Bài tiểu luận môn quá trình hoàn tất vải (5)

Mô hình sự phân bố các lực lên giọt nước trên bề mặt vải Một bề mặt được xem là kị nước hay ưa nước là dựa vào góc tiếp xúc giữa giọt nước với bề mặt rắn.. Góc tiếp xúc càng cao, độ tiế

LỚP: 20109 ĐT - THỨ 3 TIẾT 11-12

GVHD: T.S NGUYỄN TUẤN ANH

SVTH: Mông Thị Thu Hà 20109135

Nguyễn Thị Nhi 20109154 Nguyễn Ngọc Thịnh 20109161 Trần Hiền Trang 20109167

KHOA THỜI TRANG VÀ DU LỊCH MÔN QUÁ TRÌNH HOÀN TẤT VẢI

TIỂU LUẬN CUỐI KỲ

***

CHỦ ĐỀ: XỬ LÝ HOÀN TẤT

CHỐNG THẤM

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA VIẾT TIỂU LUẬN

HỌC KỲ II NĂM HỌC 2021-2022

Lớp thứ 3 – Tiết 11-12

Tên đề tài: Xử lý hoàn tất chống thấm

STT HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN MÃ SỐ SINH VIÊN

TỈ LỆ % HOÀN THÀNH

MỤC LỤC

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU 5

A MỞ ĐẦU 6

1 Lý do chọn đề tài 6

2 Mục đích nghiên cứu 6

3 Phạm vi nghiên cứu 7

4 Bố cục nghiên cứu 7

B NỘI DUNG 8

CHƯƠNG 1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN VẢI CHỐNG THẤM 8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHỐNG THẤM 10

2.1 Cơ chế tương tác giữa vải và nước 10

2.1.1 Góc tiếp xúc và sức căng bề mặt 10

2.1.2 Lý thuyết Cassie – Baxter 14

2.2 Vật liệu dệt kỵ nước và không thấm nước 15

2.2.1 Khái niệm tính kỵ nước và tính không thấm nước 15

2.2.2 Tính chất vật liệu dệt kỵ nước và chống thấm nước 16

2.2.3 Ứng dụng của khả năng chống thấm 17

2.2.4 Phân loại vật liệu chống thấm nước 17

CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM 18

3.1 Phương pháp tiếp cận để chống thấm nước cho vải 18

3.2 Một số hợp chất chống thấm thông dụng 20

3.2.1 Tạo màng xà phòng kim loại trên vải 20

3.2.2 Sử dụng hợp chất silicone 21

3.2.3 Hợp chất Fluorocarbons 22

3.2.4 Sáp paraffin 25

CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ/ CHẤT CHỐNG THẤM LÊN MÔI TRƯỜNG 27

C KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Mô hình sự phân bố các lực lên giọt nước trên bề mặt vải 10 Hình 2: Mô tả hiện tượng bề mặt tiếp xúc ghồ ghề (a) dạng Wenzel; (b) dạng

Cassie - Baxter 14 Hình 3: Mặt cắt ngang vật liệu tráng phủ 20 Hình 4: Hiệu ứng thấm nước trên vải chưa qua xử lý chống thấm và vải đã qua quá trình xử lý chống thấm với hợp chất silicone 21 Hình 5: Điều chế perfluoro chứa polyme acrylic 24 Hình 6: Quá trình telomer hóa để điều chế fluoroalkyls 24 Hình 7: Các muối kim loại axit béo A, tương tác kỵ nước; B, liên kết phân cực; C,

bề mặt sợi 26

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Bảng 1: Lực căng bề mặt giữa giọt nước và bề mặt rắn ở trạng thái cân và sự biến đổi của các thông số tùy thuộc vào điều kiện thấm ướt 12 Bảng 2: Sức căng bề mặt của vật liệu dệt và một số chất lỏng 13 Bảng 3: Sức căng bề mặt tới hạn của một số hợp chất Fluorocarbon 25

A MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngành công nghiệp dệt hiện nay đã và đang phát triển mạnh mẽ, sản phẩm dệt may không những phục vụ cho may mặc mà còn dùng cho các mục đích kỹ thuật, công nghiệp khác Các mặt hàng dệt may rất đa dạng và phong phú Do nhu cầu sử dụng ngày càng cao của con người, sản phẩm dệt may không chỉ có những tính chất thông thường mà còn phải có tính tiện nghi và có các tính chất tạo ra các chức năng đặc biệt khác Bảo vệ chống lại các yếu tố môi trường là chức năng quan trọng nhất của vật liệu dệt Trong môi trường ẩm ướt, yêu cầu cơ bản đối với vải là phải giữ cho người mặc khô ráo bằng tính chất kỵ nước hoặc không thấm nước

Trong sản xuất hàng may mặc vải chống thấm nước thích hợp để may các loại trang phục cho vận đông viên như bơi lội, điền kinh, áo khoác đi mưa… Trong trang trí nội thất, vải chống thấm nước còn được dùng để may các loại vải bọc nệm, rèm cửa, khăn trải bàn hay vải bọc sofa Từ những lĩnh vực cần sử dụng vải chống nước,

ta thấy rằng loại vải vải này là một chất liệu rất hữu ích, giúp cho cuộc sống của con người được diễn ra một cách nhẹ nhàng và suôn sẻ nhất

Trong ngành dệt may ở nước ta, việc nghiên cứu và công nghệ sản xuất vật liệu chống thấm chưa được phổ biến Vải chống thấm là định hướng đúng đắn và phù hợp với xu thế phát triển nhu cầu trên thế giới cũng như trong khu vực Vì vây, đó là

lý do nhóm em chọn đề tài “Xử lý hoàn tất chống thấm, kỵ nước” để làm luận án của mình

2 Mục đích nghiên cứu

Một là, bước đầu khái quát về lịch sử phát triển và hình thành vải chống thấm, nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về cơ chế chống thấm của vải, khái niệm tính kỵ nước

và tính không thấm

Hai là, tìm hiểu về các phương pháp xử lý chống thấm thông dụng hiện nay

Chương 1: Lịch sử hình thành và phát triển vải chống thấm

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về chống thấm

Chương 3: Các phương pháp xử lý chống thấm

Chương 4: Ảnh hưởng của quá trình xử lý chất chống thấm lên môi trường

B NỘI DUNG CHƯƠNG 1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN VẢI

CHỐNG THẤM

Quần áo và những sản phẩm chống thấm nước là những vật liệu cần thiết cho các hoạt động và công việc ngoài trời, từ săn bắn, trồng trọt đến chèo thuyền và thể thao, cũng như để trú ẩn Những vật liệu mà người bản địa giữ ấm và khô ráo là phiên bản đầu tiên của hàng dệt không thấm nước

Các nền văn minh cổ đại đã bắt đầu sử dụng các loại vải không thấm nước có nguồn gốc thiên nhiên như lụa và len Vải lụa có lớp phủ dầu thực vật là một trong những loại vải chống nước hiệu suất cao đầu tiên, với đặc điểm bền, không thấm nước, chống gió và cực kỳ nhẹ Người Trung Quốc xưa và người cổ đại sử dụng loại vải này để làm chất liệu ô, dù, bạt che phủ, quần áo bảo hộ…

Nhiều giải pháp được đưa ra nhằm chế tạo vật liệu chống thấm Cụ thể, các thủy thủ ngày xưa đã tráng phủ vải buồm bằng dầu hạt lanh và hỗn hợp các loại sáp khác

để làm áo choàng chống thời tiết vào thế kỷ 15 Việc bôi dầu thủ công cho vải buồm (vải lanh hoặc vải bông) bằng dầu lanh từ hạt lanh đã phát triển trở thành một quy trình công nghiệp vào cuối thế kỷ 18 ở Scotland Tuy nhiên theo thời gian, các phương pháp sử dụng dầu lanh đã được thay thế bằng các loại sáp parafin không dính hoặc vải dệt thoi có mật độ sợi cao và chặt chẽ

Cao su cũng được sử dụng làm vật liệu chống thấm lúc bấy giờ, tuy nhiên cách làm này không được áp dụng rộng rãi vì quần áo được xử lý bằng cao su không dễ mặc Khi thời tiết nóng, quần áo trở nên mềm và dính, còn khi trời lạnh sẽ cứng và không linh hoạt Vì thế vào đầu thế kỷ 19, Charles Macintosh, một nhà hóa học người Scotland, đã cải tiến việc sử dụng cao su cho vải Ông đã hòa tan cao su trong naphtha, tạo thành chất lỏng Sau đó, Macintosh quét chất lỏng này lên vải, giúp vải

không thấm nước Năm 1823, Macintosh được cấp bằng sáng chế cho quy trình sản xuất vải không thấm nước của mình Quá trình này bao gồm việc kẹp một lớp cao su đúc giữa hai lớp vải được xử lý bằng chất lỏng cao su-naphtha Loại vải chống thấm

đã được cấp bằng sáng chế được sản xuất tại Manchester vào năm 1824 Khách hàng đầu tiên là quân đội Anh và khám phá của Macintosh đã dẫn đến những ứng dụng sáng tạo khác của cao su, bao gồm cả lốp xe

Quy trình lưu hóa cao su được phát triển bởi Charles Goodyear ở Philadelphia, Pennsylvania, Hoa Kỳ, vào năm 1839 Cao su được làm đàn hồi hơn và dễ nóng chảy hơn bằng cách bổ sung lưu huỳnh thông qua quá trình lưu hóa Việc sử dụng rộng rãi cao su nhờ quá trình lưu hóa được coi là một trong những thành tựu quan trọng của thế kỷ 19

Vào đầu thế kỷ 20, các loại vải được xử lý hóa học dần dần bắt đầu chiếm ưu thế

Ở thế chiến thứ nhất, Thomas Burberry đã tạo ra chiếc áo khoác chống nắng phù hợp với mọi thời tiết Chiếc áo khoác được làm từ sợi bông vải gabardine sợi mịn nhuộm, được xử lý hóa học để chống mưa Mặc dù mục đích ban đầu của những chiếc áo khoác này được sản xuất riêng biệt cho những người lính, nhưng sau chiến tranh, sự phổ biến của chúng đã nhanh chóng lan rộng Chúng cũng thoáng mát hơn nhiều so với những loại làm bằng vải của Macintosh

Ngày nay, sự phát triển của các lớp phủ và lớp phủ thoáng khí không thấm nước được áp dụng với tên gọi ‘Windstopper’ Việc phát hiện ra ePTFE được coi là một bước tiến mang tính cách mạng đối với ngành dệt may và các ngành công nghiệp liên quan và đã dẫn đến những phát minh mới Các công nghệ mới nổi chỉ là "mới nổi" và cần thời gian để các thế hệ kế tiếp mang lại những cải tiến, sửa đổi và giảm chi phí cực kỳ quan trọng, để xuất hiện và hoạt động trong các sản phẩm thương mại

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHỐNG THẤM 2.1 Cơ chế tương tác giữa vải và nước

2.1.1 Góc tiếp xúc và sức căng bề mặt

Hình 1 Mô hình sự phân bố các lực lên giọt nước trên bề mặt vải

Một bề mặt được xem là kị nước hay ưa nước là dựa vào góc tiếp xúc giữa giọt nước với bề mặt rắn Góc tiếp xúc càng cao, độ tiếp xúc của giọt nước với bề mặt càng ít, độ kỵ nước của bề mặt càng lớn và do đó bề mặt là 'chất chống thấm nước' Giả sử giọt nước tạo với bề mặt chất rắn một góc θ Về lý thuyết, giá trị của góc tiếp xúc có thể nằm trong khoảng từ 0° - 180° và rất khác nhau tùy thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng – rắn – khí tạo thành các mặt phân cách

- Vật liệu siêu ưa nước, góc θ = 0°;

- Vật liệu ưa nước (kể cả hàng dệt), 0° < θ <90°

- Vật liệu kỵ nước (kể cả hàng dệt), 90° < θ <150°

- Vật liệu siêu kỵ nước (kể cả hàng dệt), 150° ≤ θ ≤ 180°

Góc tiếp xúc lớn hay nhỏ phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố là năng lượng bề mặt và hình thái bề mặt Năng lượng bề mặt thấp thì tính kị nước càng gia tăng Thành phần hóa học của vật liệu quyết định năng lượng tự do bề mặt nên nó là thông số ảnh hưởng đến tính thấm ướt Tuy nhiên đây không phải yếu tố quyết định vì có một số

vật liệu năng lượng bề mặt rất thấp nhưng góc tiếp xúc chưa đạt đến mức siêu kị nước như hợp chất – CF3 chỉ đạt 120o Do đó có thể nói yếu tố thứ hai là hình thái

bề mặt là yếu tố quan trọng để hình thành bề mặt kị nước Độ gồ ghề của bề mặt không chỉ làm tăng khả năng kị nước mà còn tăng bề mặt phân chia rắn – lỏng do sự bẫy không khí

Sự khảo sát hình dạng của giọt nước trên bề mặt có lịch sử hơn 200 năm Năm 1805, Young đã đưa ra một công thức nổi tiếng nhưng đơn giản dựa vào sự cân bằng lực tại mặt tiếp giáp

Góc θ chỉ tồn tại khi có sự cân bằng của ba lực γsl, γlv, γsv tại các đường biên rắn, lỏng, khí, tuân theo phương trình Young

ysv = ysl+ ylvcosθ cosθ = (ysv − ysl)/ylv Trong đó: γsl , γsv, γlv : biểu diễn cho sức căng bề mặt của vải – nước ( γsl ), vải – không khí ( γsv ), và nước – không khí (γlv ); θγ: là góc tiếp xúc ở trạng thái cân bằng trên một mặt phẳng

Sức căng bề mặt (còn gọi là năng lượng bề mặt hay ứng suất bề mặt, thường viết tắt là σ hay γ hay T) hiểu một cách nôm na là đại lượng đánh giá độ đàn hồi hay độ bền của mặt liên diện giữa hai pha Tính đàn hồi của mặt lên diện giữa hai pha có được trên cơ sở lực hút phân tử trong mỗi pha và giữa các phân tử của hai pha tiếp giáp mặt liên diện

Ví dụ tại bề mặt liên diện giữa hai pha: nước (pha lỏng) và không khí (pha khí), sức căng ở bề mặt giọt nước và không khí được hình thành do lực hút giữa các phân

tử nước mạnh hơn nhiều lực hút giữa chúng và các phân tử khí cũng như lực hút giữa các phân tử khí với nhau Do đó giọt nước trong không khí có xu hướng co cụm lại

sao cho diện tích bề mặt nhỏ nhất có thể Nếu độ lớn của lực trọng trường nhỏ hơn, các lực xung quanh giọt nước sẽ cân bằng và nó sẽ có hình cầu

Sức căng bề mặt γsl được tạo ra tại bề mặt phân cách giữa nước và vải, phụ thuộc vào thành phần sợi, các thông số cấu trúc của sợi - vật liệu, cấu trúc vi mô của vùng tiếp xúc (mịn, vi thô, liên tục, không liên tục ) Nếu không mong muốn bề mặt vải

bị thấm ướt bởi nước, giá trị γsl của vải phải nhỏ hơn ylv của nước (khoảng 72,8 dyn/cm)

Bảng 1: Lực căng bề mặt giữa giọt nước và bề mặt rắn ở trạng thái cân và sự biến

đổi của các thông số tùy thuộc vào điều kiện thấm ướt

Nhiều vật liệu dệt dễ thấm nước trong đó có vải bông Trong thành phần hoá học của nó có chứa nhiều nhóm ưa nước (-OH, - NH2, COOH ) có sức căng bề mặt lớn gần với sức căng bề mặt của nước nên chúng dễ thâm nhập vào nhau

Vì vậy những mặt hàng dệt từ xơ bông rất dễ thấm nước Để vải bông có khả năng chống thấm nước thì nguyên tắc chung là làm giảm sức căng bề mặt của vật liệu thì nước khó thâm nhập vào vật liệu Ví dụ sức căng bề mặt của một số vật liệu và chất lỏng thể hiện trong bảng 2

Bảng 2: Sức căng bề mặt của vật liệu dệt và một số chất lỏng

TT Loại vật liệu và chất lỏng Sức căng bề mặt γ (Dyn/cm)

Sức căng bề mặt γsl của các xơ polyme tổng hợp có giá trị thấp hơn ylv của nước,

do đó các loại xơ này không bị thấm ướt bởi nước

Như vậy dựa vào năng lượng bề mặt ta có thể tính được góc tiếp xúc để đưa ra kết

trên việc lý tưởng hóa bề mặt tiếp xúc là trơn, phẳng nhưng trên thực tế thì các bề mặt tiếp xúc ít nhiều cũng có sự gồ ghề nên ảnh hưởng rất lớn đến tính ưa nước hay

kị nước Chính vì vậy lý thuyết của Wenzel (1936) và Cassie-Baxter (1944) đã được hình thành và giải thích hiện tượng này

Hình 2: Mô tả hiện tượng bề mặt tiếp xúc ghồ ghề (a) dạng Wenzel; (b) dạng

Cassie - Baxter Trạng thái Wenzel là trạng thái thấm ướt đồng nhất vì chất lỏng hoàn toàn thâm nhập vào các rãnh, đều tiếp xúc với bề mặt Wenzel bổ sung thêm trong công thức của Young với phương trình như sau:

cos θ = r (γsv − γsl

γlv ) = r cos θoTrong công thức này thì r được xem là tỉ lệ giữa diện tích thực tế bề mặt gồ ghề

và diện tích bề mặt phẳng Nếu θo > 90ovà r ≥ 1 thì độ nhám của bề mặt làm cho

bề mặt kị nước hơn và ngược lại

Phương trình Wenzel chỉ có giá trị cho bề mặt rắn – lỏng đồng nhất, còn bề mặt không đồng nhất thì không thích hợp

2.1.2 Lý thuyết Cassie – Baxter

Lý thuyết của Cassie – Baxter (1944) đã bổ sung để giải thích cho bề mặt không đồng nhất Với bề mặt này ngoài chất lỏng tiếp xúc chất rắn thì bên dưới chất lỏng còn có khí kẹt dưới đáy Như vậy theo ông thì bọt không khí càng nhiều thì góc tiếp xúc càng lớn, tức là làm bề mặt càng ghét nước hơn

cosθ∗C= fscosθγ +fs−1

Trong đó: fs là diện tích bề mặt phân đoạn rắn-lỏng Lý thuyết Cassie-Baxter chỉ

ra rằng diện tích bề mặt phân đoạn rắn-lỏng đóng một vai trò quyết định trong việc xác định góc tiếp xúc θ∗C Giá trị fs nhỏ hơn tạo ra góc tiếp xúc Young lớn hơn và góc tiếp xúc θ∗C Qua đó, chúng ta có thể thấy rằng để có một bề mặt siêu kỵ nước,

fs phải càng nhỏ càng tốt hoặc bề mặt bao gồm một vật liệu rắn có góc tiếp xúc rất cao

Với lý thuyết của Cassie – Baxter thì việc tính toán góc tiếp xúc sẽ thích hợp hơn cho các hiện tượng thực tế và cũng làm nổi bật sự gồ ghề của bề mặt làm tăng tính

kị nước do sự hiện diện của không khí bên dưới giọt lỏng khi tiếp xúc vật rắn

2.2 Vật liệu dệt kỵ nước và không thấm nước

2.2.1 Khái niệm tính kỵ nước và tính không thấm nước

Tính kỵ nước (Water repellent) là các mặt hàng được xử lý bằng các hợp chất không ưa nước (ngâm tẩm chống thấm) Khi đưa nước lên bề mặt vải đã xử lý kỵ nước, giọt nước sẽ không có khả năng loang rộng và thấm vào vải, nó sẽ thu lại thành dạng hạt tròn dễ lăn khỏi vải do sức căng bề mặt của vải thấp hơn nhiều so với chỉ tiêu này của nước Do các lỗ trống giữa xơ sợi của vải đã xử lý theo kiểu không bị phủ kín bởi nhựa nên vải vẫn cho không khí và hơi nước đi qua, được sử dụng rộng rãi trong may mặc

Tính không thấm nước (Waterproof) là những mặt hàng có khả năng ngăn cản các phân tử nước hoặc hơi nước đi qua nhờ các màng tráng phủ polyme trên bề mặt vải Màng polyme vừa phủ thành một lớp mỏng liên tục trên bề mặt, vừa lấp đầy các lỗ trống giữa các xơ sợi làm cho nước không thấm vào cấu trúc vải, nhưng đồng thời không khí và hơi nước cũng không thấm qua được, nên không thích hợp cho việc may mặc Phần lớn loại vài này được dùng làm vải che mưa, vải bạt bảo vệ kho tàng