Biểu đồ hấp thụ theo bước sóng trong vùng tử ngoại của dung dịch hoá chất
được chuẩn bị trước khi đưa lên vải được thể hiện trên hình 3.1. Vùng hấp thụ tia tử
ngoại của oxalanilide khá rộng, từ 300 nm đến 370 nm với nồng độ dung dịch từ 1% đến 7%. Với dung dịch 1%, dải hấp thụ UV khá hẹp (300 – 340 nm), tăng từ
2~3% vùng hấp thụ tăng đến 360 nm, khi tăng cao hơn nữa 5~7% thì vùng hấp thụ
gần như bão hoà và không thể tăng lên thêm được hơn nữa. Như vậy, để xử lý trên vải dệt tuỳ theo yêu cầu mức độ kháng tia UV để chọn nồng độ hoá chất cho phù hợp.
79
3.1.2. Khảo sát khả năng chống UV của dung dịch tetrabutyl titanate
Biểu đồ hấp thụ theo bước sóng trong vùng tử ngoại của dung dịch hoá chất
được chuẩn bị trước khi đưa lên vải được thể hiện trên hình 3.2. Vùng hấp thụ tia tử
ngoại của dung dịch tetrabutyl titanate khá rộng, từ 290 nm đến 360 nm với nồng độ
dung dịch từ 1% đến 7%. Với dung dịch 1%, dải hấp thụ UV khá hẹp (290 – 320
nm), tăng từ 2~4% vùng hấp thụ tăng đến 360 nm, khi tăng cao hơn nữa 5~7% thì vùng hấp thụ gần như bão hoà và không thể tăng lên thêm được hơn nữa. Như vậy,
để xử lý trên vải dệt tuỳ theo yêu cầu mức độ kháng tia UV để chọn nồng độ hoá chất cho phù hợp.
Hình 3.2: Biểu đồ hấp thụ UV của dung dịch sol Tetrabutyl titanate 1-7%
Nhận xét: Hai biểu đồ hấp thụ UV của dung dịch Tinofast và sol Tetrabutyl titanate cho thấy phổ hấp thụ của cả 2 dung dịch rất rộng và liên tục. Cả 2 dung dịch
đều có khả năng hấp thụ bước sóng trong vùng UV-B (280-315 nm). Tuy nhiên phổ
hấp thụ của sol tetrabutyl titanate rộng hơn Oxalanilide. Dung dịch sol Tetrabutyl titanate hấp thụ được bước sóng nhỏ hơn 300 nm, trong khi dung dịch Oxalanilide chỉ hấp thụ được bước sóng trên 300 nm. Vùng thấp hơn của tia cực tím có ảnh
80
hấp thụ trong vùng tia UV thấp nên có khả năng chống ung thư cao, ngoài ra, với hoá chất vô cơ có ưu điểm không độc, không gây ảnh hưởng tới sức khoẻ nên được lựa chọn để nghiên cứu xử lý trên vải nhằm nâng cao khả năng chống tia UV cho vải.
3.2. Xử lý hoá chất chống UV trên vải dệt thoi Cotton 100%
3.2.1. Xử lý chống tia UV cho vải dệt thoi Cotton 100% bằng Oxalanilide
Từ các hóa chất và phương pháp xử lý tìm hiểu luận văn tiến hành khảo sát khả năng chống tia UV bằng phương pháp xử lý hoàn tất tận trích và ngấm ép cho vải với hoá chất hữu cơ Oxalanilide.
Các phương án khảo sát đối với từng hóa chất, phương pháp được thực hiện với các tỉ lệ hóa chất bằng 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7% so với khối lượng vải.
81
Hình 3.3: Giá trị UPF của vải xử lý bằng oxalanilide với phương pháp ngấm ép Nhận xét:
- Khi xử lý chống UV cho vải dệt bằng oxalanilide, phương pháp xử lý tận trích cho giá trị UPF thấp hơn so với phương pháp xử lý ngấm ép. Ảnh hưởng của nồng độ
hoá chất tới giá trị UPF của hai phương pháp cũng khác nhau. Xử lý bằng phương
pháp tận trích, khi tăng nồng độ giá trị UPF tăng với tốc độ chậm thể hiện trên dồ
thị là đường cong lõm. Xử lý bằng phương pháp ngấm ép, khi tăng nồng độ hoá chất giá trị UPF tăng với tốc độ rất nhanh, thể hiện là đường cong lồi. Nồng độ
tetrabutyl titanat nhỏ hơn 5%, với phương pháp tận trích vải dệt đạt mức chống UV thấp với giá trị UPF thấp hơn 15, với nồng độ 6% đến 7% vải dệt đạt mức chống UV tốt, tuy nhiên giá trị UPF nhỏ hơn 25. Nồng độ Oxalanilide nhỏ hơn 2%, với
phương pháp ngấm ép vải dệt đạt mức chống UV tốt, với nồng độ 3% đến 7% vải dệt đạt mức chống UV rất tốt. Tuy nhiên giá trị UPF nhỏ hơn 40.
- Cả hai phương pháp đều cho độ bền giặt tương đối như nhau. Sau lần giặt đầu tiên UPF giảm khoảng 30% nhưng ở 10, 20 và 30 lần giặt đều giảm ít (khoảng 5%).
82
3.2.2. Xử lý chống tia UV cho vải dệt thoi Cotton 100% bằng Tetrabutyl Titanate
Từ các hóa chất và phương pháp xử lý đã tìm hiểu, luận văn tiến hành khảo sát khả năng chống tia UV bằng phương pháp xử lý hoàn tất tận trích và ngấm ép cho vải với hoá chất vô cơ có đính mạch cacbon tetrabutyl titanate.
Các phương án khảo sát đối với từng hóa chất, phương pháp được thực hiện với các tỉ lệ hóa chất bằng 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7% so với khối lượng vải.
Hình 3.4: Giá trị UPF của vải xử lý bằng tetrabutyl titanate với phương pháp tận trích
Hình 3.5: Giá trị UPF của vải xử lý bằng tetrabutyl titanate với
83 Nhận xét:
- Khi xử lý chống UV cho vải dệt bằng tetrabutyl titanate, phương pháp
xử lý tận trích cho giá trị UPF thấp hơn so với phương pháp xử lý ngấm ép. Ảnh
hưởng của nồng độ hoá chất tới giá trị UPF của hai phương pháp cũng khác nhau.
Xử lý bằng phương pháp tận trích, khi tăng nồng độ giá trị UPF tăng với tốc độ
chậm thể hiện trên đồ thị là đường cong lõm. Xử lý bằng phương pháp ngấm ép, khi
tăng nồng độ hoá chất giá trị UPF tăng với tốc độ rất nhanh, thể hiện là đường cong lồi. Nồng độ tetrabutyl titanat nhỏ hơn 4%, với phương pháp tận trích vải dệt đạt mức chống UV thấp với giá trị UPF thấp hơn 15, với nồng độ 5% đến 7% vải dệt
đạt mức chống UV tốt, tuy nhiên giá trị UPF đạt từ 20 cho đến 30. Xử lý bằng
phương pháp ngấm ép nồng độ tetrabutyl titanat nhỏ hơn 2%, vải dệt đạt mức chống UV tốt, với nồng độ 4% đến 7% vải dệt đạt mức chống UV rất tốt, tuy nhiên giá trị
UPF chỉ đạt 40+.
- Về độ bền giặt, phương pháp ngấm ép cho độ bền giặt tốt hơn nhiều
phương pháp tận trích. Sau lần giặt đầu tiên UPF của phương pháp ngấm ép chỉ
giảm 15% trong khi đó phương pháp tận trích giảm mạnh (30%).
Kết luận: với hai phương pháp xử lý tận trích và ngấm ép trên hai loại hoá chất xử lý trên vải 100% cotton, cho hiệu quả chống tia UV là khác nhau. Vì vậy, luận văn lựa chọn hoá chất là tetrabutyl titanate để xử lý chống UV cho vải bông rất hiệu quả với phương pháp ngấm ép.
Để phân tích kỹ hơn, tác dụng chống tia UV của vải dệt, luận văn cũng tiến hành đo
84
Hình 3.6: Biểu đồ % truyền qua của vải xử lý sol Tetrabutyl titanate bằng
phương pháp ngấm ép
Hình 3.7: Biểu đồ % truyền qua của vải xử lý sol Tetrabutyl tianate bằng
phương pháp tận trích
Hình 3.8: Biểu đồ % truyền qua của vải xử lý Tinofast bằng phương pháp
85
Hình 3.9: Biểu đồ % truyền qua của vải xử lý Tinofast bằng phương pháp tận trích
Nhận xét: Bốn biểu đồ % truyền qua của vải xử lý bằng 2 hóa chất (sol
Tetrabutyl titanate và Tinofast) theo 2 phương pháp (tận trích và ngấm ép) cho thấy cả 2 hóa chất đều có khả năng chống tia UV trong vùng UV-A, UV-B. Khả năng
chống tia UV tăng dần lên theo % hóa chất trên vải và gần như bão hòa ở 7%. Trong 2 loại hóa chất, sol Tetrabutyl titanate cho thấy khả năng kháng tia UV tốt
hơn đặc biệt khi dùng phương pháp ngấm ép. Điều này hoàn toàn hợp lý với nhận xét khi khảo sát dung dịch của 2 loại hóa chất.
Phần khảo sát trên đã cho thấy tác dụng kháng UV cho vải cotton 100% màu trắng với hai hóa chất và hai phương pháp cho hiệu quả chống tia UV khác nhau. Chọn phương pháp hiệu quả nhất là hóa chất sol tetrabutyl titanate bằng phương
pháp ngấm ép để xử lý cho vải cotton. Tuy nhiên, trong thực tế, các sản phẩm quần áo chống nắng mùa hè không chỉ sử dụng vải 100% cotton, mà lượng sản phẩm sử
dung vải pha polyester/cotton rất lớn. Sử dụng kết quả trên để áp dụng khảo sát cho vải pha polyester/cotton là nội dung của luận văn để nhằm mục tiêu tạo vải chống tia UV cho bộ đồng phục quần áo cảnh sát giao thông.
3.3. Kết quả xử lý chống tia UV trên vải dệt thoi Polyester/Cotton 83/17
Phần khảo sát trên chỉ thực hiện cho vải 100% cotton màu trắng. Vậy khi xử lý đối với sản phẩm màu, kết quả có làm ảnh hưởng tới loang màu hay không ? Khi
86
sử dụng phương pháp trên ứng dụng cho vải Pe/Co có đạt hiệu quả cao không ? Đây
là những câu hỏi đặt ra cho tác giả nghiên cứu tiến hành nghiên cứu tiếp theo trên vải Pe/Co đã được nhuộm màu CSGT.
Hình 3.10: Biểu đồ giá trị UPF của vải Pe/Co 83/17 màu trắng
Sơ đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ hóa chất tới khả năng chống tia UV của vải pha Pe/Co thể hiện rõ rêt. Qua khảo sát thấy, với hóa chất trên 5%, mức
UPF đạt tuyệt vời, có thể đáp ứng được cho những sản phẩm chống UV chuyên dụng. Biểu đồ cho thấy giá trị UPF của vải Pe/Co 83/17 ở mực 5% có giá trị 56 cao
hơn giá trị UPF của vải Cotton 100% ở cùng điều kiện xử lý
3.4. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa xử lý chống tia UV cho vải bằng sol tetrabutyl titanate dùng phương pháp ngấm ép.
Sau kết quả nghiên cứu nói trên, đề tài tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa 3
thông số công nghệ được lựa chọn để quan sát là phần trăm hóa chất so với khối
lượng vải, nhiệt độ và thời gian gia nhiệt để tìm ra mối quan hệ giữa các yếu tố này và thông số công nghệ tối ưu nhất.
3.4.1. Lựa chọn vùng biến thiên của các biến số
- Phần trăm hóa chất trên vải: 4%, 5%, 6% do quan sát trên biểu đồ khảo sát ta thấy ở phần trăm hóa chất trên vải thấp hơn 4% vải khó có thể đạt được giá trị
UPF theo yêu cầu đề ra. Còn ở phần trăm hóa chất lớn hơn 6% chỉ số UPF gần như
87
sản phẩm đồng thời gây ô nhiễm môi trường do lượng hóa chất không phản ứng hết còn dư lại sẽ thải ra ngoài môi trường.
- Thời gian xử lý (tính bằng phút): 2 phút, 3 phút, 4 phút do ở thời gian nhỏ hơn 2 phút không đủ để cho hóa chất xử lý gắn kết lên vải, vì vậy không đạt được chất lượng đồng thời gây ô nhiễm môi trường. Còn ở nhiệt độ lớn hơn 4 phút gây
tiêu tốn năng lượng đồng thời thời gian xử lý kéo dài cũng gây ảnh hưởng đến các tính chất của vải.
- Nhiệt độ xử lý (tính bằng 0C): 1200C, 1300C, 1400C do nhiệt độ xử lý dưới 1200C không đủ để cho phản ứng giữa hóa chất hoàn tất với vải xảy ra hoàn toàn gây lãng phí và ô nhiễm môi trường do hóa chất còn dư trên vải. Còn xử lý ở nhiệt
độ trên 1400C gây ảnh hưởng đến sự thay đổi màu của vải cũng như một số các tính chất sử dụng khác của vải như vải cứng hơn, độ bền và độ giãn thay đổi.
3.4.2. Phương án thí nghiệm
Mô hình hóa thực nghiệm: Với khoảng thời gian gia nhiệt, nồng độ, nhiệt độ
chất chống tia UV đã tìm ra ở phần khảo sát, luận văn sử dụng mô hình tổ hợp quay trung tâm xây dựng mô hình thí nghiệm như sau:
Trong luận văn này, khảo sát với ba nhân tố k = 3, tức là trong hàm mục tiêu có ba biến số, tổng số thí nghiệm cần thiết là: 23+ 2.3 + 6 = 20 thí nghiệm.
88 STT x0 x1 x2 x3 yi 1 1 1 1 -1 y1 2 1 -1 1 1 y2 3 1 1 1 1 y3 4 1 1 -1 -1 y4 5 1 1 -1 1 y5 6 1 1 -1 1 y6 7 1 -1 -1 -1 y7 8 1 -1 -1 1 y8 9 1 1.682 0 0 y9 10 1 -1,682 0 0 y10 11 1 0 1.682 0 y11 12 1 0 -1.682 0 y12 13 1 0 0 1.682 y13 14 1 0 0 -1.682 y14 15 1 0 0 0 y15 16 1 0 0 0 y16 17 1 0 0 0 y17 18 1 0 0 0 y18 19 1 0 0 0 y19 20 1 0 0 0 Y20
Bảng 3.1: Bảng số liệu thiết kế mô hình thí nghiệm Box-Wilson
Với 3 thông số đầu vào là: phần trăm hóa chất trên vải, nhiệt độ và thời gian gia nhiệt, với các bước lựa chọn như trong bảng 3.2.
89
TT Thông số công nghệ Giá trị
1 Phần trăm hóa chất trên vải
4% - 6%
2 Nhiệt độ xử lý 1200C - 1400C
3 Thời gian xử lý 2 phút – 4 phút
Bảng 3.2: Bước nhảy thông số đầu vào: Phần trăm hóa chất trên vải, nhiệt độ
và thời gian gia nhiệt
Sử dụng thuật toán quy hoạch thực nghiệm tổ hợp quay trung tâm Box- Wilson thiết kế thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các thông số
công nghệ đến chỉ số UPF của vải xử lý. Chuyển các biến số (thông số công nghệ) sang hệ tọa độ không thứ nguyên với giá trị cánh tay đòn α=1,682. Khoảng biến thiên gồm giá trị giới hạn dưới, giá trị giới hạn trên và giá trị tại tâm của các thông số công nghệ với ba mức mã hóa trong nghiên cứu thực nghiệm được thể hiện trong bảng 3.3 dưới đây: Giá trị TT Ký hiệu Thông số công nghệ -α -1 0 +1 Α
1 A Phần trăm hóa chất trên vải 3,32 4 5 6 6,68
2 B Nhiệt độ 113,18 120 130 140 146,84
3 C Thời gian 1,32 2 3 4 4,68
Bảng 3.3: Giá trị thực và giá trị mã hóa của các thông số công nghệ (α=1,682)
90 Mẫu % hóa chất Nhiệt độ Thời gian Mẫu % hóa chất Nhiệt độ Thời gian 1 -1 -1 -1 11 0 -1.682 0 2 -1 -1 1 12 0 1.682 0 3 -1 1 -1 13 0 0 -1.682 4 -1 1 1 14 0 0 1.682 5 1 -1 -1 15 0 0 0 6 1 -1 1 16 0 0 0 7 1 1 -1 17 0 0 0 8 1 1 1 18 0 0 0 9 -1.682 0 0 19 0 0 0 10 1.682 0 0 20 0 0 0
Bảng 3.3: Thông số của 20 phương án thí nghiệm
3.4.3. Kết quả thí nghiệm
Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chỉ số UPF, T-UVA, T-UVB, T-
UVR, Độ thoáng khí của vải xử lý được xác định bằng thuật toán quy hoạch thực nghiệm tổ hợp quay trung tâm Box – Wilson. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ % hóa chất, nhiệt độ, thời gian đến chỉ số UPF của mẫu vải CSGT xử lý sol tetrabutyl titanate với 20 phương án thí nghiệm; trong đó gồm 8 thí nghiệm là nhân của quy hoạch, 6 thí nghiệm ở các giá trị α và –α, 6 thí nghiệm ở giá trị tâm thí nghiệm mức “0”. Mỗi kết quả được đo 3 lần và lấy giá trị trung bình cộng. Các phương án thí nghiệm và kết quả được ghi trên bảng 3.4 sau:
91
Bảng 3.4: Ma trận kế hoạch hóa và kết quả thí nghiệm UPF, T-UVA, T-UVB, T-
UVR, độ thoáng khí của vải CSGT sau xử lý.
Sử dụng thuật toán quy hoạch thực nghiệm tổ hợp quay trung tâm trên phần mềm Design Expert xác định được quy luật ảnh hưởng của ba thông số công nghệ đầu vào đến các chỉ số đầu ra của vải CSGT sau xử lý.
Phương trình hồi quy thực nghiệm biểu diễn quy luật ảnh hưởng của ba thông số công nghệ đầu vào đến chỉ số đầu ra của vải CSGT sau xử lý:
UPF = - 682,73218 – 39,38111A + 15,09114B - 94,71215C - 6.03347A2 –