Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành dệt may, sợi cellulose cotton được sử dụng rộng rãi nhờ vào tính chất thoáng khí, hút ẩm tốt và thân thiện với da. Tuy nhiên, một trong những hạn chế lớn của sợi cotton là hiện tượng xù lông, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng và thẩm mỹ sản phẩm. Theo ước tính, tỷ lệ xù lông trên sợi cotton có thể lên đến 16-18% tùy thuộc vào loại sợi và quy trình sản xuất. Hiện tượng này không chỉ làm giảm độ bền của sợi mà còn làm giảm giá trị sử dụng của sản phẩm dệt may, đặc biệt là các sản phẩm như dây kéo, nơi yêu cầu độ bền và tính thẩm mỹ cao.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển quy trình tráng phủ polymer polyacrylate lên bề mặt sợi cellulose cotton nhằm giảm thiểu hiện tượng xù lông, đồng thời duy trì các tính chất cơ lý và hóa học của sợi trong suốt quá trình sử dụng và giặt giũ. Nghiên cứu tập trung vào hai loại sợi cotton phổ biến là CM 30/1 (sợi chải kỹ) và CD 30/1 (sợi chải thô), với phạm vi thực hiện tại thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2020.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện độ bền và tính thẩm mỹ của sản phẩm dệt may, giảm thiểu tổn thất do xù lông gây ra, đồng thời góp phần nâng cao giá trị sản phẩm dây kéo cotton trên thị trường trong nước và quốc tế. Các chỉ số đánh giá hiệu quả bao gồm mức độ giảm xù lông, độ bền kéo, khả năng chống mài mòn và độ bền sau nhiều chu trình giặt, với mục tiêu giảm xù lông trên sợi cotton ít nhất 40% so với sợi không xử lý.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về tính chất vật lý và hóa học của sợi cellulose cotton, đặc biệt là hiện tượng xù lông do các sợi nhỏ và các sợi ngắn trên bề mặt sợi chính gây ra. Lý thuyết về màng polymer polyacrylate được áp dụng để giải thích cơ chế tạo màng phủ mỏng, bám dính chắc chắn trên bề mặt sợi, từ đó hạn chế sự phát sinh xù lông.

Mô hình liên kết hydro giữa polyacrylate và nhóm hydroxyl trên cellulose được sử dụng để giải thích sự bám dính và ổn định của lớp phủ polymer. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Xù lông (Hairiness): Số lượng và chiều dài các sợi nhỏ nhô ra khỏi bề mặt sợi chính.
  • Polyacrylate: Polymer có khả năng tạo màng mỏng, bền, chịu nhiệt và chống mài mòn.
  • Liên kết hydro: Tương tác vật lý giữa nhóm hydroxyl của cellulose và nhóm carboxyl của polyacrylate.
  • Độ bền kéo (Tensile strength): Khả năng chịu lực kéo của sợi.
  • Kháng xù lông sau giặt: Khả năng duy trì tính chống xù lông sau nhiều chu trình giặt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mẫu sợi cotton CM 30/1 và CD 30/1 được xử lý tráng phủ polyacrylate với các điều kiện khác nhau về nồng độ polymer, nhiệt độ sấy và số lần tráng phủ. Cỡ mẫu gồm 20 mẫu sợi cho mỗi điều kiện thử nghiệm, được lựa chọn ngẫu nhiên từ lô sản xuất tại một công ty dệt may tại TP. Hồ Chí Minh.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Đo độ xù lông bằng máy PREMIER iQ2 LX theo tiêu chuẩn ASTM D 3512.
  • Quan sát bề mặt sợi bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
  • Phân tích thành phần hóa học và cấu trúc polymer bằng FTIR, DSC và TGA.
  • Đánh giá độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D 1424.
  • Kiểm tra độ bền kháng xù lông sau 5 và 20 chu trình giặt theo tiêu chuẩn AATCC 135.

Quy trình nghiên cứu được thực hiện trong vòng 4 tháng, từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2020, bao gồm các giai đoạn: thiết lập quy trình tráng phủ, thử nghiệm và đánh giá tính chất sợi, ứng dụng trên sản phẩm dây kéo và kiểm tra độ bền sau giặt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và số lần tráng phủ đến lượng polymer bám trên sợi:
    Kết quả cho thấy nhiệt độ sấy 110°C và tráng phủ 2 lần là điều kiện tối ưu, giúp lượng polyacrylate bám trên sợi đạt khoảng 10% trọng lượng sợi, giảm xù lông trung bình 45% so với sợi không xử lý.

  2. Giảm xù lông trên sợi cotton:
    Sợi CM 30/1 sau tráng phủ polyacrylate giảm xù lông từ 18% xuống còn khoảng 9%, tương đương giảm 50%. Sợi CD 30/1 giảm từ 16% xuống còn 10%, giảm khoảng 37%. Độ bền kéo của sợi không giảm đáng kể, duy trì trên 90% so với sợi gốc.

  3. Khả năng kháng xù lông sau giặt:
    Sau 20 chu trình giặt, sợi tráng phủ vẫn giữ được khả năng chống xù lông với mức giảm xù lông còn khoảng 30% so với sợi không xử lý. Độ bền kéo giảm nhẹ dưới 10%, đảm bảo tính ổn định của lớp phủ polymer.

  4. Ứng dụng trên sản phẩm dây kéo:
    Vải dệt từ sợi tráng phủ polyacrylate có độ bền xé tăng 15% và độ bền mài mòn tăng 20% so với vải không xử lý. Mức độ xù lông trên bề mặt vải giảm rõ rệt, nâng cao tính thẩm mỹ và độ bền sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm xù lông là do lớp màng polyacrylate tạo thành một lớp phủ mỏng, bám chắc trên bề mặt sợi, ngăn chặn sự phát sinh các sợi nhỏ nhô ra. Nhiệt độ sấy và số lần tráng phủ ảnh hưởng trực tiếp đến độ dày và độ bám dính của lớp phủ, từ đó quyết định hiệu quả chống xù lông.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về xử lý sợi cotton bằng các loại polymer khác như carboxyl methyl cellulose (CMC) hay polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylate cho hiệu quả chống xù lông cao hơn và độ bền cơ học được duy trì tốt hơn. Kết quả này phù hợp với báo cáo của ngành về khả năng tạo màng và bám dính của polyacrylate trên vật liệu cellulose.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mức độ xù lông trước và sau xử lý, bảng thống kê độ bền kéo và độ bền mài mòn của sợi và vải, cũng như hình ảnh SEM minh họa sự khác biệt bề mặt sợi.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình tráng phủ polyacrylate với nhiệt độ sấy 110°C và tráng phủ 2 lần nhằm tối ưu hóa lượng polymer bám trên sợi, giảm xù lông hiệu quả. Thời gian thực hiện: ngay trong quy trình sản xuất hiện tại. Chủ thể thực hiện: các nhà máy dệt sợi và dệt vải.

  2. Đầu tư trang thiết bị kiểm soát nhiệt độ và số lần tráng phủ chính xác để đảm bảo chất lượng lớp phủ polymer đồng đều, nâng cao hiệu quả chống xù lông. Thời gian: 6 tháng. Chủ thể: bộ phận kỹ thuật và quản lý sản xuất.

  3. Phát triển sản phẩm dây kéo và vải dệt từ sợi tráng phủ polyacrylate nhằm nâng cao giá trị sản phẩm, đáp ứng yêu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu. Thời gian: 12 tháng. Chủ thể: phòng R&D và marketing.

  4. Thực hiện kiểm tra định kỳ khả năng kháng xù lông và độ bền sau giặt để đảm bảo sản phẩm duy trì chất lượng trong suốt vòng đời sử dụng. Thời gian: liên tục. Chủ thể: bộ phận kiểm soát chất lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất sợi và vải cotton:
    Nghiên cứu cung cấp giải pháp kỹ thuật cải thiện chất lượng sợi, giảm thiểu tổn thất do xù lông, nâng cao độ bền sản phẩm.

  2. Phòng nghiên cứu và phát triển (R&D) trong ngành dệt may:
    Tham khảo quy trình tráng phủ polymer và các thông số kỹ thuật để phát triển sản phẩm mới, nâng cao tính cạnh tranh.

  3. Các doanh nghiệp sản xuất dây kéo và phụ kiện may mặc:
    Áp dụng công nghệ tráng phủ để cải thiện độ bền và thẩm mỹ sản phẩm, đáp ứng tiêu chuẩn thị trường quốc tế.

  4. Các nhà quản lý chất lượng và kỹ thuật sản xuất:
    Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng, đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật và thẩm mỹ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Polyacrylate có ảnh hưởng đến độ bền kéo của sợi cotton không?
    Kết quả nghiên cứu cho thấy độ bền kéo của sợi sau tráng phủ polyacrylate vẫn duy trì trên 90% so với sợi gốc, không gây ảnh hưởng tiêu cực đáng kể.

  2. Quy trình tráng phủ polymer có làm thay đổi cảm giác mềm mại của sợi không?
    Lớp phủ polyacrylate mỏng và đều giúp giảm xù lông mà không làm cứng sợi, giữ được cảm giác mềm mại và thoáng khí của cotton.

  3. Khả năng chống xù lông có duy trì sau nhiều lần giặt không?
    Sau 20 chu trình giặt, sợi vẫn giữ được khả năng chống xù lông khoảng 30% so với sợi không xử lý, chứng tỏ độ bền của lớp phủ polymer.

  4. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại sợi khác không?
    Mặc dù nghiên cứu tập trung vào sợi cotton, công nghệ tráng phủ polyacrylate có thể được điều chỉnh để áp dụng cho các loại sợi cellulose khác hoặc hỗn hợp.

  5. Chi phí đầu tư cho quy trình tráng phủ polymer có cao không?
    Chi phí đầu tư ban đầu cho thiết bị và nguyên liệu polymer được đánh giá là hợp lý, với lợi ích lâu dài về chất lượng sản phẩm và giảm tổn thất do xù lông.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã phát triển thành công quy trình tráng phủ polyacrylate lên sợi cellulose cotton, giảm xù lông hiệu quả từ 37% đến 50% tùy loại sợi.
  • Lớp phủ polymer duy trì độ bền kéo và tính mềm mại của sợi, đồng thời có khả năng kháng xù lông sau nhiều chu trình giặt.
  • Ứng dụng trên sản phẩm dây kéo cho thấy cải thiện rõ rệt về độ bền xé và mài mòn, nâng cao giá trị sản phẩm.
  • Quy trình tráng phủ với nhiệt độ sấy 110°C và tráng phủ 2 lần được xác định là điều kiện tối ưu.
  • Đề xuất triển khai áp dụng quy trình trong sản xuất công nghiệp, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các loại sợi và sản phẩm khác.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai thử nghiệm quy mô lớn, đồng thời phát triển các sản phẩm mới dựa trên công nghệ tráng phủ polymer này để nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường.