Nghiên cứu so sánh phương pháp xử lý hoàn tất chống tia UV của vải bằng hoá chất hữu cơ và vô cơ

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

NGUYỄN HẢI YẾN

NGHIÊN CỨU SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HỒN TẤT
CHỐNG TIA UV CỦA VẢI BẰNG HĨA CHẤT HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU MAY

Hà Nội, 2010


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

NGUYỄN HẢI YẾN

NGHIÊN CỨU SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HỒN TẤT CHỐNG
TIA UV CỦA VẢI BẰNG HĨA CHẤT HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU MAY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
TS HỨA THÙY TRANG

Hà Nội, 2010

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................. 1
MỞ ĐẦU ................................................................................................... 3
Chương I ................................................................................................... 5
TỔNG QUAN ........................................................................................... 5
1.1. Tính cấp thiết về sản phẩm dệt may chống UV ............................. 5
1.1.1. Khái niệm về tia UV
5
1.1.2. Tác hại của tia UV đối với da 6
1.1.3. Bức xạ UV trên lãnh thổ Việt Nam
8
1.2. Một số nghiên cứu về vật liệu dệt may chống tia UV ....................... 10
1.2.1. Ảnh hưởng của vật liệu dệt đến khả năng chống tia UV 10
1.2.2. Sử dụng các hóa chất chống tia UV cho vật liệu dệt
14
1.2.3. Một số phương pháp liên kết chất chống tia UV cho vật liệu dệt
21
1.2.4. Một số công nghệ xử lý chống tia UV [24]22
1.3. Các phương pháp đánh giá khả năng chống tia UV của vải ........... 38
1.4. Các tính chất của vải xử lý bằng hoá chất chống UV sử dụng cho bộ
quần áo chống nắng................................................................................ 41
1.5. Kết luận phần tổng quan .................................................................. 43
Chương II................................................................................................ 44
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 44
2.1. Mục đích nghiên cứu........................................................................ 44
2.2. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 44
2.2.1. Vải
44
2.2.2. Hóa chất hồn tất chống tia UV
46

2.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................. 49
2.3.1. Phương pháp xử lý hóa chất chống UV lên vải 49
2.3.2. Phương pháp xác định một số tính chất sử dụng của vải chống tia UV
52
2.3.3. Phương pháp quy hoạch thống kê xác định ảnh hưởng đồng thời của
các thông số công nghệ đến khả năng chống nắng của vải.[2,3] 68
2.4. Kết luận chương II....................................................................... 76
Chương 3................................................................................................. 78
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ......................................... 78
3.1. Khảo sát khả năng chống tia UV của dung dịch hóa chất............... 78
3.1.1. Khảo sát khả năng chống UV của dung dịch Oxalanilide
78
3.1.2. Khảo sát khả năng chống UV của dung dịch tetrabutyl titanate
79
1


3.2. Xử lý hoá chất chống UV trên vải dệt thoi Cotton 100% ................. 80
3.2.1. Xử lý chống tia UV cho vải dệt thoi Cotton 100% bằng Oxalanilide
80
3.2.2. Xử lý chống tia UV cho vải dệt thoi Cotton 100% bằng Tetrabutyl
Titanate
82
3.3. Kết quả xử lý chống tia UV trên vải dệt thoi Polyester/Cotton 83/1785
3.4. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa xử lý chống tia UV cho vải bằng sol
tetrabutyl titanate dùng phương pháp ngấm ép. ..................................... 86
3.4.1. Lựa chọn vùng biến thiên của các biến số 86
3.4.2. Phương án thí nghiệm 87
3.4.3. Kết quả thí nghiệm
90

3.4.4. Đánh giá các thông số ảnh hưởng thông qua các đồ thị 93
3.4.4. Kết luận các thông số công nghệ tối ưu 98
3.5. Đánh giá chất lượng tổng hợp của vải CSGT sau xử lý sol Tetrabutyl
titanate theo phương án tối ưu................................................................ 99
3.5.1. Tiêu chí độ bền 99
3.5.2. Tiêu chí tính bảo quản 102
3.5.3. Tiêu chí tính tiện nghi 103
3.5.3.2. Tính thống khí
104
3.5.3.3. Tính truyền nhiệt 105
3.5.3.4. Tính truyền ẩm
106
3.6. Kết luận chương III........................................................................ 110
KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................... 111
Tài liệu tham khảo ................................................................................ 113

2


MỞ ĐẦU
Trong những thập niên gần đây, thế giới đã có những phát triển vượt bậc
trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Cùng với sự phát triển của khoa học
ngày càng cao thì yêu cầu về nhu cầu bảo vệ sức khỏe con người tránh khỏi tác
động của môi trường sống và làm việc càng cao bấy nhiêu. Chính vì vậy, ngày nay
đối với con người quần áo khơng chỉ có những chức năng bảo vệ cơ thể truyền
thống mà cịn phải có chức năng bảo vệ sức khỏe chuyên dụng để con người có thể
chống chịu lại những điều kiện sống và làm việc khắc nghiệt. Chẳng hạn như khi
làm việc trong mơi trường hóa chất độc hại thì địi hỏi phải có trang phục bảo vệ
chống hóa chất; làm việc trong bệnh viện thì cần có quần áo diệt khuẩn, chống lây
nhiễm; làm việc ngồi trời thì cần có quần áo chống tia UV (cực tím)….

Tia cực tím là phần rất nhỏ trong quang phổ mặt trời nhưng lại có ảnh hưởng
rất lớn đến tất cả các nguồn sống hữu cơ nói chung và con người nói riêng trên trái
đất. Việc sử dụng các đồ dùng, thiết bị giải phóng khí CFC là ngun nhân chủ yếu
của việc thủng tầng ozon, làm giảm khả năng hấp thụ dải bước sóng UV chiếu
xuống trái đất. Những bức xạ đó có thể là nguyên nhân của những ảnh hưởng từ
mức đơn giản là tàn nhang đến mức cao là ung thư da nguy hại nếu không được bảo
vệ. Kem chống nắng, quần áo che chắn là sự bảo vệ hữu hiệu nhất chống lại những
ảnh hưởng có hại của tia tử ngoại. Với những nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu dệt,
các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu được những hóa chất xử lý hoàn tất
vải nhằm nâng cao khả năng chống tia UV cho các sản phẩm dệt may dân dụng và
chuyên dụng.
Cùng với xu hướng phát triển của thế giới và nhu cầu cấp thiết về vật liệu dệt
chống tia UV luận văn triển khai nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu so sánh phương
pháp xử lý hoàn tất chống tia UV cho vải bằng hóa chất hữu cơ và vơ cơ”
Mục đích nghiên cứu của luận văn:

3


-

So sánh ảnh hưởng của việc sử dụng hoá chất hữu cơ (Oxalanilide) và

hố chất vơ cơ (tetrabutyl titanate) tới khả năng chống tia UV của vải
-

Xây dựng quy trình cơng nghệ xử lý hồn tất chống tia UV cho vải

may đồng phục quần áo cảnh sát giao thông Việt Nam
-

Đánh giá được ảnh hưởng của xử lý hoàn tất bằng hố chất hữu cơ

(Oxananilide) và hố chất vơ cơ (sol Tetrabutyl titanate) tới tính chất cơ lý của vải
trước và sau khi xử lý hoàn tất chống tia UV (độ bền kéo đứt, độ bền xé rách, tính
truyền nhiệt - truyền ẩm, độ kháng nhàu, độ mềm của vải, cảm giác sờ tay của vải).
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
-

Đối tượng nghiên cứu: hóa chất chống tia UV có nguồn gốc hữu cơ và

vơ cơ và vải dệt thoi vân chéo từ xơ bông 100% và vải pha polyester/cotton 83/17.
-

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu so sánh phương pháp xử lý hoàn tất

chống tia UV của vải bằng hóa chất hữu cơ và vơ cơ. Đánh giá được ảnh hưởng của
xử lý hồn tất bằng hố chất hữu cơ (Oxananilide) và hố chất vơ cơ (Tetrabutyl
titanate) tới tính chất cơ lý của vải trước và sau khi xử lý hoàn tất chống tia UV
Ý nghĩa khoa học của luận văn: So sánh tìm ra được phương pháp và hóa
chất xử lý chống tia UV cho vải may đồng phục cảnh sát giao thông Việt Nam. Xác
lập được các thông số công nghệ tối ưu để xử lý vải chống tia UV theo hóa chất và
phương pháp đã lựa chọn được.
Giá trị thực tiễn của đề tài: Đưa ra được quy trình cơng nghệ xử lý chống tia
UV cho vải cảnh sát giao thông.
Nội dung bao gồm 3 phần:
1.

Chương 1: Tổng quan

2.

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận

4


Chương I

TỔNG QUAN
1.1.

Tính cấp thiết về sản phẩm dệt may chống UV

1.1.1. Khái niệm về tia UV
Quá trình nghiên cứu tìm hiểu về tia cực tím (UV), những đặc tính của chúng,
và những ảnh hưởng của chúng lên các sinh vật sống là một quá trình lâu dài, kéo
dài gần như 3 thế kỉ bắt đầu từ thế kỉ XVII. Cực tím có nghĩa là trên của sắc tím.
Sắc tím là màu có bước sóng ngắn nhất có thể nhìn thấy. Dân gian cịn quen gọi tia
cực tím là ánh sáng đen, vì chúng vơ hình với mắt người. Một vài động vật, như
chim, bị sát, và cơn trùng như ong, có thể nhìn tia cực tím ngắn. Một vài loại trái
cây, hoa, và hạt sặc sỡ hơn trong môi trường tia cực tím, so sánh hình ảnh trong ánh
sáng thường nhìn bởi mắt người, để hấp dẫn các cơn trùng và chim. Một vài lồi
chim có những hình thù trên bộ cánh chỉ nhìn được dưới tia cực tím, khơng thể nhìn
được dưới ánh sáng. Nước tiểu của một số lồi động vật cũng chỉ có thể thấy bằng
tia cực tím.

Nhóm UV gần có bước sóng từ 280 đến 400 nm, nhóm UV xa có bước sóng
từ 180 đến 280 nm và UV chân khơng có bước sóng dưới 180 nm. Các nhóm UV
này được phân loại bởi các nhà vật lý dựa trên những đặc tính của tia. Nhóm UV-A
nằm trong vùng bước sóng từ 315 – 400 nm, nhóm UV-B có bước sóng từ 280 –
315 nằm trong vùng giữa UV-A và UV-C, nhóm UV C nằm trong vùng dưới 280
nm. Mặt trời tỏa ra tia cực tím UV-A, UV-B và UV-C, nhưng bởi sự hấp thụ của
tầng ơzơn, 99% tia cực tím đến được mặt đất là thuộc dạng UVA. Bản thân tầng
ozôn được tạo ra nhờ phản ứng hố học có sự tham gia của tia UV-C. Da người cần
phải được bảo vệ chống lại bức xạ UV quá mức, chủ yếu là loại UV-B. Bức xạ
trong dải này chiếm khoảng 5 – 6% tổng tia tới.

5


Hình 1.1: Phân loại bức xạ UV [15]

1.1.2. Tác hại của tia UV đối với da
Việc tắm nắng với lượng tia UV thích hợp đẩy mạnh q trình tuần hồn
máu, thúc đẩy sự trao đổi chất và cải thiện sự chống một vài nguồn bệnh. Nhiều
người thích tắm nắng kéo dài sẽ nguy hại đến sức khỏe của họ.

Hình 1.2: Bức xạ UV xuyên vào da [16]
Tia UVB là thành phần gây hại nhất của tia cực tím. Tia cực tím gây hại cho
DNA của sinh vật nói chung và con người nói riêng theo nhiều cách. Một trong
những cách phổ biến nhất tác động liên kết bất thường giữa 2 đơn phân kế cận thay

6


vì giữa các đơn phân bổ sung trên 2 mạch đối nhau (tạo bậc thang). Kết quả là DNA

có một chỗ phình trong cấu trúc và nó khơng cịn có thể thực hiện những chức năng
bình thường nữa.

Hình 1.3: Bức xạ UV tác động lên DNA [17]
Quá trình xâm nhập của tia UV vào trong lớp đầu tiên của da gây ra nguy
hiểm cho lớp phía dưới và gây ra sự lão hóa sớm của làn da gây các ảnh hưởng như
cháy nắng, sưng tấy đỏ, tàn nhang, lõm, nhăn, tế bào vẩy và ung thư da.

Hình 1.4: Da bị cháy nắng [18]

7


Hình 1.5: Da bị tàn nhang [19]

Hình 1.6: Ung thư da [20]

1.1.3. Bức xạ UV trên lãnh thổ Việt Nam
Trên thế giới hiện nay, mức độ nguy hiểm của tia cực tím được thể hiện bằng
chỉ số UV Index. Chỉ số này cho biết mức độ nguy hại của tia UV ở các mức: ít,
trung bình, cao và rất cao.

Hình 1.7: Chỉ số UV Index [21]
Việt Nam nằm ở vĩ tuyến 8°27′ - 23°23′ Bắc. Đây là vùng địa lý có chỉ số
UV Index thường xuyên ở mức cao và nguy hiểm. Vào những ngày mùa đông, chỉ

8


số UV Index của các vùng ở Việt Nam cũng thường xuyên nằm ở mức cao (6-8).

Vào những ngày mùa hè, chỉ số này cịn nằm ln nằm ở mức cao nhất.

Hình 1.8: Phân bố chỉ số UV Index trên tồn thế giới ngày 1/11/2010 [22]

Hình 1.9: Chỉ số UV Index của Việt Nam ngày 7/11/2010

Sự khắc nghiệt của thời tiết khiến nhu cầu sử dụng các sản phẩm chống nắng
ở Việt Nam rất lớn. Nước ta đã và đang sử dụng nhiều vật liệu dệt chống UV. Ngoài
ra, khi nền kinh tế nước ta hội nhập đầy đủ với nền kinh tế thế giới nhu cầu sử dụng
loại vật liệu này dự báo sẽ tăng mạnh. Nhìn chung sản phẩm dệt may chống tia UV
là một trong những sản phẩm dệt may chức năng có ý nghĩa nhất và ngày càng được
quan tâm bởi tính hữu ích trong các ứng dụng to lớn. Các nhà máy sợi ở Việt Nam
mới thử nghiệm và sản xuất sợi bông 100% chi số cao và các cơng nghệ dệt, nhuộm
hồn tất cho phép tạo ra các mặt hàng có giá trị tăng cao cung cấp cho các doanh

9


nghiệp may. Tuy nhiên việc nghiên cứu để làm chủ các cơng nghệ hồn tất chức
năng tạo ra các đặc tính riêng biệt cho vải như khả năng bảo vệ chống tia UV, đặc
tính quản lý ẩm tạo cảm giác tiện nghi khi mặc… chưa được quan tâm nghiên cứu
để đáp ứng yêu cầu của khách hàng, đặc biệt trong giai đoạn mà thị trường dệt may
Việt Nam phải cạnh tranh với rất nhiều cơng ty sản xuất nước ngồi trong việc
chiếm lĩnh thị trường xuất khẩu sang EU và Mỹ. Vì vậy vấn đề nghiên cứu cơng
nghệ để có thể sản xuất thành công những sản phẩm vải chức năng mới là rất cần
thiết.

1.2. Một số nghiên cứu về vật liệu dệt may chống tia UV
1.2.1. Ảnh hưởng của vật liệu dệt đến khả năng chống tia UV
Hiện nay có ba cách bảo vệ để chống lại những ảnh hưởng có hại của tia UV

đó là: hạn chế thời gian hoạt động dưới tác dụng ánh sáng mặt trời, sử dụng kem
chống nắng và quần áo bảo vệ. Ngoài kem chống nắng, vật liệu dệt may và các phụ
kiện làm từ vật liệu dệt được sử dụng rộng rãi để chống UV. Vật liệu dệt chống tia
UV thường được dùng trong các sản phẩm che chắn ánh nắng mặt trời nói chung,
và dùng trong may mặc nói riêng. Chống UV qua sản phẩm dệt may bao gồm các
loại quần áo khác nhau, phụ kiện như mũ, giày, cấu trúc che như ô, mái hiên, và vật
liệu dệt để sản xuất chúng. Vật liệu che nắng và các mặt hàng quần áo hấp thụ hoặc
bức xạ một phần bức xạ UV, làm giảm lượng ánh sáng va chạm vào biểu bì và do
vậy mà làm giảm liều lượng bức xạ gây tổn thương đến da. Vì vậy vật liệu đóng
một vai trị quan trọng và có thể tăng chỉ số bảo vệ bằng cách chọn vật liệu.
1.2.1.1. Khả năng chống UV của xơ dệt
Theo các cơng trình đã nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới gần
đây cho biết khả năng kháng tia UV của vật liệu dệt phụ thuộc lớn vào cấu trúc của
xơ. Với cấu trúc vải tương tự như nhau thì khả năng ngăn ngừa tia UV của vật liệu
được sắp xếp theo thứ tự tăng dần như sau: bông < tơ tằm < len < polyamit <
polyester. Bản chất cấu trúc của xơ ảnh hưởng đến giá trị chỉ số chống nắng UPF
(UV protection factor) do chúng biến đổi khi có sự truyền qua của tia cực tím. Xơ

10


thiên nhiên như cotton, tơ tằm và len có mức UPF thấp hơn xơ tổng hợp như
polyester (PET). Vải cotton mộc chưa tẩy trắng có giá trị UPF cao hơn vải đã tẩy
trắng bởi trong màu tự nhiên của xơ bơng có chứa pectin và sáp hoạt động như chất
hấp thụ UV. Xơ thiên nhiên thô như lanh và đũi có UPF đạt 10, 15, 20 do có chứa
lignin. Lignin phản ứng như chất hấp thụ tự nhiên. Len có khả năng hấp thụ mạnh
mẽ trong vùng 280 – 400 nm và thập trí trên 400 nm. Tơ tằm bị ảnh hưởng đến chất
lượng màu, độ bền và tính đàn hồi trong cả điều kiện khô và ướt. Xơ PET do có
hàm lượng TiO2 cao nên có khả năng chống tia cực tím cao nhất trong các loại xơ
dệt.

1.2.1.2. Ảnh hưởng của độ ẩm và sự trương nở của xơ tới khả năng
chống UV
Khả năng chống UV của các loại xơ dệt khác nhau không chỉ phụ thuộc vào
cấu trúc và các chất phụ trợ khác có mặt trong xơ mà còn phụ thuộc các trạng thái
của vật liệu dệt (co giãn), hàm ẩm. Trong trường hợp ẩm, sự ảnh hưởng phụ thuộc
lớn vào dạng và khả năng hút ẩm của xơ, cũng như là theo thời gian, dẫn đến hiện
tượng trương nở. Sự trương nở của xơ do sự hấp thụ ẩm, nó làm tăng khe hở và do
vậy UV truyền qua. Mặt khác, sự có mặt của nước làm giảm những ảnh hưởng phân
tán, như chỉ số khúc xạ của nước gần hơn với polymer dệt, và do đó sự truyền qua
UV tốt hơn.
Vải cotton đặc thù có thể truyền 15 – 20 % UVR, tăng hơn 50 % nếu vải
ướt. Cho việc bảo vệ tương ứng, sự truyền qua UVR nên thấp hơn 6 % và 2,5 % với
sự bảo vệ đặc biệt tốt. Sự phụ thuộc của độ ẩm được dễ thấy hơn trong lụa tơ tằm và
vixco. Vixco có sự hấp thụ nước cao hơn, khả năng trương nở tốt hơn, trong khi tơ
tằm có đặc tính trương nở kém hơn. Tơ tằm là xơ tự nhiên tốt và có số xơ lớn hơn
trong tiết diện ngang của sợi, dẫn đến sự trương nở nhiều hơn do sự hấp thụ mao
dẫn, và do đó ngăn cản tia UV kém, do đó cần xử lý hồn tất cho vải làm giảm
trương nở, giảm sự truyền qua của tia UV.
1.2.1.3. Các yếu tố cấu trúc vải ảnh hưởng tới khả năng chống tia UV

11


Khi tia cực tím chiếu vào vật liệu dệt, khả năng và cơ chế kháng tia UV của
vật liệu phụ thuộc vào cấu tạo và trạng thái của vật liệu như: cấu tạo hóa học, tính
chất hóa lý của sợi, sự có mặt của chất hấp thụ UV, cấu trúc vải, độ dày, độ xốp, độ
giãn của vải, độ chứa ẩm của vải, chất màu và hoàn tất đưa lên vải. Một phần của
bức xạ phản xạ tại ranh giới của bề mặt vật liệu dệt. UVR truyền qua vải dệt bao
gồm các bước sóng khơng đổi truyền qua khe hở trên vải cũng như là một số bước
sóng rải rác tương tác với vải. Phần khác được hấp thụ khi chúng xuyên qua mẫu,

và chúng chuyển sang dạng năng lượng khác. Phần của bức xạ đi qua vải và chạm
vào da được quy vào “thành phần truyền qua”.
UPF tăng khi mật độ vải và bề dày của vải tăng. UPF phụ thuộc vào độ xốp
nhưng nó cịn phụ thuộc vào dạng vải. Hệ số bậc liên quan tới khả năng chống UV
được đưa ra bằng % che phủ > kiểu vải > độ dày vải. Độ chứa đầy vải không đề cập
độ săn của sợi, giá trị dẫn đến độ chứa đầy vải cao hơn giá trị đã tính toán. UPF với
khối lượng vải và độ dày chỉ ra sự tương quan tốt hơn độ chứa đầy. Vì vậy vải với
số sợi dọc và sợi ngang cao nhất cho UPF cao, giá trị UPF 200, 40, 20 và 10 có thể
đạt được với phần trăm hệ số chứa đầy theo thứ tự 99,5, 97,5, 95 và 90. Phần trăm
truyền qua UVR của vải liên quan đến hệ số che phủ vải (100 – hệ số che phủ) và
UPF được đưa UPF = 100/(100 – CF). Để đạt được UPF 15 thấp nhất, hệ số che
phủ của sản phẩm dệt may cần tốt hơn 93%, và tăng CF (CF- cover factor: hệ số che
phủ) rất nhỏ dẫn đến sự cải thiện chắc chắn UPF của sản phẩm hệ số chứa đầy trên
95%. Trong trường hợp vải bông, sự không đồng đều UPF tồn tại do tính khơng đều
trong cấu trúc vải. Vải dệt thoi thường có hệ số chứa đầy lớn hơn vải dệt kim do
dạng của cấu trúc. Cấu trúc gân sọc dày của đũi và lanh theo thứ tự có thể cho phép
10,52 – 12,7 % và 9,03 – 11,47% UV A và UV B truyền qua. Tuy nhiên, cấu trúc
dệt kim làm từ xơ nhân tạo trộn với lycra cho sự bảo vệ tốt nhất chống lại bức xạ
mặt trời, và dệt kim đan dọc có khả năng chắn trên 80% bức xạ mặt trời và ánh sáng
sáng.
Sự kéo căng làm giảm UPF của vải khi mặc, vì hệ số chứa đầy bị giảm. Tuy
nhiên, hệ số chứa đầy có thể được điều chỉnh qua q trình hồn tất khơ qua cấp dư

12


trên máy căng vải, các quá trình co nén vì sự làm chặt và xử lý chống co, những
công đoạn thường được sử dụng để đạt được sự ổn định kích thước, nhưng tình cờ
làm giảm hệ số chứa đầy và giảm UPF. Sự cán nhẹ nhàng trong trường hợp vải len
trọng lượng nhẹ có thể làm tăng hệ số chứa đầy và UPF.

1.2.1.4. Ảnh hưởng của quá trình nhuộm và hoàn tất tới khả năng chống
tia UV
Khả năng chống UV của vật liệu dệt bị phụ thuộc vào loại thuốc nhuộm hoặc
chất màu, nhóm hấp thụ có mặt trong thuốc nhuộm sau khi nhuộm, chất đều màu và
các chất phụ khác thêm vào trong quá trình sản xuất. Độ truyền qua của tia UV
trong trường hợp xơ bóng (vixco) cao hơn hơn xơ mờ. Tác dụng bảo vệ có thể đạt
được bằng cách nhuộm hoặc in tốt hơn là sử dụng vải trọng lượng nặng không phù
hợp cho điều kiện mùa hè. Màu tối hơn của cùng loại vải (đen, navy, đỏ đậm) hấp
thụ UVR nhiều hơn nhiều màu nhẹ sáng cho cùng kiểu dệt với UPF trong hạng 18 –
37 và 19 – 34 lần lượt cho cotton và polyester. Một vài thuốc nhuộm trực tiếp, hoạt
tính và thuốc nhuộm hồn ngun có khả năng cho UPF 50+. Một vài thuốc nhuộm
trực tiếp làm tăng UPF của vải đã tẩy trắng, phụ thuộc vào sự truyền qua tương đối
của thuốc nhuộm trong vùng UVB. Trong nhiều trường hợp, vải sau khi nhuộm
bằng thuốc nhuộm trực tiếp có UPF tính được thấp hơn dung dịch trước khi nhuộm,
chủ yếu bởi nồng độ thực tế thấp hơn nhiều nồng độ lý thuyết. Thuốc nhuộm tận
trích từ các nguồn tự nhiên khác nhau cho thấy UPF trong dải 15 – 45 phụ thuộc
vào chất cầm màu được sử dụng.
Vải cotton cho UVA và UVB truyền qua như nhau với tỉ lệ truyền (TA/TB)
0,9. Khi được nhuộm với thuốc nhuộm hoạt tính, UPF tăng từ 4,7 đến 5,0 – 14,0 tùy
theo nồng độ, không đủ để thỏa mãn yêu cầu nhỏ nhất. Một vài thuốc nhuộm
sulphone vinyl và thuốc nhuộm monochlorotriazine có những đặc tính hấp phụ
UVR tăng với nồng độ. Vải cotton nhuộm với những thuốc nhuộm này cho thấy
giảm sự truyền qua UVR lần lượt từ 24.6 % đến 10 – 20% và 27.8% đến 8 – 22%
với UVA và UVB. Khi sử dụng các thuốc nhuộm này trộn vào với nhau, UPF tăng.

13


Sự kết hợp trộn của thuốc nhuộm tận trích và phân tán có thể đưa đến việc kéo dài
sự chống UV với UPF 50+ cho vải pha Polyeste/Cotton.

Các chất làm trắng quang học hoặc các chất làm trắng vải được sử dụng
trong cơng đoạn hồn tất, cũng như là trong quá trình giặt và ảnh hưởng của chúng
đến UPF đã được chứng minh rộng rãi. Các chất làm trắng quang học thường được
ứng dụng làm tăng độ trắng của sản phẩm dệt may bằng cách kích thích UV và phát
ra ánh sáng xanh nhìn thấy được. Hiện tượng của sự kích thích và sự phát ra được
gây ra do sự truyền của electron bao gồm p – orbital từ nối đôi khác hoặc hợp chất
aromatic. Hầu hết chất làm trắng quang học (OBA) có sự kích thích lớn nhất trong
dải 340 – 400 nm. OBA có thể cải thiện UPF của cotton và cotton pha, nhưng
không cải thiện vải 100% PET hoặc nylon. Sự có mặt của OBA trong Pe/Co
(67/33%) với nồng độ 0,5% có thể cải thiện UPF từ 16,3 đến 32,2, gần hơn hoặc ít
hơn để đạt được sử dụng chất hấp thụ UV với 0,2% (UPF 35,5). Giặt vải làm giảm
UPF do OBA – vải đã xử lý, và UPF đạt được mức trong vải chưa xử lý sau 10 lần
giặt, chỉ ra tự nhiên bán vĩnh cửu của hoàn tất và bảo vệ. Sự giới hạn khác của
nhiều OBA là chúng hầu như hấp phụ trong dải UVA của quang phổ ánh sáng ban
ngày (93%) nhưng hấp phụ yếu trong khoảng UV 308 nm (92%), dải này lại đóng
vai trị quan trọng gây ra bệnh về da.

1.2.2. Sử dụng các hóa chất chống tia UV cho vật liệu dệt
1.2.2.1. Phân loại hoá chất theo cơ chế hoạt động của chất hấp thụ UV
Có thể nói rằng vật liệu che chắn và các mặt hàng quần áo có tác dụng như
một lớp bảo vệ làn da của con người khỏi tác động của tia cực tím. Tùy theo đặc
tính của vật liệu dệt được sử dụng mà nó khả năng và cơ chế ngăn ngừa tia UV tác
động đến da khác nhau. Vật liệu khơng có khả năng chống nắng nó sẽ cho tia cực
tím truyền qua hồn tồn. Vật liệu kháng UV cực tốt có khả năng phản xạ hoặc hấp
thụ hoàn toàn bức xạ UV đến bề mặt của nó. Thơng thường, các loại vật liệu dệt có
thể hấp thụ hoặc phản xạ một phần nào đó tia UV.

14

Hình 1.10: Cơ chế tác dụng của tia UV đối với vật liệu dệt
Về cơ bản, cơ chế hoạt động của hóa chất hấp thụ UV được chia thành 2 loại:
cơ chế hấp thụ và cơ chế phản xạ. Chất chống UV theo cơ chế hấp thụ có khả năng
hấp thụ năng lượng của tia UV trước khi nó gây tác động lên da. Năng lượng cao
của tia cực tím mà hóa chất hấp thụ sẽ được chuyển hóa thành các năng lượng nhỏ
hơn không gây tác hại đến con người như: tia hồng ngoại, huỳnh quang… Cơ chế
hấp thụ thường gặp ở các hóa chất chống UV có nguồn gốc hữu cơ.

Hình 1.11: Cơ chế hấp thụ của chất chống UV
Chất chống UV theo cơ chế vật lý có khả năng phản xạ và khuếch tán tia
UV. Hóa chất kháng UV hoạt động theo cơ chế này thường có nguồn gốc từ oxit
của kim loại ở dạng nano. Các gốc kim loại này hoạt động như một tấm chắn có khả
năng phân tán ánh sáng theo nhiều hướng khác nhau, nhờ vậy làm giảm ảnh hưởng
của tia UV đến da.

15


Hình 1.12: Cơ chế vật lý của chất chống UV
Chất chống UV theo cơ chế hoá học của các hợp chất hữu cơ hoạt động theo
cơ chế hấp thụ năng lượng bức xạ UV, trong cấu trúc phân tử sẽ bị chuyển lên trạng
thái kích thích để chuyển dịch proton trong phân tử, từ cấu trúc hoá học sẽ phát ra
tia hồng ngoại (nhiệt năng), sau q trình đó, sự chuyển dịch proton trở về trạng
thái ban đầu.
1.2.2.2. Phân loại hố chất theo theo bản chất hóa học chống tia UV
Theo bản chất hóa học, chất hấp thụ UV được chia thành 2 loại: hợp chất
hữu cơ và vô cơ. Các hợp chất này thường khơng màu có khả năng hấp phụ UV
trong khoảng 290 – 360 nm. Chất hấp phụ UV hiệu quả phải có khả năng hấp thụ
dải quang phổ rộng, dễ dàng liên kết với vật liệu để vừa đảm bảo chống UVR ổn
định, giảm năng lượng đã hấp phụ tránh giảm phẩm chất và mất màu của vật liệu

dệt vừa có tính sử dụng bền lâu. Tùy theo đặc điểm mà từng loại hóa chất có ưu
điểm, nhược điểm riêng. Vì vậy, người sử dụng tùy theo yêu cầu của sản phẩm mà
chọn hóa chất xử lý chống UV cho phù hợp.
a/ Hóa chất hữu cơ
Chất hấp phụ UV hữu cơ thường có cấu tạo vịng benzen chủ yếu là dẫn xuất
của o – hydroxy benzophenone, o – hydroxy phenyl triazine, o – hydroxy phenyl
hydrazine. Nhóm othrohydroxyl được coi là yếu tố chủ yếu cho hấp thụ và làm cho
hợp chất hòa tan được trong dung dịch kiềm. Chất hấp phụ UV thường được sử
dụng là những este của axit bezoic và amin.

16


Các hợp chất hữu cơ chống tia UV thường hoạt động theo cơ chế hấp thụ xảy
ra theo các bước như sau:

Hình 1.13: Sơ đồ cơ chế hấp thụ tia UV của các hợp chất hữu cơ
Ban đầu, hóa chất hấp thụ bức xạ UV. Bức xạ này có năng lượng cao nên nó
kích thích các phân tử chất hấp thụ ở trạng thái nền lên trạng thái hoạt động. Sau đó,
các năng lượng này có thể được giải phóng dưới dạng bức xạ có bước sóng lớn hơn,
nhiệt năng, phát xạ huỳnh quang, thay đổi đồng phân cis-tran hoặc chuyển nối đơi
thành nối ba… Q trình đồng phân hóa có thể xảy ra nối các phân đoạn chất hấp
thụ tạo thành chất đồng phân phân tử cao khơng có khả năng hấp thụ UV nữa.
Trong cấu trúc 2, 4 dihydroxy benzophenone, sự hấp thụ hiệu quả của tia UV
được tập trung vào hệ thống càng cua giữa các nhóm orthohydroxyl và carbonyl. Sở
dĩ, các hóa chất hữu cơ thường chứa vịng benzene là do liên kết cộng hóa trị trong
vòng benzen khá linh động nên khi bức xạ UV tác động vào nó dễ dàng hấp thụ
năng lượng cao rồi chuyển hóa thành các năng lượng thấp hơn.

17

Hình 1.14: Sự chuyển hóa năng lượng của một số hợp chất hữu cơ chống UV

Hình 1.15: Khả năng hấp thụ UV của một số hợp chất hữu cơ chống UV
Các sản phẩm hữu cơ chống UV rất dễ sử dụng, có thể áp dụng cho cả quy
trình xử lý ngấm ép, tận trích hay in hoa. Một số benzophenone có thể xâm nhập
vào xơ tổng hợp bằng con đường hoàn toàn giống như thuốc nhuộm phân tán.
Sự kết hợp một cách thích hợp giữa chất hấp thụ UV và những chất chống
oxi hóa có thể đem lại hiệu quả sử dụng cao hơn (ngăn hiện tượng phân hủy và
đồng phân hóa các hóa chất chống UV). Những dẫn xuất Benzophenone đều có

18


mức năng lượng thấp, dễ bị khuếch tán và thăng hoa. Những dẫn xuất
Orthohydroxy phenyl và diphenyl triazine có độ bền thăng hoa cao, cấu tạo kiểu
này có khả năng tạo độ phân tán tốt để đưa vào các dung dịch ngấm ép nhuộm gắn
màu ở nhiệt độ cao và trong hồ in hoa.
Trên thị trường hóa chất Việt Nam hiện nay đã có có một số sản phẩm hóa
chất hấp thụ UV của các hãng nổi tiếng như: UV-CUT (Protex); TINOFAST CEL
(Ciba) dựa trên thành phần oxalanilide – dẫn xuất đianilin của axit oxalic;
RAYOSAN C (Clariant) và TINOGARD (Ciba) dựa trên hợp chất dị vịng
Benzotriazol; CIBAFAST W (Ciba) cơng thức cấu tạo là 5-benzotriazolyl4hydroxy-3-sec-benzenesulfonic acid; UVINUL DS 49 (BASF) sản phẩm dựa trên
dẫn xuất benzophenone…v.v..
b/ Hợp chất vô cơ
Hợp chất vơ cơ có khả năng kháng UV thường là các oxit kim loại như TiO2,
ZnO… hay còn gọi là các chất gốm vô cơ. Các chất này thường chống tia cực tím
theo cả hai cơ chế là hấp thụ và phản xạ. Xét về khả năng phản xạ ánh sáng, các
gốm vơ cơ này có chỉ số khúc xạ lớn hơn 2,55. Các chất màu vô cơ trên xơ sợi làm

ánh sáng phản xạ và khuếch tán khi chạm vào xơ sợi do đó tăng khả năng bảo vệ
chống UV. Các chất gốm vơ cơ có khả năng hấp thụ vùng UV từ 280 đến 400 nm,
phản xạ các bước sóng khả biến và hồng ngoại.
Theo những nghiên cứu gần đây, các hạt nano TiO2, ZnO hay các chất gốm
có khả năng chắn tia UV là do chúng có thể hấp thụ rất tố bức xạ UV bởi sự dịch
chuyển các lớp điện tử dưới tác động của photon nằm trong vùng năng lượng UV.
TiO2 là chất xúc tác quang hóa, khi nó được ánh sáng mặt trời chiếu vào có năng
lượng lớn hơn dải tần số của nó, các electron trong TiO2 sẽ nhảy từ vịng hóa trị này
sang vòng dải tần số khác và các cặp electron (e-) và (p+) sẽ tạo thành trên bề mặt
được xúc tác quang hóa. Các electron âm (điện tích âm) và oxy sẽ kết hợp để tạo
thành gốc ion O2- trong khi đó các điện tích dương bị rỗng và nước sinh gốc OH.
Khi hai sản phẩm này không ổn định tồn vẹn về mặt hóa học và khi hợp chất vơ cơ
bị tác động trên bề măt bởi q trình xúc tác quang hóa nó sẽ kết hợp với O2- và

19


OH- và trở thành H2O và nước tự sinh ra nước này là phản ứng thuộc lớp Oxy hóa
khử và được mơ tả ở hình dưới đây:

Các phản ứng

Phản ứng tồn phần

Trừ việc đưa TiO2 vào trong q trình định hình sợi là được thực hiện dễ
dàng và đảm bảo độ bền sử dụng thì việc đưa nano TiO2 đặc biệt là xơ xenluloze
gặp nhiều khó khăn do TiO2 khó tạo liên kết bền vững với các phân tử của xơ. Để
gắn TiO2 lên vải có thể sử dụng một lớp màng kết dính như PVP (Poly vinyl
pyrrodinone) hoặc gắn lên TiO2 các gốc hidrocacboxyl để có tạo liên kết với nhóm
–OH trên mạch xenluloze.

Hình 1.16: Cấu trúc hố học của mạch đại phân tử xenlulô
Dựa trên thuyết tán sắc ánh sáng, chỉ số khúc xạ và đường kính hạt có ảnh
hưởng đáng kể đến sự phân tán ánh sáng. Chỉ số khúc xạ và đường kính hạt có ảnh
hưởng đáng kể đến sự phân tán ánh sáng. Để đạt được hiệu quả che chắn tia UV tốt
nhất thì kích cỡ hạt nano nên nằm trong khoảng 10-100 nm.

20


Để đưa các hạt nano lên vải có nhiều cách khác nhau phụ thuộc vào vật liệu.
Với vật liệu là polyester thường dùng phương pháp lắng hơi plasma. Còn với vật
liệu xenlulơ phải hoạt hóa các hạt nano bằng phương pháp sol-gel trước sau đó đưa
lên vải bằng cách tận trích hoặc ngấm ép.
Gần đây, các nhà khoa học Đức đã phát hiện ra rằng: khi các hợp chất hấp
thụ tia UV nằm trên các sản phẩm dệt may thực hiện sự hấp thụ UV thì chúng có
thể phân hủy ra những hợp chất có ảnh hưởng khơng tốt cho sức khỏe con người.
Do đó việc sử dụng đảm bảo an toàn những chất này đang là vấn đề cần phải được
xem xét. Mặt khác những chất che chắn UV thường là những hợp chất vô cơ, không
mùi, không độc, có màu trắng tự nhiên, khơng bị phân hủy, khơng bay hơi, ổn định
nhiệt độ và có khả năng ngăn ngừa tia UV rất tốt.

1.2.3. Một số phương pháp liên kết chất chống tia UV cho vật liệu dệt
Hiện nay trên thế giới để tạo ra vật liệu dệt chống tia UV có hai phương pháp
chính: Phương pháp xử lý trước và phương pháp xử lý sau.
1.

Phương pháp xử lý trước tạo tính chống tia UV cho xơ dệt ngay từ

q trình tạo xơ dệt, nhờ vậy xơ dệt có độ bền chống tia UV cao, tuy nhiên tác nhân

chống tia UV phải chịu được điều kiện cơ lý hoá của các q trình gia cơng tiếp
theo.
2.

Phương pháp xử lý sau là phương pháp tạo tính chống nắng cho vật

liệu dệt trong q trình gia cơng nhuộm hồn tất vải.
Cụ thể các kỹ thuật có thể dùng cho 2 phương pháp trên được trình bày
trong sơ đồ sau:

21


Kỹ thuật đưa tác nhân chống tia UV đồng thời
với giai đoạn tạo xơ dệt (TiO2, ZnO,…)
Tạo xơ có tính
kháng UV

Kỹ thuật biến tính polyme để xơ có khả năng
chống tia UV (aramit, …)
Kỹ thuật ngấm ép

Kỹ thuật tận trích
Phương pháp xử lý
hoàn tất
Kỹ thuật tráng phủ tạo màng trên bề mặt vải

Kỹ thuật plasma

Hình 1.17: Phân loại các phương pháp xử lý chống UV cho vật liệu dệt.

1.2.4. Một số công nghệ xử lý chống tia UV [24]
Hiện nay, các phương pháp xử lý hoàn tất chống tia UV rất đa dạng và đều
được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp Dệt. Tùy theo đặc điểm của từng loại hóa
chất và yêu cầu của từng loại sản phẩm để lựa chọn phương pháp xử lý cho phù
hợp. Nhiều sản phẩm thương mại và quy trình áp dụng đã được triển khai để sản
xuất các mặt hàng vải có độ chống UV cao bằng các phương pháp khác nhau cho cả
xơ thiên nhiên và xơ tổng hợp.
1.2.4.1. Phương pháp tận trích
a/ Ngun lý
Q trình này có thể được sử dụng cho xơ ngắn, sợi và vải. Hóa chất được
hịa tan trong dung dịch được hấp phụ đầu tiên, tức là hóa chất chỉ thâm nhập trên

22


bề mặt của vật liệu (kết quả của giai đoạn này phụ thuộc vào sự chuyển động không
đều của dung dịch). Sau đó hóa chất thâm nhập vào trong lõi của xơ (Sự khuếch tán
hóa chất bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian xử lý). Và cuối cùng là sự di trú của
hóa chất, điều này đảm bảo độ ổn định của liên kết hoá chất với vật liệu dệt (quá
trình bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ vận hành và thời gian).
Trong suốt quá trình, các phản ứng động học và nhiệt động xảy ra tác động
lẫn nhau.
Quá trình xử lý tận trích là phản ứng hóa học xảy ra giữa hóa chất và xơ
Hóa chất + xơ

V1
hóa chất – xơ


Chúng ta có thể khảo sát cả hai mối quan hệ động học (tốc độ quá trình) và
nhiệt động (cân bằng).
b/ Động học và nhiệt động được ứng dụng cho q trình xử lý tận trích
Q trình xử lý tận trích là phản ứng hóa học phức tạp, xảy ra giữa hóa chất
phân tán vào xơ khi xơ được nhấn chìm trong dung dịch. Quá trình này được tiến
hành tại các giai đoạn quá trình khác nhau. (Hình 1.18)

UV abs

Hình 1.18: Các bước q trình tận trích
Để hiểu tốt hơn, quá trình xử lý này cơ bản chia ra thành một vài giai đoạn
(thậm chí đơi khi có sự chồng thời gian) và nghiên cứu riêng lẻ chúng từ những
điểm khác:
Động học (nghiên cứu về tốc độ phản ứng)
Nhiệt động học (nghiên cứu về cân bằng phản ứng)

23