Nhu m là m t quá trình nh m ằ đ a u c nhu m t môi th ừ tr ng bên ngoài vào sâu bên trong v t li u đ t o các s n phra ẩm có màu s c mong mu n đ t các ch tiêu ch t l ng nh
đ b n màu, đ đ u màu. Nhu m n là mcò t quá trình ph c t p liên quan đ n nhi u y u t khác nhau nh c u trúc c a v t li u; b n ch t c a uth c nhu m; i u ki n cô ngh và i t đ ng th b . M i lo i u c nhu m ch có th nhu m m cho m t vài loỗ th àu i v t li u nh t đ nh, trong ó đ thu c nhu m liên k t v i v t li u bằng nh ng liên k t c thù. Ngoài nhu m v i còn là m t đặ ra công vi c mang tính ngh thu t ch u s chi ph i c a th hi u th m mẩ ỹ c a h i[1]. xã
Dung d ch th u c nhu m, dù dung d ch u c nhulà th m tan trong n c nh : dung d ch thu c nhu m acid; thu c nhu m tr c ti p; u c ho t tính hay dung d ch th các th u c nhu m không n trong nta c nh dung d ch th u c nhu m phân tán; hay thu c nhu m l u huỳnh là m t h a phân tán. Trong dung dđ ch nhu m bao g m thu c nhu m, ch t tr các ch t đi n lyầ Các ch t i n đ ly phân ly hoàn to trong dung d ch nhuàn m; thu c nhu m ân ph ly m t ph n t o thành các ion mang màu trong dung d ch, ph n còn l i t n t i d ng h t liên h p. B i v y, trong dung d ch nhu m luôn luôn m t có ặ các ion mang m l n không mang màu; àu các phân t trung hòa; các h t liên h p v i nhi u kích th c khác nhau nh có ân là các phân t xung quanh các ion dlà ng các h t keo. T t c c ion, h t liên h p n m ác ằ tr ng thái cân bằng đ ng. Trong quá ình nhutr m, kh mi t d ng nào ó c a uđ th c nhu m khu ch tán vào trong x và th c hi n liên k t v i x , cân ằ b ng này b phá v , các h t liên h p s b tách ỡ ra đ h đ t đ n cân b ng m i và c th quá trình c l p i l p l i cho ằ ặ đ ặ đ n lúc đ t cân bằng nhu m.
1.4.1.1 Động h c quá trình nhu m [1,22,39,52,56,59,87,112,113,128] ọ ộ
Quá trình nhu m à l m t quá trình hóa h c và hóa ọ lý s tham gia c a nhi u h , trong có đó x s i tr ng thái r n, dung d ch nhu m h phân tán keo. M t quá trình nhu m i n đ hình bao g m năm giai đo n: u c nhuth m khu ch tán t dung d ch nhu m t i b m t ừ ặ x ; thu c nhu m h p ph lên b m t ặ x ; u c nhu m khuth ch tán t b m t x vào ừ ặ các ao m qu n trong x ; u c nhuth m h p ph lên b m t ặ các mao qu n hay hình th h liên k t vàn i x ; và cu i cùng lƠ giai đo n thu c nhu m khu ch tán t v t liừ u ra môi tr ng bên ngoài. Trong ó, đ các giai đo n uth c nhu m khu ch tán t dung dừ ch t i b m t x và h p ph lên b m t x ặ ặ ph u c vào ch th đ th ỷ đ u ng l c học; giai đo n th ct ũng có t c đ khá l n; trong khi ó đ giai đo n th ba gialà i đo n có t c đ nh nh t. ây ch h l giai o n yĐ ín à đ qu t đ nh v n t c c a quá trình nhu m, tác đ ng đ n các ch tiêu kinh t .
- S uự kh ếch tán thu c nhu m t dung d ch t i b m xố ộ ừ ị ớ ề ặt ơ: Trong i u ki n nhu m, dung đ
d ch th u c nhu m đ c b m hoàn l u trong h th ng. Nh v y không s chênh lcó ch n ng đ uth c nhu m gi a l p dung d ch sát b m t v i l n trong dung d ch. ặ Nh v y s khu ch tán thu c nhu m t trong dung dừ ch t i b m t xặ lƠ quá trình ch u tác đ ng c a o i l c. Vng i đ c d n đ ng nh h th ng tr c d n nh ó s đ ti p xúc gi a u c nhuth m v i v i h u nh t c th i.
- S h p ph thu c nhu m lên m t ngoài cự ấ ụ ố ộ ặ a xơ: Trong i u ki n nhu m, b m t x s i đ ặ t n t i nh n tg r ng l c do ch a bão hòa v hóa tr . B i v y, trên b m t x nh ng tâm ặ có
37
d u v i thu c nhu m. Nh v y thu c nhu m d dàng h p ph lên x nh l c t nh i n và ĩ đ l c h p ph . S h p th thu c nhu m n b m t x tuân theo phlê ặ ng trình h p ph Langmuir
[39]:
Trong ó: đ
x lƠ l ng thu c nhu m h p th vƠo x th i đi m nghiên c u x∞lƠ l ng thu c nhu m h p ph vƠo x th i đi m bão hòa
Co là n ng đ thu c nhu m thu c nhu m ban đ u trong dung d ch nhu m - S khu ch tán thu c nhu m t b mự ế ố ộ ừ ề ặt xơ vào các mao qu n: Khác v i quá trình khu ch
tán thu c nhu m t trong lòng dung dừ ch u c nhu m t i b m t th ặ x , s u ch kh tán x t b ừ m t x vào trong các mao qu n là m t quá trình không ph thu c vào ngo i l c mà do s ặ
chênh l ch n ng đ . Khi nhu m, n ng đ u c nhu m trong dung dth ch và b m t x ặ cao h n h n vẳ so i bên trong lõi x nên do s chênh l ch v gradient n ng đ , u c nhu m th s khu ch tán t b ngoài xừ vào trong lõi x theo đ nh lu t ck:Fi
Trong ó: đ dt: th i gian tính b ng giâyằ
dm/dt: l ng thu c nhu m khu ch tán vƠo x qua di n tích S trong 1 giây dC/dx gradien n: ng đ thu c nhu m t i v trí x trên x
D: h s khu ch tán tính b ng cmằ 2/giây
S: di n tích b m t xung quanh v trí x tính b ng cmặ ằ 2
Tuy nhiên, s khu ch tán u c nhu m t bên ngoài vào lõi x quá trình khuth ừ là ch tán trong m qu n. Nó ch u tác ao đ ng c a nhi u y u t nh kích th c aom qu n, kích th c thu c nhu m, nh h ng c a các ch t tr trong dung d ch nhu m.
S hình thành liên k t gi a thu c nhuự ế ữ ố ộm và xơ: S d chúng nhu m ĩ ta đ c v i do là thu c nhu m hình thành các liên k t v i x trong quá trình nhu m v i. Liên k t gi a x và thu c nhu m khá phong phú và th ng t h p c a các liên k t hóa h c và hóa lý. ên k t là ọ Li gi a uth c nhu m v xà cƠng m nh s n ph m nhu m càng b n màu. ẩ
Liên k t c ng hóa tr : đơy lƠ lo i liên k t có năng l ng liên k t l n nh t vào kho ng t ừ 100 t i 200 kcal/mol. Liên k t hóa tr là lo i liên k t ch y u c a các lo i x cotton hay x protein v i thu c nhu m ho t tính. Khi thu c nhu m liên k t hóa tr v i x , nó tr thành m t b ph n c a x , vì v y đ b n màu c a l p thu c nhu m này l n.
Liên k t ion: liên k t ion hình thành gi a u c nhu m acid hay thu c nhu m base cation th v i x protein; polyamide và polyacrilonitryl. σăng l ng c a liên k t ion th p h n so v i n ng ă l ng liên k t hóa tr .
38
Liên k t Van der Waals: đây liên k t c a t t c là các thu c nhu m v i x , năng l ng liên k t V der Waals tu u c kh i lan ỳ th ng phân t và đ phân c c c a các phân t tham gia liên k t. Liên k t Van der Waals là liên k t ch y u gi a thu c nhu m phân tán v i các lo i v t li u nhi t d o. ẻ
Liên k t hydro: liên k t ch x y ra trong m t s đi u ki n nh t đ nh, tuy năng l ng liên k t hydro không l n nh ng có nh h ng đáng k t i đ b n s n ph m nhuẩ m.
Liên k t c a nh ng t ng tác kỵ n c: đơy lƠ lo i liên k t sinh ra do s t ng tác gi a các nhóm k ỵ n c trong thu c nhu m v i m ch hydrocarbon c a x nhi t d o. ẻ
- Khuếch tán thu c nhu m và ch t tr t v t li u ra ngoài dung dố ộ ấ ợ ừ ậ ệ ịch: Giai đo n này di n
ra khi nhu m đư th c hi n ph n ng g n màu v i x hoƠn toƠn hay nói m t cách khác lƠ đư k t thúc quá trình nhu m. giai đo n này các ph n t thu c nhu m không th c hi n ph n ng v i x s i đ c lo i b b ng các phằ ng pháp khác nhau tùy thu c v t li u nhu m.
1.4.1.2 Các y u t ế ố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm
Kích th ớc mao qu n kích thvà ớc phân t u c nhuử th ố ộm: kích th c phân t u c th nhu m và kích th c mao qu n trong x nh h ng tr c ti p t i quá trình khu ch tán thu c nhu m t b m t x vào trong các m qu n. Ph t u c nhu m càng nh hay ừ ặ ao ân th đ ng kính các mao qu n trong x càng l n v n t c khu ch tán càng l n. Tuy nhiên, thu c nhu m càng d khu ch tán vào lõi x thì cũng d b di chuy n ra bên ngoƠi x nên đ b n màu không cao [39]. Nhi t nhuệ độ ộm: nhi t đ nh h ng t i quá trình nhu m trên các y u t , h s khu ch tán D kích th c mao qu n đ c tính nh sau:
Trong ó: Dđ T: h s khu ch tán c a thu c nhu m nhi t đ T Do: h s khu ch tán c a thu c nhu m nhi t đ chu n ẩ E: năng l ng ho t hóa c a thu c nhu m
R: h ng s khí lằ ý t ng T: nhi t đ tuy t đ i
Nh v y khi tăng nhi t đ h s khu ch n tá tăng làm tăng t c đ kh ch n c a thutá c nhu m. Nhi t đ còn làm ăng các chuy n đ ng nhi t c a x làm tăng kích th t c các mao qu n trong x t o i u ki n cho quá trình khuđ ch tán thu c nhu m. Tuy nhiên, nhi t đ c nũ g nh h ng tiêu c c t i đ b n c a x vƠ th u c nhu m.
Ch t i n và ch t tr ấ đ ệ ly ấ ợ: Dung d ch nhu m là h a phân tán trong ó có các ion, đ đ các h t keo s t n t i c a c ion trong dung d ch uầ ác nh m đã nh h ng t i cân bằng đ ng trong dung d ch nhu m và ho t hóa x . Trong công ngh nhu m ch t tr đóng vai trò khá quan tr ng, ọ gi m s c căng b m t giúp ặ x d th m t h n nên thu c nhu m d khu ch tán vào lõi x h n. Ch t tr còn giúp i u ch nh ái l c c a thuđ c nhu m v i x giúp s n ph m nhu m ẩ đ u màu. Ngoài nó còn bôi ra tr n cho v i tránh cho v i b x c khi ti p xúc v i các b ph n công tác trong máy nhu m. Tuy nhiên v i nh ng đặc tr ng c a ch t màu t nhiên, đặc bi t trong ph m
39
vi đ tài trong h n h p d ch trích ly t v ỗ ừ qu măng c t và qu mặc n a ch a khá nhi u thành ph n các ch t có th h ỗ tr cho quá trình nhu m, đóng vai trò nh m t ch t ho t đ ng b m t, ặ chẳng h n h p ch t c a saponin. Vì v y, có th xem xét v n đ nhu m ch t màu t nhiên không c n hóa ch t mà v n có th đ t đ b n màu mong mu n.
Ph ơng pháp nhuộm t n trích: Trong s n ậ xu t th ng chia làm ba ph ng pháp công ngh nhu m ph thu c vƠo đi u ki n thi t b : nhu m gián o n; nhu m liên t c và nhu m bán đ liên t c. Trong ph m vi phòng thí nghi m ch th c hi n ph ng pháp gián đo n hay còn g i là ọ ph ng pháp nhu m t n trích; vì v y đ tài t p trung nghiên c u kh năng nhu m màu c a d ch chi t t v qu ừ măng c t và qu mặc n a theo ph ng pháp nhu m t n trích. Đ t n trích là t ỷ l % thu c nhu m g n màu trên v i, đ c xác đ nh b ng tỷ l hi u s nằ ng đ dung d ch thu c nhu m tr c nhu m (Co) và n ng đ thu c nhu m còn l i trong dung d ch sau nhu m s) so (C
v i n ng đ thu c nhu m ban đ u:
Đ t n trích (%) = [(Co Cậ s)/Co].100% 1.4.1.3 S dử ụ ngchất màu t nhiên ự đểnhuộm v t li u d t ậ ệ ệ
Hi n nay ch t màu t nhiên đ c nghiên c u và s d ng nhu m cho nhi u lo i v t li u d t ph bi n nh cotton, t tằm, polyamide, lenầTrong đó, t tằm và cotton là lo i v t li u t nhiên đ c nghiên c u nhi u nh t v i ch t màu t nhiên.
M t s các nghiên c u g n đơy đ u cho rằng đ i v i h u h t các thu c nhu m t nhiên, đ nhu m đ t hi u qu b n màu, trong các k t qu nghiên c u th ng đ c p đ n vi c s d ng ch t n đ nh màu ho c chặ t ặho c c m màu, th ng s d ng nh t là các mu i kim lo i đ h tr ỗ các ch t mang màu g n màu hoàn toàn v i v t li u. Trong m t s k t qu nghiên c u, đ ngh ch t c m màu là h n h p phèn [nhôm sunfat ỗ Al2(SO4)] và KC4H5O6. Đ ng th i n u nhu m len, cotton, t tằm hay polyamide t m t lo i ch t màu t nhiên mà s d ng nhi u mu i kim lo i ừ khác nhau nh crom, đ ng, thi c ho c sặ t s nh n đ c nhi u màu s c khác nhau [101].
40
1.4.2 Nhu m t m bngcht màu t nhiên 1.4.2.1 Sơ lược v cề ấu trúc tơ tằm
T tằ hay còn đm c g i là l a, là m t trong nh ng loọ i x s i đ c con ng i bi t đ n s m nh t [79]. T tằm có c u trúc m t cặ t ngang không đ ng đ u, là m t lo i s i t m nh và dài g m 2 s i fibroin nằm sóng đôi nhau, đ c bao b c b i m t l p keo g i là sericin. Trên ọ ọ kính hi n vi cho th y c u t o c a t tằm. S i fibroin bao g m các bó x (fibrillar bundle) nằm d c theo tr c s i, có chi u ngang 100nm, chi u dài kho ng 250 nm. Giọ a các bó x có nhi u chỗ tr ng. Các vi x (microfibril) nằm trong bó g m β0÷γ0 đ i phân t fibroin có b ngang 10 nm, chúng x p thành t ng l p tinh th . ừ
Hình 1.31 C u trúc m t c t ngang cấ ặ ắ a tơ tằm [81]
Thành ph n chính c a t tằm g m 72-81% Fibroin; 19-28% sericin; 0,8-1,0% axit béo và sáp; 1,0-1,4% mu i và khoáng ch t [81]. Fibroin g m các lo i acid amin nh glycine, serisine, analine, tyrosineầnh ng không có systine nên c u trúc phân t có ph n khác so v i keratin trong len. Fibroin d ng m ch th ng, các phân t acid amin x p song song và ch ẳ liên k t ngang v i nhau b i nh ng n i hydrogen, đơy lƠ c u trúc d ng , không xo n nên ít đƠn h i cũng nh không x p.
Hình 1.32 C u trúc hóa h c c a fibroin [8] ấ ọ
V i c u t o trên t tằm có b m t ánh sáng bóng, m n, óng ặ , có đ b n cao, kh năng hút ẩm t t, có đ đƠn h i t t, t ng đ i b n đ i v i axít vô c loưng vƠ axit h u c . Tuy nhiên, kh năng ch ng ch u v i baz kém vƠ nh y c m v i ánh sáng. Fibroin r t nh y c m v i ch t oxy hóa vì th có th làm thay đ i nhóm đ nh ch c c a fibroin b ng cáằ ch oxy hóa các nhóm r u