Chương 1: Tổng quan xơ sợi nhân tạo Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận Kết luận của luận văn Tài liệu tham khảo Phụ lục Nguyễn Thị Ngọc Trầm 12 Khóa 2016B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN XƠ SỢI NHÂN TẠO 1. Xơ có nguồn gốc xenlulô tái sinh 1. Tổng quan về xơ Visco Lịch sử hình thành và phát triển xơ Visco Rayon là thuật ngữ khái quát chung cho xơ được sản xuất từ xenlulô tái sinh. Điều quan trọng là vì tính linh hoạt của xơ, và trong thực tế nó là xơ được sản xuất khả thi đầu tiên.
Từ năm 1664, nhà tự nhiên học người Anh Robert Hooke đã giả thuyết rằng các sợi tơ filamăng nhân tạo có thể được kéo thành sợi từ một chất tương tự như chất tằm tiết ra để làm tơ. Điều này được các nhà khoa học thử nghiệm trong những năm tiếp theo, nhiều người đã tìm kiếm một loại “tơ nhân tạo”, nhưng không ai làm được cho đến tận năm 1855, một người Pháp, George Audemars đã làm được điều đó. Bằng cách nhúng một cây kim vào một dung dịch nhớt của vỏ cây dâu tằm và cao su dính, ông ta có thể tạo ra một sợi chỉ. Từ quan điểm khoa học, quá trình này hầu như không khả thi về mặt kinh tế - nó rất chậm và đòi hỏi rất nhiều tơ và độ chính xác.
Xơ tổng hợp được thương mại đầu tiên được sản xuất bởi Hilaire, Count of Chardonnay sau 29 năm nghiên cứu, được cấp bằng sáng chế vào năm 1884 và được ông sản xuất vào năm 1889. Loại vải có nguồn gốc xenlulô này được gọi là lụa Chardonnay nó khá đẹp nhưng rất dễ cháy và nó đã bị loại bỏ khỏi thị trường. Sau đó không lâu, nhà hóa học người Anh Charles Frederick Cross và cộng sự đã phát minh ra quá trình sản xuất Visco vào năm 1892. Họ phát hiện ra xanthat xenlulô có thể được hình thành bằng cách sử dụng xenlulô thô từ gỗ thông qua phản ứng với kiềm và cacbon disulphit.
Phương pháp sản xuất xơ Visco do Charles Henry Stearn phát triển phối hợp cùng với Charles Frederick Cross năm 1898 và đã được thương mại thành công vào năm 1904 khi Samuel Courtauld & Co. Ltd ở Anh giành được bằng sáng chế. Nhà sản xuất Hoa Kỳ đầu tiên, Công ty Viscose Hoa Kỳ cũng được đăng ký vào năm 1910. Xơ Visco được xem là xơ rayon thế hệ đầu tiên.
Nguyễn Thị Ngọc Trầm 13 Khóa 2016B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Cấu trúc của xơ Visco tái sinh Quá trình hình thành xơ theo phương pháp ướt xảy ra trong bể đông tụ, phản ứng hóa học tiến hành từ phía ngoài vào trong thân sợi do đó có sự thay đổi về cấu trúc tinh thể. Mặt cắt ngang của xơ không tròn có nhiều vết lõm sắc nét, thông thường có dạng khía, dọc theo thân là những nếp gấp chạy dài. Mặt cắt ngang và mặt cắt dọc của xơ visco Tính chất cơ bản của xơ visco Cũng giống như các vật liệu xơ khác, độ bền kéo và độ giãn là hai trong số những tính chất cơ học quan trọng nhất đối với xơ Visco. Xơ Visco có độ bền kéo thấp trong điều kiện ướt (0,7-1,2 gf/den) so với trong điều kiện khô (1,5-2,4 gf/den).
Một tính năng cơ học khác của xơ Visco là độ giãn dài cao lên đến 25% (khi khô) và 30% (khi ướt). Do đó, các loại vải sợi Visco hoặc Visco pha trộn có xu hướng có khả năng giãn nở tốt. Độ đàn hồi của Visco nhỏ hơn 2-3%. Điều này là rất quan trọng trong việc xử lý sợi Visco khi có một sức căng độ ngột xảy ra trong quá trình dệt, sấy tại máy văng.
Visco có tính thẩm mỹ giống như lụa như cảm giác sờ tay, tính xếp nếp tuyệt vời và giữ màu sắc sáng bóng của nó. Xơ visco cũng có một số tính chất tương tự như Bông hay một số xơ xenlulô tự nhiên khác. Visco hấp thụ độ ẩm nhiều hơn bông, ở 70 0 F (210 C) và 65% độ ẩm Bông hấp thụ độ ẩm là 6%, và Visco là 13% trong cùng điều kiện nhưng Visco lại chịu được nhiệt độ ủi hơi thấp hơn Bông. Vải Nguyễn Thị Ngọc Trầm 14 Khóa 2016B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Visco thoáng khí, thoải mái khi mặc, mềm mịn cho da và dễ nhuộm màu sắc sặc sỡ.
Nó không gây tĩnh điện, cũng sẽ không tạo vón trừ khi vải được dệt từ sợi xơ ngắn, sợi có xoắn thấp. Độ bền nhiệt và ánh sáng: từ 150 0 C Visco bắt đầu giảm độ bền và bắt đầu phân hủy ở 175-205° C. Tiếp xúc kéo dài với ánh sáng mặt trời cũng làm suy yếu độ bền xơ do độ ẩm và tia cực tím của ánh sáng mặt trời. Visco gồm xenlulô có DP thấp hơn so với xenlulô của Bông do đó Visco phản ứng với hóa chất nhanh hơn so với Bông, dễ nhuộm màu hơn Bông.
Visco kém bền với axit vô cơ và kiềm loãng ở nhiệt độ cao và có mặt của oxy không khí. Vi sinh vật (nấm mốc, vi khuẩn) ảnh hưởng đến màu sắc, độ bền, tính chất nhuộm và độ bóng của rayon. Rayon visco sạch và khô hiếm khi bị nấm mốc tấn công. Quy trình sản xuất xơ visco Hình 1.
Quy trình sản xuất của xơ visco Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất xơ Visco là xenlulô. Nó được lấy từ các loại gỗ ( thông, tùng,…). Việc sản xuất xơ Visco tiến hành theo các giai đoạn sau: Ngâm kiềm Xenlulô làm thành những tấm ép mỏng, trộn lẫn các tấm xenlulô để giảm bớt tính không đồng nhất của nguyên liệu và đem ngâm vào bể có chứa NaOH 18% khoảng 1 giờ, sau đó các tấm xenlulô được ép để tách nước, NaOH và thành phần Nguyễn Thị Ngọc Trầm 15 Khóa 2016B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật hemixenlulo bị hòa tan cùng với tạp chất ra ngoài xenlulô chuyển hóa thành xenlulô kiềm theo công thức sau: C6 H9O4OH + NaOH → C6H9O4.ONa + H2O Xé/nghiền Xé /nghiền nhỏ các tấm xenlulô kiềm thành những mãnh vụn nhuyễn mịn để tăng diện tích tiếp xúc, điều này sẽ làm tăng khả năng phản ứng của nó ở các bước tiếp theo. Quá trình này thực hiện từ 1-3 giờ ở 25- 30 0C.
Đôi khi chất hoạt động bề mặt như polyethylene glycol được thêm vào ở giai đoạn này. Chất này làm giảm sức căng bề mặt, điều này cải thiện sự phân tán carbon disulphit. Lão hóa Giữ xenlulô đã nghiền nhỏ trong điều kiện kiểm soát về thời gian từ 1-3 ngày và nhiệt độ từ 25 đến 30 oC để phân ly các xenlulô với mức độ trùng hợp mong muốn. Trong bước này, trọng lượng phân tử của xenlulô của bột gỗ ban đầu giảm đi từ 2 đến 3 lần.
Việc giảm độ trùng hợp của các xenlulô kiềm được thực hiện để thu được một dung dịch visco có độ nhớt thích hợp. Xanthate hóa Trong bước này, cho xenlulô kiềm nghiền nhỏ đã lão hóa phản ứng với disunfua carbon - CS2 và hòa tan xenlulô kiềm, người ta có được một dung dịcch màu cam sáng có tên gọi là xenlulô xanthate natri theo phương trình: (C6H9O4ONa) n + nCS2 ----> (C 6H9O4 O-SC-SNa)n Quá trình phân hủy Quá trình phân hủy xenlulo xanthate diễn ra trong các bình hình trụ được trang bị máy khuấy. Thêm chất phụ gia và chất làm bóng và dung dịch NaOH 4-6% trong khỏang 4-5 giờ, sẽ nhận được dung dịch nhớt đó là visco. Lọc Dung dịch visco đã đủ độ nhớt, nồng độ quy định được lọc qua vải lọc và dụng cụ hỗ trợ lọc khác để loại bỏ tạp chất và các hạt xenlulô không tan.
Qúa trình lọc cũng được thực hiện trong một số giai đoạn, giai đoạn lọc cuối càng gần với spinneret càng tốt. Nguyễn Thị Ngọc Trầm 16 Khóa 2016B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Ủ chín Chưng nóng dung dịch kéo sợi trong một khoảng thời gian khoảng vài giờ để các phản ứng xanthate được điều chỉnh cân bằng trong dung dịch, mức độ trùng hợp của các đại phân tử xenlulô cũng đều đặn hơn. Hình thành sợi Dung dịch visco được kéo ra sợi theo phương pháp ướt bằng cách đưa vào máy bơm ly tâm ép chúng qua các lỗ hình thành sợi được gọi là spinneret có dạng như cái gương sen. Spinneret được đặt trong bể ngưng tụ, ở đó có chứa dung dịch axít sunfuaric loãng, các chất phụ gia như Na 2SO4, ZnSO4, Gluco,.Dưới tác dụng của hỗn hợp này, xenlulô hoàn nguyên và đông cứng lại thành các sợi filament nhỏ liên tục và được các trục quấn ra khỏi bể.
Giặt và hoàn thiện Các filament xơ Visco thu sau bể đông tụ được dẫn đến hệ thống rửa nước nóng, kéo giãn, tẩy trắng, tẩm nhủ tương,. Tùy theo công dụng sau này của sản phẩm, các xơ filament được quấn vào ống theo quy cách nhất định hoặc chúng được cắt ngắn theo những chiều dài nhất định, sau đó sấy khô và ép kiện cung cấp cho nhà máy kéo sợi xơ ngắn. Tổng quan về xơ Modal Lịch sử hình thành và phát triển xơ Modal Modal là một loại xơ xenlulô tái sinh được làm từ bột gỗ nguyên chất từ cây sồi thuộc giống cây Schneider Zelkova ở châu Âu. Trong khi rayon visco có thể thu được từ bột gỗ từ một số cây khác nhau riêng Modal chỉ sử dụng gỗ sồi, vì vậy nó cơ bản là một loại rayon visco; một tên chung cho xơ rayon visco đã biến đổi có độ bền cao và mô đun ướt cao.
Modal được xem là xơ rayon thế hệ thứ hai. Modal đầu tiên được phát triển bởi Lenzing AG có trụ sở tại Áo, công ty này đã đăng ký tên thương mại cho sản phẩm này, nhưng giờ đây nhiều nhà sản xuất đã tự tạo ra các phiên bản riêng cho mình. Xơ Modal được định nghĩa trong tiêu chuẩn quốc tế ISO 206: 999 (E) là xơ xenlulô tái sinh có mô đun ướt cao, độ bền đứt cao được sản xuất bằng cách sử dụng rayon visco đặc biệt, và thành phần của bể đông tụ Nguyễn Thị Ngọc Trầm 17 Khóa 2016B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật cho phép định hướng phân tử tốt hơn trong suốt quá trình kéo giãn và ngưng tụ của xơ. Ngoài ra, Modal cũng được định nghĩa bởi Văn phòng tiêu chuẩn xơ nhân tạo quốc tế (BISFA) là một loại xơ rayon visco khác biệt, có mô đun ướt cao hơn và đáp ứng được giá trị tối thiểu về độ bền trong tình trạng ẩm ướt tại độ giãn 5%.