Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng xử lý trong môi trường plasma tới tính chất vải polyester

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI


LÊ THỊ LUYẾN

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG
XỬ LÝ TRONG MÔI TRƢỜNG PLASMA
TỚI TÍNH CHẤT VẢI PET

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY

Người hướng dẫn khoa học
PGS. TS. VŨ THỊ HỒNG KHANH

Hà Nội - 2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Vũ Thị Hồng Khanh–
đã nhiệt tình hƣớng dẫn, động viên và khích lệ tôi, cô đã ân cần chỉ dậy, truyền đạt
cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu cũng nhƣ đã chỉ bảo hƣớng dẫn tôi thực hiện hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới NCS. Phan Minh Phƣơng, Phòng
thí nghiệm hiển vi điện tử và vi phân tích BKEMMA, PGS.TS Đặng Đức Vƣợng và
các anh chị trong Trung Tâm LED- Viện vật lý kỹ thuật trƣờng ĐH BKHN, phòng
thí nghiệm Viện Dệt May và các thầy cô giáo trong Viện Dệt May - Da giày và Thời
trang trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ và tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm cũng nhƣ quá trình
hoàn thành luận văn của mình.

Cuối cùng, tôi xin gửi lòng cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
chia sẻ công việc giúp tôi có nhiều thời gian và tâm trí cho luận văn.
Tác giả

Lê Thị Luyến

Lê Thị Luyến

i

Ngành CN Vật liệu Dệt may


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong luận văn thạc sỹ kỹ
thuật nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng xử lý trong môi trƣờng plasma tới tính chất
vải PET đều do tác giả tự thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS. Vũ Thị Hồng
Khanh. Nội dung nghiên cứu trong luận văn này do tôi tìm hiểu và thực hiện, không
sao chép từ bất kì công trình nghiên cứu nào khác, kết quả khảo sát thực tế và thí
nghiệm hoàn toàn trung thực, không gian dối. Tôi xin cam đoan những lời nêu trên
là đúng sự thật, nếu có thông tin nào sai phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả

Lê Thị Luyến

Lê Thị Luyến

ii

Ngành CN Vật liệu Dệt may

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. ii
MỤC LỤC .............................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................... v
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ .............................................................................. vii
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PLASMA VÀ SỬ DỤNG PLASMA ĐỂ XỬ
LÝ VẬT LIỆU DỆT ............................................................................................... 4
1.1 Một số vấn đề nghiên cứu về Plasma ..................................................................4
1.1.1 Khái niệm về plasma .................................................................................. 4
1.1.2 Ứng dụng của plasma trong công nghệ hiện đại ....................................... 5
1.1.3 Ứng dụng của plasma trong ngành dệt...................................................... 6
I.2 Xử lý xơ Polyeste trong môi trƣờng Plasma ......................................................7
1.2.1 Khái quát chung về Polyeste ............................................................................7
1.2.2 Một số công trình nghiên cứu tác động của môi trường plasma lên
vật liệu polyeste. ........................................................................................................ 11
I.3 Kết luận chƣơng I ..................................................................................................18
CHƢƠNG II: MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ...................................................................................................... 19
2.1 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................19
2.2 Đối tƣợng nghiên cứu ...........................................................................................19
2.2.1 Vải polyeste sau tiền xử lý ....................................................................... 19
2.2.2 Môi trường Plasma ................................................................................. 19
2.3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................20
2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................20
2.4.1 Chuẩn bị mẫu .......................................................................................... 20

Lê Thị Luyến

iii

Ngành CN Vật liệu Dệt may


2.4.2 Xử lý mẫu trong môi trường Plasma....................................................... 22
2.4.3 . Phương pháp phân tích cấu trúc vải ..................................................... 28
2.4.4. Phân tích tính chất bề mặt vải ............................................................... 35
2.4.5 Phân tích tính chất hút và dẫn ẩm của vải............................................. 35
2.5 Kết luận chƣơng 2 .................................................................................................43
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................ 44
3.1 Ảnh hƣởng của môi trƣờng Plasma lên bề mặt xơ PET ..............................44
3.1.1 So sánh bề mặt xơ trước và sau xử lý trong môi trường Plasma ..............44
3.1.2. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa 2 điện cực và thời gian xử lý trong
môi trường plasma tới bề mặt xơ dệt PET ................................................................ 46
3.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của môi trƣờng Plasma lên nhóm
tính chất hút và dẫn ẩm của vải PET...........................................................................47
3.2.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý đến độ mao dẫn theo hướng
dọc của vải ........................................................................................................... 47
3.2.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý đến độ mao dẫn theo hướng
ngang của vải ....................................................................................................... 54
3.2.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý trong môi trường Plasma
tới khả năng hút ẩm của vải PET ........................................................................ 61
3.2.4 Kết quả xác định mức độ lan tỏa của giọt nước trên mặt vải PET ......... 65
3.3 Kết luận chƣơng 3........................................................................................ 69
KẾT LUẬN CHUNG......................................................................................... 70
HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................................ 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 72

Lê Thị Luyến

iv

Ngành CN Vật liệu Dệt may


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

cm

centimét

DBD

Dielectric Barrier Discharge

g

gam

l

lít

PA

Polyamide

PE

Polyetylen

PET

Polyetylen tereptalat

PP

Polypropylen

Wc

Độ ẩm ở điều kiện tiêu chuẩn 65% và nhiệt độ 20 ± 2oC

Wmax

Độ ẩm ở điều kiện bão hòa 100% và nhiệt độ 27 ± 5oC

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

Lê Thị Luyến

v

Ngành CN Vật liệu Dệt may


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính bền màu của vải PET sau xử lý plasma biến đổi
bằng poly-DADMAC

17

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của vải

19

Bảng 2.2: Ký hiệu mẫu sử dụng trong nghiên cứu

27

Bảng 2.3: Danh sách các mẫu mao dẫn

37

Bảng 2.4: Danh sách các mẫu hút ẩm

40

Bảng 2.5 : Danh sách các mẫu thí nghiệm mức độ lan tỏa nƣớc màu

42

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm mao dẫn dọc

48,49

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm mao dẫn ngang

55,56

Bảng 3.3 : kết quả xác định độ ẩm của vải

62,63

Lê Thị Luyến

vi

Ngành CN Vật liệu Dệt may


DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ quá trình sản xuất xơ PET

8

Hình 1.2 : Phản xạ bề mặt của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma

12

Hình 1.3 Sức căng và độ bền kéo đứt của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma

12

Hình 1.4 Hình ảnh chụp bề mặt của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma

13

Hình 1.5 hình ảnh mức độ lan tỏa của giọt nƣớc màu trên vải PET trƣớc xử lý
và sau xử lý Plasma

13

Hình 1.6 tốc dộ mao dẫn của vải PET trƣớc và vải sau xử lý Plasma

14

Hình 1.7 Hiện tƣợng tĩnh điện của vải trƣớc và vải sau xử lý Plasma

14

Hình 1.8: Khả năng hấp thụ thuốc nhuộm của vải PET trƣớc và vải sau xử lý
Plasma

15

Hình 1.9: Hình ảnh chụp giọt nƣớc rơi trên vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma

16

Hình 1.10 Hình ảnh SEM hình ảnh của sợi PET trƣớc và sau khi xử lý plasma

16

Hình 2.1: Hóa chất và dụng cụ sử dụng trong quá trình giặt mẫu

21

Hình 2.2

23

Mô phỏng khung máy tạo môi trƣờng plasma

Hình 2.3: Ảnh chụp phần động cơ cuốn vải

23

Hình 2.4: Bộ phận tạo plasma

24

Hình 2.5 Hệ giá đỡ hai điện cực có thể điều chỉnh để nâng lên hạ xuống

24

Hình 2.6 Tổng quan thiết bị tạo môi trƣờng Plasma lạnh

25

Hình 2.7: Hình ảnh mô tả cách tạo plasma lạnh bằng phƣơng pháp DBD

26

Hình 2.8: Xử lý vải polyester trong môi trƣờng plasma

28

Hình 2.9 Thiết bị đo độ dày vải

29

Hình 2. 10 Các vị trí lấy mẫu đo độ dày

28

Hình 2.11: Kính đo mật độ sợi

31

Hình 2.12: Cân Sartorius

32

Hình 2.13 Máy chụp Free-SEM JEOL JSM-7600F

35

Hình 2. 14 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm mao dẫn

36

Hình 2.15 Thiết bị đo độ hút ẩm tại viện Dệt May

40

Lê Thị Luyến

vii

Ngành CN Vật liệu Dệt may


Hình 3.1 Ảnh chụp FE- SEM của mẫu vải PET trƣớc và sau xử lý plasma

44

Hình 3.2 Ảnh chụp FE-SEM của xơ PET sau xử lý plasma ở các điều kiện xử
lý khác nhau

46

Hình 3.3: Mao dẫn dọc của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở điều kiện
2mm, thời gian 1 đến 4 phút

50

Hình 3.4: Mao dẫn dọc của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở điều kiện
3mm, thời gian 1 đến 4 phút

50

Hình 3.5: Mao dẫn dọc của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở điều kiện
4mm, thời gian 1 đến 4 phút

50

Hình 3.6 Mao dẫn dọc của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma điều kiện xử lý
khoảng cách 2 điện cực là 2, 3, 4mm, thời gian 1phút

51

Hình 3.7 Mao dẫn dọc của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma điều kiện xử lý
khoảng cách 2 điện cực là 2, 3, 4mm, thời gian 2phút

51

Hình 3.8 Mao dẫn dọc của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma điều kiện xử lý
khoảng cách 2 điện cực là 2, 3, 4mm, thời gian 3phút

52

Hình 3.9 Mao dẫn dọc của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma điều kiện xử lý
khoảng cách 2 điện cực là 2, 3, 4mm, thời gian 4phút

52

Hình 3.10: Mao dẫn dọc điển hình cho điều kiện xử lý 2mm

53

Hình 3.11 Mao dẫn dọc điển hình cho điều kiện xử lý 3mm

53

Hình 3.12: Mao dẫn dọc điển hình cho điều kiện xử lý 4mm

54

Hình 3.13: Mao dẫn ngang của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở điều kiện
2mm, thời gian 1 đến 4 phút

57

Hình 3.14: Mao dẫn ngang của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở điều kiện
3mm, thời gian 1 đến 4 phút

57

Hình 3.15: Mao dẫn ngang của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở điều kiện
4mm, thời gian 1 đến 4 phút

57

Hình 3.16 Mao dẫn ngang của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma điều kiện xử
lý khoảng cách 2 điện cực là 2, 3, 4mm, thời gian 1phút

Lê Thị Luyến

viii

58

Ngành CN Vật liệu Dệt may


Hình 3.17 Mao dẫn ngang của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma điều kiện xử

lý khoảng cách 2 điện cực là 2, 3, 4mm, thời gian 2phút

59

Hình 3.18 Mao dẫn ngang của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma điều kiện xử
lý khoảng cách 2 điện cực là 2, 3, 4mm, thời gian 3phút

59

Hình 3.19 Mao dẫn ngang của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma điều kiện xử
lý khoảng cách 2 điện cực là 2, 3, 4mm, thời gian 4phút

59

Hình 3.20 Mao dẫn ngang điển hình cho điều kiện xử lý 2mm

60

Hình 3.21 Mao dẫn ngang điển hình cho điều kiện xử lý 3mm

60

Hình 3.22: Mao dẫn ngang điển hình cho điều kiện xử lý 4mm

61

Hình 3.23: Wc của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma

64

Hình 3.24 Wmax của vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma

65

Hình 3.25 : Mức độ lan tỏa của nƣớc trên vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở
điều kiện xử lý 2mm, thời gian 1-4 phút

66

Hình 3.26 : Mức độ lan tỏa của nƣớc trên vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở
điều kiện xử lý 3mm, thời gian 1-4 phút

66

Hình 3.27 : Mức độ lan tỏa của nƣớc trên vải PET trƣớc và sau xử lý Plasma ở
điều kiện xử lý 4mm, thời gian 1-4 phút

67

Hình 3.28: So sánh mức độ lan tỏa của nƣớc trên vải PET trƣớc và sau xử lý
Plasma tại các điều kiện xử lý khác nhau

Lê Thị Luyến

ix

68

Ngành CN Vật liệu Dệt may

LỜI MỞ ĐẦU
1/ Lý do lựa chọn đề tài
Trong những năm gần đây, ngành Dệt - May nƣớc ta đã đóng vai trò quan
trọng trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nƣớc. Đây là một trong
những ngành công nghiệp đang đƣợc nhà nƣớc quan tâm và chú trọng phát triển,
đặc biệt trong năm 2015 và tới 2017 nƣớc ta đang trong giai đoạn lỗ lực gia nhập
TPP thì điều kiện tiên quyết phải có là việc chủ động nguồn nguyên liệu trong nƣớc,
tạo ra đƣợc các sản phẩm dệt may có chất lƣợng cao…vv. Nói cách khách thì đó là
yêu cầu đặt ra cho ngành Công nghệ dệt Việt Nam phải hƣớng tới một hệ thống sản
xuất bền vững, an toàn với môi trƣờng, tiết kiệm năng lƣợng và bảo vệ lợi ích của
ngƣời tiêu dùng.
Hiện nay, xơ PET chiếm tỷ trọng lớn nhất (trên 50%) trong tổng sử dụng xơ
dệt trên thế giới [1]. Với mục đích sử dụng làm quần áo, mặc dù có rất nhiều ƣu
điểm nhƣ độ bền cơ, lý, hóa, kháng nhàu… nhƣng PET lại có hạn chế đáng kể là
không hút ẩm. Có rất nhiều nghiên cứu đƣợc triển khai với mục đích khắc phục
nhƣợc điểm này của PET, trong các nghiên cứu này xử lý PET trong môi trƣờng
Plasma đƣợc tập trung nghiên cứu nhờ hiệu quả đối với vật liệu cũng nhƣ tính thân
thiện với môi trƣờng của Plasma.
Vì những lý do trên đề tài “Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng xử lý trong môi
trường plasma tới tính chất vải PET” đƣợc lựa chọn trong khuôn khổ của luận văn
thạc sỹ kỹ thuật ngành Công Nghệ Vật Liệu Dệt trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
2/ Lịch sử nghiên cứu
Plasma đƣợc biết đến nhƣ trạng thái thứ tƣ của vật chất [2], các kiểu tác động
của plasma nhƣ ion hóa, phân mảnh hay kích thích đều đủ lớn để phân tách đƣợc
nhiều loại liên kết hóa học, kết quả là tạo ra một số lƣợng đáng kể các cơ chế tái tổ
hợp. Nhƣ vậy, Plasma mở ra khả năng mới cho các ứng dụng công nghiệp polymer
(đặc biệt là sợi, vải từ polyeste). Xử lý bề mặt vật liệu bằng môi trƣờng Plasma
đƣợc sử dụng để thay đổi các đặc tính chức năng của các sợi có lợi thế hơn so với
Lê Thị Luyến

1

Ngành CN Vật liệu Dệt may


các kỹ thuật truyền thống.
Xử lý Plasma sử dụng ít nƣớc và năng lƣợng tiêu thụ, gây tổn thƣơng không
đáng kể cho sợi polyeste. Việc xử lý bằng plasma cũng rất linh hoạt, nó cũng đƣợc
sử dụng để nâng cao chất lƣợng sản phẩm từ polyeste cho các công đoạn chuẩn bị
vải, nhuộm và các công đoạn hoàn thiện sản phẩm.
Tuy nhiên ở Việt Nam, trong lĩnh vực dệt Plasma chƣa đƣợc tập trung nghiên
cứu để xử lý Vật liệu dệt nói chung cũng nhƣ cho vải PET nói riêng
Đề tài “nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng xử lý trong môi trường plasma tới
tính chất vải PET” bao gồm các nội dung sau:
3/ Mục tiêu nghiên cứu:
Khảo sát đƣợc ảnh hƣởng của xử lý trong môi trƣờng plasma tới bề mặt xơ
PET và nhóm tính chất hút dẫn ẩm của xơ PET
Làm rõ mối quan hệ giữa 2 thông số: khoảng cách của 2 cặp điện cực và thời
gian xử lý trong môi trƣờng Plasma đến các tính chất bề mặt và nhóm tính chất hút
dẫn ẩm của xơ PET
4/ Đối tượng nghiên cứu:
Vải polyeste sau tiền xử lý và môi trƣờng plasma
5/ Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu các tính chất hút ẩm và mao dẫn cùng với mức độ lan tỏa của giọt
nƣớc lên vải polyeste đƣợc kiểm tra trƣớc và sau các phƣơng án xử lý Plasma theo
các phƣơng pháp đã đƣợc tiêu chuẩn hóa để đánh giá ảnh hƣởng của môi trƣờng
Plasma đến các tính chất trên của vải PET
Chụp ảnh FE-SEM để quan sát bề mặt vật liệu nhằm giải thích sự biến đổi các
tính chất trên sau khi xử lý PET trong môi trƣờng Plasma.

Kiểm tra các tính chất vật lý của vải polyeste trƣớc và sau xử lý

Lê Thị Luyến

2

Ngành CN Vật liệu Dệt may


6/ Nội dung thực hiện
Chƣơng 1: Tổng quan về plasma và vải polyeste
- Plasma và các ứng dụng của plasma
- Polyeste và ƣu nhƣợc điểm của vải polyste
- Một số công trình nghiên cứu tác động của môi trƣờng plasma lên vật liệu
polyeste
Chƣơng 2: Đối tƣợng, nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 3: kết quả nghiên cứu và bàn luận
Ảnh hƣởng của môi trƣờng Plasma lên bề mặt xơ PET
- Ảnh hƣởng của môi trƣờng Plasma lên nhóm tính chất hút dẫn ẩm của vải PET
- Kết luận

Lê Thị Luyến

3

Ngành CN Vật liệu Dệt may


CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ PLASMA VÀ SỬ DỤNG PLASMA
ĐỂ XỬ LÝ VẬT LIỆU DỆT

1.1 Một số vấn đề nghiên cứu về Plasma
1.1.1 khái niệm về plasma

Plasma là trạng thái thứ tƣ của vật chất (các trạng thái khác là rắn, lỏng, khí)
trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn
lại hạt nhân; các electron chuyển động tƣơng đối tự do giữa các hạt. Plasma không
phổ biến trên Trái Đất tuy nhiên trên 99% vật chất thấy đƣợc trong vũ trụ tồn tại
dƣới dạng plasma, vì thế trong bốn trạng thái vật chất, plasma đƣợc xem nhƣ trạng
thái đầu tiên trong vũ trụ. (Lƣu ý là vật chất thấy đƣợc, vật chất biết đƣợc và vật
chất là khác nhau).[2]
Nếu sự ion hóa đƣợc xảy ra bởi việc nhận năng lƣợng từ các dòng vật chất bên
ngoài, nhƣ từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là plasma nguội. Ví dụ nhƣ đối
với hiện tƣợng phóng điện trong chất khí, các electron bắn từ catod ra làm ion hóa
một số phân tử trung hòa. Các electron mới bị tách ra chuyển động nhanh trong điện
trƣờng và tiếp tục làm ion hóa các phân tử khác. Do hiện tƣợng ion hóa mang tính
dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị ion hóa, và chất khí chuyển
sang trạng thái plasma. Trong thành phần cấu tạo loại plasma này có các ion dƣơng,
ion âm, electron và các phân tử trung hòa..[2]

Lê Thị Luyến

4

Ngành CN Vật liệu Dệt may


Nếu sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử
ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng. Khi nhiệt độ tăng dần, các
electron bị tách ra khỏi nguyên tử, và nếu nhiệt độ khá lớn, toàn bộ các nguyên tử bị
ion hóa. Ở nhiệt độ rất cao, các nguyên tử bị ion hóa tột độ, chỉ còn các hạt nhân và

các electron đã tách rời khỏi các hạt nhân.[2]
Các hiện tƣợng xảy ra trong plasma chuyển động là rất phức tạp. Để đơn giản
hóa, trong nghiên cứu plasma, ngƣời ta thƣờng chỉ giới hạn trong việc xét các khối
plasma tĩnh, tức là các khối plasma có điện tích chuyển động nhƣng toàn khối vẫn
đứng yên.[2]
Vào năm 1929 các nhà vật lý Mỹ Irving Langmuir (1881-1957) và Levi Tonks
(1897, 1971) đã gọi khí ion hóa trong ống khí phóng điện là plasma.[2]

Irving Langmuir (1881-1957)
1.1.2 Ứng dụng của plasma trong công nghệ hiện đại
Ứng dụng của plasma chủ yếu dựa trên hai đặc trƣng của plasma là có các hạt
tích điện có năng lƣợng cao và có điện tử tự do. Với các đặc trƣng thứ nhất là hệ
plasma chứa các hạt tích điện có năng lƣợng cao, con ngƣời đã tận dụng đặc trƣng
này để thực hiện các quá trình biến tính, đặc biệt là biến tính bề mặt (để thay đổi sự
thấm phủ bề mặt nhằm nâng cao độ bám dính trên bề mặt đó hoặc nitrit hóa nhằm
thu đƣợc bề mặt siêu cứng trong các lĩnh vực chế tạo và sản xuất ôtô…. Cũng có thể
sử dụng năng lƣợng cao của các hạt để thực hiện các quá trình làm sạch hay ăn mòn
Lê Thị Luyến

5

Ngành CN Vật liệu Dệt may


(ví dụ trong chế tạo các bản chip điện tử, khắc ăn mòn trong chế tạo chip), để phân
hủy vật chất (ví dụ nhƣ phân hủy rác thải, kể cả chất dẻo), hình thành lớp phủ màng
mỏng (ví dụ phủ kim loại lên nền silic hay lên nền chất dẻo) cắt (kim loại, cắt
trong chế tạo chi tiết chính xác) hay để làm nóng chảy vật chất hàn. Đặc trƣng thứ
hai của plasma là điện tử có thể đƣợc sử dụng để phát sáng, ví dụ nhƣ tia laser, ánh
sáng huỳnh quang…[3]

1.1.3 Ứng dụng của plasma trong ngành dệt.
Ngành công nghiệp dệt may đang tìm kiếm các kỹ thuật sản xuất tiên tiến để
nâng cao chất lƣợng sản phẩm, cũng nhƣ xã hội đòi hỏi phải có các kỹ thuật hoàn
thiện mới không gây ô nhiễm môi trƣờng. Xử lý bề mặt Plasma có lợi thế riêng
biệt vì plasma có thể cải thiện các tính chất bề mặt của vật liệu trơ mà không ảnh
hƣởng tới các tính chất tổng quan và đặc biệt là đáp ứng đƣợc yêu cầu thân thiện
với môi trƣờng.
Hiện nay các nghiên cứu về việc sử dụng plasma để xử lý trong ngành dệt là rất
rộng. Có rất nhiều các kết quả đã đƣợc nghiên cứu, sau đây là một vài ứng dụng
điển hình với các loại khí plasma có liên quan và đƣợc tóm tắt lại nhƣ sau:
1/ Tăng cƣờng tính chất cơ học: Độ mềm của cotton và polymer dựa trên vải
xellulose bằng xử lý plasma oxy, giảm tạo nỉ trên len bằng plasma oxy. Tăng độ
bền cho len, bông, vải lụa bằng xử lý ngâm DMSO và sau đó N2-plasma.[4]
2/ Biến đổi Tính tích điện: hoàn thiện chống tĩnh điện cho rayon, với
chloromethyl dimethylsilane trong môi trƣờng plasma.[4]
3/ Độ ẩm: Tăng cƣờng độ hút ẩm trên bề mặt của vải tổng hợp (PA, PE, PP,
PET PTFE) bằng xử lý plasma O2-, không khí-, NH3. Xử lý thấm nƣớc, chống
bám bẩn, và hoàn thiện chống tĩnh điện. Hoàn thiện tính kỵ nƣớc của vải
cotton, Cotton/PET bằng xử lý plasma siloxan- hoặc perfluorocarbon. Hoàn
thiện chống thấm dầu cho vải cotton/ PET bằng ghép perfluoroacrylatơ trong
môi trƣờng Plasma[4]
4/ Nhuộm và in: Cải thiện khả năng nhuộm vải PET bằng môi trƣờng Plasma
có chứa SiCl4 và cải thiện khả năng nhuộm polyamide bằng plasma không khí.[4]
Lê Thị Luyến

6

Ngành CN Vật liệu Dệt may

5/ Một số các đặc tính khác: tẩy trắng len bằng xử lý Plas ma oxy. Xử lý
chống tia UV cho vải nhuộm cotton/ PET bằng xử lý HMDSO trong plasma. Biến
đổi tính năng chống cháy cho vải PAN, Rayon, bông bằng phƣơng pháp xử lý
monomer có chứa phốt pho trong môi trƣờng Plasma. [4]
6/ Vải hỗn hợp (composites) và nhiều lớp. Độ bám dính tốt giữa các lớp màng
phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của sợi trong vải và các tƣơng tác diễn ra bên trong
bề mặt. Một điều kiện tiên quyết của sự bám dính tốt vẫn là năng lƣợng bề mặt
của sợi, có thể đƣợc tăng cƣờng bằng xử lý plasma. [4]
I.2 Xử lý xơ Polyeste trong môi trƣờng Plasma
1.2.1 Khái quát chung về Polyeste
1.2.1.1 Công thức hóa học.
Định nghĩa:
Polyeste là một loại xơ dệt nhân tạo trong đó nguyên liệu tạo xơ là Polyme
tổng hợp chứa ít nhất theo khối lƣợng 85% một este thay thế từ một axit carboxylic
nhân thơm, nhƣng không hạn chế nhóm terephtalat [5]
- Công thức hóa học của polyetylen tereptalat (PET): [6]
O

O

C

C

O (CH2)2

O

n

1.2.1.2 Sản xuất xơ Polyeste
Chuẩn bị nguyên liệu đầu vào
Định hình xơ sợi: bằng phƣơng pháp nóng chảy và làm đông cứng ở nhiệt
độ thấp
Hoàn tất sợi
+ Polyeste đƣợc sản xuất chủ yếu từ polyetylen tereptalat (PET).
Dietylenglicol tereptalat là nguyên liệu ban đầu để hình thành polyetylen
tereptalat.
Quá trình trùng hợp hóa ngƣng tụ chất này đƣợc thực hiện trong môi trƣờng
chân không ở điều kiện nhiệt độ cao (270-2800C) và có chất xúc tác. Theo yêu cầu,
có thể đƣa chất làm mờ, hoặc thuộc nhuộm vào trong chất chảy lỏng, phản ứng
trùng hợp nhƣ sau:[6]
Lê Thị Luyến

7

Ngành CN Vật liệu Dệt may


HO (CH2 )2 OOC

OOC (CH2)2OH

Dietylenglicol têreptalat

...

O

O

C

C

O (CH2)2

O

O

O

C

C

O (CH2)2

O

... + HO (CH2 )2OH

Polietylen têreptalat

Phản ứng tách ra chất thải etylen glycol, cần phải lọc sạch chất đó để nhận
đƣợc Polyetylen tereptalat có khối lƣợng phân tử cần thiết. [6]

Hình 1.1: ơ đ quá trình sản xuất xơ PET dạng philamăng và dạng c t ng n
Polime nhận đƣợc tạo thành dải băng rồi cắt thành hạt có kích thƣớc khoảng

10mm và sấy khô.
Định hình sợi: Những hạt polime đã chuẩn bị đƣợc đƣa vào nhà máy kéo sợi,
làm nóng chảy ở 2850C, chất chảy lỏng đƣợc ép qua ống định hình sợi có các lỗ có
đƣờng kính 0.2-0.5 mm. Tốc độ định hình sợi tùy theo từng loại thực hiện khác
nhau. Sau khi định hình sợi đƣợc cuộn vào ống hình trụ.
Tiếp tục, sợi đƣợc kéo dãn, sợi đƣợc định hình nhiệt ở t0 120-1250C khoảng
30-40 phút trong môi trƣờng không khí.
Sau cùng tiến hành xe sợi và cuộn lại vào ống thích hợp.
Lê Thị Luyến

8

Ngành CN Vật liệu Dệt may


1.2.1.3 Các tính chất của vải polyeste, ưu nhược điểm.
Khối lƣợng riêng: Trung bình

1.38 g/cm3, nh hơn xenlulo.[6]

* Tính chất cơ học:
PET có độ bền cơ học tƣơng đối cao. Là 1 ƣu điểm đặc biệt của PET.
ộ bền tương đối
Phiilamăng: 35-44 cN/tex;- Xơ xtapen (xơ cắt ngắn): 35-44 cN/tex.[6]
ộ gi n đứt
Phiilamăng: 15-30%; [6]
Xơ xtapen (xơ cắt ngắn): 30-50% [6]
Độ ẩm không ảnh hƣởng tới độ giãn của xơ. Vì PET không hút ẩm.
ộ đàn h i tốt
Philamăng giãn 1% hoàn toàn đàn hồi, giãn 3% phục hồi tới 90%. Vì vậy, PET

không bị nhàu.[6]
ộ ẩm
Hút ẩm rất ít W = 0,4% [6]. Mức độ trùng hợp càng cao thì khả năng hút ẩm
càng thấp.
ộ bền k o
Dạng Philamăng:: 4900-5900 kg/cm2; xơ xtapen: 4900-5900 kg/cm2 [6]
* Tính chất hóa học: [6]
PET không có nhóm chức nào nên khá bền hóa học.
Trong môi trường xit
PET bền trong môi trƣờng axit cả vô cơ lẫn hữu cơ.
Trong môi trường kiềm
PET chịu đƣợc kiềm trong các công đoạn nhuộm và kiềm bóng, nhƣng độ bền
kiềm kém hơn độ bền axit, nó có thể bị bào mòn từ từ trong môi trƣờng kiềm.
Sử dụng kiềm NaOH 18% ở to cao để xử lý giảm tải trọng vải PET.
Nhìn chung, độ bền hóa học của PET tốt, rất ít dung môi hòa tan đƣợc PET trừ
những dung môi rất mạnh và độc hại.
Lê Thị Luyến

9

Ngành CN Vật liệu Dệt may


PET khó nhuộm màu, nhuộm PET bằng thuốc nhuộm phân tán ở 130oC cho
độ bền màu cao.
* Tính chất vật lý: [6]
Tính nhi m điện
Do độ ẩm thấp (0,4%) nên xơ sợi dễ tích điện gây xù lông, khó kéo sợi, dệt vải
và sản phẩm dễ bị bắt bụi.
ộ bền nhiệt cao

Xơ chịu nhiệt tốt.

= 260oC, cao hơn bông, tơ tằm, xenlulô.

Ảnh hưởng của to:
Ở 180oC, xơ chỉ còn 50% độ bền
Ở150oC, xơ chỉ còn 85% độ bền sau 1 tháng và còn 50% độ bền sau 6 tháng.
ộ co nhiệt tốt
Trong không khí nóng ở 100oC, độ co của Phiilamăng: PET co 3%, ở 150oC
co 10%.
Trong nƣớc sôi 100oC, độ co của Phiilamăng: PET lớn hơn 6%.
Xơ xtapen trong nƣớc sôi co 1%, trong không khí khô ở 120-1500 co lớn hơn 2%.
Tác dụng của ánh sáng mặt trời
Xơ chịu ánh sáng tốt, không ngả màu vàng, ít phai và độ bền giảm rất ít.
Tính cháy
Cháy có ngọn lửa hỗ trợ, khi cháy nhỏ thành giọt, tro cứng bóp không vỡ.
Vi sinh vật
PET không bị vi sinh vật phá hủy. Đây là ƣu điểm trong quá trình sử dụng tuy
nhiên nó lại là nhƣợc điểm vì PET trở thành phế thải khó phân hủy.
Nhận xét: Nhìn chung, với các tính chất trên, nếu với mục đích sử dụng làm
quần áo thì vải làm từ polyeste có một số ƣu và nhƣợc điểm sau đây
*Ƣu điểm:
- Vải tƣơng đối bền với các tác động của môi trƣờng nhƣ ánh sáng, nhiệt độ,
độ ẩm, vi sinh vật

Lê Thị Luyến

10

Ngành CN Vật liệu Dệt may

- Vải có độ bền cơ học cao, không bị co khi giặt, khả năng chống nhàu tốt và
ít bai dãn, ít tạo thành nếp gấp trong quá trình sử dụng
- Khả năng hấp thụ thấp kém của Polyeste giúp nó nhanh khô và khó bám bẩn
*Nhƣợc điểm:
- Dẫn nhiệt kém
- Hút ẩm ít nhất so với các loại vải khác. Quần áo đƣợc làm bằng polyeste
thƣờng không tạo cảm giác thoải mái do không thấm mồ hôi
- Vải dễ tích điện nên dễ gây cảm giác khó chịu cho ngƣời mặc trong mùa
đông, dễ bắt bụi và hay xù lông
- Phế thải của PET khó phân hủy.
 Hiện nay vải PET thƣơng mại hóa trên thị trƣờng đã đƣợc xử lý chống tĩnh
điện, có thể trong quá trình sản xuất xơ dệt hoặc trong quá trình hoàn tất vải, tuy
nhiên khả năng hút ẩm vẫn là một hạn chế lớn của PET khi sử dụng làm quần áo.
1.2.2 Một số công trình nghiên cứu tác động của môi trường plasma lên vật liệu
polyeste.
Cũng nhƣ các loại vật liệu dệt khác, một số tác giả cũng đã nghiên cứu biến
tính vải PET trong môi trƣờng plasma. Tác giả Keiko Gotoh and Akemi Yasukawa
(2010) [6] đã nghiên cứu cải thiện các tính chất vật lý của vải polyeste trong môi
trƣờng plasma ở điều kiện áp suất khí quyển. Các tính chất, bề mặt, độ bền kéo đứt
của vải, lực hút ẩm, độ tĩnh điện, khả năng loại bỏ vết bẩn, khả năng nhuộm mầu đã
đƣợc nghiên cứu kết quả cho thấy rằng hàm ẩm, nồng độ oxy và độ gồ ghề của bề
mặt vải polyeste tăng, khả năng hút nƣớc và chống tĩnh điện, khả năng loại bỏ vết
bẩn và nhuộm màu của vải cũng đƣợc cải thiện tốt lên. Từ kết quả của nghiên cứu
cho thấy rằng môi trƣờng plasma có khả năng cải thiện đáng kể các tính chất của vải
polyeste[6]
Hình 1.2 dƣới đây chỉ ra rằng quang phổ bề mặt bị tác động của vải polyeste
trong vùng nhìn thấy đƣợc. Trong cả 2 trƣờng hợp vải từ sợi philamăng và sợi kéo,
có một sự thay đổi nhỏ về bề mặt do sự tác động của áp suất môi trƣờng plasma

trong điều kiện áp suất khí quyển và đƣợc tính toán dựa theo tổng sự thay đổi màu
sắc quang phổ tƣơng ứng [6]
Lê Thị Luyến

11

Ngành CN Vật liệu Dệt may


Nm
Sợi Philamăng:

sợi kéo

Hình 1.2: Phản xạ bề mặt của vải polyeste trước (chấm tr ng) và sau xử lý Plasma
(chấm đen) ở bước sóng 400-700nm biểu thị sự chênh lệch nhau về màu s c giữa
vải trước và sau xử lý ΔE*(ab). Trục tung Tỷ lệ phản xạ (%), Trục hoành biểu thị
bước sóng/ Nm
Sức căng và độ bền kéo đứt của sợi và vải trƣớc và sau khi chịu tác dụng của
môi trƣờng plasma đƣợc đƣa ra trong hình 1.3. Có sự thay đổi nhỏ về sức căng và
độ bền kéo đứt ở cả hai trƣờng hợp làm từ xơ Phiilamăng: và sợi kéo.

Hình 1.3: ức căng và độ bền k o đứt của sợi và và vải trước (cột tr ng) và sau khi
xử lý trong môi trường plasma (cột màu)

Lê Thị Luyến

12

Ngành CN Vật liệu Dệt may

Hình 1.4 cho thấy mức độ gồ ghề của vải sau xử lý bằng plasma tăng rõ rệt

Hình 1.4: Hình Ảnh chụp bề mặt của vải PET trước (trái) và
sau xử lý Plasma (phải)
Hình 1.5 cũng cho thấy khả năng hút nƣớc của vải tăng đáng kể sau xử lý
plasma, góc tiếp xúc nƣớc giảm chứng tỏ khả năng hút nƣớc tăng

Hình 1.5: Hình ảnh chụp sau 30s mức độ lan tỏa của giọt nước màu trên vải làm từ
sợi Philamăng (trên) và sợi k o (dưới), vải trước xử lý (trái) và sau xử lý Plasma
(phải)

Lê Thị Luyến

13

Ngành CN Vật liệu Dệt may


Hình 1.6 dƣới đây cho thấy khả năng mao dẫn tăng mạnh với cả 2 loại vải

Hình 1.6: Tốc độ mao dẫn của vải PET được làm từ sợi philamăng (trái), sợi k o
(phải). ường biểu di n vải trước xử lý (chấm tr ng), và vải sau xử lý Plasma
(chấm đen), tốc độ mao dẫn dọc (chấm vuông), tốc độ mao dẫn ngang (chấm tròn)
Hiện tượng tĩnh điện của vải sau xử lý plasma cũng giảm mạnh theo hình số 1.7
bên dưới đây.

Hình 1.7: Hiện tượng tĩnh điện của vải PET được làm từ sợi Philamăng (trái),
sợi k o (phải). ường biểu di n vải trước xử lý (chấm tr ng), và vải sau xử lý

Plasma (chấm đen). Vải PET được cọ sát với vải cotton (chấm tròn) hoặc với
vải len (chấm vuông).

Lê Thị Luyến

14

Ngành CN Vật liệu Dệt may


Hình 1.8 dƣới đây cho thấy khả năng hấp thụ thuốc nhuộm của vải sau xử lý
plasma lớn hơn vải chƣa xử lý.

Hình 1.8 Khả năng hấp thụ thuốc nhuộm của vải PET được làm từ sợi philamăng
(trái), sợi k o (phải), Vải chưa xử lý (cột tr ng), sau xử lý Plasma (cột màu), vải PET
lần lượt được nhuộm với các thuốc nhuộm umikaron Brilliant red E-2BF, thuốc
nhuộm umikaron Yellow E-4G và thuốc nhuộm umikaron Brilliant Violet E-BL.
Nhƣ vậy kết quả nghiên cứu cho thấy vải dệt thoi polyeste trơn đƣợc tạo ra
từ xơ philamăng và sợi kéo đều bị ảnh hƣởng bởi môi trƣờng plasma dƣới áp
suất khí quyển.
Nghiên cứu của Tarek Salema,* Steffi Uhlmanna, Mirko Nitschkea, Alfredo
Calvimontesa, Rolf-Dieter Hundb, Frank Simon về xử lý vải PET trong môi trƣờng
plasma oxy, vải sau đó đƣợc xử lý với poly-DADMAC để tạo cho PET khả năng
nhuộm bằng thuốc nhuộm axit. Kết quả cho thấy rằng xử lý oxy plasma cho phép
tăng khả năng hút ẩm của bề mặt vải PET để tạo khả năng liên kết với phân tử polyDADMAC.
Hơn nữa, ảnh hƣởng của xử lý bằng các plasma với công suất và thời gian
khác nhau lên khả năng hút ẩm của vải có thể đƣợc quan sát thấy rõ ràng từ các
phép đo độ ẩm động. Hình 1.9 cho thấy khả năng hút ẩm của vải tăng sau xử lý
plasma oxy

Lê Thị Luyến

15

Ngành CN Vật liệu Dệt may