Bởi vì vải không dệt PP được dùng cho các ứng dụng y tế do có nhiều lợi thế mà chúng mang lại, cả về yêu cầu của người dùng và tính chất vật liệu. Chẳng hạn, nó được thiết kế để cung cấp các đặc tính an toàn quan trọng như bảo vệ chống nhiễm trùng và bệnh tật. Với các chủng vi khuẩn và vi rút đang lây bệnh, vải không dệt PP có thể giúp chống lại sự lây nhiễm chéo và sự lây lan của nhiễm trùng trong môi trường y tế hoặc phẫu thuật. Chính vì vậy mà vải không dệt phải đạt được những yêu cầu kỹ thuật trong lĩnh vực này như Tiêu chuẩn Châu Âu mới EN 13795.
Các yêu cầu chung đối với màn phẫu thuật, áo cách ly bao gồm tính chống thấm chất lỏng và tính chất hàng rào vi khuẩn, tính thẩm mỹ (bao gồm sự phù hợp, độ mềm xúc giác, sự thoải mái), độ bền, tính chất buộc chặt, khả năng chống mài mòn, an toàn với độc tính [8].
Độ cứng là rất quan trọng vì hiệu suất rào cản có thể bị ảnh hưởng bởi sự phù hợp với bệnh nhân hoặc thiết bị. Đối với áo choàng, sự thoải mái và độ cứng có thể ảnh
16 hưởng đến mồ hôi và chuyển động. Yêu cầu cao về độ bền kéo, xé, nổ và chống đâm thủng.
Đối với mặt nạ phẫu thuật dùng một lần dự kiến sẽ bảo vệ 98% vi khuẩn tiếp cận người dùng, phải chống thấm nước, có khả năng lọc cao nhất cũng như khả năng tương thích với da do đó cấu trúc SMS được sử dụng [11].
Các đặc điểm thiết kế chính của sản phẩm không dệt cho các ứng dụng y tế là tính chất rào cản, độ bền kéo, độ ổn định khử trùng, tính thấm khí, khả năng lọc. Các yêu cầu về hiệu suất của sản phẩm không dệt cho các ứng dụng y tế chuyên môn cao thường rất phức tạp và đòi hỏi tối ưu hóa một số tính chất vải khác nhau như [13]:
Đường kính sợi: Có vai trò quan trọng trong việc thể hiện một số tính chất vật lý của các sản phẩm vải không dệt, vì qua đó ta xác định được diện tích bề mặt, một thông số rất quan trọng cho các ứng dụng như lọc và làm sạch. Hiệu suất lọc và làm sạch tốt hơn đạt được với đường kính sợi nhỏ hơn, do tăng diện tích bề mặt.
Đặc tính kéo: Cần phải được tối ưu hóa, tăng cường khi được sử dụng làm áo choàng phẫu thuật trong đó lực kéo được tác động do chuyển động cơ thể và giảm trong băng chỉnh hình để tạo điều kiện cho việc xé.
Tính thấm khí của vải: Ảnh hưởng đến sự thoải mái, có tầm quan trọng đặc biệt trong băng vết thương, nơi trao đổi không khí cao ngăn ngừa quá nhiệt, hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và hỗ trợ trong quá trình chữa lành.
Vải không dệt PP với các yêu cầu kỹ thuật được liệt kê trên được được quan tâm nghiên cứu và phát triển để sản phẩm đạt được các tính năng vượt trội với đường kính sợi, kích thước lỗ trống, độ thấm khí, đặc tính kéo và độ dày của lớp vải không dệt. Các yếu tố này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau sẽ tạo lên một sản phẩm vải không dệt PP đáp ứng đủ các yêu cầu đặt ra cho từng các ứng dụng cụ thể. Như đã trình bày thì đường kính sợi có kích thước nằm trong khoảng từ 2 – 4 µm, nhỏ nhất tới 0,1 µm, và lớn nhất khoảng 10 – 15 µm. Khi sợi phun ra từ đầu thổi có đường kính nhỏ tạo ra những lớp vải mịn xếp xen kẽ, dính hoặc chồng chất lên nhau sẽ làm cho lỗ trống giữa các sợi nhỏ lại qua đó độ thấm khí qua lớp vải giảm từ đó việc lọc bụi bẩn đạt được hiệu quả cao và ngược lại [9].
Chính vì vậy, Bộ Khoa học và Công nghệ đã công bố 04 tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với khẩu trang y tế, trong đó 01 tiêu chuẩn (TCVN 7312 : 2003) về khẩu trang lọc bụi và 03 tiêu chuẩn (TCVN 8389-1:2010, TCVN 8389-2:2010, TCVN 8389- 3:2010) cho các loại khẩu trang y tế thông thường, khẩu trang y tế phòng nhiễm khuẩn, khẩu trang y tế phòng độc hóa chất.
Đối với việc đánh giá khả năng kháng khuẩn của khẩu trang, ngoài việc áp dụng tiêu chuẩn TCVN 8389-2:2010 đối với khẩu trang y tế kháng khuẩn, hiện có hai nhóm
17 phương pháp thử để đánh giá khả năng kháng khuẩn của vải: Các phương pháp định tính gồm AATCC TM147 và AATCC TM30 (kháng nấm) (Hiệp hội Các nhà hóa dệt và hóa màu vật liệu dệt Mỹ), ISO/DIS 20645, EN ISO 20645 và ISO 11721 và SN195 920 (921- kháng nấm) (tiêu chuẩn Thụy Sỹ), các phương pháp định lượng gồm AATCC 100, ISO 20743, JIS L1902 và ASTM E 2149. Các phương pháp thử này đã được sử dụng khá phổ biến trong giao dịch dệt may thế giới.
2.3. Kích thước các loại sản phẩm
Các loại vải không dệt sản xuất từ PP ưa nước có định lượng 16 -30 g/m2 đảm bảo khô thoáng khi tiếp xúc với bề mặt da và giữ cho da luôn khô thoáng và thoải mái [8]. Các vải không dệt sử dụng trong tã trẻ em trên thị trường sản phẩm vệ sinh tã được bán chạy nhất là vải không dệt PP màu trắng với trọng lượng cơ bản là 13 g/m2.
Cấu trúc SMS thường được coi là rào cản cơ học vì Meltblown là cấu trúc vi mô và dễ thở tại cùng lúc sản phẩm SMS có trọng lượng từ 10-70 g/m2 có mức độ bảo vệ cao nhất và độ mềm và thoải mái của chúng đã được cải thiện đáng kể [9].
Áo phẫu thuật không dệt dùng một lần đã được áp dụng để ngăn chặn sự thải ra vi khuẩn hay các hạt ô nhiễm từ người mặc vào không khí, đây là nguồn gây ô nhiễm cho bệnh nhân. Áo cách ly và áo phẫu thuật y tế không dệt sử dụng một lần đang trở thành lựa chọn đầu tiên của các chuyên gia chăm sóc sức khỏe bởi vì họ cảm thấy chúng vượt trội bởi nó sẽ bảo vệ khỏi bị nhiễm trùng. Áo choàng phẫu thuật có định lượng trong phạm vi 30-45 g/m2.
Mũ đội đầu phải thoải mái khi đeo, tức là vật liệu phải mềm, dễ uốn, không thấm nước, hầu như không có xơ và cũng có thể khử trùng, mặc dù mũ không được khử trùng thông thường. Mũ không dệt có định lượng trong phạm vi 17-25 g/m2.
Trong thời đại tiện lợi này, vật dụng tối thượng là khăn ướt. Trong lĩnh vực chăm sóc cá nhân, khăn ướt có thể được sử dụng cho hầu hết mọi thứ. Một trong những yêu cầu rõ ràng nhất đối với sản phẩm lau là độ thấm hút nhanh bởi được làm từ giấy lụa hoặc vải không dệt được tách từ PP kết hợp với viscose/rayon trong phạm vi 30- 70g/m2 và có thể được ngâm với chất khử trùng [11].
2.4. Lựa chọn sản xuất
Chính vì những tính chất kính thước, định lượng riêng của từng loại vải sẽ cho ra các ứng dụng khác nhau nên đề tài này em tiến hành chọn sản suất vải không dệt phục vụ chủ yếu cho lĩnh vực y tế với 2 sản phẩm chính là:
• Vải không dệt PP với GSM 25 g/m2 khổ 1.6 m × 2000 m cho một cuộn
• Vải không dệt PP với GSM 40 g/m2 khổ 1.6 m × 2000 m cho một cuộn. Để quy chuẩn và thương mại hóa sản phẩm cho nhà máy ta quy ước cho 2 loại sản phẩm đó với tên gọi VKD PP25 và VKD PP40.
18
CHƯƠNG 3. NGUYÊN LIỆU VÀ ĐƠN PHA CHẾ
3.1. Đơn pha chế
3.1.1. Khái niệm đơn pha chế
Đơn pha chế là tổ hợp các nguyên vật liệu trong đó dự phòng cho tất cả các phản ứng cơ, lý, hóa sẽ xảy ra trong suốt quá trình công nghệ sản xuất từ lúc ban đầu cho tới giai đoạn hoàn thiện sản phẩm và cả trong lúc sản phẩm đang sử dụng.
Công thức thiết lập đơn pha chế là một công việc đòi hỏi người tiến hành thiết lập đơn pha chế phải có tay nghề cao, sự hiểu biết sâu rộng và phải có kinh nghiệm. Vì khi đơn pha chế được thiết lập không chính xác sẽ làm cho thành phẩm không đạt yêu cầu khi sử dụng và sẽ làm thiệt hại nặng nề cho nhà sản xuất.
3.1.2. Nguyên tắc xây dựng đơn pha chế
Trong thực tế, để thành lập một đơn pha chế cho mỗi loại sản phẩm, mỗi người sẽ có những cách xây dựng riêng đi từ những nguyên liệu khác nhau theo những phương thức khác nhau nhưng nhìn chung đều phải trải qua các bước [3].
Nghiên cứu tính năng sử dụng của sản phẩm: đây là bước quan trọng đầu tiên
vì đánh giá sai tính năng sử dụng của sản phẩm sẽ kéo theo đơn pha chế sai, sản phẩm không đạt yêu cầu sử dụng. Khi xây dựng đơn pha chế phải dựa vào các thông số hoặc các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn trong nước hoặc nước ngoài dựa vào mẫu chuẩn. Ngoài ra, còn lưu ý đến tính chất của địa phương, khí hậu hay môi trường làm việc của sản phẩm.
Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất và các thiết bị gia công: đây là việc
cần xác định sau khi hiểu được tính năng ứng dụng của sản phẩm. Khi không nắm rõ công nghệ gia công, phương pháp sản xuất, thông số của thiết bị có thể dẫn đến việc lựa chọn thiếu xót các chất cần hỗ trợ cho quá trình gia công. Ngoài ra, cần phải hiểu rõ tính chất của vật liệu thay đổi như thế nào trong từng quá trình gia công cụ thể để lựa chọn các loại phụ gia phù hợp, giúp vật liệu đạt tới các tính chất cần thiết cho quá trình gia công.
Chọn lựa nguyên vật liệu sử dụng: sau khi nắm rõ các điều kiện về tính năng ứng
dụng, phương pháp sản xuất và các thiết bị gia công thì ta tiến hành chọn lựa nguyên vật liệu. Trước hết phải chọn vật liệu nền là polyme, đối với sản phẩm là vải không dệt PP thì nhựa nền chính là nhựa PP. Sau đó, ta phải tiến hành nghiên cứu các tính chất cơ, lý, hóa của nhựa PP, so sánh với các điều kiện sử dụng và gia công để xem xét các điều kiện nào chưa đáp ứng được và cần phải cải thiện. Sau đó ta phải nghiên cứu về các điều kiện còn thiếu trên, tìm được phụ gia thích hợp để cải thiện các điều kiện đó. Tiếp theo, dựa vào các hướng dẫn khuyến cáo của nhà sản xuất, ta sẽ điều chỉnh tỉ lệ các chất trong đơn pha chế cho thích hợp.
19 Sản xuất thử và kiểm ngghiệm chất lượng sản phẩm: sau khi có được đơn pha chế với tỉ lệ các chất cụ thể, ta tiến hành sản xuất một lượng nhỏ sản phẩm vừa đủ để mang đi đo đạc, kiểm tra các tính chất cơ, lý, hóa và so sánh với các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm hiện hành. Từ đó, ta sẽ tiến hành điều chỉnh tỉ lệ các chất trong đơn pha chế lại sao cho phù hợp với các chỉ tiêu. Nếu việc thay đổi tỷ lệ các chất không cải thiện được tình hình, ta buộc phải thay đổi các chất trong đơn pha chế và lại tiếp tục kiểm nghiệm độ phù hợp của đơn mới. Mỗi lần điều chỉnh về tỷ lệ hay về nguyên liệu đều phải tiến hành sản xuất mẫu và kiểm tra, đánh giá lại từ đầu.
Đưa vào sản xuất thực tế: sau khi sản phẩm đã đạt đầy đủ các tiêu chuẩn, ta tiến
hành sản xuất sản phẩm theo đơn pha chế và đưa ra thị trường.
3.1.3. Đơn pha chế cho vải không dệt PP
Từ những nguyên tắc trên và căn cứ vào phạm vi sử dụng cũng như các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, ta có đơn pha chế cho vải không dệt PP dệt như sau:
Bảng 3.1. Đơn pha chế vải không dệt PP
STT Nguyên liệu Vai trò
Tỷ lệ khối lượng (%) Php (Per hundred resin)
1 Nhựa PP Nhựa nền 98 100
2 F.T WAX Chất trợ gia công 1,5 1,53
3 AnStatic 90 Chất khử tĩnh điện 0,5 0,51
Tổng 100 102,04
3.2. Nguyên liệu 3.2.1. Nguyên liệu PP 3.2.1. Nguyên liệu PP 3.2.1.1. Định nghĩa
Polypropylene hay còn được gọi là PP, là một loại nhựa nhiệt dẻo, được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp phát triển mạch từ monomer propylene.
20
Công thức cấu tạo:
Hình 3.1. Cấu trúc mạch Polypropylene
Danh pháp IUPAC: Polypropylene
Polypropylene thuộc nhóm polyolefin và là polymer không phân cực. Các tính chất của nó tương tự như polyethylene (PE), nhưng cứng hơn, tính cơ lý cao hơn, chịu nhiệt tốt hơn và kháng hóa chất tốt hơn. Có 3 loại cấu trúc lập thể của polypropylene là atactic polypropylene, syndiotactic polypropylene, isotactic polypropylene [15]. Mỗi loại có tính định hướng tương đối giữa những nhóm CH3 khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khả năng kết tinh của polymer (vô định hoặc bán tinh thể) vì mỗi nhóm chiếm giữ vị trí không gian và giới hạn chuyển động của mạch phân tử khác nhau, đồng thời ảnh hưởng đến tính chất nhiệt như nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg và nhiệt độ chảy Tm.
Công thức cấu tạo của Isotactic Propylene:
Công thức cấu tạo của Syndiotactic Propylene:
Công thức cấu tạo của Atactic Propylene:
Polypropylene hiện nay trên thị trường tồn tại một dải rộng các chủng loại PP khác nhau với tính chất khác nhau phụ thuộc vào loại polymer (homopolymer, random hay block copolymer), khối lượng phân tử, sự phân bố khối lượng phân tử, cấu trúc hình thái và tinh thể, phụ gia, chất độn, chất tăng cường cũng như công nghệ chế tạo.
Đối với nguyên liệu Polypropylene trên thị trường hiện nay có nhiều mã hàng đa dạng được dùng cho các ứng dụng khác nhau như PP dùng cho kỹ thuật gia công đùn
21 ép, đùn thổi, ép phun… Vì vậy đối với kỹ thuật gia công thổi chảy sợi tạo vải không dệt hay còn gọi là công nghệ Meltblown thì nhựa PP được sử dụng là loại PP được thiết kế riêng với tốc độ chảy siêu cao (MFR) (thường là 1000–1500 MFR) được sử dụng rộng rãi nhất vì chúng có độ nhớt nóng chảy thấp hơn nhiều do trọng lượng phân tử thấp (Mw) và chúng cũng có phân phối Mw rất hẹp bởi vậy chỉ số MFR càng cao thì đường kính sợi càng nhỏ. Do đó, nhựa PP MFR siêu cao thường được dùng để thổi nóng chảy sợi tạo ra vải không dệt. Nhựa PP với chỉ số MFR=1500 khi thổi chảy có nhiệt độ thấp hơn 40°C so với nhựa PP với chỉ số MFR= 35 dẫn đến các đặc tính vải đồng đều hơn, cũng như ít cacbon hóa hơn, các đại phân tử Mw cao hơn [16]. Người ta ước tính rằng hơn 90% tất cả các sản phẩm không dệt thổi chảy sợi được làm từ polypropylene (PP), vì chi phí thấp, dễ gia công, tính chất cơ học tốt, không co nhiệt, trơ hóa học và khả năng kéo, thành các sợi rất mịn. Về ngoại quan nhựa PP MFR=1500 có màu trắng trong hơi đục và có các tính chất được thông tin chi tiết ở dưới đây.
22
3.2.1.2. Tính chất
PP có nhiều tính chất tương tự như PE nhưng có độ cứng cao hơn do nhóm methyl CH3 giúp hấp thụ ứng suất và khả năng chịu nhiệt tốt hơn, mặc dù khả năng kháng hóa chất giảm (do C bậc ba chịu hóa chất kém hơn - quy tắc Markovnikov). Các tính chất của PP phụ thuộc nhiều vào trọng lượng phân tử, độ đa phân tán, mật độ kết tinh và cấu trúc lập thể.
• Tính chất vật lý
Bảng 3.2. Thông số vật lý nhựa PP nguyên sinh [15]
Công thức hóa học nhựa PP nguyên
sinh (C3H6)n
Màu sắc
Trắng
Có độ đục mờ chứ không trong suốt như PS, acrylic hay một số
loại nhựa khác.
Trọng lượng phân tử Trong khoảng (80.000 - 200.000) Trọng lượng riêng nhựa PP nguyên
sinh
Vô định hình : 0,855 g/cm3 Tinh thể: 0,946 g/cm3 PP là loại nhựa nhiệt dẻo có tỷ
trọng thấp nhất. Tốc độ chảy (230°C/ 2.16 kg 10 phút) 1500
Độ nóng chảy 165oC
Nhiệt độ chuyển thủy tinh -15oC
• Tính chất hóa học
Ở nhiệt độ thường, PP có khả năng kháng môi trường dầu mỡ và hầu hết các dung môi hữu cơ trong thời gian dài (các acid và base không có tính oxi hóa mạnh có thể được lưu trữ trong thùng chứa bằng PP), trừ các chất oxi hóa mạnh và các hidrocacbon