Thời gian xử lý kiềm cũng ảnh hƣởng đến sự trƣơng nở của xơ, do đó cũng ảnh hƣởng đến các tính chất cơ lý của vải.
Theo J.T Mark và Trotman, kết quả của việc xâm nhập kiềm vào mạng tinh thể là liên kết hydro bị phá hủy và số lƣợng các phân tử Cellulose II của các nhóm hydroxyl có sẵn (-OH) tăng 25%. Quá trình này đƣợc gọi là kiềm bóng (tên thƣơng mại).
A. R. Moghassem và A. Tayebi đã thí nghiệm ngâm vải trong dung dịch kiềm với tỷ lệ 200g/l, 250g/l, 300g/l với nhiệt độ 200C và cao hơn, đã cho chúng ta một số kết quả nhƣ:
Sự thay đổi ổn định kích thƣớc đƣợc xem xét và đánh giá dựa trên nồng độ kiềm và nhiệt độ.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Tăng nồng độ kiềm có tác động tích cực đến các mẫu xử lý ở 20°C. Nhƣng đối với mẫu xử lý ở nhiệt độ cao hơn 20°C chỉ nên tăng kiềm lên nồng độ 240g/l để cải thiện sự ổn định kích thƣớc.
Ở nhiệt độ hơn 20°C, nồng độ kiềm 200g/l phù hợp hơn so với 300g/l. Nồng độ kiềm là 300g/l cho thấy ảnh hƣởng không tốt khi nhiệt độ xử lý là 60°C và 80°C.
Trong nồng độ 200g/l, nhiệt độ 20°C có tác động tốt nhất đến sự ổn định kích thƣớc. Nhƣng sự ổn định sẽ đƣợc cải thiện bằng cách tăng nhiệt độ xử lý từ 20°C tới 80°C.
Đối với mẫu xử lý ở nồng độ kiềm 250g/l và nhiệt độ bất kỳ, sự ổn định kích thƣớc là cao.
Khi nồng độ là 300g/l, nhiệt độ tối ƣu để hoàn thành mục đích xử lý là 20°C, tăng nhiệt độ sẽ làm giảm sự ổn định kích thƣớc.
C. K. Au và I. Holme đã nghiên cứu và so sánh về tác dụng của 3 hóa chất kiềm hay sử dụng là KOH, NaOH, và LiOH trong quá trình xử lý vải bông.
LiOH mang đến kết quả tốt ở nồng độ kiềm thấp. Tuy nhiên, NaOH là thuốc thử tốt nhất cho quá trình kiềm trong các thí nghiệm. Tác động của kim loại kiềm hydroxit sắp xếp theo thứ tự NaOH > KOH > LiOH.
Nồng độ kiềm tác động nhanh tới quá trình xử lý, nhƣng khi nồng độ kiềm càng lớn, quá trình xảy ra càng chậm.
Tác động của xử lý kiềm tới vải bông tăng dần theo nhiệt độ.
Ví dụ: Ở 50°C/60ph, quá trình xử lý tăng độ nồng độ kiềm từ 2g/l lên 10g/l có thể chỉ tăng % trọng lƣợng vải mất từ 8,16 đến 8,17%. Khi xử lý nhiệt độ tăng lến 100°C, sự thay đổi là 10,62 lên 11,88%.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Trong 10ph đầu tiên của quá trình xử lý, trọng lƣợng vải mất rất nhanh, sau đó tỷ lệ trọng lƣợng mất giảm rất chậm trong suốt thời gian của quá trình xử lý còn lại.
Cả pH và loại kiềm có thể tác động hiệu quả lên quá trình xử lý kiềm. Nó gắn liền với mức độ hydrat hóa của các cation kim loại kiềm, và khả năng đi kèm với quá trình trƣơng nở.
1.3 PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KIỀM VẢI BÔNG 1.3.1. Mục đích
Vải bông sau khi đƣợc xử lý kiềm sẽ có những ƣu điểm mà trƣớc khi xử lý không thể có đƣợc nhƣ:
Cải thiện độ bóng.
Tăng khả năng hấp phụ thuốc nhuộm.
Tăng khả năng phản ứng với các hóa chất khác.
Cải thiện tính ổn định kích thƣớc.
Tăng độ bền.
Cải thiện độ trơn mƣợt và tăng cảm giác sờ tay.
Việc xử lý kiềm vải bông đƣợc thực hiện ở công đoạn tiền xử lý bằng cách: Ngâm tẩm, giảm trọng, xử lý hóa chất vải.
Quá trình hóa học khi xử lý:
Việc xử lý kiềm trên vải bông nhằm biến đổi tính năng sử dụng của vải và đƣợc áp dụng trong giai đoạn tiền xử lý. Quá trình này nhằm mục đích cải thiện những nhƣợc điểm của vải bông thông thƣờng hoặc tăng các khả năng nhƣ: Độ bóng, hấp phụ thuốc nhuộm, hóa chất, độ bền, cảm giác sờ tay, v.v… Phƣơng pháp này có ƣu điểm lớn là: Dễ áp dụng, không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, chi phí đầu tƣ không cao.
Ngoài ra, việc xử lý kiềm ở nồng độ cao không phải là yếu tố quan trọng nhất để kiểm tra và đánh giá các ƣu điểm của vải đƣợc xử lý. Các yếu tố khác
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cần lƣu ý nhƣ: Nhiệt độ xử lý, nồng độ chất xử lý, thời gian xử lý, các tác động cơ học, chất ngấm, và hàm lƣợng xenlulo cũng nhƣ tạp chất có trong vải bông cũng cần đƣợc xem xét. Tác dụng của kiềm có thể thay đổi tùy theo nồng độ, nhiệt độ, thời gian và yêu cầu xử lý.
Khi tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng cũng nhƣ làm hiệu ứng hóa học đƣợc tăng lên, làm cho các chất hóa học hòa tan nhanh hơn trên bề mặt ngoài của vải. Giặt không đủ có thể dẫn đến sự tích tụ của kiềm còn sót lại trên vải, có thể gây thủy phân vải.
1.3.2. Sự thay đổi các tính chất cơ lý vải sau khi xử lý bằng kiềm
Khi một xơ xenlulo đƣợc nhúng vào nƣớc, các phân tử nƣớc khuếch tán vào vùng vô định hình của xơ và nguyên tử hidro liên kết với các nhóm hydroxyl có thể tiếp cận đƣợc của xơ xenlulo. Do sự có mặt của các phân tử này ở vùng vô định hình, các phân tử rung với biên độ dài hơn, khi một số liên kết hidro và các liên kết yếu hơn giữa các mạch phân tử bên cạnh ở phần ranh giới của vùng tinh thể bị gẫy, các phân đoạn phân tử không liên kết vẫn tiếp tục rung với biên độ dài hơn, tiếp theo đó các phân tử nƣớc khuếch tán và liên kết với nhóm hydroxyl tự do. Nói cách khác, các mạch phân tử xenlulo đạt đƣợc độ dịch chuyển lớn hơn. Kết quả là xơ trƣơng nở theo chiều ngang và co theo chiều dọc. Vì vậy, ở một chừng mực nào đó nƣớc có thể làm trƣơng nở xơ bông.
Khi các hóa chất ví dụ nhƣ: NaOH, KOH, ZnCl2, v.v... đƣợc hòa tan trong nƣớc và sau đó xơ bông đƣợc xử lý với các dung dịch này thì số lƣợng liên kết hidro bị phá vỡ càng nhiều và xơ trƣơng nở nhiều hơn so với khi chỉ sử dụng nƣớc. Các chất giống nhƣ NaOH, KOH, v.v… ngƣời ta gọi chung là kiềm, là các tác nhân gây trƣơng nở cho xơ. Do bị trƣơng nở nên mặt cắt ngang của xơ trở nên tròn, mặt ngoài của xơ nhẵn phẳng nên khả năng phản xạ ánh sang tốt hơn, xơ bóng hơn, tròn hơn.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Hình 1.5. Sự thay đổi tiết diện của xơ bông trong quá trình xử lý kiềm
Để tránh hiện tƣợng co không mong muốn, có thể xử lý vải bông ở trạng thái căng hoặc đƣợc kéo giãn tới chiều dài ban đầu, có nghĩa là các mạch phân tử xenlulo sẽ gắn kết gần nhau do đó làm tăng độ bền của xơ đồng thời các mạch phân tử đƣợc sắp xếp trật tự hơn, do vậy cũng làm tăng độ bóng. Độ bền của vải sau khi xử lý kiềm tăng còn do xơ bị trƣơng nở nên cải thiện đƣợc độ xếp chặt của xơ trong sợi, vải.
Về cấu trúc bên trong xơ, ngƣời ta nhận thấy dƣới tác dụng của kiềm đậm đặc, các mắt xích trong phân tử xenlulo bị xoay đi để chúng nằm với nhau trong cùng một mặt phẳng, chính vì thế mà xơ cũng có vẻ bóng hơn.
C6H7O2(OH)3 + NaOH → C6H7O2(OH)2ONa
Cellulose Kiềm Cellulose
I H2O
C6H7O2(OH)3 + NaOH Cellulose II
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Do xơ trƣơng nở và bị thay đổi cách sắp xếp phân tử nên lực tƣơng tác giữa các phân tử xenlulo cũng thay đổi. Một số liên kết hidro bị phá vỡ do các phân tử xenlulo nằm xa nhau hơn. Nhờ có thêm một nhóm hydroxyl đƣợc giải phóng nên tổng số nhóm hydroxyl ở trạng thái tự do nhiều hơn trƣớc, do vậy xơ dễ hút ẩm hơn trƣớc. Ngoài ra, xơ dễ hút ẩm hơn trƣớc còn do trong quá trình xử lý, kích thƣớc các mao quản trong xơ tăng lên, xơ xốp hơn trƣớc.
Nhờ những yếu tố này nên vải sợi bông sau khi xử lý kiềm có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm và các hóa chất trợ cao hơn trƣớc khi xử lý.
Hình 1.7. Hình dáng và tiết diện ngang xơ bông trƣớc và sau xử lý kiềm Quá trình hóa học xảy ra khi xử lý kiềm:
Quá trình hóa học xảy ra khi xử lý kiềm chủ yếu là phản ứng của xenlulo bông với NaOH để tạo thành xelulo kiềm theo các kiểu:
[C6H7O2(OH)3]n + nNaOH -> [C6H7O2(OH)2.ONa] + nH2O + Q [C6H7O2(OH)3]n + nNaOH -> [C6H7O2(OH)2.NaOH] + Q
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Phản ứng thứ nhất xelulo kiềm đƣợc tạo thành theo kiểu alcolat. Phản ứng thứ 2 xenlulo kiềm tạo thành do sự liên kết giữa các phân tử kiềm và xenlulo bằng mối liên kết phân tử. Một số nghiên cứu cho rằng tùy thuộc vào điều kiện phản ứng mà xenlulo kiềm có thể tạo thành theo cả 2 kiểu phản ứng kể trên.
Phản ứng của xenlulo kiểm là phản ứng tỏa nhiệt, nồng độ kiềm càng cao thì lƣợng nhiệt thoát ra càng lớn. Vì vậy xenlulo càng dễ dàng hấp phụ kiềm khi lƣợng nhiệt này đƣợc lấy đi bằng biện pháp thích hợp.
Xenlulo kiềm là hợp chất không bền, dễ dàng bị thủy phân và giải phóng hidrat xenlulo nhƣ:
[C6H7O2(OH)2ONa]n + nNaOH -> [C6H7O2(OH)3]n + nNaOH Các nghiên cứu của Manjuath và N. Peacock cho thấy mắt lƣới kết tinh của xenlulo I, là điểm đặc đủ của xenlulo tự nhiên bị thay thế toàn bộ hoặc từng phần bởi các mắt lƣới xenlulo II trong khi xử lý kiềm.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
KẾT LUẬN CHƢƠNG I
Vải bông tuy đã đƣợc đƣợc tìm ra cách đây rất lâu, với các ƣu điểm nhƣ: Mềm mại, thấm nƣớc, giữ nhiệt, dễ xử lý, dễ nhuộm màu, v.v… Tuy nhiên, vải mộc khi chƣa qua xử lý vẫn có nhiều nhƣợc điểm và chƣa phát huy hết các ƣu điểm vốn có của vải bông.
Do vậy, cần có những thực nghiệm để nghiên cứu sự thay đổi của vải sau khi xử lý hóa học để xác định phƣơng pháp xử lý phù hợp, tạo cho vải nhiều tính chất mới cũng nhƣ phát huy đƣợc những ƣu điểm vốn có.
Luận văn tiến hành nghiên cứu và triển khai thực nghiệm đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng xử lý kiềm đến một số tính chất cơ lý của vải bông” nhằm làm rõ tính chất vải sau khi xử lý kiềm.
Trong chƣơng I, luận văn đi sâu vào tìm hiểu: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tổng quan về xơ bông: Cấu tạo hóa học, cấu trúc, phƣơng pháp tổng hợp, tính chất cơ lý… của vải bông.
Khảo cứu các tài liệu, công trình nghiên cứu của các nhà khoa học về xử lý kiềm xơ bông, làm cơ sở cho phƣơng pháp xử lý vải đƣợc đề cập tới trong chƣơng II của luận văn.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
CHƢƠNG II
ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG & PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Vải bông đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế. Bên cạnh những đặc tính tốt, vải vẫn còn nhiều hạn chế làm giảm khả năng ứng dụng. Có nhiều phƣơng pháp làm giảm thiểu những hạn chế này nhƣ: xử lý hóa chất vải (axit/kiềm), biến đổi cấu trúc xơ… Trong đó phƣơng pháp xử lý kiềm vải bông đƣợc sử dụng khá phổ biến vì công nghệ xử lý đơn giản, giá thành rẻ…
Trong giới hạn cho phép của luận văn, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu:
Đối tƣợng: vải 100% bông dệt thoi, vân điểm.
Bảng 2.1. Bảng thông số kỹ thuật vải 100% bông
Tên Mật độ (sợi/10cm) Chi số (Ne) Kiểu dệt Khối lƣợng (g/m²) Sợi dọc 120 12 Vân điểm 270 Sợi ngang 100 9
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.2.1. Xử lý kiềm vải bông 2.2.1. Xử lý kiềm vải bông
Phƣơng án thay đổi nhiệt độ (Nồng độ và thời gian xử lý không đổi)
Chế độ xử lý kiềm
Nhiệt độ xử lý: 20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C. Nồng độ xử lý: 20%.
Thời gian xử lý: 4 phút.
Phƣơng án thay đổi nồng độ (Nhiệt độ và thời gian xử lý không đổi)
Chế độ xử lý kiềm
Nồng độ xử lý: 10%, 15%, 20%, 25%, 30%. Nhiệt độ xử lý: 30°C.
Thời gian xử lý: 5 phút.
Phƣơng án thay đổi thời gian (Nhiệt độ và nồng độ không đổi)
Chế độ xử lý kiềm
Thời gian xử lý: 2 phút, 3 phút, 4 phút, 5 phút, 6 phút. Nhiệt độ xử lý: 30°C.
Nồng độ xử lý: 20%.
2.2.2. Xác định các tính chất cơ lý vải bông sau xử lý kiềm
Nghiên cứu xác định độ tăng khối lƣợng diện tích của vải 100% bông.
Nghiên cứu xác định co dọc và co ngang của vải 100% bông.
Nghiên cứu xác định độ thoát hơi nƣớc của vải 100% bông.
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu thí nghiệm
Vải thí nghiệm là vải mộc 100% bông.
Các mẫu thí nghiệm sử dụng là các mẫu nhỏ đƣợc thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Các mẫu thí nghiệm xác định độ tăng khối lƣợng diện tích vải trƣớc và sau khi xử lý kiềm đƣợc cắt theo sơ đồ [Hình 2.2]
Hình 2.2. Sơ đồ cắt mẫu thí nghiệm độ tăng khối lƣợng diện tích vải
Các mẫu thí nghiệm độ co dọc và co ngang của vải đƣợc cắt theo sơ đồ
[Hình 2.3].
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Các mẫu thí nghiệm xác định độ thoát hơi nƣớc vải đƣợc cắt theo sơ đồ
[Hình 2.4].
Hình 2.4. Sơ đồ cắt mẫu thí nghiệm độ thoát hơi nƣớc vải 2.3.2. Phƣơng pháp xử lý kiềm
Mẫu đƣợc để trong tủ điều hòa mẫu [Hình 2.5] của phòng thí nghiệm ở điều kiện chuẩn trong 24h với nhiệt độ 26°C và độ ẩm 65%. Lấy mẫu, cắt và xác định khối lƣợng mẫu (D x R = 10cm x 10cm) trƣớc khi xử lý.
Sau đó, lấy mẫu, xử lý hóa học theo các phƣơng án, cắt và xác định khối lƣợng mẫu (D x R = 10cm x 10cm) sau khi xử lý.
Phương án thay đổi nhiệt độ:
Các mẫu vải bông (cotton) đƣợc xử lý kiềm (mẫu dung dịch NaOH) ở nồng độ: 20%, thời gian: 4 phút.
Các mẫu vải lần lƣợt đƣợc ngâm trong dung dịch NaOH. Nhiệt độ xử lý 5 mẫu thay đổi lần lƣợt là: 20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C.
Sau khi quá trình xử lý kiềm kết thúc, mẫu đƣợc giặt sạch, phơi khô trong điều kiện chuẩn rồi để tủ điều hòa mẫu trong 24h và cắt thành các mẫu nhỏ (D x R = 10cm x 10cm), chuẩn bị cho việc xác định các tính chất cơ lý tiếp theo.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Hình 2.5. Tủ điều hòa mẫu
Phương án thay đổi thời gian:
Các mẫu vải bông (cotton) đƣợc xử lý kiềm ở nhiệt độ: 30°C, nồng độ: 20%.
Các mẫu vải lần lƣợt đƣợc ngâm trong dung dịch NaOH. Thời gian xử lý 5 mẫu lần lƣợt là: 2 phút, 3 phút, 4 phút, 5 phút, 6 phút.
Sau khi quá trình xử lý kiềm kết thúc, mẫu đƣợc giặt sạch, phơi khô trong điều kiện chuẩn rồi để tủ điều hòa mẫu trong 24h và cắt thành các mẫu nhỏ (D x R = 10cm x 10cm), chuẩn bị cho việc xác định các tính chất cơ lý tiếp theo.
Phương án thay đổi nồng độ:
Các mẫu vải bông (cotton) đƣợc xử lý kiềm ở nhiệt độ: 30°C, thời gian: 5 phút.
Các mẫu vải lần lƣợt đƣợc ngâm trong dung dịch NaOH. Nồng độ xử lý 5 mẫu lần lƣợt là: 10%, 15%, 20%, 25%, 30%.
Sau khi quá trình xử lý kiềm kết thúc, mẫu đƣợc giặt sạch, phơi khô trong điều kiện chuẩn rồi để tủ điều hòa mẫu trong 24h và cắt thành các mẫu
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
nhỏ (D x R = 10cm x 10cm), chuẩn bị cho việc xác định các tính chất cơ lý (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});