Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.15 MB, 139 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN NGUYỄN TÚ UYÊN
NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO MÀU BẰNG
PHƯƠNG PHÁP TỰ NHUỘM ĐỂ NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG TƠ TẰM VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY
Hà Nội 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN NGUYỄN TÚ UYÊN
NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO MÀU BẰNG
PHƯƠNG PHÁP TỰ NHUỘM ĐỂ NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG TƠ TẰM VIỆT NAM
Ngành: Công nghệ Dệt, May
Mã số: 9540204
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. HOÀNG THANH THẢO
2. PGS. TS. BÙI MAI HƯƠNG
Hà Nội 2024
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tác giả dưới sự
hướng dẫn của TS. Hoàng Thanh Thảo và PGS.TS. Bùi Mai Hương. Các kết quả
trong luận án được thu thập từ nghiên cứu thực tế, trung thực và chưa từng được
cơng bố trong các cơng trình nghiên cứu của các tác giả khác.
Tập thể hướng dẫn khoa học Tác giả luận án
TS. Hoàng Thanh Thảo PGS.TS. Bùi Mai Hương Trần Nguyễn Tú Uyên
i
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, với lịng biết ơn sâu sắc tơi xin được gởi lời cảm ơn chân thành nhất
đến TS. Hoàng Thanh Thảo và PGS.TS. Bùi Mai Hương, những Giáo viên hướng
dẫn đã giúp định hướng, hết lịng quan tâm và dìu dắt tơi trong suốt q trình
nghiên cứu cũng như thực hiện luận án này. Sự tận tâm và động viên của hai Cô là
nguồn động lực to lớn giúp tôi vượt qua được những giai đoạn khó khăn trên con
đường khám phá tri thức và từng bước hoàn thiện bản thân.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo thuộc Khoa Dệt may - Da giầy
và Thời trang, Trường Vật liệu, Ban đào tạo - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại
trường. Tơi cũng xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, Trung tâm
cơng nghệ sinh học TP. HCM, Trung tâm phân tích thí nghiệm–Sở Khoa học và
Cơng nghệ TP. HCM, Trung tâm nghiên cứu Dâu Tằm Tơ Trung ương, Công ty
TNHH Xe tơ Dệt lụa Hà Bảo, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam đã hỗ trợ tôi thực
hiện một số thử nghiệm và phân tích trong luận án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Khoa Công nghệ may–Thời
trang thuộc Trường Đại học Công nghiệp TP. HCM đã tạo điều kiện cho tôi được
học tập và nghiên cứu trong q trình cơng tác tại cơ quan.
Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn Ba Mẹ, Anh Chị, Gia đình nhỏ của mình cùng
những người thân yêu nhất đã luôn ủng hộ và động viên tôi không ngừng nghỉ, là
điểm tựa vững chắc nhất về tinh thần giúp tôi yên tâm trên con đường học tập và
nghiên cứu để hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2024
Tác giả
Trần Nguyễn Tú Uyên
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................ii
MỤC LỤC..........................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.......................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG...............................................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ............................................................ix
MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài..........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................4
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................4
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu..........................................................5
5. Ý nghĩa khoa học của luận án.......................................................................5
6. Giá trị thực tiễn của luận án..........................................................................6
7. Điểm mới của luận án...................................................................................6
8. Bố cục của luận án........................................................................................6
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN....................................................8
1.1. Tổng quan về tơ tằm...................................................................................8
1.1.1. Sinh học con tằm..................................................................................8
1.1.2. Quy trình sản xuất kén tơ tại Việt Nam...............................................10
1.1.3. Cấu trúc hình thái của tơ tằm..............................................................13
1.1.4. Cấu trúc hoá học của tơ tằm................................................................17
1.1.5. Tính chất của tơ tằm...........................................................................18
1.1.6. Ứng dụng của tơ tằm...........................................................................19
1.2. Tổng quan về phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm.......................21
1.2.1. Khái niệm phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm......................22
1.2.2. Phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm để tạo kén tơ
tự nhuộm...........................................................................................................22
1.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tự nhuộm........................23
1.2.4. Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến con tằm.........................25
1.2.5. Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến kén tơ............................25
1.2.6. Tình hình nghiên cứu trong nước về phương pháp tạo màu tự nhuộm
tơ tằm……………............................................................................................27
1.3. Tổng quan về xử lý chuội tơ tằm...............................................................27
1.3.1. Khái niệm xử lý chuội tơ tằm.............................................................27
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chuội tơ tằm...............................28
iii
1.3.3. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến tơ tằm...............................................29
1.4. Kết luận tổng quan và hướng nghiên cứu của luận án...............................31
1.4.1. Kết luận tổng quan..............................................................................31
1.4.2. Hướng nghiên cứu của luận án...........................................................32
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU........................................................................................................................ 35
2.1. Đối tượng nghiên cứu...............................................................................35
2.1.1. Nguyên vật liệu...................................................................................35
2.1.2. Hoá chất..............................................................................................35
2.1.3. Dụng cụ và thiết bị..............................................................................36
2.2. Nội dung nghiên cứu.................................................................................36
2.2.1. Nghiên cứu phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm....................36
2.2.2. Nghiên cứu cấu trúc hình thái và tính chất tơ tằm tự nhuộm...............36
2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý chuội đến tơ tằm tự nhuộm.............36
2.2.4. Nghiên cứu tiềm năng ứng dụng tơ tằm tự nhuộm trong dệt may và
thời trang...........................................................................................................37
2.3. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................37
2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết...........................................................................37
2.3.2. Phương pháp thực nghiệm..................................................................37
2.3.3. Phương pháp phân tích cấu trúc và xác định tính chất vật liệu...........42
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.......................................................49
3.1. Kết quả nghiên cứu phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm.....................49
3.1.1. Hiệu quả của phương pháp tạo màu tự nhuộm trên giống tằm nuôi tại
Việt Nam...........................................................................................................49
3.1.2. Ảnh hưởng của loại chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm......51
3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian cho ăn chất màu đến phương pháp tự nhuộm
tơ tằm………....................................................................................................56
3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ
tằm60
3.1.5. Hiệu suất của phương pháp tự nhuộm đối với tơ thô..........................62
3.1.6. Đề xuất quy trình tạo kén màu bằng phương pháp tự nhuộm tơ tằm. .64
3.2.Kết quả nghiên cứu đặc trưng của kén và tơ tự nhuộm bằng Rhodamine B66
3.2.1. Đặc trưng của kén tằm tự nhuộm Rhodamine B.................................66
3.2.2. Đặc trưng của tơ tự nhuộm Rhodamine B...........................................69
3.2.3. Đề xuất cơ chế liên kết của chất màu Rhodamine B và tơ tằm trong tơ
tự nhuộm...........................................................................................................78
iv
3.3. Kết quả nghiên cứu xử lý chuội tơ tự nhuộm Rhodamine B.....................81
v
3.3.1. Ảnh hưởng của quá trình xử lý chuội đến màu sắc của tơ tự nhuộm
Rhodamine B....................................................................................................81
3.3.2. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến cấu trúc tơ tự nhuộm Rhodamine B . 90
3.3.3. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến hiệu suất nhuộm...............................96
3.4. Kết quả nghiên cứu ứng dụng tơ tự nhuộm...............................................97
3.4.1. Ứng dụng tơ tự nhuộm dệt vải lụa tơ tằm...........................................97
3.4.2. Ứng dụng vải lụa tơ tự nhuộm vào sản phẩm may mặc......................98
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU....................................................107
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN..........109
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................110
PHỤ LỤC 1..........................................................................................................1
PHỤ LỤC 2..........................................................................................................4
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AC : Acid red 88
B. mori : Giống tằm Bombyx mori
BS : Basic Red 13
BW : Brazilwood/Caesalpinia sappan
C : Carbon
CAS : Chemical Abstracts Service Số định danh hoá chất
CM
DTG : Curcumin
: Difference Thermo Gravimetry – Nhiệt lượng vi
ISA phân
: International Silk Association – Hiệp hội tơ tằm
EDS/EDX quốc
tế
FTIR : Energy Dispersive X-ray Spectroscopy – Phổ tán sắc
năng lượng tia X
IC/IEC : Fourier-Transform Infrared Spectroscopy – Phổ
hồng ngoại biến đổi Fourier
LQ2 : Ion Exchange chromatography – Phương pháp sắc
MPa ký
MS trao đổi ion
N : Tằm kén trắng giống Lưỡng Quảng số 2
O : Mega Pascal Đơn vị đo áp suất
ppm
RhB : Xà phòng Marseill
RhB-1500 : Nitơ
SEM : Oxy
: Parts per millions 1 ppm =1 mg/kg
TG
: Rhodamine B
: Rhodamine B nồng độ 1500 ppm
: Scanning Electron Microscope – Kính hiển vi điện
tử
quét
: Thermogravimetry Nhiệt trọng trường
vii
TGA : Thermal gravimetric analysis – Phương pháp phân
tích nhiệt trọng lượng
TT - Chuội : Tơ trắng chuội
TT - Thô : Tơ trắng thô
TTN-RhB : Tơ tự nhuộm Rhodamine B
TTN-RhB- Chuội : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội
TTN-RhB- Thô : Tơ tự nhuộm Rhodamine B thô
TTN-RhB- C AS : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội áp suất
TTN-RhB- C EZ : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội enzyme
TTN-RhB- C MS : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội xà phòng
Marseille
TTN-RhB- C Na2CO3 : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội Na2CO3
UPLC : Ultra Performance Liquid Chromatography – Sắc
ký
VR lỏng siêu cao áp
XRD : Kén vàng ré
: X-Ray Difraction – Nhiễu xạ tia X
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1 Thời gian sinh trưởng của tằm dâu lưỡng hệ.............................................9
Bảng 1. 2 Các loại cấu trúc thứ cấp của tơ tằm và bước sóng hấp thụ quang phổ
hồng ngoại của chúng..............................................................................................15
Bảng 2. 1 Thơng tin các loại hố chất sử dụng trong luận án...................................35
Bảng 2. 2 Các azo amine độc hại theo tiêu chuẩn ISO-14362-1:2017.....................46
Bảng 3. 1 Thông số kỹ thuật phương pháp tự nhuộm tơ tằm...................................49
Bảng 3. 2 Tỷ lệ sống và tạo kén của tằm sau khi ăn bổ sung các loại chất màu khác
nhau......................................................................................................................... 52
Bảng 3. 3 Hiệu quả tạo màu cho kén của các loại thuốc nhuộm khác nhau.............53
Bảng 3. 4 Chỉ số L*,a*,b* và ∆E trước và sau chuội của các mẫu tơ tự nhuộm......54
Bảng 3. 5 Tỷ lệ tằm sống và tạo kén khi thử nghiệm ở các độ tuổi khác nhau.........58
Bảng 3. 6 Tỷ lệ tằm sống và tạo kén khi thử nghiệm ở các nồng độ khác nhau.......60
Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật và kết quả của phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm64
Bảng 3. 8 Thành phần acid amine của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng đối chứng......74
Bảng 3. 9 Kết quả xác định độ bền màu của tơ tằm tự nhuộm RhB.........................75
Bảng 3. 10 Kết quả xác định hàm lượng azo amine thơm và muối arylamine trong
tơ tằm tự nhuộm với RhB........................................................................................77
Bảng 3. 11 Hiệu suất của phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm...........................96
Bảng 3. 12 Thông số kỹ thuật vải tơ tằm tự nhuộm.................................................98
Bảng 3. 13 Kết quả hệ số mềm rũ của vải tơ tằm tự nhuộm trước và sau chuội.....101
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1 Vịng đời của con ngài...............................................................................8
Hình 1. 2 Cấu trúc kén tằm........................................................................................9
Hình 1. 3 Đặc trưng tuyến tơ của tằm......................................................................10
Hình 1. 4 Quy trình sản xuất kén tơ.........................................................................10
Hình 1. 5 Cấu trúc và hình thái tơ tằm.....................................................................14
Hình 1. 6 Các dạng vi cấu trúc của protein tơ tằm...................................................14
Hình 1. 7 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của một số loại tơ tằm..............................16
Hình 1. 8 Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) của một số loại tơ tằm.........16
Hình 1. 9 Cấu trúc sơ cấp của tơ tằm.......................................................................17
Hình 1. 10 Con tằm, kén, tơ từ phương pháp tự nhuộm...........................................22
Hình 1. 11 Tuyến tơ và kén của con tằm đã ăn chất màu.........................................24
Hình 1. 12 Sự sinh trưởng của tằm sau khi ăn bổ sung chất màu.............................25
Hình 1. 13 Kén tằm có màu từ phương pháp tự nhuộm...........................................26
Hình 1. 14 Hình thái và tính chất của tơ tự nhuộm trước và sau chuội....................26
Hình 1. 15 Phổ hồng ngoại FT-IR (a) và nhiễu xạ tia X (b) của tơ trước và sau
chuội bằng các phương pháp khác nhau...................................................................30
Hình 1. 16 Sự giảm cường độ màu sắc của tơ kén tự nhuộm sau chuội...................31
Hình 2.1 Quy trình nghiên cứu xác định thông số kỹ thuật của phương pháp tự
nhuộm...................................................................................................................... 37
Hình 2.2 Quy trình thực nghiệm tạo kén tơ tự nhuộm..............................................40
Hình 2.3 Sơ đồ nội dung nghiên cứu chuội tơ tự nhuộm..........................................40
Hình 2.4 Quy trình nghiên cứu tiềm năng ứng dụng tơ tự nhuộm trong Dệt may....42
Hình 2.5 Quy trình nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và tính chất tơ tự nhuộm...........42
Hình 3. 1 Con tằm sau 1 ngày ăn bổ sung chất màu RhB........................................49
Hình 3. 2 Ngoại quan bề mặt của kén màu tự nhuộm và kén đối chứng..................50
Hình 3. 3 Hình kính hiển vi soi nổi sợi tơ trên bền mặt kén.....................................51
Hình 3. 4 Các độ tuổi của tằm..................................................................................57
Hình 3. 5 Tằm ăn chất màu RhB ở các giai đoạn tuổi khác nhau.............................57
Hình 3. 6 Cường độ màu sắc của tơ tự nhuộm ở các tuổi tằm khác nhau.................59
Hình 3. 7 Tằm chết trong quá trình tạo kén..............................................................61
x
Hình 3. 8 Phổ hấp thụ K/S của mẫu tơ tự nhuộm RhB ở các nồng độ khác nhau....62
Hình 3. 9 Con tằm nuôi áp dụng phương pháp tự nhuộm và tằm đối chứng............62
Hình 3. 10 Phổ sắc ký UPLC của tơ tự nhuộm RhB nồng độ 1500 ppm..................63
Hình 3. 11 Sơ đồ quy trình tạo kén tơ màu bằng phương pháp tự nhuộm................64
Hình 3. 12 Đề xuất sơ đồ quy trình phương pháp tự nhuộm tơ tằm.........................65
Hình 3. 13 Cấu trúc bề mặt kén tằm tự nhuộm RhB và kén đối chứng....................66
Hình 3. 14 Kết quả EDX của kén tự nhuộm RhB và kén trắng đối chứng...............67
Hình 3. 15 Biểu đồ khối lượng và chiều dài tơ của kén...........................................68
Hình 3. 16 Ảnh SEM của tơ trắng và tơ tự nhuộm RhB...........................................69
Hình 3. 17 Phổ FT-IR của chất màu RhB và các mẫu tơ tằm...................................70
Hình 3. 18 Giản đồ XRD và độ bền của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng thơ..............71
Hình 3. 19 Biểu đồ phân tích nhiệt trọng lượng TGA của TTN-RhB và TT thơ......73
Hình 3. 20 Kết quả phân tích EDX của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng.....................74
Hình 3. 21 Cấu trúc hố học của Rhodamine B ở các điều kiện khác nhau.............78
Hình 3. 22 Đề xuất cơ chế liên kết của chất màu Rhodamine B với tơ tằm.............79
Hình 3. 23 Biểu đồ tỷ lệ giảm trọng (a) và cường độ màu (b) của TTN-RhB sau
chuội bằng Na2CO3..........................................................................................................................................................82
Hình 3. 24 Hình ảnh ngoại quan và SEM của các mẫu TTN-RhB chuội bằng
Na2CO3 ở các thông số nồng độ và thời gian khác nhau..........................................83
Hình 3. 25 Tỷ lệ giảm trọng và cường độ màu của TTN-RhB sau chuội bằng xà
phòng Marseille (MS). a) Tỷ lệ giảm trọng; b) Cường độ màu K/S.........................84
Hình 3. 26 Hình ảnh ngoại quan và SEM của các mẫu TTN-RhB chuội bằng xà
phòng Marseille ở các thông số nồng độ và thời gian khác nhau.............................84
Hình 3. 27 Tỷ lệ giảm trọng của tơ tự nhuộm sau chuội bằng enzyme....................85
Hình 3. 28 Biểu đồ K/S của mẫu chuội enzyme với thông số kỹ thuật khác nhau.. .86
Hình 3. 29 Hình SEM của TTN-RhB chuội bằng enzyme.......................................87
Hình 3. 30 Biểu đồ giảm trọng và cường độ màu của tơ sau chuội áp suất cao.......88
Hình 3. 31 Ảnh SEM tơ tự nhuộm chuội bằng nước nóng áp suất cao....................89
Hình 3. 32 Tơ tự nhuộm trước và sau chuội bằng các phương pháp khác nhau.......90
Hình 3. 33 Ảnh SEM các mẫu tơ trước và sau chuội bằng áp suất 120 phút............90
Hình 3. 34 Kết quả EDX của các mẫu tơ trước và sau chuội...................................92
xi
Hình 3. 35 Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu tơ thô và tơ chuội bằng các
phương pháp khác nhau...........................................................................................93
Hình 3. 36 Phổ FT-IR của TTN-RhB trước và sau khi chuội bằng các phương pháp
khác nhau................................................................................................................. 93
Hình 3. 37 Giản đồ phổ XRD của các mẫu tơ trước và sau chuội bằng các phương
pháp khác nhau........................................................................................................94
Hình 3. 38 Mơ tả hình thái tơ tự nhuộm RhB trước và sau chuội.............................95
Hình 3. 39 Phổ sắc ký UPLC tơ chuội bằng các phương pháp khác nhau................96
Hình 3. 40 Quy trình sản xuất vải lụa tự nhuộm tại cơng ty Xe tơ Dệt lụa Hà Bảo . 98
Hình 3. 41 Vải lụa tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội..................................99
Độ bền và giãn đứt của vải tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội...................100
Hình 3. 42 Độ bền và giãn đứt của vải tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội. . .99
Hình 3. 43 Hình SEM vải lụa tơ tằm tự nhuộm RhB trước và sau chuội................100
Hình 3. 44 Khả năng tạo hình bóng cho trang phục của vải...................................102
Hình 3. 45 a) Tỷ lệ cơ thể trẻ 3-5 tuổi; b) Đầm trẻ em dáng chữ A; c) Đầm trẻ em
tùng váy xịe...........................................................................................................103
Hình 3. 46 Phác thảo hình bóng và thiết kế của các mẫu đầm trẻ em.....................104
Hình 3. 47 Sản phẩm đầm trẻ em sử dụng vải tơ tự nhuộm RhB thô.....................105
xii
1. Lý do chọn đề tài MỞ ĐẦU
1
Tơ tằm là một loại sợi protein có nguồn gốc tự nhiên do con tằm nhả ra
trong quá trình tạo kén. Đây là một vật liệu q có đặc tính tốt được sử dụng cho
nhiều mục đích khác nhau, nổi bật nhất là sử dụng trong dệt may từ khoảng hơn
5000 năm trước đến nay [1]. Để tăng tính thẩm mỹ, vải tơ tằm thường được tạo
màu sắc hoặc hoa văn bằng nhiều phương pháp như nhuộm hoặc in, trong đó
nhuộm được sử dụng phổ biến nhất. Hơn 90 % tơ sản xuất thương mại được lấy
từ kén của họ bướm Bombyx mori, chúng thuộc lồi cơn trùng có vịng đời kéo
dài khoảng 2326 ngày và trải qua nhiều giai đoạn biến đổi về hình thái đó là
trứng-con tằm-con nhộng (kén)-con ngài (bướm đêm). Trứng của cúng sẽ nở
thành con tằm, thức ăn chính của chúng ở giai đoạn con tằm là lá của cây dâu
tằm (mullberry), kết thúc giai đoạn này chúng nhả tơ tạo kén, đây cũng là nguyên
liệu chính cho ngành tơ lụa. Để thu được sợi tơ thô, kén tằm được thu hoạch và
ươm (nấu trong nước ở khoảng 90 ºC), sau đó guồng lại thành các bó sợi thơ.
Ngồi tằm dâu (con tằm ăn lá dâu), có một số loại tằm ăn lá khác như lá sắn, lá
thầu dầu cũng được thương mại hoá. Tuy nhiên, cũng như đa số các vật liệu dệt
khác, tơ tự nhiên không đa dạng về màu sắc, hầu hết các loại tơ đều có các màu
cơ bản như trắng ngà, vàng, nâu [2]; do đó nhu cầu hồn tất tạo màu cho các loại
sợi, vải nói chung và tơ tằm nói riêng là rất cao.
Hoàn tất tạo màu cho vật liệu dệt là quy trình xử lý giúp vật liệu dệt có đa
dạng các màu sắc theo yêu cầu của nhà sản xuất, tăng tính thẩm mỹ của sản
phẩm dệt để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng. Có nhiều phương pháp tạo màu, mỗi
phương pháp mang lại các hiệu ứng tạo màu khác nhau. Trong đó, in và vẽ là quy
trình xử lý tạo hoa văn, nhuộm là quy trình xử lý tạo một màu đồng nhất hoặc
mảng màu cho sản phẩm và cũng là phương pháp được sử dụng phổ biến trong
sản xuất vật liệu dệt. Về bản chất, quá trình nhuộm bao gồm sự khuếch tán thuốc
nhuộm vào pha lỏng, tiếp theo là hấp phụ lên bề mặt ngoài của sợi, và cuối cùng
là khuếch tán và hấp phụ trên bề mặt bên trong của các sợi vật liệu dệt để tạo ra
màu sắc và đạt các chỉ tiêu kỹ thuật theo yêu cầu của người sử dụng; vì vậy quy
trình nhuộm phổ biến hiện nay là xử lý ướt, được thiết kế để xử lý một nhóm vật
liệu dệt nhất định, ví dụ như sợi và vải, theo quy trình khơng liên tục (theo đợt)
hoặc liên tục. Theo đó, các nhà cung cấp thuốc nhuộm và chất phụ trợ tạo thành
các nhóm hóa chất đã được tối ưu hóa để ứng dụng cho từng loại chất liệu nhất
định (nguyên bản hoặc pha trộn), nhằm mục đích tạo được chất lượng tối ưu cho
sản phẩm dệt. Các công nghệ nhuộm ướt phổ biến được biết đến là nhuộm tận
trích, nhuộm ngấm ép; ngồi thuốc nhuộm thì cần sử dụng nhiều loại hố chất
khác để tăng hiệu quả nhuộm và độ bền màu, đồng thời sử dụng nhiệt lượng và
xả nước thải. Điều này dẫn đến một số tác hại cho nguồn tài nguyên nước và tác
động tiêu cực đến môi trường nếu không xử lý tốt nước thải và các hố chất tồn
dư [3]. Vì vậy, có nhiều phương pháp tạo màu thân thiện đã được nghiên cứu và
ứng dụng như dùng các loại hoá chất có nguồn gốc tự nhiên, đa dạng nhất là
chiết xuất từ thực vật. Tuy nhiên, phương pháp nhuộm này vẫn là quy trình xử lý
2
ướt; bên cạnh đó, thuốc nhuộm tự nhiên có một số nhược điểm như màu sắc
không ổn định, độ bền màu kém vì vậy thường sử dụng thêm chất gắn màu kim
loại cực độc để tăng độ bền màu nên tăng gây hại cho mơi trường khi thải ra
ngồi [4], [5]. Cơng nghệ nhuộm khí (Air dye) và cơng nghệ nhuộm bằng CO2
siêu tới hạn cũng là các phương pháp hiện đại được nghiên cứu và ứng dụng thời
gian gần đây, tuy nhiên chỉ áp dụng được cho các vật liệu tổng hợp. CO2 siêu tới
hạn cũng có thể nhuộm lụa nhưng cần sử dụng loại thuốc nhuộm được nghiên
cứu riêng, đồng thời quy trình này tiêu tốn lượng lớn hoá chất bao gồm thuốc
nhuộm và các hoá chất phụ trợ, kèm theo đó là thời gian xử lý khá lâu và tiêu hao
năng lượng để cô đặc dung dịch nhuộm cũng như hệ thống máy móc u cầu chi
phí cao [6]. Vì vậy, nghiên cứu cải thiện những ảnh hưởng tiêu cực của quy trình
nhuộm trong dệt may như tiêu hao tài nguyên nước hay xả thải là cấp thiết và
được quan tâm.
Đối với xử lý vật liệu dệt nói chung, giảm thiểu lượng nước sử dụng đồng
thời hạn chế xả thải trong dệt nhuộm cũng là mục tiêu của nhiều nghiên cứu gần
đây. Công nghệ tự nhuộm (self-dye) được biết đến như một khả năng tự tạo màu
sắc của chính vật liệu đó. Phổ biến nhất và đã được thương mại hố là vật liệu
bông (cotton) tự nhuộm hay cây bông đã được biến đổi gen để tạo ra xơ bơng có
màu sắc. Tương tự như vậy, tạo màu cho tơ tằm bằng công nghệ tự nhuộm (self-
dye silk) cũng đã được nghiên cứu dựa trên hai phương pháp, đó là phương pháp
biến đổi gen con tằm và phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho tằm.
Trong đó, đơn giản và dễ thực hiện hơn là phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ
tằm bằng cách bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm. Theo phương pháp
này, chất màu được pha trộn trực tiếp vào thức ăn tổng hợp dạng bột cho con
tằm, hoặc pha theo tỷ lệ nhất định và phun xịt vào lá dâu trước khi cho tằm ăn;
ngồi ra khơng dùng nước trong bất cứ công đoạn nào khác [710]. Trong các
nghiên cứu trước đây về phương pháp này, sự hấp thụ thuốc nhuộm azo (Brilliant
yellow, Congo Red, Acid Orange G, Acid Orange II, Mordant Black 17, Direct
Acid Fast Red, và Sudan III) vào các tuyến tơ để sản xuất tơ tự nhuộm và định
lượng của những thuốc nhuộm này trong sericin và fibroin đã được báo cáo và
thảo luận. Ngoài các thuốc nhuộm đã đề cập, sự hấp thụ, phân phối và đào thải
các chất hoá học nhân tạo huỳnh quang (Rhodamine 101, Rhodamine 110,
Rhodamine 116, Rhodamine 123, Rhodamine 6G, Rhodamine B, Rhodamine B
octadecyl ester, sulforhodamine 101, acridine orange, và fluorescein sodium) vào
tuyến tơ cũng đã được quan sát [9]. Các kết luận cũng đã báo cáo các tính chất
của thuốc nhuộm cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp
tạo màu này. Hơn nữa, báo cáo về việc sản xuất kén màu bằng cách cho tằm ăn
thức ăn nhân tạo với các loại chất màu khác nhau (Rhodamine, N-Blue, Neutral
red, và Thionin) đã được nghiên cứu một cách tổng quan về khả năng rối loạn
sinh lý, thay đổi màu sắc cơ thể của con tằm, và những ảnh hưởng khác đến
chúng khi được nuôi bằng chế độ ăn thức ăn nhân tạo pha với chất màu [8]. Đối
với các ứng dụng dệt may cụ thể, vải tơ tằm tự nhuộm được mô tả là sản phẩm từ
phương pháp tạo màu “xanh và bền vững”, giới thiệu tại thị trường Ấn Độ từ
năm 2014 [10]. Các đặc tính cho các ứng dụng dệt may của vải làm từ tơ tự
nhuộm cũng đã được nghiên cứu, bao gồm khối lượng vải, mật độ vải, chi số sợi,
hệ số điền đầy, độ uốn, độ săn của sợi, bền kéo, bền đứt, độ giãn dài, độ bền xé,
3
góc hồi nhàu, độ cứng, độ dài uốn, độ cứng uốn, khả năng chống mài mòn, chống
thấm nước, độ thấm khí, độ dày của vải, độ bền màu khi giặt, mồ hơi và ánh
sáng. Ngồi ra, như một giải pháp thay thế xanh hơn cho quy trình xử lý tạo màu
và chức năng hóa của tơ, nhiều nghiên cứu khoa học khác nhau về biến đổi chế
độ ăn của tằm nhưu bổ sung một số loại hoá chất, vật liệu (ví dụ: carbon
nanotube thành đơn, vật liệu nano dựa trên carbon, hạt nano kim loại và oxit kim
loại, v.v…) để chế tạo các sợi tơ tằm tự biến đổi cho nhiều ứng dụng (gia tăng độ
bền, làm vật liệu ứng dụng y sinh như chỉ khâu phẫu thuật, v.v…) với các tính
chất cơ học và nhiệt được cải thiện, và các chức năng cải tiến trong khi các đặc
tính tơ nội tại cũng được duy trì [11–13]. Các phương pháp tự biến tính này đã
tạo ra các sợi tơ đa dạng về chức năng và hiệu suất cao về mặt thẩm mỹ và mở
rộng các ứng dụng của tơ. Do đó, tơ tự biến tính nói chung và tơ tự nhuộm màu
nói riêng mang tiềm năng ứng dụng cao ở nhiều mặt (thời trang, y tế, và các mục
đích kỹ thuật khác) và có thể đáp ứng xu hướng phát triển bền vững hiện nay.
Tuy nhiên, các nghiên cứu liên quan đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm chưa báo
cáo cụ thể về quy trình tự nhuộm cũng như ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật
đến hiệu quả của phương pháp này. Thêm vào đó, hình thái vi cấu trúc và các đặc
tính polymer khác như cấu trúc tinh thể, độ bền, độ ổn định nhiệt, hình thái sợi,
sự thay đổi thành phần acid amine, cũng như nghiên cứu nó trong một ứng dụng
cụ thể, đặc biệt là trong ngành dệt may và thời trang hiện nay vẫn chưa được
nghiên cứu chuyên sâu.
Trên thực tế, tơ lụa là sản phẩm có giá trị cao, tuy nhiên sản lượng thấp vì
chỉ một số địa phương có điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng phù hợp mới có thể
trồng dâu ni tằm sản xuất kén tơ. Theo báo cáo tại hội nghị “Phát triển bền
vững ngành dâu tằm tơ Việt Nam” của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn
(ngày 2/12/2023), dâu tằm là nghề truyền thống tại Việt Nam và đang có sự phát
triển với tốc độ cao, đứng thứ 5 thế giới sau Trung Quốc, Ấn Độ, Uzbekistan và
Thái Lan, tập trung lớn nhất vùng Tây Nguyên với 77% diện tích của cả nước.
Sản xuất tơ lụa được coi là một công cụ quan trọng cho nền kinh tế và sự phát
triển của đất nước vì đây là ngành sử dụng nhiều lao động và tạo thu nhập cao
cũng như các sản phẩm có giá trị gia tăng có tầm quan trọng về mặt kinh tế.
Cũng theo báo cáo trên, người trồng dâu nuôi tằm có thu nhập cao gấp 2 đến 3
lần so với các cây trồng khác như lúa, chè, mía, vì vậy đã có các chính sách
khuyến khích nhiều người tham gia trồng dâu nuôi tằm, đây cũng là một phương
tiện để giải quyết các vấn đề việc làm cho lao động những vùng này. Như vậy,
ngành trông dâu nuôi tằm tại Việt Nam đang nhận được nhiều sự quan tâm
những năm gần đây, đồng thời có những định hướng phát triển mạnh và ổn định,
bền vững hơn nhằm thúc đẩy phát triển về kinh tế, tăng giá trị thương mại cũng
như giá trị văn hoá của tơ lụa Việt Nam.
Vì những lý do trên, luận án “Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương
pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam” tập trung xây dựng
quy trình cơng nghệ tự nhuộm tơ tằm, dựa trên phương pháp bổ sung chất màu
vào lá dâu cho tằm ăn để tạo ra được kén và tơ có màu sắc. Đồng thời, các yếu tố
ảnh hưởng đến quá trình tự nhuộm tơ tằm, hiệu suất nhuộm, hình thái, vi cấu trúc
và các tính chất của tơ tự nhuộm cũng như khả năng ứng dụng của nó vào thực tế
dệt may sẽ được tập trung nghiên cứu và trình bày trong luận án. Phương pháp tự
4
nhuộm được kỳ vọng có thể góp phần làm giảm các vấn đề môi trường do ngành
dệt nhuộm gây ra bằng cách giảm thiểu lượng nước và năng lượng tiêu thụ, hạn
chế xả thải, tinh gọn quy trình và giảm chi phí sản xuất, đáp ứng được xu hướng
và yêu cầu về sản phẩm thân thiện môi trường hoặc quy trình sản xuất xanh và
bền vững hơn. Từ đó, giúp tăng thêm giá trị và chất lượng cho sản phẩm tơ tằm
Việt Nam, góp phần làm phong phú thêm nguồn nguyên liệu ứng dụng trong dệt
may.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận án xác định các mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau:
Tạo ra kén và tơ tằm có màu bằng phương pháp tự nhuộm dựa trên kỹ thuật
bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn nhằm tinh gọn quy trình tạo màu và
nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam.
Xác định đặc trưng hình thái, vi cấu trúc và tính chất kén tơ tự nhuộm, từ đó
làm cơ sở đánh giá và so sánh chất lượng của nó với tơ trắng thông thường.
Xác định quy trình và thơng số cơng nghệ chuội phù hợp áp dụng cho tơ
tằm tự nhuộm.
Nghiên cứu ứng dụng tơ tự nhuộm trong dệt vải lụa tơ tằm và sản phẩm
may mặc.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án bao gồm các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ
thuật tạo màu và kén tằm, sợi tơ được tạo ra từ phương pháp tự nhuộm.
Phạm vi nghiên cứu:
Luận án nghiên cứu tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp tự nhuộm dựa
trên kỹ thuật bổ sung thuốc nhuộm vào lá dâu cho tằm ăn tại Việt Nam, yếu tố
khảo sát bao gồm 2 giống tằm kén trắng và kén vàng, 5 loại chất màu tự nhiên và
nhân tạo được sử dụng, thử nghiệm ở 3 độ tuổi của tằm với 4 mức nồng độ chất
màu bổ sung cho tằm ăn.
Hình thái vi cấu trúc, đặc tính polymer, tính chất cơ lý, độ bền màu giặt,
tính sinh thái và an toàn của tơ tự nhuộm được đo đạc, đánh giá bằng các phương
pháp hiện đại theo các tiêu chuẩn thích hợp trong nước và quốc tế, đồng thời so
sánh với tơ kén trắng phổ biến ở Việt Nam.
Xử lý chuội sericin được áp dụng trên tơ màu với các yếu tố khảo sát bao
gồm phương pháp chuội khác nhau, thời gian, nồng độ hoá chất sử dụng nhằm
đánh giá cường độ màu còn lại của tơ sau chuội.
Xác định một số tính chất của vải lụa tơ tằm dệt bằng tơ tự nhuộm, định
hướng ứng dụng thực tiễn vào các sản phẩm Dệt may.
Nghiên cứu tạo kén tơ tự nhuộm được thực hiện trên giống tằm Bombyx
mori ăn lá dâu đang được ni phổ biến tại Việt Nam. Q trình thực nghiệm tự
nhuộm tơ tằm được thực hiện tại cơ sở trồng dâu nuôi tằm Bảo Lộc - Lâm Đồng.
5
Các phương pháp xử lý chuội được thực hiện trên các trang thiết bị thí nghiệm tại
Trường Đại học Bách khoa Tp.Hồ Chí Minh, Trung tâm nghiên cứu Dâu tằm tơ
Trung ương. Các thí nghiệm phân tích được thực hiện tại trung tâm Công nghệ
Dệt Ý - Việt thuộc Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.Hồ Chí Minh, Phân
viện Dệt may Tp.Hồ Chí Minh, Trung tâm Cơng nghệ sinh học Tp.Hồ Chí Minh,
Sở Khoa học và Cơng nghệ Tp.Hồ Chí Minh, Viện kỹ thuật Nhiệt đới, Viện
Khoa học Vật liệu, Viện Hoá học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam.
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Luận án tập trung vào các nội dung nghiên cứu chính bao gồm:
Nghiên cứu tạo ra kén tơ có màu, xác định các thông số công nghệ và ảnh
hưởng của chúng đến hiệu quả của phương pháp tự nhuộm.
Xác định và phân tích đặc trưng hình thái, vi cấu trúc, đánh giá một số tính
chất cơ lý, độ bền màu giặt, và tính sinh thái của tơ tự nhuộm.
Khảo sát, đánh giá nhằm lựa chọn phương pháp và thông số chuội (loại bỏ
sericin) phù hợp để xử lý tơ tự nhuộm.
Đánh giá một số tính chất của vải dệt từ tơ tự nhuộm, đề xuất ứng dụng vào
sản phẩm dệt may và thời trang.
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan các tài liệu, bài
báo, các cơng trình nghiên cứu trong và ngoài nước về các nội dung liên quan.
Đánh giá những vấn đề đã được nghiên cứu, phân tích những vẫn đề cịn tồn tại
từ đó xác định hướng nghiên cứu của luận án phù hợp với điều kiện thực tiễn ở
Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm bổ sung thuốc nhuộm
vào lá dâu cho tằm ăn để tạo kén và tơ có màu tại cơ sở trồng dâu nuôi tằm; xử lý
chuội tơ màu trên các thiết bị thí nghiệm chun dụng tại phịng thí nghiệm.
Phương pháp phân tích và đánh giá: Sử dụng các tiêu chuẩn trong nước và
quốc tế để đánh giá một số đặc trưng cơ lý, độ bền màu giặt, tính sinh thái của tơ
màu. Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như kính hiển vi soi nổi, SEM,
EDX, FTIR, XRD, UPLC, IEC, TGA, đo màu quang phổ để xác định và đánh giá
cấu trúc vật lý, cấu trúc hóa học, định lượng thuốc nhuộm các mẫu thí nghiệm.
Sử dụng phương pháp phân tích và so sánh các dữ liệu để đánh giá các kết quả
thu được.
5. Ý nghĩa khoa học của luận án
Luận án là cơ sở khoa học để tạo ra tơ tằm có màu bằng phương pháp tự
nhuộm, dựa trên kỹ thuật bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn nuôi tại Việt
Nam.
Luận án giải thích ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hiệu quả tự
nhuộm bao gồm tỷ lệ sống tạo kén của tằm và cường độ màu sắc của tơ thu được
khi bổ sung chất màu vào lá dâu cho tằm ăn.
6
