Bài giảng Vật liệu dệt - Phần 2: Xơ tự nhiên - Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh

hát hiện. • Công nghiệp kéo sợi và dệt vải từ xơ bông bắt đầu ở Ấn Độ. Vải bông chất lượng cao được tạo ra vào đầu những năm 1500 trước Công Nguyên. 2.1. INTRODUCTION – GIỚI THIỆU 2 • Lanh là xơ lâu đời nhất của nhân loại. • Mẫu lanh từ Çatal Hüyük (Thổ Nhĩ Kỳ) và Kerma (Nubia, Sudan) được cho là có niên đại lần lượt 6500 và 2000 năm trước Công Nguyên. • Vải quấn xác ướp bằng lanh trong mộ ở Ai Cập được cho là 5000 năm tuổi và các xơ này rất tốt, có thể tồn tại nguyên vẹn cho tới thời đại ngày nay. • Cừu là động vật được con người thuần hóa đầu tiên. Việc lai giống để tăng lượng lông bắt đầu khoảng 100 năm sau Công Nguyên. 2.1. INTRODUCTION – GIỚI THIỆU 3 • Người Tây Ban Nha phát triển việc nuôi cừu Merino cho lông vào năm 1400 sau Công Nguyên. Đây là tiền thân của nguyên liệu lông cừu ngày nay. • Tơ tằm là xơ thiên nhiên gốc protein. Người Trung Quốc là chuyên gia đầu tiên về tơ tằm. Trong vòng 300 năm, người Trung Quốc giữa kín bí quyết sản xuất tơ tằm. • Tơ tằm chỉ bán cho Ba Tư và Ai Cập với giá của vàng. 2.1. INTRODUCTION – GIỚI THIỆU 4 • Người Tây Ban Nha phát triển việc nuôi cừu Merino cho lông vào năm 1400 sau Công Nguyên. Đây là tiền thân của nguyên liệu lông cừu ngày nay. • Tơ tằm là xơ thiên nhiên gốc protein. Người Trung Quốc là chuyên gia đầu tiên về tơ tằm. Trong vòng 300 năm, người Trung Quốc giữa kín bí quyết sản xuất tơ tằm. • Tơ tằm chỉ bán cho Ba Tư và Ai Cập với giá của vàng. 3.1. INTRODUCTION – GIỚI THIỆU 5 3.2. CLASSIFICATION – PHÂN LOẠI 6 Tự nhiên Nhân tạo Thực vật Synthetic polymer (nhiệ dẻo) Động vật Polymer tự nhiên Cotton Bast fibres Xơ Libe Miscellanio us vegetabble Tơ tằm Lông cừu Lông động vật Cellulose acetat, tri acetate Polynosic rayon Casein Visco rayon Cupramonium Lyocell PA, PES,PP,PU Acrylic (PAN) Adhesive, melamine Nylon PVA,PVAL, PTFE XƠ DỆT 7  Xơ tự nhiên gốc thực vật  Xơ tự nhiên gốc động vật  Xơ tự nhiên gốc khoáng sản 8 asbestos 3.3. XƠ TỰ NHIÊN Xơ tự nhiên gốc cellulose • Cellulose là hợp chất thiên nhiên, là chất cơ bản tạo thành của các tế bào thực vật, trong đó có một số xơ dệt • Là polymer tự nhiên, cơ sở nguyên liệu sản xuất các xơ nhân tạo gốc cellulose như viscose, rayon, acetate • Cellulose ở thể rắn là hợp chất cao phân tử nhóm polysaccharid, đại phân tử có cấu trúc mạch thẳng với mắt xích [-C6H10O5-] 9 3.3.1. Xơ tự nhiên gốc thực vật  Xơ libe hay xơ từ thân cây, tạo nên các chùm có xơ trong vỏ cây như lanh, đay, gai (flax,ramie,hemp,jute,kenaf).  Xơ từ lá: chạy dọc theo lá của các cây thường là cây một lá mầm như chuối sợi abaca,dứa sợi agave.  Xơ từ vỏ hạt và quả như xơ bông, bông gạo Phân loại Xơ tự nhiên gốc cellulose 10  Xơ từ thân cây ?  Xơ từ lá cây ?  Xơ từ vỏ hạt và quả ? a. Bông/Cotton • Dạng cellulose tinh khiết nhất, polymer dồi dào nhất của tự nhiên. • Xơ libe/Bast fiber (lanh/flax, đay/jute, gai/ramie, dâm bụt Ấn/kenaf) chỉ có ¾ cellulose so với bông. • Xơ bông có khối lượng phân tử cao nhất, trật tự cấu trúc tốt nhất (độ tinh thể, định hướng).  Là xơ và sinh khối hàng đầu trong xơ dệt. • Sau khi ra hoa  hình thành và phát triển quả bông (boll) chứa các xơ. 11 • Khi quả chín  nở và các xơ xuất hiện. • Một quả bông có khoảng 30 hạt (seed), mỗi hạt chứa 2000 – 7000 xơ. • Xơ bông có màu từ trắng kem đến vàng. a. Bông/Cotton 12 13 a. Bông/Cotton • 5-6 tuần bắt đầu có hoa, sau 8-10 tuần hoa nở và rơi đi,để lại quả bông. Xơ từ các hạt mang xơ phát triển trong quả bông • 16-18 ngày, xơ phát triển theo đường kínhvà chiều dài • 22-50 ngày, cellulose được bồi vào trong lỗ rỗng của xơ • Khi quá trình bồi cellulose kết thúc, vỏ quả khô và nứt Sự phát triến của xơ bông • Bông thương mại thuộc họ Gossipium gồm có 3 loại chính. • Gossipium Hirsutum – 87%, trồng ở châu Mỹ, châu Á, châu Phi, châu Úc, cao đến 2 mét. • Gossipium Barbadense – 8%, trồng ở châu Mỹ, châu Á, châu Phi, cao đến 2.5 mét, hoa vàng, xơ dài chất lượng tốt, xơ ngắn mảnh và dài. • Gossipium Arboreum – 5%, cây lâu năm ở Đông Phi, Đông Nam Á cao đến 2 mét, bông đỏ, chất lượng xơ thấp. • Ngoài ra còn 4 loại khác nhưng sản lượng không đáng kể. a. Bông/Cotton 14 • Bông phát triển tốt ở các vùng cận nhiệt đới (subtropical) có khí hậu ấm và ẩm. • Cần 6 – 7 tháng trong điều kiện thời tiết ấm để phát triển. • Bông được canh tác ở Nam + Bắc Mỹ, Trung Đông, Châu Phi, Ấn Độ, Trung Quốc và Úc. • Ở Châu Âu, bông được trồng ở các nước Địa Trung Hải như Hy Lạp, Bulgaria. a. Bông/Cotton 15 16 a. Bông/Cotton Xem mẫu xơ bông Việt Nam thu hoạch và cho biết: - Trong bông thu hoạch có các thành phần gì ? - Bông có màu gì ? - Làm thế nào để làm sạch bông - Chiều dài của bông có đồng đều không ? - Độ mảnh của bông có đều không ? HỆ THỐNG POLYMER • Bông là polymer cellulose tuyến tính. • Monomer đơn vị là cellobiose, polymer bông có khoảng 5000 đơn vị cellobiose (độ polymer hóa). • Là một polymer tuyến tính, dài 5000nm và dày 0.8nm. • Hệ thống polymer có 65-70% phần tinh thể và 35-30% vô định hình. a. Bông/Cotton 17 HỆ THỐNG POLYMER • Nhóm chức quan trọng nhất  Hydroxyl (-OH). • Còn có thể tồn tại ở dạng methylol (-CH2OH). • Sự phân cực của (-CH2OH) làm tăng liên kết hydro giữa các nhóm –OH của các polymer bông liền kề. • Ngoài ra còn có liên kết Van der Walls nhưng không đáng kể. a. Bông/Cotton 18 CẤU TRÚC • Bông có cấu trúc đa lớp dạng thớ gồm: thành sơ cấp (primary wall), thành thứ cấp (secondary wall) và lõi (lumen). a. Bông/Cotton 19 CẤU TRÚC a. Bông/Cotton 20 a) Mặt cắt ngang xơ bông. Các thành phần tiêu biểu của xơ bông chín, khô và thành phần mỗi thớ cấu trúc. b) Mô hình về hình thái học của xơ bông. a. Bông/Cotton 21 CẤU TRÚC • Xơ bông có hình dạng dẹt, giống ruy băng xoắn (twisted ribbon). • Có khoảng 60 điểm xoắn/cm xơ bông. • Các điểm xoắn  bề mặt xơ không đều  gia tăng ma sát giữa các xơ. • Mặt cắt ngang xơ bông giống hạt đậu hoặc hình quả thận. a. Bông/Cotton 22 CẤU TRÚC • Lớp ngoài cùng cutin (biểu bì - b)  màng mỏng chứa sáp và chất béo. • Thành sơ cấp (c)  thành phần phi cellulose và cellulose vô định hình  các thớ sắp xếp thành các đường chéo (criss-cross)  thành thứ cấp có cấu trúc mở. • Thành thứ cấp (d)  chỉ có cellulose tinh thể  cấu trúc trật tự cao, chặt chẽ  các thớ cellulose nằm song song nhau. a. Bông/Cotton 23 CẤU TRÚC • Lumen: lõi rỗng, chạy dọc chiều dài thân xơ bông. • Thành lumen là các vòng tròn xoắn ốc đồng tâm phía trong cùng của thành thứ cấp. • Là nơi chứa chất dinh dưỡng (sap) nuôi xơ (dung dịch loãng của protein, đường, khoáng, chất thải). • Khi chất dinh dưỡng bay hơi  phần còn lại tạo ra màu của xơ bông + chênh lệch áp suất với khí quyển  xơ bị dẹt. a. Bông/Cotton 24 TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Chứa cellulose tinh khiết, dẹt, xoắn và giống ruy băng  tính chất vật lý của xơ. • Độ bền xơ  cấu trúc có độ tinh thể cao và nhiều thớ. Khi ướt độ bền tăng 25%. • Không thể duỗi thẳng  nguyên liệu thô dễ nhàu. • Dẫn nhiệt tốt  mát khi mặc. Hút nước nhưng lâu khô (độ hồi ẩm tiêu chuẩn = 8.5%). • Dễ bị dơ  bề mặt sợi gồ ghề. Co khi giặt (dung dịch kiềm mạnh). a. Bông/Cotton 25 TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Dễ bị hư hại bởi nấm mốc (mildew)  tránh lưu trữ nơi ẩm thấp. • Bị ngả vàng và giảm bền khi tiếp xúc ánh sáng mặt trời đủ lâu. • Cực kỳ dễ bắt cháy và chống mài mòn khá kém. • Các tính chất vật lý cơ bản:  Chiều dài xơ (mm): 12–60 ,  Đường kính xơ (µm): 12.22 ,  Độ bền khô (g/den): 2.1–6.3, a. Bông/Cotton 26 TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Các tính chất vật lý cơ bản (tiếp theo):  Độ bền ướt (g/den): 2.5–7.6,  Độ giãn đứt (%): 7 đến 10%  Khối lượng riêng (g/cm3) – 1.50,  Độ hồi ẩm (21°C, 65% độ ẩm tương đối, %): 8.5 Hình ảnh của một điểm kết (nep) quan sát dưới kính hiển vi 27 a. Bông/Cotton – Cellulose (80% to 90%) – Nước (6% to 8%) – Sáp và béo (0.5% -1.0%) – Proteins (0% - 1.5%) – Hemicelluloses và pectins (4% - 6%) – Tạp (1% -1.8%) THÀNH PHẦN HÓA HỌC XƠ BÔNG a. Bông/Cotton 28 TÍNH CHẤT HÓA HỌC • Xơ bông bị axít (nóng loãng/đậm đặc nguội) làm giảm bền và dẫn đến phá hủy hoàn toàn. Axít thủy phân polymer của bông. • Xơ bông tương đối bền với kiềm loãng. Trương nở trong xút ăn da. Giặt được trong xà phòng nhiều lần mà không hư hỏng. • Chất tẩy trắng phổ biến với bông là NaOCl (Sodium hypocloride) và NaBO2.H2O2.3H2O (Sodium perborate). Có hiệu quả cao trong môi trường kiềm. • Không bị ảnh hưởng bởi các chất oxy hóa nếu đem xử lý với các điều kiện được kiểm soát. a. Bông/Cotton 29 TÍNH CHẤT HÓA HỌC • Có ái lực (affinity) tốt với các thuốc nhuộm trực tiếp (direct), hoạt tính (reactive), hoàn nguyên (vat), sulphur và azo  nhờ sự phân cực (polarity) của polymer và hệ thống polymer trong bông. • Bị nấm mốc (mildew) và bướm/nhậy (moth) tấn công  cần giải pháp ngăn chặn. • Tiếp xúc ánh sáng lâu  cellulose bị thoái hóa  tránh tiếp xúc lâu với ánh sáng trực tiếp + phơi khô nơi thoáng mát sau giặt. • Có khả năng dẫn nhiệt  chịu được nhiệt độ là/ủi cao (1500C không bị phá hủy). Cháy xém và cháy ở 2450C. a. Bông/Cotton 30 TÍNH CHẤT HÓA HỌC • Không phản ứng với các muối kim loại. • Chất gây ô nhiễm không khí (tính axít)  xơ giảm bền nhanh (thủy phân do axít)  phai màu vải (phân tử thuốc nhuộm bị phá hủy). • Giữ căng vải bông nhanh trong điều kiện trương nở, cellulose biến dạng làm bề mặt xơ sợi bóng mượt hơn. • Sau khi rửa loại bỏ alkali và sấy, xơ bông giữ được dạng hình trụ , mặt cắt ngang tròn hơn • Tính chất hóa học của xơ bông đã và chưa kiềm hóa không khác nhiều, nhưng bông đã kiềm hóa có khả năng hoạt hóa và khả năng nhuộm màu tốt hơn a. Bông/Cotton Mặt cắt ngang của xơ bông nguyên dạng và khi bị trương nở 31 a. Bông/Cotton PHÂN LOẠI XƠ BÔNG • Bông có 3 nhóm thương mại chính (theo chiều dài) 1. Chất lượng tốt (30 – 65mm) 2. Chất lượng trung bình (20 – 30mm) 3. Chất lượng thấp (< 20mm) • Loại tốt (3 – 5% tổng sản lượng toàn cầu): chủ yếu tập trung ở Ai Cập và Mỹ (hải đảo phía Nam).  Chiều dài xơ: 30 – 65mm  Độ mịn (micronaire): 2.8 – 4.5  Độ bền xơ: 33 – 45 g/tex 32 a. Bông/Cotton 33 PHÂN LOẠI XƠ BÔNG • Loại trung bình (85% tổng sản lượng toàn cầu): tập trung ở Trung Á (Uzbekistan, Tajikistan, Kazakhstan, Turkmenistan), Tây Phi (Chad, Mali, Ivory Coast, Burkina Faso), Châu Âu (Tây Ban Nha, Hy Lạp), Trung Đông (Thổ Nhĩ Kỳ, Syria), Mỹ (cao nguyên), Brazil và Pakistan.  Chiều dài xơ: 20 – 30mm  Độ mịn (micronaire): 3.5 – 4.8  Độ bền xơ: 25 – 33 g/tex a. Bông/Cotton 34 PHÂN LOẠI XƠ BÔNG • Loại thấp: đến từ Trung Á (Uzbekistan, Tajikistan, Kazakhstan, Turkmenistan), Mỹ và Ấn Độ.  Chiều dài xơ: < 20mm  Độ mịn (micronaire): 4.5 – 6  Độ bền xơ: 14 – 18 g/tex Đặc tính sử dụng của xơ bông (1) • Các giống bông khác nhau cho ra xơ với chiều dài khác nhau, thường chia thành các chiều dài như sau: Xơ rất dài: 1 3/8 - 2 inches Xơ dài: 1 1/8 - 1 3/8 inches Xơ trung bình 1 - 1 1/8 inches Xơ ngắn 7/8 - 1 inch • Bông cho cảm giác sờ tay tuyệt vời, độ rủ của các loại vải cotton khá phù hợp • Vải bông ngoại quan tương đối tốt, độ bóng thấp, trừ khi kiềm hóa tăng độ bóng cho vải a. Bông/Cotton 35 - Xơ bông có tính thấm hút cao, đồng thời nhả ẩm tốt. • Vì sao là đặc tính ưu việt ? • Tuy nhiên, có nhược điểm gì khi gặp điều kiện nóng ẩm ? - Bông bền trong cả trạng thái khô và ướt, là vật liệu rất tốt cho dệt may, tuổi thọ sử dụng cao - Xơ bị mòn ngay cả khi chịu mài mòn chưa cao, do đó hiện tượng nổi hạn vón (pillings) xảy ra ít khi sợi/vải băt đầu bị mòn - Bông có độ biến dạng đàn hồi và phục hồi biến dạng thấp  dẫn đến đặc tính gì của bông, cách khắc phục ? Đặc tính sử dụng của xơ bông (2) a. Bông/Cotton 36 - Chăm sóc vải bông không quá phức tạp, dễ giặt, chịu được nhiều lần giặt do độ bền ướt và kháng kiềm khá tốt - Vải bông có thể được sấy quay nhưng vải bông sẽ bị nhăn, thường phải là (ủi) một cách an toàn ở nhiệt độ cao 205 °C. - Vải bông dễ cháy và tiếp tục cháy sau khi loại bỏ từ ngọn lửa. Sau khi dập tắt ngọn lửa bông tiếp tục phát sáng và oxy hóa bằng một quá trình âm ỉ gọi là cháy ánh hồng. Chỉ số oxy giới hạn (Limiting Oxygen Index) (LOI) của bông 18. Đặc tính sử dụng của xơ bông (3) a. Bông/Cotton 37 b. Một số loại xơ từ hạt và trái cây khác 38 XƠ DỪA (COIR) • Xơ thô, ngắn (min. 0.5mm) với hình dạng bất kỳ được lấy từ vỏ (husk) dừa. • Thường có màu nâu  nâu đậm. • Thành xơ dày, đặc trưng bởi lumen bất kỳ và các lỗ trên bề mặt xơ. • Phù hợp làm thừng (rope), chão (cordage), nệm (matting), bàn chải (brush), nhồi nệm (cushion stuffing). b. Một số loại xơ từ hạt và trái cây khác 39 XƠ GÒN (KAPOK) • Xơ gốc cellulose từ hạt có chứa ligin. • Được thu hoạch bằng tay từ các quả (boll). • Được tách khỏi hạt nhờ sấy khô (drying) và lắc (shaking). • Nhẹ, mềm nhưng dễ đứt  không được dùng trong kéo sợi. • Xơ ngắn (32mm), bóng (lustrous) với mặt cắt ngang tròn/oval. • Bề mặt xơ phẳng, phần lumen rộng và có thành mỏng. • Chưa có nhiều ý nghĩa trong công nghiệp. c. Xơ libe/Bast fiber 40 • Tạo thành các búi/bó xơ nằm trong lớp dưới của vỏ cây hai lá mầm (dicotyledenous)  giúp cây đứng thẳng. • Gồm các tế bào có thành dày chồng chập lên nhau + được liên kết bằng chất phi cellulose  các búi xơ dài xuyên suốt thân cây. c1. Lanh/Flax – Linen – Linseed 41 • Là xơ libe đâu tiên được con người dùng tạo vải. • Xơ được tách ra từ thân cây Linum Usitatissimum, phổ biến ở các nước ôn đới và cận nhiệt đới. CẤU TRÚC • Búi xơ lanh gồm nhiều tế bào xơ có chiều dài thay đổi trong phạm vi 6 – 65mm. • Đường kính trung bình 0.02mm. • Là những ống dài trong suốt, có thể trơn láng hoặc có sọc. 42 Cây, Hoa và Hạt Lanh c1. Lanh/Flax – Linen – Linseed 43 CẤU TRÚC • Xơ không quăn như bông, bề rộng xơ thay đổi theo chiều dài xơ. • Tế bào xơ có lumen xuyên suốt ở giữa. Lumen hẹp nhưng rõ ràng với bề rộng ổn định. • Khi chưa chín, mặt cắt ngang hình oval + thành xơ mỏng và lumen rất lớn so với xơ chín. Khi chín  thành xơ dày + mặt cắt ngang hình đa giác. c1. Lanh/Flax – Linen – Linseed 44 CẤU TRÚC • Thành phần hóa học gồm:  Cellulose: 85–87%  Hemicellulose: 7–9%  Lignin: 2.5–4%  Pectin: 1.5–2.5% c1. Lanh/Flax – Linen – Linseed 45 TÍNH CHẤT VẬT LÝ • Có độ bền kéo (tensile strength – 57.4cN/tex) tốt hơn bông. Do cấu trúc tinh thể cao hơn (nhiều liên kết hydro hơn). • Độ bền tăng khi ướt (20%). Giảm bền khi tiếp xúc ánh sáng quá lâu. • Không giãn nhiều, độ giãn đứt chỉ 1.8% khi khô và 2.2% khi ướt. • Có thể đàn hồi trong giới hạn nhỏ. Độ cứng và chống uốn cao. • Độ hồi ẩm khoảng 12%, có khả năng chống phân hủy đến 1200C (bắt đầu đổi màu). • Xơ màu hơi vàng đến xám + bóng hơn bông. Dẫn nhiệt tốt  mát. c1. Lanh/Flax – Linen – Linseed 46 TÍNH CHẤT HÓA HỌC • Khó tẩy hơn bông nhưng hiện nay có thể làm trắng ảnh hưởng của hóa chất là thấp nhất. • Bền với axít loãng, yếu nhưng bị phá hủy bởi axít nóng loãng hoặc đặc nguội. • Chống kiềm tốt, giặt nhiều lần mà không bị hư vải. • Không bị ảnh hưởng xấu bởi dung môi trong giặt khô (hữu cơ). • Không bị côn trùng/bọ nhậy tấn công. • Lanh đã qua luộc + tẩy  cellulose tinh khiết  chống mục tốt nhưng độ ẩm, nhiệt độ, độ bẩn quá mức  bị nấm mốc phá hủy. c1. Lanh/Flax – Linen – Linseed 47 Lanh mới và lanh bị nấm mốc phá hủy Ảnh SEM xơ lanh c1. Lanh/Flax – Linen – Linseed • Gồm: đay, cây gai dầu, gai ramie, kenaf, urena, sisal, henequen, xơ chuối, pina, bông gạo, xơ dừa, mỗi xơ có tính chất phù hợp cho những ứng dụng nhất định • Các xơ libe quan trọng khác ngoài lanh: Đay, gai dầu (hemp) và gai ramie c2. Các xơ libe khác 48 Cây và xơ pina Hemp Sisal Ramie Kenaf Henequen 49 Thu hoạch và gia công xơ đay • Xơ thu hoạch từ cây thân thảo thường niên, cây có thể cao tới 20 feet. Gia công tách xơ từ ​​thân cây tương tự như với lanh, xơ libe từ vỏ cây khi đã tách được xơ cơ bản 3m đến 5m. • Xơ cơ bản khi được dùi đập (scutch) tạo xơ kỹ thuật có chiều dài vài cm đến 1 mét. Xơ tốt có chiều dài 45 – 60cm nhưng khi kéo sợi thường có chiều dài 30 – 38cm. • Để làm mềm keo thực vật (gliadin) trong ribbon của xơ libe, phải đập đay với dầu làm mềm và ép vắt lặp lại. 50 Đay/Jute Đay/Jute 51 Đặc điểm cơ bản xơ đay • Có màu trắng ngả vàng nhưng xơ thô, ánh màu (shade) tùy điều kiện giầm (retting) xơ. • Các tế bào riêng biệt của đay rất ngắn, dài khoảng 0,1 inch (0.25 cm), mặt cắt ngang có năm hoặc sáu cạnh. • Đay có độ bền tương đối, không dai như lanh hoặc gai dầu. • Xơ đay cứng, nhưng có độ giữ ẩm rất lớn. • Đay rẻ, tiện dụng để sử dụng làm các vật liệu như bao tải, túi xách, và các vật liệu đóng gói. • Vải làm từ đay gọi là burlap. 52 Thành phần hóa học xơ đay – 60% cellulose – 26% hemicellulose – 11% lignin – 1% proteins – 1% dầu và béo – 1% tạp Vì sao xơ đay có màu nâu ? Đay/Jute 53 Đay/Jute • Là xơ libe thu hoạch từ cây gai dầu, quá trình gia công xử lý lấy xơ tương tự như lanh. • Xơ gai dầu thô hơn lanh, tối màu và khó tẩy trắng • Xơ gai dầu bền, dai, dải xơ có thể dài đến 6 feet hoặc hơn. • Tế bào gai dầu đơn dài 1/2–1 inch (1.2–2.5 cm), mặt cắt ngang xơ dạng đa cạnh (polygonal) • Xơ gai dầu rất cứng và chứa 1 lượng lignin đáng kể. Mặc dù có thể sản xuất vải hemp từ ​​một số cây gai dấu nhất định, nhưng xơ từ cây gai dầu được sử dụng chủ yếu trong vải thô, bao gồm cả vật liệu làm bao tải, vải, dây thừng, sợi bện 54 Gai dầu/hemp 55 Gai dầu/hemp • Ramie là xơ libe thường được gọi là cỏ Trung Quốc • Xơ ramie sợi tách từ thân cây bằng cách tước bỏ lớp vỏ bên ngoài cây và ngâm trong nước • Phải khử chất keo (gum) trong xơ với môi trường kiềm trước khi kéo sợi. • Ramie màu trắng với độ bền và độ bóng rất tốt • Xơ ramie cứng và khá thô,các tế bào của xơ rất dài, mặt cắt ngang không đồng dạng • Ramie rất hữu ích trong các ứng dụng công nghiệp và đang được sử dụng nhiều trong nội thất Gai ramie 56 Gai ramie 57 • Pina được làm từ lá của cây dứa và thường được sử dụng ở Philippines. • Có thể được kết hợp với tơ tằm hoặc polyester để tạo ra vải đặc biệt. Xơ dứa 58 Cây dứa đỏ Xơ dứa 59 • Xơ tách từ lá của cây dứa, Ananas comosus (Linn) Merr • Cấu trúc sợi dứa tinh tế so với các sợi thực vật khác với các đặc tính sau: • Dài khoảng 60 cm, • Màu trắng và kem và bóng như lụa, • Ăn màu và bền màu thuốc nhuộm tốt, • Có khả năng kháng phá hủy do hơi ẩm, muối, • Độ bền kéo tốt, • Có thể sử dụng để làm giấy mỏng chất lượng cao, có độ mềm mại và đàn hồi tốt. Đặc tính xơ Pina Xơ dứa 60 1. Tước bằng tay: Hand-scrapping: sử dụng tấm sứ vỡ nạo sợi dứa. Sau khi dỡ các xơ, xơ được rửa kỹ bằng nước máy và phơi khô trong không khí 2. Bóc vỏ – xử lý bằng máy: lá dứa được cấp vào máy bóc vỏ, lá sẽ bị đạp và cạo. Xơ đã cạo được rửa lại kỹ bằng nước và phơi nắng. 3. Ngâm: cũng được sử dụng trong chiết xuất xơ dứa nhưng phương pháp này không phải là phổ biến. Phương pháp gia công xơ Pina Xơ dứa 61 62 Công nghệ dầm (retting) các xơ thực vật • Là một quá trình sử dụng hoạt động của vi sinh vật và độ ẩm trên cây trồng để làm phân hủy mục rữa của các mô tế bào và pectin xung quanh bó xơ libe, tạo điều kiện thuận lợi cho tách sợi từ thân cây. • Được sử dụng trong việc sản xuất các xơ từ nguyên liệu thực vật như các loại xơ libe, xơ từ vỏ dừa • Có 2 phương pháp ngâm chủ yếu: • Ngâm trong nước (water retting) • Ngấm trong sương (dew retting) 63 Dầm trong nước • Là phương pháp phổ biến nhất, nhấn chìm toàn bộ bó thân cây trong nước. • Nước thâm nhập đến phần cuống trung tâm, làm trương nở các tế bào bên trong, vỡ lớp vỏ ngoài cùng, do đó làm tăng sự hấp thụ của cả độ ẩm và vi khuẩn. • Thời gian dầm phải được lưu ý cẩn thận, ngâm thiếu làm khó tách xơ, ngâm quá mức làm suy yếu xơ. • Quá trình dầm kép: sản xuất xơ chất lượng cao, cuống được loại bỏ ra khỏi nước trước khi hoàm thành ngâm, sấy khô trong vài tháng, sau đó đã ngâm một lần nữa. Công nghệ dầm (retting) các xơ thực vật 64 • Phổ biến tại các khu vực có nguồn tài nguyên nước hạn chế. • Hiệu quả nhất ở vùng khí hậu với thời gian đổ sương nặng về đêm và nhiệt độ ban ngày ấm áp. • Thân cây thu hoạch được trải đều trên các đồng cỏ, tác động kết hợp của vi khuẩn, mặt trời, không khí và sương thúc đẩy quá trình lên men, phân hủy vật liệu gốc quanh các bó sợi. • Trong vòng 2-3 tuần, tùy thuộc vào điều kiện khí hậu, xơ có thể được tách ra. • Xơ ngấm sương nói chung tối màu và chất lượng thấp hơn so với xơ ngâm nước. Dầm trong sương Công nghệ dầm (retting) các xơ thực vật 65 Dầm nước tự nhiên Sử dụng ước tù đọng hoặc di chuyển chậm (ao, đầm lầy, suối và sông dòng chảy chậm). Thân cây được nhấn chìm nhờ đá hoặc gỗ, từ 8 đến 14 ngày, tùy vào nhiệt độ nước và khoáng chất. Dầm trong bể Trong thùng bằng bê tông 4-6 ngày, có tính khả thi trong bất cứ mùa nào. 6-8 giờ đầu tiên: giai đoạn rửa trôi, bụi bẩn và màu được loại bỏ bởi nước (thay đổi thường xuyên để đảm bảo xơ sạch). Nước thải ngâm cần xử lý để giảm các yếu tố độc hại trước khi thải ra môi trường, có thể được dùng làm phân bón lỏng. Công nghệ dầm (retting) các xơ thực vật 66 3.2.2. XƠ TỰ NHIÊN GỐC ĐỘNG VẬT - XƠ PROTEIN TỰ NHIÊN • Xơ protein được hình thành từ nguồn động vật tự nhiên, thông qua ngưng tụ của một axit amin để tạo thành các đơn vị lặp polyamide với nhiều nhóm thế trên một nguyên tử carbon. • Trình tự và loại axit amin tạo thành các chuỗi protein riêng biệt, tạo nên tính chất khác nhau của các xơ tạo thành • Hai loại xơ protein tự nhiên chính: - Loại chứa keratin (tóc hoặc da lông) - Loại do côn trùng tiết ra (thường chứa fibroin) 67 Loại chứa keratin: • Là protein liên kết ngang cao bởi các liên kết disulfide từ dư lượng cystinee trong chuỗi protein • Thường có các phần xoắn ốc chu kỳ trong trình tự sắp xếp protein • Có mặt cắt ngang tròn, quăn bất thường dọc theo xơ, xơ mềm xốp Loại chứa firboin: • Thường không có liên kết ngang, có các vùng giới hạn chứa amin axit ít phức hợp hơn • Thường sắp xếp trong một cấu trúc tấm xếp nếp tuyến tính với liên kết hydro giữa các nhóm amin trên chuỗi protein liền kề. • Ít phức tạp về hình thái và mặt cắt ngang không đều. Xơ protein 68 Protid và các tính chất cơ bản của protein • Được tổng hợp trong các sinh thể thực động vật, là thành phần cơ bản của chất nguyên sinh, máu, sữa, da.. • Thuộc nhóm các hợp chất cao phân tử hữu cơ thuộc polyamid • Monomer tổng hợp đại phân tử của protein là α-amino acid, với hơn 30 loại khác nhau phân biện bởi gốc R • Nhóm làm nhiệm vụ liên kết các gốc α-amino acid với nhau là peptid (carboamit) (-CONH-) nên còn gọi là polypeptid hay polyamid Công thức chung của α-amino acid Xơ protein 69 • Acid α-aminoacetic (glycerin) R=H • Acid α-aminopropionic (alanine) R=CH3 • Acid α-aminosuccinic (acid aspartic) R=CH2-COOH • Acid α-aminoglutaric (acid glutamic) R=CH2-CH2-COOH Một số loại α-aminoacid có trong xơ dệt Acid α-aminoacid cystine (dicysteine) α-amino acid Leucin HO2CCH(NH2)CH2CH(CH3)2 Tham khào thành phần acid amin trong khối lượng các loại protid (SGK) Xơ protein 70 Các loại protid 1. Protein: thành phần cơ bản là các α-amino acid 2. Proteid: ngoài α-amino acid còn có thêm các thành phần phi protein như phosphor, acid nucleic - Xơ dệt đa phần chỉ chứa protein, trừ xơ casein chứa 1% phosphor - Xơ gốc keratin (90% len là keratin) - Chứa nhiều gốc acid glutamic (CH2)COOH- và gốc cystine CH2S - Chứa rất ít gốc glycine và alanine - Xơ gốc fibroin (95% tơ tằm là fibroin lớp keo bọc bên ngoài thường là sericin) - Chứa ít gốc acid glutamic và không có cystine, chứa nhiều gốc glycine và alanine Xơ protein 71 Đặc tính cơ lý của protid • Khối lượng riêng Fibroin: 1.25g/cm3, Keratin: 1.28 đến 1.30 g/cm3 • Bị phá hủy nhanh sau khi đun nóng tới 170 °C • Keratin giảm bền trong hơi nước 90-100°C, nhưng fibroin không bị giảm bền nhiều. Dẫn đến lưu ý sử dụng như thế nào? • Bị phân ủy dưới ánh nắng, dễ bị oxy hóa bởi oxy của không khí (đặc biệt là fibroin) • Là chất điện môi, keratin và sericin có tính điện môi thấp so với fibroin do khả năng ngậm ẩm lớn hơn Xơ protein 72 Đặc tính hóa học của protid • Protid “lưỡng tính”, phản ứng hoa học như acid hoặc base (có cả nhóm chức carboxyl và amin). Fibroin có nhiều carboxyl hơn • Bền với acid vô cơ loãng và acid hữu cơ đậm (tẩm acid sulfuric vào lông cừu khi carbon hóa) • Kém bền với kiềm, kể cả kiềm loãng. NAOH 5% cũng phá hủy protid trong vài phút, kiềm đậm phá hủy protid ở nhiệt độ thấp làm ngắn hoặc đứt mạch phân tử • Dung môi của protid: dung dich kiềm loãng, phức chất amoniac đồng hay acid ortophosphoric, Fiborin tan trong nhiều dung môi hơn keratin Xơ protein 73 • Xơ protein tự nhiên có độ bền, khả năng phục hồi, độ đàn hồi vừa phải, có độ hút ẩm tốt • Xơ không tích tĩnh điện. • Xơ có khả năng kháng acid vừa phải, và dễ bị tấn công bởi các bazo và các chất oxy hóa. • Xơ có xu hướng bị ngả vàng trong ánh nắng mặt trời do tấn công của chất oxy hóa. • Xơ sử dụng thoải mái trong hầu hết các điều kiện môi trường và có phẩm chất thẩm mỹ tuyệt vời Nhận xét chung về xơ protein tự nhiên Xơ protein 74 XƠ LEN • Là xơ protein tự nhiên có nguồn gốc từ lông động vật (thường là cừu), được cắt hoặc chải vào thời kỳ thay lông • Độ mịn, cấu trúc và tính chất của len phụ thuộc vào giống cừu, đa phần len lấy từ các giống cừu Merino, Lincoln, Leicester, Sussex, Cheviot, và các giống cừu khác ở các nước Úc, Nga, New Zealand, Nam Phi, Mông Cổ • Cừu cắt lông mỗi năm vào mùa xuân và thu, mùa xuân tốt hơn • Vải len chải kỹ được làm từ sợi se của xơ len dài và mịn • Vải len chải thô được làm từ sợi xoắn thấp và len thô Xơ len 75 Hình dạng lông cừu Mặt cắt ngang và hình dạng dọc trục lông cừu (photographs ACORDIS, Microlaboratory) Xơ len 76 Các loại lông cừu • Cừu: tên khoa học là Ovis Aries, có nhiều loại, nuôi lấy lông, thịt, sữa hoặc thu hoạch non để lấy cả bộ da lôngTrên thân cừu, lông phân bố với các độ mảnh khác nhau • Các giống cừu nuôi lấy lông hiện nay: Giống lông mịn: Merino,Rambouillet Giống lông trung bình: Hamsphire, Dorxet, Oxford Giống lông dài: Cheviot, Leicester, Lincoln Giống lông không thuần nhất: Blackface, Karakule Giống lông lai, dài và mịn: Corriedale, Polwarth Xơ len 77 Phân loại lông cừu theo chiều dài và độ mảnh - Độ mảnh lông cừu ký hiệu quy ước theo số: 36S, 40S. 70S, 80S, tương đương như 36S =18.1 đến 19.5 μm - Bốn dạng lông cừu phân loại trong kéo sợi: - Lông tơ mịn: mảnh nhất, xoăn nhiều, mặt cắt ngang gần tròn với đường kính 1425μm - Lông thô: to, thô hơn, đường kính > 40μm, có lõi, ít quăn - Lông nhỡ (trung bình): trung gian giữa lông tơ và lông thô, lõi không liên tục - Lông chết: rất thô, mặt cắt ngang không tròn, bề ngang từ 80μm trở lên, vỏ mỏng, lõi nhiều, cứng giòn, không bền, kém bền màu Xơ len 78 Tính chất cấu trúc xơ len (1) - Len là keratin, copolymer protein có chứa khoảng 17 monomer khác nhau của acid amin. - Thành phần chính: cystine, leucine, glycine và acid glutamic. - Liên kết ngang cộng hóa trị của dư lượng cystinee liền kề bởi các liên kết disulfua là yếu tố chính cho các thuộc tính cơ học của xơ keratin. Thành phần và trình tự axit amin trong len khác nhau với nhiều loại len. - Liên kết nhạy cảm với nhiệt độ cao (trên 90-100°C), pH kiềm, khử và quá trình oxy hóa Xơ len 79 Amino Acid trong keratin của len Tính chất cấu trúc xơ len (2) Xơ len Acid Amin Tỉ lệ trong Keratin (g/100g len) Serine 7-10 Threonine 6-7 cystine 10-15 Methionine 0-1 Arginine 8-11 Histidine 2-4 Lysine 0-2 Aspartic acid 6-8 Glutamic acid 12-17 Acid Amin Tỉ lệ trong Keratin (g/100g len) glycine 5-7 alanine 3-5 Leucine 5-6 Isoleucine 7-9 Proline 5-9 Phenylalanine 3-5 Tyrosine 4-7 Tryprophan 1-3 80 Đại phân tử keratin bao gồm - Liên kết disulfua khá mạnh (-SS-) bổ sung bằng các liên kết hydro yếu hơn giữa các nhóm -NH- và -CO- của các chuỗi keratin liền kề - Tương tác ion-ion giữa các nhóm amin (ở dạng cation của họ proton) và các nhóm axit cacboxylic (dạng anion của chúng) - Các liên kết kỵ nước giữa các chuỗi béo kỵ nước (hydrophobic aliphatic) liền kề. - Độ co giãn bất thường của xơ len được giải thích bởi các nếp gấp có sẵn trong keratin tự nhiên. Tính chất cấu trúc xơ len (3) Xơ len 81 Tính chất cấu trúc xơ len (4) Đại phân tử keratin Xơ len 82 - Cấu trúc không đồng nhất. - Đặc trưng cấu trúc chính của len bao gồm một lớp biểu bì kỵ nước ngoài (lớp vẩy) và bó thớ bền theo định hướng được nhúng trong các phần protein vô định hình còn lại Tính chất cấu trúc xơ len (4) Xơ len 83 • Cấu trúc protetin liên kết ngang nén chặt và liên kết với nhau để tạo thành các thớ (fibril) từ đó tạo nên các tế bào quay hình vỏ não tạo thành vỏ hoặc nội bên trong xơ • Lớp cortex được tạo thành nhờ các liên kết ortho và para của tế bào cortex. Cortex được bao quanh bởi một lớp vỏ ngoài của lớp hình vẩy hay lớp biểu bì, xuất hiện chạy dọc theo bề mặt xơ Tính chất cấu trúc xơ len (5) Xơ len 84 Tính chất cấu trúc xơ len (5) Xơ len 85 Tính chất cơ lý xơ len (1) - Sợi len có độ bền vừa phải với từ 1-2g/d (9-18 g/tex) khi khô và 0,8-1.8 g/ngày (7-16 g/tex) khi ướt - Độ giãn đứt thay đổi từ 25% đến 40% khi khô và 25% đến 60% khi ẩm.