THIẾT kế và CHẾ tạo mô HÌNH máy ĐÓNG gói KHĂN ướt, DIỆT KHUẨN BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY ĐÓNG GÓI KHĂN ƯỚT, DIỆT
KHUẨN BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH
DESIGN AND MANUFACTURING MODEL WET TOWEL PACKAGING MACHINE,
STERILIZING BY COLD PLASMA TECHNOLOGY
Trần Ngọc Đảma, Thái Văn Phướcb, Nguyễn Long Phụngc
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM
a
b
, , c

TÓM TẮT
Hiện nay số lượng khăn ướt được sử dụng tại các nhà hàng khách sạn, cũng như nhu cầu
cá nhân là rất lớn. Tuy nhiên, với công nghệ sản xuất đóng gói hiện tại, nhằm kéo dài thời
gian sử dụng và bảo quản, khăn ướt chứa một lượng lớn các chất hóa học gây ảnh hưởng sức
khỏe cho người sử dụng. Trong nghiên cứu này, máy đóng gói khăn ướt diệt khuẩn bằng công
nghệ plasma lạnh với kích thước 2,1x0,5x1,1m được thiết kế và chế tạo nhằm đảm bảo sức
khỏe cho người sử dụng. Khăn ướt được tiệt khuẩn trực tiếp trong môi trường plasma, nhờ
vào các gốc oxy hóa mạnh như O, NO, NO 2 HO*, O 3 và động năng của electron, ions trong
môi trường plasma. Một modul tiệt trùng khăn ướt với hai tham số thay đổi, vận tốc xử lý và
cường độ dòng plasma, được chế tạo để đánh giá hiệu quả xử lý. Từ đánh giá, một máy đóng
gói khăn ướt được thiết kế và chế tạo hoàn thiện với công suất 60cái/phút. Kết quả chỉ ra rằng
tốc độ xử lý và cường độ dòng plasma ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả khử trùng trên vải khăn
ướt. Ngoài ra, máy có thể áp dụng cho khử khuẩn các vật liệu khác như xử lý bịch nylon, giấy
gói thực phẩm, diệt khuẩn cho các bề mặt thực phẩm…
Từ khóa: công nghệ plasma lạnh, khăn ướt, khử khuẩn, các chất oxy hóa bậc cao

ABSTRACT
Nowadays, a large number of wet towels are used at hotels, restaurants, as well as
individual purpose. However, wet towel contains large amount of chemical, harmful effect to

health, in order to prolong the preservation and use. In this study, a wet towel package
machine with dimension 2.1x0.5x1.1m is designed by using cold plasma technology to solve
above problem. In plasma reactor, the wet towel is clean and sterilized by kinetics of charged
particles and reactive oxygen species such as O, NO, NO 2 HO*, O 3 , etc. A sterilizing model
was developed with two changing variables, velocity and plasma density, to analyze the
sterilizing efficiency. A wet towel package machine with capacity 60 pieces/min is developed.
The experimental results shown that the treatment velocity and plasma density are strongly
affected to sterilizing effect. Moreover, the machine can also use for sterilize packet cover or
food prevention.
Keywords: cold plasma, wet towel, sterilization, reactive oxygen species

1. GIỚI THIỆU
Quá trình sản xuất khăn ướt ẩn chứa nhiều nguy cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe người
tiêu dùng và gây ô nhiễm môi trường. Hình 1 quy trình sản xuất khăn ướt hiện nay. Trong quy
trình này, phôi vải được lấy từ cuộn 1 (phôi vải được nhập khẩu hoàn toàn từ Trung Quốc
chưa qua xử lý), sau đó sẽ được xếp làm 4 phần qua cơ cấu xếp vải, tiếp theo đó sẽ được thấm
ướt vào dung dịch (chất bảo quản và hương liệu), sau đó sẽ được gấp đôi và đóng gói thành
sản phẩm [1].
216


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 1. Quy trình sản xuất khăn ướt hiện nay [2]
Với quy trình cổ điển, phôi vải sẽ không được xử lý tiệt trùng, hoặc dùng hóa chất sau
đó đưa vào quá trình sản xuất và đóng gói. Chính vì lẽ đó quy trình sản xuất khăn ướt hiện
nay còn tồn tại một số nhược điểm sau:
- Vải khăn ướt chưa qua diệt khuẩn nên vẫn còn chứa các vi khuẩn, nấm mốc gây bệnh
đã được đóng gói đưa vào sử dụng.
- Sử dụng nhiều hóa chất để bảo quản và tạo mùi thơm gây ô nhiễm môi trường và đặc

biệt là gây kích ứng da người sử dụng.
- Để bảo quản trong thời gian lâu dài, vải sẽ được đưa vào dung dịch (các loại hóa chất
bảo quản + hương liệu) với nồng độ nhất định. Các loại hóa chất và hương liệu này được pha
trộn với nguồn gốc và xuất xứ từ Trung Quốc.
Trước những vấn đề như trên, việc nghiên cứu và thiết kế mô hình xử lý khăn ướt bằng
công nghệ mới để làm sạch vải, không gây ô nhiễm, tiết kiệm năng lượng và không sử dụng
hóa chất đang trở thành một vấn đề cấp thiết.
Ngày nay, công nghệ plasma lạnh đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tẩy
khuẩn như tiệt trùng dụng cụ y tế, xử lý nước thải, xử lý nước uống,... So với những công
nghệ truyền thống thì công nghệ plasma chỉ sử dụng điện năng để tạo ra các chất oxy hóa bậc
cao dùng để diệt khuẩn. Do đó, việc sử dụng công nghệ Plasma lạnh đem lại nhiều hiệu quả
như tiết kiệm năng lượng, không sử dụng hóa chất, không gây ô nhiễm môi trường [3]. Xử lý
bằng công nghệ plasma dựa trên nguyên lý oxy hóa bậc cao được sinh ra bởi các gốc oxy hoá
rất mạnh như HO*, O*, H*, O 3 , H 2 O 2 và tia UV làm phá vỡ các liên kết ion, liên kết cộng
hóa trị của chất hữu cơ, vô cơ và tiêu diệt các vi khuẩn. Các gốc oxy hóa và tia UV này được
sinh ra khi qua vùng plasma (hiệu điện thế U = 0 ÷ 40 KV, f = 20 ÷ 75 KHz, cường độ dòng
điện I = 02 ÷ 04 A), các electron chuyển động với vận tốc rất lớn sẽ va đập vào các phân tử
cung cấp cho các phân tử một năng lượng làm phá vỡ các liên kết [4].
Do vậy ứng dụng công nghệ plasma lạnh vào quy trình sản xuất khăn ướt nhằm thay thế
việc sử dụng hóa chất bảo quản trở thành vấn đề cấp thiết. Với phương hướng giải pháp trên,
chúng tôi đã nghiên cứu, thiết kế, tính toán mô hình xử lý khăn ướt và thử nghiệm khả năng
diệt khuẩn trên khăn ướt bằng công nghệ plasma lạnh với kích thước 2100x500x1100 (mm).
2. THÍ NGHIỆM
2.1. Lựa chọn mô hình thí nghiệm
Hình 2 là sơ đồ nguyên lý máy đóng gói khăn ướt bằng công nghệ plasma. Máy gồm có
5 mô đun chính, tiệt trùng, thấm nước, cắt vải, đóng gói và hàn nhiệt và cắt khăn. Hình 4 là
217


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

mô hình 3D mô đun tiệt trùng khăn ướt bằng công nghệ plasma. Dòng điện 220V qua bộ giảm
áp 15V đi vào mạch plasma, sau đó dòng điện đi qua bộ tăng áp, lúc này dòng điện đi vào 2
điện cực có điện áp cao 30 ÷ 40 kV và tần số cao 40 ÷ 65 KHz sinh ra tia plasma. Vải đi từ
cuộn vải được kéo qua buồng xử lý plasma. Tại đây phôi vải sẽ đi qua 2 điện cực, điện cực
dương là trục inox, điện cực âm là trục rulo, tia plasma được phóng trải đều từ điện cực
dương lên điện cực âm, lúc đó sinh ra ozon, tia UV, nhóm oxy hóa cao sẽ diệt khuẩn hoặc ức
chế vi khuẩn. Phôi vải sau khi đi từ cuộn vải, sẽ đi qua rulo (điện cực âm), lúc đó thanh inox
(điện cực dương) sẽ bắn các tia plasma lên bề mặt phôi vải, vi khuẩn sẽ bị tiêu diệt. Hình 5 là
mô đun diệt khuẩn được chế tạo hoàn thành.

Hình 2. Quy trình sản suất khăn ướt, diệt khuẩn bằng công nghệ plasma

Hình 3. Mô hình thiết kế máy có kích thước 2100x500x1100 mm

218


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Thiết kế mô hình buồng plasma:

Hình 4. Buồng diệt khuẩn bề mặt phôi vải bằng plasma

Hình 5. Mô hình thật cụm diệt khuẩn bằng plasma lạnh
2.2. Trình tự thí nghiệm
- Chuẩn bị thí nghiệm: Mẫu vải tiêu bản được cắt ra từ phôi vải kích thước 5x5 cm được
cấy vi khuẩn tụ cầu vàng (Staphylococcus aureus) nuôi cấy trong ống nghiệm chứa dung dịch
môi trường để nuôi dưỡng vi khuẩn, tỉ lệ khuẩn 44×103 CFU/ml [6].
- Khởi động máy tính, mở chương trình điều khiển máy.
- Mở máy xử lý khăn ướt lên cho phóng plasma trong hộp xử lý, plasma sinh ra góp

phần diệt vi khuẩn còn trong hộp xử lý.
- Đeo đồ bảo hộ như găng tay, khẩu trang chuẩn bị đưa tiêu bản vải chứa vi khuẩn tụ
cầu vàng (Staphylococcus aureus) vào xử lý [7].
- Các tiêu bản vải trong ống nghiệm được bảo quản trong thùng đá, dùng nhíp gắp để
lấy ra, trải đều tiêu bản vải trên bề mặt tấm thủy tinh (đồng thời là điện cực). Lưu ý tiêu bản
vải được trải phẳng giúp cho plasma được phóng đều trên toàn bộ bề mặt vải.
219


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
- Đưa tấm thủy tinh vào máy, tiến hành bật máy xử lý.
- Sau khi xử lý xong, lấy tấm thủy tinh ra, đưa tiêu bản vải vào trong ống nghiệm, sau
đó cho ống nghiệm vào thùng đá bảo quản.
- Ủ trong thời gian 48 tiếng.
- Mẫu dùng phương pháp đếm khuẩn lạc (Colony-forming unit) [8]. Hình 6 là hình của
đĩa mẫu trước và sau xử lý plasma.

Xử lý bằng plasma

Không xử lý

Hình 6. Hình ảnh của đĩa mẫu đo
2.3. Đánh giá ảnh hưởng của tốc độ xử lý đến hiệu suất khử trùng của plasma lạnh
lên khăn ướt phủ khuẩn
Hình 7 là kết quả của hiệu quả xử lý vi khuẩn của khăn ướt phụ thuộc vào tốc độ xử lý
với nguồn plasma với cường độ dòng điện I = 1A, điện áp U = 110V. Kết quả chỉ ra rằng thời
gian xử lý càng chậm, hiệu quả xử lý càng cao. Tuy nhiên, thời gian xử lý chậm ảnh hưởng rất
lớn hiệu suất và kinh tế. Với vận tốc trong khoản 0,8-1,4m/phút, hiệu quả xử lý là gần như
nhau. Để tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu suất xử lý, ta nên chọn ở tốc độ 1,4m/phút.

Hình 7. Đường hiệu suất diệt khuẩn ứng với tốc độ xử lý vải
Từ kết quả thí nghiệm có thể thấy độ ảnh hưởng của tốc độ xử lý khăn ướt đến hiệu
suất khử trùng của plasma lạnh lên khăn ướt phủ khuẩn được biểu diễn bằng phương trình
đường Polimonial (1).
y = -5,5534x6 + 32,793x5 - 54,082x4 - 20,405x3 + 135,91x2 – 128,59x + 138,19
R² = 0,9965 (độ tin cậy) với y (hiệu suất) và x là tốc độ xử lý.
220

(1)


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Từ phương trình (1) ta chọn chọn các thông số xử lý tốt nhất như sau: Điện áp U=110V,
cường độ dòng điện I=1A nếu tốc độ xử lý V= 0,8 m/ph.
2.4. Đánh giá ảnh hưởng của thay đổi cường độ dòng điện I đến hiệu suất khử trùng
của plasma lạnh lên khăn ướt phủ khuẩn
Hình 8 là kết quả của hiệu quả xử lý vi khuẩn của khăn ướt phụ thuộc vào cường độ
dòng điện plasma với điện áp U=110V, tốc độ chạy khăn ướt V=0,8 m/ph. Kết quả cũng chỉ
ra rằng cường độ dòng plasma càng lớn, hiệu quả xử lý càng cao. Với hiệu suất xử lý tăng
nhanh trong khoản cường độ 0,5-1,5A và sau đó bão hòa. Thí nghiệm chỉ ra rằng, với cường
độ dòng điện 2A, thì hiệu suất xử lý là 100%.

Hình 8. Đường hiệu suất diệt khuẩn ứng với sự thay đổi cường độ dòng điện
Từ kết quả thí nghiệm, độ ảnh hưởng của cường độ dòng plasma đến hiệu suất khử
trùng của plasma lạnh lên khăn ướt phủ khuẩn được biểu diễn bằng phương trình đường
Polimonial (2)[9].
y = 0,0005x5 – 0,0189x4 + 0,2582x3 – 1,7221x2 + 5,6012x + 92,88

(2)

R² = 0,9985 (độ tin cậy) với y (hiệu suất) và x cường độ dòng điện.
Từ phương trình (2), đạt hiệu suất 100% nên ta được các thông số xử lý như sau: Điện áp
U=110V, cường độ dòng điện I = 2A với tốc độ xử lý không đổi V= 0,8 m/ph là kết quả tối ưu.
2.5. Đánh giá kết quả mô hình
Mô hình này qua thử nghiệm hoạt động tốt với điện áp U=110V, cường độ dòng điện I
= 2,5A với tốc độ xử lý không đổi V= 0,8 m/ph là kết quả tối ưu. Từ mức cường độ dòng điện
I = 2,5A trở lên với điện áp U=110V và tốc độ xử lý không đổi V= 0,8 m/ph thì hiệu quả diệt
khuẩn đạt đến 100% không thay đổi khi tăng cường độ dòng điện. Nên chỉ cần chỉnh tới I=2,5
A là đạt hiệu quả.
3. KẾT LUẬN
Dựa trên những kết quả đã nghiên cứu trên có một số kết luận như sau:
- Khi điều chỉnh các thông số cường độ dòng, tốc độ để xử lý plasma nâng cao được
hiệu quả khử khuẩn.
- Mô hình thiết bị sử dụng nguồn điện áp U=110V và cường độ dòng điện I= 2,5A với
tốc độ xử lý V= 0,8 m/ph cho kết quả tối ưu.
- Mô hình thiết bị trên không sử dụng hóa chất để bảo quản khăn ướt, không ảnh hưởng
đến sức khỏe người dùng.
221


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] />[2] />[3] DeLucas K. Plasma technology for cold cleanups [Internet]. 1996 [cited 2008 Apr
Available from: ekalert. org/pub releases/1996-06/LANL- PTFC-100696.php].
[4] Dr. Philip D. Rack, Plasma Physics, Department of Microelectronic Engineering,
Rochester Institute of Technology, United State, (2010).
[5] Nguyễn Đức Long, luận văn tốt nghiệp “Thiết kế và chế tạo hệ thống xử lý nước thải y tế
công suất 05m3/ngày bằng công nghệ Plasma” - Đại học SPKT TP HCM, 2012.
[6] />[7] />[8] />[9] />THÔNG TIN CỦA TÁC GIẢ
1.

Trần Ngọc Đảm. Trường ĐHSPKT TP HCM. 0947760123

2.

Thái Văn Phước. Trường ĐHSPKT TP HCM. 0907504297

3.

Nguyễn Long Phụng. Trường ĐHSPKT TP HCM. 0933580721

222