Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng vải len Merino nhuộm bằng chất màu chiết từ Chromolaena odorata kết hợp xử lý với các Polyme tự nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM THỊ NGỌC CHÂU NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VẢI LEN MERINO NHUỘM BẰNG CHẤT MÀU CHIẾT TỪ CHROMOLAENA ODORATA KẾT HỢP XỬ LÝ VỚI CÁC POLYME TỰ NHIÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM THỊ NGỌC CHÂU NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VẢI LEN MERINO NHUỘM BẰNG CHẤT MÀU CHIẾT TỪ CHROMOLAENA ODORATA KẾT HỢP XỬ LÝ VỚI CÁC POLYME TỰ NHIÊN 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 – 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng vải len Merino nhuộm bằng chất màu chiết từ Chromolaena odorata kết hợp xử lý với các Polyme tự nhiên” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thí nghiệm được tiến hành một cách nghiêm túc và khoa học trong quá trình nghiên cứu. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu của tác giả khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận án TS. Hoàng Thanh Thảo PGS. TS. Bùi Mai Hương NCS. Phạm Thị Ngọc Châu ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Tiến sĩ Hoàng Thanh Thảo và Phó Giáo sư, Tiến sĩ Bùi Mai Hương. Những nhà giáo tâm huyết đã dành thời gian quý báu tận tình hướng dẫn, không ngừng động viên khích lệ và trao đổi góp ý cho tôi trong suốt quá trình thực hiện để tôi có thể hoàn thành luận án này. Tôi xin được gửi lời cảm ơn tha thiết và tình cảm của mình đến các quý thầy cô Khoa Dệt may - Da giầy và Thời trang, Trường Vật liệu, Ban đào tạo – Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu luận án. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến các quý thầy cô, quý anh chị, và đồng nghiệp Bộ môn Kỹ thuật Dệt may trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, công ty Cổ phần Viện Nghiên Cứu Dệt May và Trung tâm công nghệ sinh học đã hỗ trợ tôi trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án này. Cuối cùng, tôi xin đặc biệt gửi gắm những tình cảm của mình tới gia đình, những người luôn yêu thương bên cạnh tôi đã luôn đồng hành, an ủi và động viên tôi khi tôi gặp khó khăn. Đồng thời, đã cùng san sẽ gánh vác mọi công việc để tôi có thể yên tâm hoàn thành luận án. Trong quá trình thực hiện luận án không thể tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế không mong muốn. Tôi chân thành mong nhận được những ý kiến và đóng góp của các quý thầy cô để luận án ngày càng được hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả NCS. Phạm Thị Ngọc Châu iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................... ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................. x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ................................................................ xii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... xvii 1. Tính cấp thiết của luận án ................................................................................ xvii 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án ....................................................................xviii 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án ..............................................xviii 4. Nội dung nghiên cứu của luận án ..................................................................... xix 5. Phương pháp nghiên cứu của luận án .............................................................. xix 6. Ý nghĩa khoa học của luận án ............................................................................ xx 7. Giá trị thực tiễn của luận án .............................................................................. xx 8. Những điểm mới của luận án ............................................................................ xxi 9. Kết cấu của luận án ............................................................................................ xxi Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ................................................................. 1 1.1. Tổng quan về vật liệu len Merino chải kỹ ........................................................ 1 1.1.1. Phân loại xơ len ............................................................................................. 1 1.1.2. Cấu trúc hình thái của xơ len ......................................................................... 3 1.1.3. Tính chất của xơ len ....................................................................................... 5 1.1.4. Công nghệ kéo sợi len chải kỹ ....................................................................... 6 1.1.5. Ứng dụng của vải len Merino chải kỹ ........................................................... 8 1.1.6. Những nhược điểm làm hạn chế những ứng dụng của sản phẩm len Merino chải kỹ ...................................................................................................................... 8 1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý hoàn tất vải len bằng nguyên liệu tự nhiên .. 9 1.2.1. Giới thiệu công nghệ xử lý hoàn tất len và các vật liệu dệt khác bằng nguyên liệu tự nhiên ............................................................................................................. 9 1.2.2. Các phương pháp hoàn tất len và các vật liệu dệt khác ............................... 10 1.2.3. Các nguồn nguyên liệu tự nhiên sử dụng trong hoàn tất len và các vật liệu dệt khác ........................................................................................................................ 15 1.3. Một số nguyên liệu tự nhiên tiềm năng tại Việt Nam ứng dụng trong xử lý hoàn tất vật liệu dệt ................................................................................................. 23 iv 1.3.1. Tổng quan về công nghệ hoàn tất vải bằng dịch chiết Chromolaena odorata ................................................................................................................................ 24 1.3.1.1. Tổng quan về Chromolaena odoratan .................................................. 24 1.3.1.2. Ứng dụng công nghệ hoàn tất chức năng kép dịch từ dịch chiết Chromolaena odorata trên vải ........................................................................... 32 1.3.2. Tổng quan về công nghệ hoàn tất sericin .................................................... 27 1.3.2.1. Tổng quan về sericin ............................................................................. 27 1.3.2.2. Phương pháp chiết xuất sericin ............................................................. 32 1.3.2.3. Ứng dụng công nghệ hoàn tất sericin trên vải ....................................... 29 1.3.3. Tổng quan về công nghệ hoàn tất vải bằng chitosan ................................... 31 1.3.3.1. Tổng quan về chitosan ........................................................................... 31 1.3.3.2. Phương pháp chiết xuất chitosan ........................................................... 32 1.3.3.3. Ứng dụng công nghệ hoàn tất chitosan trên vải .................................... 33 1.4. Một số công nghệ hoàn tất tiên tiến khác trên vải len .................................. 35 1.4.1. Hàng dệt mỹ phẩm và công nghệ hoàn tất vi nang ...................................... 35 1.4.1.1. Hàng dệt mỹ phẩm ................................................................................ 35 1.4.1.2. Công nghệ hoàn tất vi nang ................................................................... 36 1.4.2. Tổng quan về công nghệ hoàn tất tự làm sạch ............................................. 38 1.4.2.1. Các cơ chế tự làm sạch .......................................................................... 38 1.4.2.2. Ứng dụng về công nghệ hoàn tất tự làm sạch trên vải .......................... 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................... 43 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 45 2.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 45 2.1.1. Nguyên vật liệu ............................................................................................ 45 2.1.2. Hóa chất ....................................................................................................... 46 2.1.3. Các chủng vi khuẩn thử nghiệm .................................................................. 47 2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 47 2.2.1. Nghiên cứu hiệu quả hoàn tất chức năng tạo màu và kháng khuẩn bằng dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ....................................... 51 2.2.2. Nghiên cứu quá trình hoàn tất polyme sinh học đối với tính tiện nghi của vải len Merino chải kỹ ................................................................................................. 51 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý polyme sinh học đến khả năng nhuộm và tính tiện nghi của vải len Merino chải kỹ với dịch chiết Chromolaena odorata ................................................................................................................... 52 v 2.2.4. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả các công nghệ hoàn tất chức năng khác từ nguồn nguyên liệu tự nhiên trên vải len Merino chải kỹ – Hoàn tất cố định vi nang và tự làm sạch trên vải len Merino chải kỹ ............................................................ 52 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 52 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết.................................................................................... 52 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm ........................................................................... 53 2.3.2.1. Hoàn tất chức năng tạo màu và kháng khuẩn trên vải len Merino chải kỹ bằng dịch chiết Chromolaena odorata .................................................................. 53 2.3.2.2. Hoàn tất tính tiện nghi và tiền xử lý trước khi nhuộm Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ bằng polyme tự nhiên ................................................ 56 2.3.2.3. Hoàn tất tạo mùi bằng vi nang và tự làm sạch trên vải len Merino chải kỹ ............................................................................................................................... 58 2.3.3. Các phương pháp phân tích đánh giá hiệu quả của các quá trình hoàn tất trên vải len Merino chải kỹ ............................................................................................... 59 2.3.3.1. Phương pháp xác định thành phần dịch chiết Chromolaena odorata ...... 59 2.3.3.2. Phương pháp phân tích hàm lượng axit amin trong len, sericin và chitosan ................................................................................................................................ 59 2.3.3.3. Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi (Fourier transform infrared spectroscopy) ......................................................................................................... 59 2.3.3.4. Phương pháp hiển vi quang học (Optical Microscope) ............................ 59 2.3.3.5. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) ........ 60 2.3.3.6. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy - dispersive X - ray spectroscopy) ......................................................................................................... 60 2.3.3.7. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetric Analysis) ................................................................................................................................ 60 2.3.4. Phương pháp xác định tính chất của vật liệu dệt ............................................ 60 2.3.4.1. Phương pháp đo màu quang phổ .............................................................. 60 2.3.4.2. Độ bền màu giặt ........................................................................................ 61 2.3.4.3. Độ bền màu ma sát ................................................................................... 61 2.3.4.4. Độ bền màu mồ hôi ................................................................................... 61 2.3.4.5. Độ bền màu ánh sáng ................................................................................ 61 2.3.4.6. Phương pháp xác định giá trị pH vải nhuộm ............................................ 61 2.3.4.7. Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn ......................................... 62 2.3.4.8. Phương pháp xác định khả năng cách nhiệt ............................................. 62 2.3.4.10. Phương pháp xác định tốc độ truyền hơi nước ....................................... 62 2.3.4.11. Phương pháp xác định khả năng thoáng khí ........................................... 63 vi 2.3.4.12. Phương pháp xác định độ cứng uốn của vải ........................................... 63 2.3.4.13. Phương pháp thử nghiệm giặt ................................................................. 63 2.3.4.14. Kiểm tra cường độ mùi ........................................................................... 63 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................... 64 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................... 65 3.1. Hiệu quả hoàn tất chức năng tạo màu và kháng khuẩn bằng dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ ............................................. 65 3.1.1. Kết quả phân tích chất màu chiết xuất từ Chromolaena odorata ................ 65 3.1.2. Đánh giá khả năng tạo màu bằng dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ ................................................................................................. 68 3.1.2.1. Ảnh hưởng của quá trình chiết xuất đến hiệu quả tạo màu bằng dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ ............................................ 68 3.1.2.2. Ảnh hưởng của quá trình nhuộm đến hiệu quả tạo màu bằng dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ ............................................ 70 3.1.2.3. Ảnh hưởng của quá trình cầm màu đến hiệu quả tạo màu bằng dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ ............................................ 75 3.1.2.4. So sánh hiệu quả tạo màu của Chromolaena odorata trên len Merino chải kỹ với các loại chất màu tự nhiên khác .............................................................. 81 3.1.3. Đánh giá khả năng kháng khuẩn bằng dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ ........................................................................................... 84 3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình hoàn tất chức năng tạo màu và kháng khuẩn bằng dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ đến tính chất cơ lý 87 3.1.5. Đề xuất cơ chế liên kết giữa vải len Merino chải kỹ với các thành hóa học có trong dịch chiết Chromolaena odorata .................................................................. 88 3.1.5.1. Cơ chế tạo màu của dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ ................................................................................................................ 88 3.1.5.2. Cơ chế kháng khuẩn của dịch chiết Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ .................................................................................................... 90 3.2. Nâng cao đặc tính của vải len Merino nhuộm dịch chiết Chromolaena odorata bằng polyme tự nhiên .............................................................................................. 91 3.2.1. Hiệu quả của quá trình hoàn tất polymer tự nhiên trên vải len Merino chải kỹ ................................................................................................................................ 91 3.2.1.1. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier-transform infrared spectroscopy) của vải len Merino được xử lý bằng polyme tự nhiên ................ 91 3.2.1.2. Hình thái bề mặt vải len được xử lý bằng polyme tự nhiên .................. 92 3.2.1.3. Thành phần nguyên tử của vải len được xử lý bằng polyme tự nhiên thông qua phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) ........................................................... 93 vii 3.2.1.4. Thành phần axit amin của vải len được xử lý bằng polyme tự nhiên ... 95 3.2.1.5. Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetric Analysis) của vải len hoàn tất với polyme tự nhiên .............................................................................. 96 3.2.2. Hiệu quả của quy trình tiền xử lý polyme tự nhiên trên vải len Merino chải kỹ nhuộm dịch chiết Chromolaena odorata .......................................................... 98 3.2.2.1. Hình thái bề mặt của vải len tiền xử lý polyme tự nhiên và nhuộm Chromolaena odorata ........................................................................................ 98 3.2.2.2. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier-transform infrared spectroscopy) của vải len Merino được xử lý bằng polyme tự nhiên ................ 99 3.2.2.3. Thành phần nguyên tử của vải len tiền xử lý polyme tự nhiên và nhuộm Chromolaena odorata thông qua phổ tán sắc năng lượng tia X ...................... 100 3.2.2.4. Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetric Analysis) của vải len tiền xử lý polyme tự nhiên và nhuộm Chromolaena odorata .......................... 101 3.2.3. Đánh giá một số tính chất tiện nghi của vải len Merino chải kỹ sau hoàn tất với các polyme tự nhiên ....................................................................................... 102 3.2.4. Ảnh hưởng của quy trình tiền xử lý polyme tự nhiên đến khả năng tạo màu của vải len Merino chải kỹ bằng dịch chiết Chromolaena odorata .................... 105 3.2.4.1. Ảnh hưởng của quy trình tiền xử lý sericin đến khả năng tạo màu của vải len Merino chải kỹ bằng dịch chiết Chromolaena odorata............................... 105 3.2.4.2. Ảnh hưởng của quy trình tiền xử lý chitosan đến khả năng tạo màu của vải len Merino chải kỹ bằng dịch chiết Chromolaena odorata ........................ 108 3.2.5. Ảnh hưởng của quá trình hoàn tất polyme tự nhiên và nhuộm Chromolaena odorata trên vải len Merino chải kỹ đến tính chất cơ lý ..................................... 111 3.2.6. Đề xuất cơ chế liên kết giữa các polyme sinh học và dịch chiết Chromolaena odorata với keratin trong quá trình hoàn tất nâng cao các đặc tính của vải len Merinolen chải kỹ ................................................................................................ 112 3.2.6.1. Cơ chế liên kết giữa sericin và dịch chiết Chromolaena odorata với keratin trong quá trình hoàn tất trên vải len Merino chải kỹ ............................ 112 3.2.6.2. Cơ chế liên kết giữa chitosan và dịch chiết Chromolaena odorata với keratin trong quá trình hoàn tất trên vải len Merino chải kỹ ............................ 113 3.3. Đánh giá hiệu quả các công ng