CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Xơ sợi Polyeste Polyeste là một loại xơ dệt nhân tạo trong đó nguyên liệu tạo xơ là Polyme tổng hợp chứa ít nhất theo khối lượng 85% một este thay thế từ một axit carboxylic nhân thơm, nhưng không hạn chế nhóm terephtalat [1-2]. Công thức hóa học của polyetylen tereptalat (PET) [1-2]: H Polyeste chủ yếu được sản xuất từ polyetylen tereplatat (PET) bằng phương pháp nóng chảy. Dietylengicol tereplatat là nguyên liệu ban đầu để hình thành polyetylen tereplatat.
Quá trình ngưng tụ chất này được thực hiện trong môi trường chân không ở nhiệt độ cao (270-280 0C) và có chất xúc tác. Theo yêu cầu, có thể đưa chất làm mờ, hoặc thuốc nhuộm vào trong chất chảy lỏng, phản ứng trùng ngưng như sau [1-2]: HO(CH 2)2 -OOC- -OOC-(CH2)2OH Dietylengicol têreptalat .+HO(CH 2)2OH Polietylen têreptalat Hình 1.2: Phản ứng trùng ngưng hình thành polyeste Phản ứng tách ra etylen glycol, cần phải lọc sạch chất đó để nhận được Polyetylen tereptalat có khối lượng phân tử cần thiết [1-2].3: Sơ đồ quá trình sản xuất xơ PES philamăng và xơ PES xtapen [1] Polime nhận được tạo thành dải băng rồi cắt thành hạt có kích thước khoảng 10mm và sấy khô. Định hình sợi: những hạt polime đã chuẩn bị được đưa vào nhà máy kéo sợi, làm nóng chảy ở 285oC, chất chảy lỏng được ép qua ống định hình sợi có các lỗ có đường kính 0. Tốc độ định hình sợi tùy theo từng loại thực hiện khác nhau.
Sau khi định hình sợi được cuộn vào ống hình trụ. Tiếp tục, sợi được kéo dãn, sợi được định hình nhiệt ở to 120-125oC khoảng 30 - 40 phút trong môi trường không khí. Các tính chất của vải polyeste Khối lượng riêng: Trung bình ≈ 1.38 g/cm 3 , nhẹ hơn xenlulo [2]. * Tính chất cơ học: PET có độ bền cơ học tương đối cao.
Khả năng hút ẩm thấp, ở điều kiện không khí bình thường khả năng hút ẩm không quá 0,5% [2]. Độ co giãn, đàn hồi rất lớn 10-25%, vì vải dệt từ xơ, sợi polyeste rất bền chắc chống co và chống nhàu tốt [2]. Độ bền kéo : Philamăng: 4900-5900 kg/cm2 Xơ xtapen: 4900-5900 kg/cm2 [2] * Tính chất hóa học: PET bền dưới tác dụng của axit và dung môi hữu cơ. PET chịu được kiềm trong các công đoạn nhuộm và kiềm bóng, nó có thể bị bào mòn từ từ trong môi trường kiềm.
4 PET khó trương nở trong nước nên khó nhuộm màu, chỉ nhuộm được ở nhiệt độ cao [1]. * Tính chất vật lý: Do độ ẩm thấp (0,4%) [1-2] nên xơ sợi polyeste dễ tích điện gây xù lông, khó kéo sợi, dệt vải, sản phẩm dễ bắt bụi. Xơ chịu nhiệt tốt, cao hơn bông, tơ tằm, xenlulo. Nóng chảy ở nhiệt độ tonc = 260oC [1-2].
Trong không khí nóng ở 100 oC, độ co của Philamăng: PET co 3%, ở 150oC co 10% [1-2]. Trong nước sôi 100 oC, độ co của Philamăng: PET lớn hơn 6% [1- 2]. Xơ xtapen trong nước sôi co 1%, trong không khí khô ở 120-150 oC co lớn hơn 2% [1-2]. Xơ chịu ánh sáng tốt, không ngả màu vàng và độ bền giảm rất ít khi bị chiếu sáng.
Khi cháy nhỏ thành giọt, tro cứng bóp không vỡ và PET không bị vi sinh vật phá hủy. Nhận xét: Nhìn chung, với các tính chất trên, nếu với mục đích sử dụng làm quần áo thì vải làm từ polyester có một số ưu điểm và nhược điểm sau đây: * Ưu điểm: - Vải từ xơ PET thường cứng và có độ bền cơ lý cao, có khả năng kháng nhàu, giữ nếp tốt. - Bền với nhiệt độ và ánh sáng. - PET ít bị lão hóa, bền với vi khuẩn và nấm mốc.
- Tương đối bền với axit và dung dịch kiềm loãng - PET tương đối bền với chất oxi hóa và chất khử nhưng khi tẩy bằng chất oxi hóa thông thường độ trắng không tăng. * Nhược điểm: - Dẫn nhiệt kém. - Khả năng hút ẩm kém nên sản phẩm dệt từ PES kém thoáng khí, hút mồ hôi kém nên tính vệ sinh thấp. - Vải dễ tích điện nên dễ gây cảm giác khó chịu cho người mặc trong mùa đông.
- Khó trương nở trong nước. - Phế thải của PET khó phân hủy. Nhuộm màu cho vải Polyeste Khả năng lên màu kém do độ kết tinh phân tử cao và trong thành phần hóa học thiếu các nhóm có khả năng phản ứng với thuốc nhuộm. Do đó, người ta thường 5 nhuộm polyester ở nhiệt độ cao và áp suất cao bằng thuốc nhuộm phân tán siêu mịn [2-3].
Nhận xét về khả năng nhuộm màu của vải polysete: PES khó trương nở trong H2 O nên khó nhuộm màu nếu nhuộm chỉ nhuộm được ở áp suất cao và nhiệt độ cao. Do đó, các nhà khoa tiến hành các nghiên cứu nhằm tăng khả năng nhuộm màu cho vải polyeste. Plasma và ứng dụng plasma trong nhuộm màu cho vải polyeste 1.4: Hình ảnh plasma Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất, bao gồm các electron, các ion, các gốc tự do, tia bức xạ UV, các hạt trung tính, các nguyên tử hay phân tử hay phân tử khí trung tính và cũng có thể chứa các nguyên tử hay phân tử khí ở trạng thái kích thích. Có đến trên 99% vật chất được thấy trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma [1, 4].
Nếu sự ion hóa được xảy ra do nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài, như từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là plasma nguội. Ví dụ như đối với hiện tượng phóng điện trong chất khí, các electron bắn từ catod ra làm ion hóa một số phân tử trung hòa. Các electron mới bị tách ra chuyển động nhanh trong điện trường và tiếp tục làm ion hóa các phân tử khác. Do hiện tượng ion hóa mang tính dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma [1, 4].
Nếu sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng. Khi nhiệt độ tăng dần các electron bị tách ra khỏi nguyên tử, và nếu nhiệt độ khá lớn các nguyên tử bị ion hóa. Ở nhiệt 6 độ rất cao, các nguyên tử bị ion hóa tột độ, chỉ còn các hạt nhân và các electron đẫ tách rời khỏi các hạt nhân [1, 4]. Ứng dụng của plasma Plasma có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, có tầm quan trọng sống còn đối với một số ngành sản xuất công nghiệp lớn trên thế giới [4].
Với đặc trưng phá hủy do nhiệt cao, các loại plasma nhiệt được ứng dụng để xử lý đốt rác thải công nghiệp, các chất thải rắn, chất thải độc hại, chất thải y tế, chất thải sinh học nguy hiểm và chất thải hạt nhân. Nhưng đối với một số ứng dụng công nghệ đặc trưng, nhiệt độ cao của các plasma nhiệt không mang lại hiệu quả mong muốn [4]. Với plasma lạnh, sử dụng năng lượng điện tạo ra các điện tử năng lượng trong khi các hạt ion và các thành phần trung tính trong plasma vẫn ở nhiệt độ phòng hoặc gần nhiệt độ phòng. Bởi vì nhiệt độ các ion và các thành phần trung tính vẫn còn tương đối thấp, đặc tính này cung cấp khả năng sử dụng plasma nhiệt độ thấp xử lý vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ bao gồm vật liệu polyme và các mô sinh học.
Các đặc trưng của plasma lạnh bao gồm nhiệt độ khí thấp, sự hiện diện của các thành phần phản ứng hóa học và có tính chọc lọc cao, điều này cho phép sử dụng các nguồn plasma lạnh trong một loạt các ứng dụng. Ứng dụng quan trọng nhất trong số các ngành công nghiệp là ngành điện tử, trong đó các công nghệ plasma không thể thiếu để sản xuất quy mô lớn các ngành điện tử [4]. Ngành công nghiệp dệt may đang tìm kiếm các kỹ thuật sản xuất tiên tiến để nâng cao chất lượng sản phẩm, cũng như xã hội đòi hỏi phải có các kỹ thuật hoàn thiện mới không gây ô nhiễm môi trường. Xử lý bề mặt Plasma có lợi thế riêng biệt vì plasma có thể cải thiện các tính chất bề mặt của vật liệu trơ mà không ảnh hưởng tới các tính chất tổng quan và đặc biệt là đáp ứng được yêu cầu thân thiện với môi trường [1].
Ứng dụng của plasma trong xử lý vật liệu dệt may 1. Sự tương tác của plasma và bề mặt vật liệu Công nghệ plasma là một phương pháp xử lý bề mặt cho phép biến đổi có chọn lọc trong phạm vi nanomet. Khi plasma tương tác với bề mặt vật liệu dệt các gốc tự do và các điện tử va chạm với các bề mặt vật liệu tiếp xúc, làm vỡ liên kết hóa trị và tạo ra gốc tự do. Các bề mặt vật liệu dệt bị kích hoạt sau đó dễ dàng kết hợp với các thành phần của khí bị kích thích và cung cấp các nhóm phản ứng hóa học 7 được liên kết hóa trị với bề mặt vật liệu dệt.
Bằng cách lựa chọn các khí, hơi, hoặc sự kết hợp của các loạt khí sẽ có được biến đổi hóa học bề mặt mong muốn [4]. Hơn nữa, quá trình plasma có thể được thực hiện theo các phương thức khác nhau. Vật liệu dệt có thể được xử lý trực tiếp trong vùng plasma hoặc có thể được địnhvị bên ngoài plasma (quá trình từ xa). Vật liệu dệt có thể được xử lý trước bằng plasma sau đó mới ghép polyme bằng ngấm ép, phun hoặc phù.
Hoặc vật liệu dệt có thể được xủa lý trước bằng dung dịch polyme, sau đó sẽ được cố định hoặc polyme hóa bởi một xử lý plasma tiếp theo [4].5: Mô hình nguyên tắc xử lý vật liệu dệt bằng Plasma [4] Hình 1.5 thể hiện vật liệu dệt tiếp xúc với plasma theo 2 cách: a) vật liệu được đưa vào vùng plasma giữa 2 cặp điện cực, plasma tương tác ở cả 2 bề mặt vật liệu; và b) vật liệu ở bên ngoài vùng plasma, plasma chỉ tương tác với một bề mặt của vật liệu là bề mặt trên được tiếp xúc với plasma, còn bề mặt dưới không tiếp xúc với plasma thì không bị ảnh hưởng. Tất cả các thành phần có trong plasma sẽ tương tác và gây hiệu ứng với bất kỳ bề mặt nào tiếp xúc với plasma phù hợp. Hai hiệu ứng của plasma tương tác với lớp bề mặt vật dệt là: plasma lắng đọng và plasma không lắng đọng. Với plasma lắng đọng, các nhóm chức sẽ bị polyme hóa ngay tại vị trí được phủ lên bề mặt.