CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN XƠ SỢI NHÂN TẠO
1.1. Xơ có nguồn gốc xenlulô tái sinh
1.1.4. Tổng quan về xơ Tre tái sinh
Lịch sử hình thành và phát triển xơ Tre tái sinh
Tre là loài cỏ lớn nhất trên thế giới. Nó thuộc về họ Poaceae, phân họ của Bambusoideae. Có hơn 1250 loài cây trong khoảng 75 giống Tre trên thế giới, chủ
yếu phân bố ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Trung Quốc là một trong những quốc gia trồng Tre lớn nhất, có khoảng 400 loài cây thuộc 50 giống. Diện tích trồng Tre vượt quá 4,21 triệu hecta. Là một loại cỏ, Tre có thể phát triển trong điều kiện rất khó khăn mà không cần thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ. Sản lượng xơ Tre hàng năm đạt gần 40000 tấn và đang tiếp tục gia tăng. Xơ Tre chủ yếu được sản xuất từ Tre Phyllostahys Edulis, được gọi là 'Moso', là loại Tre lớn nhất trên thế giới.
Ngành Bông và việc tạo ra sợi Tre cho ngành dệt đã được kết nối với nhau trong lịch sử. Kỷ lục sớm nhất về Bằng sáng chế Hoa Kỳ liên quan đến hàng dệt Tre được thực hiện bởi Phillip Lichtenstadt năm 1984. Bằng sáng chế này phác hoạ việc phát minh ra "Quy trình Phân hủy xơ Tre mới và hữu ích để có thể được sử dụng trong sản xuất giấy, vải, chiếu hoặc bột giấy".
Cấu trúc của xơ Tre tái sinh
Về cấu trúc của xơ Tre, các xơ Tre tự nhiên cũng tương tự như xơ Gai; tuy nhiên, chúng mịn hơn và ngắn hơn. Chiều dài của chúng thay đổi từ 1 đến 5 mm (trung bình là 2,8 mm) và đường kính từ 14-27 μm (trung bình - 20 μm). Có thể thấy rằng, chiều dài của xơ Tre tự nhiên rất thấp và đó có thể là vấn đề với việc gia công chế biến chúng. Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp dệt ít sản phẩm vải dệt thoi và vải không dệt được làm từ các xơ như thế.
Hình 1.7. Mặt cắt ngang và mặt cắt dọc của xơ Tre tái sinh
Cấu trúc hóa học của xơ Tre tái sinh tương tự với cấu trúc của gỗ. Thành phần chính là xenlulô (khoảng 57 - 63%) với hàm lượng α - xenlulô 36 - 41%, lignin (22
- 26%) và penthosan (16 - 21%). Các thành phần quan trọng nhất trong cấu trúc hóa học của Tre là những chất cung cấp xơ Tre tái sinh khả năng đặc biệt kháng nấm và kháng khuẩn. Thành phần tạo nên đặc tính kháng khuẩn của xơ Tre tái sinh là 2,6- bimethoxy-p-benzoquinon, được gọi là 'Bamboo kun'. Sự kháng nấm cao là do xuất hiện một protein – đó là dendrocin.
Tính chất cơ bản của xơ Tre
Xơ Tre có độ bền, độ mềm mại, độ bóng, độ ổn định và khả năng kéo sợi tốt. Ngoài ra, xơ Tre có thể trộn với các vật liệu khác chẳng hạn như Bông, cây Gai dầu, Polyeste và Visco. Các sản phẩm từ xơ Tre được đặc trưng bởi tính chất ưa nước tốt, độ thẩm thấu tuyệt vời, cảm giác mềm mại, hấp thụ và bốc mồ hôi rất nhanh, không gây kích ứng đối với da nhạy cảm.
Xơ Tre có khả năng nhuộm tuyệt vời và có tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống tia cực tím, phân hủy sinh học và thoáng khí tốt.Vải được làm từ sợi Tre có độ thoáng khí cao trong thời tiết nóng và cũng giúp người mặc ấm hơn trong mùa lạnh, ít nhăn hơn bông và có độ co thấp. Các tính chất vật lý và hóa học của xơ Tre tái sinh gần giống như Visco.
Quy trình sản xuất xơ Tre
Nguyên liệu của xơ Tre tái sinh là từ cây Tre được thu hoạch từ những cánh đồng hoang dã. Và cây Tre không được sử dụng bất kỳ loại thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm nào trong quá trình phát triển. Tre không phải tưới tiêu và phát triển trong môi trường thiên nhiên và không bị ô nhiễm. Một cây Tre khoảng ba năm tuổi là có thể thu hoạch được.
Có hai phương thức chính sử dụng chiết xuất xơ Tre hiệu quả trong ngành công nghiệp dệt:
- Sản xuất xơ tự nhiên bằng cách xử lý vật lý và hóa học
- Sản xuất xơ tái sinh thông qua việc ngâm cây Tre thành bột giấy
Ở phương pháp đầu thì cho ra các bó xơ Tre nguyên chất hoặc tinh khiết với chiều dài xơ khoảng 2 mm, trong khi đó ở phương pháp thứ hai cho ra sợi filament Visco tre (còn gọi là xenlulô tre tái sinh) nó có thể được chuyển đổi thành xơ staple
nếu cần. Đối với việc chiết xuất xơ từ khúc Tre ngắn, cả hai quá trình đều bắt đầu bằng việc phân tách của các mảnh Tre được chọn trực tiếp từ khúc Tre ngắn, để loại bỏ các màng và đốt. Thêm nữa, các phần rỗng còn lại của thân Tre được lấy để chế biến cơ học hoặc chế biến hóa học, tùy thuộc vào mục địch sử dụng cuối cùng.
Quy trình sản xuất cơ học xơ tre
Các phần gỗ của Tre được chặt và nghiền nát được xử lý bằng các enzym tự nhiên phá vỡ Tre thành một khối mềm và xốp. Sau đó, các xơ tự nhiên có thể được chải kỹ bằng máy để lấy các xơ riêng lẻ ra sau đó kéo sợi. Vải được sản xuất thông qua quá trình này thường được gọi là vải Bamboo linen.
Trái với các phương pháp hoá học, phương pháp cơ học của quá trình chiết xuất xơ Tre rất thân thiện với môi trường và ít tốn thời gian. Tuy nhiên, phương pháp chiết xuất này thì tốn nhiều công lao động , tốn kém và xơ ít được ưa chuộng hơn trong ngành may mặc.
Quy trình sản xuất xơ tre tái sinh
Chi tiết trình tự của quy trình gia công phổ biến nhất xơ Tre tái sinh được mô tả thông qua một sơ đồ như trong hình 1.8.
Hình 1.8. Quá trình sản xuất của xơ tre tái sinh
Khi cần có xơ Tre tái sinh đáp ứng cho mục đích sử dụng cuối cùng, các cây Tre Moso phải phóng lignin và hemicellulose. Một số công nghệ như xử lý axit hoặc kiềm, oxy hóa ướt, tiền xử lý hơi nước,… đã được nhiều nhà nghiên cứu khảo sát. Ý tưởng cơ bản là nấu các lá và thân gỗ của cây tre trong dung môi hóa học
Chuẩn bị nguyên liệu
Sunfat hóa
Xanthate hóa
Ngâm kiềm Ép
Lão hóa Nghiền
Thủy phân Kéo sợi
mạnh và sau đó thực hiện quá trình thủy phân kiềm kết hợp với tẩy trắng nhiều công đoạn. Quá trình này giống như quá trình sản xuất xơ Visco thông thường; và thậm chí cả sản phẩm thu được cũng tương tự như Visco hoặc Modal.
Chuẩn bị nguyên liệu
Để sản xuất xơ Tre tái sinh hoặc xơ Visco tre, lá và phần xốp bên trong thân cây Tre cứng được dùng để chiết xuất và sau đó nghiền nát chúng ra.
Ngâm kiềm
Ngâm xenlulô Tre đã được nghiền nát vào trong dung dịch NaOH ( 15-20%) ở nhiệt độ 20-250C từ 2-3 giờ tạo thành xenlulo kiềm Tre.
Ép
Loại bỏ dung dịch NaOH dư thừa bằng cách ép xenlulo kiềm.
Nghiền
Xay nhuyễn hỗn hợp kiềm để tăng diện tích bề mặt tạo điều kiện tốt hơn để dễ dàng chế biến xenlulô cho các công đoạn gia công tiếp theo.
Lão hóa
Làm khô xenlulô kiềm trong không khí khoảng 24 giờ, để oxi hóa và làm giảm khối lượng phân tử của nó xuống thấp hơn từ đó thu được một dung dịch kéo sợi có độ nhớt tối ưu.
Sulfua hóa
Thêm caron disulphit (C2S) vào trong xenlulô kiềm Tre để tạo thành chất đặc quánh (gel).
Xanthate hóa
Loại bỏ caron disulphit (C2S) còn dư thừa bằng cách cho bốc hơi và giảm sức ép và thu được sodium cellulose xanthogenate.
Thủy phân
Thêm natri NaOH để hòa tan sodium cellulose xanthogenate để tạo ra dung dịch nhớt bao gồm 5% NaOH và 7-15% xenlulô Tre.
Kéo sợi
Ủ chín, lọc, khử khí để làm giảm độ nhớt của xenlulô Tre và ép nó xuyên qua các lổ phun kéo sợi vào một bồn lớn chứa axit sulfuric (H 2SO4) pha loãng.