Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu kỹ thuật chế tạo ngón tay giả thẩm mỹ từ latex

Khám phá đồ án HCMUTE nghiên cứu kỹ thuật chế tạo ngón tay giả thẩm mỹ từ latex cao su thiên nhiên, ứng dụng trong y tế và thẩm mỹ.

• Tác giả: Huỳnh Như
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Hưng Thủy
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Kỹ Thuật Chế Tạo Ngón Tay Giả Thẩm Mỹ Từ Latex Cao Su Thiên Nhiên
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: ĐỐI TƯỢNG VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG NGÓN TAY GIẢ THẨM MỸ
• 1.1. Đối tượng và nhu cầu sử dụng ngón tay giả thẩm mỹ
• 1.2. Tình hình nghiên cứu ngón tay giả thẩm mỹ
• 1.3. Tình hình sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ thương mại

Tóm tắt

I. Đối tượng và nhu cầu sử dụng ngón tay giả thẩm mỹ

Ngón tay giả thẩm mỹ là sản phẩm hỗ trợ cho những người khuyết tật, giúp họ phục hồi chức năng và cải thiện chất lượng cuộc sống. Theo số liệu của Liên Hợp Quốc, khoảng 1 tỷ người khuyết tật trên toàn thế giới, trong đó Việt Nam có khoảng 10% dân số là người khuyết tật. Nhu cầu sử dụng ngón tay giả thẩm mỹ tại Việt Nam ngày càng tăng, đặc biệt là trong bối cảnh nhiều người lao động gặp tai nạn lao động. Ngón tay giả không chỉ giúp người khuyết tật thực hiện các hoạt động hàng ngày mà còn mang lại sự tự tin và cảm giác bình thường trong xã hội. Sản phẩm này thường được làm từ silicone, nhưng giá thành cao khiến nhiều người không thể tiếp cận. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển ngón tay giả từ latex cao su thiên nhiên là cần thiết để đáp ứng nhu cầu này.

II. Tình hình nghiên cứu ngón tay giả thẩm mỹ

Nghiên cứu về ngón tay giả thẩm mỹ đã được thực hiện ở nhiều quốc gia, với các sản phẩm ngày càng tinh xảo. Các nghiên cứu cho thấy ngón tay giả có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, trong đó silicone và latex là phổ biến nhất. Năm 2002, trường đại học Yokohama đã phát hiện ra ngón tay giả từ gummy có khả năng chép dấu vân tay. Năm 2011, một phương pháp mới đã được công bố tại Singapore, cho phép tạo ra ngón tay giả thông qua sự tương tác trực tuyến giữa người bệnh và nhà thiết kế. Tuy nhiên, tại Việt Nam, chưa có nhiều nghiên cứu về ngón tay giả thẩm mỹ từ latex cao su thiên nhiên. Việc phát triển sản phẩm này không chỉ giúp người khuyết tật có thêm lựa chọn mà còn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp thẩm mỹ tại Việt Nam.

III. Tổng quan về cao su và latex cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là nguyên liệu quý giá, có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp. Latex cao su thiên nhiên được chiết xuất từ cây cao su, có tính đàn hồi và độ bền cao. Tại Việt Nam, cao su thiên nhiên được trồng rộng rãi và có giá thành thấp hơn so với silicone. Việc sử dụng latex không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn thân thiện với môi trường. Sự đông đặc của latex là một quá trình quan trọng trong sản xuất ngón tay giả, ảnh hưởng đến độ bền và tính thẩm mỹ của sản phẩm. Nghiên cứu về latex cao su thiên nhiên sẽ mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp sản xuất ngón tay giả thẩm mỹ tại Việt Nam.

IV. Hóa chất dùng để phối trộn với latex cao su thiên nhiên

Để sản xuất ngón tay giả từ latex cao su thiên nhiên, cần phối trộn với nhiều loại hóa chất khác nhau. Các hóa chất này bao gồm chất làm đặc, chất phá bọt, và chất phòng lão. Mỗi loại hóa chất đều có vai trò riêng trong quá trình sản xuất, giúp cải thiện tính chất cơ lý của sản phẩm. Chất làm đặc giúp tăng độ nhớt của hỗn hợp, trong khi chất phá bọt giúp loại bỏ bọt khí không mong muốn. Việc lựa chọn và phối trộn hóa chất phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt yêu cầu về độ bền và tính thẩm mỹ. Nghiên cứu này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn tạo ra sản phẩm ngón tay giả có chất lượng cao hơn.

V. Kết quả và bàn luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy ngón tay giả thẩm mỹ từ latex cao su thiên nhiên có độ bền cao hơn so với sản phẩm từ silicone. Các thử nghiệm về độ bền kéo, độ bền màu và độ lão hóa cho thấy sản phẩm có khả năng chịu đựng tốt trong điều kiện sử dụng thực tế. Sản phẩm không chỉ đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ mà còn đảm bảo tính năng sử dụng cho người khuyết tật. Việc phát triển ngón tay giả từ latex không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người khuyết tật tại Việt Nam. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ vào sản xuất sản phẩm thẩm mỹ, đồng thời mở ra cơ hội cho ngành công nghiệp cao su trong nước.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khuyết tật chi thể do bẩm sinh, bệnh tật hoặc tai nạn lao động làm suy giảm nghiêm trọng khả năng sinh hoạt và tác động tiêu cực đến tâm lý của người bệnh. Theo số liệu năm 2015 của Liên Hợp Quốc được trích dẫn trong công trình, thế giới có khoảng 1 tỷ người khuyết tật trên tổng dân số 7,3 tỷ người (chiếm tỷ lệ 7,3%). Tại Việt Nam, tỷ lệ người khuyết tật chiếm khoảng 10% dân số, tương đương 8,6 triệu người, trong đó có khoảng 2 triệu trẻ em. Đáng chú ý, số lượng trẻ khuyết tật nhận được trợ giúp phục hồi chức năng còn rất thấp, chỉ khoảng 1/5 số trẻ được tiếp cận với các dụng cụ chỉnh hình hoặc tay chân giả. Nguyên nhân xuất phát từ hậu quả chiến tranh (bom mìn, chất độc hóa học tồn dư), tai nạn giao thông, tai nạn lao động và ô nhiễm môi trường gia tăng trong quá trình công nghiệp hóa.

Để hỗ trợ người bệnh, ngành chỉnh hình cung cấp hai nhóm sản phẩm chính: tay chân giả chức năng và tay chân giả thẩm mỹ. Ngón tay giả thẩm mỹ có vai trò trùm lên mỏm cụt, bảo vệ các đầu mút thần kinh nhạy cảm khỏi va chạm đau đớn, cân bằng lực cơ thể và phục hồi diện mạo thẩm mỹ giúp người bệnh tái hòa nhập xã hội. Tuy nhiên, các sản phẩm ngón tay giả thương mại trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay chủ yếu được chế tạo từ cao su silicone (siloxane elastomer). Vật liệu silicone nhập khẩu có giá thành rất cao; đơn cử tại Nhật Bản, giá một ngón tay giả hoàn chỉnh vào năm 2016 lên tới 180.490 USD. Tại Việt Nam, Xưởng dụng cụ chỉnh hình thuộc Bệnh viện Phục hồi chức năng – Điều trị bệnh nghề nghiệp TP. Hồ Chí Minh đã nghiên cứu chế tạo ngón tay giả từ silicone nội địa từ năm 2005, song quy trình quét thủ công từng lớp mỏng đòi hỏi thời gian khô kéo dài trọn một ngày cho mỗi lớp, khiến chi phí sản xuất vẫn vượt quá khả năng chi trả của đại đa số người lao động thu nhập thấp.

Trong khi đó, Việt Nam có diện tích trồng cao su gần 1 triệu ha và là quốc gia đứng thứ 3 thế giới về xuất khẩu cao su thiên nhiên (chiếm khoảng 12% thị phần toàn cầu). Latex cao su thiên nhiên (NR) phân tán trong hệ dung môi nước ($H_2O$), có chỉ số phát thải hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) thấp hơn đáng kể so với hệ cao su silicone gốc dầu, thân thiện với môi trường theo định hướng hóa học xanh. Ngoài ra, màu vàng ngà tự nhiên của cao su thiên nhiên rất thuận lợi cho việc phối màu mô phỏng sắc tố da người châu Á. Tính đến thời điểm năm 2019, chưa có công trình khoa học hay sản phẩm thương mại nào trong và ngoài nước công bố việc chế tạo ngón tay giả thẩm mỹ từ latex cao su thiên nhiên. Đề tài được thực hiện nhằm giải quyết các nhiệm vụ và xác định phạm vi nghiên cứu cụ thể sau:

1. Nhiệm vụ nghiên cứu:
   • Nghiên cứu kỹ thuật chế tạo ngón tay giả thẩm mỹ từ latex cao su thiên nhiên sẵn có tại Việt Nam nhằm giảm giá thành sản phẩm.
   • Khảo sát nguyên liệu đầu vào và lựa chọn vật liệu làm khuôn thích hợp cho việc sao chép đường chỉ tay, vân tay và góc thoát khuôn hẹp.
   • Tối ưu hóa đơn phối liệu (chất lưu hóa, chất xúc tiến, chất trợ xúc tiến, chất phòng lão, chất làm đặc và chất phá bọt) cùng phương pháp đổ khuôn hai lớp.
   • Khảo sát tỷ lệ phối màu mô phỏng màu da thực tế, kiểm tra độ bền màu dưới tác động bức xạ UV và kiểm tra độ bền cơ tính trước và sau khi lưu trữ nhiệt.
2. Đối tượng nghiên cứu: Sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ chế tạo từ nguồn nguyên liệu latex cao su thiên nhiên.
3. Phạm vi nghiên cứu: Phương pháp gia công đổ khuôn; công thức phối liệu và tỷ lệ màu phù hợp với phụ nữ Việt Nam có màu da sáng, dáng ngón tay nhỏ thon dài; khảo sát các chỉ tiêu cơ lý (độ bền kéo) và độ bền màu sắc khi sử dụng.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và hệ hóa chất phối trộn

Latex cao su thiên nhiên thu hoạch từ cây cao su Hevea Brasiliensis (họ Euphorbiaceae) là hệ nhũ tương của các hạt polyisoprene (cấu trúc đồng phân 100% dạng cis-1,4-polyisoprene, công thức phân tử $[C_5H_8]_n$, khối lượng phân tử từ $10^5$ đến $10^7$) lơ lửng trong môi trường phân tán lỏng (serum). Theo số liệu lý thuyết trong văn bản, thành phần latex bao gồm: cao su khô chiếm 28–40%, nước 55–65%, protein 2,0–2,7%, đường 1,0–2,0%, khoáng chất 0,5%, lipid 0,2–0,5%; mật độ hạt cao su từ 0,932–0,952 g/$cm^3$ và mật độ serum từ 1,031–1,035 g/$cm^3$.

Quá trình lưu hóa cao su là phản ứng chuyển hóa mạch đại phân tử từ trạng thái thẳng sang cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều nhờ các cầu nối lưu huỳnh ngang disunfit hoặc polysunfit khi gia nhiệt, giúp vật liệu chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái đàn hồi cao. Đơn phối liệu chế tạo sản phẩm sử dụng các hóa chất chức năng chuyển thành dạng huyền phù:

• Chất lưu hóa: Lưu huỳnh (S), tỷ trọng $d = 2,07$, hàm lượng sử dụng từ 0,5% đến 3% tính theo khối lượng cao su khô, được gia công phân tán mịn bằng máy nghiền bi.
• Chất gia tốc lưu hóa (chất xúc tiến): Diethyl dithiocarbamate kẽm (EZ), bột màu trắng, điểm nóng chảy 171–178°C, xúc tiến nhanh quá trình khâu mạch ở dải nhiệt độ 90–100°C đến 160°C với tỷ lệ khoảng 0,5%.
• Chất trợ xúc tiến:
  • Oxide kẽm (ZnO): Bột vô cơ màu trắng, tỷ trọng $d = 5,6$, hàm lượng 1–3%, có tác dụng tạo xà phòng kẽm với acid béo, tăng cường lực cho mạng cao su, dẫn nhiệt, hỗ trợ gel hóa và tạo màu trắng nền.
  • Acid stearic ($CH_3(CH_2)_{16}COOH$): Dạng tinh thể màu trắng, nhiệt độ sôi 291°C, hàm lượng 1–4%, có vai trò hoạt hóa ZnO, làm mềm dẻo, giảm độ dính của cao su sống và hỗ trợ kháng lão hóa vật lý.
• Chất phòng lão: Butylated Hydroxy Toluene (BHT), chất chống oxy hóa phenolic ngăn ngừa sự phá hủy cấu trúc cao su bằng cơ chế bắt các gốc tự do peroxy ($RO_2^\bullet$).
• Chất phân tán: Tamol NN 8906 (muối natri của sản phẩm ngưng tụ axit naphthalenesulfonic, công thức $C_{11}H_9NaO_4S$), giúp ổn định trạng thái phân tán của các chất không tan trong môi trường nước.
• Chất làm đặc: Natrosol 250 (hydroxyethylcellulose - HEC), trương nở mạnh trong môi trường kiềm (pH cao của latex), làm tăng độ nhớt của hệ lỏng, hạn chế sa lắng huyền phù và giúp màng cao su bám đều lên thành khuôn ngón tay nhỏ hẹp.
• Chất phá bọt: Defoamer dạng nhũ tương (emulsion) chuyên dụng cho latex, triệt tiêu bọt ướt sinh ra trong quá trình khuấy trộn cơ học.

Về lý thuyết màu sắc, nghiên cứu phân tích tông da người dựa trên hai yếu tố: Skintone (sắc độ bề mặt ngoài gồm 6 nhóm: Pale, White, Tanned, Brown, Dark Brown, Black) và Undertone (sắc tố dưới da không đổi gồm Warm, Cool, Neutral). Da người Việt Nam chủ yếu thuộc tông Neutral hoặc Warm undertone. Hệ thống bột màu vô cơ (như $TiO_2$, oxit sắt) và màu hữu cơ tổng hợp được lựa chọn trên cơ sở chịu được nhiệt độ lưu hóa 100–200°C, không hòa tan trong dung môi và không làm cản trở phản ứng lưu hóa.

Phương pháp phân tích và tiêu chuẩn kỹ thuật

• Đo tổng hàm lượng chất rắn (TSC): Thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 6315:2015 (ISO 124:2014) bằng phương pháp sấy mẫu latex ở nhiệt độ 105 ± 5°C trong tủ sấy đáy phẳng đến khối lượng không đổi (sai số giữa hai lần cân liên tiếp dưới 0,5 mg).
• Đo độ nhớt: Xác định bằng nhớt kế Brookfield đối với các tỷ lệ pha chế chất làm đặc Natrosol 250.
• Đo độ bền kéo cơ học: Đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM D882 trên máy đo lực kéo chuyên dụng, xác định độ bền kéo đứt và ứng suất chảy (Stress Yield, tính bằng $N/mm^2$).
• Đánh giá lão hóa lưu trữ nhiệt: Thử nghiệm theo tiêu chuẩn JIS K 5400 bằng phương pháp ủ mẫu thử trong tủ sấy ở nhiệt độ 60°C liên tục trong 7 ngày.
• Đo độ bền màu và gia tốc thời tiết: Sử dụng buồng thử nghiệm lão hóa gia tốc Q-UV (Model QUV-XHS340) với đèn huỳnh quang phát bước sóng cực tím ngắn kết hợp chu trình ngưng tụ ẩm nhân tạo. Sự thay đổi màu sắc được định lượng qua máy quang phổ so màu X-rite Ci7500 theo không gian màu CIELab ($L^, a^, b^$). Giá trị sai biệt màu $\Delta E^{ab}$ được tính toán theo công thức: $$\Delta E^*{ab} = \sqrt{(\Delta L^)^2 + (\Delta a^)^2 + (\Delta b^)^2}$$ Trong đó: $\Delta L^$ là độ chênh lệch sáng/tối; $\Delta a^$ là trục đỏ/lục; $\Delta b^$ là trục vàng/lam. Sai lệch $\Delta E^* > 1$ tương ứng ngưỡng mắt thường có thể phân biệt được.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết cơ sở lý luận và tình hình thực tiễn liên quan đến đề tài. Tác giả trình bày thống kê về tỷ lệ người khuyết tật tại Việt Nam và phân tích các dạng phục hồi chức năng chi thể. Điểm qua các công trình nghiên cứu trên thế giới, tác giả trích dẫn việc Đại học Yokohama (Nhật Bản, 2002) phát hiện ngón tay giả từ vật liệu keo dẻo (gummy) sao chép rõ dấu vân tay qua mắt đọc cảm biến; nghiên cứu của Pietro Coli và Fabio Roli (2008) về dấu vân tay giả từ gelatine và silicone; công trình của John-John Cabibihan (Singapore, 2011) ứng dụng chụp cắt lớp vi tính (CT) và phần mềm CAD/CAM để truyền dữ liệu thiết kế ngón tay giả từ xa qua internet; và cảm biến quang học Futronic phát hiện thực thể sống nhằm phân biệt ngón tay giả.

Về mặt sản phẩm thương mại, chương 1 phân tích kỹ thuật của hãng Dianceh (Mexico) dùng vật liệu siloxane elastomer có cơ chế bám giác hút chân không, và sản phẩm silicone nội địa của Bệnh viện Phục hồi chức năng – Điều trị bệnh nghề nghiệp TP.HCM. Phần tiếp theo tập trung vào cơ sở hóa lý của cao su thiên nhiên Việt Nam, cơ chế lưu hóa bằng lưu huỳnh, các nhóm hóa chất trợ dung, đặc tính chất làm đặc Natrosol 250, chất phá bọt ướt dạng nhũ tương, nguyên lý xác định màu da người (Skintone, Undertone) và các tiêu chuẩn kiểm nghiệm cơ lý, hóa học (TCVN 6315:2015, ASTM D882, JIS K 5400, kiểm tra lão hóa QUV).

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết các bước chuẩn bị vật liệu, trang thiết bị và tiến trình thực nghiệm:

• Chuẩn bị huyền phù hóa chất: Lưu huỳnh, chất gia tốc EZ, chất trợ xúc tiến ZnO, acid stearic và chất phòng lão BHT được tán nghiền bi trong môi trường nước có chất phân tán Tamol NN 8906 để đưa về dạng phân tán keo đồng nhất trước khi phối trộn với latex.
• Quy trình chế tạo khuôn thạch cao: Lấy mẫu từ ngón tay người thật. Khảo sát thực nghiệm trên 3 loại vật liệu: thạch cao trắng, thạch cao vàng và thạch cao y tế để so sánh độ mịn bề mặt, khả năng tái tạo hoa văn biểu bì (đường chỉ tay, vân tay) và độ bền khi thao tác rút khuôn.
• Khảo sát chất làm đặc: Pha loãng Natrosol 250 với nước cất theo các tỷ lệ sơ bộ (1:50 và 1:100), sau đó khảo sát hàm lượng dung dịch chất làm đặc bổ sung vào mủ latex nhằm điều chỉnh độ nhớt thích hợp trên nhớt kế Brookfield.
• Phương pháp gia công sản phẩm: Nghiên cứu kỹ thuật tạo màng nhiều lớp gồm lớp mặt trong không màu (tiếp xúc trực tiếp với da mỏm cụt để hạn chế kích ứng và giữ độ bám) và lớp mặt ngoài được pha chế bột màu mô phỏng màu da.
• Khảo sát cơ tính và độ bền: Thiết kế quy trình đổ khuôn định hình, lưu hóa nhiệt, cắt mẫu thử theo tiêu chuẩn ASTM D882 đo độ bền kéo, đo độ lão hóa nhiệt ở 60°C trong 7 ngày theo tiêu chuẩn JIS K 5400, và chiếu xạ gia tốc thời tiết bằng máy QUV kết hợp đo màu quang phổ bằng máy X-rite Ci7500.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm thu được từ quá trình nghiên cứu:

• Nguyên liệu đầu vào và vật liệu làm khuôn: Xác định tổng hàm lượng chất rắn của latex nguyên liệu đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 6315:2015. Trong khảo sát khuôn, thạch cao trắng cho bề mặt sản phẩm kém chi tiết và dễ gãy vỡ; thạch cao vàng và thạch cao y tế có độ mịn cao, sao chép chính xác từng nếp nhăn và vân tay của ngón tay mẫu. Thạch cao y tế được chọn làm vật liệu tối ưu nhờ độ bền cơ học cao và góc thoát khuôn tốt đối với ngón tay thon nhỏ.
• Ảnh hưởng của chất làm đặc Natrosol 250: Tỷ lệ chất làm đặc và nước cất 1:100 cho dung dịch có độ nhớt ổn định hơn tỷ lệ 1:50 (vốn dễ vón cục). Khi tăng hàm lượng dung dịch chất làm đặc trong latex, độ nhớt của hệ tăng dần (thể hiện qua đồ thị Brookfield), giúp dung dịch mủ bám dính đều trên thành khuôn thạch cao, khắc phục triệt để hiện tượng màng cao su bị chảy sụt ở các vị trí khe kẽ hẹp của ngón tay.
• Kỹ thuật gia công hai lớp và phối màu: Xây dựng thành công kỹ thuật tráng màng lớp trong không màu trước khi đổ lớp hỗn hợp cao su phối màu bên ngoài. Các công thức bột màu được tinh chỉnh cho cả mặt trong và mặt ngoài, tạo ra sắc thái màu tương đồng với tông da sáng của phụ nữ Việt Nam.
• Độ bền màu sắc (QUV): Giá trị sai biệt màu $\Delta E^*_{ab}$ của các mẫu sản phẩm trước và sau khi chiếu xạ gia tốc thời tiết trong buồng QUV-XHS340 được kiểm tra trên máy so màu X-rite Ci7500. Kết quả đo cho thấy độ biến đổi màu nằm trong ngưỡng kiểm soát, duy trì được độ tự nhiên.
• Cơ tính và so sánh với cao su silicone: Kết quả thử nghiệm độ bền kéo theo ASTM D882 và thử nghiệm lão hóa nhiệt 60°C trong 7 ngày theo JIS K 5400 chứng minh vật liệu latex cao su thiên nhiên có độ bền ứng suất chảy (Stress Yield) trung bình cao hơn mẫu đối chứng cao su silicone thương phẩm trên thị trường ở cả hai thời điểm: trước khi lưu trữ nhiệt và sau khi lưu trữ nhiệt.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng và kỹ thuật đạt được

1. Lựa chọn khuôn thạch cao tối ưu: Thạch cao y tế được xác định là vật liệu làm khuôn phù hợp nhất, cho phép sao chép nguyên vẹn các đường chỉ tay, vân tay phức tạp từ mẫu thật mà không làm nứt vỡ khuôn khi bóc tách ngón tay có góc thoát hẹp.
2. Kiểm soát độ nhớt hệ huyền phù: Xác định được tỷ lệ dung dịch làm đặc Natrosol 250:nước cất là 1:100; bổ sung hàm lượng dung dịch phù hợp vào latex giúp hệ đạt độ nhớt tối ưu, hạn chế sự sa lắng của các hạt huyền phù lưu hóa và chống chảy tụt mủ khi tạo hình.
3. Chế tạo thành công cấu trúc hai lớp: Sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ hoàn chỉnh sở hữu lớp mặt trong không màu và lớp mặt ngoài đồng nhất về màu sắc, mô phỏng chân thật sắc thái ngón tay phụ nữ Việt Nam có nước da sáng.
4. Đặc tính cơ lý và độ bền nhiệt vượt trội: Vật liệu latex cao su thiên nhiên duy trì chỉ số ứng suất chảy (Stress Yield) cao hơn cao su silicone thương phẩm cả ở trạng thái ban đầu lẫn sau chu trình lão hóa nhiệt ở 60°C trong 7 ngày theo tiêu chuẩn JIS K 5400.

Hạng mục thông số	Vật liệu Latex cao su thiên nhiên (Đề tài nghiên cứu)	Vật liệu Cao su Silicone (Thương mại trên thị trường)
Hệ dung môi phân tán	Dung môi nước ($H_2O$), thân thiện môi trường	Gốc dầu, chứa hàm lượng chất hữu cơ bay hơi (VOCs)
Khả năng phối màu da	Thuận lợi nhờ màu vàng ngà tự nhiên của cao su	Đòi hỏi chất tạo màu chuyên dụng hệ dầu
Kỹ thuật gia công	Đổ khuôn định hình hai lớp phối hợp phụ gia làm đặc	Quét nhiều lớp thủ công (mỗi lớp mất trọn 1 ngày để khô)
Ứng suất chảy (Stress Yield) ban đầu	Đạt giá trị trung bình cao hơn mẫu silicone	Đạt giá trị trung bình thấp hơn mẫu cao su thiên nhiên
Ứng suất chảy sau lưu trữ nhiệt 60°C, 7 ngày	Duy trì độ bền cơ học tốt, ổn định hơn silicone	Bị suy giảm ứng suất cơ tính rõ rệt hơn
Khả năng tự chủ nguồn nguyên liệu	Nguyên liệu nội địa dồi dào tại Việt Nam, giá thành rẻ	Phải nhập khẩu nguyên liệu, giá thành sản phẩm rất cao

Đóng góp mới của nghiên cứu

• Là công trình tiên phong tại Việt Nam nghiên cứu ứng dụng nguồn nguyên liệu latex cao su thiên nhiên bản địa để chế tạo ngón tay giả thẩm mỹ thay thế cao su silicone nhập ngoại.
• Xây dựng hoàn chỉnh đơn phối liệu cao su mủ nước tích hợp hệ lưu hóa lưu huỳnh, chất trợ xúc tiến, chất phòng lão BHT và chất làm đặc Natrosol 250 chuyên biệt cho kỹ thuật đúc ngón tay giả kích thước nhỏ.
• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm đối chứng trực tiếp về cơ lý (Stress Yield) và khả năng chịu nhiệt giữa cao su thiên nhiên và cao su silicone thương mại, chứng minh tiềm năng ứng dụng kỹ thuật y sinh của cao su Việt Nam.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Phạm vi khảo sát màu sắc và kích thước ngón tay mới chỉ dừng lại ở đối tượng thử nghiệm đơn lẻ là phụ nữ Việt Nam có tông da sáng và khuôn ngón tay nhỏ thon dài, chưa khảo sát các tông da khác (da ngăm, da sậm màu) hoặc dáng ngón tay lớn của nam giới.
• Bản chất tự nhiên của cao su cis-1,4-polyisoprene có độ kháng lão hóa quang hóa và kháng dầu mỡ kém hơn cao su silicone gốc siloxane vô cơ; việc thử nghiệm lão hóa trong phòng thí nghiệm (máy QUV và tủ sấy 60°C) chưa phản ánh toàn diện tác động cơ học và mồ hôi người trong quá trình sử dụng thực tế dài ngày.
• Quy trình gia công khuôn và đổ khuôn mủ latex vẫn phụ thuộc nhiều vào thao tác thủ công của kỹ thuật viên, chưa được tự động hóa để đảm bảo độ đồng đều hàng loạt.

Hướng mở rộng nghiên cứu

• Mở rộng ngân hàng dữ liệu công thức phối màu cho nhiều phân nhóm Skintone và Undertone khác nhau của người Việt Nam.
• Nghiên cứu bổ sung các hệ phụ gia kháng tia cực tím (UV-absorber) và biến tính bề mặt nhằm nâng cao độ bền kháng dầu, kháng mồ hôi và tăng tuổi thọ sử dụng cho sản phẩm.
• Nghiên cứu ứng dụng công nghệ quét 3D quang học và in 3D khuôn đúc từ ngón tay đối xứng của bệnh nhân để cá nhân hóa hoàn toàn quy trình chế tạo, rút ngắn thời gian hoàn thiện sản phẩm.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu chuyên khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho:

• Sinh viên và học viên sau đại học: Ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu Polymer, Kỹ thuật Y sinh và Kỹ thuật Phục hồi chức năng – Dụng cụ Chỉnh hình.
• Kỹ thuật viên tại các trung tâm chỉnh hình: Làm tài liệu tham khảo để chuyển đổi vật liệu chế tạo ngón tay giả thẩm mỹ nhằm hạ giá thành cho bệnh nhân nghèo.
• Các nội dung đáng tham khảo chuyên sâu:
  • Công thức điều chế hệ huyền phù lưu huỳnh, EZ, ZnO, acid stearic và BHT bằng máy nghiền bi sử dụng chất phân tán Tamol NN 8906.
  • Phương pháp khảo sát và đồ thị biến thiên độ nhớt của latex theo tỷ lệ chất làm đặc Natrosol 250 (HEC) phục vụ kỹ thuật tạo hình màng mỏng.
  • Phương pháp luận đánh giá biến đổi màu sắc $\Delta E^*_{ab}$ bằng máy đo quang phổ X-rite Ci7500 kết hợp thiết bị thử nghiệm gia tốc thời tiết QUV-XHS340.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lựa chọn latex cao su thiên nhiên thay vì tiếp tục sử dụng cao su silicone thương phẩm?

Cao su silicone tuy phổ biến nhưng là nguyên liệu gốc dầu phải nhập khẩu, giá thành sản xuất ngón tay giả rất đắt đỏ (lên đến hàng trăm ngàn USD ở thị trường quốc tế) và quy trình quét màng thủ công mất rất nhiều thời gian. Trong khi đó, Việt Nam có nguồn mủ cao su thiên nhiên dồi dào đứng thứ 3 thế giới, giá rẻ, dung môi pha loãng là nước thân thiện với môi trường (VOCs thấp), màu vàng ngà tự nhiên của cao su phù hợp để phối màu da châu Á và cho độ bền cơ lý kéo đứt vượt trội.

2. Chất làm đặc Natrosol 250 có vai trò kỹ thuật gì trong quá trình chế tạo ngón tay giả?

Natrosol 250 (hydroxyethylcellulose - HEC) là chất điều chỉnh độ nhớt không ion. Trong môi trường pH kiềm của latex, Natrosol 250 trương nở mạnh làm tăng độ nhớt của hệ mủ, giúp dung dịch cao su bám dính đều lên thành khuôn thạch cao ngón tay (vốn có kích thước nhỏ và góc thoát khuôn hẹp), ngăn chặn hiện tượng màng mủ bị chảy sụt và hỗ trợ giữ cho các hạt huyền phù lưu hóa phân tán lơ lửng, không bị lắng đọng.

3. Hệ lưu hóa và trợ xúc tiến trong nghiên cứu gồm những hóa chất nào?

Hệ lưu hóa bao gồm: lưu huỳnh (S) đóng vai trò chất tạo cầu nối liên kết ngang 3 chiều; Diethyl dithiocarbamate kẽm (EZ) là chất gia tốc lưu hóa hoạt động nhanh ở dải nhiệt độ 90–160°C; Oxide kẽm (ZnO) và Acid stearic phối hợp đóng vai trò chất trợ xúc tiến, phản ứng tạo xà phòng kẽm giúp kích hoạt chất xúc tiến, tăng cường lực cho cao su và hỗ trợ đông đặc gel.

4. Các tiêu chuẩn kỹ thuật nào được sử dụng để kiểm tra cơ tính và độ bền lão hóa của sản phẩm?

Đề tài sử dụng 3 tiêu chuẩn chính: Tiêu chuẩn TCVN 6315:2015 (ISO 124:2014) để xác định tổng hàm lượng chất rắn (TSC) của latex bằng phương pháp sấy ở 105 ± 5°C; tiêu chuẩn ASTM D882 để đo độ bền kéo đứt và ứng suất chảy (Stress Yield); và tiêu chuẩn JIS K 5400 để kiểm tra độ bền lão hóa thông qua quá trình lưu trữ nhiệt ở 60°C liên tục trong 7 ngày.

5. Kết quả so sánh ứng suất chảy giữa cao su thiên nhiên và silicone thương phẩm cho thấy điều gì?

Kết quả kiểm tra cơ tính cho thấy mẫu vật liệu cao su thiên nhiên của đề tài có giá trị ứng suất chảy (Stress Yield) trung bình cao hơn mẫu cao su silicone thương phẩm trên thị trường. Đặc biệt, sau khi trải qua thử nghiệm lưu trữ nhiệt ở 60°C trong 7 ngày theo tiêu chuẩn JIS K 5400, vật liệu cao su thiên nhiên vẫn duy trì độ bền cơ lý tốt hơn so với cao su silicone.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Huỳnh Như đã nghiên cứu thành công kỹ thuật chế tạo ngón tay giả thẩm mỹ từ nguồn nguyên liệu latex cao su thiên nhiên Việt Nam, giải quyết đồng bộ từ khâu chế tạo khuôn thạch cao y tế, tối ưu hóa độ nhớt bằng chất làm đặc Natrosol 250 đến kỹ thuật đổ khuôn hai lớp mô phỏng chính xác màu da và vân tay thật. Sản phẩm đạt các chỉ tiêu cơ lý vượt trội so với mẫu cao su silicone thương mại trên thị trường, đồng thời duy trì độ bền ứng suất chảy ổn định sau quá trình thử nghiệm lão hóa nhiệt 60°C trong 7 ngày theo tiêu chuẩn JIS K 5400. Công trình mở ra tiềm năng ứng dụng to lớn trong việc tạo ra sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ chất lượng, thân thiện môi trường với giá thành thấp, hỗ trợ thiết thực cho người khuyết tật có thu nhập thấp tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Đối tượng và nhu cầu sử dụng ngón tay giả thẩm mỹ Tay chân giả là dụng cụ hỗ trợ phục hồi các chức năng đã bị suy giảm hoặc thay thế cho tay chân thật của những người khuyết tật khi bị cắt cụt do tai nạn, bệnh tật hay chiến tranh…Những du ̣ng cu ̣ như chân giả, tay giả ngoài viê ̣c hỗ trơ ̣ người khuyế t tâ ̣t có thể đi la ̣i dễ dàng hơn, sử du ̣ng cánh tay thuâ ̣n tiê ̣n hơn còn giúp làm cân bằ ng cơ thể , tránh khả năng bi dồ ̣ n tro ̣ng lực cơ thể xuố ng mô ̣t bô ̣ phâ ̣n khác của cơ thể Theo số liệu năm 2015 của Liên Hợp Quốc, số người khuyết tật trên thế giới vào khoảng 1 tỷ trong tổng số 7,3 tỷ người, chiếm 7,3% tổng dân số và tại Việt Nam, người khuyết tật chiếm khoảng 10% dân số, tương đương 8,6 triệu người, trong đó khoảng 2 triệu là trẻ em. [3] Tỉ lệ người khuyết tật Việt Nam cao là hệ quả của quá trình phát triển xã hội như tai nạn, ô nhiễm môi trường và do bom mìn, chất độc còn sót lại sau chiến tranh hoặc do thất lạc vũ khí. Số lượng trẻ em tại Việt Nam được nhận trợ giúp phục hồi chức năng rất thấp, chỉ khoảng 1/5 trẻ khuyết tật được sử dụng tay giả, chân giả, chỉnh hình,… Dịch vụ phục hồi chức năng, sản xuất chân tay giả không sẵn có tại nhiều cộng đồng và nhân viên y tế phần lớn chưa được đào tạo đầy đủ để làm việc cùng với gia đình, người bệnh khuyết tật.2 Tình hình nghiên cứu ngón tay giả thẩm mỹ Ngón tay giả thẩm mỹ đã được làm và bán rộng rãi trên thế giới. Sản phẩm này gần giống như ngón tay thật đến mức các nhà khoa học phải tiến hành nghiên cứu cách phân biệt chúng với ngón tay người còn sống.

Năm 2002, trường đại học Yokohama đã phát hiện ra những ngón tay giả nhân tạo từ gummy (keo) được làm tinh xảo có khả năng chép rõ dấu vân tay đã thông qua các thiết bị quét vân tay cảm biến quang và điện dung [4] Năm 2008, Pietro Coli và Fabio Roli đã được chứng minh rằng dấu vân tay giả được làm bằng vật liệu như gelatine hoặc silicon có thể đánh lừa các cảm biến thường được sử dụng tại thời điểm đó.[5] 1 do an Năm 2011, tại Singapo John-John Cabibihan đã công bố phương mới tạo ra ngón tay giả thẩm mỹ qua sự tương tác trực tuyến giữa người bệnh và người thiết kế ngón tay. Các dữ liệu chụp cắt lớp vi tính (CT) trong vùng ngón tay bị ảnh hưởng và không bị ảnh hưởng được gửi qua internet và bộ phận giả được xây dựng bằng cách sử dụng trực quan, thiết kế hỗ trợ máy tính và các công cụ sản xuất.3 Tình hình sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ thương mại Tại Nhật Bản, ngón tay giả được làm tinh xảo trông không khác những ngón tay còn lại và phải nhìn kỹ mới phát hiện ra. Khi hạ tay, máu chảy về phía bàn tay nên ngón tay sẽ hồng hơn. Khi giơ tay, máu chảy ngược phía bàn tay nên ngón tay sẽ nhạt màu hơn.

Tính đến năm 2016, giá thành cho mỗi ngón tay hoàn chỉnh là 180.490 đôla Mỹ) [7] Hình 1.1 Sản phẩm ngón tay giả thẩm mỹ tại Nhật[7] Ngoài ra, Dianceh là một trong những công ty hàng đầu thế giới về ngành chân tay giả có trụ sở tại Mexico. Các sản phẩm tại đây có độ chân thật rất cao và được làm từ elastomers trong nhóm siloxane, ưu điểm của siloxane là không hòa tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như axeton, rượu, xăng, dầu mỡ .