TỔNG QUAN VỀ TƠ SỢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN Ở thời kì đầu , những nghiên cứu về hóa họ các hợp chất cao phân tử phần lớn là nghiên cứu cấu tạo , tính chất và khả năng ứng dụng của các polyme thiên nhiên.. k

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

Ở thời kì đầu , những nghiên cứu về hóa họ các hợp chất cao phân tử phần lớn là nghiên cứu cấu tạo , tính chất và khả năng ứng dụng của các polyme thiên nhiên Bước tiếp theo

là nghiên cứu tổng hợp những polyme thiên nhiên trên cơ sở các nguồn nguyên liệu dễ

kiếm Từ đó , hàng loạt các nghành công nghiệp sane xuất cao su , tơ sợi tổng hợp , chất dẻo , sơn phủ các loại ra đời

Nhờ những tính chất cơ lí rất đăc trưng của các hợp chất cao phân tử đã trở thành những vật liệu kết cấu không thể thay thế và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác của công nghệ cũng như hoạt động con người

Tuy nhiên , không phải ai cũng có thể hiểu rõ cấu tạo , tính chất , phân loại cũng như

ứng dụng của các hợp chất trên Chính vì vậy tôi đã chọn đề tài " Tổng quan về tơ sợi "

để làm rõ hơn về tính chất , cách thức sản xuất và cách sử dụng tơ sợi trong sản xuất và đời sống

2/ Đôi tượng nghiên cứu

Tính chất , cách thức sản xuất và cách sử dụng tơ sợi

3/ Phương pháp nghiên cứu

Sưu tầm và tổng hợp các tài liệu

PHẦN 2 : NỘI DUNG

Chương 1 : Tổng quan về lý thuyết

1.1 Khái niệm :

Tơ là loại hợp chất thiên nhiên hoặc tổng hợp dạng sợi dài , nhỏ với độ bền nhất định

* Điều kiện của polyme dùng để sản xuất tơ :

- Có các mạch không phân nhánh ,sắp xếp song song với nhau

- Có độ bền hóa học nhất định ( bền với nhiệt và các dung môi thông thường )

- Không độc hại và bền vững với vi khuẩn

- Có thể kéo thành sợi bền , dễ uốn , có khả năng nhuộm màu

1.2 Phân loại : Tơ được chia làm 2 loại :

- Tơ thiên nhiên ( sẵn có trong tự nhiên , được sử dụng trực tiếp ) như bông , len , tơ tằm

- Tơ hóa học ( chế tạo bằng phương pháp hóa học ) : được chia thành 2 nhóm :

+ Tơ tổng hợp ( chế tạo từ các polyme tổng hợp) như các tơ poliamit ( nilon , capron ) ,

tơ vinylic ( nitron,vinilon), tơ lapsan

• Tùy theo phương pháp điều chế người ta chia tơ tổng hợp thành 2 nhóm chính : tơ từ các polyme trùng ngưng và các tơ từ các polyme trùng hợp

• Dựa vào mạch polyme người ta chia thành : Polyamit mạch C dị nguyên tốchứa nhóm -CO-NH- , Polyeste mạch C chứa -CO-O- , các loại mạch C và

dị mạch khác + Tơ bán tổng hợp hay tơ nhân tạo ( xuất phát từ polyme thiên nhiên nhưng được chế biến thêm bằng phương pháp hóa học ) như tơ vicso , tơ xenlulozo axetat

1.3 Tính chất và đặc điểm của tơ

1.3.1 Tơ thiên nhiên :

Tơ thiên nhiên là những vật liệu polime lấy từ nguồn gốc động vật , thực vật hoặc khoángvật , có thể sử dụng trực tiếp làm tơ không cần phải chế biến thêm bằng phương pháp hóahọc Trong số hơn 125 dạng tơ , nằm trong sự phân loại của dạng tơ thiên nhiên thì chỉ có

5 dạng có khả năng kéo thành sợi là bông , len , tơ tằm ,gai và amiang

Quan trọng nhất là bông , len , tơ tằm

Tơ thiên nhiên dễ bắt lửa khi cháy tạo thành tro , nhanh thấm nước , không độc , dễ bị xùChịu tác nhiệt kém và không bền trong axit , kiềm , chất oxi hóa và vi khuẩn

1.3.2 Tơ hóa học :

Tơ hóa học dai , bền ( tơ capron, nilon 6,6 không thua dây thép , tơ xenlulozo axetat còn bền hơn cả sợi dây thép ) Có tơ có tính chất vô cung quý giá là không cháy như tơ clorin Nhiều tơ sợi hóa học còn bền vững về mặt hóa học , ngay cả với axit , kiềm , chất oxy hóa như tơ lapsan , tơ clorin Tơ sợi hóa học bền với nước , không bị nước và các vi khuẩn làm mục nát có thể thường xuyên sử dụng trong nước mà không sợ hư hỏng ( ví dụnhư lưới đánh cá ) Một ưu điểm vượt trội của của tơ hóa học là nguyên liệu rẻ và phongphú (khí thiên nhiên , dầu mỏ , tha đá , muối biển , )

Chương 2 : Một số loại tơ thông dụng

2.1.Tơ thiên nhiên

2.1.1 Xơ bông : Bông được dùng rất nhiều trong ngành dệt may Cây bông thuộc họ

Malvacae là loại cây ưa nắng ấm và cần nhiều ánh sáng để phát triển Quả bông có hình dài dẹt , một đầu nhọn , đầu gắn hạt bông thì nhẵn phẳng Xơ có nhiều nếp xoắn , độ xoắncủa xơ phụ thuộc vào độ chín

Công thức chung của xơ bông như sau :[C6H7O2(OH)3]n

Ta thấy mạch phân tử của xơ bông được cấu tạo từ các gốc α-glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucosid ( liên kết ether) , cứ hai gốc α-glucose tạo thành một khâu đơngiản , số khâu đơn giản lặp lại trong mạch phân tử gọi là hệ số trùng hợp n của xơ.Xơ bông có hệ số trùng hợp tương đối lớn n= 10000 đến 30000 nên phân tử lượng của nó cũng lớn Điều này sữ ảnh hưởng đến một số tính chất của xơ bông như độ mềm , độ bền

2.1.1.1.2 Tính chất hóa học của xơ bông :

- Tác dụng với axit :

Trong môi trường axit , các mối liên kết 1-4 glucosid bị thủy phân làm ngắn mạch phân

tử của xenlulo Kết quả là xenlulo giảm bền

[C6H7O2(OH)3]n H+ [C6H7O2(OH)3]n1 +[C6H7O2(OH)3]n2 +

Với n1, n2 << n

Xenlulo đặc biệt kém bền với tác dụng của axit vô cơ như H2SO4,HCl, HNO3 nồng độ

và nhiệt độ càng cao thì tốc độ thủy phân càng cao Với những axit hữu cơ như

CH3COOH ,HCOOH thì tốc độ thủy phân chậm hơn

Như vậy khi xử lý xơ bông trong môi trường axit cần đặc biệt chú ý đến nhiệt độ cũng như nồng độ axit để tránh làm ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của xơ bông và nếu đã xử lýbằng axit cần giặt kỹ trước khi qua công đoạn khác nhằm loại hết những ion H+ còn nằm trên vải

- Tác dụng với kiềm :

Xenlulo thường bền với tác dụng của kiềm , nhưng nếu có mặt của oxygen và nhiệt độ thìxenlulo bị giảm mạnh Vì thế , khi xử lý bông trong môi trường kiềm cần thực hiện trong các thiết bị kín , không có mặt oxygen không khí

Trong môi trường kiềm xenlulo bị trương nở mạnh , các mạch phân tử xơ giãn ra xa nhau, kết quả là cấu trúc xơ bị thay đổi làm cho xơ hút nước cũng như các hóa chất tốt hơn , làm xơ bông dễ nhuộm hơn

- Tác dụng với chất oxy hóa :

Xenlulo rất nhạy cảm với chất oxy hóa Khi bị oxy hóa , các chất nhóm -OH trong mạch phân tử chuyển dần thành carbonyl -CHO rồi thành nhóm carboxyl -COOH Kết quả là đứt mạch phân tử , tạo thành các oxyde xenlulo , làm giảm bền xơ

Do tính chất này mà khi tiến hành tẩy trắng xơ bông bằng các tác nhân oxy hóa như NaClO , H2O2 ta cần khống chế công nghệ cho tốt để xenlulo ít bị oxy hóa nhất

- Tác dụng với muối và chất khử :

Muối tác dụng với xenlulo cũng giống như với kiềm và axit nhưng chậm hơn Nghĩa là nếu muối có tính axit hay kiềm thì nó phản ứng với xenlulo giống như với axit hay kiềm Xenlulo tương đối bền với tác dụng chất khử

2.1.1.1.3: Các tính chất cơ lý :

- Khối lượng riêng : 1.52g/cm3

- Xenlulo là xơ nhiệt không dẻo , bị hóa vàng ở nhiệt độ 120oC và bắt đầu phá hủy ở nhiệt

độ 150oC

- Xơ bông rất dễ bắt lửa , khi cháy có mùi khét như giấy cháy , khi rút xơ ra khỏi lửa xơ vẫn cháy

- Xơ bông có tính dẫn nhiệt trung bình

- Xơ bông có độ bền cơ học tương đối cao (25-40 gf/tex) , độ giãn đứt ở trạng thái khô

6-8 % , trạng thái ướt 7-10% Xơ bông là loại tơ có khả năng tăng bền trong trạng thái

ẩm Xơ bông không bền với vi khuẩn và nấm , mốc

do tính thoáng mát mềm mại xơ bông được dùng để may các loại quần áo mùa hè , quần

áo trẻ em, người già , trang phục lao động và trang phục quân đội

2.1.1.3 Qúa trình sản xuất :

Trong quá trình thu hoạch bông vải , chung được đóng lại dưới dạng những kiện bông thôchứa các sợi bông có kích thước khác nhau cùng với tạp chất tự nhiên như hạt , bụi , đất Nguyên liệu bông thô sẽ được đánh tung , làm sạch và bông được thu dưới dạng cáctấm phẳng , đều Các sợi bông tiếp tục được kéo sợi thô để tăng kích thước , độ bền và được đánh thành từng ống Sau khi được kéo thành sợi hoàn chỉnh sẽ đến quá trình hồ sợidọc , đây là quá trình sử dụng hồ tinh bột , tinh bột biến tính và một số hồ nhân tạo như polyvinynalcol PVA , polyarcylat để tạo màng hồ bao quanh sợi bông , tăng độ bền , độ trơn bóng của sợi để tiến hành dệt vải

Qui trình sản xuất sợi

2.1.2 Len : là một polipeptit hoặc poliamit phức tạp , trong phân tử chứa khoảng 20 α-

amino axit , chủ yếu là glyxin , lơxin, isolơxin, protein , xystin ,arginin ,axit glitamic ,thường được chế từ lông động vật như cừu , thỏ

Khối lượng riêng 1.30g/cm3

- Biến dạng thuận nghịch : sau khi kéo giãn xơ phục hồi ngay vị trí ban đầu

- Biến dạng tạm thời : khi kéo giãn với sự có mặt của nước sôi hoặc hơi nước trong thời gian ngắn xơ bị biến dạng , khi xử lý bằng nhiệt độ lơn hơn hoặc bằng lúc ban đầu xơ trở lại vị trí ban đầu

-Hiện tượng quá co : kéo giãn xơ len trong điều kiện hơi nước bão hòa trong thời gian rất ngắn 1-2 phút , sau đó tiếp tục xử lý lần 2 bằng hơi nước bão hòa nhưng không kéo dãn Vật liệu sẽ co lại nhiều hơn so với trạng thái ban đầu

2.1.2.1.2.Tính chất hóa lý :

- Tương đối bền nhiệt , 130-140oC len bị thoát ẩm giòn hơn , sau khi lấy lại nhiệt độ ẩm len lấy lại độ bền 300oC cháy xém , bắt lửa chậm , tro vón thành hạt đen mùi sừng cháy

- Bền với axit loãng ở thời gian dài axit đậm đặc làm tổn thương len

- Kém bền kiềm , các liên kết amid (-NH-OH-) bị thủy phân , nếu ở nồng độ thấp làm len vàng và thô cứng

-Kém bền với chất oxy hóa , chất khử do cầu liên kết systine bị đứt , len giảm bền , độ đàn hồi , cứng và giòn hơn

- Hàm lượng ẩm lớn : 11-12% Mạch có nhiều nhóm - NH2 , -COOH , -NH-CO- , có cấu trúc mắt lưới không có vùng tinh thể nên len có thể hấp thụ 30-50% hơi nước

- Dưới tác dụng của nước sôi trong nhiều giờ len giảm bền do các liên kết bị phá vỡ 2.1.2.2 Ứng dung:

Len được dùng chủ yếu để sản xuất ra các sản phẩm thời trang như váy

áo , khăn quàng , mũ , găng tay , tất Người ta có thể sản xuất các sản phẩm từ len theo hướng công nghiệp hoặc thủ công Để tạo ra mộtkhối lượng lớn sản phẩm thời trang , chúng ta có các nhà máy dệt với

công suất lớn Tại đây , len được dệt trên máy

2.1.3 Tơ tằm : tương tự như len , là loại xơ protein

thiên nhiên , được cấu tạo từ những aminoaxit Có 2 giống tằm chính : (i) Tơ kéo được từ kén con tằm nuôi bằng lá dâu (ii) Tằm dại do những con tằm hoang ăn lá cây sồi , lá sắn chủ yếu đểkéo sợi đũi

Tằm là loại côn trùng , vòng đời trải qua 4 giai đoạn : trứng , tằm , nhộng (kén ), ngài

Về phương diện cấu tạo , tơ tằm là loại tơ có cấu trúc đơn giản Sợi tơ được cấu tạo từ hai sợi fibroin đơn rất dài kéo được từ kén tằm và liên kết với nhau từ keo serisin Thành

phần fibroin của tơ chiếm khoảng từ 70-80% , thành phần keo serisin chiếm khoảng từ 20-30% Ngoài ra sợi tơ tằm còn chứa một số khoáng chất và tạp chất

Màu sắc của sợi tơ tằm biến đổi tùy theo giống tằm và tùy theo loại thức ăn con tằm , từ màu kem nhạt , vàng nhạt đến xanh vàng hoặc nâu

Về phương diện hóa học , thành phần fibroin của tơ tằm gồm 1 chuỗi polypeptit cấu tạo bởi 18 chất aminoaxit , trong số đó các chất như alanin, glicin , serin , tirosin chiếm đến 93%

Tơ tằm có độ bền cao , dẫn nhiệt kém , mềm mại , óng ả , bền vững với nhiệt nên hiện nay vẫn đóng vai trò quan trọng trong kĩ nghệ dệt

Kén tằm 2.1.3.1 Đăc tính của tơ tằm

2.1.3.1.1 Đặc tính vật lý :

- Tính bền đứt và độ độ dãn đứt : tơ tằm là vật liệu dệt tự nhiên có độ bền cao nhất , tuynhiên còn tùy thuộc vào giống tằm và kén tằm Sợi tơ tằm ăn lá dâu có độ bền đứt

khoảng 2,5-5,0CN/tex Nếu căn cứ vào độ mảnh của tơ sợi (1,5 -2,5 D ) , thì độ bền nàytương đương với các loại xơ sợi nhân tạo

- Độ bóng và cảm giác sờ tay : sau khi chuội , tơ tằm có độ bóng rất đặc biệt Độ bóng tơcòn tùy thuộc vào tính chất của sợi tơ đơn và còn chịu ảnh hưởng của phương pháp xử lý

tơ tằm Ngoài tính bóng tơ tằm còn có cảm giác sờ tay mềm mại

- Tính hút ẩm - tính chịu nhiệt : tơ tằm là xơ protein nên tơ tằm có tính hút ẩm cao Trong điều kiện chuẩn (25oC-65% độ ẩm ) sợi tơ tằm hút được 11% ẩm Như vậy caohơn cả sợi bông và thấp hơn sợi len Ngoài ra sợi tơ tằm có thể hút được 30% độ ẩm màvẫn không cảm giác bị ẩm ướt Tơ tằm có tính giữu nhiệt và đồng thời tỏa nhiệt tốt 2.1.3.1.2 Đặc tính hóa học :

- Tác dụng với axit :

Trong phân tử tơ tằm có sự hiện diện của các nhóm amino tự do (-NH2) , do đó sợi tơ tằm

có khả năng tạo phản ứng với các axit

Tuy nhiên khả năng phản ứng với axit của tơ tằm kém hẳn sợi len do số nhóm amino tự

do trong len cao hơn trong tơ tằm Sợi tơ tằm tương đối không bền với axit vô cơ Cácaxit vô cơ đậm đặc như H2SO4 , HCl có thể cắt đứt cầu nối peptid và phá hủy tơ , đôi khi

có thể hòa tan tơ hoàn toàn Với các axit vô cơ loãng , tơ tằm bị co rút

- Tác dụng với kiềm :

Tơ tằm là loại tơ " lưỡng tính " Trong cơ cấu , ngoài những nhóm amino tự do , còn có

sự hiện diện của những nhóm carboxyl tự do , nhờ đó sợi tơ tằm còn có khả năng tạophản ứng cộng với bazo

Sợi tơ tằm rất nhạy với chất kiềm : với các chất kiềm đậm đặc và ở nhiệt độ cao , sợi tơtằm bị phá hủy nhanh chóng Với kiềm lỏng và ở nhiệt độ thường , thành phần fibroincủa tơ tằm tương đối bền Các chất kiềm loãng tuy không gây thiệt hại nặng cho sợi tơtằm , nhưng vẫn làm giảm độ bóng , vẻ mềm mại của tơ , nhất là ở niệt độ cao Do vậy ,phải thận trọng khi xử lý tơ tằm với chất kiềm

- Tác dụng với các chất oxy hóa :

Sợi tơ tằm rất nhạy cảm với các chất oxy hóa , dưới tác dụng của các chất oxy hóa mạnh

tơ sẽ bị phá hủy do bị đứt mạch phân tử Các chất oxy hóa yếu tuy không gây đứt mạch

phân tử nhưng cũng làm thay đổi một số nhóm chức của mạch phân tử Vì vậy, khi tẩytrắng tơ tằm bằng các chất oxy hóa phải hết sức thận trọng

- Tơ tằm tan tốt trong HCOOH 80%, HCl đđ , H2SO4 ở 38oC , không tan trong phenol90% , aceton

2.1.3.2.Ứng dụng :

Được sử dụng chủ yếu làm nguyên liệu cho may mặc , do chúng có các tính chất đáp ứngđược hầu hết về may mặc Tơ tằm có thể may quần áo mát về mùa hè , ấm về mùađông Đối với những tơ phế phẩm được đưa vào kéo sợi dệt kim , bít tất , đăng ten , hàngtrang trí

Một số sản phẩm từ tơ tằm

2.2 Tơ nhân tạo : Tơ nhân tạo là tơ có nguồn

gốc polyme được đem chế hóa bằng phương pháphóa học làm thay đổi cấu tạo của polyme thiênnhiên , đồng thời làm xuất hiện những tính chất mới mà polyme thiên nhiên không có

2.2.1 : Tơ visco :

2.2.1.1.Tính chất vật lý :

- Khối lượng riêng : 1.50-1.53 g/cm3

- Bền kéo trung bình ( kém hơn xơ bông ) , co lại khi ướt , độ bền ma sát giảm khi ướt

- Hút ẩm tốt 12.5-13.5 % chỉ thua len ,cao hơn bông rất nhiều có cấu trúc xốp

- Tính chịu nhiệt : visco chịu được nhiệt tới 125oC mà không bị cháy vàng hay tổn thương , trên 125oC sẽ bị ảnh hưởng

- Tính cháy : khi gần ngọn lửa visco không nóng chảy , khi tiếp xúc với lửa thì bốc cháy tạo mùi giấy cháy , không chảy

- Tác dụng của bazo và axit : visco kém bền dưới tác dụng của bazo và axit Tơ visco tan trong dung dịch đồng amoniac , natrizincat , axit sunfuaric đặc

2.2.1.3 Điều chế : tơ visco được điều chế từ xenlulozo Cho xenlulozo tác dụng vớiNaOH người ta thu được sản phẩm gọi là " xenlulozo kiềm " , đem chế hóa tiếp với cacbon đisunfua sẽ thu được dung dịch xenlulozo xantogenat :

[ C6H7O2(OH)3]n →[ C6H7O2(OH)2ONa]n →[C6H7O2(OH)2O-CS2Na]n

(Xenlulozo) ( Xenlulozo kiềm ) ( Xenlulozo xantogenat)

Xenlulozo xantogenat tan trong kiềm tạo thành dung dịch rất nhớt gọi là visco Khi bơm dung dịch nhớt này qua những ống có các lỗ rất nhỏ (ᵠ < 0.1 mm ) ngâm trong dung dịch axit sunfuaric , xenlulozo xantogenat sẽ bị thủy phân cho ta xenlulozo hidrat ở dạng ống nuột gọi là tơ visco :

C6H7O2(OH)2O-CS2Na]n +n/2 H2SO4 → [C6H7O2(OH)3]n + nCS2 + Na2SO4

(Zenlulozo xantogenat) (Xenlulozo hidrat)

Xenlulozo hidrat có công thức hóa học tương tự xenlulozo , nhưng do quá trình chế biến hóa học như trên , mạch polyme trở nên ngắn hơn , độ bền hóa học kém đi và hóa nước hơn