Bài giảng Vật liệu dệt - Phần 9: Các quy trình hoàn tất - Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh

hỏa mãn nhu cầu của khách hàng. II. CÁC QUY TRÌNH HOÀN TẤT Có 4 nhóm chính: quy trình cơ học (physical), quy trình hóa học (chemical), định hình nhiệt (heat setting) và phủ bề mặt (surface coating). 2 II. CÁC QUY TRÌNH HOÀN TẤT Các quy trình cơ học liên sử dụng các hoạt động vật lý/cơ học trên các máy/thiết bị để có được hiệu ứng mong muốn. Thông thường sau các quy trình cơ học là quá trình định hình nhiệt nhằm nâng cao hiệu ứng. Các quy trình cơ học thường bao gồm: cán ép (calendering), cào lông (raising), xén lông (cropping). Các quy trình hóa học liên quan đến việc sử dụng các hóa chất lên vải. 3 II. CÁC QUY TRÌNH HOÀN TẤT Các hóa chất ở đây được sử dụng ở dạng dung dịch lỏng hoặc huyền phù. Có nhiều kỹ thuật được sử dụng nhưng phổ biến vẫn là kỹ thuật dùng là máy ngấm ép (pad mangle). Trong hệ thống này, vải đi qua máng hóa chất rồi qua cặp trục ép để đảm bảo lượng hóa chất phủ đều lên vải. Sau đó vải sẽ được sấy khô để loại nước và kế đến là giai đoạn cố định/ổn định bởi quá trình gia nhiệt ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn  hiệu ứng sẽ bền hơn và tốt hơn. 4 2.1. CÁC QUY TRÌNH HÓA HỌC Quy trình hóa học chủ yếu nhằm cải thiện chức năng của vải và hiếm khi cải thiện tính hấp dẫn. Có thể nói, các quy trình hóa học là vô cùng đa dạng: từ chống tĩnh điện đến chống cháy. Phần này đề cập đến các xử lý sau: chống nước (water repellency), chống nhậy (mothproof), chống vi khuẩn và nâm mốc (antibacterial and antifungal), chống co (anti-shrink), chống nhàu (crease-resistant), chống cháy và chống tĩnh điện. 5 2.1.1. Xử lý chống nước (water repellency) Nước là chất có lực căng bề mặt (surface tension) cao. Khi nước được nhỏ lên bề mặt rắn, nếu lực hút giữa phân tử nước và phân tử chất rắn > lực hút giữa các phân tử nước  nước sẽ loang trên bề mặt chất rắn. Ngược lại, nước sẽ không thể loang ra. Vật liệu dệt hầu hết đều có năng lượng bề mặt thấp so với nước  nước chỉ có thể làm ướt bề mặt của các xơ gốc cellulose hoặc khi lớp sáp trên bề mặt xơ bị loại bỏ. Chất lỏng sẽ loang trên bề mặt khi lực căng bề mặt của chất lỏng nhỏ hơn của bề mặt. 6 2.1.1. Xử lý chống nước (water repellency) 7 Vật liệu Lực căng bề mặt Newton/mét (Nm -1 x 10 -3 ) Nước Glycerol Dầu đậu phộng Dầu ô liu Paraffin Toluene Acetone Ethanol PTFE Polythene Polystyrene Polyester Nylong 66 Cellulose 72.8 63.4 32.6 32.4 30.2 28.5 23.7 22.8 22.0 31.0 33.0 43.0 46.0 100 – 120 2.1.1. Xử lý chống nước (water repellency) Các chất hữu cơ (có hydro và carbon) thường có lực căng bề mặt thấp so với nước  loang ra khi nhỏ lên nước nhưng không có chiều ngược lại. Ban đầu, xử lý chống nước dựa vào việc tạo ra hỗn hợp sáp có thể uốn ở nhiệt độ thường. Điều này chỉ áp dụng được cho quần áo bảo hộ bên ngoài, đối với đồ thông thường vấn đề xảy ra khi quần áo đem giặt. Xà phòng có chưa kim loại nặng có khả năng chống nước  nỗ lực tạo ra xử lý chống nước tốt là dùng muốn chrome của axít béo dùng cho vải bông có qua xử lý gia nhiệt  xử lý khá bền cho vải. 8 2.1.1. Xử lý chống nước (water repellency) Hiện nay, việc xử lý chống nước sử dụng các dẫn xuất của các axít béo mà tiêu biểu là fluorocarbon (ester của axít polylactic và hexanol được fluor hóa). 2.1.2. Xử lý chống dầu và bụi bẩn (oil repellency and soil release) Nếu góc tiếp xúc giữa chất lỏng và bề mặt rắn nhỏ hơn 90 0 thì chất lỏng sẽ làm ướt bề mặt rắn và ngược lại chất lỏng không thể làm ướt bề mặt rắn và bề mặt được gọi là không ướt (non-wetting) hoặc chống ướt (repellent). 9 2.1.2. Xử lý chống dầu và bụi bẩn (oil repellency and soil release) 10 2.1.2.1. Xử lý chống dầu Khi chất fluorocarbon được phủ lên vải, các nhóm –CF 2 – sẽ làm cho bề mặt vải có năng lượng bề mặt rất thấp  không thể bị làm ướt bởi dầu. Phần lớn chất bẩn trên vải thường có dầu và vì vậy các bề mặt vải có chất bẩn thường chống dầu. Dầu thiên nhiên và khoáng chất có sức căng bề mặt khoảng 30Nm -1 x10 -3  hoàn toàn không thể làm ướt vải đã phủ fluorcarbon. Mặc dù vậy, một số dầu có lực căng bề mặt < 22 Nm -1 x 10 -3 thì lớp phủ fluorocarbon vẫn bị thấm ướt. 11 2.1.2.1. Xử lý chống dầu Điển hình của nhóm dầu này là n-heptane có lực căng bề mặt là 20Nm -1 x10 -3 , hoàn toàn làm ướt bề mặt phủ fluorocarbon. Do đó, đây là hóa chất được dùng để đánh giá khả năng chống bẩn của bề mặt vải. Để làm điều này, từng lượng nhỏ của dầu khoáng chất vào n-heptane để tăng dần lực căng bề mặt của n-heptane  cơ sở của thí nghiệm đánh giá khả năng chống dầu. Thí nghiệm gồm một loạt các chất lỏng có lực căng bề mặt giảm dần được tưới lên vải. 12 2.1.2.1. Xử lý chống dầu Các chất lỏng sẽ làm ướt vải và được chỉ đỉnh bởi một con số. Con số này được cho là khả năng chống dầu của chất lỏng. Các chất lỏng là các hỗn hợp của dầu khoáng chất và n-heptane với phần trăm các thành phần khác nhau. 13 Chỉ số chống dầu % dầu khoáng chất trong n-heptane 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2.1.2.1. Xử lý chống dầu Nếu giá trị trong khoảng 50 – 70 thì khả năng chống dây bẩn là trung bình. Nếu giá trị trong khoảng 80 – 90 thì khả năng chống dây bẩn là khá. Nếu giá trị là 100 trở lên thì khả năng chống dây bẩn tuyệt hảo. 2.1.2.2. Xử lý khử bẩn Loại hoàn tất này được cho là khả năng loại bỏ bẩn của vải được xử lý. Một trong các vấn đề của vải là khả năng bị làm ướt bởi dung dịch tẩy rửa. 14 2.1.2.2. Xử lý khử bẩn Bất cứ loại xử lý nào giúp cho việc làm ướt vải được dễ dàng đều có thể là chất giúp khử bẩn. Thuở ban đầu, các hóa chất khử bẩn là polymer có chứa các nhóm chức háo nước sẽ được phủ lên bề mặt xơ. 15 2.1.2.2. Xử lý khử bẩn Hiện nay, một xu hướng sử dụng các copolymer khối có chứa một thành phần háo nước và một thành phần kỵ nước. Cụ thể là đối với vải polyester, cấu trúc của các polymer khối có dạng sau: Phân tử polymer khối –polyethylene glycol–polyester–polyethylene glycol– Khi đó, phần kỵ nước (polyester) sẽ được hút lên bề mặt xơ polyester, để lại thành phần háo nước nhô ra khỏi mặt phẳng chung. Như vậy, sẽ tạo ra vùng làm ướt để có thể loại bỏ chất bẩn. 16 2.1.2.2. Xử lý khử bẩn 17 2.1.3. C hống nhậy và côn trùng (mothproof and insect damage) Sản phẩm từ len hàng năm bị côn trùng phá hủy rất nhiều. Các côn trùng phổ biến là nhậy quần áo (clothes moth), bọ cánh cứng/bọ cánh cứng đen trong thảm (carpet/black carpet beetle). 18 2.1.3. Chống nhậy và côn trùng (mothproof and insect damage) Chỉ có ấu trùng của các côn trùng này là phá hủy xơ len. Cần phải phủ lên vải các hóa chất nhằm ngăn chặn sự phá hủy của xơ len do các ấu trùng gây ra. Sản phẩm đầu tiên ra đời có tên gọi “Martius Yellow”. Thuốc nhuộm này được dùng cho áo choàng trong quân đội và thấy rằng vải không hề bị nhậy phá hoại do chúng không thể tiêu hóa được. Nhiều thuốc nhuộm có tính chất tương tự được tổng hợp nhưng đòi hỏi lượng đáng kể, ảnh hưởng đến ánh màu  bỏ, không sản xuất nữa . 19 2.1.3. Chống nhậy và côn trùng (mothproof and insect damage) Một phương pháp cũ hơn được dùng để chống nhậy cho len là dùng thuốc diệt côn trùng. Nhưng vấn đề môi trường đã tác động đến việc sử dụng các loại thuốc diệt con trùng này và sản phẩm thay thế đó là các hợp chất hữu cơ nhân tạo dùng làm thuốc trừ sâu/pyrethroid (ít độc hại đến động vật). 2.1.4. Chống vi trùng (microbiocidal finish) Vấn đề vệ sinh trở nên ngày càng quan trọng đối với việc hoàn tất vải. Việc xử lý chống vi trùng (vi khuẩn/nấm) được xem là có giá trị cao cho một số loại vải (tránh sự tái lây nhiễm/chất khử mùi). 20 2.1.4. Chống vi trùng (microbiocidal finish) Một số thuật ngữ cần được phân biệt. Kiềm hãm vi khuẩn (bacteriostatic): hóa chất ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn  chết dần. Kiềm hãm nấm mốc (fungistatic): hóa chất ngăn chặn sự phát triển của nấm. Các từ bacterialcidal, fungicidal và microbiocidal đều chỉ các hóa chất có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật. 2.1.5. Tráng nhựa (resin finish) Được phát triển vào giữa những năm 20 nhằm cải thiện khả năng chống nhàu cho vải gốc cellulose giống như vải len. 21 2.1.5. Tráng nhựa (resin finish) Được phát triển vào giữa những năm 20 nhằm cải thiện khả năng hồi nhàu cho vải gốc cellulose giống như vải len. Các phân tử cellulose sẽ được liên kết ngang với màng nhựa. Nhựa bao gồm chất xúc tác (catalyst), chất làm mềm (softener), chất làm ướt (wetting agent) sẽ được ngấm ép lên vải nền (bông). Sau đó vải được sấy, gia nhiệt và giặt rửa để loại nhựa thừa. Vải được xử lý sẽ được cải thiện khả năng hồi nhàu và còn có khả năng ổn định kích thước đối với giặt. Vải không tráng nhựa thường co 8% sau giặt nhưng nếu được xử lý sẽ chỉ còn dưới 3%. 22 2.1.5. Tráng nhựa (resin finish) Một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng co trên vải bông là sự trương nở của xơ khi hấp thụ nước. Nếu có thể ngăn sự trương nở của xơ thì sẽ ngăn được độ co của vải bông. 23 2.1.6. Xử lý chống cháy (flame retardant finish) Một trong các khuyết điểm của các loại vật liệu dệt đó là rất dễ bắt cháy và khi cháy tỏa nhiệt rất cao. Vật liệu sử dụng trong nhà đều ít nhiều liên quan đến vật liệu dệt  ngăn chặn khả năng cháy cho vật liệu dệt là vô cùng quan trọng. Có hai xử lý chống cháy phổ biến hiện nay: Proban (do Albright và Wilson nghĩ ra) và Pyrovatex (do Ciba-Geigy nghĩ ra) Với Proban, xử lý này sử dụng các hóa chất chứa phospho sẽ phản ứng với ure (CO(NH 2 ) 2 ). Sản phẩm của phản ứng này sẽ được ngấm ép lên vải bông rồi sấy. 24 2.1.6. Xử lý chống cháy (flame retardant finish) Vải sau đó đem đi phản ứng với ammoni (NH 3 ) và cuối cùng được oxy hóa bởi hydro peroxide (H 2 O 2 ). Với kỹ thuật Pyrovatex thì ngược lại, phương pháp này tạo ra các liên kết hóa học với bề mặt xơ cellulose  khả năng chống cháy có độ bền cao. Ngoài ra, chất chống cháy khi được phủ lên vải phải nhờ vào màng nhựa  vải ổn định kích thước tốt và hồi nhau cao  dùng cho màn treo (curtain). Đây là hai kỹ thuật chính dùng cho cellulose. Các yêu cầu về an toàn cháy nổ đối với đồ dùng trong nhà cũng rất khắt khe. 25 2.1.6. Xử lý chống cháy (flame retardant finish) Vải bọc bàn ghế (upholstery) vì vậy cũng phải có được một số tính chất chống cháy cần thiết. Phương pháp phổ biến sử dụng là “backcoating” với thành phần là oxit của antimoan và một halogen (brom/Br hoặc chlo/Cl). Đối với sợi tổng hợp, việc xử lý chống cháy xảy ra ở cấp độ phân tử của xơ, tiêu biểu là polyester. Ứng dụng phổ biến của loại xơ này là dùng để lót giường trong các bệnh viện (xơ polyester dễ giặt) nhưng một khuyết điểm là tính nhiệt dẻo của xơ. Khi cháy xơ sẽ chảy nhão và nhỏ giọt gây nguy hiểm cho bệnh nhân bị bất động. 26 2.1.7. Xử lý chống tĩnh điện (antistatic finish) Tĩnh điện hình thành khi hai vật liệu khác nhau ma sát lẫn nhau. Khi đó sự phân tách các điện tích diễn ra  một vật liệu điện tích dương và vật liệu còn lại mang điện tích âm. Tùy theo bản chất vật liệu mà loại điện tích hình thành sẽ là dương hoặc âm. Bông có khả năng chống tĩnh điện tốt. Trước tiên, bông giữ ẩm tốt  đủ để dẫn điện và phân tán các điện tích trên xơ. Xơ tổng hợp thì có thành phần ẩm thấp, bản chất không dẫn điện  việc xảy ra tĩnh điện rất thường xuyên và nghiêm trọng. 27 2.1.7. Xử lý chống tĩnh điện (antistatic finish) Một số xơ tổng hợp, tiêu biểu là polyester có thể tích điện đến mức ion hóa không khí xung quanh  phóng điện. Điều này có thể gây ra cơn sốc nhẹ cho người mặc tuy nhiên, nếu môi trường xung quanh là khí dễ gây cháy nổ thì rất nguy hiểm. 28 Điện tích dương Polyurethane Nylon Len Tơ tằm Rayon Bông Acetate Polypropylene Polyester Acrylic PVC (polyvinyl chloride) PTFE Điện tích âm Tĩnh điện do ma sát 2.1.7. Xử lý chống tĩnh điện (antistatic finish) Để xử lý chống tĩnh điện thì phải làm sao cho xơ có khả năng dẫn điện để có thể phân tán lượng điện tích lũy trên mặt xơ. Cấu trúc của các vật liệu này tương tự chất làm mềm dung cho bông, gồm các hydrocarbon có các nhóm ion ở cuối. Một bước đột phá thú vị trong xử lý chống tĩnh điện là việc sử dụng Permolose do ICI phát minh Chất này là một copolymer gồm 1 polyester và ethyelene oxít ( C 2 H 4 O). Thành phần polyester sẽ bị hấp thụ còn ethylene oxít do không tương thích vẫn nằm trên bề mặt xơ, hút nước  dẫn điện cho xơ. 29