Có nhiều cách chiết khác nhau áp dụng cho nhiều loại nguyên liệu, mỗi cách có ưu nhược điểm riêng. Qua quá trình tìm hiểu tài liệu tôi đã tham khảo được phương pháp phù hợp với phòng thí nghiệm và hoàn cảnh là: Phương pháp chiết tách trong dung môi. Dựa vào kết quả khảo sát điều kiện chiết tách tối ưu từ các bài báo, tôi sử dụng dung môi etanol nồng độ 990 và chiết trong thời gian 60 phút, nhiệt độ 400C với tỷ lệ rắn lỏng là 1:20.
29
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1. Phương án thí nghiệm
Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu thông tin trên các bài báo, tôi sẽ tiến hành khảo sát phương pháp chiết tách ở cùng một điều kiện chiết: trong 40°C, thời gian 60 phút, với tỷ lệ 1:20 trong dung môi etanol 99°.
Sau khi lựa chọn được phương pháp chiết tách tối ưu nhất tôi sẽ tiến hành các phương án thí nghiệm sau bao gồm:
- Phương án 1: Khảo sát ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu: thay đổi dung tỷ nhuộm với các tỷ lệ khác nhau (1:25, 1:30, 1:35, 1:40), không sử dụng chất cầm màu.
- Phương án 2: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nhuộm đến cường độ màu: thay đổi nồng độ dung dịch nhuộm với các nồng độ khác nhau (100%, 75%, 50%, 25%), không sử dụng chất cầm màu.
- Phương án 3: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu: thay đổi nhiệt độ nhuộm với các nhiệt độ khác nhau (600C, 700C, 800C, 900C), không sử dụng chất cầm màu.
- Phương án 4: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nhuộm đến cường độ màu: thay đổi thời gian nhuộm khác nhau (30 phút, 45 phút, 60 phút và 75 phút), không sử dụng chất cầm màu.
- Phương án 5: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến cường độ màu: thay đổi pH của dung dịch nhuộm (pH ≈ 4, pH ≈ 6, pH ≈ 8), không sử dụng chất cầm màu. - Phương án 6: Khảo sát ảnh hưởng của chất cầm màu đến cường độ màu: khảo
sát với các chất cầm màu khác nhau như KAl(SO4)2.12H2O, CuSO4.5H2O, FeSO4.7H2O và Tanin.
Để thuận lợi cho việc quản lý các mẫu nhuộm và tránh bị nhầm lẫn trong quá trình thí nghiệm, cần phải quy ước về cách ký hiệu mẫu nhuộm như sau:
Tên mẫu thí nghiệm: AB. x. y Trong đó:
30 B – Môi trường chiết (E: Etanol) x – Thứ tự phương án thí nghiệm
Với: 1 – Khảo sát dung tỷ 2 – Khảo sát nồng độ 3 – Khảo sát nhiệt độ 4 – Khảo sát thời gian 5 – Khảo sát chất cầm màu
6 – Khảo sát nồng độ chất cầm màu
y – Thứ tự các mẫu ở trong mỗi phương án (1, 2, 3,…)
Ví dụ: SE.1.1 – Mẫu nhuộm tơ tằm bằng dịch chiết trong dung dịch etanol ở phương án 1 với dung tỷ 1:25.
2.4. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng
2.4.1. Nguyên liệu
- Hạt điều màu: Nguyên liệu hạt điều màu khô được mua ở cửa hàng Bách Hóa Xanh, thuộc thương hiệu Việt San. Hạt điều màu thường là các hạt khô, già, có màu đỏ sẫm và có hình oval.
- Vải tơ tằm: sử dụng vải tơ tằm mộc của công ty dệt lụa tơ tằm Toàn Thịnh.
2.4.2. Hóa chất
Hóa chất được sử dụng chủ yếu trong suốt quá trình thí nghiệm là dung môi để chiết tách dung dịch nhuộm và các chất cầm màu ở dạng muối kim loại có độ tinh khiết cao như:
Bảng 2. 1: Vải sử dụng cho thí nghiệm
Chất liệu Kiểu dệt Mật độ ngang Mật độ dọc Khối lượng riêng
31 Bảng 2. 2: Hóa chất sử dụng cho đề tài
Hóa chất Độ tinh khiết Xuất xứ
Etenol ≥ 99.5% Việt Nam KAl(SO4)2.12H2O ≥ 99.5% Trung Quốc
CuSO4.5H2O ≥ 99.0% Trung Quốc FeSO4.7H2O 99 ~ 101% Trung Quốc Tanin Acid ≥ 99.0% Trung Quốc
Nước cất 1 lần Việt Nam
2.4.3. Thiết bị thí nghiệm
Bảng 2.3: Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm
Tên thiết bị Đặc tính kỹ thuật Số lượng Nguồn gốc
Máy nhuộm thí nghiệm 12 ống nhuộm 1 Mesdan, Ý Máy gia nhiệt và khuấy từ Nhiệt độ tối đa 3700C 1 VELP, EU
Cốc đong 600 và 1000 ml 2 Đức
Ống đong định mức 10 và 100 ml 1 Đức
Đũa khuấy 2 Trung Quốc
Nhiệt kế 2000C 1 Trung Quốc
Cân điện tử 420 ± 0.001 g 1 Mỹ
32
Giấy lọc Nhiều Trung Quốc
Máy đo cường độ màu 1 Mỹ
Hình 2.2: Cân điện tử Hình 2.1: Máy khuấy gia nhiệt
33
Hình 2.4: Máy sấy
34
2.5. Quy trình chiết tách dung dịch nhuộm
Nguyên liệu sau khi mua cần loại bỏ các hạt lép và rác. Sau đó đem phơi sấy khô. Bảo quản hạt điều sạch trong hộp, bọc kín tránh ánh sáng. Hạt điều màu sau khi được chuẩn bị sẽ được đánh giá ngoại quan về màu, mùi và độ ẩm. Tiếp theo, tiến hành chiết với dung môi ethanol 990 theo tỉ lệ rắn - lỏng 1:20, khuấy hỗn hợp trên máy khuấy từ gia nhiệt ở 400C trong 60 phút. Sau đó lọc lấy dịch chiết và thu được hỗn hợp màu đỏ cam. Thí nghiệm chiết tách được tiến hành theo sơ đồ trong hình 2.7.
35 Hạt điều màu
Xử lý nguyên liệu (Phơi khô và nghiền nhỏ)
Chiết trong dung môi etanol 990 (400C trong 60 phút) Lọc sạch tạp chất (Lọc 2 lần) Dịch chiết từ hạt điều màu
Hình 2.7: Sơ đồ quy trình chiết tách
36
Chiết tách trong dung môi etanol: Cân 5g hạt cà ri, hòa tan trong 100 ml dung dịch etanol 990 đảm bảo hạt cà ri phân tán đều bên trong dung dịch với tỷ lệ 1:20. Bịt kín miệng bình bằng giấy nhôm để hạn chế bay hơi dung dịch. Gia nhiệt từ nhiệt độ phòng lên đến 40°C, giữ nguyên nhiệt độ trong 1 giờ. Sau đó để hỗn hợp nguội tự nhiên ở nhiệt độ phòng và lọc lấy dịch nhuộm trước khi đem đi nhuộm.
2.6. Quá trình nhuộm trên vải
Trong đề tài này dùng phương pháp nhuộm tận trích - là phương pháp nhuộm mà vật liệu ngập trong dung dịch trong suốt quá trình nhuộm. Do vậy, chất màu có trong dung dịch nhuộm được đưa lên vật liệu đồng thời thực hiện liên kết với vật liệu để gắn màu cho vật liệu. Quá trình nhuộm tận trích được thực hiện và kiểm soát các điều kiện môi trường nhuộm, dung tỷ, nhiệt độ, nồng độ cũng như cầm màu để so sánh. Quy trình nhuộm được tiến hành theo giản đồ như sau:
Nhuộm: Bắt đầu nhiệt nhuộm ở nhiệt độ 30 – 35ºC, nâng nhiệt lên 80ºC. Nhuộm ở 80ºC trong 60 phút, chất cầm màu được đưa vào đồng thời trong quá trình nhuộm. Đủ thời gian nhuộm, hạ nhiệt xuống (hoặc không cần hạ), lấy vải và giặt sấy.
Giặt: Sau khi nhuộm xong cần giặt sạch lượng chất màu còn bám trên bề mặt vải bằng cách giặt sạch bằng nước. Có một vài mẫu thí nghiệm vải sau khi nhuộm được giặt trong xà phòng mạnh để kiểm tra khả năng bắt màu của chất màu chiết từ hạt điều màu lên vải tơ tằm.
10 phút 5 phút
Nhuộm 60 phút 800C
300C Giặt
400C
37
Sấy: Sử dụng thiết bị sấy trong phòng thí nghiệm để sấy khô vải ở 80ºC trong 5 – 10 phút.
2.7. Tiến hành thí nghiệm nhuộm cho vải tơ tằm bằng dịch chiết từ hạt điều màu
2.7.1. Phương án 1: Ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu
Mục đích của phương án thí nghiệm này là khảo sát sự ảnh hưởng của dung tỷ đến cường độ màu và đưa ra dung tỷ tối ưu. Tôi tiến hành khảo sát với các tỷ lệ khác nhau 1:25, 1:30, 1:35, 1:40. Các thí nghiệm được tiến hành với các thông số cố định sau:
- Nồng độ: 100% - Nhiệt độ: 800C
- Thời gian nhuộm: 60 phút - Không cầm màu
Bảng 2.4: Phương án 1
2.7.2. Phương án 2: Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến cường độ màu.
Mục đích của phương án thí nghiệm này là khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ thuộc nhuộm đến cường độ màu và đưa ra nồng độ nhuộm tối ưu. Tôi tiến hành khảo sát với các nồng độ 100%, 75%, 50% và 25% v/v. Các thí nghiệm được tiến hành với các thông số cố định như sau:
- Dung tỷ nhuộm: tối ưu của PA 1 - Nhiệt độ nhuộm: 60° C
- Thời gian nhuộm: 60 phút Nồng độ 100%
Nhiệt độ 800C Thời gian 60 phút
Dung tỷ cần khảo sát
1:25 1:30 1:35 1:40
Tơ tằm/ Etanol SE.1.1 SE.1.2 SE.1.3 SE.1.4
38 - Không cầm màu
Bảng 2.5: Phương án 2
2.7.3. Phương án 3: Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu.
Mục đích của phương án thí nghiệm này là khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu và đưa ra nhiệt độ nhuộm tối ưu. Tôi tiến hành khảo sát với các nhiệt độ 60°C, 70°C, 80°C và 90°C. Các thí nghiệm được tiến hành với các thông số cố định như sau:
- Dung tỷ nhuộm: tối ưu ở PA 1 - Nồng độ nhuộm: tối ưu ở PA 2 - Thời gian nhuộm: 60 phút - Không cầm màu
Bảng 2.6: Phương án 3
2.7.4. Phương án 4: Ảnh hưởng của thời gian nhuộm đến cường độ màu. Dung tỷ tối ưu PA 1 Dung tỷ tối ưu PA 1
Nhiệt độ 800C Thời gian 60 phút
Nồng độ cần khảo sát
100% v/v 75% v/v 50% v/v 25% v/v
Tơ tằm/ Etanol SE.2.1 SE.2.2 SE.2.3 SE.2.4
TỔNG SỐ MẪU 4 mẫu
Dung tỷ tối ưu PA 1 Nồng độ tối ưu ở PA 2
Thời gian 60 phút
Nhiệt độ cần khảo sát
600C 700C 800C 900C
Tơ tằm/ Etanol SE.3.1 SE.3.2 SE.3.3 SE.3.4
39
Mục đích của phương án thí nghiệm này là khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian nhuôm đến cường độ màu và đưa ra thời gian nhuộm tối ưu. Tiến hành khảo sát với các thời gian 30 phút, 45 phút, 60 phút, 75 phút. Các thí nghiệm được tiến hành với các thông số cố định sau:
- Dung tỷ nhuộm: tối ưu PA 1 - Nồng độ nhuộm: tối ưu PA 2 - Nhiệt độ nhuộm: tối ưu PA 3 - Không cầm màu
Bảng 2.7: Phương án 4
2.7.5. Phương án 5: Ảnh hưởng của pH đến cường độ màu.
Mục đích của phương án thí nghiệm này là khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến cường độ màu và đưa ra pH tối ưu. Tiến hành khảo sát pH ở ba mức: pH ≈ 4, pH ≈ 6, pH ≈ 8. Các thí nghiệm được tiến hành với các thông số sau:
- Dung tỷ nhuộm: tối ưu PA 1 - Nồng độ nhuộm: tối ưu PA 2 - Nhiệt độ nhuộm: tối ưu PA 3 - Thời gian nhuộm: tối ưu PA 4 - Không cầm màu
Dung tỷ tối ưu PA 1 Nồng độ tối ưu ở PA 2 Nhiệt độ tối ưu ở PA 3
Thời gian cần khảo sát
30 phút 45 phút 60 phút 75 phút
Tơ tằm/ Etanol SE.4.1 SE.4.2 SE.4.3 SE.4.4
40 Bảng 2.8: Phương án 5
Dung tỷ tối ưu PA 1 Nồng độ tối ưu ở PA 2 Nhiệt độ tối ưu ở PA 3 Thời gian tối ưu ở PA 4
pH cần khảo sát
pH ≈ 4 pH ≈ 6 pH ≈ 8
Tơ tằm/ Etanol SE.5.1 SE.5.2 SE.5.3
TỔNG SỐ MẪU 3 mẫu
2.7.6. Phương án 6: Ảnh hưởng của chất cầm màu đến cường độ màu.
Mục đích của phương án thí nghiệm này là khảo sát sự ảnh hưởng của một số loại chất cầm màu lên cường độ màu. Các loại chất cầm màu được sử dụng trong thí nghiệm là: KAl(SO4)2.12H2O, CuSO4.5H2O, FeSO4.7H2O, tanin acid và không cầm màu.
- Dung tỷ nhuộm: tối ưu PA 1 - Nồng độ nhuộm: tối ưu PA 2 - Nhiệt độ nhuộm: tối ưu PA 3 - Thời gian nhuộm: tối ưu PA 4 - pH: tối ưu PA 5
- Nồng độ chất cầm màu: 10% o.w.f Bảng 2.9: Phương án 6
Dung tỷ tối ưu PA 1 Nồng độ tối ưu ở PA 2 Nhiệt độ tối ưu ở PA 3 Thời gian tối ưu ở PA 4
pH tối ưu ở PA 5 Chất cầm màu cần khảo sát KAl(SO4)2. 12H2O CuSO4.5H2O FeSO4.7H2O Tanin acid Không cầm màu
41
2.8. Kiểm tra các tiêu chí về cường độ màu
2.8.1. Kiểm tra cường độ màu
Sau khi nhuộm, giặt và sấy mẫu nhuộm, tôi sẽ tiến hành đo cường độ màu để xác định điều kiện tối ưu và hướng đi cho các thí nghiệm. Tôi tiến hành đo cường độ màu thông qua việc sử dụng hệ thống CIE Lab với các giá trị L*, a*, b*, K/S của các mẫu đã nhuộm.
Hệ màu CIE Lab sử dụng 3 giá trị L*, a*, b*. Trong đó: L* : Độ sáng của màu.
a*: Tọa độ màu trên trục đỏ (a*) – lục (-a*). b*: Tọa độ màu trên trục vàng (b*) – lam (-b*).
- Độ chênh lệch màu sẽ được máy tính theo công thức:
C* = √(𝑎̅̅̅)∗ 2+ (𝑏̅̅̅)∗ 2
∆E* = √(∆𝐿̅̅̅̅̅)∗ 2+ (∆𝑎̅̅̅̅̅)∗ 2+ (∆𝑏̅̅̅̅̅)∗ 2
Tơ tằm/ Etanol SE.6.1 SE.6.2 SE.6.3 SE.6.4 SE.6.5
TỔNG SỐ MẪU 3 mẫu
42 Trong đó:
C* là độ bảo hòa.
∆E* là khoảng cách hình học giữa hai màu (tổng giá trị sai lệch giữa hai màu). ΔL* = L2* - L1* : Mang dấu (+) thì sự lệch màu theo hướng sáng lên.
ΔL* = L2* - L1* : Mang dầu (-) thì sự lệch màu theo hướng tối đi. Δa* = a2* - a1* : Mang dấu (+) thì sự lệch màu theo hướng đỏ hơn. Δa* = a2* - a1* : Mang dấu (-) thì sự lệch màu theo hướng lục hơn. Δb* = b2* - b1* : Mang dấu (+) thì sự lệch màu theo hướng vàng hơn. Δb* = b2* - b1* : Mang dấu (-) thì sự lệch màu theo hướng lam hơn.
- Cường độ màu sắc: giá trị K/S đã được tính toán bằng cách sử dụng phương trình Kubelka - Munk: K/S = (1−𝑅) 2 2𝑅 Trong đó: R là độ phản xạ. K là hệ số hấp thụ vật liệu. S là hệ số khếch tán - tán xạ.
Tiến hành đo và lấy giá trị K/S tại bước sóng 500nm (Vì ở bước sóng này có thể nhìn thấy giá trị K/S của mẫu nhuộm lớn nhất).
2.8.2. Kiểm tra độ bền giặt
Độ bền giặt là một trong các tiêu chí để đánh giá độ bền màu và cường độ màu của thuốc nhuộm. Đây là một trong những bước cần thiết để đánh giá độ bền của thuốc nhuộm sau khi đã tối ưu hóa quá trình nhuộm mẫu.
Mục đích:
Xác định độ bền màu cùng với khả năng dây màu sang nền trắng của mẫu sau quá trình giặt.
43
Dụng cụ, thiết bị và hóa chất:
- Nước grade 3.
- Bình sắt không gỉ với đường kính 75 ± 5 mm, chiều cao 45 ± 10 mm, xấp xỉ 550 ml.
- Miếng multifiber: có 2 loại (DW: khi kiểm nghiệm ở nhiệt độ nhỏ hơn 600C, TV: khi nhiệt độ lớn hơn 600C), hoặc sử dụng hai miếng vải một thành phần: 1 miếng có thành phần giống với thành phần xơ có phần trăm cao nhất trong mẫu, miếng còn lại được chọn dựa vào bảng 2.10.
- WOB: không có chất làm trắng (without optical brightener). - Sodium carbonate (Na2CO3): nếu được yêu cầu.
- ECE có chứa phosphate.
- Sodium perborate tetrahydrate (NaBO3.4H2O).
- 2 thước xám: 1 đánh giá thay đổi màu và 1 đánh giá dây màu. - Light box.
Bảng 2.10: Cách xác định vải trắng đơn thành phần
Nếu miếng thứ nhất là
Miếng thứ hai sẽ là:
Phương pháp A và B Phương pháp C, D và E
Cotton Len Viscose
Len Cotton ―
Tơ tằm Cotton ―
Viscose Len Cotton
Acetate Viscose Viscose
44
Polyester Len hoặc cotton Cotton Acrylic Len hoặc cotton Cotton
Chuẩn bị mẫu:
Cắt một mẫu với kích thước 10 cm × 4 cm, sau đó may mẫu với một miếng đa thành phần. Trong trường hợp khác phải cắt hai mẫu may với hai miếng đơn thành phần.
Quy trình thực hiện:
- Pha dung dịch giặt gồm: 4g ECE. Đối với các phương pháp C, D hoặc E phải hiệu chỉnh pH bằng cách thêm vào xấp xỉ 1g sodium carbonate/ 1 lít dung dịch.