Nghiên cứu công nghệ điều chế chất làm bóng topcoat ứng dụng trong công nghiệp thuộc da

Nghiên cứu công nghệ điều chế chất làm bóng topcoat ứng dụng trong công nghiệp thuộc da, nâng cao chất lượng và hiệu quả sản phẩm.

• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Đại Quang
• Trường học: Viện Nghiên Cứu Da - Giầy
• Chuyên ngành: Công nghệ hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ điều chế chất làm bóng (topcoat) sử dụng trong công nghiệp thuộc da
• Loại tài liệu: Báo cáo nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 2. PHẦN II: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 2.1. Tình hình nghiên cứu điều chế chất làm bóng ở ngoài nước
• 2.2. Tình hình nghiên cứu điều chế chất làm bóng trong nước
• 2.3. Các cơ sở khoa học áp dụng cho đề tài
• 2.3.1. Vai trò của chất làm bóng trong trau chuốt da
• 2.3.2. Các phương pháp trau chuốt da
• 2.3.2.1. Phương pháp ngâm tẩm
• 2.3.2.2. Các phương pháp trau chuốt
• 2.3.2.3. Phương pháp trau chuốt cationic
• 2.3.3. Chất làm bóng (topcoat)
• 2.3.3.1. Các yêu cầu cơ lý của chất làm bóng cho da thuộc
• 2.3.3.2. Chất làm bóng tan trong nước
• 2.3.3.3. Chất làm bóng tan trong dung môi hữu cơ
• 2.3.3.4. Hệ nhũ tương hoặc hệ phân tán

Tóm tắt

I. Công nghệ điều chế chất làm bóng topcoat

Công nghệ điều chế chất làm bóng topcoat là trọng tâm của nghiên cứu này. Quá trình này tập trung vào việc sử dụng các nguyên liệu có sẵn trong nước như polime, hệ polime nhũ tương, và dung môi hữu cơ để tạo ra chất làm bóng hệ nước. Mục tiêu là giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thay thế các sản phẩm nhập khẩu. Công nghệ này được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, với các bước nghiên cứu từ tổng hợp phụ gia đến thử nghiệm trên da thuộc.

1.1. Quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất chất làm bóng bao gồm các bước chính: sưu tầm tài liệu, phân tích nguyên liệu, tổng hợp phụ gia, xây dựng đơn phối liệu, và thử nghiệm trên da thuộc. Quy trình này đảm bảo chất làm bóng có độ ổn định cao, phù hợp với yêu cầu của công nghiệp thuộc da. Các phương pháp đo và kiểm tra chất lượng màng bóng cũng được áp dụng để đánh giá hiệu quả.

1.2. Ứng dụng công nghệ

Ứng dụng công nghệ trong sản xuất chất làm bóng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm giảm chi phí nhập khẩu và cải thiện chất lượng sản phẩm da thuộc. Công nghệ này cũng góp phần bảo vệ môi trường bằng cách hạn chế sử dụng dung môi độc hại. Các sản phẩm da thuộc được xử lý bằng chất làm bóng này có độ bền cao, chống thấm nước và bền với tia UV.

II. Tính năng chất làm bóng trong công nghiệp thuộc da

Tính năng chất làm bóng đóng vai trò quan trọng trong quá trình trau chuột da. Chất làm bóng topcoat tạo ra một lớp bảo vệ trên bề mặt da, giúp giảm độ thấm nước, chống dính, và tăng độ bền cơ lý. Các đặc tính thẩm mỹ như màu sắc, độ bóng, và độ mềm mại của màng trau chuột quyết định tính thương mại của sản phẩm da thuộc.

2.1. Vai trò của chất làm bóng

Vai trò của chất làm bóng trong trau chuột da là nâng cao chất lượng và hình thức của da thành phẩm. Lớp bóng bảo vệ da khỏi tác động cơ học, ánh sáng, và nhiệt độ, đồng thời giữ nguyên các tính chất ưu việt của da thật như khả năng thoát khí và hơi. Chất làm bóng cũng giúp cải thiện các khiếm khuyết của da nguyên liệu.

2.2. Phương pháp trau chuột da

Các phương pháp trau chuột da bao gồm ngâm tẩm, phun áp lực, và cán láng. Mỗi phương pháp được lựa chọn tùy theo loại da và yêu cầu kỹ thuật. Phương pháp ngâm tẩm sử dụng các polime để cải thiện độ lỏng của da, trong khi phương pháp phun áp lực tạo ra lớp bóng đồng đều và ít hao tốn chất làm bóng.

III. Tình hình nghiên cứu và sản xuất chất làm bóng

Tình hình nghiên cứu và sản xuất chất làm bóng trong và ngoài nước được phân tích chi tiết. Các hãng hóa chất nước ngoài như Bayer và Stahl đã phát triển nhiều thế hệ chất làm bóng mới, tập trung vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Trong khi đó, tại Việt Nam, hầu hết chất làm bóng đều phải nhập khẩu, gây ra nhiều khó khăn cho ngành thuộc da.

3.1. Nghiên cứu ngoài nước

Các nghiên cứu ngoài nước tập trung vào việc phát triển chất làm bóng từ các hệ polime nhũ tương và huyền phù. Các chất làm bóng này có độ bền cao và ít gây ô nhiễm môi trường. Các hãng lớn như Clariant và Scabbi đã ứng dụng công nghệ tiên tiến để sản xuất chất làm bóng có độ bóng và độ đàn hồi tốt.

3.2. Nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, công nghiệp thuộc da đang phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu chất làm bóng. Nghiên cứu trong nước tập trung vào việc điều chế chất làm bóng từ các nguyên liệu có sẵn, nhằm thay thế dần các sản phẩm nhập ngoại và hạn chế ô nhiễm môi trường. Các chất làm bóng hệ nhũ hóa đang được ưu tiên phát triển.

Nội dung chính

Nghiên cứu Công nghệ Điều chế Chất Làm Bóng (Topcoat) Hệ Nước Trong Công nghiệp Thuộc Da

---

Tóm tắt nghiên cứu (200-250 từ)

• Câu hỏi nghiên cứu chính (Research Question): Làm thế nào để làm chủ quy trình công nghệ điều chế chất làm bóng (topcoat) hệ nhũ tương gốc nitroxenlulo từ nguồn nguyên liệu nội địa, nhằm thay thế hoàn toàn hóa chất nhập ngoại và giảm thiểu phát thải dung môi độc hại trong công đoạn hoàn thiện thuộc da tại Việt Nam?
• Tổng quan phương pháp tiếp cận (Methodology Snapshot): Nghiên cứu tiếp cận theo phương pháp thực nghiệm kết hợp tối ưu hóa từng thành phần đơn phối liệu: khảo sát các hệ polyme tạo màng (nitroxenlulo, polyurethane, polyacrylic, polyvinyl axetat), xác lập tỷ lệ hệ dung môi – dung môi pha loãng, chất hóa dẻo, chất làm mềm và hệ chất nhũ hóa bảo vệ; thiết lập 2 sơ đồ công nghệ điều chế dung dịch polyme và nhũ hóa; thử nghiệm ứng dụng thực tế trên các dòng da mộc theo 3 công nghệ trau chuốt (Pigment, Aniline và Patent) và đối chuẩn chất lượng với chế phẩm thương mại LS 18212 của Stahl (Singapore).
• Phát hiện cốt lõi (Key Findings): Xác lập thành công công thức tối ưu kết hợp dinitroxenlulo/mononitroxenlulo (tỷ lệ 4:1) cùng chất hóa dẻo dibutylphtalat (0,8–1,2%) và dầu trẩu (1–2%), hệ dung môi etylaxetat/butylaxetat (6:10), hệ chất nhũ hóa PVA phối hợp axit acrylic tạo độ bền nhũ trên 90 giờ. Màng phủ sau hoàn thiện đạt độ bền uốn gập trên 50.000 chu kỳ không rạn nứt, độ bền mài nỉ khô/ướt đạt cấp 4/4.
• Ý nghĩa thực tiễn (Implications): Công trình mở ra khả năng tự chủ nguồn hóa chất trau chuốt da cao cấp trong nước, giúp hạ giá thành sản xuất khoảng 22% so với sản phẩm ngoại nhập (140.000 đ/kg so với 180.000 đ/kg) và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do hơi dung môi hữu cơ.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng (300-350 từ)

• Hiện trạng kiến thức và thực tiễn ngành (Current State of Knowledge): Trong chuỗi giá trị công nghệ chế biến da thuộc, công đoạn trau chuốt – hoàn thiện (finishing) đóng vai trò quyết định đến 80% giá trị thương phẩm, thẩm mỹ và độ bền cơ lý của sản phẩm. Lớp phủ bóng trên cùng (topcoat) giữ chức năng bảo vệ toàn bộ màng film màu bên dưới khỏi tác động của ma sát, nhiệt độ, tia cực tím (UV), ẩm ướt và môi trường hóa chất, đồng thời tạo hiệu ứng cảm quan như độ mềm dẻo, độ trơn mát tự nhiên và độ đàn hồi đồng nhất với phôi da. Tại thời điểm nghiên cứu, ngành công nghiệp thuộc da Việt Nam đạt sản lượng trên 80 triệu sqf da thành phẩm/năm, tiêu thụ hơn 250 tấn chất làm bóng mỗi năm.
• Khoảng trống nghiên cứu (Research Gap): Hầu hết các nhà máy thuộc da trong nước phải phụ thuộc 100% vào nguồn hóa chất nhập khẩu từ nước ngoài (Bayer, Stahl, Clariant...). Các dòng topcoat gốc dung môi truyền thống tuy nhanh khô nhưng chứa tới hơn 70% hàm lượng VOCs (dung môi bay hơi độc hại như cyclohexanon, toluen, etylaxetat), gây nguy cơ cháy nổ cao và ô nhiễm môi trường làm việc nghiêm trọng. Ngược lại, các nghiên cứu điều chế chất làm bóng hệ nước trong nước chưa thể kiểm soát được độ bền phân tán của hạt nhũ tương, dễ xảy ra hiện tượng keo tụ, phân lớp hoặc làm màng phim bị mờ đục, giòn gãy khi uốn gấp.
• Tính cấp thiết và giá trị thời điểm (Timeliness & Relevance): Đề tài mã số 175.08/RD/HĐ-KHCN do Bộ Công Thương đặt hàng Viện Nghiên cứu Da - Giầy phối hợp với Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam thực hiện là nhiệm vụ khoa học then chốt, đáp ứng kịp thời chiến lược nội địa hóa nguyên phụ liệu ngành da giày và đón đầu các tiêu chuẩn sinh thái (Eco-leather).
• Tác động tiềm năng (Potential Impact): Công trình tạo tiền đề vững chắc cho việc làm chủ công nghệ vật liệu màng polyme phủ da, giảm áp lực ngoại tệ nhập khẩu hóa chất và bảo vệ sức khỏe người lao động trong các xưởng hoàn thiện da mộc.

---

Methodology và approach (350-400 từ)

• Thiết kế nghiên cứu (Research Design): Nghiên cứu ứng dụng quy trình thực nghiệm tương tác đa yếu tố nhằm thiết kế hệ vật liệu màng phân tán dị thể (water-borne emulsion system). Quá trình nghiên cứu được phân tách thành 2 giai đoạn:

  1. Giai đoạn 1 – Tổng hợp & Điều chế: Khảo sát bản chất hóa lý của các polyme tạo màng (nitroxenlulo hóa lỏng, PU nhũ hóa, PVA, acrylic) để lựa chọn nền vật liệu tối ưu; xác định hệ dung môi thật/dung môi pha loãng theo "chỉ số vàng" bay hơi; phối trộn chất hóa dẻo và phụ gia chức năng.
  2. Giai đoạn 2 – Ứng dụng & Đo lường: Ứng dụng chế phẩm trên phôi da thực tế và đo kiểm độ tương thích màng mỏng.

• Phương pháp thu thập và chế bị mẫu (Data Collection Methods):

  • Chế tạo dịch polyme: Hòa tan hỗn hợp Nitroxenlulo trong nồi phản ứng có cánh khuấy (30 vòng/phút), hồi lưu nhiệt ở 60°C trong 4 giờ.
  • Tạo nhũ tương hệ nước: Chuyển dịch keo polyme ở 40°C vào buồng nhũ hóa tốc độ cao (120 vòng/phút) chứa sẵn nước mềm, chất tạo nhũ PVA và chất trợ phân tán anion/không ion, gia nhiệt ổn định ở 50°C trong 2 giờ.
  • Quy trình hoàn thiện bề mặt da: Gia công phun xịt áp lực (3–5 g/sqf) và cán tráng rulo trên da mộc cùi (Full grain), da mài sửa nhẹ và da sửa đổi sâu (Patent).

• Kỹ thuật phân tích và đo lường (Analysis Techniques):

  • Đo độ bền nhũ hóa: Đánh giá thời gian phân lớp tĩnh (giờ) tại điều kiện phòng.
  • Kiểm tra cơ lý màng da: Sử dụng máy thử độ bền uốn gập Bally Flexometer (theo tiêu chuẩn IUP 20 với 50.000 chu kỳ), máy đo độ bền ma sát mài mòn nỉ khô/nỉ ướt Veslic (IUP 450), kiểm tra độ chịu nhiệt (-10°C đến 100°C) và độ bền ánh sáng UV.

• Độ tin cậy và kiểm chuẩn (Validity & Reliability): Mọi phép đo được thực hiện độc lập tại Trung tâm Kiểm định & Phân tích Chất lượng (Viện Nghiên cứu Da - Giầy) và đối sánh trực tiếp dạng blind test với mẫu chuẩn quốc tế Stahl LS 18212.

---

Phát hiện chính (400-450 từ)

• 1. Tỷ lệ vàng của hệ polyme màng ghép Nitro cellulose: Nghiên cứu chỉ ra rằng sử dụng 100% dinitro xenlulo (hàm lượng N = 11,11–12,5%) khiến màng bóng có độ giòn cao, dễ nứt gãy khi uốn gấp (đạt dưới 20.000 chu kỳ). Khi phối trộn mononitroxenlulo (N = 6,63–8,5%) vào dinitroxenlulo theo tỷ lệ 1:4, độ bóng quang học được giữ ở mức cao đồng thời độ mềm dẻo của màng tăng lên rõ rệt, triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng rạn màng sau 50.000 chu kỳ uốn.

• 2. Xác lập cân bằng bay hơi của hệ dung môi lưỡng tính: Hệ dung môi hòa tan tối ưu được xác lập là Etylaxetat / Butylaxetat theo tỷ lệ thể tích 6:10. Tỷ lệ này khống chế thời gian bay hơi màng trong dải 3,0–4,0 giờ – đủ nhanh để ngăn ngừa hiện tượng dính bụi nhưng đủ chậm để các hạt keo kịp dàn phẳng đều, tránh bẫy hơi ẩm gây hiện tượng đục mờ (blushing). Dung môi pha loãng phụ trợ tối ưu gồm Etanol / Isopropanol (tỷ lệ 2:3) giúp hạ giá thành và chống keo tụ pha.

• 3. Tối ưu hóa chất hóa dẻo và chất làm mềm gốc dầu tự nhiên:

  • Chất hóa dẻo Dibutylphtalat (DBP) ở hàm lượng 0,8–1,2% khối lượng tổng cho khả năng tương hợp tuyệt hảo với nitroxenlulo, duy trì tính linh động của liên kết đại phân tử mà không bị rỉ dầu lên bề mặt.
  • Chất làm mềm sử dụng dầu trẩu hoặc dầu lanh (chỉ số iod cao 120–150) ở hàm lượng 1–2% giúp tăng cường tính bám dính của lớp topcoat vào nền da mộc, tạo cảm giác mượt mà, trơn mát tự nhiên cho sản phẩm hoàn thiện.

• 4. Đột phá về độ bền nhũ tương trên 90 giờ: Việc bổ sung đồng trùng hợp axit acrylic (1,0%) kết hợp muối đệm $NaHCO_3$ (0,5%) và PVA (2,5%) đã bảo vệ điện tích bề mặt hạt keo, nâng độ bền nhũ từ 68 giờ lên trên 90 giờ ở nhiệt độ phòng, chống phân lớp hiệu quả.

• 5. Bảng thông số kỹ thuật đối chuẩn thành phẩm:

Chỉ tiêu kỹ thuật	Mẫu nghiên cứu (Đơn B/C/D)	Mẫu đối chứng ngoại (Stahl LS 18212)
Trạng thái cảm quan	Nhũ tương trắng sữa, đồng nhất	Nhũ tương trắng sữa, đồng nhất
Độ nhớt quy ước	20 – 25 giây (Phễu Ford #4)	22 – 24 giây (Phễu Ford #4)
Độ bền uốn gập da khô	> 50.000 chu kỳ (Không rạn)	> 50.000 chu kỳ (Không rạn)
Độ bền mài nỉ khô / nỉ ướt	Cấp 4/4 / Cấp 4/4	Cấp 4/4 / Cấp 4/4
Độ bền nhiệt / tia UV	Không biến màu ở 100°C / UV	Không biến màu ở 100°C / UV
Khả năng thoát khí, hơi nước	Đạt tiêu chuẩn da giày xuất khẩu	Đạt tiêu chuẩn da giày xuất khẩu

---

Đóng góp khoa học (250-300 từ)

• Đóng góp về mặt lý thuyết (Theoretical Contributions): Công trình làm sáng tỏ cơ chế đông tụ và tương tác liên diện giữa các hạt nhũ tương nitroxenlulo hữu cơ phân tán trong môi trường phân cực nước. Nghiên cứu đã chứng minh quy luật phân bố kích thước hạt đa phân tán: sự xen kẽ giữa các hạt polyme kích thước nhỏ và lớn giúp màng film lấp đầy các vi lỗ rỗng của cấu trúc sợi collagen mà vẫn duy trì tính mao dẫn thoát hơi nước tự nhiên của da thuộc.
• Đổi mới về mặt phương pháp (Methodological Innovations): Xây dựng thành công quy trình công nghệ 2 bước khép kín: (1) Hòa tan polyme trong hệ dung môi este hữu hạn, (2) Chuyển pha nhũ hóa ngược trong môi trường nước có chất hoạt động bề mặt bảo vệ. Quy trình này cho phép chế tạo chất làm bóng hệ nước mà không cần thiết bị đồng hóa áp suất cực cao phức tạp.
• Giá trị ứng dụng thực tiễn (Practical Applications): Cung cấp 4 bộ đơn công nghệ phối liệu (A, B, C, D) linh hoạt, ứng dụng tương thích trên đa dạng công nghệ hoàn thiện:
  • Đơn A: Dành cho da cứng, da đế và sản phẩm kỹ thuật.
  • Đơn B, C, D: Dành cho da mũ giày, da may mặc mềm mại, da bọc nội thất cao cấp hoàn thiện Aniline và da bóng Patent.
• Tác động chính sách và môi trường (Policy Implications): Đóng góp trực tiếp vào mục tiêu quốc gia về sản xuất sạch hơn, giảm thiểu phát thải VOCs độc hại trong công nghiệp hóa chất – da giày.

---

Đối tượng quan tâm (200-250 từ)

• Kỹ sư và Doanh nghiệp Thuộc da (Tannery Processors): Hưởng lợi trực tiếp từ việc chủ động nguồn hóa chất hoàn thiện chất lượng cao tại chỗ, rút ngắn chu kỳ lưu kho và giảm 20–25% chi phí mua hóa chất phủ bóng.
• Nhà nghiên cứu Vật liệu Polyme & Hóa chất Chuyên dụng: Tham khảo cơ sở dữ liệu thực nghiệm về phối hợp hệ dung môi, chất hóa dẻo phtalate và phương pháp biến tính nitroxenlulo phân tán trong nước.
• Nhà hoạch định chính sách & Cơ quan Quản lý Môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học để ban hành các quy chuẩn kỹ thuật về việc giảm thiểu dung môi độc hại trong các làng nghề và khu công nghiệp chế biến da.
• Lợi ích cụ thể cho chuỗi sản xuất: Giúp doanh nghiệp sản xuất da trong nước đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe từ thị trường xuất khẩu EU/Mỹ về ngưỡng an toàn hóa chất trên sản phẩm da giày.

---

FAQ – Các câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Điểm cốt lõi giúp chất làm bóng của đề tài cạnh tranh được với chế phẩm Stahl LS 18212 là gì? Chế phẩm nghiên cứu đạt chất lượng cơ lý tương đương 100% (độ bền uốn >50.000 lần, độ bền mài nỉ cấp 4/4, chịu nhiệt tốt) nhưng có giá thành sản xuất chỉ 140.000 đ/kg so với mức 180.000 đ/kg của sản phẩm nhập ngoại, giúp tối ưu hóa chi phí sản xuất đáng kể.

2. Tại sao lại chọn gốc Nitroxenlulo thay vì Polyurethane (PU) cao cấp? Dù PU cho độ bóng và đàn hồi rất tốt nhưng giá thành nguyên liệu đắt đỏ, khó tạo nhũ ổn định và quá trình đóng rắn có thể giải phóng gốc isocyanat độc hại. Nitroxenlulo phối hợp mono/di cho độ bóng sắc nét, giá thành thấp, nguồn cung sẵn có và thân thiện hơn khi chuyển sang hệ nước.

3. Màng phủ có làm bít kín bề mặt và mất đi độ thở tự nhiên của da thật không? Không. Nhờ cơ chế tạo màng từ hệ nhũ phân tán có độ xốp vi mô được kiểm soát, màng film vẫn giữ nguyên khả năng thông thoáng khí và thoát hơi nước tự nhiên của cấu trúc da thật.

4. Khả năng nhân rộng quy mô công nghiệp của đề tài như thế nào? Dây chuyền thiết bị yêu cầu ở mức phổ thông (nồi khuấy có gia nhiệt, cánh khuấy điều tốc, sinh hàn hồi lưu), nguồn nguyên liệu hóa chất hoàn toàn chủ động trên thị trường nội địa, sẵn sàng chuyển giao sản xuất ở quy mô xưởng thực nghiệm bán công nghiệp.

5. Sản phẩm có thể ứng dụng cho những loại da nào? Tương thích với hầu hết các dòng da: da cùi nguyên cật (Full grain), da mài cật sửa đổi (Corrected grain), da bóng nứt cao cấp (Patent) và da Aniline mềm mại dùng cho giày dép, túi xách, sofa.

---

Kết luận (150 từ)

Đề tài nghiên cứu khoa học do PGS. Ngô Đại Quang chủ nhiệm đã giải quyết thành công bài toán công nghệ điều chế chất làm bóng (topcoat) hệ nước chất lượng cao cho ngành công nghiệp da giày Việt Nam. Việc tối ưu hóa hệ polyme nitroxenlulo phân tán nước không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt mà còn giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm môi trường do dung môi hữu cơ. Hướng phát triển tiếp theo cần tập trung vào việc đầu tư sản xuất thử nghiệm quy mô pilot (bán công nghiệp) tại xưởng thực nghiệm để hoàn thiện quy trình đóng gói thương mại, sẵn sàng cung ứng diện rộng cho các doanh nghiệp thuộc da trên cả nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé c«ng th−¬ng ViÖn nghiªn cøu da-giÇy B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc “Nghiªn cøu c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng (topcoat) sö dông trong c«ng nghiÖp thuéc da” Chñ nhiÖm §Ò tµi: PGS. Ng« §¹i Quang 7187 17/3/2009 Hµ néi, 12/2008 §Ò tµi ®−îc thùc hiÖn trªn c¬ së Hîp ®ång NCKH & PTCN Sè 175.08/RD/H§-KHCN -1- ViÖn Nghiªn cøu Da - GiÇy më ®Çu 1. C¬ së ph¸p lý, xuÊt xø vµ sù cÇn thiÕt cña §Ò tµi 1. C¬ së ph¸p lý §Ò tµi “Nghiªn cøu c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng (topcoat) sö dông trong c«ng nghÖ thuéc da” ®−îc tiÕn hµnh theo hîp ®ång nghiªn cøu khoa häc sè 175-08/R-D/H§-KHCN gi÷a Bé C«ng Th−¬ng vµ ViÖn Nghiªn cøu Da GiÇy ngµy 25/ 02/ 2008.

XuÊt xø §Ò tµi ®−îc ®Ò xuÊt trªn c¬ së nhu cÇu ho¸ chÊt thay thÕ nhËp khÈu cho ngµnh c«ng nghiÖp Da- giµy vµ thùc tÕ kh¶ n¨ng triÓn khai nghiªn cøu cña ViÖn nghiªn cøu Da – GiÇy kÕt hîp víi ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam. Sù cÇn thiÕt cña §Ò tµi C«ng ®o¹n trau chuèt, hoµn thiÖn (finishing) trong thuéc da cÇn cã chÊt lµm bãng (topcoat) ®Ó t¹o cho da thuéc cã líp b¶o vÖ trªn mµng trau chuèt. Líp topcoat phñ lªn bÒ mÆt da cã t¸c dông lµm gi¶m ®é thÊm n−íc, chèng dÝnh, bÒn nhiÖt, bÒn ¸nh s¸ng UV, bÒn ma s¸t cho mµng trau chuèt, t¹o c¶m gi¸c m¸t, tr¬n vµ ®Æc biÖt cã ®é mÒm dÎo ®µn håi t−¬ng tù nh− da thuéc. C¸c ®Æc tÝnh thÈm mü nh− mÇu s¾c, ®é bãng, ®é mÒm m¹i, tÝnh b¾t m¾t, ., cña mµng trau chuèt sÏ quyÕt ®Þnh tÝnh th−¬ng m¹i cña s¶n phÈm da thuéc.

HiÖn nay, chÊt lµm bãng trong n−íc ®ang dïng chñ yÕu ph¶i nhËp tõ n−íc ngoµi, thËm chÝ c¶ c¸c chÊt lµm bãng cã nguån gèc kh«ng râ rµng, chÊt l−îng kh«ng æn ®Þnh. V× vËy c¸c c¬ së thuéc da trong n−íc lu«n bÞ ¶nh h−ëng bëi c¸c nguån cung tõ n−íc ngoµi ®ång thêi nh÷ng thiÖt h¹i do chÊt l−îng chÊt lµm bãng kÐm chÊt l−îng g©y ra kh«ng nhá. V× vËy §Ò tµi ®Æt ra nhiÖm vô nghiªn cøu ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng tõ c¸c nguån nguyªn liÖu cã s½n trong n−íc ®Ó thay thÕ dÇn c¸c s¶n phÈm nhËp ngo¹i vµ c¶i thiÖn chÊt l−îng s¶n phÈm da thuéc trong n−íc. “Nghiªn cøu c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng (topcoat) sö dông trong c«ng nghiÖp thuéc da” – PGS.Ng« §¹i Quang M· sè: 175.08/RD/H§-KHCN -2- ViÖn Nghiªn cøu Da - GiÇy 2.

Môc tiªu nghiªn cøu cña ®Ò tµi Tõ c¸c nguån nguyªn liÖu cã s½n trong n−íc nh− c¸c polime, c¸c hÖ polime nhò t−¬ng, huyÒn phï, c¸c dung m«i h÷u c¬ vµ c¸c phô gia kh¸c, nghiªn cøu ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng hÖ n−íc dïng cho ngµnh thuéc da. Trªn c¬ së c¸c chÊt lµm bãng nµy, nhiÖm vô cña §Ò tµi lµ nghiªn cøu thµnh c«ng c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng hÖ n−íc cã ®é æn ®Þnh cao dïng ®Ó trau chuèt da nh»m gi¶m « nhiÔm m«i tr−êng. §èi t−îng vµ ph¹m vi nghiªn cøu 3. §èi t−îng nghiªn cøu §èi t−îng nghiªn cøu chÝnh cña §Ò tµi lµ Quy tr×nh c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng hÖ n−íc dïng ®Ó trau chuèt da thuéc.

Ph¹m vi nghiªn cøu Ph¹m vi nghiªn cøu lµ c«ng nghÖ ®iÒu chÕ vËt liÖu ë quy m« phßng thÝ nghiÖm. C¸c lÜnh vùc hãa häc vËt liÖu nh− chÊt t¹o mµng, dung m«i h÷u c¬, chÊt mµu vµ c¸c hãa chÊt kh¸c dïng ®Ó pha chÕ chÊt lµm bãng. C¸c lÜnh vùc thuéc da nh− c¸c c«ng nghÖ vµ ph−¬ng ph¸p trau chuèt, c¸c ph−¬ng ph¸p ®o vµ kiÓm tra chÊt l−îng mµng bãng trªn da, ®¸nh gi¸ vai trß chÊt lµm bãng tíi chÊt l−îng da thuéc. Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 4.

Néi dung nghiªn cøu §Ò tµi tËp trung thùc hiÖn c¸c néi dung chÝnh sau: - S−u tÇm vµ nghiªn cøu tµi liÖu c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng dïng cho da thuéc. - Ph©n tÝch vµ lùa chän nguyªn liÖu dïng ®Ó pha chÕ chÊt lµm bãng. - Tæng hîp c¸c phô gia cÇn thiÕt. - Nghiªn cøu x©y dùng c¸c ®¬n phèi liÖu.

- Thö nghiÖm s¶n phÈm trªn da thuéc. - Ph©n tÝch tÝnh chÊt c¬ lý bÒ mÆt da khi dïng mÉu chÊt lµm bãng ®· ®iÒu chÕ. - X¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng tèi −u. “Nghiªn cøu c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng (topcoat) sö dông trong c«ng nghiÖp thuéc da” – PGS.Ng« §¹i Quang M· sè: 175.08/RD/H§-KHCN -3- ViÖn Nghiªn cøu Da - GiÇy - §¸nh gi¸ kÕt qu¶ nghiªn cøu.

Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu Tõ c¸c tµi liÖu sau khi tæng qu¸t ®−îc, §Ò tµi ph¶i biÕt kÕt hîp gi÷a lý thuyÕt víi thùc hµnh, thùc nghiÖm t×m gi¶i ph¸p c«ng nghÖ tèi −u ®Ó ®¹t ®−îc s¶n phÈm chÊt l−îng cao. §Ò tµi sÏ tËp trung nghiªn cøu hai h−íng chÝnh lµ pha chÕ chÊt lµm bãng vµ thö nghiÖm s¶n phÈm trªn da thuéc. §Ò tµi ®· ®−îc c¸c chuyªn gia cña Trung t©m vËt liÖu cña ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam vµ Trung t©m c«ng nghÖ thuéc da, Trung t©m ph©n tÝch ViÖn nghiªn cøu Da giÇy nghiªn cøu thùc hiÖn. “Nghiªn cøu c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng (topcoat) sö dông trong c«ng nghiÖp thuéc da” – PGS.Ng« §¹i Quang M· sè: 175.08/RD/H§-KHCN -4- ViÖn Nghiªn cøu Da - GiÇy PHÇN II.

T×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc 2.1 T×nh h×nh nghiªn cøu ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng ë ngoµi n−íc C¸c h·ng hãa chÊt n−íc ngoµi nh− Bayer, Scabbi, Stahl, Clariant,. lu«n lu«n nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn c¸c thÕ hÖ chÊt lµm bãng míi nh»m lµm t¨ng chÊt l−îng s¶n phÈm vµ gi¶m thiÓu « nhiÔm m«i tr−êng. C¸c hÖ polime nhò t−¬ng hoÆc huyÒn phï th−êng ®−îc dïng ®Ó pha chÕ chÊt lµm bãng lµ Nitroxenlulo, polivinylaxetat, poliuretan,…. Cã lo¹i chÊt lµm bãng tan trong dung m«i h÷u c¬, cã lo¹i chÊt lµm bãng tan trong n−íc, mçi lo¹i nµy khi sö dông sÏ cho mµng bãng chÊt l−îng kh¸c nhau nh− ®é ®µn håi, ®é cøng, ®é bãng, ®é trong, v.

C¸c b−íc ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ nghiªn cøu s¶n xuÊt chÊt lµm bãng tr¶i qua nhiÒu giai ®o¹n thö nghiÖm kh¸c nhau. Giai ®o¹n ®Çu ph¸t triÓn chñ yÕu lµ c¸c lo¹i chÊt lµm bãng dïng dung m«i ®Ó pha chÕ nh− polivinylclorit víi dung m«i cyclohexanon, hçn hîp copolime cña stiren vµ butadien trong hÖ dung m«i vßng th¬m. C¸c chÊt lµm bãng nµy dÔ ®iÒu chÕ nh−ng do ph¶i sö dông dung m«i m¹nh, ®éc h¹i cao nªn ngµy nay h¹n chÕ sö dông. C¸c giai ®o¹n sau nµy ng−êi ta dïng c¸c chÊt t¹o mµng cña hÖ nµy nh− nitroxenlulo, poliuretan, polithionyl, polifutfuron, v.v, th−êng chØ tan trong dung m«i h÷u c¬, nªn ng−êi ta ph¶i dïng c¸c dung m«i nµy ®Ó hßa tan polime thµnh dung dÞch sau ®ã pha lo·ng b»ng c¸c dung m«i kh¸c nh»m h¹ gi¸ thµnh vµ c¶i thiÖn c¸c tÝnh chÊt hãa lý cña hÖ.

Thêi kú sau nµy ng−êi ta ph¸t triÓn thªm c¸c chÊt lµm bãng ®i tõ c¸c polime thiªn nhiªn nh− casein, lßng tr¾ng trøng, c¸c gelatin ®éng vËt, nhùa th«ng, nhùa c©y s¬n, dÇu thùc vËt, v. Trong c¸c polime tù nhiªn nh− casein, lßng tr¾ng trøng, gelatin ®éng vËt dïng ®Ó ®iÒu chÕ c¸c chÊt lµm bãng tan trong n−íc, kh«ng dïng dung m«i nªn ®ì ®éc h¹i h¬n. C¸c lo¹i chÊt lµm bãng nµy cã ®é bÒn kh«ng cao trong m«i tr−êng axit vµ kiÒm, dÔ bÞ oxy hãa, dÔ bÞ mµi mßn, s¶n phÈm cã ®é mê nhÊt ®Þnh. C¸c polime ®i tõ thiªn nhiªn nh− nhùa th«ng, dÇu c©y s¬n, dÇu thùc vËt vÉn ph¶i dïng hãa chÊt ®Ó biÕn tÝnh vµ “Nghiªn cøu c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng (topcoat) sö dông trong c«ng nghiÖp thuéc da” – PGS.Ng« §¹i Quang M· sè: 175.08/RD/H§-KHCN -5- ViÖn Nghiªn cøu Da - GiÇy pha lo·ng hay lµm kh« khi chÕ t¹o chÊt lµm bãng.

C¸c hãa chÊt th−êng sö dông lµ dung dÞch andehyt, isopropanol, cyclohexan, etylaxetat, v. C¸c hãa chÊt nµy rÊt ®éc h¹i, mét sè hiÖn nay vÉn ®−îc dïng ®Ó pha chÕ chÊt lµm bãng. §Ó gi¶m gi¸ thµnh chÊt lµm bãng vµ h¹n chÕ møc ®é « nhiÔm m«i tr−êng, c¸c chÊt lµm bãng hiÖn nay ®−îc ®iÒu chÕ ë d¹ng nhò t−¬ng hoÆc huyÒn phï, hçn hîp nµy lµ d¹ng dung dÞch n−íc chøa chÊt lµm bãng kh«ng tan trong n−íc vµ ®−îc ph©n t¸n nhê chÊt nhò hãa. §Ó ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng hÖ n−íc nµy hiÖn nay cã hai c¸ch, mét ®i tõ hÖ polime trïng hîp nhò t−¬ng hoÆc huyÒn phï s½n trong n−íc; hai lµ ®i tõ dung dÞch polime ®· hßa tan trong dung m«i sau ®ã ph©n t¸n vµo hÖ n−íc.

C¸ch thø nhÊt th«ng dông h¬n v× ng−êi ta dÔ kiÓm so¸t ®−îc ®é dµi m¹ch vµ khèi l−îng ph©n tö nªn dÔ dµng t¹o ®−îc polime thÝch hîp. C¸ch nµy còng h¹n chÕ ®−îc dung m«i. C¸ch nµy thÝch hîp cho dïng t¹i chç hay kho¶ng c¸ch sö dông gÇn, ®ì c«ng chuyªn chë vµ bao gãi. C¸ch thø hai th−êng ¸p dông khi s¶n xuÊt ®Ó dù tr÷, b¶o qu¶n l©u, dÔ vËn chuyÓn ®i xa.

Tuy nhiªn c¸ch nµy cã gi¸ thµnh cao vµ thÝch hîp cho nh÷ng n¬i kh«ng ¸p dông ®−îc c¸ch mét. T×nh h×nh nghiªn cøu ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng trong n−íc C«ng nghiÖp thuéc da ë n−íc ta ®ang trªn ®µ ph¸t triÓn m¹nh mÏ, n¨m 2007 ®¹t s¶n l−îng 80 triÖu sqf da thµnh phÈm. Tuy nhiªn hÇu hÕt hãa chÊt dïng cho thuéc da trong ®ã cã c¸c chÊt lµm bãng ®Òu ph¶i nhËp ngo¹i. Hµng n¨m chóng ta nhËp tíi 250 tÊn chÊt lµm bãng dïng ®Ó trau chuèt da thuéc.

HiÖn n−íc ta ®ang sö dông hai lo¹i hÖ chÊt lµm bãng chÝnh lµ hÖ dung m«i vµ hÖ nhò hãa. HÖ dung m«i hiÖn ®ang dïng nhiÒu trªn c¬ së polime chÝnh lµ polivinylclorit, poliuretan, nitroxenlulo, poliacrylic, polivinylancol, v. C¸c dung m«i chÝnh ®ang dïng ®Ó pha chÕ chÊt lµm bãng lµ cyclohexanon, dietylenclorua, toluen, anilin, etylaxetat, butylaxetat, v. C¸c chÊt lµm bãng dïng dung m«i cã mét sè −u ®iÓm nh− thêi gian kh« nhanh, ®é bãng cao, Ýt mê, ®é mÒm dÎo cao,v.

Tuy nhiªn do l−îng dung m«i dïng kh¸ “Nghiªn cøu c«ng nghÖ ®iÒu chÕ chÊt lµm bãng (topcoat) sö dông trong c«ng nghiÖp thuéc da” – PGS.Ng« §¹i Quang M· sè: 175.08/RD/H§-KHCN -6- ViÖn Nghiªn cøu Da - GiÇy lín chiÕm tíi trªn 70% khèi l−îng thµnh phÇn nªn khi sö dông dÔ g©y « nhiÔm m«i tr−êng, cÇn ph¶i cã thiÕt bÞ hót vµ xö lý h¬i dung m«i thËt tèt. ChÊt lµm bãng hÖ nhò hãa ®−îc thay thÕ dung m«i sö dông trong hÖ trªn b»ng n−íc kÌm víi c¸c chÊt nhò hãa. C¸c chÊt nhò hãa chÝnh gåm cã polivinylancol, gelatin, hå tinh bét biÕn tÝnh, lßng tr¾ng trøng, ., cã t¸c dông lµm gi¶m søc c¨ng bÒ mÆt cña n−íc nªn dÔ dµng ph©n t¸n dung m«i h÷u c¬ vµo dung dÞch n−íc. ChÊt lµm bãng hÖ nhò hãa cã gi¸ thµnh h¹ vµ Ýt g©y « nhiÔm m«i tr−êng.

Tuy nhiªn hÖ nhò hãa thÝch hîp khi sö dông ngay sau pha chÕ, kh«ng nªn b¶o qu¶n l©u qu¸ 6 th¸ng v× ®é bÒn nhò mÊt tÝnh æn ®Þnh.