a) Sơ lược về cấu trúc tơ tằm
Tơ tằm hay còn đƣợc gọi là lụa, là một trong những loại xơ sợi đƣợc con ngƣời biết đến sớm nhất [22]. Tơ tằm có cấu trúc mặt cắt ngang không đồng đều, là một loại sợi tơ mảnh và dài gồm 2 sợi fibroin nằm sóng đôi nhau, đƣợc bao bọc bởi một lớp keo gọi là sericin. Trên kính hiển vi cho thấy cấu tạo của tơ tằm. Sợi fibroin bao gồm các bó xơ (fibrillar bundle) nằm dọc theo trục sợi, có chiều ngang 100 nm, chiều dài khoảng 250 nm. Giữa các bó xơ có nhiều chỗ trống. Các vi xơ (microfibril) nằm trong bó gồm 20÷30 đại phân tử fibroin có bề ngang 10 nm, chúng xếp thành từng lớp tinh thể.
Hình 1.12. Cấu trúc mặt cắt ngang của tơ tằm [23]
Thành phần chính của tơ tằm gồm: 72 − 81% Fibroin; 19 − 28% sericin; 0,8 − 1,0% axit béo và sáp; 1,0 − 1,4% muối và khoáng chất [23]. Fibroin gồm các loại acid amin nhƣ glycine, serisine, alanine, tyrosine…nhƣng không có systine nên cấu trúc phân tử có phần khác so với keratin trong len. Fibroin ở dạng mạch thẳng, các phân tử acid amin xếp song song và chỉ liên kết ngang với nhau bởi những nối hydrogen, đây là cấu trúc dạng β, không xoắn nên ít đàn hồi cũng nhƣ không xốp.
Hình 1.13. Cấu trúc hóa học của fibroin [11]
Với cấu tạo trên tơ tằm có bề mặt ánh sáng bóng, mịn, óng ả, có độ bền cao, khả năng hút ẩm tốt, có độ đàn hồi tốt, tƣơng đối bền đối với axít vô cơ loãng và axit hữu cơ. Tuy nhiên, khả năng chống chịu với bazơ kém và nhạy cảm với ánh sáng. Fibroin rất nhạy cảm với chất oxy hóa vì thế có thể làm thay đổi nhóm định chứccủa fibroin bằng cách oxy hóa các nhóm rƣợu bậc nhất hoặc làm mất các nhóm amin. Ngƣời thƣờng dùng H2O2 để tẩy trắng tơ tằm vì nó ít ảnh hƣởng đến fibroin. Các dung dịch NaClO và NaClO2 ít đƣợc dùng, ngay cả ở nhiệt độ thấp chúng cũng phá hủy fibroin.
b) Nhuộm tơ tằm bằng chất màu tự nhiên
Việc đạt đƣợc các tính chất đồng đều màu trong quá trình nhuộm vải sợi rất quan trọng. Bất kỳ quy trình nhuộm nào, đặc biệt là nhuộm thuốc nhuộm tự nhiên, không chỉ có hóa chất hay thiết bị là yếu tố quyết định mà khả năng nhuộm trên vật liệu nền cần phải đƣợc kiểm soát một cách nghiêm ngặt để tránh bất lợi cho những giai đoạn nhuộm tiếp theo. Khả năng phân tán hay hấp phụ của thuốc nhuộm còn phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc hóa học, tính chất vật lý của cấu trúc xơ sợi và khả năng dịch chuyển của nó trƣớc và trong suốt quá trình nhuộm (Burdett, 1975) [16]. Mặt khác, vấn đề kiểm soát quy trình nhuộm bằng thuốc nhuộm tự nhiên cũng cần phải quan tâm đến các thông số công nghệ: Hầu hết các thuốc nhuộm tự nhiên cần chuẩn bị dịch chiết từ thực vật và chất cầm màu vô cơ để đạt độ bền màu ổn định. Chiết xuất thuốc nhuộm, tức là, sử dụng nhiều loại nguyên liệu tự nhiên hơn, màu sắc cần sâu hơn và đa dạng hơn.
Chất cầm màu vô cơ muối kim loại luôn đƣợc sử dụng với tỷ lệ tƣơng ứng, sử dụng ít hơn cho một màu nhạt, nhƣng không bao giờ sử dụng thêm vì quá nhiều kim
loại có thể gây tổn hại cho sợi, đặc biệt là tơ tằm. Tất cả các công thức đều phải đƣợc tính toán theo tỷ lệ nhất định. Thời gian − nhiệt độ − nồng độ là các biến liên quan đến bất kỳ phản ứng hóa học. Nhiệt độ cao có nghĩa là cần giảm thời gian nhuộm, cũng nhƣ nồng độ cao của thuốc nhuộm cần phải duy trì thời gian nhuộm dài hơn. Chuẩn bị vật liệu dệt phù hợp với thiết bị và điều kiện nhuộm [24].
Chất màu tự nhiên nhuộm trên tơ tằm cho ánh màu không tƣơi, nhƣng có thể cho độ sâu màu trên các sản phẩm nhƣ tơ tằm tuytxo, các sản phẩm thứ phẩm của tơ tằm và các sản phẩm dệt khác. Các loại thuốc nhuộm này thƣờng yêu cầu phải sử dụng chất cầm màu để tăng độ bền màu sau nhuộm. Một số loại thuốc nhuộm tự nhiên cho màu tƣơi và đạt độ bền ƣớt cao, mặc dù một số loại chất cầm màu có thể gây tổn hại tơ tằm. Dãy những màu tự nhiên đƣợc chiết từ những thành phần phức tạp từ cây, cỏ, hoa, lá của các loại cây trồng khác nhau cũng cho màu sắc tốt tƣơng tự màu từ các loại côn trùng và vỏ sò. Tính đặc trƣng của những loại thuốc nhuộm tự nhiên này có thể một phần là do sự có mặt của tannin đƣợc xem nhƣ là đóng vai trò chất cầm màu. Các chất hỗ trợ thêm cho những quy trình nhuộm chất màu tự nhiên là axit acetic để trung hòa hàm lƣợng canxi có trong nƣớc, bột của axit citric để tăng độ sang cho màu nhuộm khi sử dụng kết hợp chất cầm màu và Na2SO4 để kiểm soát quy trình nhuộm [16].