CHƯƠNG 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nước Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất (các trạng thái khác là rắn, lỏng và khí). Ở trạng thái Plasma, các electron chuyển động tương đối tự do giữa các nhân của nguyên tử. Để đạt được trạng thái này, các electron được cung cấp một năng lượng lớn dưới dạng nhiệt (mặt trời, các ngôi sao) – Plasma nóng hoặc trong các môi trường khác như bức xạ điện từ, môi trường điện trường lớn nhằm ion hóa các phân tử - Plasma nguội (Plasma ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ từ 30-70°C) [1].
Ở trạng thái Plasma các electrons, ions và các hạt kích thích mang một năng lượng lớn dưới dạng động năng. Khi hướng các hạt mang năng lượng trên lên một bề mặt thì các hạt electrons, ions, hạt kích thích sẽ bắn phá lên bề mặt, làm sạch bề mặt, tẩy khuẩn, bẽ gãy các liên kết trên bề mặt, đồng thời lại tạo ra các liên kết mới. Với những tính chất trên công nghệ Plasma được ứng dụng nhằm làm sạch bề mặt, làm tăng năng lượng bề mặt, tẩy khuẩn, phủ nano [1, 2]. Ứng dụng công nghệ Plasma ở áp suất thấp để phủ nano lên bề mặt đã được nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất công nghiệp.
Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp này là điều kiện tiến hành phải ở áp suất thấp, dẫn đến chi phí thiết bị, vận hành rất đắt và quy mô sản xuất cũng bị hạn chế. Hiện nay tại một số nước phát triển đã ứng dụng thành công công nghệ Plasma ở áp suất thường vào việc phủ nano, ví dụ như Công ty Fraunhofe ở Đức đã chế tạo thành công thiết bị Plasma Jet phủ nano ở điều kiện áp suất thường, Enercon Industries Corporation ở Mỹ, Courstesy of Dow Corning Plasma Solution ở Anh v.v… Qua tham khảo tài liệu và thực tế trong nước, tác giả chưa thấy có nghiên cứu nào ứng dụng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường vào việc phủ nano bề mặt. Trong phần nghiên cứu này tác giả đưa ra một mô hình xử lý và phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường. Tính cấp thiết của đề tài Để tạo tính chất siêu chống thấm (góc tiếp xúc θc ≥1500), vải thường được chế tạo- xử lý như sau: thứ nhất, vải được dệt bằng các sợi có tính chất siêu chống thấm có nguồn gốc chủ yếu từ polymer; hoặc theo cách thứ hai, vải được phun phủ các vật liệu siêu chống thấm có kích thước cỡ nano từ vật liệu SiO2, ZnO, TiO2 v.v… và làm cho các sợi vải liên kết với các hạt nano này để tạo cho vải tính chất như hiệu ứng lá sen.
Vải được 3 Luan van tạo theo cách thứ nhất có giá trị sử dụng không cao, lý do chính là vì được chế tạo từ vật liệu polymer nên vải thô-cứng, màu sắc bóng loáng, khi mặc có cảm giác nóng, không thoải mái. Theo cách thứ hai vải được ngâm trong hỗn hợp gồm các dung dịch nano+dung môi trong thời gian dài, sau đó được xử lý nhiệt. Theo phương pháp này, chi phí sản xuất rất cao do việc xử lý trong thời gian dài tốn nhiều năng lượng, quy trình vận hành cồng kềnh. Với khả năng chống thấm, vải chống thấm còn có khả năng tự làm sạch, hạn chế- ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật gây mùi hôi trên vải, gây ảnh hưởng đến sức khỏe.
Vải chống thấm không chỉ được ứng dụng vào lĩnh vực thời trang-may mặc, các vật dụng trong gia đình (thảm chống thấm, divang bọc vải chống thấm, màn che cửa chống thấm…), mà cả trong lĩnh vực y tế (pra giường bệnh nhận, quần áo bệnh nhân, quần áo bác sỹ dung để phẫu thuật…). Trước những vấn đề như trên, việc nghiên cứu và thiết kế thiết bị và quy trình phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp, áp suất thường trở thành một đề tài mang tính ứng dụng thực tiễn cao. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đề tài được thực hiện theo các mục tiêu sau: - Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp trong môi trường áp suất thường với kích thước nhỏ để tiến hành thử nghiệm; - Tìm ra các thông số tối ưu của vận hành mô hình; - Tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phủ nano trên vải. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - Môi trường tạo Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường; - Khả năng tạo liên kết giữa sợi vải và nano silane. Phạm vi nghiên cứu: - Đề tài sẽ khảo sát khả năng phủ nano trên vải cotton, polyester, vải tổng hợp với dung dịch nano-silane. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, phân tích lý thuyết; - Phân tích thực nghiệm. 4 Luan van Chương 2.
Nghiên cứu về một số loại vải thông dụng Vải sợi là những cấu trúc dạng phẳng, được tạo thành từ các loại tơ sợi được đan lại với nhau theo những kiểu cách cho trước. Những sợi này có dạng sợi dài, xoắn vào nhau tạo thành phần tử cơ bản nhất của vải sợi. Mỗi loại sợi này được cấu thành từ hàng triệu chuỗi phân tử hoá học đơn lẻ. Hiện nay, quy trình sản xuất các loại vải ở các doanh nghiệp hoặc các công ty lớn chủ yếu được thực hiện theo các bước như sau: Hình 1 - Sơ đồ các bước sản xuất dệt, nhuộm, may cho đến khi thành phẩm [9] 5 Luan van Sợi vải được chuyển qua công đoạn mắc sợi.
Sau đó chuyển sang hồ rồi mới đưa qua hệ thống máy dệt để thực hiện công đoạn dệt. Công đoạn cuối cùng trước khi sản phẩm dệt được xuất xưởng là công đoạn kiểm phẩm. Tại đây, hệ thống vải dệt được kiểm tra kỹ trước khi cho xuất kho để tránh những lỗi sản phẩm. Vải cotton – vải sợi bông Vải cotton được làm từ sợi của cây bông vải, có cấu trúc phân tử như hình 2.
Vải cotton có khả năng thấm nước đến 65% so với trọng lượng; có đến 86.8% có cấu trúc hóa học từ cenllulose, có khuynh hướng dính bẩn và dính dầu mỡ, dù vậy có thể giặt sạch được. Sợi bông thân thiện với da người (không làm ngứa) và không tạo ra các nguy cơ dị ứng việc khiến cho sợi bông trở thành nguyên liệu quan trọng trong ngành dệt may. Hình 2 – Cấu trúc phân tử của vải cotton (vải sợi bông) 2. Vải từ sợi polyester Polyester là một loại sợi tổng hợp với thành phần cấu tạo đặc trưng là ethylene (nguồn gốc từ dầu mỏ).
Quá trình hóa học tạo ra các polyester hoàn chỉnh được gọi là quá trình trùng hợp. Có bốn dạng sợi polyester cơ bản là sợi filament, xơ, sợi thô, và fiberfill. Vải được chế tạo từ sợi polyester có tính chất chống thấm, không hút ẩm. Nhờ những đặc tính này làm cho vải polyester vật liệu cho những ứng dụng chống nước, chống bụi.
Lụa – tơ tằm Đặc điểm chủ yếu của tơ là chiều dài tơ đơn và độ mảnh tơ. Sợi tơ có thể hút ẩm, bị ảnh hưởng bởi nước nóng, axit, bazơ, muối kim loại, chất nhuộm màu. Mặt cắt ngang sợi tơ có hình dạng tam giác với các góc tròn. Vì có hình dạng tam giác nên ánh sáng có thể rọi vào ở nhiều góc độ khác nhau, sợi tơ có vẻ óng ánh tự nhiên.
Quần áo bằng lụa rất thích hợp với thời tiết nóng và hoạt động nhiều vì lụa dễ thấm mồ hôi. Quần áo lụa cũng thích hợp cho thời tiết lạnh vì lụa dẫn nhiệt kém làm cho người mặc ấm hơn. Vải tổng hợp Vải được tổng hợp từ sợi cotton và polyester. Vì được tổng hợp từ cotton và polyester nên vải có được tính chất của sợi cotton và sợi polyester như dễ thấm hút, thoáng mát do chứa sợi cotton, mặt vải phẳng, dễ dàng giặt ủi.
Giá thành rẽ hơn các loại vải cotton. Bảng 1 – Đặc tính cơ bản các loại vải sợi Đặc tính Cotton Nylon Polyester Mượt và sáng, vì Bề mặt mượt vì thế Là dạng sợi thô nên thế ngăn chặn được không hấp thu chất Hình thức dễ dàng bị bám bẩn sự bám bẩnvà dễ bẩn và có thể giặt giặt sạch dễ dàng Không dễ hút ẩm. Cotton hút ẩm dễ Hút ẩm ít nhất so Nó cũng ấm khi Mức độ hút ẩm dàng và cũng nhanh với các loại sợi mặc và không thấm khô. mồ hôi Là vật dẫn tốt giúp nhiệt tỏa ra ngoài Dẫn nhiệt Dẫn nhiệt kém.
Dẫn nhiệt kém. cơ thể và giữ cơ thể mát mẻ. Bền nhất trong tất Bền hơn khi ướt. cả các loại sợi.
Là loại sợi cực bền Có thể chà mạnh Độ bền của sợi Chịu được chà xát mặc dù không bền mà không bị hỏng tốt, không giảm sức bằng nylon. trong khi giặt bền bị bịướt. Có thể không cần Nếp nhăn và nếp Cần là lại một chút phải là sau khi giặt gấp. Sau khi giặt, sau khi giặt để Độ đàn hồi vì loại sợi polyester những vết nhăn cần tránh nếp nhăn hay bị nhăn hay bị nếp được là phẳng.
nếp gấp gấp rất ít. Được dùng cho các Trang phục mùa hè, mặt hàng dệt kim Nguyên liệu may Mục đích sử trang phục thể thao, như tất, quần áo, quần áo cho cả nam dụng chăn, khăn ăn, khăn thích hợp làm lớp và nữ. lót cho áo khoác nặng. Sơ lược về nano Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên nanomet (1nm = 10-9 m).
Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài. Phân loại theo hình dáng vật liệu: - Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano. - Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano. - Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng.
- Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano: - Vật liệu nano kim loại. - Vật liệu nano bán dẫn.