CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ XƠ SỢI TRE 1.1 SƠ LƯỢC VỀ TRE VÀ XƠ TRE TỰ NHIÊN 1.1 Tre Tre là một trong những nguồn nguyên liệu dồi dào trên thế giới. Với tốc độ phát triển tới lớn hơn hoặc bằng 1 m trên 1 ngày thì tre được ghi nhận là Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 13 loại cây trồng có tốc độ phát triển nhanh nhất. Chiều cao cây tre dao động trong khoảng từ 1 m (3 ft) tới 50 m (164 ft) và đường kính khoảng 30 cm (12 in). Hầu hết các loại tre đều thẳng, nhưng có một số loại nhỏ và có gai.
Những loài tre có gai này là một trong số những loại hữu ích nhất ở châu á do các cọng dầy của nó rất lý tưởng cho xây dựng nhà và làm công cụ cho nông trại. Thực chất tre không phải là một loại gỗ mà là một loại cỏ, các măng non mới liên tục hình thành mà không cần phải trồng lại. Không giống như các loại gỗ cứng khác phải mất 25-70 năm mới trưởng thành và còn cần phải trồng lại, tre chỉ cần 4-5 năm có thể được sử dụng được. Tre có thể được tìm thấy ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới tới, các vùng có khí hậu ôn hoà, nơi có nhiều loại tre và mật độ dầy nhất là ở Đông Nam Á và ở các hòn đảo của ấn Độ và Thái Bình Dương.
Một số loài tre có ở châu Mỹ và châu Phi, ở châu Úc không có tre. Hiện nay có khoảng 115 giống tre và 1020 đến 1070 loài trên thế giới. Thân cây tre được gọi là “cọng” hầu hết chúng đều rỗng chỉ có một số loại không rỗng. Các thân rễ được coi là rễ của cây tre.
Các thân rễ của tre hình thành các lùm cây và có sự lan toả rễ cây.2 Thành phần hóa học xơ tre tự nhiên Giống như gỗ, thành phần cơ bản của tre là các Ligno Xenlulo bao gồm 3 thành phần chính sau : anpha- xenlulo, Hemi - xenlulo, và Licnin. Ba thành phần này chiếm đến 90% tổng khối lượng của tre. Các thành phần còn lại là nhựa, tanin, muối khoáng. So sánh với gỗ thì tre có lượng kiềm, tro và silicat cao hơn.
+ Anpha Xenlulo: Là thành phần chính của tre, nó chiếm 40% - 50% khối lượng Xenlulo tre, nó là sự kết hợp của các chuỗi monome (C 6H10O5)n với n ≈ 10000, nó là nguồn gốc chính tạo ra tính chất chủ yếu của tre. + Hemi Xenlulo: Là các đường Saclozơ, cũng giống như Xenlulo nó cũng có nhiệm vụ nâng đỡ trong tường xenlulo của tre, nhưng yếu hơn do số nhóm đường chỉ có khoảng 150-200 đơn vị. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 14 thành phần này không thay đổi nhiều giữa các cây trưởng thành và cây mới phát triển, hoặc giữa các lớp của mặt cắt ngang tre. + Licnin: Là các polyme của Phenyl propan, chiếm 18%-22% khối lượng của Xenlulo tre.
Trên tre lượng Licnin là không hề thay đổi, toàn bộ lượng Licnin của tre được hoàn thiện trong 1 mùa sinh trưởng, sang các năm phát triển tiếp theo thì lượng Licnin này sẽ phân bố giãn ra. Cấu trúc và tính chất của licnin rất khó xác định vì cấu trúc hóa học của chúng rất phức tạp. licnin cung cấp sự vững chắc cho cây, làm cho cây có khả năng đứng thẳng, cải thiện tính bền vững, liên kết các tổ chức của tre Ngoài các thành phần trên thì trong Xenlulo còn có thêm 2-6% tinh bột, 2% đường (C12H22O11), 0,8-6% Protein. + Tro: Là một thuật ngữ hay dùng để chỉ các chất vô cơ như Silicat, các muối sunfat, carbonat, hay các ion kim loại.
Thành phần của tro thay đổi theo độ tuổi cũng như vị trí của các lớp. Tro tập trung gần như toàn bộ ở phần biểu bì, tre càng rắn thì hàm lượng tro càng cao.3 Cấu trúc phân tử của tre Tre được tạo thành từ các Polyme (phân tử lượng lớn). Chúng là mạch đại phân tử được tạo thành từ các đơn phân tử bằng phản ứng trùng hợp. Các đơn phân tử này phải có hai hay nhiều chức năng có nghĩa rằng các đơn phân tử này phải trải qua hai hay nhiều phản ứng trùng hợp, hoặc nhiều nhóm hợp lại.
Dựa trên các chức năng của các đơn phân tử có hai loại cấu trúc chính: Polyme dạng thẳng hoặc polyme dạng mắt xích giống như xenlulo bông xem hình 1.1 Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 15 Hình 1.1 Cấu trúc xenlulo tre 1. XƠ TRE DÙNG TRONG NGÀNH DỆT Như chúng ta đã biết, tre được ứng dụng rộng khắp, tre có thể dùng làm nhà, dùng làm các vật dụng trong gia đình, làm đồ thủ công mỹ nghệ…Tuy nhiên trong lĩnh vực dệt, tre là nguyên liệu mới, nó mới được nghiên cứu, phát triển ứng dụng vào ngành dệt từ những năm đầu thế kỷ 21. Xơ tre, ngụ ý bao hàm xơ được sản xuất từ xenlulo tre và có thể phân chia thành ba loại: - Xơ tre tự nhiên - Tham gia là một trong những thành phần trong các xơ nhân tạo khác thường sản xuất dưới dạng than tre - Xơ tre nhân tạo 1.1 Xơ tre tự nhiên Xơ tre tự nhiên là một loại xơ mới, được sản xuất bằng quá trình vật lý và cơ học mà không qua bất kỳ một xử lý hóa học nào. Xơ tre tự nhiên về bản chất khác với xơ tre nhân tạo.
Xơ tre tự nhiên là xơ tinh khiết, được sản xuất trực tiếp từ tre, là xơ thân thiện với môi trường, bảo vệ sức khỏe con người 1.Quá trình sản xuất (xem hình 1.2): Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 16 Nguyên liệu tre thô thanh tre xông hơi nước tách và phân ly Tách xơ bằng enzyme Xơ tre cho máy chải Xơ dệt Hình 1.2: Sơ đồ quy trình sản xuất xơ tre tự nhiên Quan sát trên Hình 1.4 mô tả mặt cắt ngang và cắt dọc của xơ tre tự nhiên bằng kính hiển vi điện tử quét. Qua ảnh chụp mặt cắt ngang của xơ tre tự nhiên ta thấy sự phân bố bề dày của xơ rất thất thường, nhiều xơ trên bề mặt có rãnh, các hình ovan nằm ngang không theo quy luật, các vòng tròn thắt lại, các lỗ hổng lấp đầy chu vi và các lỗ nhỏ gãy và có rãnh.Với cấu trúc như vậy nên xơ tre có tính mao dẫn cao, nó có khả năng thấm hút và nhả ẩm cao Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 17 Hình 1.3 : Mặt cắt ngang của xơ tre tự nhiên Hình 1.4: Bề mặt ngoài của xơ tre tự nhiên theo chiều dọc 1.2 Tính chất của xơ tre tự nhiên: Quá trình sản xuất ra xơ chỉ nhờ phương pháp vật lý và cơ học nên vẫn còn giữ được các tính chất hữu ích tự nhiên của tre: Khả năng kháng khuẩn, khả năng khử mùi, khả năng chống tia Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 18 UV cao.1 cho ta sự so sánh khả năng kháng khuẩn của xơ tre tự nhiên so với các xơ thông thường được đánh giá theo tiêu chuẩn AATCC6538.2 cho ta thông số kỹ thuật của xơ tre tự nhiên Bảng 1.1: Tỉ lệ diệt khuẩn của xơ tre tự nhiên so với các xơ thông thường (%) Xơ tre Xơ Xơ gai Xơ Loại vi khuẩn tự nhiên lanh bông Staphylococcus 99.7 Aurous Bacillus Bacteria 99.1 /Canidia Albicans Black Aspergillus 83.15 “Nguồn: Suzhou Lifei Textile Co.2: Thông số kỹ thuật của xơ tre tự nhiên Độ mảnh Độ mảnh trung Độ bền tương Độ giãn đứt Khả năng hút (dtex) bình (CN/tex) đối (CN/tex) (%) nước 5,0 - 8,33 6 3,49 5,1 34,93 “Nguồn: Suzhou Lifei Textile Co.2 Than tre: Đó là loại xơ được tạo ra từ những hạt than tre kích thước nano. Những hạt nano này được trộn lẫn vào trong dung dịch kéo sợi các loại xơ như xơ Polyeste để tận dụng các tính chất nổi trội của than tre cho xơ. Công nghệ kéo sợi này giống như công nghệ kéo sợi từ xơ tổng hợp thông thường để tạo ra xơ than tre.3 Xơ tre nhân tạo Đây là xơ tre có công nghệ và quy trình sản xuất gần giống với quy trình sản xuất xenlulo tái sinh từ bột gỗ (xem hình 1.5) Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 19 Hình 1.5: Sơ đồ quy trình sản xuất xơ tre tái sinh Hình 1.6 : Mặt cắt ngang của xơ tre tái sinh Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 20 Hình 1.7: Bề mặt ngoài của xơ tre tái sinh theo chiều dọc 1.Các phương pháp sản xuất xơ tre dạng xenlulo tái sinh Cũng như xơ xenlulo tái sinh sản xuất từ gỗ, xơ tre dạng xenlulo tái sinh nhờ quá trình sử lý hóa học khác nhau có thể tạo ra nhiều loại xơ tre khác nhau như: visco, amoniac đồng, lyocel, axetat.
a, Quá trình chuẩn bị bột tre Nguyên liệu để sản xuất ra xơ xenlulo tái sinh là cọng tre được lấy từ các cây tre có tuổi trưởng thành từ 4-5 năm. Tre được thu hoạch và lấy phần vỏ tre (cọng tre). Tiếp theo vỏ tre 10 được rửa bằng nước ở bước B - rửa trong nước để loại bỏ bùn và bụi bám dính trên bề mặt. Trong công đoạn này sử dụng vòi hoa sen phun nước vào để rửa, tuy nhiên, qui trình rửa này có thể được thực hiện nhờ ngâm vỏ tre trong bình nước hoặc sử dụng máy giặt.
Tiếp đó, vỏ tre 10 được rửa sạch lại bằng nước rồi đến bước sấy C. Sấy vỏ tre 10 nhằm làm cho vỏ tre 10 dễ được tạo sợi ở bước D. Trong công đoạn này, máy sấy 14 sử dụng gió nóng với nhiệt độ sấy tương đối thấp (ví dụ nhiệt độ 50 Ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu dÖt may TrÇn ThÞ Mü H¶i LuËn v¨n cao häc KHãA 2007-2009 21 đến 1000C). Ngoài ra, có thể sấy tự nhiên bằng cách để vỏ tre trong không khí hoặc sử dụng chân không cho quá trình sấy.
Tiếp đó, vỏ tre 10 đã sấy được đưa tới bước D. Vỏ tre 10, xơ của nó được xếp song song theo chiều dọc từ đó được tạo sợi bằng cách mài mòn của thiết bị shotblast 15. Ngoài shotblast 15, vỏ tre 10 có thể được tạo sợi một cách dễ dàng bằng cách sử dụng một thanh gỗ để đập hoặc một máy nghiền hoặc máy đập như máy đập Hollander.