Luận án Nghiên cứu kỹ thuật tạo màu bằng phương pháp tự nhuộm để nâng cao chất lượng tơ tằm Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN NGUYỄN TÚ UYÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO MÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ NHUỘM ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TƠ TẰM VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Hà Nội − 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN NGUYỄN TÚ UYÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO MÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ NHUỘM ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TƠ TẰM VIỆT NAM Ngành: Công nghệ Dệt, May Mã số: 9540204 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. HOÀNG THANH THẢO 2. PGS. TS. BÙI MAI HƯƠNG Hà Nội − 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả dưới sự hướng dẫn của TS. Hoàng Thanh Thảo và PGS.TS. Bùi Mai Hương. Các kết quả trong luận án được thu thập từ nghiên cứu thực tế, trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nghiên cứu của các tác giả khác. Tập thể hướng dẫn khoa học Tác giả luận án TS. Hoàng Thanh Thảo PGS.TS. Bùi Mai Hương Trần Nguyễn Tú Uyên ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin được gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Hoàng Thanh Thảo và PGS.TS. Bùi Mai Hương, những Giáo viên hướng dẫn đã giúp định hướng, hết lòng quan tâm và dìu dắt tôi trong suốt quá trình nghiên cứu cũng như thực hiện luận án này. Sự tận tâm và động viên của hai Cô là nguồn động lực to lớn giúp tôi vượt qua được những giai đoạn khó khăn trên con đường khám phá tri thức và từng bước hoàn thiện bản thân. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo thuộc Khoa Dệt may - Da giầy và Thời trang, Trường Vật liệu, Ban đào tạo - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi cũng xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, Trung tâm công nghệ sinh học TP. HCM, Trung tâm phân tích thí nghiệm–Sở Khoa học và Công nghệ TP. HCM, Trung tâm nghiên cứu Dâu Tằm Tơ Trung ương, Công ty TNHH Xe tơ Dệt lụa Hà Bảo, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam đã hỗ trợ tôi thực hiện một số thử nghiệm và phân tích trong luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Khoa Công nghệ may–Thời trang thuộc Trường Đại học Công nghiệp TP. HCM đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu trong quá trình công tác tại cơ quan. Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn Ba Mẹ, Anh Chị, Gia đình nhỏ của mình cùng những người thân yêu nhất đã luôn ủng hộ và động viên tôi không ngừng nghỉ, là điểm tựa vững chắc nhất về tinh thần giúp tôi yên tâm trên con đường học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2024 Tác giả Trần Nguyễn Tú Uyên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................. ix MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 4 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 4 4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................... 5 5. Ý nghĩa khoa học của luận án ........................................................................ 5 6. Giá trị thực tiễn của luận án ........................................................................... 6 7. Điểm mới của luận án .................................................................................... 6 8. Bố cục của luận án ......................................................................................... 6 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ..................................................... 8 1.1. Tổng quan về tơ tằm ..................................................................................... 8 1.1.1. Sinh học con tằm .................................................................................... 8 1.1.2. Quy trình sản xuất kén tơ tại Việt Nam ............................................... 10 1.1.3. Cấu trúc hình thái của tơ tằm ............................................................... 13 1.1.4. Cấu trúc hoá học của tơ tằm ................................................................ 17 1.1.5. Tính chất của tơ tằm ............................................................................ 18 1.1.6. Ứng dụng của tơ tằm............................................................................ 19 1.2. Tổng quan về phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm ....................... 21 1.2.1. Khái niệm phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm ...................... 22 1.2.2. Phương pháp bổ sung chất màu vào thức ăn cho con tằm để tạo kén tơ tự nhuộm ............................................................................................................. 22 1.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tự nhuộm ........................ 23 1.2.4. Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến con tằm .......................... 25 1.2.5. Ảnh hưởng của phương pháp tự nhuộm đến kén tơ ............................ 25 1.2.6. Tình hình nghiên cứu trong nước về phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm .................................................................................................................. 27 1.3. Tổng quan về xử lý chuội tơ tằm ............................................................... 27 1.3.1. Khái niệm xử lý chuội tơ tằm .............................................................. 27 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chuội tơ tằm ................................ 28 iv 1.3.3. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến tơ tằm ............................................... 29 1.4. Kết luận tổng quan và hướng nghiên cứu của luận án ............................... 31 1.4.1. Kết luận tổng quan ............................................................................... 31 1.4.2. Hướng nghiên cứu của luận án ............................................................ 32 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................................................... 35 2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 35 2.1.1. Nguyên vật liệu .................................................................................... 35 2.1.2. Hoá chất ............................................................................................... 35 2.1.3. Dụng cụ và thiết bị ............................................................................... 36 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 36 2.2.1. Nghiên cứu phương pháp tạo màu tự nhuộm cho tơ tằm .................... 36 2.2.2. Nghiên cứu cấu trúc hình thái và tính chất tơ tằm tự nhuộm .............. 36 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý chuội đến tơ tằm tự nhuộm ............ 36 2.2.4. Nghiên cứu tiềm năng ứng dụng tơ tằm tự nhuộm trong dệt may và thời trang ............................................................................................................ 37 2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 37 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết ............................................................................ 37 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm ................................................................... 37 2.3.3. Phương pháp phân tích cấu trúc và xác định tính chất vật liệu ........... 42 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................ 49 3.1. Kết quả nghiên cứu phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm ..................... 49 3.1.1. Hiệu quả của phương pháp tạo màu tự nhuộm trên giống tằm nuôi tại Việt Nam ............................................................................................................ 49 3.1.2. Ảnh hưởng của loại chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm ..... 51 3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian cho ăn chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm .................................................................................................................. 56 3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến phương pháp tự nhuộm tơ tằm60 3.1.5. Hiệu suất của phương pháp tự nhuộm đối với tơ thô .......................... 62 3.1.6. Đề xuất quy trình tạo kén màu bằng phương pháp tự nhuộm tơ tằm .. 64 3.2. Kết quả nghiên cứu đặc trưng của kén và tơ tự nhuộm bằng Rhodamine B66 3.2.1. Đặc trưng của kén tằm tự nhuộm Rhodamine B ................................. 66 3.2.2. Đặc trưng của tơ tự nhuộm Rhodamine B ........................................... 69 3.2.3. Đề xuất cơ chế liên kết của chất màu Rhodamine B và tơ tằm trong tơ tự nhuộm ............................................................................................................. 78 3.3. Kết quả nghiên cứu xử lý chuội tơ tự nhuộm Rhodamine B ..................... 81 v 3.3.1. Ảnh hưởng của quá trình xử lý chuội đến màu sắc của tơ tự nhuộm Rhodamine B ...................................................................................................... 81 3.3.2. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến cấu trúc tơ tự nhuộm Rhodamine B . 90 3.3.3. Ảnh hưởng của xử lý chuội đến hiệu suất nhuộm ............................... 96 3.4. Kết quả nghiên cứu ứng dụng tơ tự nhuộm ................................................ 97 3.4.1. Ứng dụng tơ tự nhuộm dệt vải lụa tơ tằm ............................................ 97 3.4.2. Ứng dụng vải lụa tơ tự nhuộm vào sản phẩm may mặc ...................... 98 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ..................................................... 107 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .......... 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 110 PHỤ LỤC 1 ........................................................................................................... 1 PHỤ LỤC 2 ........................................................................................................... 4 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AC : Acid red 88 B. mori : Giống tằm Bombyx mori BS : Basic Red 13 BW : Brazilwood/Caesalpinia sappan C : Carbon CAS : Chemical Abstracts Service − Số định danh hoá chất CM : Curcumin DTG : Difference Thermo Gravimetry – Nhiệt lượng vi phân ISA : International Silk Association – Hiệp hội tơ tằm quốc tế EDS/EDX : Energy Dispersive X-ray Spectroscopy – Phổ tán sắc năng lượng tia X FTIR : Fourier-Transform Infrared Spectroscopy – Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier IC/IEC : Ion Exchange chromatography – Phương pháp sắc ký trao đổi ion LQ2 : Tằm kén trắng giống Lưỡng Quảng số 2 MPa : Mega Pascal − Đơn vị đo áp suất MS : Xà phòng Marseill N : Nitơ O : Oxy ppm : Parts per millions − 1 ppm =1 mg/kg RhB : Rhodamine B RhB-1500 : Rhodamine B nồng độ 1500 ppm SEM : Scanning Electron Microscope – Kính hiển vi điện tử quét TG : Thermogravimetry − Nhiệt trọng trường vii TGA : Thermal gravimetric analysis – Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TT - Chuội : Tơ trắng chuội TT - Thô : Tơ trắng thô TTN-RhB : Tơ tự nhuộm Rhodamine B TTN-RhB- Chuội : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội TTN-RhB- Thô : Tơ tự nhuộm Rhodamine B thô TTN-RhB- C AS : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội áp suất TTN-RhB- C EZ : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội enzyme TTN-RhB- C MS : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội xà phòng Marseille TTN-RhB- C Na2CO3 : Tơ tự nhuộm Rhodamine B chuội Na2CO3 UPLC : Ultra Performance Liquid Chromatography – Sắc ký lỏng siêu cao áp VR : Kén vàng ré XRD : X-Ray Difraction – Nhiễu xạ tia X viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1 Thời gian sinh trưởng của tằm dâu lưỡng hệ ................................................ 9 Bảng 1. 2 Các loại cấu trúc thứ cấp của tơ tằm và bước sóng hấp thụ quang phổ hồng ngoại của chúng ....................................................................................................... 15 Bảng 2. 1 Thông tin các loại hoá chất sử dụng trong luận án ..................................... 35 Bảng 2. 2 Các azo amine độc hại theo tiêu chuẩn ISO-14362-1:2017 ...................... 46 Bảng 3. 1 Thông số kỹ thuật phương pháp tự nhuộm tơ tằm ...................................... 49 Bảng 3. 2 Tỷ lệ sống và tạo kén của tằm sau khi ăn bổ sung các loại chất màu khác nhau ..................................................................................................................................... 52 Bảng 3. 3 Hiệu quả tạo màu cho kén của các loại thuốc nhuộm khác nhau .............. 53 Bảng 3. 4 Chỉ số L*,a*,b* và ∆E trước và sau chuội của các mẫu tơ tự nhuộm ...... 54 Bảng 3. 5 Tỷ lệ tằm sống và tạo kén khi thử nghiệm ở các độ tuổi khác nhau ......... 58 Bảng 3. 6 Tỷ lệ tằm sống và tạo kén khi thử nghiệm ở các nồng độ khác nhau ....... 60 Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật và kết quả của phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm64 Bảng 3. 8 Thành phần acid amine của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng đối chứng ...... 74 Bảng 3. 9 Kết quả xác định độ bền màu của tơ tằm tự nhuộm RhB ........................... 75 Bảng 3. 10 Kết quả xác định hàm lượng azo amine thơm và muối arylamine trong tơ tằm tự nhuộm với RhB ................................................................................................. 77 Bảng 3. 11 Hiệu suất của phương pháp tạo màu tự nhuộm tơ tằm ............................. 96 Bảng 3. 12 Thông số kỹ thuật vải tơ tằm tự nhuộm ...................................................... 98 Bảng 3. 13 Kết quả hệ số mềm rũ của vải tơ tằm tự nhuộm trước và sau chuội ..... 101 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. 1 Vòng đời của con ngài ....................................................................................... 8 Hình 1. 2 Cấu trúc kén tằm ................................................................................................ 9 Hình 1. 3 Đặc trưng tuyến tơ của tằm ............................................................................. 10 Hình 1. 4 Quy trình sản xuất kén tơ ................................................................................ 10 Hình 1. 5 Cấu trúc và hình thái tơ tằm ............................................................................ 14 Hình 1. 6 Các dạng vi cấu trúc của protein tơ tằm ........................................................ 14 Hình 1. 7 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của một số loại tơ tằm ................................ 16 Hình 1. 8 Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) của một số loại tơ tằm ......... 16 Hình 1. 9 Cấu trúc sơ cấp của tơ tằm .............................................................................. 17 Hình 1. 10 Con tằm, kén, tơ từ phương pháp tự nhuộm ............................................... 22 Hình 1. 11 Tuyến tơ và kén của con tằm đã ăn chất màu............................................. 24 Hình 1. 12 Sự sinh trưởng của tằm sau khi ăn bổ sung chất màu ............................... 25 Hình 1. 13 Kén tằm có màu từ phương pháp tự nhuộm ............................................... 26 Hình 1. 14 Hình thái và tính chất của tơ tự nhuộm trước và sau chuội ...................... 26 Hình 1. 15 Phổ hồng ngoại FT-IR (a) và nhiễu xạ tia X (b) của tơ trước và sau chuội bằng các phương pháp khác nhau ......................................................................... 30 Hình 1. 16 Sự giảm cường độ màu sắc của tơ kén tự nhuộm sau chuội .................... 31 Hình 2.1 Quy trình nghiên cứu xác định thông số kỹ thuật của phương pháp tự nhuộm ................................................................................................................................. 37 Hình 2.2 Quy trình thực nghiệm tạo kén tơ tự nhuộm.................................................. 40 Hình 2.3 Sơ đồ nội dung nghiên cứu chuội tơ tự nhuộm ............................................. 40 Hình 2.4 Quy trình nghiên cứu tiềm năng ứng dụng tơ tự nhuộm trong Dệt may .... 42 Hình 2.5 Quy trình nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và tính chất tơ tự nhuộm ............ 42 Hình 3. 1 Con tằm sau 1 ngày ăn bổ sung chất màu RhB ............................................ 49 Hình 3. 2 Ngoại quan bề mặt của kén màu tự nhuộm và kén đối chứng ................... 50 Hình 3. 3 Hình kính hiển vi soi nổi sợi tơ trên bền mặt kén ........................................ 51 Hình 3. 4 Các độ tuổi của tằm ......................................................................................... 57 Hình 3. 5 Tằm ăn chất màu RhB ở các giai đoạn tuổi khác nhau ............................... 57 Hình 3. 6 Cường độ màu sắc của tơ tự nhuộm ở các tuổi tằm khác nhau .................. 59 Hình 3. 7 Tằm chết trong quá trình tạo kén ................................................................... 61 x Hình 3. 8 Phổ hấp thụ K/S của mẫu tơ tự nhuộm RhB ở các nồng độ khác nhau .... 62 Hình 3. 9 Con tằm nuôi áp dụng phương pháp tự nhuộm và tằm đối chứng ............. 62 Hình 3. 10 Phổ sắc ký UPLC của tơ tự nhuộm RhB nồng độ 1500 ppm ................... 63 Hình 3. 11 Sơ đồ quy trình tạo kén tơ màu bằng phương pháp tự nhuộm ................. 64 Hình 3. 12 Đề xuất sơ đồ quy trình phương pháp tự nhuộm tơ tằm ........................... 65 Hình 3. 13 Cấu trúc bề mặt kén tằm tự nhuộm RhB và kén đối chứng ...................... 66 Hình 3. 14 Kết quả EDX của kén tự nhuộm RhB và kén trắng đối chứng ................ 67 Hình 3. 15 Biểu đồ khối lượng và chiều dài tơ của kén ............................................... 68 Hình 3. 16 Ảnh SEM của tơ trắng và tơ tự nhuộm RhB .............................................. 69 Hình 3. 17 Phổ FT-IR của chất màu RhB và các mẫu tơ tằm...................................... 70 Hình 3. 18 Giản đồ XRD và độ bền của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng thô ............... 71 Hình 3. 19 Biểu đồ phân tích nhiệt trọng lượng TGA của TTN-RhB và TT thô ...... 73 Hình 3. 20 Kết quả phân tích EDX của tơ tự nhuộm RhB và tơ trắng ....................... 74 Hình 3. 21 Cấu trúc hoá học của Rhodamine B ở các điều kiện khác nhau. ............. 78 Hình 3. 22 Đề xuất cơ chế liên kết của chất màu Rhodamine B với tơ tằm .............. 79 Hình 3. 23 Biểu đồ tỷ lệ giảm trọng (a) và cường độ màu (b) của TTN-RhB sau chuội bằng Na2CO3 ........................................................................................................... 82 Hình 3. 24 Hình ảnh ngoại quan và SEM của các mẫu TTN-RhB chuội bằng Na2CO3 ở các thông số nồng độ và thời gian khác nhau .............................................. 83 Hình 3. 25 Tỷ lệ giảm trọng và cường độ màu của TTN-RhB sau chuội bằng xà phòng Marseille (MS). a) Tỷ lệ giảm trọng; b) Cường độ màu K/S ........................... 84 Hình 3. 26 Hình ảnh ngoại quan và SEM của các mẫu TTN-RhB chuội bằng xà phòng Marseille ở các thông số nồng độ và thời gian khác nhau ............................... 84 Hình 3. 27 Tỷ lệ giảm trọng của tơ tự nhuộm sau chuội bằng enzyme ...................... 85 Hình 3. 28 Biểu đồ K/S củ