Tối ưu hóa quy trình tạo sợi và khả năng nhuộm màu tự nhiên của sợi từ thân cây chuối

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THÁI MINH HIẾU

TỐI ƯU HĨA QUY TRÌNH TẠO SỢI VÀ KHẢ
NĂNG NHUỘM MÀU TỰ NHIÊN CỦA SỢI TỪ
THÂN CÂY CHUỐI

Ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC
Mã ngành: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại Học Cơng Nghiệp thành phố Hồ Chí
Minh.
Người hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Thị Hồng Phượng
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường
Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 07 tháng 10 năm 2022
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TS Lê Văn Tán - Chủ tịch Hội đồng
2. TS. Bùi Xuân Hào - Phản biện 1
3. TS. Phan Thị Hoàng Anh - Phản biện 2
4. PGS.TS. Nguyễn Văn Cường - Ủy viên
5. TS. Văn Thanh Khuê - Thư ký
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Thái Minh Hiếu .................................. MSHV: 19630341
Ngày, tháng, năm sinh:29/12/1989 ................................ Nơi sinh: Bình Phước
Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học ................................... Mã chuyên ngành: 8520301
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Tối ưu hóa quy trình tạo sợi và khả năng nḥm màu tự nhiên của sợi từ thân cây
chuối.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
(1) Tối ưu quy trình tạo sợi từ thân cây chuối, tách xơ chuối từ bẹ cây chuối sau đó
đem biến tính bằng NaOH và HCl để làm tăng đợ bền cơ lí của xơ và se thành sợi
đạt tiêu chuẩn theo ASTM D1445 và ASTM D2812.
(2) Nghiên cứu nhuộm sợi chuối bằng thuốc nhuộm tự nhiên đạt độ bền màu giặt
(ISO105-C06 A1S-02), độ bền mồ hôi acid (ISO105-E04 -2008), độ bền mồ hôi
kiềm (ISO105-E04 -2008), độ bền màu ma sát (ISO105-X12-01).
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/10/2021
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26/05/2022
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phạm Thị Hồng Phượng
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn này là một sự cố gắng nỗ lực rất nhiều của bản thân,
nhưng trong suốt q trình nghiên cứu tơi cịn nhận được nhiều sự giúp đỡ của gia
đình, bạn bè, người thân, và thầy cơ hướng dẫn trong suốt hành trình, tôi xin gửi lời
cảm ơn chân thành sâu sắc tới những người mà tôi trân trọng và biết ơn.
Đầu tiên, con xin gửi lời cảm ơn tới gia đình đã luôn ủng hộ con về mặt tinh thần
trong suốt thời gian học tập.
Em xin chân thành cảm ơn cô TS. Phạm Thị Hồng Phượng đã chỉ bảo em tận tình
trong quá trình học tập tại trường. Em đã học được nhiều điều cả về kiến thức, kinh
nghiệm, và suy luận trong các nghiên cứu khoa học từ Cô.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Lãnh đạo Khoa Công nghệ Hóa học, Q
thầy/cơ các bợ mơn những người đã chỉ dạy, truyền đạt cho em kiến thức khi học tại
trường.
Em xin được gửi lời cảm ơn các thầy cô phòng sau đại học đã hỗ trợ, hướng dẫn em
rất nhiều khi em học tại trường.
Em xin được cảm ơn Ban Giám Đốc Cơng Ty Hóa Chất T.T.K đã tạo điều kiện cho
em về mặt thời gian trong suốt thời gian học tập và nghiêm cứu để hoàn thành tốt
phần học tập và hoàn thành luận văn thạc sĩ này.

i


TĨM TẮT
Trong nghiên cứu này, thân cây chuối được bóc vỏ, sau đó tách xơ bằng máy tách
xơ chuyên dụng do nhóm nghiên cứu của chúng tơi chế tạo, xơ sau khi được tách ra
đem biến tính bằng dung dịch NaOH và HCl. Thực hiện các thí nghiệm để tìm ra tỷ
lệ nồng độ NaOH tối ưu nhất cho kết quả đợ bền cơ lí tốt nhất, sau đó xơ được se
thành sợi và được nhuộm màu bằng thuốc nhuộm tự nhiên từ dịch chiết củ nghệ. Đợ
bền cơ lí của sợi vải đạt tiêu chuẩn và được đánh giá rất tốt, có thể ứng dụng thực tế
rợng rãi được, với kết quả nghiên cứu thu được chúng ta có thể tận dùng nguồn phế
phẩm từ thân cây chuối để bảo vệ môi trường, tận dụng nguồn phế phẩm làm sản
phẩm ứng dụng rộng rãi và phát triển nền kinh tế.

ii


ABSTRACT
In this study, the banana stalks were peeled, then the fibers were separated by a
specialized fiber separator made by our research team, the fibers were denatured
with NaOH and HCl solutions after being separated. Perform experiments to find
out the optimal ratio of NaOH concentration for the best mechanical strength
results, then the fibers are spun and dyed with natural dyes extracted from turmeric
powder. The physical and mechanical properties of the fabric meet the standards
and are evaluated very well, can be widely applied in practice, with the obtained
research results, we can take advantage of the waste from banana stems to protect
the environment. , make use of waste resources as products for wide application and
economic development

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Thái Minh Hiếu, học viên cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Hóa Học, lớp
CHHO9B, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh.
Tơi cam đoan những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là cơng trình
của tơi với sự hướng dẫn của giảng viên TS. Phạm Thị Hồng Phượng, Trường Đại
học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh. Những kết quả nghiên cứu chung được
trình bày trong luận văn đều có sự đồng ý của các đồng tác giả.
Những kết quả nghiên cứu của các tác giả khác được sử dụng trong luận văn đều có
trích dẫn đầy đủ.
Học viên
(Chữ ký)

Thái Minh Hiếu

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu..............................................................................................2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................2
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài .....................................................................................3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ......................... 4

1.1 Tổng quan về xơ Chuối .........................................................................................4
1.1.1 Tính chất vật lý ...................................................................................................5
1.1.2 Tính chất hóa học ...............................................................................................8
1.1.3 Tính chất nhiệt ..................................................................................................10
1.1.4 Ứng dụng của xơ chuối ....................................................................................11
1.1.5 Tiềm năng sợi chuối ở Việt Nam .....................................................................11
1.2 Phương pháp tạo xơ sợi .......................................................................................13
1.3 Tổng quan về thuốc nhuộm tự nhiên ...................................................................14
1.3.1 Lịch sử phát triển ..............................................................................................14
1.3.2 Một số thuốc nhuộm tự nhiên...........................................................................15
1.3.3 Tổng quan về nghệ ...........................................................................................16
1.4 Tình hình nghiên cứu ..........................................................................................19
1.4.1 Tình hình nghiên cứu trong nước .....................................................................19
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...................................................................20

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM ....................................................................... 21
2.1 Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ .......................................................................21
2.1.1 Nguyên liệu ......................................................................................................21
2.1.2 Hóa chất ............................................................................................................21
2.1.3 Dụng cụ và thiết bị ...........................................................................................22

v


2.2 Nợi dung phương pháp ........................................................................................23
2.3 Quy trình biến tính sợi .........................................................................................24
2.3.1 Quy trình biến tính sợi bằng dung dịch NaOH ................................................25
2.3.2 Quy trình biến tính sợi bằng dung dịch HCl ....................................................27
2.4 Biến tính sợi bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa ..................29
2.4.1 Thiết lập mơ hình thực nghiệm ........................................................................29

2.4.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và nồng độ NaOH đến độ bền
cơ lý của sợi.................................................................................................30
2.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tiền xử lý sợi ...............................32
2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng đợ H2O2 đến q trình tiền xử lý sợi ......................33
2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH tới q trình tiền xử lí sợi................35
2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ngấm ...................................................36
2.6 Khảo sát q trình lên màu của sợi chuối với thuốc nḥm tự nhiên bột nghệ ......
.....................................................................................................................38
2.6.1 Chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm ....................................................................38
2.6.2 Khảo sát khả năng gắn màu của sợi chuối với thuốc nhuộm từ nghệ ..............39
2.7 Đánh giá chỉ tiêu chất lượng sợi chuối ................................................................40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................... 42
3.1 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình biến tính sợi ....................42
3.1.1 Kết quả biến tính sợi bằng dung dịch NaOH ...................................................42
3.1.2 Kết quả biến tính sợi bằng dung dịch HCl .......................................................46
3.2 Kết quả tối ưu hóa quy hoạch thực nghiệm ........................................................52
3.2.1 Ma trận thực nghiệm trong nghiên cứu ........................................................... 51
3.2.2 Phân tích phương sai và hồi quy ..................................................................... 53
3.2.3 Phân tích mức độ ảnh hưởng các nhân tố đến độ bền cơ lý sợi .......................57
3.2.4 Xác định điều kiện tối ưu của q trình biến tính ............................................59
3.3 Kết quả đo sợi chuối chưa biến tính và sợi chuối biến tính ................................60
3.4 Kết quả q trình tiền xử lí sợi ............................................................................62
3.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến quá trình tiền xử lý sợi .........62
3.4.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng đợ NaOH đến q trình tiền xử lý sợi .......62
3.5 Kết quả q trình nḥm sợi với bột nghệ ..........................................................64

vi

3.6 Kết quả kiểm tra đánh giá chất lượng sợi chuối ................................................ 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 66
1 Kết Luận .................................................................................................................66
2 Kiến nghị ................................................................................................................67
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .........................................................74

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cây chuối mặt cắt ngang ..............................................................................4
Hình 1.2 Mợt số sản phẩm làm từ xơ chuối ................................................................5
Hình 1.3 Hình đo SEM của sợi giả cây chuối .............................................................6
Hình 1.4 (a) đường cong TGA và (b) biểu đồ nhiệt DSC của sợi thân giả cây chuối
.....................................................................................................................11
Hình 1.5 Hình ảnh cây nghệ và củ nghệ ...................................................................17
Hình 2.1 Hình ảnh cây chuối được thu gom trước khi tách xơ .................................21
Hình 2.2 Quy trình nghiên cứu tổng quát thực nghiệm ............................................23
Hình 2.3 Quy trình biến tính sợi ...............................................................................24
Hình 2.4 Sơ đồ khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến q trình biến tính
sợi chuối ......................................................................................................25
Hình 2.5 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính sợi chuối
bằng dung dịch NaOH .................................................................................26
Hình 2.6 Sơ đồ quy trình khảo sát sự ảnh hưởng của nồng đợ HCl đến q trình
biến tính sợi chuối .......................................................................................27
Hình 2.7 Sơ đồ quy trình khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến q trình biến
tính sợi chuối bằng dung dịch HCl ..............................................................28
Hình 2.8 Máy tách xơ chuối ......................................................................................31
Hình 2.9 Hình ảnh bẹ chuối sau khi đưa qua máy tách xơ .......................................31

Hình 2.10 Hình ảnh xơ chuối đang được biến tính bằng NaOH ...............................32
Hình 2. 11 Sơ đồ quy trình tẩy trắng sợi ...................................................................32
Hình 2.12 Giản đồ tẩy trắng sợi ................................................................................33
Hình 2.13 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến quá trình tiền xử lý sợi .......34
Hình 2.14 Quy trình khảo sát ảnh hưởng nồng đợ H2O2 đến q trình tẩy trắng sợi
chuối ............................................................................................................34
Hình 2.15 Quy trình khảo sát ảnh hưởng nồng đợ NaOH đến q trình tiền xử lý sợi
.....................................................................................................................35
Hình 2.16 Khảo sát ảnh hưởng nồng đợ NaOH đến quá trình tiền xử lý sợi ............36
Hình 2.17 Quy trình khảo sát ảnh hưởng nồng đợ ngấm đến q trình tiền xử lý sợi
.....................................................................................................................37
Hình 2.18 Khảo sát ảnh hưởng của nồng đợ chất ngấm đến q trình tiền xử lý sợi
.....................................................................................................................37
Hình 2.19 Dung dịch thuốc nḥm từ củ nghệ .........................................................38
Hình 2.20 Giản đồ nhuộm của sợi chuối với chất màu tự nhiên...............................38
Hình 2.21 Hình ảnh sợi chuối được nḥm trong dung dịch màu từ nghệ ...............39

viii


Hình 2.22 Quy trình nḥm sợi bằng màu nghệ .......................................................39
Hình 2. 23 Giản đồ kiểm tra độ bền màu với giặt .....................................................40
Hình 2. 24 Giản đồ kiểm tra đợ bền màu với mồ hơi................................................41
Hình 3.2 Sợi xử lý bằng dung dịch NaOH 4% tại các khoảng thời gian khác nhau .43
Hình 3.3 Sợi xử lý bằng dung dịch NaOH 6% tại các khoảng thời gian khác nhau .43
Hình 3.4 Sợi xử lý bằng dung dịch NaOH 8% tại các khoảng thời gian khác nhau .44
Hình 3.5 Sợi xử lý bằng dung dịch NaOH 10% tại các khoảng thời gian khác nhau
.....................................................................................................................45
Hình 3.6 Biểu đồ so sánh đợ bền cơ lý của sợi khi được biến tính với dung dịch
NaOH...........................................................................................................45

Hình 3.7 Xử lý sợi bằng dung dịch HCl 2% ở các khoảng thời gian khác nhau ......46
Hình 3.8 Xử lý sợi bằng dung dịch HCl 4% ở các khoảng thời gian khác nhau ......47
Hình 3.9 Xử lý sợi bằng dung dịch HCl 6% ở các khoảng thời gian khác nhau ......48
Hình 3.10 Xử lý sợi bằng dung dịch HCl 8% ở các khoảng thời gian khác nhau ....49
Hình 3.11 Xử lý sợi bằng dung dịch HCl 10 % ở các khoảng thời gian khác nhau .50
Hình 3.12 Biểu đồ so sánh đợ bền cơ lý của sợi khi biến tính với dung dịch HCl ...50
Hình 3.13 Biểu đồ so sánh đợ bền cơ lý của sợi biến tính với dung dịch NaOH,
dung dịch HCl và sợi chưa biến tính ...........................................................51
Hình 3.14 Máy đo độ bền đứt của sợi chuối tại công ty nhựa việt úc ......................54
Hình 3.15 Biểu đồ pareto biểu diễn ảnh hưởng của các nhân tố đến độ bền cơ lý ...55
Hình 3.16 Biểu đồ ảnh hưởng của từng nhân tố đến đợ bền cơ lý sợi ......................57
Hình 3.17 Bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng tương tác của các nhân tố đến đợ
bền cơ lý ......................................................................................................58
Hình 3.18 Bề mặt đáp ứng cắt ngang biểu diễn ảnh hưởng tương tác của các nhân tố
đến độ bền cơ lý ..........................................................................................59
Hình 3. 19 Kết quả đo FT-IR của sợi chuối (a) chưa biến tính và (b) biến tính .......61
Hình 3.20 Kết quả tiền xử lý sợi với dung dịch H2O2..............................................62
Hình 3.21 Kết quả tiền xử lý sợi với dung dịch NaOH ..........................................63
Hình 3.22 Kết quả xử lý sợi ở các nồng đợ ngấm khác nhau ...................................63
Hình 3.23 Sợi chuối được nhuộm từ bột nghệ ..........................................................64

ix


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Tính chất vật lí của mợt số loại thực vật ......................................................7
Bảng 1.2 Độ xốp khối lượng riêng biểu kiến và khối lượng riêng của một số loại xơ
.......................................................................................................................8
Bảng 1.3 Nhiệt dung riêng của một số loại xơ ............................................................8
Bảng 1.4 Tính chất sợi chuối ......................................................................................9

Bảng 1.5 Đợ kết tinh của xơ ........................................................................................9
Bảng 1.6 Danh mục một số màu tự nhiên tiêu biểu ..................................................16
Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu luận văn ......................................22
Bảng 2.2 Bảng khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến quá trình biền tính sợi26
Bảng 2.3 Bảng khảo sát ảnh hưởng của nồng đợ NaOH đến q trình biền tính sợi28
Bảng 2.4 Phạm vi và các mức nghiên cứu của ba biến được chọn ...........................30
Bảng 2.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng đợ H2O2 đến q trình tiền xử lý sợi ...............35
Bảng 2.6 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ NaOH đến quá trình tiền xử lý sợi .............36
Bảng 2.7 Khảo sát ảnh hưởng nồng đợ NaOH đến q trình tiền xử lý sợi .............36
Bảng 3.1 Bảng nhận xét biến tính sợi bằng dung dịch NaOH 2% ............................42
Bảng 3.2 Bảng kết quả biến tính sợi bằng dung dịch NaOH 4% ..............................42
Bảng 3.3 Bảng nhận xét biến tính sợi bằng dung dịch NaOH 6% ............................43
Bảng 3.4 Bảng nhận xét kết quả biến tính sợi bằng NaOH 8% ................................44
Bảng 3.5 Bảng nhận xét kết quả biến tính sợi bằng NaOH 10% ..............................44
Bảng 3.6 Bảng nhận xét kết quả biến tính sợi bằng dung dịch HCl 2% ...................46
Bảng 3.7 Bảng nhận xét kết quả biến tính sợi bằng dung dịch HCl 4% ...................47
Bảng 3.8 Bảng nhận xét kết quả sợi biến tính bằng dung dịch HCl 6% ...................47
Bảng 3.9 Bảng nhận xét kết quả sợi biến tính bằng dung dịch HCl 8% ...................48
Bảng 3.10 Bảng nhận xét kết quả sợi biến tính bằng dung dịch HCl 10% ...............49
Bảng 3.11 Phạm vi và các mức nghiên cứu của ba biến ...........................................52
Bảng 3.12 Bảng ma trận mã hóa của ba biến được chọn để nghiên cứu ..................52
Bảng 3.13 Kết quả độ bền cơ lý theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 ...........53
Bảng 3.14 kết quả phân tích ảnh hưởng các nhân tố đến đợ bền cơ lý sợi ...............56
Bảng 3.15 Giá trị ước lượng các nhân tố trong phương trình hồi quy ......................57
Bảng 3.16 Bảng thông số tối ưu độ bền cơ lý sợi .....................................................59
Bảng 3.17 Bảng thơng số tối ưu đợ bền cơ lí sợi ......................................................59
Bảng 3.18 Kết quả thực nghiệm kiểm tra điều kiện tối ưu .......................................60
Bảng 3.19 Kết quả đo Lab của sợi chuối ..................................................................61
Bảng 3.20 Nhận xét kết quả ảnh hưởng nồng đợ H2O2 đến q trình tiền xử lý sợi 62
Bảng 3.21 Bảng kết quả ảnh hưởng nồng độ NaOH đến quá trình tiền xử lý sợi ....62

Bảng 3.22 Bảng kết quả ảnh hưởng nồng độ chất ngấm đến quá trình tiền xử lý ....63

x


Bảng 3.23 Bảng kết quả đo độ lệch màu và đợ bão hịa trung bình khi nḥm với
nghệ .............................................................................................................64
Bảng 3. 24 Kết quả đánh giá các chỉ tiêu độ bền sợi chuối ......................................65

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ASTM
Tiêu chuẩn hiệp hợi thí nghiệm vật liệu hoa kỳ (American Society for
Testing and Materials)
a*

Tọa độ màu trên trục đỏ lục

b*

Tọa độ màu trên trục vàng lam

DSC

Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential scanning calorimetry)

FTIR
Phổ hồng ngoại hiệu năng cao (Fourier transform- Infrared

Spectrometer)
HTX

Hợp tác xã

ISO

Hệ thống các quy chuẩn quốc tế

L*

Đợ sáng (Lightness)

SEM

Kính hiển vi điện tử quét (Scatanning Electron Microscope)

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

TGA

Kỹ thuật phân tích nhiệt trọng lượng

UV-VIS

Quang phổ khả kiến - tử ngoại (Ultraviolet-Visible)

xii

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển của xã hội và thế giới, nhiều vấn đề ngày càng được
quan tâm, đặc biệt là các vấn đề trong sức khỏe và may mặc cũng rất được chú
trọng, các loại nguyên liệu mới được phát triển ra không những vấn đề đợ bền được
chú trọng mà các tiêu chí về đồ mềm mại, cảm giác sờ tay và tính thoáng mát cũng
rất được quan tâm. Các loại xơ tự nhiên như xơ bông, lanh, đay, gai,...chỉ đáp ứng
được phần nào nhu cầu của người tiêu dùng. Xơ chuối là một loại xơ đã được biết
đến vào thế kỷ XIII, nhưng sự phát triển của nó đã bị phai nhạt khi có sự ra đời của
sợi đay, lanh, gai, bơng,…do đó sự nghiên cứu và phát triển cho loại xơ này rất ít và
khơng được phát triển mạnh.
Xơ chuối là mợt loại xơ tự nhiên có thành phần chính là cellulose nên tính chất
cũng gần giống như các loại sợi bơng, sợi đay, có tính thấm hút và thốt mồ hôi rất
tốt đặc biệt cấu trúc sợi chuối xốp nên nó cịn giữ nhiệt và cách nhiệt rất tốt, được
rất nhiều người trên thế giới thích mặc loại xơ tính chất như vậy.
Thế giới đang ngày càng phát triển, ngành công nghiệp sợi cũng đang phát triển để
tăng hiệu quả sản x́t, địi hỏi các loại sợi mới sau đó đã được phát triển để đáp
ứng hiệu quả nhu cầu của người tiêu dùng, bao gồm cả việc sản xuất sợi nhân tạo sử
dụng dầu mỏ để sản xuất sợi. Việc tối ưu hóa các đặc tính của sợi và sử dụng hóa
chất chắc chắn gây ra ơ nhiễm mơi trường nước, đất và khơng khí, ảnh hưởng trực
tiếp đến đời sống con người và môi trường.
Chuối là một loại thực phẩm được trồng với diện tích rất lớn trên thế giới, trong đó
có Việt Nam có sản lượng hơn 150,000 ha trồng chuối. Thường sau mỗi vụ thu
hoạch thì người dân sẽ chặt bỏ cây chuối với số lượng rất lớn và thân cây chuối bỏ
này nếu xử lí khơng tốt thì sẽ gây ra ơ nhiễm mơi trường, và khơng tận dụng được
thì sẽ trở thành lãng phí một nguồn tài nguyên.

1

Nghiên cứu về xơ chuối thì trước đây trên thế giới và trong nước cũng đã có, nhưng
các nghiên cứu trước đây chủ yếu xoay quanh từng phần riêng biệt về xơ sợi hoặc
vải, và hiện nay chưa có đề tài nào nghiên cứu quy trình hồn chỉnh trong lĩnh vực
này.
Do đó đề tài“Tối ưu hóa quy trình tạo sợi và khả năng nhuộm màu tự nhiên
của sợi chuối của sợi từ thân cây chuối” nhằm tối ưu hóa xơ chuối, đưa vào
nhuộm tự nhiên để ứng dụng thực tiễn cho loại xơ này, đáp ứng mục đích tăng
nguồn cung cấp xơ sợi tự nhiên trên thế giới và cũng như ở Việt Nam, giải quyết
được vấn đề ô nhiễm mơi trường.
2. Mục tiêu nghiên cứu
(1) Xây dựng quy trình tạo xơ từ thân cây chuối, xử lí biến tính xơ chuối để thu
được xơ sợi đạt tiêu chuẩn theo ASTM D1445 và ASTM D2812.
(2) Nghiên cứu nhuộm sợi chuối bằng thuốc nhuộm tự nhiên từ dịch chiết củ nghệ
sau đó kiểm tra theo tiêu chuẩn về đợ bền giặt (TCVN7835-C10:2007), độ bền mồ
hôi (TCVN5235:2002).
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu:
-

Xơ sợi từ thân cây chuối (bẹ chuối)

-

Nhuộm màu tự nhiên trên sợi chuối từ bột nghệ.

 Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu tách xơ và đánh giá chất lượng xơ từ loại cây chuối hột được lấy từ
khu vực huyện Long Khánh, tỉnh Đồng Nai.

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
 Sử dụng các phế phẩm nông nghiệp là vỏ chuối để tách xơ với mục đích tận dụng
nguồn phế phẩm để đem lại hiệu quả kinh tế, thân thiện với môi trường.
 Sử dụng màu tự nhiên từ nghệ để nhuộm màu cho loại sợi từ vỏ chuối.

2


 Đề tài “Tối ưu hóa quy trình tạo sợi và khả năng nhuộm màu tự nhiên của sợi từ
thân cây chuối”
 Phương pháp nghiên cứu:
- Thực nghiệm và xử lý số liệu theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực
giao bậc 2.
- Phân tích nhận diện, đánh giá cấu trúc sợi chuối thành phẩm và sản phẩm sợi sau
nhuộm màu với bợt nghệ bằng phương pháp phân tích hiện đại FTIR.
- Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của sợi và các chỉ tiêu độ bền theo tiêu chuẩn
ngành dệt may.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
 Đưa ra quy trình tách xơ và tạo ra loại sợi hiệu quả thực tiễn từ nguồn phế phẩm
có nguồn gốc tự nhiên, đảm bảo tính thân thiện với mơi trường và tận dụng được
nguồn phế phẩm từ nông nghiệp.
 Đánh giá tính khả thi và so sánh sợi chuối với các loại sợi cellulose từ các nguồn
nguyên liệu khác, tạo được giá trị kinh tế cao từ nguồn nguyên liệu phế thải và dễ
tái sinh.

3


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về xơ Chuối
Chuối là tên gọi các lồi cây tḥc chi Musa. Cây chuối là một loại cây thảo lớn
sống lâu năm, có bẹ lá tạo thành thân giả. Chiều cao của nó có thể là 3,0-12,2 mét
xung quanh có 8-12 lá lớn. Những chiếc lá dài tới 2,7m và rợng 0,61m. Quả của nó
dài khoảng 10,2-30,5cm [1]. Cây chuối khi lớn ở tuổi trưởng thành nó sẽ phát triển
ra thành bụi, các cây con của nó được mọc ra từ các phần rễ của cây chuối già
trưởng thành, mỗi cây chuối già trưởng
thành có thể mọc ra được từ 12 cây tới 30
cây chuối con. Thân cây chuối chủ yếu là
nước, nó chiếm tới 90%, phần cịn lại là sáp,
chất xơ và các tế bào mô mềm, xơ chiếm
khoảng 2-5%. Thân cây chuối gồm nhiều
lớp vỏ bọc xếp khít nhau từ trong ra ngồi,
các lớp vỏ này có hình cong lưỡi liềm , được
chia thành 4 lớp có khoảng 20 vỏ bọc từ
trong ra ngồi, đó là lớp vỏ bọc bên ngồi,
lớp gần kề, sau đó tới lớp giữa và cuối cùng
là lớp trong, ở mỗi lớp sẽ cho các xơ có tính
Hình 1.1 Cây chuối mặt cắt ngang

chất khác nhau.
Các bộ phận khác nhau của cây chuối phục

vụ các nhu cầu khác nhau, bao gồm quả làm nguồn thực phẩm, lá làm bao bì thực
phẩm, thân cây làm chất xơ và bợt giấy. Chuối có ở Việt Nam và các nước khu vực
Đông Nam Á, Ấn Độ, Indonesia, Malaysia, Philippines, Hawaii và mợt số đảo ở
Thái Bình Dương. Nguồn sợi này rất nhiều ứng dụng, sử dụng nói chung trong các
sản phẩm cụ thể, chẳng hạn như túi trà,…[2]. Điển hình là cây chuối được trồng với

3 mục đích: (1) nguồn thực phẩm, (2) trang trí (3) nguồn tinh bột và sợi abaca[3].

4


Ô nhiễm môi trường do rác thải nhựa gây ra hiện đang là vấn nạn chung của tồn
thế giới. Vì thế xu hướng ngày nay là vấn đề thân thiện và bảo vệ mơi trường, việc
tìm ra các sản phẩm thân thiện với mơi trường ln là bài tốn khó đối với nhiều
quốc gia. Mặt khác xơ chuối là một loại xơ rất có tiềm năng về kinh tế nên nó rất
được sự quan tâm và chú ý của các nhà sản xuất tơ sợi trên thế giới đầu tư và phát
triển trong những năm gần đây.

Hình 1.2 Mợt số sản phẩm làm từ xơ chuối
Xơ chuối là một loại xơ mới, có nguồn gốc tự nhiên và là xơ libe, xơ được tách từ
thân cây của chuối. Trong khoảng 15 năm đến 20 năm nay thị trường sợi chuối phát
triển rất sôi động ở một số quốc gia trong đó có các nước x́t khẩu sợi chuối thơ
lớn nhất thế giới như Trung Quốc, Ấn Độ, Philippines, trong các báo cao gần đây
trong 10 năm qua thì mức đợ tăng trưởng trong ngành sợi chuối là 16% tới
30%/năm [2].
1.1.1 Tính chất vật lý
Sợi chuối hút ẩm tốt, thống khí, nhanh khô với độ bền kéo cao. Cấu trúc cellulose
trong sợi chuối được sắp xếp theo dạng xoắn ở góc 110-120 với đường kính sợi từ
100-200 µm trái ngược với sợi xơ dừa, ở đó góc xoắn được tìm thấy thay đổi từ 400-

5


470 đối với đường kính từ 100-500 µm [4]. Chiều dài sợi thay đổi rất nhiều tùy
thuộc vào cách xử lý sợi trong quá trình khai thác sợi. Nếu sợi được loại bỏ khỏi
tồn bợ chiều dài của vỏ bọc, như bằng tay hoặc tước bằng máy, các sợi xơ từ vỏ

giữa có thể dài tới 15 feet hoặc hơn, chiều dài trung bình dao đợng từ 3 đến 15 feet.
Tỷ lệ hút ẩm của xơ chuối cao so với xơ bông khoảng 11-15% [5-7]. So với các loại
sợi khác như bơng, đay và lanh, sợi chuối có khả năng thấm hút nước và đặc tính
thốt nước cao hơn do hàm lượng vật liệu cellulose cao hơn và độ kết tinh thấp hơn
(19-24%) trong cấu trúc sợi [7].
Soi kính hiển vi quang học sợi của thân giả cây chuối cho thấy đây là một loại sợi
đa bào, giống như loại sợi của của các thực vật đa bào khác ( gai, lanh, đay,....). Các
tế bào sợi có đường kính xấp xỉ 10 µm và chiều dài 4,5 µm với tỉ lệ L/D là 450. Độ
dày tế bào sợi là chuối là 8,3 µm. Sợi có cấu trúc phức tạp, lớp ngồi cùng là biểu bì
có chức năng bảo vệ lớp thành sợi bên trong, hình a và b (của hình 1.3). Các vết
ngang trên bề mặt sợi là do cấu trúc bó của sợi, trong bao mỗi bó bao gồm một số
sợi. Mặt cắt ngang của sợi giả gốc được thể hiện trong hình c và d (của hình 1.3)
cấu trúc của sợi thơ được thể hiện trong hình e và f (của hình 1.3). Trong hình bên
trong của thân giả cây chuối được thể hiện rất rõ trong mặt cắt ngang (được chỉ bởi
mũi tên số 2), các sợi tế bào cũng được thể hiện rõ (được chỉ bởi mũi tên số 1). Cấu
trúc rỗng của thân giả chuối cho thấy sợi sẽ có đặc tính cách nhiệt và hấp thụ tốt [7].

Hình 1.3 Hình đo SEM của sợi giả cây chuối

6


Bảng 1.1 Tính chất vật lí của mợt số loại sợi [8]
Chiều rộng-đường
kính(µm)

Mật độ
(Kg/m3)

Độ bền kéo

(Mpa)

Độ giãn
dài(%)

Chuối

80-250

1350

54-754

10-35

Xơ dừa

100-450

1150

106-175

17-47

Lá dứa

20-80

1440

413-1627

0,8-1

Sical

50-200

1450

568-640

3-7

Palmyra

70-1300

1090

180-2157

7-15

Sợi

 Đợ trùng hợp
Đợ trùng hợp có liên quan đến tính chất cơ học của xơ chuối, ngồi ra nó cịn được
đánh giá bởi sự sụt giảm lượng cellulose qua sự phá hủy của bức xạ hoặc các tác

nhân vật lí, hóa học khác.
Độ trùng hợp của một số loại xơ
-

Xơ Chuối : 1.990

-

Xơ Sisal : 2.160

-

Xơ Lanh : 2.390

-

Xơ Gai : 2.660

-

Cotton : 2.020

-

Đay : 1.920

Dựa vào độ trùng hợp của các loại xơ trên ta thấy độ trùng hợp của xơ cotton và xơ
chuối gần tương đương nhau, và xơ chuối so với xơ lanh và gai thì thấp hơn, điều
này chỉ ra rằng xơ chuối sẽ ít giịn và cứng hơn xơ gai, lanh nhưng ngược lại thì xơ
chuối cũng sẽ có đợ bền cơ thấp hơn hai loại xơ trên, độ bền cơ lý của xơ chuối

tương đương tới xơ cotton.

7


 Độ xốp
Bảng 1.2 Độ xốp và khối lượng riêng của một số loại xơ [8]

Độ xốp (%)

Khối lượng
riêng biểu
kiến (g/cc)

Khối lượng riêng
đúng(g/cc)

Đay

14-15

1,23

1,44

Sial

17

1,2

1,45

Chuối

17-21

1,2-1,2

1,45-1,4

Lanh

10,7

1,36

1,54

Gai (ramie)

7,5

1,44

1,56

Loại xơ

Qua bảng 1.2 trên ta thấy rằng xơ chuối có khối lượng riêng thấp hơn xơ gai và xơ

lanh, và ở cợt đợ xốp thì ta cũng thấy được rằng độ xốp của xơ chuối cao hơn hai
loại xơ kia, nên tính cách nhiệt của xơ chuối sẽ tốt hơn xơ gai và xơ lanh, đây cũng
là yếu tố ưu việt của xơ chuối so với các loại xơ kia.
Bảng 1.3 Nhiệt dung riêng của một số loại xơ [9]
Loại xơ

Nhiệt dung riêng (cal.g/oc)
0,323
0,324
0,322
0,317
0,292
0,322

Gai
Đay
Lanh
Sial
Cotton
Chuối
1.1.2 Tính chất hóa học

Tính chất cơ học của sợi thực vật chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố như nguồn gốc,
tuổi, lồi, các thơng số xử lý và cấu trúc bên trong. Các tính chất cơ học của sợi
chuối với các đường kính khác nhau đã được nghiên cứu. Khơng có sự thay đổi
đáng kể nào về tính chất cơ học của sợi với sự gia tăng đường kính của sợi trong
phạm vi được khảo sát từ 50-250 µm. Mơ đun ban đầu giảm dần khi tăng đường
kính của sợi trong khoảng từ 100-450 µm. Trong khi đợ bền kéo cuối cùng và biến
dạng đứt tăng lên đến đường kính 200 µm, sau đó chúng khơng đổi [10].

8


Bảng 1.4 Tính chất sợi chuối [10]

Tính chất sợi
Sự bền bỉ

29,98 g/denier
17,15 Denier
13,00 %

Độ mịn
Hút ẩm
Kéo dài

6,54%
1,70%
81,80%
61,50%
15,00%

Các chất chiết xuất từ alcohol-ben
Tổng số celuloza
Celuloza alpha
Lignin
 Tác dụng với kiềm

Khi được xử lý bằng kiềm xơ chuối cũng như các loại xơ libe khác sẽ bị trương nở,
Một phần hemi-cellulose sẽ bị phân hủy, tùy theo thời gian xử lí mà các thành phần

của xơ sẽ có sự thay đổi, các liên kết hóa học sẽ bị bẻ gãy, cấu trúc xơ sẽ mở ra hơn
để cho dung dịch kiềm ngấm sâu vào xơ hơn.
Sự ảnh hưởng của xơ khi được nấu kiềm (Nhiệt độ 95 độ C, thời gian 1-2h, nồng
độ NaOH 17,5%) lên độ kết tinh của các xơ libe, được thể hiện như sau:
Bảng 1.5 Độ kết tinh của xơ
Độ kết tinh của xơ thơ(%)

Độ kết tính xơ đã xử lý(%)

52

62

Chuối

Độ kết tinh tăng từ 5-15% do lượng mất đi của chất lignin trong xơ và hemixenlulo
trong quá trình xử lý kiềm [10].
 Tác dụng với acid
Xơ bị trương nở trong dung dịch axit sunfuric có nồng đợ trên 50%, ở nồng độ
60%, thành phần cellulose sẽ bị chia tách làm giảm khối lượng phân tử và bị phân
hủy. Tương tự, các axit vô cơ khác như HCl, HNO3, H3PO4 cũng có thể làm xơ bị
trương nở và phân hủy ở nồng độ cao [3].

9


 Tác dụng với chất oxi hóa
Ở nồng đợ thấp, chất oxy hóa có thể phá hủy màu tự nhiên.
Ở nồng đợ cao, chất oxy hóa có thể phá hủy xơ [3].
1.1.3 Tính chất nhiệt

Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) được thực hiện để phân tích đợ bền nhiệt hoặc
sự phân huỷ nhiệt của sợi giả thân chuối. Máy phân tích TGA ghi lại sự giảm trọng
lượng dưới dạng mợt hàm của nhiệt độ với độ phân giải 0,1mg. Các mẫu sợi
(khoảng 3–6 mg) được cân chính xác và phân phối ngẫu nhiên trong khay chứa
mẫu. Một lượng nhỏ mẫu được sử dụng để đảm bảo tính đồng nhất hoặc độ lập lại
của kết quả TGA. Sau đây là một ví dụ về TGA của sợi giả thân chuối. Sự phân huỷ
nhiệt của sợi bắt đầu ở nhiệt độ 25-700°C trong môi trường N2 với tốc độ gia nhiệt
không đổi 10°C/ phút. Sự phân hủy nhiệt của sợi thân giả chuối xảy ra trong ba giai
đoạn [11].
Giai đoạn 1: Giai đoạn đầu của quá trình phân huỷ là bay hơi ẩm ở khoảng nhiệt độ
30-144°C [23]. Khi sợi được gia nhiệt liên tục, trọng lượng của sợi giảm bằng cách
giải phóng đợ ẩm và mợt số chất ngoại vi dễ bay hơi. Đây là hiện tượng phổ biến
xảy ra ở sợi thực vật, làm cho sợi trở nên mềm dẻo và dễ xẹp xuống, đồng thời làm
tăng tính truyền nhiệt [11]. Tuy nhiên, khơng thể loại bỏ hồn tồn đợ ẩm có trong
sợi do cấu trúc của sợi và bản chất ưa nước của sợi. Trong giai đoạn đầu tiên này,
khối lượng chất xơ mất đi trong khoảng 5–10% trọng lượng [11].
Giai đoạn 2: Là sự thối hóa của hemi-cellulose. Đối với sợi giả thân chuối, hemicellulose bắt đầu phân hủy ở nhiệt đợ khoảng 178°C [11]. Tính ổn định thấp hơn
của hemi-cellulose có khả năng là do sự hiện diện của các nhóm acetyl, làm cho
hemi-cellilose phân huỷ nhanh hơn nhiều so với các thành phần khác, ví dụ, lignin
và cellulose [11].
Giai đoạn 3: là sự phân hủy của cellulose, xảy ra ở nhiệt độ khoảng 296°C. Giai
đoạn cuối cùng (giai đoạn thứ tư) là sự phân hủy lignin. Lignin khó bị phân hủy hơn

10