1 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHKT 2010 1/ Cơ quan chủ trì: Phân Viện Dệt-May Tại Thành phố Hồ Chí Minh Địa chỉ : 345/128A Trần Hưng Đạo, Quận 1, Tp. HCM 2/ Tên đề tài: “Ứng dụng công nghệ Nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi, chống thấm nước” Thực hiện theo hợp đồng KHCN số 094.10RD/HD-KHCN ký ngày 25 tháng 02 năm 2010 giữa Bộ công thương và Phân Viện Dệt May tại TP.Hồ Chí Minh. 3/ Chủ nhiệm đề tài: KS. Nhữ Thị Việt Hà 4/ Cán bộ phối hợp nghiên cứu đề tài: Nguyễn Anh Kiệt ThS. Dệt May Phạm Thị Mỹ Giang Kỹ sư sợi –dệt Lê Đức Lộc Kỹ sư hóa nhuộm 5/ TP. Hồ Chí Minh – Tháng 12 năm 2010 2 LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ nano được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực: thông tin, sinh học, điện tử, chế tạo máy, nông sản, thực phẩm, vũ trũ và cả ngành dệt may. Trong ngành dệt may, công nghệ nano được ứng dụng để xử lý xơ, sợi, vải tạo thêm một số chức năng cải tiến các thuộc tính bề mặt như: kháng khuẩn, chống bụi, bẩn, chống thấm nước, chống mùi hôi, chống tia UV Riêng đối với các sản phẩm tơ tằm, đã có một số nước ứng dụng công nghệ này trong đó Ý là quốc gia tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ nano để xử lý mặt hàng tơ tằm tạo ra được sản phẩm có chất lượng cao. Hiện nay chưa có đơn vị nào trong nước nghiên cứu về công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bám bẩn, chống thấm nước. Năm 2010, với sự chấp thuận, đồng ý của Bộ Công Thương, Phân Viện Dệt May đã thực hiện nghiên cứu Ứng dụng công nghệ Nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi, chống thấm nước. Sản phẩm ra đời tạo thêm sự đa dạng cho các sản phẩm của ngành dệt may Việt Nam, nâng cao tính cạnh tranh cho ngành, đáp ứng được nhu cầu về chất lượng, thời trang cho người tiêu dùng. 3 MỤC LỤC Chương 1. Nghiên cứu lý thuyết 5 A./ Xử lý hoàn tất chống thấm – chống bẩn 5 I. Giới thiệu 5 II. Cơ chế 7 III. Hóa học chống thấm nước và chống dầu – chống bám bụi 11 B./ Tổng quan về công nghệ nano 14 I. Giới thiệu 14 II. Ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất cao cấp hàng dệt 16 1. Công nghệ nano trong dệt may 16 2. Các công nghệ xử lý hoàn tất vải phổ biến đang được ứng dụng 21 3. Cơ chế, quy trình, khuynh hướng trong tương lai 23 Chương 2. Thực nghiệm 29 A./ Sản xuất vải tơ tằm 29 Qui trình 29 Thiết bị sử dụng 29 I.Sản xuất sợi xe mộc 29 II. Chuội sợi tơ tằm 32 III. Nhuộm sợi tơ tằm 34 IV. Dệt 36 B./ Hoàn tất chống thấm- chống bám bẩn cho vải tơ tằm 42 1. Lựa chọn hóa chất 42 2. Những vấn đề cần quan tâm trước khi xử lý chống thấm và chống bẩn 45 3. Thử nghiệm 46 Chương 3. Kết quả và Bình luận 52 KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ 55 Phụ lục Tài liệu tham khảo 4 4 TÓM TẮT NHIỆM VỤ 1. Tóm tắt nhiệm vụ: - Mục tiêu của đề tài là ứng dụng công nghệ nano trong xử lý hoàn tất mặt hàng tơ tằm tạo thêm các chức năng mới cho sản phẩm này nhằm nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm. - Phạm vi đề tài: + Xây dựng quy trình công nghệ, thông số, thiết bị phù hợp ứng dụng công nghệ nano trong xử lý hoàn tất vải tơ tằm. + Tạo ra mặt hàng vải tơ tằm có chức năng chống thấm nước, chống bám bẩn. 2. Nội dung đề tài: - Tổng quan về nguyên lý chống bụi và chống thấm nước của vật liệu dệt - Tổng quan về ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất vải. - Nghiên cứu công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi. - Nghiên cứu công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống thấm nước. - Ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm để sản xuất thử vải chống bụi, chống thấm nước Đánh giá kết quả, khả năng ứng dụng công nghệ. - Tổng kết, viết báo cáo. 3. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp phân tích hệ thống. - Phương pháp lịch sử, kế thừa những thành quả nghiên cứu. - Phương pháp tham dự, phương pháp chuyên gia. 5 MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU A./ XỬ LÝ HOÀN TẤT CHỐNG THẤM NƯỚC, CHỐNG BÁM BẨN I. Giới thiệu Định nghĩa: tính kỵ nước (chống thấm) là khả năng đẩy nước ở dạng giọt trên bề mặt vải. Quá trình xử lý vải kỵ nước (chống thấm) bảo vệ vải và người sử dụng nó khỏi bị ướt nhưng không ảnh hưởng tới khả năng thoáng khí của vải. Tính kỵ nước (chống thấm) khó xác định hơn do có nhiều cách kiểm tra cả tĩnh và động để đo khả năng chống thấm nước. Khả năng kháng nước của vải phụ thuộc vào bản chất của bề mặt xơ, tính xốp của vải. Điều quan trọng là cần phải phân biệt giữa (water –repellent) và (water –proof fabric). Tính kỵ nước của vải khác với tính không thấm ướt của vải (waterproofing) đạt được nhờ quá trình tráng phủ màng chặt chẽ trên vải gắn liền với việc giảm khả năng thoát khí và hơi nước. Theo quan điểm khoa học, tính kỵ nước của vải được xác định thông qua sự khác nhau về năng lượng bề mặt giữa vải và chất lỏng. Một chất rắn sẽ đẩy một giọt chất lỏng trên bề mặt nó khi chất lỏng có sức căng bề mặt cao hơn. Sự khác nhau về sức căng bề mặt được đo qua góc tiếp xúc của giọt chất lỏng với bề mặt vải: góc tiếp xúc cao nghĩa là có sự khác nhau lớn về sức căng bề mặt giữa chất lỏng và vải. Nói cách khác là vải có tính kỵ nước cao. Water repellent fabric: vải có nhiều lỗ hổng và có khả năng thoáng khí, thoát hơi nước. Water repellent fabrics sẽ cho phép nước truyền qua vải khi áp lực thủy tĩnh đủ cao. 6 Water –proof fabric: có khả năng chống thấm nước dưới áp lực thủy tĩnh cao hơn nhiều so với vải water –repellent fabrics. Loại vải này có ít lỗ hổng hơn và khả năng thoáng khí, thoát hơi nước cũng kém hơn. Xử lý hoàn tất kỵ nước, dầu mỡ hay những vết bẩn khô là những vấn đề rất quan trọng với thị trường dệt may: trang phục, hàng dệt dùng trong gia đình và dệt kỹ thuật. Tính kỵ nước đạt được khi sử dụng các nhóm sản phẩm khác nhau, nhưng tính kỵ dầu thì chỉ có thể đạt được khi sử dụng các polyme florocacbon. Chúng đã được biến đổi để có một dãy rộng các tính chất để đáp ứng các yêu cầu của người tiêu dùng và những mục đích nào đó. Đây là một phát triển mới đáng quan tâm nhất trong xử lý hoàn tất hóa học. Xử lý kỵ nước (water-repellent finish) là xử lý đã có từ lâu. Mục đích của xử lý này như bản thân tên gọi của nó. Những giọt nước không lan chuyền trên bề mặt vải và không làm ướt vải. Chúng chỉ nằm trên mặt vải và dễ rũ trôi. Tương tự, xử lý kỵ dầu ( oil- repellent finish) ngăn cản những giọt dầu lỏng trên vải đã xử lý. Theo cách tương tự, xử lý kỵ bẩn cũng bảo vệ cho vải không bị bẩn ở dạng khô cũng như ướt. Trong tất cả các trường hợp, thì độ thoáng khí của vải xử lý không bị giảm đáng kể. Cùng với những hiệu ứng mong muốn, vải xử lý còn có các tính chất không mong muốn khác như vấn đề tĩnh điện, giặt khó loại bỏ sạch bẩn, cảm giác sờ tay cứng, vải bị xấu đi (do bụi bẩn bám trở lại) trong quá trình giặt nước và tăng khả năng bốc cháy. Một vài tính chất của vải thường được cải thiện bằng việc xử lý này đó là khả năng chống nhàu có độ bền cao hơn, nhanh khô, dễ là, tăng khả năng chịu đựng được axít, bazơ và các loại hoá chất khác. Bảng 3 cho thấy những ứng dụng điển hình trong ngành dệt cho loại vải xử lý và những yêu cầu của chúng. 7 Bảng 1: Những mặt hàng dệt tiêu biểu và các yêu cầu của chúng khi xử lý chống thấm nước, thấm dầu và bám bẩn. Loại sản phẩm OR WR DS SR CF AS H P Quần áo thể thao, quần áo mặc thoải mái + +++ 0 + + + +++ ++ Quần áo đồng phục, quần áo làm việc +++ +++ ++ +++ + + ++ +++ Vải dùng trong ô tô và vải bọc +++ ++ +++ ++ +++ +++ + + Vải mành rèm, màn cửa, vải bạt + +++ +++ 0 0 0 0 + Vải trải bàn, trải giường +++ ++ ++ +++ + 0 + +++ Thảm ++ ++ +++ 0 ++ ++ 0 + (Trong đó: Kỵ dầu = OR; kỵ nước = WR; kỵ bẩn khô = DS; nhả bụi bẩn = SR, độ bền ma sát = CF; chống tĩnh điện = AS; cảm giác sờ tay = H, độ ổn định = P). II. Cơ chế Công nghệ xử lý kỵ nước, kỵ dầu hay bụi bẩn đạt được những đặc tính này bằng cách giảm năng lượng tự do trên bề mặt xơ. Nếu như lực tương tác bám dính giữa xơ với giọt chất lỏng có trên xơ lớn hơn lực tương tác dính kết bên trong chất lỏng thì khi đó giọt nước này sẽ loang ra. Nếu như lực tương tác bám dính giữa xơ với giọt chất lỏng nhỏ hơn lực tương tác dính kết bên trong chất lỏng này thì giọt nước sẽ không bị loang. Những bề mặt mà tạo ra lực tương tác với chất lỏng thấp là do năng lượng bề mặt thấp. Năng lượng bề mặt tới hạn hay sức căng bề mặt của chúng c phải nhỏ hơn so với sức căng bề mặt của chất lỏng L (lực tương tác kết dính bên trong) thì có khả năng chống thấm nước, bám dầu, bụi bẩn. L của nước, ở 73mNm-1 gấp 2 đến 3 lần L của dầu (20- 35mNm-1). Vì thế, xử lý hoàn tất chống bám dầu mỡ với florocacbon (c= 10- 20mNm-1) luôn đạt được độ chống thấm, nhưng với những sản phẩm không chứa flo, chẳng hạn như silicon (C= 24- 30mNm-1) thì sẽ không chống lại được dầu mỡ. Những bề mặt có năng lượng thấp cũng cung cấp một biện pháp để chống bám bẩn khô bằng cách tránh không cho 8 những hạt bụi bẩn kết dính chặt lên trên bề mặt xơ. Lực tương tác thấp này cho phép các hạt bụi bẩn dễ dàng bị đánh bật và loại ra khỏi bề mặt xơ bằng tác động cơ học. Khi một giọt dung dịch rơi trên mặt chất rắn sẽ không lan trải ra mà được cho rằng hình dạng giọt dung dịch sẽ không thay đổi và được biểu thị bằng góc θ, được gọi là góc tiếp xúc. Góc tiếp xúc θ là tính chất đặc trưng của sự tương tác lẫn nhau giữa dung dịch và chất rắn; Vì vậy, góc tiếp xúc cân bằng khi chất lỏng thấm ướt chất rắn. Như hình 1 mô tả , lực tương tác giữa chất lỏng và hơi nước, chất lỏng và chất rắn, chất rắn và hơi nước, tất cả đều là yếu tố để xác định chất lỏng có dàn trải trên bề mặt nhẵn của chất rắn hay không. Sự cân bằng được thiết lập giữa các lực này được xác định khi góc tiếp xúc θ bằng không. Hình 1. Mô tả lực tương tác giữa chất lỏng - chất rắn - hơi nước L/V = năng lượng mặt phân giới giữa chất lỏng/ hơi nước S/L = năng lượng mặt phân giới giữa chất rắn/ chất lỏng S/V = năng lượng mặt phân giới giữa chất rắn/ hơi nước θ = góc tiếp xúc cân bằng Công tách kết dính: Công tách kết dính giữa chất lỏng và chất rắn đước tính bằng phương trình Dupre: W= γ S/V + γ L/V – γ S/L 9 Giọt dung dịch rơi trên bề mặt nhẵn của chất rắn sẽ chịu tác dụng của lực cân bằng, được biểu diễn bằng phương trình Young: γ S/V = γ S/L + γ L/V Cosθ Mối quan hệ giữa công tách kết dính và góc tiếp xúc: W A = γ L/V (1+ Cosθ) Năng lượng mặt phân cách giữa chất lỏng và hơi nước có thể được xác định trực tiếp, nhưng năng lượng mặt phân cách giữa chất rắn và không khí thì không thể tính trực tiếp. Theo phương trình trên, khi góc tiếp xúc tiến về 180 độ, công tách kết dính sẽ tiến về không, và giọt chất lỏng sẽ không dính. Khi góc tiếp xúc tiến về không, công tách kết dính sẽ tăng lên và tiến về giá trị cực đại, 2 γ L/V . Sức căng bề mặt của chất lỏng sẽ trải ra trên chất rắn (θ = 0). Quan sát góc tiếp xúc trong điều kiện lý tưởng, bề mặt chất rắn trơn nhẵn. Gần như tất cả các bề mặt đều có độ nhám, độ nhám làm thay đổi mạnh mẽ đến góc tiếp xúc. Góc θ ≥ 90 độ trên bề mặt nhẵn sẽ cho kết quả góc tiếp xúc cao hơn nhiều trên sản phẩm dệt may. Góc tiếp xúc nhỏ hơn 90 độ sẽ cho phép giọt dung dịch thấm nhanh vào vải. Hiện tượng này được dùng để ứng dụng trong xử lý chống thấm cho vải. Nước tinh khiết có sức căng bề mặt cao là 72 dyn/cm và nó bị đẩy bởi nhiều loại vật liệu. Với hầu hết các chất lỏng khác, chất nền phải có sức căng bề mặt thấp hơn để có được tính đẩy dung dịch đó. Nói chung cấu trúc hóa học của chất hoàn tất sẽ giới hạn sức căng bề mặt vật liệu có thể thấp, nhưng các thông số của quá trình hoàn tất đóng vai trò quan trọng. Sức căng bề mặt của một số vật liệu như sau: - Nước cất: 72dyn/cm - Bông: 60 dyn/cm - Polyester: 46 dyn/cm - Parafin: 26 dyn/cm [...]... triển công nghệ nano năm 2007 là 4,7 tỷ euro với lực lượng lao động 63 ngàn người, và 750 công ty) II/ Ứng dụng công nghệ Nano trong hoàn tất cao cấp hàng dệt 1/ Công nghệ Nano trong dệt may: Ứng dụng của công nghệ Nano trong hoàn tất dệt may đã tạo ra những phương pháp hoàn tất mới cũng như kĩ thuật sản xuất mới Đặc biệt trong quá trình hoàn tất hoá học, quy trình dễ điều khiển hơn và chất lượng hoàn. .. phòng co, có đặc tính kháng nước và kháng bẩn, đối với vải xenlulo ví dụ như vải bông hay lanh Vấn đề xử lý dễ chăm sóc, một trong những bước hàng đầu của phương pháp xử lý mang lại sự chống nhàu và phòng co Công nghệ Nano- Care chịu được sau hơn 50 lần giặt 2.2 Nano- Pel: Công nghệ hoàn tất chống thấm nước và kháng dầu cao Việc ứng dụng công nghệ Nano này để xử lý chống thấm nước và kháng dầu có hiệu... tính thấm nước) 10 III Hóa học chống thấm nước, thấm dầu và bám bụi 1 Chống thấm kiểu parafin: Trước đây đã có một phương pháp được sử dụng nhưng mới chỉ chống thấm nước chứ chưa chống thấm được dầu Những sản phẩm điển hình là các nhũ tương có chứa muối nhôm hay ziriconi của các axít béo (thường là axít stêaríc) Lượng parafin trong hỗn hợp chống thấm, chống bẩn sẽ bị hút tới khu vực không thấm nước, trong. .. trường như dầu chống rám nắng có chứa các hạt nano hấp thụ tia cực tím và kính đeo mắt có lớp tráng nano chống xước Trong vòng 10 tới 20 năm vật liệu nano có thể tạo ra các thành phần sống còn cho các linh kiện điện tử nano dựa trên hiệu ứng lượng tử như hiện tượng siêu từ Trong khi đó công nghệ vật liệu nano được mong đợi phát triển hơn theo hướng công nghệ nano phân tử Công nghệ Nano là công nghệ nổi bật... 1.1 Ứng dụng công nghệ nano cho sản phẩm sợi: Sợi composit có cấu trúc Nano chính là ứng dụng ban đầu về công nghệ nano: - Sợi Nano cacbon và hạt Nano cacbon - Sợi Nano cácbon và hạt Nano than đen là những vật liệu phụ gia cấu trúc Nano được sử dụng nhiều nhất Sợi Nano cacbon có thể nâng cao độ bền đứt của sợi composit một cách rất hiệu quả do đạt được tỉ lệ pha trộn cao, trong khi đó các hạt Nano. .. năng các sản phẩm ứng dụng 15 từ công nghệ nano vào năm 2015 sẽ chiếm khoảng 5% tổng sản phẩm của thế giới hay 15% thị trường sản phẩm công nghiệp toàn cầu Trên thế giới các quốc gia đi đầu trong việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano như Mỹ, Đức, Thụy sỹ, Nhật, Hàn Quốc, Trung quốc Trong đó Đức là một trong những quốc gia ứng đầu thế giới về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano (kinh phí nghiên... các sản phẩm ứng dụng từ công nghệ nano sẽ tăng từ 147 tỷ đô la Mỹ năm 2007 lên khoảng 3 ngàn tỷ đô la Mỹ năm 2015 với tỷ lệ tăng bình quân hàng năm là 46%, trong đó các sản phẩm ứng dụng trong công nghệ vật liệu và công nghệ sản xuất từ 97 tỷ đô la Mỹ lên 1.700 tỷ đô la Mỹ, các sản phẩm ứng dụng trong lĩnh vực điện tử từ 35 tỷ đô la Mỹ lên khoảng 970 tỷ đô la Mỹ, các sản phẩm ứng dụng trong lĩnh vực... mỡ và không chống bám bẩn được Hoàn tất dùng silicôn có thể làm tăng độ hấp dẫn với chất bẩn không thấm hút Thêm nữa, nước bẩn mà đặc biệt là nước bể bơi còn đọng lại từ những quy trình ứng dụng hoàn tất này có thể độc hại cho loài cá 4 Xử lý chống thấm, chống bám bẩn florocacbon Florocacbon (FC) làm cho các bề mặt của xơ có năng lượng bề mặt thấp nhất cho các kiểu hoàn tất chống thấm, chống bám bẩn... flourocacbon: Nano- Pel và Nano- Care Nano- Pel là phương pháp xử lí chống thấm nước và dầu có thể được áp dụng cho tất cả các loại vải, trang phục chính, bao gồm cotton, len, polyester, ni-long, tơ nhân tạo, sợi tổng hợp Nano- Care là sản phẩm sử dụng cho vải 100% cotton mà có thêm khả năng chống nhăn (gấp) ngoài tính chống thấm nước và dầu Nói chung, những polime đồng trùng hợp biểu hiện khả năng chống thấm nước. .. chống thấm, chống bám bẩn đang được ứng dụng với việc đạt được cả hai khả năng chống thấm nước và chống dầu mỡ Xử lý chống 12 thấm, chống bám bẩn FC được tổng hợp lại bằng việc phối hợp các nhóm alkyl perfloro vào trong các monomer acrylic hay urêtan để sau đó có thể được polyme hoá để thực hiện các quy trình hoàn tất vải Những ưu điểm chung của kiểu hoàn tất chống thấm, chống bẩn florocacbon gồm có: sự . nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống thấm nước. - Ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm để sản xuất thử vải chống bụi, chống thấm nước Đánh giá kết quả, khả năng ứng dụng công. lý chống bụi và chống thấm nước của vật liệu dệt - Tổng quan về ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất vải. - Nghiên cứu công nghệ nano trong hoàn tất vải tơ tằm chống bụi. - Nghiên cứu công. học chống thấm nước và chống dầu – chống bám bụi 11 B./ Tổng quan về công nghệ nano 14 I. Giới thiệu 14 II. Ứng dụng công nghệ nano trong hoàn tất cao cấp hàng dệt 16 1. Công nghệ nano trong