Luận văn nghiên cứu xây dựng công nghệ tối ưu nhuộm tận trích một số loại vải pes wool ks. trương phi nam

  • 199 trang
  • file .pdf
VIỆN DỆT MAY
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ TỐI ƯU
NHUỘM TẬN TRÍCH MỘT SỐ LOẠI VẢI PES/WOOL
Mã số đề tài: 86.10 RD/HĐ-KHCN
Chủ nhiệm đề tài: KS.Trương Phi Nam
8304
Hà Nội - 11/2010
Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài
KS.Trương Phi Nam - Viện Dệt May
TS. Nguyễn Văn Thông - Viện Dệt May
KS. Lưu Văn Chinh - Viện Dệt May
KS. Võ Thị Hồng Bình - Viện Dệt May
KS. Vũ Lượng - Công ty cổ phần Dệt lụa Nam Định
Đơn vị phối hợp chính
Công ty cổ phần Dệt lụa Nam Định
1
MỤC LỤC
Trang
TÓM TẮT NHIỆM VỤ 3
LỜI NÓI ĐẦU 6
Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 7
I.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
I.2. Cơ sở lý thuyết về mặt hàng PES/Wool 9
I.2.1 Cấu trúc và những tính chất cơ bản của len
I.2.2 Cấu trúc và những tính chất cơ bản của sợi PES 10
I.2.3. Giặt trước 11
I.2.4. Công nghệ nhuộm 12
I.2.5. Giặt sau 19
I.2.6 Đốt và xén lông 20
I.2.7 Hoàn tất
I.3. Lựa chọn thuốc nhuộm phân tán thích hợp cho PES/ Wool 21
Chương II. THỰC NGHIỆM 25
II.1. Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu về các loại thuốc nhuộm
II.2. Nghiên cứu thí nghiệm nhuộm phối ghép màu của các loại 29
thuốc nhuộm phân tán và axit theo phương pháp tận trích
II.3. Khảo sát đơn nhuộm tại nhà máy 42
II.3.1. Thí nghiệm nhuộm khảo sát quy trình nhuộm hiện tại của 43
Công ty
II.3.2. Xây dựng quy trình công nghệ nhuộm tối ưu và áp dụng 51
thử nghiệm tại Công ty Dệt lụa.
Chương III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 53
III.1. Đánh giá kết quả đạt được
III.2. Kết luận 55
III.3. Kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
PHỤ LỤC 58
2
TÓM TẮT NHIỆM VỤ
Đề tài: "Nghiên cứu xây dựng công nghệ tối ưu nhuộm tận trích một số loại
vải PES/Wool" nhằm mục tiêu:
- Xây dựng các công nghệ nhuộm tối ưu đáp ứng yêu cầu chất lượng, giảm
thiểu chi phí và thân thiện với môi trường.
- Góp phần hỗ trợ các nhà máy sản xuất mặt hàng PES/Wool trong công
đoạn nhuộm nhằm giảm chi phí, tăng năng suất, nâng cao chất lượng, giảm giá
thành.
- Tối ưu hóa quy trình nhuộm dựa trên cơ sở các thông số công nghệ được
thể hiện đầy đủ, chính xác trong phần mềm phân tích các chỉ số đó.
Nội dung đề tài:
1. Xây dựng tổng quan về thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm axit.
2. Nghiên cứu và xây dựng bộ dữ liệu về nhuộm màu thuốc nhuộm phân tán
của các nhóm thuốc nhuộm chính: Dianix (DyeStar), Terasil (Huntsman), Foron
(Clariant).
3. Nghiên cứu và xây dựng bộ dữ liệu về nhuộm màu thuốc nhuộm axit:
Lanaset (Huntsman).
4. Nghiên cứu xác định thông số công nghệ và xây dựng quy trình nhuộm
với nhóm thuốc nhuộm tương ứng cho mặt hàng len.
5. Nghiên cứu xác định thông số công nghệ và xây dựng quy trình nhuộm
với nhóm thuốc nhuộm tương ứng cho mặt hàng PES.
6. Nghiên cứu xác định thông số công nghệ và xây dựng quy trình nhuộm
tận trích cho mặt hàng vải PES/Wool (nhóm thuốc nhuộm phân tán, axit).
7. Nhuộm thử nghiệm vải pha PES/Wool, hiệu chỉnh thông số để tối ưu hóa
quy trình nhuộm tận trích cho mặt hàng này.
8. Áp dụng thử nghiệm quy trình tối ưu tại Công ty sản xuất.
Phương pháp nghiên cứu:
Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, chủ nhiệm đề tài và các cộng tác viên đã:
3
- Nghiên cứu lý thuyết về các tính chất nhuộm màu của thuốc nhuộm phân
tán, axit trên các vật liệu len, PES và PES/Wool.
- Đồng thời dựa trên việc xác định các đặc tính nhuộm màu của thuốc
nhuộm phân tán và axit trên vật liệu PES và len cũng như PES/Wool bao gồm
các thông số cơ bản trong công nghệ nhuộm về nhiệt độ, thời gian và tốc độ tận
trích thuốc nhuộm tại từng thời điểm, độ tương thích giữa các màu phối ghép.
- Trong phòng thí nghiệm nhóm nghiên cứu đã thí nghiệm mẫu, tìm ra
những điểm chưa hợp lý của quy trình công nghệ hiện tại đang áp dụng tại Công
ty cần được khắc phục.
- Cuối cùng xây dựng công nghệ tối ưu trong điều kiện có thể để áp dụng
thử nghiệm tại Công ty sản xuất cho mặt hàng PES/Wool.
Tóm tắt kết quả nghiên cứu:
Căn cứ nội dung và tiến độ thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã thực
hiện 8/8 nội dung theo đăng ký:
- Giới thiệu tổng quan thuốc nhuộm axit, phân tán.
- Xây dựng được bộ dữ liệu cơ bản về thuốc nhuộm phân tán có ở thị
trường Việt Nam.
- Xây dựng được bộ dữ liệu cơ bản về thuốc nhuộm axit dùng để nhuộm
thành phần len có ở thị trường Việt Nam.
- Xác định được các thông số công nghệ tối ưu cho thuốc nhuộm phân tán
để nhuộm PES.
- Xác định được các thông số công nghệ tối ưu cho thuốc nhuộm axit để
nhuộm thành phần len.
- Xác định thông số cho quy trình nhuộm phương pháp tận trích cho vải
PES/Wool.
- Nhuộm thử nghiệm tại Công ty theo đơn đã xây dựng trong phòng thí
nghiệm (màu lá mạ) trên vải pha PES/Wool 70/30 và 50/50 đã cho thấy những
sự điều chỉnh cần thiết theo hướng tối ưu hóa công nghệ đó là:
4
+ Về hóa chất thuốc nhuộm, chất trợ và các thông số công nghệ chính được sử
dụng như đơn công nghệ Công ty đang sử dụng (vì màu sắc thay đổi trong giới
hạn cho phép).
+ Rút ngắn được thời gian nâng nhiệt và duy trì ở nhiệt độ cao trong quá trình
nhuộm.
+ Quá trình giặt sau có thay đổi do quá trình lựa chọn thuốc nhuộm phân tán ít
dây màu lên len và có độ tận trích cao, vì vậy số lần giặt sau nhuộm ít nhất cũng
giảm được 1 lần, do đó lượng nước sử dụng cho giặt có giảm đi.
+ Tính tổng thể chi phí điện, hơi, nước sẽ giảm đi cùng với việc tăng năng suất
của thiết bị (do giảm thời gian chu trình gia công 30 phút /1 mẻ, điện giảm
khoảng 5KW/1 mẻ, tiêu hao hơi giảm ước 10 kg/1 mẻ, tiêu hao nước giảm
3m3/1mẻ )
+ Quy trình nhuộm được ổn định, có tính lặp lại màu giữa các mẻ cao. Chất
lượng vải (ngoại quan và các chỉ tiêu độ bền màu) cũng đạt được cao đáp ứng
yêu cầu khách hàng, vải ít bị tổn thương do thành phần len ít bị tổn thương hơn
nên hạn chế được độ xù lông và vón gút.
- Đề tài cũng đã phân tích những thuận lợi, khó khăn khi áp dụng thuốc
nhuộm phân tán, axit để nhuộm PES/Wool để các nhà công nghệ có sự cân nhắc,
lựa chọn khi áp dụng.
- Căn cứ biểu đồ tối ưu của quy trình nhuộm, các nhà kỹ thuật nhuộm có
thể nhận thấy các công đoạn tối ưu vừa đảm bảo chất lượng nhuộm, vừa có hiệu
quả kinh tế trong công đoạn nhuộm do rút ngắn được thời gian các công đoạn, từ
đó có dữ liệu làm cơ sở cho việc xây dựng quy trình nhuộm màu mới, tránh
những công đoạn thừa trong quy trình công nghệ không cần thiết.
- Việc áp dụng thử quy trình công nghệ tối ưu vào sản xuất cho thấy kết
quả chất lượng đảm bảo yêu cầu, màu sắc (nếu chưa chỉnh nồng độ thuốc
nhuộm) có thể sai khác trong phạm vi chấp nhận được. Để đúng màu hoàn toàn
mẫu gốc cần có sự điều chỉnh nồng độ thuốc nhuộm trong phạm vi vẫn đảm bảo
hiệu quả tổng thể của quy trình nhuộm tối ưu so với quy trình các Công ty đang
áp dụng.
5
LỜI NÓI ĐẦU
Sản xuất vải pha PES/Wool ngày nay trên thế giới nói chung và ở Việt
Nam nói riêng chủ yếu dùng cho hàng may mặc ngoài. Chính vì vậy yêu cầu
mặt hàng ổn định kích thước, đễ chăm sóc là những ưu tiên hàng đầu. Việc pha
trộn cũng như tỷ lệ pha trộn PES/Wool nhằm hai mục đích chính là kinh tế và
thẩm mỹ. Len là một trong những nguyên liệu dệt rất đắt.
Trong toàn bộ quy trình gia công vì vậy cần đặc biệt quan tâm sao cho
không hoặc ít xẩy ra sự tổn thương đối với phần xơ sợi len. Vật liệu len có sức
đề kháng không tốt với nhiệt độ cao và cũng không thích hợp trong việc kéo dài
thời gian nhuộm. Về phương diện kinh tế thì tốt nhất là gia công nhuộm hỗn hợp
ở dạng sợi hoặc vải, tuy nhiên về phương diện độ bền màu thì ngược lại nhuộm
xơ rời là thích hợp nhất, sau đó mới phối ghép để kéo sợi (ở Việt Nam thiết bị
nhuộm dạng xơ này chưa cơ sở nào có đầu tư).
Việc nhuộm sau khi đã pha trộn dẫn đến cho quá trình nhuộm gặp nhiều
khó khăn, vì hai loại nguyên liệu này có những tính chất nhuộm trái ngược nhau.
Ở Việt Nam mặc dù số cơ sở sản xuất mặt hàng dạng PES/Wool không nhiều,
sản lượng hàng năm cũng không quá lớn, tuy nhiên trong những năm gần đây
cũng được Bộ Công Thương, Tập đoàn Dệt May Việt Nam và các cơ sở nghiên
cứu, sản xuất quan tâm đến việc nghiên cứu nhằm không ngừng nâng cao chất
lượng sản phẩm, hạ giá thành sản phẩm bằng nhiều con đường, trong đó có giải
pháp tối ưu hóa công nghệ nhuộm theo phương pháp tận trích mà Viện Dệt May
được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ nghiên cứu trong năm 2010 (với các mục
tiêu, nội dung theo đề cương) kèm theo ở phụ lục báo cáo.
6
Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
I.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC
Vải pha từ xơ Polyester và len lông cừu (PES/Wool) thông thường được
nhuộm bằng hai lớp thuốc nhuộm khác nhau cho mỗi thành phần nguyên liệu
riêng biệt. Thuốc nhuộm phân tán được sử dụng cho nhuộm thành phần PES,
trong khi đó thuốc nhuộm axit hay axit phức kim loại hoặc hoạt tính được sử
dụng cho thành phần len. Trong quá trình nhuộm, thường thuốc nhuộm dùng
cho thành phần len không dây màu lên thành phần PES, nhưng ngược lại hầu hết
các thuốc nhuộm phân tán ít nhiều đều dây màu lên thành phần len, quâ trình
giặt hoặc làm sạch thường rất khó loại bỏ được sự dây màu đó một cách triệt để
vì thành phần len không chịu được chế độ giặt khử sau nhuộm, dẫn đến độ bền
màu giặt của sản phẩm kém. Để cải thiện quá trình giặt sạch đó chỉ có thể bằng
cách lựa chọn thuốc nhuộm phân tán có độ hòa tan trong môi trường kiềm.
Sự pha trộn PES với len lông cừu cũng dẫn đến việc nhuộm đồng nhất hai
thành phần gặp khó khăn. Trong công đoạn nhuộm, sau khi đã pha trộn xơ, để
nhuộm thành phần PES thường phải tiến hành ở nhiệt độ cao khoảng 130 –
135oC, như vậy mới làm cho xơ PES trương nở để thuốc nhuộm phân tán xuyên
thấu vào. Trong khi đó ở nhiệt độ 100oC thì thành phần len đã có hiện tượng tổn
thất (thường ở các nước người ta nhuộm riêng biệt 2 thành phần xơ trước lúc
pha trộn để kéo sợi). Quá trình nhuộm của vải sợi pha PES/Wool vì vậy để hài
hòa các điều kiện trên thường người ta tiến hành nhuộm ở nhiệt độ 105 – 110oC,
tuy nhiên trong điều kiện nhiệt độ đó thì thuốc nhuộm phân tán bắt màu lên
thành phần PES rất kém, trước đây người ta thường trợ giúp quá trình lên màu
bằng cách sử dụng chất tải nhuộm, nhưng ngày nay việc dùng chất tải là rất hạn
chế và hầu như ít nơi dùng vì tính độc hại của nó đối với môi trường thải cũng
như phần dư lại trên sản phẩm. Để giải quyết bài toán nan giải nói trên, nhiều
công trình nghiên cứu đã tiến hành sử dụng các chất tạo liên kết ngang để bảo vệ
thành phần len khi nhuộm ở nhiệt độ và áp suất cao. Việc sử dụng chất bảo vệ
theo lý thuyết người ta nhận thấy để hạn chế tổn thất len đến mức thấp nhất ở
120oC là khi sử dụng 2,5 ÷ 5% khối lượng chất Formaldehyd cho loại hàng pha
tỷ lệ 50/50 (PES/Wool). Như vậy có nghĩa là sử dụng khoảng 5–10 % khối
lượng phần len có trong xơ sợi pha. Với tỷ lệ dùng ấy, thực tiễn đã chứng minh
7
sản phẩm sau nhuộm dư lượng Formaldehyd là khoảng 23 – 75 ppm (nằm trong
giới hạn an toàn của sản phẩm sinh thái cho phép).
Trong quy trình công nghệ nhuộm len riêng biệt, ngày nay người ta cũng
đã tiến hành nhuộm ở nhiệt độ cao để rút ngắn thời gian nhuộm, vấn đề là nguy
cơ tổn hại đến len được giải quyết như thế nào và điều đó phụ thuộc các yếu tố
sau: a) Nhiệt độ; b) Giá trị pH; c) Thời gian nhuộm. Trong quá trình nhuộm len
ở nhiệt độ cao, khi nhiệt độ > 110oC là không an toàn cho len, ví dụ ở 120oC len
đã bị cứng, độ bền cường lực và độ đàn hồi bị giảm.
Trong phép so sánh sự tổn thương của len ở các điều kiện nhiệt độ nhuộm
khác nhau khi môi trường nhuộm pH ≈ 5 người ta nhận thấy mức độ tổn thất là
tương đương khi:
Nhiệt độ nhuộm ở nhiệt độ sôi / thời gian 60 phút.
Nhiệt độ nhuộm ở nhiệt độ 105oC / thời gian 25 phút.
Nhiệt độ nhuộm ở nhiệt độ 110oC / thời gian 17 phút.
Ngoài ra khi môi trường nhuộm là trung tính, hay pH ≤ 3 và pH kiềm thì sự tổn
thương len đều lớn hơn khi môi trường pH ≈ 5.
Căn cứ các phân tích kể trên, để hài hòa các điều kiện cho nhuộm vải pha
PES/Wool đạt hiệu quả kinh tế, nhưng ít ảnh hưởng đến sự tổn thương len,
người ta chọn nhiệt độ nhuộm là 120oC, thời gian nhuộm 40 – 50 phút, có chất
bảo vệ len như nói ở phần trên. Hiện nay nhìn chung để nhuộm vải pha từ xơ
PES/Wool sau khi đã pha trộn. Các công ty trong nước vẫn đang sử dụng quy
trình công nghệ nhuộm cao áp một bể một công đoạn ở nhiệt độ 120oC có chất
bảo vệ len (theo tài liệu nước ngoài giới thiệu).
Mỗi một màu nhuộm riêng biệt có mức nhiệt độ và thời gian nhuộm tối
ưu phụ thuộc vào chủng loại hàng, thiết bị nhuộm và thuốc nhuộm trong đơn
công nghệ. Tuy nhiên, một tập hợp các điều kiện nhuộm phổ biến được sử dụng
sẽ cho độ tận trích thuốc nhuộm cao, màu đồng nhất và độ lặp lại tốt hơn. Thời
gian nhuộm tối thiểu có thể được áp dụng bằng cách kiểm soát tốc độ hấp phụ
của thuốc nhuộm sao cho đưa lại kết quả nhuộm đồng đều và đạt độ tận trích cao
nhất. Với cách này, thời gian làm đều màu ở nhiệt độ cực đại là phụ thuộc vào
thuốc nhuộm có tốc độ nhuộm thấp nhất có thể đạt tới cân bằng. Các thuốc
nhuộm phân tán thường có tốc độ nhuộm khác nhau, tốc độ nhuộm thường cao
hơn khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch nhuộm thấp hơn.
8
Căn cứ định nghĩa cụm từ "tối ưu hóa điều kiện nhuộm của thuốc nhuộm"
là xác định điểm thích hợp của việc kết hợp các thông số về màu của một thuốc
nhuộm (một tập hợp thông số về màu) đó là:
a) Khả năng tận dụng thuốc nhuộm cao nhất lên vật liệu nền trong điều kiện
kinh tế nhất về thời gian nhuộm (tiết kiệm thời gian nhất) và sử dụng các
chất trợ với lượng dùng hợp lý nhất.
b) Đạt độ đều màu tốt.
c) Có khả năng nhuộm màu vật liệu nền cao nhất.
d) Ít làm tổn thương nhất đến vật liệu nền.
Bài toán tối ưu hóa quá trình nhuộm vải PES/Wool vì vậy là bài toán giải
quyết các vấn đề sau:
- Chọn nhiệt độ nhuộm thích hợp.
- Thời gian gia công ngắn nhất có thể.
- Chọn thuốc nhuộm phân tán thích hợp, ít dây màu lên thành phần len
trong quá trình nhuộm và dễ giặt sạch hơn để đảm bảo độ bền màu cho sản
phẩm.
- Chọn bộ thuốc nhuộm phân tán để ghép màu phù hợp nhất.
I.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MẶT HÀNG PES/WOOL
I.2.1. Cấu trúc và những tính chất cơ bản của len
• Sơ đồ liên kết của mạch keratin trong sợi len:
/ \ /
HN HN ................... OC
\ / \
CH – CH2 – S – S – CH2 – CH CH – R
/ \ /
CO CO ................... NH
\ / \
NH NH CO
/ \ /
CH–CH2 –CH2 –COO –H3N+–CH2–CH2–CH CH – R
\ / \
CO CO ................... NH
/ \ /
Những liên kết trên đây của keratin sợi len tạo nên cho len có tính đàn hồi
chuyển từ dạng cấu trúc α sang β được biểu diễn theo sơ đồ sau:
9
Dãn ra
'
Bóp lại
Dạng α Dạng β
Khi nhúng ướt, len sẽ dãn dài khoảng 1,2% và nở ngang khoảng 18%, sự trương
nở này tạo điều kiện cho phân tử thuốc nhuộm đi vào dễ dàng.
Tuy nhiên sự trương nở này một mặt cũng làm giảm sức liên kết ion giữa
các mạch peptit, mặt khác làm đứt cầu nối hydro giữa 2 nhóm liền kề là amino
và ceton trong mạch polypeptit.
Từ những cấu trúc được mô tả trên, cho ta thấy sợi len rất "nhạy cảm" với
các điều kiện tác động lên nó trong quá trình gia công ướt (nước, nhiệt độ, lực
căng, hóa chất).
I.2.2. Cấu trúc và những tính chất cơ bản của sợi PES
a/ Công thức tổng quát:
HO OC COOCH2 CH2O H
n
Là sản phẩm trùng ngưng của axit terephtalic với etylenglycol.
Điểm nóng chảy: 250 – 260oC
Điểm hóa dẻo: 230 – 240oC.
b/ Định hình trước PES:
Khi PES được định hình nhiệt trước, ta sẽ đạt được các đặc tính sau:
- Ổn định được kích thước.
- Giảm độ nhàu
- Bề mặt đẹp, cho cảm giác sờ tay dễ chịu
- Đối với loại sợi từ xơ cắt ngắn sẽ hạn chế khả năng vón gút
- Giảm khả năng gấp nếp trong quá trình xử lý
- Vải phải sạch các loại hồ, nếu không rất nguy hiểm cho quá trình nhuộm
dễ bị loang
- Nhiệt độ định hình phải đồng đều, nếu không khi nhuộm dễ bị loang.
10
Định hình trước hoặc sau người ta đều có thể tiến hành, mỗi cách đều có ưu
và nhược điểm riêng. Trong thực tế sản xuất, định hình trước chỉ nên tiến hành
trong điều kiện sau nhuộm không còn xử lý nhiệt độ cao. Thông thường việc
định hình PES thường để kết hợp công đoạn sau cho kinh tế mà chất lượng vẫn
đảm bảo.
Khi pha trộn len với PES trong bối cảnh 2 loại xơ sợi này có các đặc tính lý,
hóa khác nhau. Vì vậy trong khi gia công chúng cần thận trọng để dung hòa điều
kiện xử lý cho phù hợp.
Để hạn chế sự biến dạng của sợi len trong quá trình gia công, việc ổn định
len trước bằng phương pháp Wet setting là vô cùng cần thiết (crabing).
Đối với sợi PES việc ổn định nhiệt cũng là một điều kiện vô cùng quan trọng
và cần thiết. Vì nó làm cho sợi PES ổn định kích thước, không bị nhàu, có tính
đàn hồi và đặc biệt làm giảm tính vón gút (pilling effect). Tuy nhiên, khi pha
trộn với len (do tính chất như nói ở trên) nên việc lựa chọn nhiệt độ, độ căng và
thời gian định hình PES là vô cùng quan trọng. Nếu nhiệt độ quá cao và thời
gian quá dài sẽ làm cho bề mặt vải cứng, ngược lại nếu nhiệt độ thấp và thời
gian ngắn thì làm cho khả năng chống nhàu bị kém và tăng khả năng vón gút.
Độ căng của vải trong lúc định hình cũng có ý nghĩa rất quan trọng, làm tăng,
giảm khả năng phòng nhàu, hiệu ứng vón gút và đến độ co của vải. Cũng cần
nhở rằng đối với vải PES/Wool khi định hình trước thì bao giờ cũng làm tăng
khả năng dây màu thuốc nhuộm phân tán lên thành phần len. Nhiệt độ định hình
vải PES/Wool thích hợp nhất là ở 185oC ± 2, thời gian ≈ 45 giây, mức độ căng
ngang không vượt quá 1% (tức từ -5% ÷1%), mức độ cấp dồn (overfeed) khoảng
10%.
I.2.3. Giặt trước
Mục đích của công đoạn giặt trước là để loại bỏ các tạp chất dầu và các
tạp chất khác gây nên trong quá trình kéo sợi và dệt. Việc giặt vải có thành phần
len luôn phải được tiến hành thận trọng (vì thành phần len rất dễ bị tổn thương).
Bằng kinh nghiệm và theo phương diện lý thuyết, các nhà kỹ thuật nhuộm có thể
nói rằng: " Khâu giặt trước được tiến hành tốt có nghĩa là thắng lợi được ½ công
việc của nhuộm".
11
Trước hết phải lựa chọn chất giặt thích hợp. Thông thường tùy theo các
chất bẩn đầu vào để lựa chọn chất giặt thích hợp, tuy nhiên thông dụng nhất là
sử dụng các chất giặt có chứa dung môi hữu cơ với tác dụng để dễ dàng làm nhũ
hóa các loại dầu khoáng có trên vải. Môi trường giặt trong điều kiện kiềm nhẹ,
có thể sử dụng Na2CO3 hoặc amôniăc để điều chỉnh đều được. Việc sử dụng
thiết bị nào là phụ thuộc kết cấu mặt hàng. Chất giặt sử dụng có thể dạng anion
hoặc không ion. Chất giặt có tính anion có tác dụng hạn chế được một phần nhỏ
độ dây màu thuốc nhuộm phân tán lên len; nhưng nếu không được giặt sạch
trước lúc nhuộm dễ gây hiện tượng loang màu. Để bảo đảm không ảnh hưởng
đến độ đều màu trong quá trình nhuộm do yếu tố chất trợ gây lên, người ta
khuyến cáo nên sử dụng chất giặt không ion là tốt hơn và chúng tôi dã chọn.
Mức độ giặt trước ta phải căn cứ lượng mỡ còn dư lại trên len, mức còn
lại sau giặt phù hợp nhất là 0,5 – 0,8%. Nếu lượng còn lại lớn hơn thường ảnh
hưởng đến độ bền màu ma sát của vải nhuộm. Để khử mỡ (các loại dầu khoáng)
tốt nhất là dùng dung môi hữu cơ, vì các chất kiềm chỉ có tác dụng loại được các
loại dầu có khả năng nhũ hóa trong nó, ngược lại loại dầu khoáng không nhũ
hóa được thì tác dụng của kiềm không có giá trị loại bỏ được chúng.
Như trên đã nói không phải là loại bỏ hết tỷ lệ dầu trong len. Thực tế
chứng minh rằng tỷ lệ còn lại này không được phép dưới 0,2% vì nếu không vải
sẽ bị khô và bề mặt cứng ráp.
Nước sử dụng trong giặt trước yêu cầu phải mềm để tránh tình trạng kết
tủa các chất hoạt động bề mặt cũng như Ca – xà phòng lên mặt vải gây hiện
tượng loang cho quá trình nhuộm. Trong công nghệ giặt có thể giảm bớt một
phần chất giặt và bù vào đó bằng 1,5 g/l chất phân tán sẽ có tác dụng nhũ hóa
dầu khoáng có trong len và ngăn ngừa không cho chúng tái hợp lại.
Qua nghiên cứu các chất giặt của các hãng gửi chào thì các chất giặt sau
đây là phù hợp với yêu cầu: Sandoclean PC; Eriopon OLS; Ultravon EL;
Levapon OLN (hai chất đầu mang điện tích không ion, 2 chất sau là anion).
I.2.4. Công nghệ nhuộm
Để nhuộm hỗn hợp vật liệu từ PES với Wool, điều đầu tiên ta cần lưu ý là
thành phần Wool rất dễ bị tổn thương trong điều kiện nhuộm chung với PES.
12
Thực tế đã chứng minh rằng: Nhiệt độ nhuộm càng cao, thời gian nhuôm càng
dài thì độ tổn hại xơ Wool càng lớn.
Một vấn đề khó khăn lớn nhất trong nhuộm PES/Wool là độ dây màu của
thuốc nhuộm phân tán lên thành phần Wool. Tất cả các tài liệu đều nói và thực
nghiệm đã chứng minh việc dây màu này rất khó giặt sạch, ảnh hưởng nhiều đến
độ bền màu giặt và ma sát của sản phẩm. Công nghệ nhuộm ở nhiệt độ thấp hơn
hay cao hơn; nhuộm một công đoạn hay 2 công đoạn đều ít cải thiện hoặc thậm
chí ở các màu đậm cũng không khác biệt là bao nhiêu về kết quả độ bền màu
(ngoại trừ nhuộm riêng biệt 2 loại xơ). Vì vậy các tài liệu đều nói rằng khi tỷ lệ
PES/Wool mà Wool < 50% thì nên chọn giải pháp nhuộm 1 pha ở nhiệt độ
120oC là phù hợp và kinh tế nhất. Điều này trong phạm vi đề tài trước cũng đã
thử nghiệm và khẳng định. Vấn đề chính ở đây là quá trình lựa chọn thuốc
nhuộm phân tán và khâu giặt sau nhuộm.
a). Tổng quan về thuốc nhuộm phân tán
Phân loại thuốc nhuộm phân tán cho Polyeste
Khối lượng Độ phân Tốc độ Độ bền màu
Phân loại
phân tử cực nhuộm với thăng hoa
Năng lượng thấp Nhỏ Thấp Cao Thấp
Năng lượng trung
Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình
bình
Năng lượng cao Lớn Cao Thấp Cao
Hầu hết các tính chất nhuộm và độ bền màu thay đổi dần dần với kích
thước phân tử tăng lên. Các phân tử thuốc nhuộm nhỏ có độ phân cực thấp là
những thuốc nhuộm đều màu, nhuộm nhanh nhưng độ bền với nhiệt và độ bền
thăng hoa thấp, chúng được gọi là các thuốc nhuộm phân tán "năng lượng thấp".
Các thuốc nhuộm có khối lượng phân tử lớn, có độ phân cực cao thì tốc độ
nhuộm thấp, khả năng di chuyển trong quá trình nhuộm kém, song có độ bền
màu nhiệt và thăng hoa cao, đó là các thuốc nhuộm "năng lượng cao". Thuốc
nhuộm năng lượng cao còn là các thuốc nhuộm đòi hỏi nhiệt độ gắn màu cao.
Độ bền màu ánh sáng không phụ thuộc vào kích thước phân tử. Thuốc nhuộm
phân tán "năng lượng trung bình" về mặt tính chất nằm giữa 2 loại trên, chúng
13
không có độ bền nhiệt cao như loại "năng lượng cao", nhưng có độ bền màu
tương đối tốt.
Nhìn chung hầu hết thuốc nhuộm phân tán là dẫn xuất từ gốc azo (chiếm
60% thuốc nhuộm thương mại.
Thuốc nhuộm gốc anthraquinon chiếm vị trí số 2 khoảng 32% cũng là lớp
rất quan trọng. Còn lại là các nhóm mang màu khác.
Do thuốc nhuộm có gốc azo chiếm vị trí số 1 trong các thuốc nhuộm phân
tán, nên có câu hỏi đặt ra liệu có thuốc nhuộm phân tán azo bị cấm không? Có
thể trả lời rằng có một số thuốc nhuộm phân tán trên cơ sở các amin thơm đã
được xếp loại bổ sung bởi cộng đồng Châu Âu (EU) như chất gây ung thư. Mặc
dầu chưa được liệt kê trong luật tiêu dùng CHLB Đức vẫn còn được sản xuất.
Tuy nhiên nhiều hãng buôn bán hàng dệt đã cấm các cơ sở sản xuất hàng dệt sử
dụng các thuốc nhuộm trên cơ sở 2 amin nêu trên là:
O-anisidin có số "CAS" (CAS No) 90-4-0 và
P-aminoazobenzen có số "CAS" (CAS No) 60-9-3
Nói chung các loại thuốc nhuộm phân tán bị cấm đã có nhiều tài liệu viện dẫn,
ghi chú đăng trên nhiều tài liệu hoặc báo cáo ở nhiều đề tài môi trường.
b).Quá trình lựa chọn thuốc nhuộm phân tán.
Tất cả các loại thuốc nhuộm phân tán ít hay nhiều đều dây màu lên thành
phần Wool trong quá trình nhuộm, điều đó đã được khẳng định vì bản chất cấu
trúc hóa học của chúng. Sự dây màu này rất khó giặt và vì vậy làm cho độ bền
màu của sản phẩm không cao. Về phương diện lý thuyết có thể sử dụng nhóm
thuốc nhuộm phân tán có độ dây lên Wool ít nhất hoặc loại dây vừa nhưng dễ
giặt sạch hơn để nhuộm PES/Wool.
Ở đây cũng có thể nói rằng:
- Nếu tiến hành nhuộm riêng biệt 2 loại xơ thì vấn đề lựa chọn thuốc nhuộm
phân tán để nhuộm thành phần PES không đặt thành vấn đề lớn.
- Trong trường hợp tiến hành nhuộm theo quy trình 2 pha đối với PES/ Wool thì
việc lựa chọn thuốc nhuộm phân tán cũng có phần dễ dàng hơn (chọn được diện
rộng hơn).
14
- Đặc biệt khi tiến hành theo quy trình nhuộm 1 pha với PES/Wool thì việc lựa
chọn thuốc nhuộm phân tán phải được đặt ra vô cùng quan trọng và cần thiết.
Về phương diện lý thuyết ta có thể lựa chọn các loại thuốc nhuộm phân
tán có phân tử nhỏ, thuốc sẽ dễ khuyếch tán vào PES trong quá trình nhuộm và
như vậy sẽ hạn chế phần dây lên Wool. Thông thường các tài liệu đều giới thiệu
cho chúng ta thấy có 3 nhóm thuốc: nhóm dây ít, nhóm dây trung bình và nhóm
dây rất nhiều. Tất nhiên là không nên sử dụng nhóm dây nhiều để nhuộm vải
PES/Wool. Tốt nhất là ta sử dụng nhóm dây màu ít nhất, chỉ trong trường hợp
đặc biệt (vì nhiều nguyên nhân khác) mới sử dụng đến nhóm dây màu trung
bình.
Cũng cần lưu ý rằng kể cả đối với nhóm ít dây màu nhất thì cũng chỉ có
giá trị đến một giới hạn nồng độ thuốc nhuộm sử dụng nhất định, khi vượt quá
mật độ hấp phụ thuốc nhuộm lên vật liệu tức lượng thuốc nhuộm ở mức bão hòa
trong dung dịch nhuộm thì độ dây màu của thuốc nhuộm phân tán lên Wool của
nhóm ít dây màu cũng trở nên kém (dây nhiều). Có nghĩa là cần quan tâm đến
đồ thị mật độ hấp phụ thuốc nhuộm phân tán (build up) để chọn giới hạn nồng
độ sử dụng mới có giá trị ít dây màu ( trường hợp bất khả kháng thì ta phải chọn
thuốc khác để thay thế).
Khi đã chọn được nhóm thuốc nhuộm phân tán tương đối phù hợp, việc
còn lại là bằng các giải pháp công nghệ để ta hạn chế tiếp độ dây màu của thuốc
nhuộm phân tán lên thành phần Wool, đó là các giải pháp như sau:
- Nhiệt độ và thời gian định hình thành phần PES (như đã nêu ở phần
trước) thích hợp.
- Sử dụng hoặc không sử dụng chất tải trong quá trình nhuộm (có phụ lục
số liệu kèm theo).
- Sử dụng hoặc không sử dụng chất phân tán trong quá trình nhuộm ( có
phụ lục số liệu kèm theo).
- Sử dụng các chất trợ kiềm chế sự dây màu thuốc nhuộm phân tán lên
Wool trong quá trình nhuộm.
- Các chế độ giặt trước và sau nhuộm.
- Sử dụng các loại hồ hoàn tất phù hợp nhất.
15
c. Tổng quan về thuốc nhuộm axit
Thuốc nhuộm axit hiện đang được ứng dụng để nhuộm các loại xơ sợi
Protein và Polyamid trong môi trường axit, chúng được chia ra thành các nhóm
chính sau đây:
- Thuốc nhuộm axit thường (có 3 phân nhóm tùy theo độ pH khi nhuộm)
- Thuốc nhuộm axit tạo phức crom sau nhuộm.
- Thuốc nhuộm axit phức kim loại 1:1
- Thuốc nhuộm axit phức kim loại 1:2
Tất cả các nhóm thuốc nhuộm nêu trên đều tồn tại dưới dạng muối của các
"axit" có màu. Trong mọi trường hợp, khi nhuộm đều xảy ra phản ứng giữa
nhóm mang điện tích dương của vật liệu dệt với nhóm điện tích âm của thuốc
nhuộm. Đối với nhóm thuốc tạo phức kim loại ngoài ra còn một vài dạng liên
kết khác giữa vật liệu dệt với thuốc nhuộm. Trong bảng 1 dưới đây được dẫn ra
những liên kết quan trọng nhất của từng nhóm thuốc nhuộm và ảnh hưởng của
chúng đến độ bền màu ướt, gía trị pH tối ưu khi áp dụng và một số thông số
khác:
Thuốc nhuộm axitThuốc Thuốc Thuốc
Tên nhóm thường nhuộm axit nhuộm nhuộm
thuốc nhuộm Phân Phân Phân tạo phức axit phức axit phức
nhóm 1 nhóm 2 nhóm 3 crom sau 1: 1 1: 2
Liên kết ion + + + + + +
Liên kết + ++ +++ ++ +++ ++++
vandervan
Liên kết cộng - - - + + -
hóa trị
pH tối ưu của 2-3 4-5 6-7 4-5 2 – 2,3 6-7
bể nhuộm
Độ bền màu Tương Rất tốt Rất tốt Rất tốt đến Rất tốt Rất tốt
ướt đối tốt đến cực tốt đến cực đến cực
(trung cực tốt tốt tốt
bình)
16
Dấu " – ": không liên kết
Dấu "+" đến "+ + + + " : Cấp độ liên kết
1. Nhuộm bằng thuốc nhuộm axit thường
Thuốc nhuộm axit trên cơ sở tính chất và độ bền màu của chúng được
chia ra 3 phân nhóm
- Phân nhóm 1: Loại thuốc nhuộm hấp phụ lên xơ sợi trong môi trường axit
mạnh (pH 2 – 3). Khi nhuộm phải sử dụng các axit mạnh, ví dụ: H2SO4 hoặc
axit formic. Thuốc nhuộm phân nhóm này cho kết quả độ bền màu ánh sáng tốt
đến rất tốt, độ bền màu ướt đạt trung bình. Ưu điểm lớn nhất là cho độ đều màu
rất tốt.
- Phân nhóm 2: Loại thuốc nhuộm hấp phụ lên xơ sợi trong môi trường axit yếu
(pH 4 – 5) bằng cách sử dụng axit acetic. Kết quả nhuộm cho độ bền màu ướt rất
tốt và độ bền màu ánh sáng đạt cao thậm chí cả đối với màu nhạt. Độ đều màu
tốt.
- Phân nhóm 3: Đây là phân nhóm nhuộm trong môi trường axit yếu, tối ưu ở
pH 6 – 7, cho độ đều màu chỉ ở mức độ trung bình, độ bền màu ướt đạt cấp rất
tốt. Đây là phân nhóm rất thích hợp cho nhuộm len pha với loại xơ sợi khác
trước hết là với Xenlulo và với PES.
1.1. Ảnh hưởng của các chất trợ trong quá trình nhuộm và phương pháp
liên kết với xơ sợi.
Đối với tất cả các thuốc nhuộm anion thì liên kết chính giữa thuốc nhuộm
với xơ sợi là liên kết lực hút electron giữa điện tích dương của nhóm amino vật
liệu với điện tích âm của thuốc nhuộm. Liên kết này gọi là liên kết ion và nó
tương đối yếu, do đó thuốc nhuộm nào chỉ có liên kết ion sẽ có kết quả độ bền
ướt tương đối thấp. Muốn tăng độ bền màu ướt có thể bằng cách trợ giúp thêm
cho liên kết ion đó bền vững hơn. Đối với thuốc nhuộm axit có thể bổ sung thêm
các liên kết sau:
- Liên kết cầu hydro
- Liên kết vandervan
Một nguyên lý là thuốc nhuộm có liên kết càng bền thì có độ bền màu ướt càng
cao và ngược lại khả năng đếu màu càng thấp, khả năng đều màu đó cần được
17
tác động bởi lựa chọn axit và lượng dùng thích hợp, bổ sung muối và chất đều
màu.
* Ảnh hưởng của axit trong bể nhuộm:
Quá trình nhuộm bị ảnh hưởng bởi lượng axit bổ sung, trường hợp không
đủ axit, sự hấp phụ thuốc nhuộm sẽ bị kém, điều đó sẽ ảnh hưởng không những
đến độ lặp màu trong nhuộm mà còn không kinh tế trong việc tận trích thuốc
nhuộm. Ngược lại nếu thừa axit hoặc chọn loại axit mạnh không thích hợp sẽ
dẫn đến sự hấp phụ thuốc nhuộm lên xơ sợi quá nhanh dẫn đến nhuộm loang
màu.
* Ảnh hưởng của muối trong bể nhuộm
Điện tích dương của vật liệu dệt không những chỉ hút anion thuốc nhuộm
mà còn hút các anion khác có trong bể nhuộm. Khi nhuộm với sự có mặt của ion
sulphat, nó sẽ xẩy ra liên kết với vật liệu dệt, do đó thuốc nhuộm sẽ hấp phụ
chậm hơn lên xơ sợi, điều đó làm tăng khả năng đều màu. Bổ sung muối Na2SO4
tất nhiên chỉ có tác dụng khi pH < 5. Lượng muối dùng tối ưu phụ thuộc vào độ
pH của bể nhuộm và độ đậm màu nhuộm. pH thấp - màu nhạt, lượng dùng lớn
nhất – màu đậm lượng dùng ít nhất (theo đơn hướng dẫn). Dao động lượng muối
dùng theo chỉ định của từng nhóm thuốc nhuộm, nói chung trong khoảng 5 –
20%.
* Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi tăng nhiệt độ bể nhuộm, bên cạnh việc tăng tốc độ hấp phụ thuốc
nhuộm lên xơ sợi, thì hầu hết các nhóm thuốc nhuộm axit tăng khả năng phân
giải độ keo tụ thuốc nhuộm, dẫn đến khả năng nhuộm màu tốt hơn và độ bền
màu đạt chuẩn hơn.
Tốc độ tăng nhiệt được điều chỉnh sao cho việc hấp phụ thuốc nhuộm lên
xơ sợi và khả năng đều màu là hài hòa. Thời gian nâng nhiệt phụ thuộc nhóm
thuốc nhuộm. Thời gian nhuộm ở nhiệt độ sôi được quy định bởi đặc tính của
vật liệu dệt. Để việc gắn màu thuốc nhuộm lên xơ sợi tốt liên đới đến độ bền
màu đạt tối ưu. Cần giữ thời gian nhuộm theo quy định hướng dẫn ở giới hạn
thấp nhất cho phép (không nên thấp hơn)
* Ảnh hưởng của chất đều màu
18
Khi nhuộm với nhóm thuốc nhuộm có độ đều màu thấp, người ta có thể
cải thiện bằng cách tốt nhất là nhờ điều chỉnh tối ưu hóa độ pH 6 -7. Tuy nhiên
để bảo vệ chất lượng len buộc phải nhuộm ở điều kiện pH trong vùng đẳng điện
của len (pH 4 -5). Trong trường hợp này buộc chúng ta phải sử dụng đến chất
trợ đều màu. Chất trợ đều màu lý tưởng khi:
- Làm giảm ái lực
- Giảm tốc độ hấp phụ thuốc nhuộm lên xơ sợi.
- Cải thiện sự khuyếch tán màu.
- Ảnh hưởng đến độ phân tán thuốc nhuộm.
- Làm cân bằng sự khác nhau của việc hấp phụ thuốc nhuộm.
- Không ảnh hưởng đến độ tận trích.
- Không ảnh hưởng đến tính chất của xơ sợi.
- Không quá đắt tiền.
- Không ảnh hưởng đến vấn đề sinh thái của nước thải.
2. Nhuộm bằng thuốc nhuộm axit phức kim loại 1:2
Liên kết gữa thuốc nhuộm nhóm này với keratin của len là liên kết không
phân cực, có ái lực cao,(vì vậy cho độ bền màu cao), ngược lại khả năng di
chuyển của thuốc nhuộm lại thấp. Khi duy trì chế độ nhiệt tối ưu, độ pH thích
hợp và bổ sung chất trợ nhuộm thì vẫn đạt độ bền màu tốt.
Đặc tính của nhóm thuốc này là cho độ bền màu ánh sáng cao, thuận lợi
nữa là quy trình công nghệ đơn giản, đỡ tốn kém.
d). Lựa chọn thuốc nhuộm axit
Việc sử dụng thuốc nhuộm axit để nhuộm thành phần Wool trong vải pha
PES/Wool không có vấn đề gì phức tạp. Chỉ cần lưu ý chọn loại nào cho độ đều
màu cao trong quá trình nhuộm và đạt yêu cầu độ bền màu là được, mặt khác
cần sử dụng loại thuốc nhuộm axit có môi trường nhuộm pH phù hợp với môi
trường nhuộm của thuốc nhuộm phân tán (khi nhuộm phương pháp 1 pha) là
được. Thông thường người ta sử dụng các loại thuốc nhuộm axit thường và loại
phức kim loại 1: 2 để nhuộm. Hiện nay hãng Hunsmant (Ciba cũ) có sản xuất
loại thuốc nhuộm axit phức dưới tên thương mại Lanaset, đây là một loại pha
trộn giữa phức kim loại 1:2 và axit thường nhằm đạt độ bền màu tương đối cao
lại có được gam màu tương đối sáng để dung hòa các đặc tính riêng biệt của 2
19