Sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ trên thế giới được làm với nhiều mục đích khác nhau. Sản phẩm này gần như giống hệt ngón tay thật, thậm chí sao chép hoàn hảo dấu vân tay người. Điều này gây ra lổ hổng an toàn bảo mật khi sử dụng dấu vân tay để nhận dạng. Vì thế, các nghiên cứu khoa học trên thế giới hiện nay hầu hết tập trung vào lĩnh vực nhận diện ngón tay giả. Các nghiên cứu cải thiện chất lượng cho ngón tay giả thẩm mỹ chỉ được các công ty kinh doanh thực hiện và không được công bố cụ thể. Năm 2006, Athos Antonelli và nhóm cộng sự đã nghiên cứu phương pháp phát hiện ngón tay giả dựa trên phân tích biến dạng da. Người dùng được yêu cầu di chuyển ngón tay trong khi ấn vào bề mặt máy quét, máy sẽ ghi lại, phóng đại và phân tích sự biến dạng của da bằng cách mã hóa và so sánh thông tin biến dạng da với hệ thống kết quả thực nghiệm đã được tiến hành trên ngón tay thật và giả chuẩn [3] [4].
Cùng năm 2006, D Baldisserra, A Franco, D Maio và D Maltoni đã cho ra được công trình nhận biết ngón tay giả bằng mùi. Một cảm biến mùi (mũi điện tử) được sử dụng để lấy mẫu tín hiệu mùi và thuật toán đặc biệt cho phép phân biệt mùi da ngón tay với các vật liệu khác như latex, silicone hoặc gelatin- những vật liệu thường được sử dụng để giả mạo dấu vân tay giả [5].
Năm 2014, hội nghị sinh trắc học được tổ chức tại Trung Quốc, các nhà khoa học đã tìm ra được thêm phương pháp nhận diện ra được ngón tay giả dựa trên nhận diện tĩnh mạch ngón tay, điều mà ngón tay giả hoàn toàn không có [6].
Năm 2014, nghiên cứu của Jean-François Mainguet và nhóm cộng sự đã tổng hợp về tình hình làm ngón tay giả hiện nay và các hướng nghiên cứu để nhận diện [7]
1.1.2.2 Tại Việt Nam
Năm 2005, Xưởng dụng cụ chỉnh hình của bệnh viện Phục hồi chức năng – Điều trị bệnh nghề nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu cách thức làm “ngón tay giả” thẩm mỹ bằng silicon. Đề tài này của Bệnh viện Phục hồi chức năng – Điều trị
3
bệnh nghề nghiệp TPHCM đã tham gia giải thưởng “Chất lượng khám chữa bệnh năm 2016” [8].
Từ 2015, các nghiên cứu công nghệ làm ngón tay giả từ latex cao su thiên nhiên được thực hiện và là tiền đề phát triển luận văn “Nghiên cứu công nghệ tạo màu móng tay giả thẩm mỹ từ latex cao su thiên nhiên", hướng đến mục tiêu tạo ra được ngón tay giả thẩm mỹ hoàn chỉnh bằng latex cao su thiên nhiên:
Năm 2015, Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
“Công nghệ sản xuất sản phẩm rỗng đi từ cao su latex” của Phan Thanh Nam.
Năm 2018, Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
“Nghiên cứu công nghệ giả da trên nền cao su thiên nhiên” của Nguyễn Tấn Nghĩa.
Nghiên cứu đã đưa ra cách tạo khuôn, tỷ lệ phối màu cho phần da ngón tay (không bao gồm phần móng), quy trình gia công sản phẩm, nhằm tạo ra sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ làm từ latex cao su thiên nhiên có độ thẩm mỹ cao và dễ sử dụng [9].
1.1.3Sản phẩm thương mại của ngón tay giả thẩm mỹ
Hình 1.2 Sản phẩm ngón tay giả của công ty Dianheht
1.1.3.1 Trên thế giới
Trên thế giới, các sản phẩm ngón tay giả có thể làm bằng cao su silicon, keo, da thú, cao su tổng hợp. Các sản phẩm được kinh doanh với mức giá khá cao so với thu nhập của người lao động Việt Nam:
Nhật Bản là một thị trường đặc biệt với số lượng lớn người khuyết tật ngón tay út và áp út. Chi phí cho một ngón tay giả làm bằng silicone lên tới 2.400 USD [10, 11].
4
Tại thị trường Âu mỹ, công ty Dianheht ngón tay giả thẩm mỹ có giá khoảng 700 USD. Các sản phẩm này đều làm bằng cao su silicone với các đặc tính ưu việt của loại vật liệu này. [12] [13]
1.1.3.2 Tại Việt Nam
Từ năm 2005 trở về trước, các bệnh viện thường giới thiệu bệnh nhân qua bệnh viện ở Thái Lan để làm ngón tay thẩm mỹ với chi phí vào khoảng 1000 USD/ngón tay hoặc lấy dấu tại Việt Nam sau đó gửi sang Pháp thực hiện với khoảng 10 triệu đồng/ngón [14].
Từ năm 2005, Xưởng dụng cụ chỉnh hình của bệnh viện Phục hồi chức năng – Điều trị bệnh nghề nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh làm ngón tay giả thẩm mỹ bằng silicone với mức giá khoảng 1,2- 1,5 triệu đồng/ ngón. Xưởng chỉnh hình của BV Chỉnh hình và phục hồi chức năng TPHCM làm ngón tay giả silicon với mức giá từ 1 đến 2 triệu đồng/ ngón (phụ lục).
Hiện nay, có nhiều công ty kinh doanh bằng cách tư vấn, thiết kế phù hợp với đặc điểm kích thước, màu sắc của từng khách hàng sau đó trực tiếp đặt hàng sản xuất đơn chiếc tại nước ngoài từ nguyên liệu silicon hoặc PVC [15] hoặc tự gia công sản phẩm [16].
Hình 1.3 Ngón tay giả thẩm mỹ bằng silicon
Như vậy, mặc dù sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ đã được chế tạo và bán rộng rãi, nhưng đa số làm bằng cao su silicone và có giá rất cao. Chưa có sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ thương mại bằng cao su thiên nhiên tại thị trường Việt Nam và thế giới. Tại
5
nước ngoài, không có công trình nghiên cứu ngón tay giả bằng latex cao su thiên nhiên được công bố. Tại Việt Nam đã có các nghiên cứu ban đầu về ngón tay giả bằng latex cao su thiên nhiên, tạo được ngón tay có hình dạng và màu da giống với ngón tay người nhưng chưa tạo được màu móng cho sản phẩm.
Đề tài nghiên cứu tạo ra một phần móng tay của ngón tay giả thẩm mỹ, hướng đến mục tiêu tạo ra được ngón tay giả thẩm mỹ hoàn chỉnh có giá thành thấp dành cho người khuyết tật Việt Nam, sử dụng nguyên liệu sẵn có của Việt Nam là latex cao su thiên nhiên; nhằm mang lại niềm vui trong cuộc sống cho những người lao động nghèo ko may bị khuyết tật, giúp họ tự tin giao tiếp và cống hiến sức trẻ, đóng góp vào quá trình phát triển của đất nước. Các thí nghiệm được tiến hành để xác định công thức pha màu, cách gia công tạo màu, cơ tính và độ bền màu của móng tay giả thẩm mỹ từ latex cao su thiên nhiên.
1.2 Tổng quan về latex cao su thiên nhiên (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Latex cao su là một chất lỏng phức hợp, có thành phần và tính chất khác biệt nhau theo tùy loại. Theo nguyên tắc ta có thể nói đó là một trạng thái nhũ tương của các hạt tử cao su hay thể giao trạng trong một serum lỏng. Ở Việt Nam, cao su latex còn được gọi là mủ cao su dạng nước.
Có hai loại cao su latex: latex cao su thiên nhiên và latex cao su tổng hợp. Mỗi loại Latex cao su sẽ có tính chất và đặc trưng riêng do sự khác nhau về cấu tạo và liên kết giữa các phẩn tử cấu thành nên chúng. Gia công ngón tay giả sử dụng nguyên liệu latex cao su thiên nhiên.
1.2.1Định nghĩa latex cao su thiên nhiên
Latex cao su thiên nhiên (CSTN): là latex cao su Polyisoprence thiên nhiên thu hoạch từ cao su thiên nhiên, chủ yếu là loại Hevea Brasiliensis (thuộc họ Euphorbiaceae), bằng phương pháp cạo mủ. Loại cao su thiên nhiên này rất thân thiện với môi trường nhờ khả năng phân hủy nhanh hơn so với loại cao su tổng hợp.
6
1.2.2Thành phần hóa học của latex cao su thiên nhiên
Trên phương diện kỹ thuật, trừ cao su ra, ta không thể biết tường tận tất cả thành phần nên cấu tạo latex, nhưng ta biết được thành phần latex như thế nào và những thay đổi của chúng có những ảnh hưởng gì tới tính chất cấu tạo của cao su và latex dùng trong công nghiệp chế biến sản phẩm cao su. Các phân tích latex cao su thiên nhiên từ nhiều loại cây cao su khác nhau đưa ra tỉ lệ các thành phần như bảng sau:
Bảng 1.1 Tỉ lệ các thành phần của latex cao su thiên nhiên Thành phần Tỉ lệ (%) Cao su 30-40 Nước 52-70 Protein 2-3 Lipid và dẫn xuất 1-2 Glucid 1 Khoáng chất 0,3-0,7 1.2.2.1 Hydrocarbon cao su
Hydrocarbon cao su (pha phân tán) là các hạt tử cao su polyisoprene, được tổng hợp bằng con đường sinh học (điều khiển bằng hệ thống enzym). Chính vì thế Polyisoprene thu được có những tính ưu việt về cấu trúc- điều hòa lập thể rất cao: 100% đồng phân dạng cis, khối lượng phân tử lớn và đồng nhất, mức độ kết bó chặt chẽ. Hàm lượng các hạt tử cao su tùy theo đặc tính sinh lý của cây dao động từ 25- 54%.
Cao su thiên nhiên là polyisopren - polyme của isopren. Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4.
7 Hình 1.4 Công thức cấu tạo của isoprene
Hình 1.5 Công thức cấu tạo của polyisopren
Ngoài hydrocarbon cao su ra, latex còn chứa nhiều chất cấu tạo bao giờ cũng có trong mọi tế bào sống. Đó là nước, các protein, acid béo, dẫn xuất của acid béo, sterol, glucid, heterosid, enzym, muối khoáng được gọi chung là thành phần phi cao su (môi trường phân tán).
1.2.2.2 Protein
Protein bình thường bám vào các hạt tử cao su giúp ổn định thể giao trạng và có tầm quan trọng cho quá trình chế biến cao su vì ảnh hưởng tới khả năng lưu hóa, sự lão hóa của cao sống, tính dẫn điện và nội phát nhiệt của cao su lưu hóa.
Mủ cao su tự nhiên hoặc những sản phẩm từ cao su dễ gây ứng do protein [17] [18].
1.2.2.3 Lipid
Những chất này là những chất hoạt động bề mặt và chúng có tham gia vào tính ổn định thể giao trạng của latex tươi và của latex đã ly tâm. Nếu dehydrate hóa phospholipid, sẽ thấy xuất hiện các protein kiềm như cholin và colamin có chức năng như là chất xúc tiến lưu hóa thiên nhiên [19].
Ngoài ra, lipid còn tham gia vào quá trình hòa tan oxide kẽm (chất trợ xúc tiến). Muối kẽm phản ứng với savon của acid béo cho ra một savon kẽm không tan khi gia nhiệt, phản ứng này quyết định đến quá trình gel hóa.
8
1.2.2.4 Glucid
Glucid chiếm tỉ lệ khoảng 1% và không có ảnh hưởng lớn đến tính chất của latex. Tỉ lệ này khi tăng lên trong một vài trường hợp đặc biệt, nhất là cao su có được từ đông đặc serum loại ra từ máy ly tâm sẽ có độ hút ẩm rất cao và bị vi khuẩn, nấm mốc tấn công mạnh.
1.2.2.5 Khoáng
Bảng 1.2 Bảng các nguyên tố khoáng có trong latex.
Tên nguyên tố Na K Rb Mg Ca Mn Fe Cu % (theo tổng số tro) 0,96 96 0,72 0,36 0,43 0,02 1,7 0,07 Trong đó:
Magnesium ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định của latex tươi hay latex đã ly tâm.
Chức năng ái oxygen của đồng ảnh hưởng nhiều đến sự lão hóa của cao su hay latex đã ly tâm [20].
1.2.3Phân loại latex cao su thiên nhiên
Latex thường: là loại thu hoạch trực tiếp từ cây cao su qua sự cạo mủ. Hàm lượng cao su khô từ 25- 35% ở những cây trẻ và từ 35- 45% ở những cây già. Được sử dụng cho sơ chế cao su khô các loại, đôi khi dùng trực tiếp cho chế biến sản phẩm cao su tiêu dùng. Các loại latex thường:
Latex tươi: loại mới thu từ cây, được bảo quản ngắn hạn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Latex cũ: loại đã để lâu, được bảo quản dài hạn
Latex đậm đặc thông thường: là latex thường được đậm đặc để loại trừ bớt nước ra để hàm lượng cao su tăng lên, còn được gọi là mủ kem. Ta phân biệt qua các phương pháp đậm đặc hóa:
9
Kem hóa (phương pháp dùng hóa chất): tương tự loại ly tâm nếu sản phẩm đúng qui tắc.
Điện giải: tương tự như loại ly tâm.
Bốc hơi nước: hàm lượng thể đặc rất cao 60- 75% còn nguyên các chất cấu tạo latex phi cao su + các chất ổn định lúc thực hiện.
Ly tâm và kem hóa: Hàm lượng chất thể đặc 67- 68%, hàm lượng cao su khô 66- 67%.
Latex đặc biệt:
Latex đậm đặc và khử protein: loại tinh khiết, tỉ lệ chất phi co su tối đa là 0,5%. Hàm lượng cao su khô 60- 62%.
Latex đậm đặc ủ cũ: loại bảo quản dài hạn, có chất hóa dẻo mềm hạt cao su. Hàm lượng cao su khô 58- 62%.
Latex tiền lưu hóa: các hạt cao su đã qua giai đoạn lưu hóa nhưng vẫn còn thể nhũ tương khuếch tán trong nước, sử dụng thường ở dộ đậm đặc 56- 62%.
Latex của phẩm polymer ghép và hỗn hợp: thể nhũ tương của cao su polymer ghép hay cao su polymer hỗn hợp (Latex MG, Latex SM…). Hàm lượng thể đặc 60- 62%.
1.2.4Tính chất latex cao su thiên nhiên
a)Lý tính
Cao su thiên nhiên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng và CCl4. Tuy nhiên, cao su thiên nhiên không tan trong rượu và xeton.
Tỉ trọng của latex được ước định là 0,97. Đây là kết quả từ tỉ trọng cao su là 0,92 và serum là 1,02.
Độ nhớt của latex tươi có 35% cao su là từ 12-15 cP, của latex đậm đặc hóa là 40cP đến 120cP.
10
Độ pH: trị số pH có ảnh hưởng quan trọng tới độ ổn định latex. Latex tươi vừa chảy khỏi cây cao su có pH ở khoảng 7. Để trong vài giờ sẽ hạ xuống gần 6 do hoạt tính của vi khuẩn vầ latex sẽ đông lại. Ở các đồn điền cao su Việt Nam, người ta thường nâng cao pH latex bằng cách thêm ammoniac, nó có tác dụng như chất sát trùng và chất kiềm làm cho latex không bị ảnh hưởng bởi điểm đẳng điện của nó.
b)Tính chất sinh hóa
Vi khuẩn gây ra sự đông đặc latex do các enzym chúng tiết ra hoặc do chúng trực tiếp tác dụng làm hạ thấp pH latex. Để chống lại tác dụng đông đặc hóa latex của vi khuẩn và enzym ta cho vào latex chất sát khuẩn (phổ biến nhất là ammoniac).
1.3 Sự lưu hóa cao su
1.3.1Định nghĩa
Lưu hóa là quá trình (phản ứng hóa học) mà qua đó các chuỗi cao su được liên kết với nhau bằng các liên kết hóa học để tạo thành mạng lưới, làm thay đổi vật liệu cao su từ trạng thái lỏng nhớt, thành trạng thái rắn có sự đàn hồi và dai.
1.3.2Lưu hóa với lưu huỳnh
1.3.2.1 Cơ chế lưu hóa với lưu huỳnh
Hình 1.6 Cơ chế lưu hóa cao su bằng lưu huỳnh [21]
Khi có sự hiện diện của lưu huỳnh ở cao su, một nguyên tử hydrogen của carbon α- methylene tự tách rời cho ra một gốc hydrocarbon và một gốc sulfhydryl:
11
Hai gốc này tiếp theo có thể phản ứng theo nhiều cách khác nhau. Gốc hydrocarbon hợp với lưu huỳnh tạo thành một gốc sulfur: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xuất phát từ gốc sulfur này có 3 loại phản ứng:
Nhị trùng hợp: các gốc giống nhau hoặc giữa các gốc khác nhau, thành lập cầu disulfur, monosulfur hay carbon-carbon.
12
Phản ứng chuỗi với sự lấy bớt một nguên tử hydrogen ở một phân tử khác để ra một thiol (mercaptan). Có lưu huỳnh hiện hữu, nó có thể tự sulfur hóa cho ra các nối disulfur hay polysulfur:
1.3.2.2 Đặc tính lưu hóa
Lưu hóa là một tiến trình lũy tiến và hỗn hợp cao su khi được nung nóng sẽ trải qua nhiều trạng thái nối tiếp nhau.Trong suốt quá trình thay đổi trạng thái đó, sức chịu kéo dãn của cao su cũng tăng lên, đạt tới một đỉnh cực đại gọi là “ độ lưu hóa tốt nhất” (optimum de vulcanisation)
Khoảng thời gian hỗn hợp cao su lưu hóa trước khi đạt tới “ Độ lưu hóa tốt nhất” hay “ vùng đồi” gọi là hỗn hợp lưu hóa chưa tới mức (sous vulcanisation). Khoảng thời gian vượt qua khỏi vùng đồi gọi là hỗn hợp lưu hóa quá mức (sur vulcanisation). Tính chất cơ lí đều thấp trong cả hai trường hợp này.