TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Dệt may – Da Giầy – Thời Trang  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (TEX5913) Đề tài: “Nghiên cứu quy trình nhuộm màu vải bông hữu cơ dệt kim bằng chất màu chiết tách từ hạt điều nhuộm có sử dụng saponin chiết từ quả bồ hòn làm chất trợ nhuộm” Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện MSSV Lớp : TS Nguyễn Ngọc Thắng : Trương Thị Huyền : 20131832 : Công nghệ nhuộm K58 Hà Nội 12/2017 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trương Thị Huyền Khoá: 58 Khoa/Viện: Dệt may – Da giày & TT Số hiệu sinh viên: 20131832 Ngành: Nhuộm & Hoàn tất 1 Đầu đề thiết kế: Nghiên cứu quy trình nhuộm màu vải bông hữu cơ dệt kim bằng chất màu chiết tách từ hạt điều nhuộm có sử dụng saponin chiết từ quả bồ hòn làm chất trợ nhuộm 2 Các số liệu ban đầu: + Nguyên liệu vải bông hữu cơ dệt kim được cung cấp bởi công ty dệt nhuộm Đông Xuân có đầy đủ thông số kỹ thuật Quả bồ hòn được cung cấp bởi công ty Ecohouse và hạt điều nhuộm loại dùng cho tạo màu thực phẩm, được cung cấp bởi Công ty TNHH Sản xuất và Thương mại Hậu Sanh Việt Nam + Các hóa chất dùng trong các thí nghiệm là loại các hóa chất an toàn, thân thiện với con người 3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: + Nghiên cứu tổng quan qua tài liệu về chất màu tự nhiên, chất màu annatto có trong hạt điều nhuộm, phương pháp chiết tách chất màu; tìm hiểu về quả bồ hòn và hợp chất saponin, phương pháp chiết tách saponin; tìm hiểu về vật liệu bông hữu cơ dệt kim, phương pháp nhuộm màu cho vải… + So sánh, đánh giá khả năng lên màu của chất màu tự nhiên lên vật liệu bông hữu cơ khi sử dụng chất ngấm tổng hợp Vitex NL 580 và khi sử dụng Saponin ở các nồng độ khác nhau + Đánh giá các chỉ tiêu sau nhuộm như độ mao dẫn, độ bền màu, độ dây màu, đo phổ FTIR Từ đó rút ra kết luận 4 Các bản vẽ, đồ thị (kích thước bản vẽ A0): + Các bản vẽ, đồ thị trình bày trên khổ giấy A0 5 Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Thắng 6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7 Ngày hoàn thành đồ án: Chủ nhiệm bộ môn (Ký, ghi rõ họ tên) Ngày tháng năm 2017 Cán bộ hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng … năm 2017 Người duyệt (Ký, ghi rõ họ tên) 2 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI CẢM ƠN 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7 DANH MỤC CÁC KÍ KIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT 8 LỜI MỞ ĐẦU 8 1 Lý do chọn đề tài 8 2 Mục tiêu nghiên cứu 9 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .10 4 Phương pháp nghiên cứu 10 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 10 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 10 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án 11 6 Bố cục đồ án 11 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 12 1.1 Tổng quan về quả Bồ hòn và hợp chất Saponin .12 1.1.1 Quả Bồ hòn 12 1.1.2 Hợp chất saponin chiết được từ quả Bồ hòn 13 1.1.4 Phương pháp chiết tách saponin 16 1.2 Tổng quan về hạt điều nhuộm và annatto .17 1.2.1 Hạt điều nhuộm 17 1.2.1 Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm .18 1.2.2 Chất màu annatto có trong hạt điều nhuộm 18 1.2.3 Ứng dụng của hạt điều nhuộm .20 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách chất màu annatto .21 3 1.2.5 Phương pháp chiết tách annatto từ hạt điều nhuộm .23 1.3 Vải bông hữu cơ 24 1.3.1 Cấu tạo và thành phần của xơ bông 25 1.3.2 Tính chất của xơ bông 26 1.4 Phương pháp nhuộm màu cho vải bông hữu cơ .27 1.4.1 Giới thiệu phương pháp nhuộm .27 1.4.2 Phương pháp nhuộm tận trích .27 1.4.3 Phương pháp tăng độ bền màu khi nhuộm vải bông bằng chất màu tự nhiên 27 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 29 2.2 Nội dung nghiên cứu 29 2.3 Đối tượng nghiên cứu .29 2.3.1 Vật liệu 29 2.3.2 Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 30 2.4 Phương pháp nghiên cứu 30 2.4.1 Phương pháp chiết tách saponin 32 2.4.2 Phương pháp chiết tách chất màu annatto 34 2.4.3 Phương pháp tiền xử lý cho vải bông hữu cơ dệt kim 36 2.4.4 Phương pháp nhuộm màu cho vải bông hữu cơ 37 2.4.5 Phương pháp đo màu .38 2.4.6 Phương pháp đo quang phổ hồng ngoại (FTIR) 40 2.7 Đánh giá các chỉ tiêu của vải sau khi nhuộm 43 2.7.1 Phương pháp đánh giá độ bền màu của vải bông với quá trình giặt (ISO 105 – C01) 43 2.7.1 Phương pháp đánh giá độ mao dẫn của vải theo tiêu chuẩn AATCC 1982013 44 4 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Xác định hiệu suất chiết saponin từ quả bồ hòn .45 3.2 Đánh giá mẫu vải trước và sau nấu tẩy 45 3.3 Nhuộm chất màu annatto cho vải bông hữu cơ và đánh giá kết quả nhuộm màu 46 3.3.1 Nhuộm màu 46 3.3.2 Kết quả đo màu .48 3.3.2 Khả năng lên màu K/S 51 3.4 Đánh giá độ bền màu với quá trình giặt 53 3.5 Độ mao dẫn 55 3.6 Kết quả đo phổ hồng ngoại FTIR 57 3.7 Đánh giá hiệu quả kinh tế và sinh thái của sản phẩm nhuộm vải bông hữu cơ bằng chất màu annatto có sử dụng saponin làm chất trợ nhuộm 58 3.7.1 Đánh giá hiệu quả sinh thái của sản phẩm 58 3.7.2 Đánh giá về hiệu quả kinh tế 60 KẾT LUẬN 62 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .64 5 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong Viện Dệt may – Da giầy và Thời trang cùng toàn thể thầy cô trong Bộ môn Vật liệu và Công nghệ Hóa Dệt của trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Thắng đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả có thể học tập và nghiên cứu, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Tuy đã rất nỗ lực và cố gắng, không ngừng học hỏi trau dồi kiến thức, tích cực khảo cứu tài liệu, tổng hợp các kiến thức nhưng trong đồ án này tác giả vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự quan tâm và đóng góp nhiệt tình của thầy cô giáo và tất cả các bạn Sau cùng, tác giả xin kính chúc các thầy cô có sức khỏe dồi dào, tràn đầy niềm tin để tiếp tục sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau Tác giả xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Trương Thị Huyền 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1 Quy trình sản xuất sản phẩm hữu cơ …………………………………… 9 Hình 1.1 Quả Bồ hòn 12 Hình 1.2 Cấu trúc của sapoin phân đoạn thứ 15 trong quả bồ hòn [2] 13 Hình 1.3 Ứng dụng của saponin .15 Hình 1.4 Cấu trúc monoterpend glycol trong saponin có tác dụng ức chế ung thư 15 Hình 1.5 Quả điều nhuộm 17 Hình 1.6 Chất màu annatto chiết từ hạt điều nhuộm 19 Hình 1.7 Cấu trúc của bixin và norbixin .19 Hình 1.8 Ứng dụng của chất màu annatto 20 Hình 1.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ khi chiết xuất chất màu annatto 22 Hình 1.10 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách chất màu annatto.23 Hình 1.11 Ảnh hưởng của dung tỷ đến quá trình chiết tách chất màu annatto 23 Hình 1.12 Bông hữu cơ 24 Hình 1.13 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bông hữu cơ trên thế giới 25 Hình 2.1 Dụng cụ hóa chất và thiết bị thí nghiệm 31 Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 32 Hình 2.3 Quy trình chiết tách saponin 34 Hình 2.4 Quy trình tinh chế saponin .34 Hình 2.5 Quy trình chiết tách chất màu annatto và nhuộm cho vải bông 36 Hình 2.6 Đơn công nghệ và quy trình nấu tẩy đồng thời vải bông hữu cơ 37 Hình 2.7 Phương án và quy trình nhuộm cho vải bông hữu cơ 38 Hình 2.8 Không gian màu CIELab 39 Hình 2.9 Máy đo màu X-rite 39 Hình 3.1 Quá trình chuyển đổi chất màu annatto từ dạng bixin thành norbixin 47 Hình 3.2 So sánh khả năng lên màu khi sử dụng chất ngấm Vitex .50 GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 7 Hình 3.3 So sánh khả năng lên màu khi sử dụng saponin ở các nồng độ khác nhau 50 Hình 3.4 So sánh khả năng lên màu khi sử dụng saponin và Vitex NL 580 ở nồng độ 2g/l (a) và 3g/l (b) 50 Hình 3.5 (a) Phổ phản xạ; (b) khả năng hấp thụ K/S của các mẫu bông hữu cơ dệt kim khi nhuộm với chất màu annatto 52 Hình 3.6 So sánh độ mao dẫn của các mẫu vải sau nhuộm 56 Hình 3.7 Phổ FTIR của các mẫu (a) vải bông hữu cơ, (b) vải bông thông thường, (c) Norbixin, (d) mẫu vải sau nhuộm bằng chất màu annatto 57 GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 8 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Công thức hóa học và khối lượng phân tử của sapponin có trong vỏ quả bồ hòn [5] 14 Bảng 1.2 Hiệu suất chiết saponin với các dung môi khác nhau 16 Bảng 1.3 Lượng Bixin chiết được bằng các phương pháp khác nhau 21 Bảng 1.4 Bảng thành phần cấu tạo của xơ bông 26 Bảng 2.1 Thông số của vải bông hữu cơ dệt kim 30 Bảng 2.2 Phổ FTIR đặc trưng của saponnin 42 Bảng 2.3 Phổ FTIR đặc trưng của chất màu annatto 42 Bảng 2.4 Phổ FTIR đặc trưng của bông 42 Bảng 3.1 Hàm lượng saponin trong hai lần chiết 45 Bảng 3.2 So sánh mẫu vải trước và sau nấu tẩy 45 Bảng 3.3 Khối lượng của các mẫu vải trước và sau nấu tẩy 46 Bảng 3.4 Kết quả đo màu vải sau nhuộm .49 Bảng 3.5 Kết quả đo độ bền giặt của các mẫu vải nhuộm theo tiêu chuẩn 53 Bảng 3.6 Kết quả so sánh độ dây màu 54 Bảng 3.7 Hiện tượng và hình ảnh mẫu thí nghiệm 55 Bảng 3.8 Kết quả đo độ mao dẫn 56 Bảng 3.9 chi phí cho nguyên liệu thô .61 GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 9 DANH MỤC CÁC KÍ KIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT FT-IR C T λmax Co Cn Nb Cd Fourier transform infrared spectrometer Nhiệt độ Thời gian Bước sóng hấp thụ cực đại Vải bông hữu cơ Vải bông thông thường Norbixin Vải sau nhuộm bằng chất màu annatto GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 51 Với kết quả đo màu (bảng 3.4) và đồ thị so sánh các giá trị L, a, b, C, h của các mẫu thí nghiệm ta thấy rằng: Với cùng nồng độ chất màu, khi tăng nồng độ chất ngấm, ánh màu vàng cam trên vải có xu hướng tăng tuyến tính và dần chuyển về màu cam đậm, điều này chứng tỏ khả năng bắt màu của vải bông hữu cơ với chất màu là tương đối tốt, lượng chất màu tận trích lên xơ sợi được cao hơn khi tăng nồng độ chất ngấm So sánh 2 phương án nhuộm có sử dụng saponin và Vitex NL 580 để làm chất ngấm với cùng một điều kiện công nghệ nhuộm thì mẫu có sử dụng saponin cho màu cam đậm hơn mẫu sử dụng chất ngấm tổng hợp Vitex NL 580 Tuy nhiên, vải sau nhuộm có sử dụng saponin lại có cảm giác sờ tay không mềm mại như mẫu có sử dụng chất ngấm tổng hợp 3.3.2 Khả năng lên màu K/S Đường cong phổ phản xạ của các mẫu vải bông hữu cơ dệt kim khi nhuộm với chất màu annatto được thể hiện trên hình 3.5a Quan sát đồ thị ta có thể thấy rõ được rằng đường cong phổ phản xạ của các mẫu khá là giống nhau khi được nhuộm với cùng một lượng chất màu và cùng mẫu vải, duy chỉ khác nhau về nồng độ chất ngấm sử dụng Đường cong phổ phản xạ nằm trong khoảng nhìn thấy có giá trị từ 400 – 700 nm và đạt giá trị cực tiểu tại bước sóng khoảng 480 nm Đường cong phổ phản xạ càng thấp cho thấy lượng chất màu lên vải càng nhiều, vải sẽ có màu đậm hơn Khi tăng nồng độ các chất ngấm thì khả năng tận trích của vải cũng tăng lên Tuy nhiên, khi tăng nồng độ saponin từ 2 g/l lên 3g/l thì dường như đường cong phổ phản xạ ở hai nồng độ này gần trùng nhau Điều đó chứng tỏ lượng chất màu tận trích lên vải khi sử dụng nồng độ chất ngấm trong khoảng này đã dần trở nên bão hòa Để thấy rõ hơn khả năng tận trích của chất màu lên vật liệu chúng ta cùng quan sát biểu đồ K/S qua hình 3.5b GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 52 2.0 K/S 100 90 80 K/S (vi2) K/S(vi3) K/S(sa1) K/S(sa2) K/S(sa3) 1.5 R(%) 70 60 R% (vi2) R% (vi3) R% (sa1) R% (sa2) R% (sa3) 50 40 30 1.0 0.5 20 10 400 450 500 550 600 Wavelength 650 700 0.0 400 450 500 550 600 650 700 Wavelength (a) (b) Hình 3.27 (a) Phổ phản xạ; (b) khả năng hấp thụ K/S của các mẫu bông hữu cơ dệt kim khi nhuộm với chất màu annatto Từ kết quả đo hệ số hấp phụ của các mẫu nhuộm, ta tiến hành đánh giá khả năng nhuộm màu cho vật liệu bông hữu cơ bằng chất màu annatto chiết xuất từ hạt điều nhuộm với hệ số K/S, vẽ đường cong hấp thụ và so sánh các giá trị K/S tại bước sóng cực đại (hình 3.5b) Thông qua đồ thị K/S ta có thể thấy rằng giá trị K/S của các mẫu thí nghiệm nằm trong khoảng từ 0 – 1,86, cường độ màu tại vị trí có bước sóng 480 đạt giá trị cực đại là 1,8 xảy ra đối với mẫu nhuộm có sử dụng saponin với nồng độ 2g/l So sánh các phương án nhuộm có sử dụng nồng độ các chất ngấm khác nhau thì thấy rằng các mẫu nhuộm sử dụng saponin có hệ số K/S hay lượng chất màu trên vải cao hơn so với các mẫu sử dụng chất ngấm Vitex NL 580 Từ kết quả đo màu và phân tích khả năng lên màu K/S, các hiện tượng và kết quả thí nghiệm có thể được giải thích là do sau khi chiết tách saponin từ quả bồ hòn, dịch chiết saponin còn có màu nâu đậm, khi kết hợp với chất màu annatto sẽ làm cho vải có màu cam đậm hơn Cũng có thể giải thích theo hướng khác rằng trong dung dịch chiết saponin có chứa một lượng tanin, chất có khả năng cầm màu chất màu tự nhiên bixin Chất này có khả năng tạo màng giữ các chất màu trên vật liệu sẽ làm tăng độ bền màu với giặt, tuy nhiên có thể làm giảm độ mao dẫn và gây cứng vải Do vậy, để kiểm chứng giả thiết này các thí nghiệm đánh giá độ bền màu với giặt, độ mao dẫn và phân tích FTIR sẽ được tiến hành để đánh giá hiệu quả của các phương án nhuộm GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 53 3.4 Đánh giá độ bền màu với quá trình giặt Màu sắc không quyết định toàn bộ chất lượng sản phẩm nhưng là thông tin đầu tiên gửi đến khách hàng Vì vậy, trong quá trình gia công và sử dụng sản phẩm, làm thế nào để màu sắc của chúng vẫn giữ được giá trị ban đầu luôn được các nhà sản xuất và người tiêu dùng quan tâm đặc biệt, nhất là trong giai đoạn toàn cầu hóa mang tính cạnh tranh gay gắt như hiện nay Chất màu tự nhiên lại dễ bị thay đổi màu sắc do những tác nhân xung quanh của môi trường như: giặt, là, cọ xát, mồ hôi, ánh sáng, thời tiết… Bằng việc sử dụng saponin làm chất trợ cho quá trình nhuộm cho thấy khả năng lên màu cao hơn so với chất ngấm tổng hợp khi sử dụng cùng nồng độ Tuy nhiên, để có thể khẳng định lại một lần nữa hiệu quả của quá trình nhuộm khi sử dụng saponin làm chất trợ tác giả đã tiến hành đánh giá độ bền giặt của các mẫu vải theo tiêu chuẩn ISO 105-C01 cho kết quả như bảng 3.5 Bảng 3.13 Kết quả đo độ bền giặt của các mẫu vải nhuộm theo tiêu chuẩn ISO 105-C01 Sa1_Cấp 3 Sa2_Cấp 3-4 Sa3_Cấp 3-4 Vi2_Cấp 3 Vi3_Cấp 3 Bảng 3.5 lần lượt là ảnh mẫu vải trước và sau khi kiểm tra độ bền màu với giặt được so sánh, đánh giá màu bằng thang thước xám và thang thước trắng theo tiêu chuẩn ISO 105-A02 và A03 Từ bảng 3.5 ta thấy độ bền màu với giặt của vải bông hữu cơ sau khi nhuộm bằng chất màu annatto và được xử lý cầm màu rất khả quan, nằm trong khoảng từ cấp 3 tới 3-4 Điều này chứng minh rằng vải sau khi xử lý đã hình thành liên kết giữa chất màu với vải, giúp tăng thêm độ bền giặt của vải Bảng 3.14 Kết quả so sánh độ dây màu Mẫu thí Wo Al GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền PE PA Co AC Mẫu so sánh SVTH: Trương Thị 54 nghiệm Vi2 4-5 5 5 5 4 5 Vi3 4-5 5 5 5 4 5 Sa1 4-5 5 5 5 4 5 Sa2 4-5 5 5 5 3-4 5 Sa3 4-5 5 5 5 3-4 5 Mẫu vải thử kèm để kiểm tra độ bền giặt theo tiêu chuẩn ISO 105-C01 gồm có 5 thành phần lần lượt là len, acrylic, polyeter, polyamit, cotton và acetat Từ bảng 3.6 ta có thể thấy dường như chất màu dây ra trên thành phần là bông được thể hiện rõ nét nhất Cấp độ dây màu khi được đánh giá theo thang thước trắng là cấp 3-4 và cấp 4 Sự dây màu ở hai cấp độ này là tương đối nhiều, do vật liệu cotton bắt màu với chất màu annatto tương đối tốt nên chúng có thể liên kết dễ dàng với nhau và làm cho thành phần cotton trên vải thử kèm bị bắt màu khá mạnh Ngoài ra, khi tiến hành giặt ở 40°C thì nhiệt sẽ làm tăng động năng của các phân tử thuốc nhuộm cộng thêm việc các mao quản trong xơ sợi cũng bị trương nở làm cho kích thước mao quả lớn hơn nên các phân tử thuốc nhuộm dễ dàng khuyếch tán từ vải đã được nhuộm ra ngoài môi trường giặt rồi đi vào trong các mao quản của thành phần cotton có trong vải thử kèm Vì vậy, thành phần cotton trong các mẫu vải thử kèm sau khi giặt có màu khá đậm Điều này có thể nhìn thấy được qua bảng 3.6 Quá trình đánh giá kết quả so màu theo tiêu chuẩn ISO 105-A02, 03 với nguồn GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 55 sáng chuẩn D65 – ánh sáng ban ngày còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là chủ quan của người đánh giá 3.5 Độ mao dẫn Để đánh giá khả năng thấm hút vải sau nhuộm, trong đồ án này tác giả đã đánh giá độ mao dẫn của các mẫu vải thí nghiệm theo tiêu chuẩn AATCC 198 – 2013 và thu được kết quả như bảng 3.7 Bảng 3.15 Hiện tượng và hình ảnh mẫu thí nghiệm Mẫu Hiện tượng Mẫu xử lý bằng Vitex NL 580 - Ngay từ lúc đầu khi giọt nước nhỏ xuống bề mặt vải thì đã có hiện tượng lan rất nhanh trên bề mặt vải - Nước lan trên bề mặt vải rất đều và có hình tròn Mẫu xử lý bằng saponin - Ban đầu, khi nhỏ nước xuống thì nước vo tròn trên bề mặt vải, sau đó nước mới lan ra nhưng tốc độ lan rất chậm, chậm hơn nhiều so với mẫu mộc - Nước lan ra không đều trên mặt vải GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 56 Bảng 3.16 Kết quả đo độ mao dẫn Mẫu đo mao dẫn Khoảng cách thấm theo cột vòng (cm) Khoảng cách thấm theo hàng vòng (cm) Thời gian (s) Kết quả độ mao dẫn (mm2/s) Vi2 9,9 8,2 112 56,90 Vi3 8,8 7,8 99 54,43 Sa1 7,8 6,8 290 14,36 Sa2 6,5 5,4 305 9,03 Sa3 5,6 4,4 315 6,14 Hình 3.28 So sánh độ mao dẫn của các mẫu vải sau nhuộm Từ số liệu thực nghiệm và tính toán theo công thức tính độ mao dẫn của chất lỏng trên vải theo phương nằm ngang, thu được kết quả thể hiện ở trên bảng 3.7, bảng 3.8 và biểu đồ hình 3.6 ta thấy rằng các mẫu nhuộm có sử dụng chất ngấm tổng hợp có độ mao dẫn cao hơn hẳn so với mẫu có sử dụng saponin Khi tăng nồng độ của các chất ngấm thì khả năng thấm hút của các mẫu giảm dần Nguyên nhân có thể là do trong dung dịch chiết saponin có chứa một lượng tanin, là chất có khả năng cầm màu chất màu tự nhiên norbixin Chất này có khả năng tạo màng mỏng bao phủ trên bề mặt vải có tác dụng giữ các chất màu trên vật liệu vì vậy mà làm tăng độ bền màu với giặt nhưng lại làm giảm độ mao dẫn, giảm cảm giác sờ tay Khi tăng nồng độ dung dịch saponin đồng nghĩa với việc nồng độ tanin lên vải cũng cao hơn làm cho độ mao dẫn của vải giảm xuống GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 57 Ngoài ra, sau khi cầm màu, chất cầm màu làm kết bó các hạt thuốc nhuộm tạo hạt có kích thước lớn hơn và giữ chất màu trong vải Các hạt này làm cho kích thước các mao quản trong vải bị thu hẹp, ngăn cản sự di chuyển của nước trên vải, do đó làm giảm độ mao dẫn của vải 3.6 Kết quả đo phổ hồng ngoại FTIR (a) (b) (c) (d) Hình 3.29 Phổ FTIR của các mẫu (a) vải bông hữu cơ, (b) vải bông thông thường, (c) Norbixin, (d) mẫu vải sau nhuộm bằng chất màu annatto Phổ FTIR của mẫu Co (hình 3.7a) có số lượng peak khá nhiều cho thấy rằng trong vật liệu này có chứa nhiều hợp chất với nhiều nhóm chức khác nhau Các peak đặc trưng gồm có: 3446 cm-1 (nhóm OH trong xenlulo), 2898 cm-1 (nhóm C-H trong mạch hydrocacbon no), 1638 cm-1 (nhóm OH do bị hấp thụ nước), 1429 cm -1 (lượng sáp có trong bông), 1236,7 cm-1 (nhóm C=O hoặc amin bậc hai), 898 cm -1 (liên kết GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 58 β−1.4 glicozit) … Phổ FTIR của mẫu vải bông thông thường được thể hiện trên hình 3.7b Phổ FTIR đo được cho số liệu các peak đặc trưng khá giống với phổ FTIR của mẫu vải bông hữu cơ Các số liệu thu được chỉ sai khác một phần rất nhỏ có thể là do các thao tác chuẩn bị mẫu chưa chuyên nghiệp hoặc do FTIR quá nhạy dẫn tới sự sai khác này Hình 3.7c cho thấy phổ FTIR của norbixin trong chất màu annatto Số sóng tại 3415,1 (cm-1) đặc trưng cho dao động kéo dãn của nhóm chức Hydroxyl (OH) trong Norbixin Peak của nhóm chức này trong Norbixin có chân khá rộng chứng tỏ chất màu Norbixin có trong hạt điều là tương đối ưa nước Số sóng 1632,0 (cm -1), đặc trưng cho dao động kéo căng của nhóm Cacbonyl (C=O) Số sóng 2920,1(cm -1) đặc trưng cho dao động hóa trị của mạch Hydrocacbon (C-C) và 1160,0 (cm -1) đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C-O trong Norbixin nhưng không hiện rõ peak đặc trưng cho nhóm chức này Phổ FTIR của mẫu vải sau nhuộm bằng chất màu annatto có sử dụng saponin được thể hiện trên hình 3.7d Các peak ở tần số 2898, 1638, 1429, 1237, 898 cm-1 trùng khớp với các peak này trên phổ FTIR của vải bông Co Tuy nhiên, ta vẫn thấy có sự xuất hiện peak mới 1724 cm-1 đặc trưng cho nhóm cacbonyl (C=O) và peak 1074 đặc trưng cho nhóm C-O-C trong saponin Điều này chứng tỏ sự có mặt của saponin có trên vải và tác dụng của việc trợ nhuộm của saponin 3.7 Đánh giá hiệu quả kinh tế và sinh thái của sản phẩm nhuộm vải bông hữu cơ bằng chất màu annatto có sử dụng saponin làm chất trợ nhuộm [17] 3.7.1 Đánh giá hiệu quả sinh thái của sản phẩm Từ xa xưa con người đã biết dùng các chất màu tự nhiên để nhuộm cho các sản phẩm may mặc tạo ra các sản phẩm thân thiên với con người Kể từ khi chất màu tổng hợp đầu tiên được tạo ra bởi William Henry Perkin (1856) với nhiều đặc tính ưu việt về kinh tế cũng như chất lượng sản phẩm và khả năng đáp ứng được các yêu cầu sản xuất công nghiệp thì ngành công nghiệp sản xuất thuốc nhuộm tổng hợp đã phát triển mạnh như vũ bão Bên cạnh những đặc tính ưu việt đó thì trong những năm gần đây nó cũng gây ra nhiều ảnh hưởng xấu tới môi trường và sinh thái toàn cầu Đây là vấn đề cực kỳ nóng bỏng và nhức nhối cần được quan tâm giải quyết Từ đó chúng ta có thể thấy quy trình công nghệ nhuộm vải hoản toàn hữu cơ an toàn với con người mang một ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế xã hội và môi trường Điều đó đã thôi thúc tác giả GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 59 tạo ra được một sản phẩm đạt các tiêu chuẩn về độ an toàn với con người mà lại thân thiện với môi trường – sản phẩm bông hữu cơ dệt kim nhuộm màu bằng chất màu tự nhiên annatto có sử dụng saponin làm chất ngấm với những đặc tính ưu việt trong quá trình sản xuất như sau: Sử dụng nguồn nguyên liệu dễ tái sinh, có thể tận dụng bã thải sau khi chiết  tách Sản phẩm ở đây được tạo ra từ nguồn nguyên liệu chính là các sản phẩm trực tiếp của nông nghiệp do vậy đây là nguồn nguyên liệu tự nhiên an toàn, thân thiện với con người, dễ tái sinh và cũng dễ dàng xử lý bã thải sau các quá trình chiết tách Quả bồ hòn sau khi được chiết tách saponin đã ở dạng mềm, kích thước nhỏ, dễ hủy bởi vi sinh vật, các thành phần như cellulose, khoáng, đạm… đã ở dạng dễ hòa tan hơn nhiều so với ban đầu Do đó, nó có thể được tận dụng để làm phân hữu cơ vi sinh bón cho cây trồng có tác dụng làm ức chế các ấu trùng sâu bệnh hại giúp cho cấy cối phát triển nhanh và không mắc sâu bệnh Còn hạt điều nhuộm sau khi chiết tách chất màu có thể được nghiền nhỏ làm thức ăn chăn nuôi Ngoài ra, nước thải sau nhuộm của công nghệ nhuộm bằng chất màu tự nhiên hầu như không ảnh hưởng gì tới môi tường sinh thái Hơn nữa khi chuyển giao công nghệ này cho nông dân thực hiện sẽ thúc đẩy việc tạo công ăn việc làm, đẩy mạnh xóa đói giảm nghèo cho bà con  Quy trình công nghệ đơn giản, hạn chế tối đa việc sử dụng hóa chất Thuốc nhuộm tổng hợp cho chúng ta màu đơn sắc, còn muốn tạo ra màu hòa sắc như màu có sẵn trong tự nhiên thì chúng ta phải phối rất nhiều màu đơn sắc với nhau Vì vậy sẽ rất mất thời gian, công sức và nguyên vật liệu để thực hiện nhưng cũng khó để tạo nên màu giống như màu tự nhiên Hơn nữa, thuốc nhuộm tổng hợp có nguồn gốc là dầu mỏ - là nguyên liệu khó tái sinh, nó là hỗn hợp của các chất hữu cơ, trong đó có thể có các hợp chất chứa nhóm azo gây độc hại tới con người, quá trình sản xuất thuốc nhuộm tổng hợp chứa rất nhiều hóa chất độc hại như axit mạnh, bazo mạnh, dung môi, muối kim loại nặng và cần nhiệt độ cao… Vì vậy, nước thải của thuốc nhuộm tổng hợp tốn nhiều chi phí cho năng lượng và sinh ra nhiều khí thải gây hiệu GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 60 ứng nhà kính Trái lại với những điều trên, quy trình nhuộm vải bông hữu cơ vải bông hữu cơ bằng chất màu annatto có sử dụng saponin làm chất ngấm của tác giả lại hoàn toàn thân thiện và an toàn với con người cũng như môi trường Với cùng một nồng độ chất màu, khi sử dụng các nồng độ chất ngấm khác nhau, chúng ta cũng có thể tạo ra những gam màu trầm khác nhau mà không cần phải phối trộn nhiều loại thuốc nhuộm phức tạp và tốn kém như thuốc nhuộm tổng hợp Bên cạnh đó, trong quá trình nhuộm các hóa chất sử dụng đa số là các chất hữu cơ không độc hại trong quá trình sản xuất và sử dụng sản phẩm, hạn chế tối đa việc sử dụng các hóa chất tổng hợp nên nước thải sau nhuộm có ít chất độc hại, dễ phân hủy sinh học an toàn và thân thiện với con người và môi trường 3.7.2 Đánh giá về hiệu quả kinh tế Để tính toán hiệu quả kinh tế khi nhuộm chất màu annatto cho vải bông hữu cơ dệt kim có sử dụng saponin làm chất ngấm thì trong đồ án này tác giả đã tiến hành tính toán chi phí để sản xuất 1 tấn sản phẩm Việc tính toán hiệu quả kinh tế của công nghệ này dựa vào thứ nhất là chi phí thuốc nhuộm (lượng chất màu), hóa chất, chất trợ, lượng nước sử dụng; thứ hai là tính toán chi phí năng lượng như điện, hơi, nhiệt … uy nhiên, ở đây quy trình công nghệ nhuộm nhuộm vải bông hoàn toàn hữu cơ có thể bỏ qua chi phí về năng lượng hơi, nhiệt Vì vậy trong đồ án này tác giả chỉ tiến hành tính toán chi phí về thuốc nhuộm (chất màu), hóa chất, chất trợ năng lượng điện và lượng nước sử dụng 3.7.2.1 Chi phí chất màu và chất trợ Chi phí sản xuất cho quá trình tạo ra dung dịch chất màu bao gồm các chi phí sau: chi phí cho nguồn nguyên liệu và chi phí chiết tách dung dịch chất màu Những loại chi phí này phụ thuộc bởi các yếu tố sau:  Chi phí nguyên vật liệu đầu vào Nguồn nguyên liệu từ tự nhiên thì thường không đồng nhất mà phụ thuộc vào các yếu tố như khí hậu, thổ nhưỡng của đất trồng, mùa vụ thu hoạch, độ ẩm của nguyên GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 61 liệu và các loại tạp chất khác lẫn vào khi thu hoạch Để đồng nhất nguồn nguyên liệu thô đầu vào ta cần xác định độ ẩm của nguyên liệu Nguyên liệu thô sau khi thu mua sẽ được trộn đều rồi tiến hành kiểm tra hàm ẩm như sau: Lấy m1 (g) nguyên liệu cần xác định hàm ẩm đtác giả sấy ở 100 oC cho đến khi thu được khối lượng không đổi m2 (g) khi đó hàm ẩm của nguyên liệu: W = x100% Sau khi đã xác định được hàm ẩm, kiểm tra chất lượng của nguyên liệu đầu vào rồi tiến hành đtác giả đi chiết tách Bảng 3.9 cho thấy giá thành đầu vào của nguyên vật liệu như sau: Bảng 3.17 chi phí cho nguyên liệu thô Nguyên liệu Quả bồ hòn Hạt điều nhuộm Hàm lượng có trong nguyên liệu (%) 66,54 Nồng độ sử dụng 2 Khối lượng sản xuất (kg) g/l Lượng chất cần dùng (kg) Khối lượng nguyên liệu thô cần dùng (kg) Giá 1kg Tổng chi nguyên phí cho liệu thô nguyên (nghìn liệu thô đồng) (nghìn đồng) 2 3,01 240 721,37 1 17,73 30 531,91 1000 5,64 1 % GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 62 KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, Saponin từ quả bồ hòn đã được chiết tách bằng phương pháp ninh chiết với hàm lượng saponin trong quả bồ hòn là 66,54 % Chất màu annatto từ hạt điều nhuộm được chiết tách bằng dung môi hữu cơ, metanol, với sự trợ giúp của sóng siêu âm ở điều kiện tối ưu đồng thời cho cả hiệu suất chiết tách và hàm lượng chất màu tổng là 54,56 ( oC), 33,93 (phút) và 14,92/1 (ml/g), thu được là 5,64 (%) và 0,67 (g Bixin/ g annato) Sử dụng chất màu thu được để nhuộm cho vải bông hữu cơ dệt kim sử dụng các nồng độ chất ngấm Vitex NL 580 và saponin khác nhau để so sánh và đánh giá Bằng phương pháp đo màu quang phổ đã xác định được các thông số màu, giá trị độ phản xạ R và khả năng lên màu K/S của các mẫu vải sau nhuộm đạt giá trị cục đại là 1,8 tại vị trí có bước sóng 480 nm xảy ra đối với mẫu nhuộm có sử dụng saponin với nồng độ 2g/l Đánh giá độ bền màu với giặt của các mẫu theo tiêu chuẩn ISO 105-C01 cho kết quả là vải sau khi nhuộm với các nồng độ chất ngấm khác nhau cho độ bền giặt tương đương nhau từ cấp 3 đến cấp 3-4 Đánh giá độ mao dẫn của các mẫu sau nhuộm theo tiêu chuẩn AATCC 198 – 2013 cho thấy mẫu nhuộm có sử dụng saponin làm chất ngấm có độ mao dẫn thấp hơn nhiều so với mẫu nhuộm có sử dụng Vitex NL 580 Bằng phương pháp đo phổ hồng ngoại FTIR đã cho thấy các peak phản xạ của các nhóm chức trong vật liệu và chất màu và sau khi nhuộm chất màu cho vật liệu So sánh peak phản xạ của vải bông hữu cơ và bông thông thường GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 63 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu, so sánh hàm lượng saponin trong quả bồ hòn ở các vùng miền Việt Nam Dịch chiết saponin có màu nầu sẫm do đó sẽ gây hạn chế khi ứng dụng vào một số sản phẩm Trong nghiên cứu tiếp theo, tác giả tẩy trắng dịch chiết saponin bằng hydro peoxit H2O2 Sau đó kiểm tra và so sánh các đặc tính, tính chất của dịch chiết trước và sau khi tiến hành tẩy trắng bao gồm tính chất hoạt động bề mặt, tạo bọt và khả năng trợ nhuộm của dịch chiết Nghiên cứu, tìm ra giải pháp để ổn định dịch chiết trong thời gian dài hơn, cũng như cải thiện, nâng cao độ bền màu cho sản phẩm trong quá trình sử dụng GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Tất Lợi Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, NXB y học, Hà Nội, 2004 [2] Ing–Luen SHIAU1, Tzenge–Lien SHIH2, Ya–Nang WANG3, Hsin–Tai CHEN4, Haw–Farn Lan5, Han Chien LIN1, Bing–Yuan YANG6, Chun–Han KO6 and Yasuhide MURASE7 Quantification for Saponin from a Soapberry (Sapindus mukorossi Gaertn) in Cleaning Products by a Chromatographic and two Colorimetric Assays [3] Aparna Upadhyay; D.K Singh Pharmacological effects of Sapindus mukorossiX [4] http://trungtamduoclieu.vn/bo-hon-id655.html [5] Sidra-Tul Muntaha, M Nasiruddin Khan Natural surfactant extracted from Sapindus mukurossi as an eco-friendly alternative to synthetic surfactant e a dye surfactant interaction study [6]http://www.vusta.vn/vi/news/Thong-tin-Su-kien-Thanh-tuu-KH-CN/Cay-dieunhuom-19407.html [7] Professor Axel Zeeck - Synthesis of Dimeric Terpenoyl Glycoside Side Chains from Cytotoxic Saponins [8] Organic cotton; an opportunity for trade report (2016) [9] Organic Trade Association, 2013 and Preliminary 2014 U.S Organic Cotton Production & Marketing Trends, Produced for Cotton Incorporated, January 2015 [10] Đỗ Thị Phương Mai, ĐHBLHN luận văn thạc sỹ khoa học [11] Effects of cultural systtác giả (organic and conventional) on growth and fiber quality of two cottons (Gossypium hirsutum L.) varieties [12] Meshari Saad Almutairi., Direct detection of saponins in crude extracts of soapnuts by FTIR [13] D Raja, A Arputharaj, Study on dyeing behavior of cotton/organic cotton knitted fabrics [14] Na Wang, Heya Wang, Zhen Weng., Decolorization of Sapindus Pericarp Extract by Hydrogen Peroxide and a Comparison of Basic Characteristics Before and After Decolorization [15] Dolores Julia Yusá-Marco, María Teresa Doménech-Carbó., Characterization of GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị 65 colouring compounds in Annatto (Bixa Orellanal) used in historic textile by mean of UV-Vis Spectrophotometry and FTIR Spectroscopy [16] Meshari Saad Almutairi and Muhammad Ali., Direct detection of saponins in crude extracts of soapnuts by FTIR [17] PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh., Nghiên cứu khả năng sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm vải bông và tơ tằm, thiết lập qui trình công nghệ và triển khai ứng dụng cho một số cơ sở làng nghề dệt nhuộm GVHD: TS Nguyễn Ngọc Thắng Huyền SVTH: Trương Thị ... tài: ? ?Nghiên cứu quy trình nhuộm màu vải hữu dệt kim chất màu chiết tách từ hạt điều nhuộm có sử dụng saponin chiết từ Bồ làm chất trợ nhuộm? ?? Trong khuôn khổ đồ án này, tác giả chiết tách hợp chất. .. từ Bồ Chiết tách chất màu annatto từ hạt điều nhuộm Nghiên cứu khả bắt màu annato lên vật liệu bơng hữu q trình nhuộm có sử dụng saponin làm chất trợ sử dụng chất ngấm công nghiệp Nghiên cứu. .. 20131832 Ngành: Nhuộm & Hoàn tất Đầu đề thiết kế: Nghiên cứu quy trình nhuộm màu vải bơng hữu dệt kim chất màu chiết tách từ hạt điều nhuộm có sử dụng saponin chiết từ bồ hịn làm chất trợ nhuộm