tổng quan về màu sắc và thuốc nhuộm 11 1.3. Tổng quan về công nghệ nhuộm 26 1.4. Tổng quan về siêu âm và ứng dụng của nó trong công nghệ hoá học 35 2 Phương pháp nghiên cứu 48 2.1. Sơ đồ nghiên cứu 48 2.1.1. Nhuộm vải 48 2.1.2. Kiểm tra sản phẩm nhuộm 49 2.1.3. Nghiên cứu động học 50 2.2. Thiết bị và hoá chất 51 3 Kết quả và bàn luận 52 3.1. Khảo sát quá trình tẩy trắng 52 3.1.1. Khảo sát tẩy thường 52 3.1.2. Khảo sát quá trình tẩy siêu âm 58 3.2. So sánh hai quá trình tẩy trắng 64 3.3. Khảo sát quá trình nhuộm 65 vii 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn 65 3.3.2. Kết quả khảo sát quá trình nhuộm 67 3.4. So sánh hai quá trình nhuộm 86 3.4.1. So sánh đơn công nghệ 86 3.4.2. So sánh lực kéo đứt sản phẩm nhuộm của hai quá trình 87 3.5. Động học của quá trình nhuộm 89 4 Kết luận và kiến nghị 92 4.1. Kết luận 92 4.2. Đề nghị 94 Tài liệu tham khảo 95 Phụ lục 98 Tóm tắt lý lịch trích ngang 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong cuộc sống, con người có nhiều nhu cầu. Trong đó nhu cầu về thực phẩm để sống; nhu cầu y phục để bảo vệ thân thể trước những thay đổi của môi trường xung quanh và để làm đẹp; nhu cầu về chỗ ở - nơi gia đình quây quần sum họp, là những nhu cầu thiết yếu nhất. Loài người luôn hướng tới cái đẹp, nên đã nâng cấp những nhu cầu cơ bản trên thành những nghệ thuật: nghệ thuật ẩm thực, nghệ thuật kiến trúc và nghệ thuật phục sức. Bởi vậy có thể nói dệt-nhuộm là một trong những ngành công nghiệp xuất hiện đầu tiên trong đời sống xã hội loài người. 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 2 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 3 • 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. [...]... 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. .. 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 29 - Động học quá trình nhuộm Một quá trình nhuộm là một quá trình hoá học và hoá lý có sự tham gia của... 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. .. + Họ thuốc nhuộm triazine: đây là nhóm thuốc nhuộm hoạt tính có nhóm T là 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,... là hoạt động hơn cả N N pirimidine Cl N Cl N dichloridepirimidine Cl N N Cl Cl trichloridepirimidine + Họ thuốc nhuộm vinylsulfon, thuốc nhuộm hoạt tính họ vinylsulfon có nhóm 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 + Họ thuốc. .. 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. .. 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... 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... • 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: 20 - 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 . 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. văn khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tiền xử lý và nhuộm vải cotton 100% theo phương pháp gián đoạn. Quá trình tiền xử lý và nhuộm vải được tiến hành theo phương pháp thường và phương. 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