LỜI MỞ ĐẦU Polysiloxane được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt vải nhằm giúp vải có thêm một số đặc tính mong muốn như mềm mại, chống nhăn và chống thấm nước. Cotton là chất liệu được người tiêu dùng khắp thế giới cho là chất liệu phù hợp nhất trong may mặc do giá cả phù hợp, độ bền tốt, thông thoáng, dễ phù hợp với mọi loại thời tiết và mang lại sự thoải mái cho người sử dụng. Vải cotton với đặc tính ưa nước, có khả năng thấm hút nước tốt là kết quả của nhiều nhóm hydroxyl – OH gắn trên nó, điều này góp phần làm giảm tính kháng bẩn cũng như tính chống thấm nước của vải. Do đó, việc phủ lên vải cotton chất chống thấm là một yêu cầu đặc biệt cần thiết trong công nghiệp vải.
Sự lựa chọn Polysiloxane thay vì các chất phủ hữu cơ khác là do đặc tính ưu việt vốn có của Polysiloxane như chống thấm tốt, mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, chống nhiệt và lạnh tốt, và đặc tính điện tốt. Ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa có báo cáo chính thức về việc nghiên cứu khảo sát khả năng chống thấm của vải cotton được phủ Polysiloxane. Vì vậy, đề tài tiến hành khảo sát khả năng chống thấm của vải cotton khi được phủ Polysiloxane (Silicone). Hình0-A-1: Bông sợi cotton và sản phẩm vải cotto 1 A.
GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TẠO BỀ MẶT CHỐNG THẤM CHO VẢI [17] Đặc tính chống thấm của vải phụ thuộc vào bề mặt hóa học vải và địa hình bề mặt của vải. Các nghiên cứu đã đưa ra một số phương pháp để tạo bề mặt chống thấm cho vải như sau: - Phủ hóa học hợp chất không phân cực - Phủ vật lý lớp màng mỏng không phân cực - Tạo bề mặt gồ ghề ở cấu trúc vi mô 1.1 Phủ hóa học hợp chất không phân cực Thông thường, Fluorocarbon được sử dụng như là một tác chất kỵ nước trong qui trình ướt, như nhúng vải vào trong dung dịch sau đó ổn định nhiệt. Các sản phẩm này cho tính chống thấm tốt, tuy nhiên qui này này đưa đến vấn đề về nước thải và môi trường khi sử dụng fluorocarbon mạch dài. Một lựa chọn thú vị khác thay cho Fluorocarbon là các hợp chất nền Silicone.
Rất nhiều bài báo về Silicone và ứng dụng của nó trên vải được ví dụ [3], [5], [6], [13], [14], [15]. Qui trình phủ có thể được thực hiện với phương pháp đơn giản như nhúng, sau đó cho vải qua hai con trục vắt. Kỹ thuật Sol-gel có thể được tiến hành để thu được một lớp màng mỏng có tính chống thấm cao trên vải sợi cotton cũng như sợi nhân tạo cao cấp, như công bố của nhóm tác giả Chaoxia Wang [2]. Hợp chất sử dụng trong bài báo là dẫn xuất từ alkoxysilane.2 Phủ vật lý lớp màng mỏng không phân cực 1.1 Biến tính bề mặt dùng DBD (Dielectric barrier discharge- Hàng rào xả cách điện) Quá trình xả khí được biết nhiều trong khoa học vật liệu.
Hoạt hóa bề mặt nền bằng năng lượng khơi mào cho phản ứng gốc, từ đó dẫn đến giai đoạn tiếp theo có thể là oxi hóa, ăn mòn, ghép mạch, hay là polymer hóa bằng plasma. Trong trường hợp polymer hóa bằng plasma, khí plasma cần phải chứa các gốc để cho phép quá trình nối mạng xảy ra và phủ một lớp màng mỏng.2 Biến tính bề mặt dùng ánh sáng đơn sắc chiếu từ đèn UV Luận văn cao học Phạm Thị Hằng-12452034 2 Có rất nhiều bài báo công bố về việc sử dụng đèn UV để tăng tính kỵ nước. Một số nghiên cứu gần đây về tính chống thấm của vải PET (vải kỹ thuật), dùng quang hóa xử lý với sự có mặt của 1,5-hexadiene, 1,7-octadiene, diallyphthalete (DAP) và 1H,1H, 2H, 2H- perfluorodecyl acrylate (PFDA). Dữ liệu thử nghiệm được tổng kết ở hình A-1 cho thấy rằng thời gian giọt nước thấm vào vải đã xử lý UV là một giờ, trong khi đó vải không xử lý là 20s.
Hình A-1: Thời gian thấm của giọt nước vào vải 1.3 Tạo bề mặt gồ ghề ở cấu trúc vi mô Dựa vào đặc tính tự làm sạch của bề mặt kỵ nước và gồ ghề vi mô của một số con vật và cây trong tự nhiên (như hiệu ứng lá sen, bàn chân con tắc kè), có rất nhiều phương pháp khác nhau để tạo bề mặt có tính chống thấm cao đã được bàn luận và công bố. Nhìn chung, các phương pháp đều có ý tưởng chung là tạo bề mặt vải có tính chống thấm như hiệu ứng lá sen. Cấu trúc “lá sen” có thể được chế tạo trên nền vải cotton thông qua việc gắn carbon nanotube lên vải. Khi đó, góc tiếp xúc đo được lớn hơn 1500.
Luận văn cao học Phạm Thị Hằng-12452034 3 Một cách khác để tạo độ gồ ghề vi mô cho vải, được đề nghị bởi nhiều nhà nghiên cứu trong những năm 1980, là chiếu lên bề mặt sợi các xung, tia laser hấp thu mạnh. Hình A-2 đặc trưng cho kết quả bề mặt sợi sau khi được xử lý laser UV HìnhA-2: SEM của sợi PET không xử lý UV và xử lý UV 2. GIỚI THIỆU VỀ VẢI COTTON [2] 2. Cấu trúc vải cotton Vải cotton được ứng dụng rộng rãi nhất ngày nay (chiếm khoảng 50% số lượng các sản phẩm từ vải sợi trên thế giới).
Cotton được lấy từ cây bông vải, thường được trồng ở những nước ôn đới và nhiệt đới. Sau khi được khai thác, sợi cotton được xử lý qua nhiều công đoạn để loại bỏ những thành phần chất béo, chất sáp bám trên vỏ sợi làm tăng tính thấm nước và qui trình tẩy trắng sợi. Sau quá trình xử lý, sợi cotton sẽ được trải qua những công đoạn khác để làm nên tấm vải. Luận văn cao học Phạm Thị Hằng-12452034 4 Bảng A-1: Thành phần cấu tạo nên sợi cotton thô Thứ tự Thành phần Khối lượng tương đối (%) 1 Cellulose 86,8 2 Nước 6,8 3 Protein 1,5 4 Muối 1,0 5 Pectin 1,0 6 Dầu, sáp 0,7 7 Carbonhydrate 0,5 8 Các thành phần khác 2,0 Cellolose- polymer của glucose- là thành phần hóa học cơ bản nhất của tất cả các loại thực vật.
Monomer của cellulose là 1, 2, 4, 8- anhydroglucose, số lượng monomer có thể từ 1000 đến 18000 đơn vị. Hình A-3: Cấu trúc của cellulose Chuỗi liên kết dài của cellulose làm cho các mối liên kết hydro của các phân tử liền kề liên kết chặt chẽ với nhau. Các chuỗi liên kết phân tử này cộng với cấu trúc mạch thẳng của cellulose hình thành nên những vùng có cấu trúc tinh thể của cellulose (microfibril). Những microfibril này liên kết sắp xếp lại với nhau thành một cấu trúc lớn hơn gọi là fibril (sợi).
Cấu trúc của sợi cotton rất phức tạp, gồm ba phần chính. Lớp biểu bì ngoài cùng có tính kỵ nước, có chức năng bảo vệ. Ngoài cellulose ra còn có những lớp chất béo và sáp, nên để có tính thấm nước tốt thì cotton phải được xử lý. Bên dưới lớp biểu bì là lớp thành sợi chính, do những sợi (fibril) nhỏ đan ngang dọc với nhau tạo thành.
Bên dưới lớp thành sợi Luận văn cao học Phạm Thị Hằng-12452034 5 chính đó là lớp thành sợi phụ, chiếm hầu hết khối lượng của sợi cotton, do các lớp sợi liên tiếp chồng lên nhau và ngược hướng tạo thành. Ruột (lumen) của sợi cotton rỗng, để dẫn protein đi nuôi lớn sợi cotton. Khi sợi đã trưởng thành, sợi khô đi và ruột bị thu hẹp lại, làm cho những sợi cotton xoắn lại (do lớp thành sợi phụ). Hình A-4: Sợi cotton thô dưới kính hiển vi điện tử Hình A-5: Cấu trúc một sợi cotton Cotton là một polyalcohol (có nhóm –OH), nhưng mối liên kết hydro giữa những nhóm hydroxyl của các phân tử liền kề khá bền vững, không cho nước xuyên thấu vào những vùng có cấu trúc tinh thể của cellulose, do đó nó không hòa tan trong nước.
Tuy nhiên, cotton lại khá ưa nước, có khả năng thấm hút nước tốt. Cấu trúc tổ ong với các lỗ li ti giúp các phân tử nước xuyên thấu qua những vùng trống trong chuỗi polymer và hình thành liên kết hydro với các cellulose hydroxyl tự do. Các sợi cotton khi hút nước sẽ phồng lên, Luận văn cao học Phạm Thị Hằng-12452034 6 trở nên dẻo dai hơn, mềm hơn và độ bền tăng lên (20%) do liên kết hydro mới tạo thành. Mức độ thấm hút nước của cotton thông thường là 8% và tăng lên đến 25-30% ở độ ẩm tương đối 100%, nhiệt độ phòng.
Giữa những cấu trúc tinh thể trong cotton là những vùng trống, những chất màu của thuốc nhuộm hay mực in sẽ bám vào những vùng này. Cotton sẽ bị phân hủy (hydro hóa) khi gặp dung dịch acid loãng nóng hoặc đậm đặc lạnh, nhưng không có tác dụng với acid loãng ở nhiệt độ phòng. Cotton bền với dung dịch kiềm nên dung dịch kiềm được dùng trong quá trình xử lý vải gọi là mercerization. Trong dung dịch kiềm, sợi cotton sẽ phồng lên, trở nên tròn, đều đặn và giảm thiểu tính xoắn của sợi.
Nếu trong khi phồng lên, vải được giữ chặt để tránh co rút thì cotton sẽ thay đổi hình dạng và tạo ra 1 bề mặt nhẵn hơn. Sau khi tẩy chất kiềm và sấy khô, sợi cotton vẫn giữ nguyên dạng ống tròn. Tuy không có sự khác biệt về tính chất hóa học của vải được qua xử lý mercer và không xử lý nhưng vải qua xử lý sẽ cho tính bám màu tốt hơn và chất lượng hình ảnh cao hơn. Hình A-6: Sợi cotton chưa qua xử lý mercer Hình A-7: Sợi cotton qua xử lý mercer Hình A-8: Mặt cắt ngang sợi cotton Hình A-9: Mặt cắt ngang sợi cotton qua chưa qua xử lý mercer xử lý mercer Luận văn cao học Phạm Thị Hằng-12452034 7 2.
Tính chất vải cotton - Vải cotton là vật liệu bền hóa chất, nó vẫn không bị phá hủy thậm chí ở điều kiện phơi liên tục trong môi trường acid yếu và kiềm yếu - Vải cotton có khả năng thấm hút nước tốt. Ở môi trường ẩm, vải cotton có thể hấp thu 27% nước mà không bị trở nên ẩm ướt. - Vải cotton có đặc tính thoáng khí tốt, không gây dị ứng, nó phù hợp hoàn hảo cho những ngừơi có làn da dễ bị dị ứng. Vải cotton dẫn nhiệt thấp, do đó là vật liệu lý tưởng cho quần áo cả mùa đông và mùa hè: mùa hè, nó ngăn cản da khỏi sức nóng, làm mát cơ thể khi trời nóng, mùa đông nó duy trì hơi ấm cho cơ thế.
- Vải cotton rất dễ dàng nhuộm màu - Vải cotton có tính đàn hồi thấp, do đó hầu như là không dãn - Vải cotton dễ giặt và có thể là sấy ở nhiệt độ cao 3. GIỚI THIỆU VỀ POLYSILOXANE (SILICONE) [1], [10], [12] 3.