(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ứng dụng môi trường plasma trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Hường

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔI TRƯỜNG PLASMA TRONG XỬ LÝ
HẠN CHẾ CHÁY CHO VẢI BÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT MAY

Hà Nội – 2021


ii


iii


Trước hết, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS. Vũ Thị Hồng Khanh
người đã hướng dẫn, động viên và luôn tận tâm truyền đạt cho tác giả những kiến
thức và kinh nghiệm quý giá trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để tác giả hoàn
thành luận án này.
Thứ hai, tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy Cô giáo thuộc Bộ môn Vật liệu
và Cơng nghệ Hóa dệt, Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang, Phòng đào tạo - Bộ
phận đào tạo sau Đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tiếp nhận tác giả làm
Nghiên cứu sinh và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian học tập tại
đây.
Tiếp đến tác giả xin cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà
Nội (nơi tác giả công tác) đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Phịng thí nghiệm Hóa dệt, Trung

tâm thí nghiệm Vật liệu Dệt may Da giầy, Viện vật lý kỹ thuật, đặc biệt nhóm nghiên
cứu của PGS.TS. Đặng Đức Vượng và Th.S Lê Cao Cường, Công ty CP thiết bị
Ozone Bkidt, Trung tâm công nghệ Polyme – Compozit và Giấy (TS. Nguyễn Phạm
Duy Linh), Viện kỹ thuật Hóa học, TS. Phan Duy Nam - Viện Dệt may - Da giầy và
Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phịng thí nghiệm Trọng điểm Vật
liệu tiên tiến ứng dụng trong Phát triển xanh – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên –
Đại học Quốc Gia Hà Nội, Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm KH&CN Việt
nam, đã hỗ trợ tác giả thực hiện một số phân tích trong luận án.
Tác giả cũng trân trọng cảm ơn các nhà khoa học đã đồng ý nhận đánh giá luận
án này.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
chia sẻ cơng việc giúp tác giả có nhiều thời gian và tâm trí cho luận án.
Tác giả

iv


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT…………………………...ix
DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………………………...xi
DANH MỤC CÁC HÌNH……………………………………………………..….xiv
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………......xviii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .........................................................1
1.1 Giới thiệu về vải bông và cơ chế hạn chế cháy cho xenlulo.............................1
1.1.1 Giới thiệu về vải bông .................................................................................1
1.1.2 Cơ chế cháy của xenlulo .............................................................................2
1.1.3 Cơ chế hạn chế cháy cho xenlulo...............................................................3
1.2 Tổng quan về các chất hạn chế cháy cho bông .................................................5
1.2.1 Phân loại các chất hạn chế cháy ...................................................................5
1.2.1.1 Chất hạn chế cháy vô cơ ...................................................................5

1.2.1.2 Chất hạn chế cháy chứa halogen ......................................................5
1.2.1.3 Chất hạn chế cháy chứa Nitơ ............................................................6
1.2.1.4 Chất hạn chế cháy chứa photpho (P) ................................................6
1.2.2 Các chất hạn chế cháy bền cho xenlulo ........................................................6
1.2.2.1 Dẫn xuất của Tetrakis (Hydroxymethyl) Phosphonium ....................6
1.2.2.2 N-Methyloldimethyl Phosphonopropioamide (Pyrovatex CP/
Pyrovatex CP New) .......................................................................................7
1.2.3 Kết luận về các chất hạn chế cháy cho vải bông .........................................8
1.3 Tổng quan về một số phương pháp kiểm tra tính cháy của vải .....................8
1.3.1 Phương pháp kiểm tra tính cháy theo hướng 45° .........................................8
1.3.2 Phương pháp kiểm tra tính cháy theo hướng thẳng đứng.............................9
1.3.3 Phương pháp thử nghiệm giá trị LOI ...........................................................9
1.3.4 Phương pháp đo nhiệt trọng (TGA)..............................................................9
1.4 Tổng quan về các cơng trình nghiên cứu hạn chế cháy cho vải bơng ..........10
1.4.1 Tổng quan các cơng trình nghiên cứu hạn chế cháy cho vải bông bằng
phương pháp ngấm ép – sấy – gia nhiệt truyền thống ..............................10
1.4.1.1 Một số nghiên cứu sử dụng nhóm chất N-Methyloldimethyl
Phosphonopropioamide (MDPA) kết hợp với nhựa melamin .....................10
1.4.1.2 Một số nghiên cứu sử dụng nhóm chất MDPA kết hợp với chất liên
kết ngang khơng có formalđehyt hoặc có formalđehyt thấp .......................11
1.4.1.3 Một số nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông sử dụng muối
amoni .......................................................................................................13
1.4.1.4 Một số nghiên cứu sử dụng các dẫn xuất của Piperazine, Triazinephosphonate trong xử lý hạn chế cháy cho vải bơng ..................................15
1.4.2 Tổng quan các cơng trình nghiên cứu hạn chế cháy cho vải bông sử dụng
các phương pháp khác như sol-gel, layer by layer ...................................17
1.4.3 Tổng quan về plasma và một số nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bơng
có ứng dụng cơng nghệ plasma ................................................................21
1.4.3.1 Khái quát về plasma ........................................................................21
1.4.3.2 Một số dạng phóng điện tạo plasma ...............................................21
1.4.3.3 Các dạng plasma trong xử lý vật liệu dệt .......................................22

1.4.3.4 Sự tương tác giữa plasma với bề mặt vật liệu .................................24
1.4.3.5 Ứng dụng plasma trong xử lý vật liệu dệt .......................................25
1.4.3.6 Một số nghiên cứu ứng dụng plasma trong xử lý hạn chế cháy cho
vải bông .......................................................................................................28
v


1.4.4 Tổng kết về các nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông ...................34
1.5 Kết luận tổng quan ............................................................................................37
1.6 Định hướng nghiên cứu và cơ sở lý luận của luận án ....................................39
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
.......................................................................................................42
2.1 Đối tượng nghiên cứu........................................................................................42
2.1.1 Vải
.......................................................................................................42
2.1.2 Hóa chất ......................................................................................................42
2.1.2.1 Chất hạn chế cháy ...........................................................................42
2.1.2.2 Chất LKN.........................................................................................43
2.1.2.3 Chất trợ ...........................................................................................43
2.2 Nội dung nghiên cứu .........................................................................................43
2.2.1 Nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông bằng phương pháp truyền thống
ngấm ép - sấy - gia nhiệt...........................................................................43
2.2.1.1 Nghiên cứu lựa chọn hóa chất hạn chế cháy và chất liên kết ngang ..
.......................................................................................................44
2.2.1.2 Nghiên cứu công nghệ xử lý hạn chế cháy cho vải bơng sử dụng tổ
hợp hóa chất Pyrovatex CP New, Knittex FFRC và chất ngấm .................46
2.2.2 Nghiên cứu ứng dụng plasma trong quy trình xử lý hạn chế cháy cho vải
bông .......................................................................................................49
2.2.2.1 Xác định các thông số của thiết bị plasma ......................................49
2.2.2.2 Nghiên cứu ứng dụng plasma hoạt hóa (plasma 1) trong xử lý hạn

chế cháy cho vải bơng .................................................................................49
2.2.2.3 Nghiên cứu ứng dụng plasma polyme hóa và ghép (plasma 2) trong
xử lý hạn chế cháy cho vải bông .................................................................52
2.2.2.4 Nghiên cứu kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong xử lý hạn chế cháy
cho vải bông ................................................................................................52
2.2.2.5 Kết luận đánh giá và lựa chọn quy trình ứng dụng plasma trong xử
lý hoàn tất chậm cháy cho vải bông ............................................................55
2.2.3 Luận giải về tác động của plasma trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông 55
2.3 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................56
2.3.1 Phương pháp tạo mẫu vải chậm cháy trong phịng thí nghiệm ..................56
2.3.1.1 Phương pháp tạo mẫu vải chậm cháy với chất hạn chế cháy DAHP .
.......................................................................................................56
2.3.1.2 Phương pháp tạo mẫu vải chậm cháy với chất hạn chế cháy PR ...57
2.3.2 Phương pháp xử lý plasma .........................................................................57
2.3.2.1 Mô tả cấu tạo thiết bị plasma DBD ................................................57
2.3.2.2 Phương pháp xử lý vải với Plasma 1 ..............................................58
2.3.2.3 Phương pháp xử lý vải với Plasma 2 ..............................................59
2.3.3 Phương pháp đánh giá tính cháy của vải ....................................................59
2.3.3.1 Đánh giá tính cháy theo hướng 45° ................................................59
2.3.3.2 Đánh giá tính cháy theo hướng thẳng đứng ...................................60
2.3.3.3 Phương pháp đo đặc tính lan truyền cháy có giới hạn của vải ......60
2.3.3.4 Đo giá trị LOI ..................................................................................60
2.3.4 Phương pháp đánh giá một số tính chất đặc trưng khác của vải trước và sau
xử lý hạn chế cháy ....................................................................................61
2.3.4.1 Phương pháp kiểm tra độ bền kéo đứt ............................................61
2.3.4.2 Phương pháp kiểm tra độ bền xé rách của vải ...............................62
vi


2.3.4.3 Phương pháp xác định tính mao dẫn của vải..................................63

2.3.4.4 Phương pháp kiểm tra hình thái bề mặt - SEM và phân tích thành
phần các nguyên tử C, O, N, P - EDS .........................................................63
2.3.4.5 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Furier (FTIR) ...63
2.3.4.6 Phương pháp phân tích phổ quang điện tử tia X / X-ray Photoelectron
Spectroscopy (XPS) .....................................................................................64
2.3.4.7 Phương pháp phân tích nhiệt trọng - TGA .....................................64
2.3.4.8 Phương pháp xác định hàm lượng formalđehyt tự do ....................64
2.3.5 Phương pháp xác định các thông số công nghệ tối ưu ..............................65
2.4 Kết luận chương 2 .............................................................................................66
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU..............................................................67
3.1 Nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông bằng phương pháp truyền thống
ngấm ép – sấy- gia nhiệt..........................................................................................67
3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn hóa chất hạn chế cháy và chất liên kết ngang trong xử
lý hạn chế cháy cho vải bông ...................................................................67
3.1.1.1 Kết quả nghiên cứu khảo sát quy trình xử lý hạn chế cháy với chất
hạn chế cháy 1 (DAHP) ..............................................................................67
3.1.1.2 Kết quả nghiên cứu khảo sát quy trình XLHCC với chất chậm cháy
2 và lựa chọn chất LKN...............................................................................69
3.1.2 Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất xử lý hạn chế cháy cho
vải bông bằng phương pháp ngấm ép – sấy – gia nhiệt ...........................75
3.1.2.1 Phân tích sự phù hợp của mơ hình ..................................................75
3.1.2.2 Ý nghĩa thống kê của các hệ số của mơ hình ..................................76
3.1.2.3 Phân tích các ảnh hưởng của nồng độ PR và K đến một số thuộc tính
của vải sau XLHCC. ....................................................................................77
3.1.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến thuộc tính cháy của vải ..78
3.1.2.5 Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến độ bền kéo đứt của vải ...79
3.1.2.6 Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến hàm lượng formalđehyt trên
vải sau xử lý hoàn tất. .................................................................................80
3.1.2.7 Kết quả xác định điều kiện tối ưu của hàm lượng PR và K trong xử
lý hạn chế cháy cho vải bơng ......................................................................80

3.1.3 Tối ưu hóa điều kiện gia nhiệt xử lý hạn chế cháy cho vải bông bằng phương
pháp ngấm ép – sấy – gia nhiệt ................................................................82
3.1.3.1 Ảnh hưởng của điều kiện gia nhiệt đến tính hạn chế cháy, độ bền kéo
đứt và dư lượng formalđehyt của vải sau xử lý ...........................................82
3.1.3.2 Kết quả một số phân tích lý hóa và hình thái của vải trước và sau xử
lý
.......................................................................................................87
3.1.3.3 Kết quả xác định điều kiện gia nhiệt tối ưu trong XLHCC cho vải
bông
.......................................................................................................91
3.2 Nghiên cứu ứng dụng plasma trong quy trình xử lý hạn chế cháy cho vải
bơng
.......................................................................................................93
3.2.1 Xác định các thông số của thiết bị plasma .................................................93
3.2.2 Nghiên cứu ứng dụng plasma 1 trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông ...94
3.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời của tốc độ của vải và công suất plasma
đến một số tính chất bề mặt của vải bơng ...................................................94
3.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý plasma đến một số
tính chất của vải bơng .................................................................................97

vii


3.2.2.3 Kết quả nghiên cứu áp dụng Plasma 1 trong XLHCC cho vải bông ..
.....................................................................................................101
3.2.2.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian
gia nhiệt trong quy trình XLHCC có sử dụng plasma 1 ...........................104
3.2.3 Nghiên cứu ứng dụng plasma polyme hóa và ghép (plasma 2) trong xử lý
hạn chế cháy cho vải bông......................................................................113
3.2.3.1 Ảnh hưởng của thời gian plasma 2 đến đặc tính cháy và sự thay đổi

bề mặt của mẫu sau xử lý hạn chế cháy ....................................................113
3.2.3.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý plasma 2 đến độ bền kéo đứt của vải
.....................................................................................................116
3.2.4 Nghiên cứu ứng dụng kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong xử lý hạn chế
cháy cho vải bông ...................................................................................117
3.2.4.1 Nghiên cứu ứng dụng plasma hoạt hóa và plasma polyme hóa trong
XLHCC cho vải bơng ................................................................................117
3.2.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của thời gian plasma hoạt hóa và
thời gian plasma polyme hóa đến hiệu quả HCC cho vải bơng................122
3.2.4.3 Tối ưu hóa hàm lượng hóa chất trong quy trình XLHCC cho vải bông
ứng dụng công nghệ plasma......................................................................126
3.2.5 Đánh giá một số tính chất của vải trước và sau xử lý chậm cháy ở các điều
kiện tối ưu so với yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 6875: 2010 ...............133
3.3 Luận giải về tác động của plasma trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông 134
3.3.1 Tác động của plasma hoạt hóa ..................................................................134
3.3.2 Tác động của plasma polyme hóa và ghép chất chậm cháy trong q trình
XLHCC cho vải bơng .............................................................................135
3.4 Kết luận chương 3 ...........................................................................................136
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO...................................138
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................140
TUYỂN TẬP CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
PHỤ LỤC

viii


AATCC
AC

AEDTMPA

BTCA

1,2,3,4-butanetetracarboxylic

CCD

Central composite design - Phương pháp thiết kế phối hợp có tâm

CN-3

Diethyl 4-methylpiperazin-1-ylphosphoramidate

DAP

Diammonium phosphate

DEAEP
DEAEPN
DEAMP
DEMEP
DHEU
DMDHEU

Direct current – Dịng điện một chiều
Diethyl(acryloyloxyethyl)phosphate
Diethyl(acryloyloxyethyl)phosphoramidate
Diethyl(acryloyloxymethyl)phosphonate
Diethyl-2- (methacryloyloxyethyl)phosphate
Dimethyl(acryloyloxymethyl)phosphonate

Dimethyloldihydroxyetylen urea
Energy-dispersive Spectroscopy - Phổ tán sắc năng lượng tia X

ix


ISPA

Imidazole spirocyclic phosphoramidate

LbL

Methacryloyloxyethylorthophosphorotetraethyl-diamidate

PIGP

Response Surface Method - Phương pháp bề mặt đáp ứng
Scanning Electron Microscopy – Kính hiển vi điện tử quét
Giây
Sodium hypophosphite
TEPP

TMPT
TEOS
TPN1
TPN3

Tetraethyl piperazine -1,4 - diyldiphosphonate
Thermal gravimetric analysis – Phân tích nhiệt trọng
Tetrakis (Hydroxymethyl) Phosphonium Chloride

Trimethylol melamine
O , O , O ' , O'-tetramethyl piperazine -1,4 - diyldiphosphonothioate
Tetraethyl orthosilicate
Diethyl 4,6-dichloro-1,3,5-triazin-2-ylphosphonate
Dimethyl (4,6-dichloro-1,3,5-triazin-2-yloxy)methylphosphonate

x


Bảng 1.1. Các thông số về khả năng cháy của một số xơ [1]. ....................................2
Bảng 1.2. Phân loại vật liệu dựa trên giá trị LOI [39] ................................................9
Bảng 1.3. Một số cơng trình nghiên cứu XLHCC cho vải bơng bằng kỹ thuật NE-SGN .......................................................................................................34
Bảng 1.4. Một số nghiên cứu XLHCC cho bông sử dụng kỹ thuật Sol-gel và LbL .35
Bảng 1.5. Một số nghiên cứu ứng dụng plasma trong XLHCC cho vải bông ..........36
Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật của vải bông. .................................................................42
Bảng 2.2 Các phương án xử lý vải khác nhau với chất hạn chế cháy 1....................45
Bảng 2.3 Các phương án xử lý vải khác nhau với chất hạn chế cháy 2....................45
Bảng 2.4. Phương án thực nghiệm tối ưu hóa hàm lượng hóa chất bằng phương pháp
NE-S-GN theo CCF ................................................................................47
Bảng 2.5. Phương án thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện gia nhiệt trong XLHCC cho
vải bông bằng phương pháp NE-S-GN theo CCF ..................................48
Bảng 2.6. PATN nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của tốc độ di chuyển vải và công
suất plasma theo CCF .............................................................................50
Bảng 2.7. Các PATN nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia
nhiệt trong XLHCC có plasma 1 theo CCF ............................................51
Bảng 2.8 Các điều kiện xử lý cho từng PATN áp dụng plasma 2 trong XLHCC ....52
Bảng 2.9 PATN nghiên cứu khả năng áp dụng của plasma 1 và plasma 2 trong
XLHCC cho vải bông .............................................................................54
Bảng 2.10 Các PATN lựa chọn thời gian plasma 1 và plasma 2 tối ưu theo CCF ...54
Bảng 2.11. Các PATN tối ưu hóa hàm lượng PR và K trong XLHCC cho vải bông

ứng dụng plasma theo CCF. ....................................................................55
Bảng 2.12 Cách bố trí thí nghiệm theo phương pháp CCF .......................................66
Bảng 3.1 Mức hấp thu hóa chất và đặc tính cháy theo hướng 45° trên vải trước và sau
xử lý với chất chậm cháy DAHP ............................................................67
Bảng 3.2 So sánh một số chỉ tiêu trong nghiên cứu [31] và trong nghiên cứu nội dung
3.1.1.1 của luận án...................................................................................69
Bảng 3.3 Mức hấp thu hóa chất chậm cháy lên vải xử lý với chất chậm cháy 2 ở các
PATN khác nhau .....................................................................................71
Bảng 3.4 Đặc tính cháy của mẫu trước xử lý, sau xử lý và sau các lần giặt .............72
Bảng 3.5. LOI của mẫu trước xử lý, sau xử lý với chất hạn chế cháy 2 và sau các lần
giặt. .......................................................................................................72
Bảng 3.6 Độ bền kéo đứt của mẫu trước và sau xử lý với chất chậm cháy PR ........73
Bảng 3.7 Dư lượng formalđehyt của mẫu sau xử lý và sau giặt với chất chậm cháy
PR .......................................................................................................74
Bảng 3.8 Các phương án thiết kế và kết quả thí nghiệm tối ưu hóa hàm lượng hóa
chất trong XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN cho vải bông ............75
Bảng 3.9. Kết quả kiểm tra về sự phù hợp của mô hình trong nghiên cứu tối ưu hóa
hàm lượng hóa chất trong XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN .........76
Bảng 3.10. Bảng phân tích phương sai (ANOVA) các tham số của các mơ hình trong
nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất trong XLHCC bằng phương
pháp NE-S-GN ........................................................................................76
Bảng 3.11 Các lựa chọn tốt nhất về hàm lượng hóa chất trong XLHCC bằng phương
pháp NE-S-GN truyền thống đối với từng tham số riêng biệt ................81
Bảng 3.12 Điều kiện tối ưu của dung dịch hoàn tất khi kết hợp các tham số trong
XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN truyền thống ..............................81
xi


Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm XLHCC cho vải bơng bằng phương pháp NE-S-GN ở
các điều kiện gia nhiệt khác nhau ...........................................................82

Bảng 3.14 Kết quả phân tích sự phù hợp của mơ hình trong nghiên cứu XLHCC bằng
phương pháp NE-S-GN ở các điều kiện gia nhiệt khác nhau .................83
Bảng 3.15 Phân tích phương sai các thành tố của mơ hình trong nghiên cứu XLHCC
bằng phương pháp NE-S-GN ở các điều kiện gia nhiệt khác nhau ........83
Bảng 3.16 Kết quả kiểm tra hàm lượng formalđehyt trước và sau 1 lần giặt của 3 mẫu
0-0-450-107-170-120, 0-0-450-107-180-90, 0-0-450-107-180-120 ......87
Bảng 3.17 Kết quả phân tích thành phần các nguyên tố C, O, P, N của một số mẫu
sau xử lý, sau 30 lần giặt ở điều kiện gia nhiệt khác nhau ......................91
Bảng 3.18 Các lựa chọn tốt nhất về điều kiện gia nhiệt đối với từng tham số riêng biệt
trong nghiên cứu XLHCC bằng phương pháp NE-S-GN .......................91
Bảng 3.19 Điều kiện tối ưu của điều kiện gia nhiệt khi kết hợp các tham số ...........92
Bảng 3.20 Kết quả kiểm tra các đặc tính của vải xử lý theo phương án tối ưu ở điều
kiện NE-S-GN truyền thống ...................................................................92
Bảng 3.21: Kết quả kiểm tra tính mao dẫn, độ bền kéo đứt của vải trước và sau khi
xử lý plasma 1 .........................................................................................95
Bảng 3.22 Sự phù hợp của mơ hình trong nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời tốc độ của
vải và công suất plasma đến một số tính chất của vải bơng ...................95
Bảng 3.23: Kết quả phân tích phương sai của mơ hình trong nghiên cứu hưởng đồng
thời tốc độ của vải và công suất plasma đến một số tính chất của vải bơng
.......................................................................................................95
Bảng 3.24 Kết quả kiểm tra tính mao dẫn dọc của các mẫu xử lý plasma ở thời gian
khác nhau ................................................................................................98
Bảng 3.25 Kết quả kiểm tra độ bền kéo đứt của vải sau xử lý plasma thời gian khác
nhau .......................................................................................................99
Bảng 3.26 Đặc tính cháy và giá trị LOI của vải sau xử lý ở quy trình hồn tất chậm
cháy khơng có plasma ...........................................................................101
Bảng 3.27. Kết quả xác định thành phần các nguyên tố của mẫu sau xử lý ở điều kiện
gia nhiệt 180 °C, 114 s có và khơng có plasma 1 .................................103
Bảng 3.28. Thiết kế thí nghiệm theo CCF và các kết quả thu được trong nghiên cứu
ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt với quy trình

XLHCC có sử dụng plasma 1 ...............................................................104
Bảng 3.29. Kết quả kiểm tra về sự phù hợp của mơ hình trong nghiên cứu ảnh hưởng
đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt với quy trình XLHCC có sử
dụng plasma 1 .......................................................................................105
Bảng 3.30. Phân tích phương sai (ANOVA) các thành tố của mơ hình trong nghiên
cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt với quy trình
XLHCC có plasma 1 .............................................................................105
Bảng 3.31 Mức giảm độ bền kéo đứt theo từng điều kiện gia nhiệt (%) ................107
Bảng 3.32 Giải pháp tối ưu được lựa chọn trong nghiên cứu tối ưu hóa nhiệt độ và
thời gian gia nhiệt trong XLHCC với plasma 1 ....................................108
Bảng 3.33 Kết quả xác định thành phần các nguyên tố C, O, P, N mẫu trước và sau
xử lý với plasma 1 và ở các điều kiện gia nhiệt khác nhau ..................111
Bảng 3.34 Tỷ lệ phần trăm các nhóm chức có trên bề mặt vải trước và sau khi xử lý
plasma ...................................................................................................112
Bảng 3.35 Đặc tính cháy theo phương thẳng đứng của các mẫu xử lý với plasma 2 ...
.....................................................................................................114
xii


Bảng 3.36 Kết quả xác định thành phần các nguyên tố C, O, P, N ở quy trình XLHCC
có plasma 2 ............................................................................................116
Bảng 3.37 Kết quả kiểm tra độ bền kéo đứt của các mẫu vải sau xử lý với plasma 2 ..
.....................................................................................................116
Bảng 3.38 Đặc tính cháy và giá trị LOI của vải sau xử lý ở quy trình hồn tất chậm
cháy với plasma 1, plasma 2 có gia nhiệt và không gia nhiệt ...............117
Bảng 3.39 Kết quả xác định thành phần các nguyên tố C, O, P, N ở quy trình có
plasma 1 và và plasma 2 .......................................................................119
Bảng 3.40 Kết quả kiểm tra độ bền kéo đứt của các mẫu vải trước và sau XLHCC với
plasma 1 và plasma 2 ............................................................................121
Bảng 3.41 Kết quả bố trí thí nghiệm và các giá trị thực nghiệm thu được trong nghiên

cứu ảnh hưởng đồng thời của thời gian plasma 1 và thời gian plasma 2 ....
.....................................................................................................122
Bảng 3.42 Kết quả kiểm tra về sự phù hợp của mơ hình trong nghiên cứu ảnh hưởng
đồng thời của thời gian plasma 1 và thời gian plasma 2 .......................122
Bảng 3.43 Phân tích phương sai các thành tố của mơ hình trong nghiên cứu ảnh hưởng
đồng thời của thời gian plasma 1 và thời gian plasma 2 .......................122
Bảng 3.44 Tỷ lệ phần trăm các nguyên tử của mẫu trước xử lý, sau xử lý hoạt hóa
plasma, và sau XLHCC với thời gian plasma khác nhau. ....................124
Bảng 3.45 Điều kiện tối ưu của thời gian plasma hoạt hóa và thời gian plasma polyme
hóa trong XLHCC cho vải bơng ...........................................................125
Bảng 3.46 Kết quả bố trí thí nghiệm theo CCF và các giá trị thực nghiệm của nghiên
cứu tối ưu hóa hàm lượng hóa chất trong quy trình XLHCC cho vải bông
ứng dụng công nghệ plasma ..................................................................126
Bảng 3.47 Kết quả kiểm tra về sự phù hợp của mơ hình trong nghiên cứu tối ưu hóa
hàm lượng hóa chất ở quy trình XLHCC có ứng dụng cơng nghệ plasma .
.....................................................................................................127
Bảng 3.48 Phân tích mức ý nghĩa các thành tố của mơ hình trong nghiên cứu tối ưu
hóa hàm lượng hóa chất ở quy trình XLHCC có ứng dụng cơng nghệ
plasma ...................................................................................................127
Bảng 3.49 Tỷ lệ phần trăm các nguyên tử C, O, N, P của mẫu trước và sau XLHCC
với plasma ở các nồng độ hóa chất khác nhau ......................................128
Bảng 3.50 Điều kiện tối ưu trong nghiên cứu kết hợp plasma 1 và plasma 2 xử lý hạn
chế cháy cho vải bông ...........................................................................130
Bảng 3.51 Kết quả kiểm tra các đặc tính của vải xử lý theo phương án tối ưu ở điều
kiện kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông
.....................................................................................................131
Bảng 3.52 So sánh một số yêu cầu của vải trước và sau XLHCC đối với quần áo bảo
vệ chống nhiệt và lửa theo tiêu chuẩn TCVN 6875: 2010 ....................133

xiii

Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của xenlulo [2] ................................................................1
Hình 1.2. Động học quá trình cháy của xenlulo [2] ....................................................3
Hình 1.3. Cơ chế phản hồi một quá trình đốt cháy [19].............................................4
Hình 1.4: Phản ứng của THPC -Ure-amoniac [19] .....................................................7
Hình 1.5. Phản ứng của N-Methyloldimethyl Phosphonopropioamide với xenlulo [2]
.........................................................................................................8
Hình 1.6: Hình ảnh mơ tả về kỹ thuật LbL [57] .......................................................18
Hình 2.1. Cơng thức cấu tạo của N-methylol dimethylphosphonpropionamide ......42
Hình 2.2. Cơng thức cấu tạo của: a) axit citric và b) Dihydroxy ethylene urea (DHEU)
.......................................................................................................43
Hình 2.3. Quy trình XLHCC cho vải bơng bằng phương pháp NE-S-GN ...............44
Hình 2.4. Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện plasma 1 đến một số tính
chất của vải bơng ...................................................................................49
Hình 2.5 Sơ đồ nghiên cứu tác động của plasma 1 trong XLHCC cho vải bơng .....51
Hình 2.6. Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng plasma 2 trong XLHCC cho vải bơng .........52
Hình 2.7 Sơ đồ nghiên cứu áp dụng kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong XLHCC cho
vải bơng..................................................................................................53
Hình 2.8. (a) Thiết bị ngấm ép SDL D394A và (b) Thiết bị sấy SDL D398 ............56
Hình 2.9. Máy giặt Elextrolux EW 1290W ..............................................................57
Hình 2.10. Hình vẽ mơ tả thiết bị plasma DBD ........................................................58
Hình 2.11. Hình vẽ mơ tả vùng phát plasma .............................................................58
Hình 2.12. Hình vẽ mô tả chuẩn bị mẫu vải để xử lý plasma ...................................59
Hình 2.13. Sơ đồ mắc vải vào thiết bị plasma ..........................................................59
Hình 2.14. Bảng điều khiển trên thiết bị plasma DBD .............................................59
Hình 2.15. Hình vẽ mơ tả sơ đồ nối mẫu chuẩn bị plasma lần 2 ..............................59
Hình 2.16. Thiết bị thử nghiệm tính cháy: a- Theo hướng 45°; b- Theo hướng thẳng
đứng .......................................................................................................60
Hình 2.17 Thiết bị kiểm tra LOI ...............................................................................61

Hình 2.18 Thiết bị kéo đứt (a) Tensilon ANDRTC – 1250A và (b) Tenso-lab 2512A,
Mesdan-lab.............................................................................................62
Hình 2.19 Chuẩn bị mẫu đo độ bền xé rách ..............................................................62
Hình 2.20 Phân tích SEM, EDS: (a) Chuẩn bị mẫu, (b) Thiết bị TM4000Plus ........63
Hình 2.21 Thiết bị phân tích FTIR ............................................................................64
Hình 2.22 Quy trình xác định điều kiện tối ưu .........................................................65
Hình 3.1 Thời gian bắt cháy của mẫu trước xử lý; sau xử lý và sau 5 lần giặt.........68
Hình 3.2 Chiều dài than hóa của mẫu trước và sau xử lý .........................................68
Hình 3.3 Thời gian cháy hồn toàn của mẫu trước xử lý; sau xử lý và sau 5 lần giặt ..
.......................................................................................................68
Hình 3.4 Cơ chế phản ứng của Pyrovatex CP New , CA và xenlulo [15] ................70
Hình 3.5 Cơ chế liên kết có thể xảy ra của Pyrovatex CP New, CA, chitosan và
xenlulo ...................................................................................................70
Hình 3.6 Cơ chế liên kết có thể xảy ra của DHEU, Pyrovatex CP New và xenlulo
[130] .......................................................................................................70
Hình 3.7 Mẫu kiểm tra tính cháy theo hướng 45°- (a) Mẫu không xử lý, (b) Mẫu FS2
sau 30 chu kỳ giặt, (c) Mẫu FS1 sau 30 chu kỳ giặt, (d) Mẫu FS3 sau 30
chu kỳ giặt. .............................................................................................72
xiv


Hình 3.8 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng Pyrovatex CP New và
Knittex FFRC đến mức hấp thu hóa chất. .............................................77
Hình 3.9 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng Pyrovatex CP New và
Knittex FFRC đến giá trị LOI. ...............................................................78
Hình 3.10 Thời gian cháy hồn toàn của mẫu sau XLHCC bằng phương pháp NE-SGN với hàm lượng hóa chất khác nhau (Ký hiệu: thời gian plasma 1-thời
gian plasma 2- hàm lượng PR-hàm lượng K-Nhiệt độ - thời gian (gia
nhiệt)) .....................................................................................................78
Hình 3.11 Hình ảnh các mẫu sau kiểm tra tính cháy theo phương thẳng đứng:(a) 0-0350-80-180-120; (b) 0-0-350-100-180-120; (c) 0-0-350-120-180-120,
(d) 0-0-400-80-180-120, (e) 0-0-400-100-180-120; (f) 0-0-400-120-180120; (g) 0-0-450-80-180-120; (h) 0-0-450-100-180-120; (i) 0-0-450-120180-120; (k) Khơng xử lý ......................................................................78

Hình 3.12 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng Pyrovatex CP New và
Knittex FFRC đến lực kéo đứt của vải: a) Hướng dọc; b) Hướng ngang .
.......................................................................................................79
Hình 3.13 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt trong
XLHCC cho vải bông bằng phương pháp NE-S-GN tới: (a) Mức hấp thu
hóa chất và (b) Giá trị LOI ....................................................................84
Hình 3.14 Mẫu đốt theo hướng thẳng đứng, (a) Mẫu sau xử lý, (b) Mẫu sau 10 chu
kỳ giặt, (c) Mẫu sau 30 chu kỳ giặt; (d) Mẫu không xử lý: T1 0-0-450107-160-120; T2 0-0-450-107-170-60; T3 0-0-450-107-170-120; T4 00-450-107-180-60; T5 0-0-450-107-170-90; T6 0-0-450-107-160-60; T7
0-0-450-107-180-120; T8 0-0-450-107-180-90; T9 0-0-450-107-170-90
.......................................................................................................85
Hình 3.15 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến
chiều dài than hóa của vải sau xử lý. .....................................................85
Hình 3.16 Mặt đáp ứng của: (a) Độ bền kéo đứt theo hướng dọc và (b) độ bền kéo
đứt theo hướng ngang ............................................................................86
Hình 3.17 Mức giảm độ bền kéo đứt của mẫu sau xử lý bằng phương pháp NE-S-GN
ở điều kiện gia nhiệt khác nhau (Ký hiệu: thời gian plasma 1-thời gian
plasma 2- hàm lượng PR-hàm lượng K-Nhiệt độ - thời gian (gia nhiệt)) .
.......................................................................................................86
Hình 3.18 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần của mẫu trước xử lý (Co), sau xử lý
(0-0-450-107-170-120-0, 0-0-450-107-180-90-0, 0-0-450-107-180-1200) và sau 30 lần giặt (0-0-450-107-170-120-30, 0-0-450-107-180-90-30,
0-0-450-107-180-120-30) .......................................................................88
Hình 3.19 Đường cong TGA của 3 mẫu: [1] 0-0-450-107-180-90; [2] 0-0-450-107170-120; [3]-Khơng xử lý ......................................................................89
Hình 3.20 Phổ EDS của mẫu trước xử lý (Co), sau xử lý (0-0-450-107-170-120-0) và
sau 30 chu kỳ giặt (0-0-450-107-170-120-30) ......................................90
Hình 3.21 Ảnh hưởng của các thông số hoạt động đến công suất plasma: a) Khoảng
cách phóng điện; b) Tốc độ của vải; c) Cường độ dịng điện; d) Phóng
điện plasma khơng liên tục ở khoảng cách 4 mm ..................................94
Hình 3.22. Mặt đáp ứng của chiều cao cột nước a) Hướng dọc và b) Hướng ngang ...
.......................................................................................................96
Hình 3.23 Lực kéo đứt và độ giãn đứt của vải trước và sau xử lý với plasma ở công

suất và tốc độ của vải khác nhau ...........................................................96
xv


Hình 3.24 Hình thái bề mặt của vải trước và sau xử lý với điều kiện khác nhau về
công suất và tốc độ của vải trong xử lý plasma .....................................97
Hình 3.25 Kết quả đo mao dẫn dọc của các mẫu xử lý plasma ở thời gian khác nhau
.......................................................................................................98
Hình 3.26 Mối quan hệ giữa thời gian xử lý plasma và độ bền kéo đứt của vải sau khi
chỉ xử lý hoạt hóa bằng plasma .............................................................99
Hình 3.27 Hình ảnh chụp bề mặt với độ phóng đại 4000 lần của mẫu vải bơng trước
và sau hoạt hóa bề mặt với thời gian plasma khác nhau (từ 2 s đến 90 s) .
.....................................................................................................100
Hình 3.28 Hình ảnh mẫu trước xử lý (Co), sau xử lý ở điều kiện gia nhiệt 180 °C, 114
s có và khơng có plasma hoạt hóa .......................................................101
Hình 3.29 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần của mẫu trước xử lý, sau xử lý khơng
có và có plasma 1 .................................................................................102
Hình 3.30 Hình ảnh phân bố nguyên tử N, P và phổ EDS: (a) trước xử lý, (b) 0-0450-107-180-114, (c) 90-0-450-107-180-114. ....................................102
Hình 3.31 Phổ FTIR của các mẫu từ dưới lên trên: Khơng xử lý (Co), 0-0-450-107180-114, 90-0-450-107-180-114, và PR..............................................103
Hình 3.32. Mặt đáp ứng ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt trong XLHCC
có áp dụng plasma 1 tới giá trị LOI .....................................................105
Hình 3.33. Thời gian cháy hồn tồn của mẫu không xử lý (Co), mẫu sau xử lý (0
CKG), và mẫu sau 5 chu kỳ giặt (5 CKG)...........................................106
Hình 3.34. Kết quả kiểm tra tính cháy theo hướng thẳng đứng: (a) 90-0-450-107-16060; (b) 90-0-450-107-160-90; (c) 90-0-450-107-160-120; (d) 90-0-450107-170-60; (e) 90-0-450-107-170-90; (f) 90-0-450-107-170-120; (g)
90-0-450-107-180-60; (h) 90-0-450-107-180-90; (i) 90-0-450-107-180120; Co- không xử lý; Hàng dưới: chiều dài than hóa (mm) ..............106
Hình 3.35. Kết quả kiểm tra tính cháy theo hướng thẳng đứng mẫu sau 5 lần giặt: (a)
90-0-450-107-160-60; (b) 90-0-450-107-160-90; (c) 90-0-450-107-160120; (d) 90-0-450-107-170-60; (e) 90-0-450-107-170-90; (f) 90-0-450107-170-120; (g) 90-0-450-107-180-60; (h) 90-0-450-107-180-90; (i)
90-0-450-107-180-120. ........................................................................107
Hình 3.36 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần của mẫu trước và sau xử lý với
plasma và sau XLHCC: a,b - Sau xử lý plasma 45 s và 90 s; c-Mẫu không

xử lý; d,e,f – mẫu gia nhiệt ở điều kiện khác nhau ..............................109
Hình 3.37: Hình ảnh phân bố nguyên tử N, P và phổ đặc trưng của các nguyên
tử:(a)Co; (b)90-0-0-0-0-0; (c)90-0-450-107-160-60; (d)90-0-450-107160-90; (e)90-0-450-107-180-120 .......................................................110
Hình 3.38. Phổ FTIR của mẫu không xử lý, mẫu 90-0-450-107-160-90, và mẫu
Pyrovatex CP New ...............................................................................112
Hình 3.39 Phổ XPS của mẫu trước và sau plasma 1-(a) Mẫu không xử lý, (b) Plasma
45s, (c) Plasma 90s ..............................................................................112
Hình 3.40 Mẫu sau thử nghiệm tính cháy theo phương thẳng đứng với plasma 2: (a)
Không xử lý; (b) 0-60-450-107-0-0; (c) 0-120-450-107-0-0; (d) 0-180450-107-0-0; (e) 0-90-450-107-180-114; (f)0 0-180-450-107-180114;(g) 0-0-450-107-180-114 ..............................................................114
Hình 3.41 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần mẫu trước và sau XLHCC với
plasma 2 có và khơng có gia nhiệt. ......................................................115

xvi


Hình 3.42 Phổ FTIR của Pyrovatex CP New, mẫu vải trước và sau XLHCC với
plasma polyme hóa có và khơng có gia nhiệt. Từ dưới lên trên: Khơng xử
lý; 0-60-450-107-0-0; 0-120-450-107-0-0; 0-180-450-107-0-0; 0-90450-107-180-114; 0 0-180-450-107-180-114; 0-0-450-107-180-114.115
Hình 3.43 Mẫu sau XLHCC kết hợp plasma 1 với plasma 2 có gia nhiệt và khơng
gia nhiệt sau thử nghiệm tính cháy theo tiêu chuẩn ASTM D 6413-2015
.....................................................................................................118
Hình 3.44 Hình ảnh SEM độ phóng đại 4000 lần của mẫu trước và sau XLHCC kết
hợp plasma 1 và plasma 2 ....................................................................118
Hình 3.45 Phổ FTIR của mẫu trước và sau XLHCC với quy trình plasma 1, plasma 2
có và khơng có gia nhiệt. Từ dưới lên trên: Co, 90-180-450-107-0-0, 90180-450-107-160-60, 90-180-450-107-170-60, 90-180-450-107-180-60.
.....................................................................................................119
Hình 3.46 Phổ EDS và sự phân bố nguyên tử N, P trên vải sau XLHCC kết hợp
plasma 1 và plasma 2: a)Co, b) 90-180-450-107-0-0, c) 90-180-450-107160-60, d) 90-180-450-107-170-60, e)90-180-450-107-180-60. ........120
Hình 3.47. Mức độ giảm bền của các mẫu vải dưới tác động của plasma 1 và plasma
2

.....................................................................................................121
Hình 3.48 Mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng đồng thời của thời gian plasma 1 và
plasma 2 đến giá trị LOI ......................................................................123
Hình 3.49 Mẫu sau thử nghiệm tính cháy theo phương thẳng đứng (a) 90-0-450-107160-90; (b) 90-180-450-107-160-90; (c) 90-90-450-107-160-90; (d) 450-450-107-160-90; e) 45-90-450-107-160-90; (f) 45-180-450-107-16090; (g) 0-90-450-107-160-90; (h) 0-180-450-107-160-90; (i) 0-0-450107-160-90; (k) Khơng xử lý ...............................................................124
Hình 3.50 Mức độ giảm bền của mẫu sau XLHCC với thời gian xử lý plasma khác
nhau .....................................................................................................125
Hình 3.51. Mặt đáp ứng của giá trị LOI mẫu sau XLHCC với plasma ở các nồng độ
hóa chất khác nhau ...............................................................................127
Hình 3.52 Mẫu kiểm tra tính cháy theo phương thẳng đứng (a) 30-79-350-80-16090; (b) 30-79-350-100-160-90; (c) 30-79-350-120-160-90; (d) 30-79400-80-160-90; (e) 30-79-400-100-160-90; (f) 30-79-400-120-160-90;
(g) 30-79-450-80-160-90; (h) 30-79-450-100-160-90; (i) 30-79-450-120160-90 ..................................................................................................128
Hình 3.53: Mức giảm độ bền kéo đứt của mẫu sau XLHCC với plasma ở các nồng độ
hóa chất khác nhau. ..............................................................................129
Hình 3.54 Dư lượng formalđehyt đo được trên vải sau XLHCC với plasma ở các hàm
lượng hóa chất khác nhau. ...................................................................130
Hình 3.55 Kết quả kiểm tra TGA của mẫu không xử lý, mẫu xử lý ở điều kiện tối ưu
có và khơng có plasma .........................................................................132

xvii


Hiện nay vải chức năng ngày càng có nhu cầu cao cho các mục đích chuyên dụng
cũng như dân dụng như: Vải chậm cháy, vải kháng khuẩn, vải kháng tia UV… ví dụ
vải bơng chậm cháy. Trong cuộc sống hàng ngày vải bông được dùng rất nhiều như:
quần áo, chăn ga gối, sản phẩm dệt nội thất… Vải bông chiếm khoảng 40% trong
tổng số các loại vải dùng cho ngành dệt may nhờ những tính năng ưu việt của nó như
thấm hút, thống khí, mềm mại…Tuy nhiên, bơng lại là loại vật liệu dễ cháy, dễ bắt
lửa, vì vậy việc xử lý chậm cháy cho vải bông để làm tăng ứng dụng của nó trong đời
sống hàng ngày là rất cần thiết.
Vải được xử lý chậm cháy được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống như:
- Trong gia đình: Đồ ngủ của trẻ em, vải nội thất như: Rèm cửa, vải bọc đồ gỗ...

- Trong công nghiệp dùng làm quần áo bảo hộ các ngành như: Hàn, điện, Cơ khí
gang thép…
- Trong thiết kế nội thất thì khi thiết kế đồ nội thất từ vật liệu dệt trong nhà đều
phải tính đến các vật liệu chậm cháy đặc biệt ở những tịa nhà chung cư hay
cao ốc…những nơi có hiệu ứng nhà kính và nhiệt độ cao.
Các loại vải chức năng nói chung và vải chậm cháy nói riêng có thể được tạo ra
bằng hai cách:
Thứ nhất: sử dụng xơ dệt nhân tạo mới: xơ cháy chậm, xơ không cháy, các loại
xơ biến tính hiệu năng cao, xơ chống các tác nhân hóa học… để tạo ra vải chức năng.
Ưu điểm của phương pháp này là vải có tính chức năng rất cao theo khả năng của xơ
dệt sử dụng. Tuy nhiên các loại xơ này thường có tính hút ẩm kém, độ cứng cao, độ
mềm kém nên gây khó khăn trong q trình gia cơng từ xơ thành vải. Hơn nữa, vải
từ các loại xơ này thường có tính tiện nghi kém. Đặc biệt các loại xơ dệt này thường
có giá thành đắt.
Thứ hai: sử dụng các cơng nghệ hoàn tất để tạo thêm chức năng mới cho vải làm
từ các loại xơ dệt truyền thống như bông, len, tơ tằm … Các cơng nghệ hồn tất
thường được tiến hành như: Xử lý chống cháy, xử lý kháng khuẩn, xử lý làm mềm,
xử lý chống tia tử ngoại…Ưu điểm của phương pháp này là vải chức năng nhưng có
tính tiện nghi mặc cao, dễ gia công dệt, giá thành rẻ. Tuy nhiên, hạn chế của phương
pháp này là tính chức năng của vật liệu sau xử lý thường có độ bền khơng cao trong
q trình sử dụng. Trong q trình xử lý hồn tất sử dụng nhiều năng lượng, nước và
hóa chất gây ơ nhiễm mơi trường tốn chi phí cho q trình xử lý nước thải, chất thải…
Vì những lý do trên việc nghiên cứu hoàn thiện các cơng nghệ hồn tất truyền
thống để nâng cao các tính chất chức năng cho vật liệu dệt và giảm ô nhiễm môi
trường đang được chú trọng phát triển. Theo mục đích này, nhiều kỹ thuật mới đã và
đang được áp dụng trong cơng nghệ xử lý hồn tất chức năng cho vật liệu dệt, trong
số đó, cơng nghệ plasma đang là một kỹ thuật rất được quan tâm. Trên thế giới công
nghệ plasma sử dụng cho ngành dệt may đã có từ hơn 20 năm trước tuy nhiên ở Việt
Nam nó vẫn là một cơng nghệ tiềm năng và mới bắt đầu được nghiên cứu đặc biệt
trong ngành dệt.

xviii


I.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
a) Nhu cầu về vật liệu dệt hạn chế cháy
Sản phẩm dệt có mặt khắp nơi, làm quần áo, sản phẩm nội thất trong gia đình,
nơi cơng cộng, trong các phương tiện giao thơng vận tải…, nơi ln ln có các
nguồn lửa, trong khi phần lớn nguyên liệu dệt lại có khả năng cháy rất tốt, khi gặp
các nguồn lửa (tàn thuốc lá, bật lửa, tia lửa điện…) những sản phẩm dệt này có thể là
nguyên nhân gây ra các vụ hỏa hoạn nghiêm trọng. Nghiên cứu được công bố vào
năm 2015 của Hiệp hội phòng chống cháy Quốc gia Mỹ (National Fire Protection
Association - NFPA) [1] đã tổng kết được vào năm 2013 ở Mỹ ghi nhận được
1.240.000 vụ cháy làm chết 3240 người, 15.925 người bị ảnh hưởng, và gây thiệt hại
11,5 tỉ đơ la Mỹ. Bộ phận phịng cháy Mỹ ghi nhận cứ 25 giây có 1 cuộc gọi báo
cháy, 65 giây có 1 vụ cháy, 85 giây có 1 vụ cháy nhà, 33 phút có 1 người dân bị thiệt
hại vì cháy, cứ 2 h 42 phút có 1 người bị chết vì cháy, 56 giây có 1 vụ cháy bên ngồi
và 167 giây thì có 1 vụ cháy phương tiện giao thơng. Phân tích thống kê về ngun
nhân các đám cháy trong các khu dân cư năm 2013 cho thấy một bằng chứng hiển
nhiên rằng việc sử dụng vật liệu dệt hạn chế cháy có thể phịng tránh những thiệt hại
như vậy. Một nghiên cứu thống kê khác cũng cho rằng 50% các vụ cháy trên thế giới
có nguyên nhân từ vật liệu dệt [2].
Như vậy có thể thấy thế giới cần đến một lượng vật liệu dệt hạn chế cháy rất
lớn, đứng đầu là vật liệu dệt nội thất trong xây dựng. Sản phẩm dệt nội thất bao gồm
các loại sản phẩm như chăn, ga, gối, đệm, thảm, rèm, vải bọc đồ gỗ, đây là các loại
sản phẩm có khả năng gây cháy cao, từ đây cho thấy yêu cầu chậm cháy của vật liệu
dệt nội thất là bắt buộc. Yêu cầu này đã được thể hiện thông qua yêu cầu về chỉ tiêu
hạn chế cháy của vải nội thất ví dụ như yêu cầu tính hạn chế cháy của vải rèm cửa
được thể hiện trong tiêu chuẩn Vương quốc Anh BS 5867-2, ISO 6941 (TCVN 6879),

yêu cầu về tính cháy của vải bọc đồ gỗ được được thể hiện qua các tiêu chuẩn Mỹ
NFPA 260, NFPA 261, hay các tiêu chuẩn của Vương quốc Anh BS-5852. Theo hiệp
hội xơ nhân tạo Châu Âu (CIRFS), tính đến năm 2015, sản lượng xơ dệt trên toàn thế
giới đã đạt khoảng trên 90.639.000 tấn, trong đó xơ dệt sử dụng làm sản phẩm dệt nội
thất chiếm khoảng từ 20 – 30%, điều này cho thấy sản lượng yêu cầu của vải hạn chế
cháy làm vật liệu dệt nội thất là rất lớn. Vật liệu dệt nội thất trong các phương tiện
giao thông vận tải như máy bay, ô tô, tàu thủy cịn có u cầu về tính hạn chế cháy
cao hơn các vật liệu dệt nội thất xây dựng. Một số loại sản phẩm dệt kỹ thuật tuy dùng
bên ngoài nhưng cũng có yêu cầu hạn chế cháy cao là các loại vải lều, trại, nhà bạt…
Vật liệu dệt dùng trong một số ngành cơng nghiệp có liên quan đến cháy nổ như điện,
dầu khí, luyện kim, hàn… Vải làm quần áo có u cầu về tính hạn chế cháy có thể kể
ra là quần áo ngủ trẻ em, quần áo bảo vệ trong nhiều lĩnh vực như quần áo cho phi
cơng, thợ rèn, cơng nhân điện, lính cứu hỏa, cơng nhân làm việc trong lĩnh vực khí
ga, cơng nhân ngành cơng nghiệp kim loại, qn đội, cơng nghiệp dầu khí, ngành
luyện thép, thợ hàn…
Nhu cầu của các vật liệu chậm cháy có mức tăng trưởng hàng năm trên tồn cầu
là 3,4% từ năm 2013 đến 2018, giai đoạn trong những năm 2017 - 2022 tốc độ tăng
trưởng kép hàng năm là 5,4% [3]. Do vậy có thể thấy nhu cầu đối với vật liệu chậm
cháy trên toàn cầu là rất lớn.
Vậy có thể nói, nhu cầu vải hạn chế cháy rất cao và được sử dụng trong tất cả
các nhóm sản phẩm dệt như vải làm quần áo dân dụng, quần áo chuyên dụng, vải nội
thất, vải kỹ thuật, và vải cơng nghiệp.
b) u cầu về tính hạn chế cháy đối với sản phẩm dệt lưu thông trên thị trường
xix


Chính vì nhu cầu của vải hạn chế cháy khá cao nên trên thế giới đã có các tiêu
chuẩn chặt chẽ về yêu cầu tính hạn chế cháy của từng loại sản phẩm dệt khi lưu thông
trên thị trường. Theo tiêu chuẩn FTTS-FA-015 yêu cầu về khả năng chịu lửa đối với
hàng dệt thì quần áo dân dụng phải có thời gian bắt cháy ít nhất là 4 giây khi kiểm tra

tính cháy theo phương pháp thử CPSC 16 CFR mục 1610 và khả năng này phải giữ
được sau 20 lần giặt. Đặc biệt quần áo ngủ trẻ em khi bị kiểm tra theo CPSC 16 CFR
mục 1615/1616 mẫu phải tạo than, chiều dài than hóa trung bình của 5 mẫu phải nhỏ
hơn 17,8 cm trên chiều dài mẫu 25,4 cm, khả năng này phải có độ bền sau 50 chu kỳ
giặt. Đối với các sản phẩm dệt khác theo tiêu chuẩn Châu Âu và quốc tế thì khi vải
kiểm tra tính cháy theo phương pháp thử EN 1103 (cho quần áo) hoặc ISO 6941 thì:
Đối với vải chưa giặt thời gian cháy cho phép chỉ 3 giây, vải sau 3 lần giặt thời gian
cháy cho phép là 20 giây. Thời gian tàn cháy sau khi tắt lửa là 25 giây. Vải cháy phải
tạo thành than, chiều dài than hóa trung bình của 3 mẫu thử là 15 cm trên chiều dàì
mẫu thử 54 cm, khơng nóng chảy...
Vải dệt nội thất như rèm cửa, vải bọc đồ gỗ, vải nội thất sẽ có u cầu cụ thể về
tính hạn chế cháy cho mỗi mục đích sử dụng. Tiêu chuẩn Anh BS 7176 đã phân loại
các môi trường công cộng như rạp chiếu bóng, nhà hát, bệnh viện…thành 4 nhóm:
Nhóm có nguy cơ cháy thấp, nguy cơ cháy trung bình, nguy cơ cháy cao và nguy cơ
cháy rất cao. Từ đó sản phẩm dệt nội thất sử dụng cho các môi trường này sẽ có u
cầu về tính hạn chế cháy tăng dần theo mức độ nguy cơ của từng môi trường, ví dụ
mơi trường có nguy cơ cháy thấp là văn phòng, trường học, bảo tàng và triển lãm.
Đối với môi trường này, vải nội thất vải chịu được các nguồn cháy như tàn thuốc lá
theo tiêu chuẩn BS, EN 1021-1: 1994 và chịu được nguồn lửa của que diêm theo tiêu
chuẩn BS EN 1021-2:1994. Chỉ tiêu chất lượng về tính cháy của vải bọc đồ gỗ quy
định trong tiêu chuẩn Mỹ NFPA 260, NFPA 261 hay tiêu chuẩn Anh BS-5852, vải
rèm cửa theo BS 5867-2, TCVN 6954:2001 yêu cầu về an toàn chống cháy cho vật
liệu sử dụng trong kết cấu nội thất ô tô.
Về quần áo bảo hộ lao động có yêu cầu chống cháy được quy định chi tiết trong
nhiều tiêu chuẩn ví dụ như: TCVN 7617:2007 (ISO 15384:2003) quần áo bảo vệ cho
nhân viên chữa cháy - Phương pháp thử trong phịng thí nghiệm và u cầu tính năng
cho quần áo chữa cháy ngồi trời, TCVN 6875:2010 quy định về quần áo bảo vệ
chống nhiệt và lửa, tương đương với ISO 11612:2008 (Protective clothing – Clothing
to protect against heat and flame), …
Như vậy chúng ta thấy rất nhiều sản phẩm dệt có u cầu về tính hạn chế cháy

rất chặt chẽ theo mục đích sử dụng. Tuy nhiên, chúng ta đều biết sản phẩm dệt không
chỉ có u cầu về tính hạn chế cháy mà cịn có các u cầu khác tùy theo mục đích
sử dụng. Ví dụ vải may mặc nói chung phải đảm bảo u cầu khắt khe về tính tiện
nghi (hút ẩm, thơng hơi, mềm nhẵn) và tính an tồn sinh thái; vải làm quần áo bảo vệ
ngồi các u cầu trên cịn cần có yêu cầu cao về độ bền cơ học… Vậy để đáp ứng
yêu cầu chất lượng của vải, các q trình xử lý hạn chế cháy cho vải khơng những
phải đáp ứng các yêu cầu về tính hạn chế cháy, độ bền của tính chất này theo q
trình sử dụng mà cịn phải đáp ứng tính tiện nghi, tính sinh thái cũng như các tính
chất cơ học của vải…
c) Tính cấp thiết phải xử lý hạn chế cháy cho vải bơng
Nhờ có nhiều tính chất ưu việt nên vải bơng có nhu cầu sử dụng rất cao trong
nhiều lĩnh vực. Theo báo cáo thị trường năm 2019 của tổ chức Textile Exchange (Tổ
chức phi lợi nhuận toàn cầu của các đơn vị dẫn đầu ngành công nghiệp vật liệu và xơ,
sợi) cho thấy rằng xơ bông đứng thứ hai, chiếm khoảng 24,4% về sản lượng xơ, sợi
xx


tồn cầu [4]. Do vừa có tính tiện nghi tốt, lại có độ bền cơ học cao nên vải bơng được
sử dụng làm quần áo dân dụng, quần áo bảo vệ và sản phẩm nội thất như chăn, ga, vỏ
gối, vỏ chăn (vải bông); vải bọc đồ gỗ ...
Các loại vải trên tuy có nhiều tính chất q nhưng chúng lại có hạn chế lớn là
dễ cháy: chỉ số oxy tới hạn (LOI) của bông khoảng 18,4. Bông bắt cháy và cháy rất
dễ dàng, thời gian bắt cháy chỉ khoảng 1 giây, sau khi bắt cháy có thể tự cháy khơng
cần hỗ trợ của ngọn lửa, có tàn lửa khi ngừng cháy, khơng tạo than, tro rời bóp vụn.
Như vậy khả năng cháy tự nhiên của bông không đáp ứng yêu cầu về hạn chế cháy
trong một số mục đích sử dụng như vải nội thất, quần áo bảo vệ có u cầu hạn chế
cháy, quần áo dân dụng... Chính vì lý do này nên trong một số ứng dụng vải bông cần
phải xử lý hạn chế cháy (XLHCC) để đảm bảo chức năng cũng như tính an tồn của
sản phẩm.
II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

- Ứng dụng plasma DBD áp suất khí quyển trong trong q trình xử lý hạn chế
cháy bền cho vải bông
- Vải sau xử lý hạn chế cháy đáp ứng các tiêu chí của vải chậm cháy (giá trị LOI
> 25% [5, 6], hoặc thời gian cháy hoàn toàn ≤ 2 giây [7, 8]).
- Tổn thất độ bền cơ học thấp nhất có thể (thấp hơn xử lý ở điều kiện thường)
- Dư lượng formalđehyt tự do < 300 ppm (chỉ tiêu dành cho nhóm III (quần áo
khơng tiếp xúc trực tiếp với da) theo tiêu chuẩn OEKO - Tex 100 [9])
- Tạo ra vải bông chậm cháy bền giặt.
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
- Vải bông sau tiền xử lý
- Các chất chậm cháy chứa N – P (Pyrovatex CP New và Diamonium hydrogen
photphate, chất liên kết ngang khơng formalđehyt (axit citric và DHEU biến tính)
và các chất trợ khác
- Thiết bị plasma DBD
- Nghiên cứu ở quy mơ phịng thí nghiệm.
IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
1. Nghiên cứu xử lý hạn chế cháy cho vải bông bằng phương pháp truyền thống ngấm
ép - sấy - gia nhiệt (NE-S-GN):
- Nghiên cứu lựa chọn hóa chất chậm cháy và chất liên kết ngang trong xử lý hạn
chế cháy cho vải bơng
- Nghiên cứu cơng nghệ hồn tất hạn chế cháy cho vải bông sử dụng tổ hợp hóa
chất chậm cháy đã lựa chọn
2. Nghiên cứu ứng dụng plasma trong quy trình xử lý hạn chế cháy cho vải bông:
- Xác định các thông số của thiết bị plasma
- Nghiên cứu ứng dụng plasma hoạt hóa (plasma 1) trong xử lý hạn chế cháy cho
vải bông
- Nghiên cứu ứng dụng plasma polyme hóa và ghép chất chậm cháy (plasma 2)
trong xử lý hạn chế cháy cho vải bông
- Nghiên cứu áp dụng kết hợp plasma 1 và plasma 2 trong xử lý hạn chế cháy cho
vải bông

V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
Nội dung nghiên cứu trên được thực hiện bằng các phương pháp sau:
Nghiên cứu tổng quan các tài liệu.
Nghiên cứu thực nghiệm tạo mẫu theo quy mơ phịng thí nghiệm.

xxi


Sử dụng các phương pháp phân tích cơ lý, hố để kiểm tra các tính chất của mẫu
vải bơng trước và sau xử lý,
Sử dụng các phương pháp phân tích thống kê để phân tích xử lý số liệu thu
được.
Sử dụng các phương pháp so sánh để đánh giá kết quả nhận được.
VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN
- Đã đưa ra được quy trình cơng nghệ xử lý hạn chế cháy tối ưu cho vải bông sử
dụng phối hợp chất chậm cháy Pyrovatex CP New (PR) và chất liên kết ngang
DHEU biến tính (K) bằng phương pháp ngấm ép - sấy - gia nhiệt. Quy trình với
bốn thơng số công nghệ tối ưu (hàm lượng chất chậm cháy và chất liên kết ngang
(LKN), nhiệt độ và thời gian gia nhiệt) đảm bảo vải bơng sau xử lý có LOI > 25,
độ bền giặt của tính hạn chế cháy tới 20 lần, tổn thất độ bền kéo đứt của vải nhỏ
hơn 30%, dư lượng formalđehyt của vải < 300 ppm).
- Đã xác định được vai trò của plasma hoạt hóa và plasma polyme hóa và ghép chất
chậm cháy trong việc hình thành liên kết hóa học bền vững giữa chất chậm cháy
và vải bông cũng như tác động không mong muốn của chúng tới độ bền kéo đứt
của vải. Từ đó, đã đề xuất được quy trình XLHCC có sử dụng plasma tối ưu cho
vải bơng (quy trình áp dụng đồng thời cả plasma hoạt hóa và plasma polyme hóa
và ghép chất chậm cháy kết hợp gia nhiệt). Tuy nhiên, thời gian của các công đoạn
plasma giảm xuống mức tối thiểu, sao cho plasma chỉ có vai trị hỗ trợ tạo liên kết
hóa học giữa chất chậm cháy và vải bông mà chưa gây ra tổn thất cơ học cho vải.
Kết quả vải sau xử lý vẫn đảm bảo LOI > 25, khả năng chậm cháy đảm bảo sau

20 lần giặt, hàm lượng formalđehyt < 300 ppm, trong khi giảm được tổn thất độ
bền kéo chỉ 21% và độ bền xé chỉ 24%.
- Các kết luận trong luận án đều đảm bảo tính khoa học và độ tin cậy do:
+ Đã sử dụng phương pháp toán học đáp ứng bề mặt để xác định được ảnh hưởng
của các thông số cơng nghệ đến các tính chất của vải cho thấy kết quả nhận được
khơng mang tính ngẫu nhiên.
+ Khả năng chậm cháy của vải đều được kiểm định bằng các phương pháp trực
quan (đốt mẫu theo hướng 45° hoặc theo phương thẳng đứng) và định lượng (chỉ
số LOI). Hơn nữa, các kết quả này đều phù hợp với hàm lượng Phosphor (P) của
vải phân tích bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) cho thấy độ tin cậy của
các kết quả nghiên cứu.
+ Ảnh SEM của các mẫu đã chứng minh được rằng trên bề mặt xơ bông của mẫu
sau xử lý hạn chế cháy đều có một lớp phủ hóa chất, đồng thời phân tích EDS đã
chứng minh được rằng các lớp phủ này có chứa P và Nitơ (N) được phân bố khá
đồng đều trên vải. Bằng phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) đã
chứng minh rằng xenlulo bơng đã tạo liên kết hóa học được với PR và quá trình
plasma đã tạo ra được sự polyme hóa và ghép đồng thời PR lên vải bông ngay cả
khi không cần gia nhiệt.
+ Thông qua hàm lượng P, N có trên vải đã chứng minh rằng mẫu sau xử lý có khả
năng chậm cháy vì có chứa P.
+ Các kết quả phân tích đã chứng minh rằng nghiên cứu này đã đưa được PR và K
lên vải bông bền vững sau 20 lần giặt.
VII. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
- Vải sau xử lý theo quy trình có áp dụng plasma của luận án có tính cháy và độ bền
cơ học phù hợp với yêu cầu của vải chậm cháy dùng làm quần áo bảo vệ chuyên
dụng theo tiêu chuẩn TCVN 6875: 2010. Hơn nữa, giảm được mức tổn thất độ
-

xxii

bền kéo đứt của vải trong quá trình xử lý, tăng tính thân thiện với mơi trường của
sản phẩm nhờ giảm được hàm lượng hóa chất sử dụng.
- Quy trình công nghệ xử lý hạn chế cháy cho vải bông có áp dụng plasma DBD
của luận án có tính thực tiễn cao nhờ các đặc điểm sau: plasma áp suất thường
đảm bảo tính liên tục của sản phẩm trong sản xuất lớn, khơng u cầu bổ sung các
loại khí. Ngun liệu đầu vào là vải bông sau tiền xử lý ở quy mơ cơng nghiệp
khơng địi hỏi bổ sung các công đoạn xử lý đặc biệt. Vải sử dụng trong nghiên
cứu có khối lượng từ 190 đến 250 g/m 2 là loại vải thông dụng trong sản xuất và
tiêu dùng.
VIII. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
1. Sử dụng chất LKN khơng formalđehyt (Knittex FFRC (DHEU biến tính)) phối
hợp với chất chậm cháy Pyrovatex CP New (MDPA) như tổ hợp hóa chất mới để
xử lý chậm cháy bền cho vải bông.
2. Xác định được thông số công nghệ tối ưu (hàm lượng PR và K, thời gian và nhiệt
độ gia nhiệt) cho quy trình XLHCC cho vải bơng sử dụng tổ hợp hóa chất này
bằng phương pháp NE-S-GN truyền thống. Kết quả cho thấy, vải sau xử lý có khả
năng chậm cháy bền, hơn nữa, tổn thất độ bền cơ học thấp hơn sử dụng chất LKN
là axit citric. Dư lượng formalđehyt trên vải sau xử lý phù hợp với nhóm III tiêu
chuẩn Oeko-Tex 100
3. Xác định được quy trình cơng nghệ XLHCC có áp dụng plasma tối ưu cho vải
bơng bao gồm cả 3 cơng đoạn plasma hoạt hóa, plasma polyme hóa và gia nhiệt.
Quy trình được xác định với 6 thông số công nghệ tối ưu: Hàm lượng chất chậm
cháy và chất liên kết ngang; thời gian plasma hoạt hóa và thời gian plasma polyme
hóa; nhiệt độ và thời gian gia nhiệt. Kết quả là, so với quy trình tối ưu bằng phương
pháp NE-S-GN, vải sau xử lý vẫn đảm bảo tính chậm cháy bền, dư lượng
formalđehyt trên vải sau xử lý phù hợp với nhóm III tiêu chuẩn Oeko-Tex 100
trong khi mức tổn thất độ bền kéo thấp hơn ~ 7%, giảm được lượng hóa chất sử
dụng (11,8% PR và 7,5% K).
IX. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN

xxiii


1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1 Giới thiệu về vải bông và cơ chế hạn chế cháy cho xenlulo
1.1.1 Giới thiệu về vải bông
Vải bông được dệt từ sợi bông 100% loại sợi mềm và đều sợi. Loại sợi này chủ
yếu được dùng để xe chỉ hay sợi và dệt thành loại vải mềm, thống khí, thấm hút mồ
hơi… Trong số các xơ dệt thiên nhiên đây là loại xơ được sử dụng rộng rãi nhất trong
ngành dệt may hiện nay: Sử dụng để may quần áo may mặc như quần áo mặc ngồi,
quần áo lót, quần áo thể thao...; Vải sử dụng trong nhà như chăn, ga, gối, đệm, khăn
trải bàn, khăn tắm, khăn mặt, bít tất...; Sử dụng trong y tế như bông, gạc…; Sử dụng
trong công nghiệp (vải kỹ thuật).
Xơ bơng có nguồn gốc thực vật, có thành phần chủ yếu là α - xenlulo (88,0–
96,5%) [10]. Công thức phân tử của xenlulo: (C6H10O5)n ∼ [C6H7O2(OH)3]n [11].

Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của xenlulo [2]

Xơ bơng mang tất cả các tính chất lý hóa của xenlulo như dễ hấp thu hơi nước
và khí, khơng tan trong nước (bị trương nở trong nước) mà tan trong các dung môi
hữu cơ như benzene, chloroform, dung dịch nước của phức chất đồng –
ammoniac…Khối lượng riêng khoảng 1,54 1,56 g/cm3. Ở điều kiện môi trường
chuẩn 25 °C, độ ẩm 65% thì độ ẩm cân bằng của bơng khoảng 7 ÷ 8%.
Xơ bơng là một loại xơ mảnh có độ bền tốt. Độ bền tùy thuộc vào độ chín, độ
bền kéo đứt khoảng 2,5 – 4,9 (g.lực). Vải bơng có độ bền nhiệt tốt, bị giảm bền ở
150 °C, nhiệt độ bắt cháy khoảng 350 °C [12]. Thời gian chiếu sáng kéo dài bông sẽ
trở nên vàng. Khi tiếp xúc với lửa thì xơ bơng là vật liệu cháy rất mạnh, khi rút lửa
ra vẫn cháy. Khi cháy có mùi thơm như giấy cháy, tro rời và màu trắng.
Ở trong điều kiện ẩm và đặc biệt điều kiện nhiệt độ tương đối cao là điều thích

hợp cho vi khuẩn phát triển. Vi khuẩn và nấm mốc phát triển mạnh gây nên q trình
thủy phân rất mạnh dẫn tới phá hủy tồn bộ bông.
Trong môi trường axit, bông bị phân hủy mạnh với các axit vơ cơ như (axit
sulfuric, axit clohydric,…), cịn axit hữu cơ cũng có thể phá hủy xenlulo nhưng yếu
hơn axit vô cơ. Phân tử xenlulo bị phân hủy, liên kết glucozit bị đứt và kết hợp với
nước tạo thành gluco. Ngược lại, xenlulo bền vững trước tác dụng của kiềm. Môi
trường kiềm không trực tiếp phá vỡ liên kết glucozit nhưng tạo điều kiện để oxy của
khơng khí oxy hóa xenlulo tạo thành hỗn hợp phức tạp gọi là oxyxenlulo, đặc biệt khi
phản ứng có đun nóng [11]. Xơ bơng có tác dụng mạnh với chất oxi hóa - khử như
nước Javen, H2O2, trong đó các nhóm hydroxyl (-OH) bị oxi hóa, liên kết glucozit bị
đứt, độ bền xơ sẽ bị giảm, nếu quá trình tiếp diễn thì cuối cùng xơ sẽ biến thành dạng
bột.
Vải bông là vật liệu phổ biến nhất, được ưa thích nhất do tính phù hợp đặc tính
sinh lý của con người nhưng lại vào loại dễ cháy nhất [2, 13-17]. Công nghệ xử lý
1


hạn chế cháy cho vật liệu dệt chủ yếu xử lý hạn chế cháy cho sản phẩm dệt từ xenlulo
[18]. Khả năng cháy của vật liệu dệt có thể được biết đến thông qua chỉ số tới hạn
oxy LOI (tỉ lệ thể tích oxy tối thiểu trong hỗn hợp khí để duy trì sự cháy của vật liệu
đó). Giá trị này càng lớn thì sự cháy càng khó xảy ra. Các giá trị của những thông số
này cho các loại xơ được ghi trong Bảng 1.1 [1].
Bảng 1.1. Các thông số về khả năng cháy của một số xơ [1].

Xơ
Nhiệt độ bắt cháy Tc (°C)
LOI (%)
Len
600
25,0

Bơng
350
18,4
Visco
420
18,9
Triacetate
540
18,4
Nylon6
450
20,0-21,5
Nylon 66
530
20-21
Polyeste
480
20-21,5
Acrylic
>250
18,2
Polypropylene
550
18,6
Modacrylic
690
29-30
PVC
450
37-39

PVDC
532
60,0
PTFE
560
95,0
Nomex
500
28,5-30
Kevlar
>550
29
PBI
>500
40-42
Vật liệu có giá trị LOI >25 được coi là chậm cháy [5, 6]. Trên cơ sở này cho
thấy rằng bơng có LOI khoảng 18,4 (< 25), giá trị nhiệt độ bắt cháy 350 °C cho thấy
nó tương đối dễ bắt lửa. Tính dễ cháy của bông là do trong thành phần cấu tạo chỉ có
C, H, O trong đó tỷ lệ oxy đạt đến 49,4%, khi bị nhiệt phân sẽ thoát ra các loại khí
như CO và O2 dạng phân tử. Những thứ này tham gia vào quá trình cháy của vật liệu,
nghĩa là oxy cần thiết cho sự cháy được chuyển hóa chính từ vật liệu cháy, cịn carbon
thì chuyển hóa thành các khí dễ cháy như CH4, C2H6,… nên dễ bắt lửa, dễ lan tỏa [6].
1.1.2 Cơ chế cháy của xenlulo
Nghiên cứu [19] đã mơ tả q trình nhiệt phân và đốt cháy các polyme bao gồm
nhiều giai đoạn. Bắt đầu với q trình làm nóng một chất nền polyme bên ngoài dẫn
đến việc tạo ra nhiên liệu dễ cháy. Sự hiện diện của oxy là nhiên liệu để đốt cháy và
duy trì ngọn lửa. Trong giai đoạn này, một phần của nhiên liệu là hoàn toàn bị đốt
cháy. Các phần khác vẫn cịn và có thể được đốt trong sự hiện diện của một chất xúc
tác hoặc do dư thừa của oxy. Nhiệt hình thành, một phần sẽ quay trở lại bề mặt và
gây ra quá trình nhiệt phân tiếp theo, và duy trì quá trình đốt cháy.

Quá trình cháy diễn ra qua 4 giai đoạn (Hình 1.2) [2]:
A- Làm nóng bề mặt
B- Phân hủy (nhiệt phân)
C- Đánh lửa
D- Cháy

2