Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp dệt may ngày càng phát triển, nhu cầu về các sản phẩm vải không chỉ dừng lại ở chức năng che phủ mà còn mở rộng sang các tính năng chăm sóc sức khỏe và làm đẹp. Ước tính trong 20 năm tới, khoảng 80% sản phẩm vải sẽ mang tính kỹ thuật và được chức năng hóa, trong đó vải mỹ phẩm (cosmetotextiles) là một xu hướng nổi bật, tích hợp các hoạt chất như vitamin để tăng giá trị sử dụng. Vitamin E và C là hai hoạt chất chống oxy hóa quan trọng, giúp bảo vệ da, chống lão hóa và dưỡng ẩm. Tuy nhiên, việc ứng dụng trực tiếp các vitamin này lên vải gặp nhiều thách thức do tính kém bền, dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí, ánh sáng và nhiệt độ cao.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu khả năng kháng oxy hóa của hệ nano béo rắn bao bọc vitamin E và C, ứng dụng trên vải cotton bằng phương pháp bắt gốc tự do ABTS. Mục tiêu chính là điều chế hệ bao bọc vitamin E&C sử dụng các loại chất béo rắn Emulgade, Naterol, Sabowax kết hợp với chất nhũ hóa Tween 80, đánh giá hiệu quả bao bọc, hiệu quả sử dụng và khả năng giải phóng hoạt chất trên nền vải cotton. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2023 tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc phát triển công nghệ vi bao nhằm nâng cao độ bền và hiệu quả sử dụng của vitamin trên vải, góp phần tạo ra các sản phẩm dệt may có tính năng chăm sóc sức khỏe, đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng về vải kỹ thuật và cosmetotextiles.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Công nghệ vi bao (Microencapsulation): Đây là kỹ thuật bao bọc các hoạt chất dưới dạng hạt nano hoặc micro nhằm bảo vệ hoạt chất khỏi tác động môi trường, kiểm soát giải phóng và tăng độ bền sản phẩm. Vỏ bao có thể là polymer tự nhiên, tổng hợp hoặc chất béo rắn, có vai trò bảo vệ và kiểm soát phóng thích hoạt chất.

  • Phương pháp bắt gốc tự do ABTS: Phương pháp đánh giá khả năng kháng oxy hóa dựa trên khả năng khử gốc tự do ABTS+, được tạo ra từ phản ứng oxy hóa ABTS với K2S2O8. Hoạt chất kháng oxy hóa sẽ làm giảm màu xanh của ABTS+, thể hiện qua độ hấp thu ở bước sóng 734 nm.

  • Khái niệm về hệ nano béo rắn (Solid Lipid Nanoparticles - SLN): Hệ nano béo rắn sử dụng chất béo rắn làm vỏ bao, có khả năng bao giữ các hoạt chất tan trong dầu như vitamin E, vitamin C và dầu olive, giúp tăng hiệu quả bảo vệ và kiểm soát giải phóng.

Các khái niệm chính bao gồm: hiệu quả bao bọc (encapsulation efficiency), hiệu quả sử dụng (utilization efficiency), kích thước hạt nano, và khả năng giải phóng hoạt chất trên nền vải.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng các nguyên liệu thương mại gồm vitamin E (α-tocopheryl acetate), vitamin C (Ethyl Ascorbic Acid), dầu olive, các chất béo rắn Emulgade, Naterol, Sabowax và chất nhũ hóa Tween 80. Vải cotton 100% nguyên chất được dùng làm nền ứng dụng.

  • Phương pháp điều chế: Hệ nano béo rắn bao bọc vitamin E&C được điều chế bằng phương pháp đồng hóa tốc độ cao (13.000 vòng/phút) trong môi trường nhũ tương dầu trong nước (O/W). Quá trình gồm ba bước: chuẩn bị pha nước với Tween 80, pha béo rắn và hỗn hợp vitamin nóng chảy, đồng hóa nóng và làm lạnh để tạo hạt nano.

  • Phân tích kích thước hạt: Sử dụng phương pháp tán xạ laser (LDS) để xác định phân bố kích thước hạt và kích thước trung bình (mean, median).

  • Đánh giá hiệu quả bao bọc và sử dụng: Đo khả năng kháng oxy hóa bằng phương pháp bắt gốc tự do ABTS, tính toán hiệu quả sử dụng và hiệu quả bao bọc dựa trên độ hấp thu quang phổ UV-VIS ở bước sóng 734 nm.

  • Khảo sát giải phóng hoạt chất trên vải: Vải cotton được xử lý bằng hai phương pháp tẩm và ngâm với hệ bao bọc. Khả năng giải phóng hoạt chất được đánh giá qua phản ứng ABTS sau khi trích ly bằng methanol ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao, khảo sát động học giải phóng trong 60 phút.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2023, bao gồm giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, điều chế hệ bao bọc, đánh giá tính chất và khảo sát ứng dụng trên vải.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng kháng oxy hóa của nguyên liệu: Hỗn hợp dầu olive, vitamin E và vitamin C theo tỷ lệ 6:3:1 có khả năng ức chế gốc tự do ABTS đạt khoảng 85%, cao hơn so với từng thành phần riêng lẻ (vitamin E khoảng 70%, vitamin C khoảng 65%). Thời gian phản ứng tối ưu là 30 phút, sau đó hiệu quả ức chế ổn định.

  2. Kích thước và hiệu quả bao bọc của hệ nano béo rắn: Hệ sử dụng Emulgade có kích thước hạt trung bình khoảng 150 nm với hiệu quả sử dụng đạt 96.08%, hiệu quả bao bọc đạt 83%. Hệ dùng Sabowax có hiệu quả bao bọc cao nhất là 83%, trong khi Naterol thấp hơn khoảng 75%. Hệ Emulgade duy trì sự ổn định kích thước trong 10 ngày với kích thước median gần 0, cho thấy tính ổn định cao.

  3. Khả năng giải phóng hoạt chất trên vải cotton: Phương pháp tẩm cho hiệu quả lưu giữ và giải phóng hoạt chất tốt hơn phương pháp ngâm, với hiệu quả phóng thích hoạt chất trên vải cotton cao hơn so với vải viscose cùng điều kiện. Sau 60 phút trích ly bằng methanol, lượng hoạt chất giải phóng vẫn tăng nhanh, cho thấy khả năng phóng thích kéo dài.

  4. Ảnh hưởng của dung tỷ: Khi tăng dung tỷ (tỷ lệ khối lượng vải/hệ bao bọc), hiệu quả giải phóng hoạt chất trên vải cotton tăng lên, đạt mức tối ưu ở dung tỷ khoảng 1:4, sau đó không tăng đáng kể.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng hệ nano béo rắn bao bọc vitamin E&C giúp cải thiện đáng kể khả năng bảo vệ và giải phóng hoạt chất trên nền vải cotton. Hiệu quả bao bọc cao nhất đạt gần 96% với Emulgade, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tính ổn định và hiệu quả của hệ SLN trong bảo vệ vitamin. Kích thước hạt nano nhỏ giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, hỗ trợ giải phóng hoạt chất hiệu quả.

Phương pháp tẩm cho phép hoạt chất bám dính và thấm sâu vào sợi vải hơn so với ngâm, từ đó tăng khả năng lưu giữ và giải phóng. So sánh giữa vải cotton và viscose cho thấy cotton có cấu trúc sợi dệt thoi đặc trưng giúp giữ hoạt chất tốt hơn, phù hợp với mục tiêu ứng dụng trong ngành dệt may.

Biểu đồ phân bố kích thước hạt và đồ thị động học giải phóng hoạt chất có thể minh họa rõ ràng sự ổn định của hệ nano và tốc độ giải phóng trên vải theo thời gian, hỗ trợ đánh giá hiệu quả của từng loại chất béo rắn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng hệ nano béo rắn Emulgade trong sản xuất vải kỹ thuật: Khuyến nghị các doanh nghiệp dệt may áp dụng hệ bao bọc vitamin E&C sử dụng Emulgade để tăng cường tính năng chống oxy hóa cho sản phẩm vải cotton, nâng cao giá trị gia tăng và đáp ứng nhu cầu thị trường trong vòng 12 tháng tới.

  2. Phát triển quy trình tẩm hoạt chất trên vải: Đề xuất triển khai phương pháp tẩm thay vì ngâm để tăng hiệu quả lưu giữ và giải phóng hoạt chất, đồng thời giảm thiểu lượng hoạt chất hao hụt trong quá trình xử lý, áp dụng trong các nhà máy hoàn tất vải.

  3. Khảo sát mở rộng trên các loại vải khác: Nghiên cứu tiếp theo nên mở rộng khảo sát hiệu quả bao bọc và giải phóng trên các loại vải kỹ thuật khác như viscose, polyester để đa dạng hóa sản phẩm và tối ưu hóa ứng dụng.

  4. Đánh giá độ bền và tính an toàn của sản phẩm: Thực hiện các thử nghiệm về độ bền cơ học, khả năng giặt tẩy và an toàn sinh học của vải sau xử lý để đảm bảo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng và an toàn cho người sử dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Hóa học: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ vi bao, phương pháp điều chế và đánh giá hệ nano béo rắn, hỗ trợ phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

  2. Doanh nghiệp sản xuất và hoàn tất vải: Thông tin về quy trình điều chế và ứng dụng hệ bao bọc vitamin giúp doanh nghiệp nâng cao chất lượng sản phẩm, phát triển dòng vải kỹ thuật có tính năng chăm sóc sức khỏe.

  3. Chuyên gia trong ngành mỹ phẩm và dệt may: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc tích hợp hoạt chất chống oxy hóa vào sản phẩm dệt may, mở rộng ứng dụng cosmetotextiles.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển công nghệ: Tài liệu giúp định hướng chính sách hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano trong ngành dệt may, thúc đẩy đổi mới sáng tạo và phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ nano béo rắn là gì và tại sao được chọn để bao bọc vitamin?
    Hệ nano béo rắn là các hạt nano có lớp vỏ làm từ chất béo rắn, giúp bảo vệ hoạt chất khỏi tác động môi trường và kiểm soát giải phóng. Chất béo rắn tương thích tốt với vitamin tan trong dầu như vitamin E, giúp tăng độ bền và hiệu quả sử dụng.

  2. Phương pháp ABTS có ưu điểm gì so với DPPH trong đánh giá kháng oxy hóa?
    ABTS có thể đánh giá khả năng kháng oxy hóa của cả hợp chất tan trong nước và dầu, cho kết quả nhanh và chính xác hơn trong môi trường đa dạng, phù hợp với hệ bao bọc phức tạp như trong nghiên cứu.

  3. Tại sao vải cotton có hiệu quả giải phóng hoạt chất cao hơn viscose?
    Cấu trúc dệt thoi của vải cotton giúp giữ hoạt chất tốt hơn và giải phóng có kiểm soát hơn so với cấu trúc dệt kim của viscose, từ đó tăng hiệu quả sử dụng của hệ bao bọc trên vải cotton.

  4. Phương pháp tẩm và ngâm khác nhau thế nào trong xử lý vải?
    Phương pháp tẩm là thấm hoạt chất lên bề mặt vải từng lớp nhỏ, giúp phân bố đều và giữ hoạt chất tốt hơn. Ngâm là ngâm vải trong dung dịch hoạt chất, dễ gây hao hụt và phân bố không đồng đều.

  5. Hệ bao bọc có thể ứng dụng trong sản phẩm dệt may nào?
    Hệ bao bọc vitamin E&C có thể ứng dụng trong sản xuất vải kỹ thuật, vải mỹ phẩm, quần áo bảo hộ, sản phẩm chăm sóc da, giúp tăng tính năng chống oxy hóa, dưỡng ẩm và bảo vệ sức khỏe người dùng.

Kết luận

  • Hệ nano béo rắn sử dụng Emulgade đạt hiệu quả sử dụng cao nhất 96.08% và hiệu quả bao bọc 83%, cho thấy khả năng bảo vệ vitamin E&C hiệu quả trên nền vải cotton.
  • Phương pháp tẩm hoạt chất lên vải cotton cho hiệu quả lưu giữ và giải phóng hoạt chất tốt hơn so với phương pháp ngâm, với hiệu quả phóng thích kéo dài trên 60 phút.
  • Vải cotton có khả năng giữ và giải phóng hoạt chất cao hơn so với vải viscose, phù hợp cho ứng dụng trong ngành dệt may kỹ thuật.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển sản phẩm vải kỹ thuật tích hợp chức năng chăm sóc sức khỏe, đáp ứng xu hướng cosmetotextiles hiện đại.
  • Đề xuất triển khai ứng dụng công nghệ vi bao trong sản xuất vải kỹ thuật, đồng thời mở rộng nghiên cứu trên các loại vải và đánh giá độ bền, an toàn sản phẩm trong tương lai.

Luận văn này là cơ sở khoa học quan trọng để phát triển các sản phẩm dệt may chức năng, góp phần nâng cao giá trị ngành công nghiệp dệt may Việt Nam. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích tiếp tục ứng dụng và phát triển công nghệ này nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng đa dạng.