Nghiên cứu công nghệ xử lý hoàn tất vải chống tia UV

..

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
HỒN TẤT VẢI CHỐNG TIA UV

NGÀNH: CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY
MÃ SỐ:
TRẦN DUY LẠC

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. CAO HỮU TRƯỢNG

HÀ NỘI 2007


Luận văn cao học

Lời cam đoan

Luận văn đã hoàn thành về nội dung và tiến độ thực
hiện. Đây là kết quả nỗ lực của cả giáo viên và học viên. Tơi
xin cam đoan bản luận văn này là cơng trình nghiên cứu
của bản thân trong quá trình học tập tại Trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội. Nếu luận văn này là sao chép của của
một cơng trình khác tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả:

Ks. Trần Duy Lạc

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
1

PHẦN MỞ ĐẦU

4

Chương 1: Tæng Quan

4

1.1 Lý thuyết tác động của tia UV đối với con người
1.1.1 Đặc điểm và phân loại bức xạ UV

4

1.1.2 Phân loại các loại da

6

1.1.3 Tác hại của tia UV đối với da

7

1.1.4 Nguyên lý gây tác hại

10

1.2 Khả năng vật liệu dệt ngăn ngừa tia UV

12

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả chống tia UV của vải

15

1.3.1 Yếu tố cấu trúc và bản chất xơ sợi vải

15

1.3.2 Yếu tố thuốc nhuộm

18

1.3.3 Yếu tố các chất hoàn tất

21
24

1.4 Bản chất ngăn ngừa tia UV của hóa chất sử dụng
1.4.1 Phân loại hóa chất sử dụng chống tia UV cho vật liệu dệt

24

1.4.2 Yêu cầu đối với hóa chất chống tia UV cho vật liệu dệt

24

1.4.3 Đặc điểm hóa chất chống tia UV cho vật liệu dệt

25

Bản chất ngăn ngừa tia UV của hóa chất

30

1.4.4

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

1.5

Các phương pháp xử lý chống tia UV cho vật liệu dệt

32

1.5.1 Phương pháp tận trích

32

1.5.2 Phương pháp ngấm ép

33

1.5.2.1 Phương pháp cuộn ủ

34

1.5.2.1 Phương pháp ngấm ép gia nhiệt khô

35

1.5.2.1 Phương pháp ngấm ép chưng hấp

36

1.5.3 Phương pháp tráng phủ sol-gel

36

1.5.2.1 Phương pháp lắng hơi plasma

39

1.6 Sản phẩm dệt may chống tia UV

39

1.7

43

Phương pháp đánh giá khả năng chống tia UV của vải

1.8 Kết luận phần tổng quan

47

Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

48

2.1 Nội dung nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu

49

2.1.1 Nội dung nghiên cứu

49

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu

49

2.1.2.1

Chất hoàn tất chống tia UV sử dụng

2.1.2.2 Lựa chọn vải bông sử dụng
2.2

Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thực nghiệm xử lý hoàn tất mẫu vải
2.2.1.1 Đơn công nghệ

Ngành CN Vật liệu – Dệt

49
50
51
51
51

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

2.2.1.2 Thiết bị

52

2.2.1.2 Quy trình cơng nghệ

52

2.2.2. Phương pháp thực nghiệm xác định khả năng chống tia UV

52

của vải
2.2.3. Nghiên cứu xây dựng công nghệ bằng phương pháp quy

54

hoạch thực nghiệm
2.2.3.1. Giới thiệu phương pháp

54

2.2.3.2. Lựa chọn các biến số công nghệ và vùng biến thiên các

59

biến số
2.2.2.3. Xác định các hàm mục tiêu (các thông số đo)
2.2.4 Bố trí thí nghiệm

61
61

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

63

3.1 Các kết quả thực nghiệm

63

3.2 Tính tốn và xử lý kết quả thực nghiệm

66

3.3 Biện luận kết quả

71

3.4 Kết luận

75
KẾT LUẬN CHUNG

76

TÀI LIỆU THAM KHẢO

77

PHỤ LỤC

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1. EU: (European Union) Khối liên hiệp chung Châu Âu.
2. Ne: Chi số sợi Anh
3. OWF: (of weight fibre) Nồng độ phần trăm tính theo khối lượng vật
liệu dệt.
4. PA: Vật liệu Polyamit
5. PET: vật liệu polyeste
6. Sol-gel: Tên của một phương pháp xử lý tráng phủ mới
7. SPF: (Sun Protection Factor) Hệ số bảo vệ chống nắng
8. UPF: (Ultraviolet Protection Factor) Hệ số bảo vệ chống lại tia cực tím
Hệ số này cũng thường được hiểu là SPF
9. UV: (Ultraviolet) Bức xạ cực tím
10. UV-A: Vùng bức xạ cưc tím có dải bước sóng khoảng từ 320 - 400 nm
11. UV-B: Vùng bức xạ cực tím có dải bước sóng khoảng từ 280 - 320 nm
12. UV-C:Vùng bức xạ cực tím có dải bước sóng nhỏ hơn 280 nm

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007

Luận văn cao học

CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN
Bảng
1-1

Nội dung

Trang

Cường độ và sự phân loại bức xạ trên bề mặt trái đất

5

chiếu bình thường vào mùa hè

1-2

Phân loại da theo sự nhạy cảm với tia UV

7

1-3

Chỉ số chống tia UV của một số vải dệt từ sợi thiên nhiên

13

1-4

Chỉ số chống tia UV của một số vải dệt từ sợi tổng hợp

14

1-5

Chỉ số chống tia UV của vải không nhuộm

16

1-6

Giá trị UPF trên một số loại vải bông

18

1-7
1-8
1-9
1-10

Hệ số SPF của 2 loại vải cotton nhuộm thuốc nhuộm
Cibacron, có xử lý và không xử lý chất hấp thụ tia UV
Hệ số SPF của 2 loại vải polyeste nhuộm màu với nồng
độ khác nhau, có xử lý và khơng xử lý chất hấp thụ UV
Phân loại khả năng chống tia UV của sản phẩm dệt may
Các tiêu chuẩn về quần áo bảo vệ chống tia UV từ mặt
trời

20
21
42
45

2-1

Kết quả thử nghiệm lựa chọn vải bơng

50

2-2

Số lượng thí nghiệm trong quy hoạch thực nghiệm

59

2-3
3-1
3-2
3-3
3-4

Bố trí thí nghiệm theo mơ hình tổ hợp quay trung tâm

62

cho hàm bậc 2 có 3 biến số
Bảng tính giá trị SPF cho mẫu 1 theo hướng ngang

63

Các thơng số của q trình xử lý hồn tất chống tia UV
và hệ số UPF của vải bơng
Kết quả tính toán và kiểm tra mức ý nghĩa các hệ số của
hàm mục tiêu “hệ số UPF”
Kết quả mẫu kiểm chứng

Ngành CN Vật liệu – Dệt

65
67
73

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
Hình

Nội dung

Trang

1-1

Sự tác động của tia UV-A và UV-B

6

1-2

Bức xạ UV xuyên vào da

8

1-3

Ung thư biểu mơ và tế bào hình vảy

9

1-4

Ung thư da ác tính

9

1-5

Năng lượng bước sóng tương đương với năng lượng phá
vỡ các liên kết C=O, C=C, C-H, C-N của vùng UV

10

1-6

Đột biến ADN bởi tác động của tia UV

11

1-7

Sự hấp thụ và truyền qua của vải đối với tia UV

12

1-8
1-9
1-10
1-11

Minh họa mối quan hệ giữa chỉ số SPF cao nhất và tác
nhân che phủ bên ngoài
Ảnh hưởng của thuốc nhuộm đối với giá trị SPF của vải
Phổ truyền qua (T%) của vải bông và vải len, tơ tằm trước
và sau khi xử lý chất hấp thụ tia UV
Phổ truyền qua (T%) của vải polyeste và polyamit trước
sau khi xử lý chất hấp thụ tia UV

17
19
22
23

1-12

Cấu trúc của chất hấp thụ tia UV cho vải tổng hợp

26

1-13

Cấu trúc của chất hấp thụ tia UV cho vải tự nhiên

26

1-14
1-15
1-16
1-17

Sơ đồ minh họa chuyển hóa năng lượng bức xạ UV của
dẫn xuất Bezophenone
Phổ truyền qua của chất TiO2

31

Sơ đồ minh họa quy trình tận trích chất chống tia uV trên
vải bơng và nylon
Sơ đồ quy trình ngấm ép cuộn ủ

Ngành CN Vật liệu – Dệt

30

33
34

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

1-18

Sơ đồ quy trình ngấm ép gia nhiệt khơ

35

1-19

Sơ đồ quy trình ngấm chưng hấp

36

1-20

Sơ đồ cơ chế của quá trình sol-gel

37

1-21

Nhãn mác sản phẩm vải chống tia UV

42

2-1

Hình ảnh vải

51

3-1

Đồ thị phổ truyền qua đối với vải trước (Mo) và sau khi
xử lý (M1)

Ngành CN Vật liệu – Dệt

74

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

1

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây thế giới đã có những phát triển vượt bậc
trong hầu hết các lĩnh vực đặc biệt là khoa học kĩ thuật khi mà bản năng muốn
chinh phục vũ trụ của con người đã được phát huy mạnh mẽ. Bên cạnh việc
phát triển vơ cùng hữu ích của khoa học thì nhu cầu bảo vệ sức khoẻ cũng cao
hơn, đòi hỏi điều kiện môi trường sống được bảo vệ tốt hơn. Đối với ngành
Dệt may nói riêng quần áo khơng những là trang phục làm đẹp mà còn đạt
được yêu cầu bảo vệ sức khoẻ có khả năng chống chịu đối với điều kiện làm

việc và sinh sống trong những hoàn cảnh cụ thể, chẳng hạn khi làm việc trong
môi trường nhiệt độ cao thì địi hỏi có quần áo cách nhiệt chống cháy, làm
việc trong mơi trường hố chất độc hại thì có trang phục bảo vệ chống hố
chất, làm việc tại các bệnh viện thì cần có quần áo diệt khuẩn chống lây
nhiễm, đối với những người phải làm việc ngồi trời nên có quần áo chống tia
UV (tia cực tím). Và với những nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu dệt, người
ta đã phát triển được những sản phẩm vải có chức năng đặc biệt như chống
phóng xạ, chống tia cực tím, chống ngấm dầu và nước, chăm sóc sức khoẻ
tuần hồn máu và tự chữa lành vết thương, nâng cao nhiệt độ và giữ thân
nhiệt ổn định… cũng như việc tổ hợp nhiều tính chất đặc biệt lên sản phẩm
may. Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển của xã hội cũng kéo theo những
biến đổi về mơi trường, đó là những biến đổi có hại tới mơi trường và cuộc
sống, sức khoẻ con người. Trong đó vấn đề làm thủng tầng ozon do khí thải
gây ra chủ yếu là CFC được coi một trong những vẫn đề đặt lên hàng đầu
trong việc bảo vệ sức khoẻ con người. Khi tầng ozon bị bào mòn sẽ làm giảm
khả năng hấp thụ dải bước sóng tia UV chiếu xuống trái đất, gây ra nhiều
nguy cơ mắc bệnh ung thư da. Đặc biệt với xu hướng muốn được đi nghỉ ngơi
du lịch ngày càng nhiều ở những nơi nắng ấm vào mùa hè như các bãi biển,
bể tắm ngoài trời nên những nguy cơ gây ung thu do tia UV ngày càng cao.
Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

2

Các nhà khoa học và nhà thống kê toàn cầu cho biết; tỉ lệ ung thư da và tử
vong bởi bệnh này đang gia tăng nhanh chóng trên toàn thế giới với 80 - 90%

trường hợp bị ung thư da là do tia UV gây ra. Tại Mỹ, mỗi giờ lại có 1 người
chết và 1/5 dân số Mỹ tiềm ẩn căn bệnh nguy hiểm này. Tại Anh, mỗi năm có
hơn 40.000 người được chẩn đốn là bị ung thư da. Khoảng 2.000 trong số
này tử vong. Ở Chilê, quốc gia được cho là có cường độ bức xạ UV nhiều
nhất từ mặt trời, tỷ lệ ung thư da tại nước này đã tăng 105% trong vòng 5 năm
qua. Ở nước ta, ung thư da đứng hàng thứ 8/10 loại ung thư thường gặp nhất
với tỷ lệ trung bình 2,9-4,5 ca/100.000 dân. Với con số thống kê trên rất nhiều
các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều biện pháp để ngăn ngừa sự tác động
của tia UV lên da người, ví dụ các sản phẩm mỹ phẩm, hóa chất chống tia
UV có chỉ số SPF >15, các loại kính đeo thời trang, kính lắp cho xe hơi, các
cơng trình xây dựng và các sản phẩm dệt chống UV. [16]
Trong đó sản phẩm dệt chống tia UV là phương pháp bảo vệ rất hữu
hiệu và tiện lợi có thể ứng dụng thành công ngay với các thị trường và có thể
giảm được tỉ lệ mắc bệnh ung thư trên diện rộng là vì:
1- sản phẩm dệt hay quần áo chính là sản phẩm mang tính văn hóa xã
hội và phổ biến;
2- phương pháp sản xuất không phức tạp và hiệu quả cao với tỉ lệ che
chắn tia UV cao.
Mục đích của nghiên cứu này nhằm xây dựng cơng nghệ xử lý hoàn
tất tối ưu chống tia UV cho vật liệu dệt dựa trên việc nghiên cứu lựa chọn hóa
chất hồn tất chống UV và các thơng số cơng nghệ hồn tất cho vật liệu 100%
bơng. Đây là vấn đề hồn tồn mới ở trong nước, nhưng có ý nghĩa rất lớn
trong việc phát triển các phương pháp đánh giá chất lượng vải và cơng nghệ
hồn tất chức năng mới để tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng cao, tăng khả

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007

Luận văn cao học

3

năng cạnh tranh của sản phẩm dệt may, mở rộng thị trường trong nước và
xuất khẩu.
Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm:
-

Tổng quan về vật liệu dệt chống tia UV bao gồm: Lý thuyết tác động
của tia UV đến da; khả năng ngăn ngừa tia UV và các yếu tố ảnh
hưởng đến khả năng chống tia UV của vải.

-

Áp dụng phương pháp đánh giá khả năng chống tia UV của vật liệu dệt
trên cơ sở các tiêu chuẩn quốc tế hiện có.

-

Nghiên cứu lựa chọn vải bơng thử nghiệm xử lý hồn tất chất hấp thụ
UV bằng phương pháp Tecmofix.

-

Thí nghiệm mẫu vải với các thơng số thay đổi như nhiệt độ, thời gian,
nồng độ hóa chất xử lý (ở điều kiện phịng thí nghiệm).

-

Đánh giá kết quả thông qua quy hoạch thực nghiệm để xây dựng cơng
nghệ tối ưu xử lý hồn tất vải chống tia UV.
Luận văn này được thực hiện tại Khoa Công nghệ Dệt-May và Thời

trang của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, và tại Viện Dệt May.
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Cao Hữu Trượng, TS. Nguyễn
Văn Thông, ThS. Bùi Thái Nam và các thầy cô giáo trong Khoa công nghệ
Dệt-May và Thời trang của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Xin chân
thành cảm ơn các anh chị và các bạn bè đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ và
tạo điều kiện thuận lợi để luận văn được hoàn thành đúng tiến độ.
Hà nội, ngày 10/11/2007
Tác giả.

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

4

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 LÝ THUYẾT TÁC ĐỘNG CỦA TIA UV ĐỐI VỚI CON NGƯỜI

1.1.1. Đặc điểm và phân loại bức xạ UV
Bức xạ mặt trời có phổ năng lượng liên tục với dải bước sóng khoảng
từ 0,7nm đến 3000nm. Dải có bước sóng nhỏ hơn 175nm bị oxy trong bầu khí
quyển (100 km) hấp phụ. Bức xạ UV-C có bước sóng tới 280nm được ngăn
bởi tầng ozon trong khí quyển (cao khoảng 15-30 km so với mặt biển), bức xạ

này không liên quan đến vấn đề chúng ta đang quan tâm. Bức xạ hồng ngoại
có bước sóng lớn hơn cũng bị suy yếu do bị hấp thụ bởi hơi nước và khơng
khí. Nhiều những hợp chất của Oxy và Nitơ có khả năng hấp thụ bức xạ UV
tốt hơn so với các bức xạ mặt trời có bước sóng lớn hơn. Phân tử O2, N2, N3
và nguyên tử Oxy trong khí quyển hấp thụ các bưới sóng dưới 85 nm trong
khi đó chủ yếu nguyên tử Oxy hấp thụ các bước sóng từ 85 đến 200 nm. Phân
tử ozon (O3) hấp thụ tất cả các bước sóng cịn lại từ 200 đến 288 nm. Ngồi ra
tầng ozon cũng hấp thụ hầu hết các bức xạ tới 340 nm.
Như vậy phổ bức xạ mặt trời đi vào trong bề mặt trái đất có dải bước
sóng từ 280 nm đến 3000 nm (bảng 1.1 cho biết sự phụ thuộc của cường độ
bức xạ và năng lượng lượng tử phát xạ với chiều dài bước sóng).
Da người cần phải được bảo vệ chống lại bức xạ UV quá mức, chủ yếu
là loại UV-B. Bảng 1.1 cho thấy bức xạ trong dải này chỉ chiếm 6.1% tổng số
bức xạ. Đồng thời đây cũng là dải bức xạ có năng lượng lượng tử cao nhất
(năng lượng lượng tử tỉ lệ nghịch với chiều dài bước sóng).
Năng lượng lượng tử của tia UV chính là độ lớn năng lượng liên kết
của phân tử hữu cơ. Vì vậy bức xạ UV-B có khả năng phá hủy mạnh nhất.
Bởi vì cường độ và sự phân bố bức xạ UV phụ thuộc hầu hết vào các góc tới
Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


5

Luận văn cao học

(có quỹ đạo khác nhau khi đi qua bầu khí quyển). Do vậy bức xạ khơng đồng
đều theo từng ngày, từng mùa và vị trí địa lý. Như vậy bức xạ có hại trong
ánh sáng mặt trời vào lúc trưa nguy hiểm hơn lúc sáng hay tối, vào mùa hè

nguy hiểm hơn mùa đơng, ở vùng xích đạo nguy hiểm hơn so với các vùng
cực trái đất. Lượng bức xạ UV có hại tăng dần khi lên cao dần (tăng khoảng
20% khi ở độ cao 1000 m) và ở những nơi khi ánh sáng mặt trời bị phản xạ
(trên băng, tuyết, mặt nước,...)
Bảng 1.1 : Cường độ và sự phân loại bức xạ
trên bề mặt trái đất chiếu bình thường vào mùa hè [21]
Cơng suất bức xạ
Dải bước sóng

(nm)

Năng lượng
photon trung bình

W/m2

%

280 - 320

5

0,5 - 6,15

400

320 - 360

27

2,4 - 6,15

350

360 - 400

36

3,2 - 6,15

315

Ánh sáng khả kiến

400 - 800

580

51,8

200

Bức xạ hồng ngoại

800 - 3000

472

42,1

63

Bức xạ UV-B
Bức xạ UV-A

(kJ/mol)

Tia UV-B vừa có ích lợi và cũng gây hại cho con người. Bức xạ này có
tác dụng như chìa khóa cho q trình tổng hợp ra Vitamin D tích lũy dưới da
cần thiết cho sự phát triển cân đối của xương, chỉ cần phơi sáng một phần cơ
thể như mặt, tay, chân trong thời gian 10 đến 15 phút ít nhất 2 lần 1 tuần. Bên
cạnh đó tia UV-B cũng kích thích sự sản xuất hocmơn tế bào biểu bì có vai
trị quan trọng trong việc giảm cân, giải phóng năng lượng, và tạo rám nắng
cho da. Tuy nhiên phơi nắng quá 15 phút trong ngày nắng mùa hè có thể gây
ra hiện tượng cháy nắng cấp tính. Đỉnh của đường cong tác động gây ban đỏ
đối với các loại da nằm ở bước sóng 297 nm (Xem hình 1.1).

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


6

Luận văn cao học

Phơi sáng thường xuyên (vài tháng đến vài năm) dưới tia UV-B có thể
bị các bệnh ngứa da, kết vảy, đục thủy tinh thể và ung thư da. Bệnh ung thư
da thực tế phát triển qua nhiều năm sau khi da bị cháy do phơi dưới tia UV-B,
đặc biệt phơi nắng nhiều liên tục trước tuổi 18.

Vùng có khả năng sát trùng
Vùng gây ban đỏ da

Độ nhạy

Vùng khả kiến

Bước sóng / nm

Hình 1.1 : Sự tác động của tia UV-A và UV-B
1.1.2. Phân loại các loại da
Hàng năm nhiều người muốn phơi nắng để có được làn da rám nắng
nhưng hồn tồn khơng để ý lượng tối thiểu phơi dưới tia UV là bao nhiêu, và
nhiều đến mức nào và điều này cũng còn phụ thuộc nhiều vào đặc điểm từng
loại da, từng thời điểm và khu vực khác nhau trên trái đất. Thông thường
cường độ tối đa UV-C và UV-B là 0.1 uW/cm2 ( = 0.001 W/m2); UV-A là
1 mW/cm2 ( =10 W/m2); với ánh sáng khả kiến là 1 cd/cm2 ( = 10,000 cd/m2);
tia hồng ngoại là 10 mW/cm2 ( = 100 W/m2). Cũng dựa vào độ nhạy cảm của
da với ánh sáng và khả năng tạo sắc tố da người ta chia làm 6 loại da cơ bản
với thời gian tự bảo vệ khác nhau (Bảng 1.2)

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


7

Luận văn cao học

Bảng 1.2: Phân loại da theo sự nhậy cảm với tia UV [16]
(Ánh nắng buổi trưa hè vùng Nam Âu)
Loại
da

Màu da

Lượng tới hạn

Thời gian

gây đỏ da
(mJ/cm2)

tự bảo vệ

Sự phản ứng trên da

(phút)

I

Trắng

15 – 30

5 - 10

Da bị rám nhanh, không bị sạm
bởi các hắc tố. Dễ bị lão hóa da

và bị ung thư da nhất

II

Trắng

25 – 35

8 – 12

Da bị rám nhanh, đôi khi bị sạm
bởi các hắc tố trên da

III

Nâu
nhạt

30 – 50

10 – 15

Rám vừa, da bị cháy sạm bởi các
hắc tố trên da

IV

Nâu

45 – 60

15 – 20

Da bị rám ít, bị cháy sạm bởi các
hắc tố trên da

V

Nâu

60 – 100

20 – 35

Da bị rám rất ít, tạo khá nhiều
hắc tố

VI

Đen nâu
sẫm

100 – 200

35 - 70

Da không bị rám, tạo nhiều sắc tố
đủ để bảo vệ da

1.1.3. Tác hại của tia UV đối với da

Khi đi dưới bức xạ mặt trời con người có thể bị những tác động cấp
tính hoặc mãn tính lên da, mắt và hệ thống miễn dịch. Trước đây người ta
thường quan niệm sai lầm khi cho rằng chỉ có da màu sáng mới cần phải quan
tâm đến việc phơi dưới nắng. Da đen được bảo vệ tốt hơn với những sắc tố
màu tối, và tỉ lệ ung thư da thấp hơn so với các làn da màu sáng. Tuy nhiên,
bệnh ung thư da vẫn xẩy ra với nhóm da màu đen và thường được phát hiện
muộn hơn khi đã ở giai đoạn nguy hiểm.

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


8

Luận văn cao học

Tác động cấp tính được biết đến nhiều nhất bởi tác động bức xạ UV là
hiện tượng ban đỏ da, giống như da bị tấy đỏ gọi là cháy nắng. Hầu hết da
người sẽ bị rám bởi bức xạ UV kích thích sản xuất hắc tố sau một vài ngày
phơi nắng. Tác động này giảm nhiều đối với vung da dày hay người có da dày
hơn bởi vì tia UV bị ngăn chặn khi đi vào lớp sâu hơn trên da. Hiện tượng
cháy nắng phụ thuộc vào các loại da, ngưỡng gây ban đỏ của từng loại da và
khả năng thích nghi với sự phơi sáng của da.

Lớp keo sừng
Tế bào nền

Biểu bì

Mao quản
Nguyên bào sợi
Lympho bào
Đại thực bào
Dưỡng bào
Bạch cầu hạt

Hạ bì

Tế bào tạo hắc tố

Mao mạch
Thớ đàn hồi
Tế bào sợi

Mơ dưới da

Hình 1.2: Bức xạ UV xuyên vào da
Tác động mãn tính gây ra một số những biến đổi thối hóa trong tế bào,
lớp mơ và mạch máu của da. Những tác động này biểu hiện như tàn nhang,
kết hạt và đốm, đó là những vùng sắc tố nâu lan rộng trên da. Bức xạ UV tăng
q trình lão hóa da và dần dần làm mất đi tính đàn hồi của da dẫn đến da bị

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

9

nhăn và khô ráp. Đặc biệt khi tia UV-A và UV-B có thể đi rất sâu vào trong
da gây ra những căn bệnh ung thư (hình 1.2).

Hình 1.3: Ung thư biểu mô (bên trái) và tế bào hình vảy (bên phải)
Bệnh ung thư da với khối u lành (Non-melanoma skin cancers -NMSC)
gồm tế bào ung thư biểu mơ và tế bào ung thư hình vảy. Bệnh này hầu như
khơng có tử vong nhưng phải phẫu thuật và thường để lại vùng da xấu. Nguồn
gốc bệnh này đã được xác định là do phơi nắng và thường bị ở những bộ phân
cơ thể tiếp xúc với ánh sáng như tai, mặt, cổ, cánh tay. Ở một số quốc gia
người ta thấy rằng có sự liên quan giữa sự tăng dần tỉ lệ mắc bệnh ở vùng có
vĩ độ giảm dần có cường độ UV cao hơn.

Hình 1.4: Ung thư da ác tính
Mặc dù khối u ác tính (Malignant melanoma -MM) xuất hiện ít hơn
ung thư nhưng lại là nguyên nhân chính gây ra tử vong. Bệnh này được chẩn
đốn chính xác khơng khó như ung thư lành tính. Nhiều nghiên cứu cho rằng
nguy cơ mắc bệnh này liên quan đến đặc điểm con người, gen và sự thích
nghi khi bị tác động tia UV.

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

10

1.1.4. Nguyên lý gây tác hại
1.1.4.1. Bản chất của sự phá hủy quang hóa
“Quang hóa” là một thuật ngữ thơng thường có liên quan đến khả năng
bức xạ trong việc tạo ra một sự thay đổi hóa học nào đó. Trong khi thuật ngữ
này thường được sử dụng để môt tả sự tác động của tia UV nếu như khơng
đưa ra bước sóng cụ thể trong dải sóng. Mọi tác động của bức xạ có thể có
ích hoặc có hại phụ thuộc vào sự tác động liên tục và lâu dài hay khơng.
Vải khi sử dụng có khả năng hấp thụ năng lượng một phần nên các tia
UV tác động lên da người chỉ ở mức trung bình. Hình 1.5 cho biết mối quan
hệ giữa bước sóng (nm) và năng lượng (eV)

Hình 1.5: Năng lượng bước sóng tương đương với năng lượng phá vỡ các
liên kết C=O, C=C, C-H, C-N của vùng UV [16]
Các photon chính là các hạt năng lượng nhỏ nhất có thể phá vỡ nhiều
những liên kết giữa carbon, nitrogen, và oxygen thường có trong các mô sinh
học. Sự biến đổi cấu trúc các phân tử có thể xảy ra ở mức năng lượng thấp
hơn 3,1 eV tương đương với bước sóng 400 nm gần vùng màu tím. Đây chính
là nguyên nhân phá vỡ các cấu trúc tế bào.

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


11

Luận văn cao học

1.1.4.2. Bản chất của sự phá hủy các mô sinh học
Tác động của tia UV được hiểu và xem như tác động với những bước

sóng dưới 400 nm. Và với bước sóng này có khả năng tạo ion, tạo nguyên tử
đơn và phá vỡ các liên kết phân tử. Do đó có thể làm biến đổi cấu trúc tế bào
và thậm chí cả phần tử nội bào. Các liên kết phân tử protein bị phá vỡ có thể
gây ra sự biến tính tế bào và làm đục thủy tinh thể. Chính sự phá hủy các mơ
sinh học này làm tia UV có tác dụng khử trùng hay diệt khuẩn.
Khi các photon UV xuyên vào tế bào làm biến đổi trong cấu trúc chuỗi
AND nằm trong tế bào gây ra hiện tượng đột biến do sự sai lệch trong quá
trình tự sao chép, tái tạo tế bào (Xem hình 1.6). Các liên kết của các phân tử
keo tạo đàn hồi trên da bị phá vỡ gây ra sự bó chặt các cấu tạo thớ làm lõm
vùng da, thối hóa và nhăn da..

Trước

Sau

Photon UV

Hình 1.6: Đột biến AND bởi tác động của tia UV
Tế bào bình thường có thể trở thành tế bào ung thư nếu AND khơng có
khả năng tự sửa chữa. Bên cạnh đó phơi dưới tia UV quá nhiều cũng có thể
làm ngăn cản sự hoạt động của hệ thống miễn dịch do , vì vậy sẽ tăng nguy cơ
mắc các căn bệnh lây nhiễm.

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


12

Luận văn cao học

1.2. KHẢ NĂNG VẬT LIỆU DỆT NGĂN NGỪA TIA UV

Phần tia cực tím trong ánh sáng mặt trời khoảng 6%. Phần này bao
gồm thành phần sóng ngắn trong vùng ánh sáng nhìn thấy và tạo nên UVA
(315-400 nm), UVB (280-315 nm) và UVC (100-280 nm).
Vật liệu che nắng và các mặt hàng quần áo hấp thụ 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 dẫn đến cháy nắng.
Tính thẩm thấu của vật liệu dệt và quần áo đối với tia UV đóng vai trị
quan trọng đáng kể đối với hiệu quả bảo vệ chống lại tia UV. Điều đó cho
thấy tại sao nguyên liệu là một yếu tố đặc biệt quan trọng, và có thể tăng hệ số
bảo vệ bằng cách chọn vật liệu. Giá trị truyền bức xạ cực tím với khoảng hẹp
của dãy bức xạ UV tương ứng với hiệu quả bảo vệ tốt.
Phản xạ
Hấp thụ

Truyền qua
Khuếch tán
Khơng biến đổi
( chủ yếu qua lỗ trống)

Hình 1.7: Sự hấp thụ và truyền qua của vải đối với tia UV
Người ta đã đưa ra hệ số bảo vệ chống lại tia cực tím (UPF) hoặc hệ số
bảo vệ chống lại mặt trời (SPF) để đánh giá mức độ bảo vệ, được thực hiện
trên cơ sở phổ truyền UV bằng các quang phổ kế đặc biệt.

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


13

Luận văn cao học

Bảng 1.3: Chỉ số chống tia UV của một số vải dệt từ sợi thiên nhiên [19]
Trọng
lượng
(g/m2)

Số sợi
dọc/ngang
(cm-2)

Chi số sợi
dọc/ngang
(tex)

Độ
thưa
(%)

SPF

101
107
135
367

165
185

65/32
52/25
34/31
17/17
-

2x5/2x5,25
2x7/2x7
20/20
34x3/34x3
14.71
20

0,67
0,40
3,05
0,12
0,21
0,31

3,9
3,4
3,7
17,0
5,0
3,5

Muslin (vân điểm mịn)
Shaered (Len cừu mịn)
Tricot (đan dọc)
Tơ tằm

87
125
327

26/26
23/22
-

24/13
15x2/15x2
70/2

4,06
0,63
1,14

7
24
45

Twill ( chéo I)
Crep (nhiễu)
Twill,Tussah ( chéo II)
Satin crep ( nhiễu)

41
65
70
84

90/80
58/38
35/30
134/50

2x2/2x3
2,2x3/2,2x4
7,6/15
6,5/2,0

0,61
0,98
1,54
0,43

7
3
8
5

Loại vải
Bơng
(nấu tẩy, làm bóng)
Poplin I
Poplin II

Chéo
Vải bạt
Tricot I, nấy tẩy
Tricot II, nấu tẩy
Len

Khi tia UV va chạm vào bề mặt xơ dệt, bức xạ có thể hồn tồn bị phản
xạ, phân tán hoặc hấp thụ. Tuy nhiên một số lớn sản phẩm cho tia UV đi qua
bằng quá trình khuếch tán, do vậy mà tia UV trực tiếp xuyên vào da người.
(Xem hình 1.7). Quan sát tổng thể trên bề mặt vải dệt khi vật liệu có độ xốp
cao, độ thưa lớn, tia UV có thể đi qua các khe hở giữa các xơ sợi tác động
trực tiếp lên da. Tỉ lệ bức xạ phản xạ, hấp thụ hay truyền qua phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, gồm loại vật liệu, độ chặt của vải, bề mặt vải, thuốc nhuộm và
chất hấp thụ tia UV hay các hóa chất hồn tất có trên vải. So sánh kết quả
chống UV của vải khơng nhuộm màu được trình bày ở bảng 1.3 và bảng 1.4.

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


14

Luận văn cao học

Bảng 1.4: Chỉ số chống tia UV của một số vải dệt từ sợi tổng hợp [19]
Trọng
lượng
(g/m2)

Số sợi
dọc/ngang
(cm-2)

Chi số sợi
dọc/ngang
(tex)

Microfiber I

120

49/45

Microfiber II

65

40/31

Filament
Stapen
Taffeta
Tricot
Polyamit,
PA/Elastan

130
165
70

225

120/30
22/18
74/31
-

Microfiber

74

60/40

Filament
Stapen
Pa/El Tricot I

67
140
210

46/32
21/18
-

Pa/El Tricot II

195

-

Pa/El Tricot III

220

-

Loại vải

TiO2
(%)

Độ
thưa
(%)

SPF

0,59/0,56
f 128/256
0,56/0,56
f 88/176
4/15
20x2/20x2
5/7,6
16,7/f 30

0,35

0,09

>>50

0,50

0,35

38

0,44
0,30
0,06
0,42

0,19
3,80
0,13
1,36

44
13
42
26

0,81/0,81
f 96/96
8x2/5,2
17x2
70/30 %
6,7/4,7

80/20 %
4,4 f 12/4,5
81/19 %
4,4 f 14/4,4

1,45

0,10

>>50

0,28
0,28
10,7

2,70
2,30
16,40

3.8
8.4
4.2

<17
ppm

0,27

11.0

0,15

14.5

Polieste

<17
ppm

Vật liệu được sử dụng trong may mặc có khả năng thẩm thấu tia UV
khác nhau. Bơng tẩy trắng có tính thẩm thấu cao đối với tồn bộ phổ của tia
UV, gần như trong suốt đối với những tia này. Hệ số bảo vệ của vải bông mộc
cao hơn hệ số bảo vệ của vải bông tẩy trắng do các pigment tự nhiên, pectin
và sáp trên xơ bông có tác dụng như là chất hấp thụ tia UV. Xơ PET được cấu
tạo từ các khối cấu trúc nhân thơm, các phần nhân thơm này có khả năng hấp
thụ tia UV-B rất tốt, nhưng xơ PA có gốc béo nên có khả năng cho tia UV
xuyên qua tương đối cao bao gồm tồn bộ dải bước sóng. Tuy nhiên các xơ

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


Luận văn cao học

15

tổng hợp cổ truyền chống tia UV có chứa 5 tới 10% chất gốm, quan trọng
nhất là oxit titan (TO2). Các nhà sản xuất xơ thường đưa chất này vào xơ
polyeste, polyamit, polyacrynitril để làm mờ vì bản chất các xơ sau khi kéo có

đặc điểm trong suốt. Bên cạnh đó chúng tạo ra hiệu quả bảo vệ chống lại tia
UV rât tốt và có hiệu ứng làm mát tới vài độ C.
Phân tích kết quả quả trên Bảng 1.3 & 1.4 ta thấy: Sợi bông và sợi tơ
tằm có khả năng chống bức xạ UV thấp do khơng có dấu hiệu hấp thụ. Ngược
lại, vải len và vải polyester lại có chỉ số chống nắng cao do những vải này hấp
thụ bức xạ UV. Do bị tia UV xuyên qua nhiều nên Nylon bị ảnh hưởng rất rõ
rệt bởi tác dụng của chất làm mờ. Vải Nylon và Nylon/Elastan có khả năng
chống lại tia UV rất khác nhau, từ mức độ kém đến rất tốt.
1.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ CHỐNG TIA UV CỦA VẢI

Bên cạnh việc bảo vệ xơ và thuốc nhuộm, các chất hấp thụ tia UV
được sử dụng để cải thiện hệ số bảo vệ UPF. Dĩ nhiên hệ số này của vật liệu
dệt được xác định bởi cấu trúc hoá học của xơ, các chất phụ gia và thuốc
nhuộm cũng như là các đặc tính cấu trúc vĩ mơ của vật liệu dệt: cấu trúc vải,
bề mặt vải (độ bóng), mật độ sợi, độ dày, sự ổn định kích thước và các tính
chất đàn hồi. Một sản phẩm may mặc chống tia UV phải nhẹ và cấu trúc vải
thoáng để tạo ra tính dễ chịu khi mặc trong khí hậu nắng nóng, nhưng cấu trúc
thống này làm giảm hiệu quả bảo vệ. Nhà thiết kế sản xuất phải kết hợp các
yếu tố này để tạo sản phẩm đạt được những đặc tính cần thiết và hệ số chống
tia UV.
1.3.1. Yếu tố cấu trúc và bản chất xơ - sợi - vải
Bản chất và cấu trúc xơ sợi có ảnh hưởng rất lớn đối với khả năng
chống tia UV của vải. Theo số liệu nghiên cứu gần đây (xem bảng 1.4) cho
Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007


16

Luận văn cao học

thấy với cấu trúc vải tương tự như nhau thì khả năng ngăn ngừa tia UV của
vật liệu được xắp xếp như sau: Bông < Tơ tằm < polyamit < Polyeste < Len.
Tuy nhiên với hàm lượng Titan dioxit trên xơ PET cao ( >1,3%) có thể
đạt được cấp chống UV cao nhất đối với các loại xơ dệt thông thường.
Để nghiên cứu cấu trúc một loại vải chống tia UV người ta đưa ra khái
niệm “độ thưa” của vải và thông số này là yếu tố quan trọng nhất cần được
tính tốn để dệt vải chống nắng từ một ngun liệu cụ thể. Đó chính là phần
trăm các khe, lỗ trống chủ yếu giữa các sợi dệt trên mặt vải đối với một đơn vị
diện tích vải. Hệ số này lại phụ thuộc vào cấu trúc vải và mật độ sợi và độ xốp
của vải. Có thể đánh giá bằng mắt thường về độ thưa của vải khi để trực tiếp
trước ánh sáng. Nếu độ thưa nhỏ, các tia UV xuyên trực tiếp qua vải bị ngăn
cản đáng kể do đó chỉ số UPF được cải thiện. Tất nhiên, vải dệt chặt, từ sợi
mảnh như các sợi microfiber sẽ chống tia UV tốt hơn vải dệt từ sợi kích cỡ
thơng thường với cùng khối lượng và cấu trúc. Cũng giống như khối lượng
vải càng lớn, vải càng dày thì khả năng ngăn ngừa bức xạ tốt hơn.
Bảng 1.5 : Chỉ số chốngUV của vải không nhuộm [9]
Loại vải

Chỉ số UPF

Vải bông đan

4

Vải len đan

45

Vải tơ tằm chéo

7

Vải polyeste đan

26

Vải nylon đàn hồi 80/20 đen

12

Nếu chúng ta coi chỉ số chống nắng UPF = 50 là mục tiêu cần đạt
được, thì vải với thơng số che phủ 0.98 tương đương với độ truyền qua là 2%
và gồm những sợi hấp thụ hồn tồn bức xạ UV khơng phản xạ là loại vải

Ngành CN Vật liệu – Dệt

Khóa 2005-2007