Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về xử lý kháng khuẩn cho vải viscose 1. Tổng quan về vải viscose 1.
Giới thiệu về vải viscose Vải viscose là vải được dệt từ sợi viscose 100%, có thể là sợi xơ ngắn (staple) hoặc sợi liên tục (filament). Xơ viscose là xơ nhân tạo được sản xuất từ nguồn nguyên liệu gỗ có hàm lượng α-cellulose trên 90%. Trong số các xơ cellulose tái sinh thì viscose là xơ được sử dụng phổ biến nhất trong ngành dệt may do có tính thấm hút tốt, dễ nhuộm màu, bề mặt bóng láng, mềm mịn, giá thành không cao [9]. Vải viscose được ứng dụng trong các lĩnh vực như vải may mặc (quần áo mặc mùa hè, quần áo thời trang, vải lót, vải may khẩu trang…) [10]; vải may đồ gia dụng (chăn, ga, gối, đệm, khăn trải bàn… [10]; vải y tế (băng vết thương, mũ, khẩu trang, khăn lau kháng khuẩn) [11].
Vải viscose không dệt còn được sử dụng làm áo choàng phẫu thuật [12, 13]. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ xơ viscose ngày càng tăng, đặc biệt là dạng xơ ngắn thể hiện qua thị trường xơ viscose toàn cầu năm 2020 đạt hơn 4750 nghìn tấn và dự kiến tốc độ tăng trưởng kép hằng năm (CARG) 4% trong giai đoạn từ 2021 đến 2026 [14]. Phân loại xơ viscose Thông qua các phản ứng hoá học, công nghệ kéo sợi và các tác động cơ lý khác nhau mà có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm viscose. Quá trình sản xuất xơ viscose được coi là linh hoạt, có thể tạo thành nhiều cấu trúc khác nhau nhất trong số các xơ nhân tạo [9].
Xơ có hình dạng cắt ngang khác nhau, từ đa thùy, răng cưa và tròn phẳng; theo chiều dọc có dạng thẳng hoặc dạng uốn. Xơ có dạng mảnh, mềm như tơ tằm, cotton và có cả dạng thô như len… Xơ được sản xuất ở dạng dài liên tục (filament) hoặc dạng cắt ngắn (staple) [9]. Gồm có các loại xơ viscose với các tính chất cơ học, vật lý, hóa học khác nhau như sau: * Viscose thông thường: Xơ viscose thông thường có độ trùng hợp (DP: Degree of polymerization) từ 250 - 400. Loại xơ này thường dùng chủ yếu trong may mặc do có những ưu điểm như hút ẩm tốt, có tính vệ sinh cao, chất thải dễ xử lý.
Tuy nhiên, xơ có nhược điểm dễ nhàu và giảm bền khi ướt (có thể giảm đến 40 - 50%), dễ giãn và biến dạng. Vải từ xơ viscose thông thường dạng filament có ngoại quan bóng láng, mềm mịn như tơ tằm. So với vải từ xơ dài thì vải viscose từ xơ ngắn được sử dụng trong ngành dệt may chiếm tỷ trọng lớn hơn nhiều. Vải mềm mịn, có độ rủ cao, được sử dụng để may quần áo mặc thông thường, khẩu trang, ga gối… [9].
* Viscose bền cao (HWM: high wet modules, HT: High tenacity): Loại xơ viscose này được sản xuất từ nguồn nguyên liệu gỗ ban đầu có hàm lượng -cellulose cao hơn loại thông thường. Xơ viscose bền cao có độ trùng hợp từ 400 - 600. Khác với quá trình sản xuất xơ viscose thường, dòng xơ được hình thành từ dung dịch nhớt được đưa vào bể đông tụ chứa lượng kẽm sunphat nhiều hơn và giữ ở nhiệt độ cao hơn. Các xơ filament được ép đùn ra từ đầu kéo sợi và được kéo giãn cực đại.
Do đó, xơ được hình thành có tỷ lệ miền vi tinh thể tăng do cấu trúc phân tử có độ định hướng cao hơn. Vì vậy, xơ có độ bền ướt cao, chịu kiềm tốt hơn, ít co ở trạng thái ướt và 1 khả năng biến dạng phục hồi cao hơn [15]. Xơ viscose bền cao được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực kỹ thuật như sợi cốt cho lốp xe, dệt vải mành, vải dù trong quân đội. Ngoài ra, xơ này còn được ứng dụng để sản xuất chỉ may công nghiệp, vải lều bạt… * Viscose xoăn: Mặc dù cellulose không phải là nhựa nhiệt dẻo, không thể bị uốn cong về mặt cơ học và tạo sợi kiểu giống như xơ tổng hợp được nhưng xơ có thể bị uốn được bằng cách gây ra mất cân bằng về độ đồng đều và độ dày của bề mặt xơ trong quá trình sản xuất.
Trong nước nóng bề mặt xơ bị co nhiều hơn phần lõi làm cho xơ bị uốn. Viscose uốn nhìn giống len, có thể sử dụng nguyên hoặc pha với polyester, nylon, acetate, len để sản xuất thảm, nội thất, ga trải giường hoặc quần áo. * Modal: Modal là loại xơ viscose có độ bền trung bình, độ bền ướt và độ giãn đứt tương đối tốt. Quy trình sản xuất xơ modal có sự cải tiến hơn so với các quy trình sản xuất viscose thông thường.
Ngoài ra còn có một số loại xơ viscose khác như polynosic, cellophane. được ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật. Cấu trúc của xơ viscose Thành phần hóa học của xơ viscose là cellulose nhưng khác với cellulose tự nhiên là các vòng piran xoay 90º còn trong cellulose tự nhiên là 180º. Do đó, xơ viscose có khả năng hấp thụ mạnh các chất, dễ nhuộm màu hơn bông [9].
Trong quá trình điều chế dung dịch kéo sợi, các mắt xích phân tử bị cắt ngắn dẫn đến DP của cellulose trong viscose bị giảm so với cellulose trong bông. DP của cellulose trong viscose dao động trong khoảng n = 200 - 600. Các tính chất xơ sẽ phụ thuộc vào: (a) các phân tử cellulose được sắp xếp và liên kết với nhau trong xơ và (b) kích thước trung bình và phân bố kích thước của các phân tử. Công thức cấu tạo và cấu trúc của một mắt xích cellulose được thể hiện trong Hình 1.1: Công thức cấu tạo và cấu trúc của một mắt xích cellulose.
Trong cellulose tái sinh, cấu trúc cellulose I, II được đề xuất cho các loại xơ viscose, cellophane, cellulose kiềm. Còn cấu trúc cellulose III, IV cho các loại còn lại. Các thông số kích thước của cellulose I, II, III, IV được thể hiện trong Bảng 1. Quá trình hình thành xơ theo phương pháp ướt xảy ra trong bể đông tụ, phản ứng hóa học xảy ra từ phía ngoài vào trong thân xơ, do đó có sự thay đổi về cấu trúc tinh thể.
Vì vậy, mặt cắt ngang của các loại xơ viscose cũng khác nhau, thể hiện trên Hình 1. Do cấu trúc xốp nên xơ mềm mại, có độ giãn lớn, dễ thấm nước, dễ trương nở trong nước, dễ hấp thụ thuốc nhuộm, có ngoại quan bóng hơn xơ bông [9].1: Các kích thước mắt xích cellulose [9] Cấu trúc a (Å) b (Å) c (Å) β () celulose Celulose I 8,35 10,3 7,9 84 Celulose II 8,1 10,3 9,1 62 Celulose III 7,74 10,3 9,9 58 Celulose IV 8,11 10,3 7,9 90 Hình 1.2: Mặt cắt ngang của một số loại xơ viscose. Tính chất của xơ viscose Trong quá trình kéo sợi, chỉ cần thay đổi tương đối nhỏ các thông số hóa học và vật lý có thể dẫn đến tính chất của xơ khác biệt. - Tính chất vật lý [9]: Tính chất vật lý của một số loại xơ viscose được thể hiện trong Bảng 1.2: Tính chất cơ lý của một số loại xơ viscose Tính chất Viscose Viscose Modal thường HWM Độ bền kéo đứt (glực/den) - Điều kiện chuẩn 2,1 - 3,2 3,5 - 5,0 3,5 - 4,5 - Điều kiện ướt 0,7 - 1,8 2,2 - 3,2 2,4 - 3,5 Độ giãn đứt (%) - Điều kiện chuẩn 15 - 30 10 - 15 8 - 12 - Điều kiện ướt 20 - 40 12 - 18 9 - 15 Độ thấm hút nước (%) 90 - 110 60 - 80 60 - 80 - Tính chất hóa học: Xơ viscose không bền trong axit vô cơ đậm, với H2SO4 nồng độ trên 60% sẽ bị hòa tan trong thời gian 20 phút ngay cả ở nhiệt độ thường, axit loãng thì thời gian lâu hơn.
Xơ viscose không bền với kiềm loãng ở nhiệt độ cao và có mặt oxy không khí. - Tính chất khác: Xơ viscose kém bền với khí hậu thời tiết, dễ bị vi khuẩn và nấm mốc tấn công [16], không có chức năng bảo vệ cơ thể người dưới tia cực tím và ánh sáng mặt trời như bông. Chính vì vậy, có nhiều nghiên cứu tập trung vào xử lý kháng khuẩn cho vật liệu viscose sử dụng các hợp chất như chiết xuất thực vật [17], chitosan [18, 19], nano vàng [20], nano bạc [16, 21]… nhằm khắc phục nhược điểm của xơ. 3 Qua việc tổng quan về viscose cho thấy xơ viscose có nhiều đặc tính quý nên được sử dụng trong nhiều lĩnh vực.
Tuy nhiên, xơ viscose có cấu trúc xốp, có khả năng giữ nước, chứa oxi tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn sinh sôi phát triển dẫn đến vải từ xơ viscose kém bền với vi sinh vật. Vì vậy, xử lý kháng khuẩn cho vải viscose là rất cần thiết để nâng cao giá trị sử dụng và thẩm mỹ cho vật liệu này. Trong số các loại xơ viscose thì xơ viscose thông thường có tỷ trọng sử dụng lớn nhất trong lĩnh vực dệt may, được dùng trong nhiều sản phẩm như quần áo may mặc thông thường, quần áo trẻ em. đặc biệt là mặt hàng khẩu trang do khẩu trang cần độ thông thoáng, hút ẩm tốt nhưng không cần độ bền cao và có giá trị thấp.
Vì vậy, trong nghiên cứu này vải viscose thông thường được lựa chọn để làm vật liệu nền để xử lý. Tổng quan về xử lý kháng khuẩn cho vải viscose 1. Xử lý kháng khuẩn cho vật liệu dệt Vật liệu dệt từ tự nhiên từ cellulose, tơ tằm, len, cellulose tái sinh là môi trường thuận lợi để vi sinh vật phát triển do chúng có cấu trúc xốp, ưa nước, giữ lại nước, oxy và chất dinh dưỡng [1, 16]. Đối với vật liệu dệt từ xơ tổng hợp có khả năng chống vi khuẩn tốt hơn xơ tự nhiên vì chúng hầu hết kị nước nên không cung cấp độ ẩm cần thiết để vi khuẩn phát triển.
Bên cạnh thành phần hóa học của vật liệu dệt ảnh hưởng đến sự tấn công của vi sinh vật thì một yếu tố khác đóng vai trò rất quan trọng trong việc làm cho vải dễ bị vi khuẩn tấn công là môi trường vật lý mà chúng được sử dụng. Sự hiện diện của chất lỏng cơ thể con người như mồ hôi, bã nhờn, máu, bụi bẩn và vết thức ăn trên vải cung cấp môi trường giàu dinh dưỡng cho sự phát triển của vi sinh vật. Chính vì vậy, những vật liệu dệt được sử dụng trong bệnh viện, quần áo trẻ sơ sinh, đồ lót và quần áo thể thao là môi trường lý tưởng để vi sinh vật phát triển [1, 16, 22].