- Yêu cầu bảo vệ sức khoẻ cho người tiêu dùng trước tác dụng của tia tử
ngoại ngày càng cao, do đó nhu cầu các sản phẩm dệt may có khả năng chống tia UV ngày càng tăng lên trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng .
- Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống UV của vật liệu dệt: nguyên liệu , cấu trúc vải, trạng thái vải, màu sắc, hóa chất đưa lên vải… Trong các yếu tố này, các chất hóa học đưa lên vải như chất hấp thụ, chất che chắn UV trong quá trình xử lý vải đóng một vai trò quan trọng.
- Việc nghiên cứu khảo sát, phân tích được những ảnh hưởng và cơ chế
chống tia UV của các loại hoá chất khác nhau khi xử lý trên vải dệt cũng như đánh
giá được tính chất của vật liệu dệt sau khi xử lý hoá chất có ý nghĩa đóng góp về
mặt khoa học để góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng các hoá chất có chức năng
đặc biệt.
- Các phương pháp đánh giá hiệu quả chống tia UV của vải được đưa ra cụ
thể và có xu hướng hài hòa giữa các quốc gia, các tổ chức khác nhau.
- Việc nghiên cứu, lựa chọn nguyên liệu phù hợp, hoá chất chống tia UV cho phù hợp và hiệu quả là rất cấp thiết. Công nghệ và kỹ thuật để việc xử lý hoá chất vừa đáp ứng được tính kháng UV vừa đáp ứng được các chỉ tiêu sử dụng khác cần thiết được nghiên cứu để các doanh nghiệp có thể tổ chức sản xuất được.
44
Chương II
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục đích nghiên cứu
- Làm rõ được ảnh hưởng của việc sử dụng hoá chất hữu cơ
(Oxalanilide) và hoá chất vô cơ (sol Tetrabutyl titanate) tới khả năng chống tia UV của vải
- Đánh giá được ảnh hưởng của xử lý hoàn tất bằng hoá chất hữu cơ
(Oxalanilide) và hoá chất vô cơ (sol Tetrabutyl titanate) tới tính chất cơ lý của vải
trước và sau khi xử lý hoàn tất chống tia UV (độ bền kéo đứt, độ bền xé rách, tính truyền nhiệt - truyền ẩm, độ kháng nhàu, độ mềm của vải, cảm giác sờ tay của vải).
- Xây dựng quy trình công nghệ xử lý hoàn tất chống tia UV cho vải may quần áo cảnh sát giao thông
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Thực tế, trên thế giới hiện nay có nhiều loại vải và hóa chất xử lý chống UV
khác nhau. Nhưng trong phạm vi nghiên cứu của luận văn không thể tiến hành nghiên cứu đồng loạt hết các loại vải và hóa chất hiện có trên thị trường. Vì vậy trong luận văn này chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu loại vải sử dụng cho mùa hè
(đồng phục CSGT) và hóa chất thông dụng được sử dụng rộng rãi trên thị trường hiện nay:
- Về vải: vải dệt thoi Cotton 100% màu trắng và vải dệt thoi Pe/Co 83/17 đã
nhuộm màu CSGT.
- Về hóa chất: Oxalanilide (của hãng Ciba) và sol Tetrabutyl titanate
2.2.1. Vải
Qua nghiên cứu tổng quan các loại vật liệu dệt hiện đang sử dụng và nghiên cứu trên thế giới, có thể rút ra các kết luận sau:
45
- Trong các loại xơ thiên nhiên, xơ bông chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng sản lượng xơ trên toàn thế giới, khoảng gần 50% sản lượng xơ trên thế giới.
Xơ bông có các tính chất cơ lý như có độ bền tương đối cao, cũng như các tính chất vệ sinh: có độ ẩm cao, độ thông hơi thoáng khí tốt, rất phù hợp sử dụng trong lĩnh
vực may mặc. Tuy nhiên, khả năng chống UV của xơ bông kém.
- Trong các loại xơ tổng hợp thì xơ Polyester là loại xơ tổng hợp có sản
lượng lớn nhất trên thế giới. PET có độ bền cơ học cao, độ giãn đứt khá tốt, giá thành không cao. PET được cấu tạo từ các khối cấu trúc nhân thơm, các phần nhân
thơm này có khả năng hấp thụ tia UV-B rất tốt. Không chỉ vậy, trong xơ PET có chứa 5-10% chất gốm, quan trọng nhất là TiO2. Các nhà sản xuất thường đưa chất
này vào xơ PET để làm mờ vì bản chất xơ sau khi kéo có đặc điểm trong suốt. Do
đó, chúng tạo ra hiệu quả bảo vệ chống lại UV rất tốt
Vải pha giữa Cotton và PET là một loại vải pha điển hình được sử dụng, vì loại vải pha này hạn chế được các nhược điểm của vật liệu này và tận dụng được ưu điểm của từng loại xơ. Chính vì vậy vải pha PET và Cotton được sử dụng rộng rãi.
Nghiên cứu các bài báo, các công trình nghiên cứu khoa học về xử lý kháng UV trên thế giới, nhận thấy rằng các công trình nghiên cứu này đều sử dụng các chất liệu như Cotton 100% và PET 100% và vải pha PET/Co làm đối tượng nghiên cứu.
Do đó lựa chọn vải Cotton 100% và vải pha PET/Co làm đối tượng nghiên cứu xử lý kháng khuẩn chống thấm là hoàn toàn hợp lý.
Đối tượng xử lý là vải dệt thoi Cotton 100% và vải dệt thoi Pe/CO 83/17đã nhuộm màu CSGT. Bông là loại vật liệu dệt có khả năng ngăn ngừa tia UV kém
hơn so với một số vật liệu khác nhưng lại là vật liệu được sử dụng ưu chuộng do có nhiều tính chất ưu việt: hàm ẩm cao, thấm hút mồ hôi tốt, vải xốp và mềm mại, tạo cảm giác dễ chịu khi mặc… PET là vật liệu tổng hợp được cấu tạo từ các khối cấu
trúc nhân thơm, các phần nhân thơm này có khả năng hấp thụ UVB rất tốt. Ngoài ra chất hấp thụ UV thường được đưa vào trong dung dịch kéo sợi trước khi sợi được
46
định hình để cải thiện một số tính chất của sợi nên PET là vật liệu dệt có khả năng
chống UV cao nhất.
Qua nghiên cứu lý thuyết, luận văn đã lựa chọn vải dệt thoi Cotton 100% sau nấu tẩy và làm bóng để tiến hành khảo sát so sánh các hóa chất xử lý chống tia UV. Sau khi tiến hành so sánh để chọn hóa chất và phương pháp xử lý tối ưu, nghiên cứu sử dụng vải dệt thoi Pe/Co 83/17 nhuộm màu CSGT để xây dựng quy trình công nghệ xử lý hoàn tất chống tia UV cho vải may quần áo cảnh sát giao thông.
Mật độ (sợi/10cm) TT Loại vải Cấu trúc Chi số sợi (Ne) Trọng lượng (g/m2) Dọc Ngang UPF 1 Vải dệt thoi trắng 100% Cotton Vân chéo 30 215 420 230 2,68 2 Vải dệt thoi màu CSGT Pe/Co 83/17 Vân chéo 30 190 420 230 22,68
Bảng 2.1: Thông số công nghệ của vải nghiên cứu
2.2.2. Hóa chất hoàn tất chống tia UV
2.2.2.1. Hóa chất hữu cơ
Trong số các hóa chất hấp thụ UV do các hãng nổi tiếng cung cấp cho ngành dệt thì Oxalanilide được giới thiệu là rất có hiệu quả.
Sử dụng
- Thuốc nhuộm và màu in của vật liệu dệt cho quần áo chống nắng làm từ xenlulo và PA
- Để cải tiến các loại quần áo theo tính năng chống nắng như quần áo
trẻ em, quần áo thể thao ngoài trời (chạy bộ, bóng đá, quần vợt, đánh golf, chèo thuyền, v.v…), quần áo bãi biển, bơi lội và mặc giải trí (áo sơ mi, váy, áo cánh, mũ,
47
v.v…), quần áo mặc khi làm nông nghiệp, đồng phục ( quân đội, bưu điện, cảnh sát, trường học, v.v…)
- Để cải tiến các tính năng chống nắng và ổn định ánh sáng của vải kỹ
thuật như lều trại, mái lợp, bạt, ô dù, các loại vải để che nắng và vật liệu dệt làm nội
thất như rèm cửa.
Đặc điểm
- Là hợp chất hóa học mới do phản ứng hóa học tạo ra
- Chỉ với số lượng nhỏ ứng dụng trên vật liệu dệt từ xenlulo đem lại giá
trị bảo vệ lớn và bền vững chống lại tia UV
- Tận trích và gắn với vật liệu triệt để
- Bền với giặt và ánh sáng rất cao
- Hấp thụ yếu trong vùng UVA có bước sóng dài.
- Không yêu cầu hoàn tất hoặc tráng phủ
Lợi ích
- Liên kết vĩnh cửu với xơ xenlulo thông qua gắn đơn giản từ dung dịch
thuốc nhuộm cùng với thuốc nhuôm hoạt tính.
- Chỉ số UPF cao đảm bảo trên cấu trúc hợp lý của vải dệt.
- Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cho phép nhuộm cùng thuốc nhuộm
trực tiếp hoặc axít.
- Ít làm thay đổi ánh màu, độ trắng của thuốc nhuộm hoặc độ huỳnh
quang của vật liệu dệt.
- Không tác động lên da tay
Đặc tính
Cấu tạo hóa học Oxalanilide có công thức phân tử C28H40N3O3
48
Loại ion Anionic
Hình thức vật lý Nhũ tương màu be
PH của dung dịch 5% Khoảng 4-5 Tỷ trọng ở 200
C Khoảng 1,13
Tính dẫn Khoảng 72100 S/cm ở 250
C
Độ bền Bền với nước cứng và chất điện ly ở nồng độ thường
Khả năng tương thích Có thể an toàn sử dụng cùng với chất anionic và nonionic
Độ bền cất giữ Bền trong 1 năm ở 200C trong container đóng
Sinh thái/độc hại Vệ sinh an toàn và các quy tắc thông thường cho hóa
chất cất giữ nên được chú ý trong việc bảo quản, cầm tay và sử dụng. Không được
nuốt sản phẩm.
Ứng dụng
Hoà tan/Pha loãng
Oxalanilide được pha bằng cách đổ vào nước ấm*
và khuấy đều, sau đó đưa
vào dung dịch xử lý.
*Nước ấm được khuyến khích nên sử dụng nước mềm hoặc được khử
khoáng ở 600C. Để tránh bị tiêu hao do thuỷ phân, độ PH của nước nên là axit yếu để trung tính.
Oxalanilide được đưa vào bằng cách tận trích cho trắng toàn bộ trên chính nó, hoặc từ dung dịch thuốc nhuộm có thuốc nhuộm hoạt tính, trực tiếp hoặc axit.
Với thuốc nhuộm hoạt tính, Oxalanilide cũng có thể được đặt lên bằng quá trình cuộn ủ lạnh (cold pad-batch). Trong mọi trường hợp, điều kiện để đặt lên giống như điều kiện của thuốc nhuộm tương ứng. Với trường hợp in, oxalanilide có thể được đưa lên trước hoặc cùng với thuốc nhuộm hoạt tính hoặc axit.
2.2.2.2. Hóa chất vô cơ
Các hóa chất vô cơ cùng với khả năng hấp thụ một phần tia UV, các chất này có khả năng phản xạ bức xạ UV, hạn chế tối đa thành phần tia khúc xạ đồng thời có thể có tác dụng che phủ các phần lỗ trống vải bằng các lớp mỏng tráng phủ. Thường
49
gọi là các chất che chắn tia UV, chủ yếu là những chất vô cơ dạng mịn hay nano
như: ZnO, TiO2, các chất gốm và các hợp chất cơ kim khác của Al, Si, Ti và Zn như
Ti(OC4H9)4 … Trong các hóa chất này, Tetrabutyl titanate Ti(OC4H9)4 được sử
dụng khá phổ biến và hiệu quả bằng phương pháp tráng phủ sol-gel.
Sol Tetrabutyl titanate được điều chế theo cách thức như sau: Cho 3g tetrabutyl titanate Ti(OC4H9)4 vào 25 ml ethanol. Chuẩn bị sẵn 30 ml nước cất đã khử hết các ion kép bằng cách khuấy mạnh trong vài phút. Cho lượng nước cất này vào hỗn hợp Ti(OC4H9)4 và ethanol ở trên rồi khuấy ở 70oC trong 45 phút để đảm bảo thủy phân hoàn toàn (TiO2 vô định được phân tán). Cuối cùng cho 80ml HNO3 0,04M thêm vào và tiếp tục khuấy liên tục dưới 70oC trong 4 giờ. Sol thu được có màu trắng đục trong suốt. Dung dịch sol có tính ổn định trong thời gian dài, không có hiện tượng bồi lắng hay tách lớp. Độ PH của dung dịch sol đo được ít nhất là 5.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp xử lý hóa chất chống UV lên vải 2.3.1.1. Thiết bị 2.3.1.1. Thiết bị
1. Máy khuấy từ: trộn đều các chất có trong dung dịch.
2. Máy ngấm ép D394A: Thực hiện việc ngấm ép các mẫu vải đã được nhúng dung dịch hóa chất chống UV.
3. Máy sấy SDL398: Thực hiện gia nhiệt ở nhiệt độ thích hợp để nhựa đông
cứng hoàn toàn.
4. Máy nhuộm cốc Starlet2 của hãng Kitech: thực hiện tận trích
2.3.1.2. Quá trình thí nghiệm.
a/ Dùng phương pháp ngấm ép
Với các mẫu vải đã được chọn như trên, quy trình thí nghiệm xử lý hóa chất chống tia UV cho các mẫu vải trong phòng thí nghiệm theo phương pháp ngấm ép
50
Hình 2.2: Quy trình thí nghiệm xử lý hóa chất chống tia UV dùng
phương pháp ngấm ép
Bước 1: Chuẩn bị mẫu vải: cắt các mẫu vải và tiến hành cân, mỗi mẫu nặng 5g
Bước 2: Pha hóa chất
- Đối với dung dịch hóa chất hữu cơ (Oxalanilide) bao gồm: + Dung tỷ: 1:10
+ Oxalanilide: lấy theo khối lượng 1-7% so với khối lượng vải
+ Sô đa: 10 g/l + Natrisunfat: 10 g/l + Chất ngấm: 1g/l
- Đối với dung dịch hóa chất vô cơ (sol tetrabutyl titanate) bao gồm:
+ Pha sol tetrabutyl titanate (cách pha đã được nêu ở phần 2.2.2.2): cứ 3g
Tetrabutyl titanate pha được 120 ml dung dịch sol.
+ Tetrabyl titanate: lấy theo khối lượng 1-7% so với khối lượng vải. Trong 120 ml dung dịch sol có chứa 3g Tetrabutyl titanate, để lấy được 1-7% khối
lượng Tetrabutyl titante so với 5g vải tiến hành đong dung dịch sol như bảng sau:
% so với vải 1 2 3 4 5 6 7
Khối lượng hóa chất (g) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
51
Bảng 2.2: Thể tích dung dịch sol Tetrabutyl Titanate tương ứn với % hóa chất so với khối lượng vải.
+ Chất ngấm: 1g/l
Bước 3: Thực hiện ngấm ép trên máy ngấm ép D394A với mức ngấm ép đạt 80%
Bước 4: Thực hiện sấy trên máy sấy SDL398 gồm 2 bước: + Sấy trung gian ở nhiệt độ 1000C trong 2 phút
+ Sấy định hình ở nhiệt độ 120-1400C trong 2-4 phút b/ Dùng phương pháp tận trích
Với các mẫu vải đã được chọn như trên, quy trình thí nghiệm xử lý hóa chất chống tia UV cho các mẫu vải trong phòng thí nghiệm theo phương pháp tận trích
được tiến hành theo trình tự như sau:
Hình 2.3: Quy trình thí nghiệm xử lý hóa chất chống tia UV dùng
phương pháp tận trích
Bước 1 và 2 tương tự như ở phần 2.2.3.1.2.a
52
Hình 2.4: Quy trình xử lý tận trích
Bước 4: Thực hiện sấy khô trên máy sấy SDL398 ở 1000C trong 2 phút
2.3.2. Phương pháp xác định một số tính chất sử dụng của vải chống tia UV
Chất lượng của vải sau xử lý hóa chất chống UV cần được đánh giá một cách tổng hợp theo các tiêu chí sau: tính bảo vệ (khả năng chống tia UV), độ bền (độ
bền kéo đứt, độ giãn), tính tiện nghi (độ mềm, tính thoáng khí, độ thông hơi, tính
truyền nhiệt), tính bảo quản (độ kháng nhàu, độ bền liên kết hoá chất chống tia UV qua các lần giặt), tính kinh tế.
53
Hình 2.5: Các tiêu chí đánh giá chất lượng của vải
Các chỉ tiêu được đánh giá theo các tiêu chuẩn được liệt kê ở bảng dưới đây:
TT Chỉ tiêu Tiêu chuẩn
1 Khả năng chống tia UV của vải AATCC 183-2000
2 Độ bền đứt TCVN 1754 – 86
3 Độ giãn đứt TCVN 1754 – 86
4 Tính thông hơi UNI 4818
5 Tính thoáng khí ISO 9237 – 1995
6 Tính truyền nhiệt truyền ẩm ISO 11092 – 1993
54
8 Độ rủ BS 5058 – 1973
9 Độ bền mầu ánh sáng ISO 105-E04:1989
10 Độ bền mầu mồ hôi ISO 105 B02:1994
Bảng 1.3. Một số tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của vật liệu dệt
2.2.4.1. Phương pháp thực nghiệm xác định khả năng chống tia UV của vải (AATCC 183:2000)
Tiêu chuẩn AATCC 183:2000 là tiêu chuẩn cung cấp phương pháp xác định khả năng chống tia UV của vải được sử dụng phổ biến và được thừa nhận rộng rãi trên thế giới hiện nay. Vì vậy, luận văn lựa chọn AATCC 183:2000 làm phương
pháp thực nghiệm xác định khả năng chống tia UV của vải. Mục đích sử dụng
Tiêu chuẩn này được sử dụng để xác định tia tử ngoại bị khóa hoặc truyền qua của vải dệt được sử dụng chống UV.
Mẫu thử
Thử nghiệm tối thiểu 2 mẫu thử từ mỗi mẫu. Cắt mỗi mẫu thử theo kích
thước 50x50 mm hoặc 50 mm đường kính. Tránh làm xô lệch mẫu thử trong quá trình chuẩn bị và thao tác. Trước khi thử nghiệm, mẫu được điều hòa tối thiểu 4 giờ