Thực trạng
Tỉ lệ ung thư da và tử vong do bệnh này đang gia tăng nhanh chóng trên toàn cầu, với 80-90% trường hợp do tia UV gây ra Tại Mỹ, mỗi giờ có một người chết vì ung thư da, và 1/5 dân số đang đối mặt với nguy cơ này Ở Anh, hơn 40.000 người được chẩn đoán mắc bệnh mỗi năm, trong đó khoảng 2.000 người tử vong Chile, nơi có cường độ bức xạ UV cao nhất, ghi nhận tỷ lệ ung thư da tăng 105% trong 5 năm qua Ở Việt Nam, ung thư da đứng thứ 8 trong số các loại ung thư phổ biến, với tỷ lệ trung bình 2,9-4,5 ca/100.000 dân Trước tình hình này, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu các biện pháp ngăn ngừa tác động của tia UV, bao gồm sản phẩm mỹ phẩm chống tia UV có chỉ số SPF >15, kính thời trang, kính xe hơi, công trình xây dựng và sản phẩm dệt chống UV.
Xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tuấn Anh cùng các anh chị và bạn bè đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi để luận văn được hoàn thành đúng tiến độ.
Tp.HCM, ngày 05 tháng 05 năm 2022
TỔNG QUAN
Lý thuyết tác động của tia UV đối với con người
Tia UV, hay bức xạ tia cực tím, là dạng bức xạ điện từ phát ra từ mặt trời hoặc các nguồn nhân tạo như giường tắm nắng và mỏ hàn Từ "cực tím" chỉ ra rằng loại bức xạ này nằm ở phía trên màu tím trong quang phổ Màu tím có bước sóng ngắn nhất mà mắt người có thể nhận thấy, vì vậy tia UV là loại tia vô hình đối với chúng ta do nó nằm ngoài khả năng nhìn thấy của mắt.
Tia UV là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng dài hơn tia X Quang phổ của tia cực tím được chia thành hai vùng: vùng tử ngoại gần với bước sóng từ 380 nm đến 200 nm.
200 nm) và vùng tử ngoại xạ hay còn gọi là vùng tử ngoại chân không (có bước sóng từ
Tia tử ngoại được phân chia thành ba loại khác nhau, tùy thuộc vào mức năng lượng của chúng, mỗi loại có đặc điểm và mức độ ảnh hưởng riêng.
Tia UVA có bước sóng dài từ 320 đến 400nm, có khả năng xuyên qua mây và không bị lớp ozon hấp thụ Việc tiếp xúc trực tiếp với tia UVA có thể gây lão hóa da.
Tia UVB có bước sóng từ 290 đến 320nm, chỉ xuyên qua một phần lớp ozon, trong khi phần còn lại bị hấp thụ Khi tiếp xúc với da người, tia UVB có thể gây ra say nắng, tổn thương da và làm đen da.
Tia UVC có bước sóng ngắn hơn 290nm và mang năng lượng cao, có khả năng gây ung thư da khi tiếp xúc trực tiếp với da người Tuy nhiên, tia UVS đã được lớp ozon và khí quyển chặn lại hoàn toàn, bảo vệ con người khỏi tác hại của chúng.
Hình 1 Phân loại tia UV
- Công nghệ chống tia tử ngoại UV ngăn ngừa tối đa các tia UVB và tia UVA, bảo vệ giác mạc, võng mạc.
- Chống lão hoá mắt, lão hóa da khi tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời
Để hạn chế nguy cơ ung thư mí mắt, cần chú ý rằng mí mắt là vùng nhạy cảm Việc tiếp xúc lâu với ánh nắng mặt trời và bụi bẩn, cùng với việc không vệ sinh kỹ lưỡng, có thể gây viêm nhiễm và dẫn đến ung thư mí mắt trong thời gian dài.
- Hạn chế gây ra cháy nắng và ung thư da
- Ngăn cản bức xạ ánh sáng mặt trời
- Công nghệ chống tia tử ngoại UV ngănmất nước khiến da không bị xuống cấp.
Tia UV có thể gây hại cho tế bào, dẫn đến suy giảm sức khỏe và làm tăng tốc độ lão hóa, từ đó làm trầm trọng thêm các bệnh lý Để bảo vệ sức khỏe, chỉ nên tiếp xúc với ánh nắng buổi sáng trước 8 giờ.
Các phương pháp xử lý chống tia UV cho vật liệu dệt
Xơ sợi được sản xuất qua quy trình tổng hợp như xơ hóa học và xơ nhân tạo tái sinh có thể tích hợp chất chống UV ngay trong quá trình ép đùn, tạo ra sợi và vải chống tia UV Các phương pháp xử lý hoàn tất chống UV đang ngày càng phát triển và được áp dụng rộng rãi trong ngành dệt, nhằm nâng cao khả năng bảo vệ cho vải đạt tiêu chuẩn chống UV (chỉ số SPF) cho từng sản phẩm Nhiều quy trình và sản phẩm thương mại đã được triển khai để sản xuất vải có độ chống UV cao, phù hợp với cả xơ thiên nhiên và xơ tổng hợp Hầu hết sản phẩm thương mại tương thích với thuốc nhuộm và chất hoàn tất khác, có thể áp dụng qua các phương pháp như xử lý tận trích hay ngấm ép Tuy nhiên, việc sử dụng chất hấp thụ UV trong quy trình nhuộm có thể làm giảm hiệu suất lên màu, do đó nên được khuyến cáo xử lý trước khi nhuộm.
Các sản phẩm hóa chất được áp dụng lên vải thông qua phương pháp tận trích, tương tự như quy trình nhuộm với thuốc nhuộm hoạt tính cho sợi tự nhiên và thuốc nhuộm phân tán cho sợi tổng hợp Điều kiện pH, loại hóa chất (kiềm hoặc axit) và nhiệt độ có sự khác biệt nhỏ giữa các sản phẩm hoàn tất của từng hãng hoặc giữa các nhà sản xuất Các thiết bị sử dụng trong phương pháp tận trích bao gồm máy nhuộm guồng, máy jet và máy zigger.
Hình 1.16: Sơ đồ minh họa quá trình tận trích chống tia UV trên vải bông và Nylon
Quy trình tận trích chung cho vải bông và PA gồm 3 công đoạn:
1 Hút, tận trích hóa chất hoàn tất từ dung dịch có muối trong môi trường trung tính.
2 Cho kiềm vào để tạo phản ứng liên kết chất chống UV đã hấp thụ vào xơ sợi
3 Giặt để loại bỏ chất điện ly, kiềm và hóa chất không tạo liên kết.Trong quy trình tận trích có thể áp dụng quy trình đẳng nhiệt hay nâng nhiệt (xem hình 1.16) Nhiệt độ tạo phản ứng khi cấp kiềm có thể từ 40 o C - 80 o C, đặc biệt đối với vật liệu PA nhiệt độ cao hơn từ 70 o C - 98 o C tùy từng loại sản phẩm hóa chất hấp thụ tia UV cũng như nhóm lạnh, ấm và nóng của thuốc nhuộm hoạt tính Thời gian xử lý tạo liên kết là 20 - 40 phút.
6.2 Phương pháp ngấm ép Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến đơn giản và nồng độ hóa chất trên vải đạt được với hiệu suất khá cao Vì phương pháp này áp dụng cho các dây truyền liên tục và bán liên tục, vải ở dạng mở khổ nên vải không bị nhăn nhàu không ảnh hưởng tới các yếu tố quan trọng của cấu trúc dệt Phương pháp này phù hợp với hầu hết các hóa chất hoàn tất chống tia UV và có thể áp dụng trên các thiết bị ngấm ép một máng một lần ép hay 2 lần ép
6.3 Phương pháp ngấm ép cuộn ủ
Công nghệ ngấm ép cuộn ủ (pad-roll) là phương pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí, phù hợp cho các lô hàng từ 1000 m đến 10.000 mét, mang lại chất lượng tốt và độ đồng đều cao, đặc biệt áp dụng cho vải bông và vải pha bông Quy trình công nghệ bao gồm ba công đoạn chính: ngấm ép, cuộn ủ và giặt Trong giai đoạn đầu, vải được ngấm ép dung dịch hấp thụ tia UV có chứa kiềm (Na2CO3) nếu cần thêm chất ngấm Tiếp theo, vải sau khi ngấm ép với mức ép 60 - 80% được cuộn lại và bọc kín bằng màng polietilen để ngăn chặn khí CO2 và hơi axit, sau đó đưa vào trục quay nhẹ để thực hiện liên kết, với thời gian ủ từ 1 - 5 giờ ở nhiệt độ 30 độ C.
Nhiệt độ 60 độ C là điều kiện lý tưởng để tối ưu hóa liên kết giữa hóa chất và xơ sợi, tùy thuộc vào loại hóa chất sử dụng Cuối cùng, quy trình giặt vải bao gồm cả giặt nóng và giặt lạnh trong dây chuyền giặt liên tục.
6.4 Phương pháp ngấm ép gia nhiệt khô
Ngấm ép, sấy sơ bộ Xử lý nhiệt Giặt
Hình 4 : Sơ đồ quy trình ngấm ép gia nhiệt khô
Trong quy trình xử lý hoàn tất chống tia UV, công nghệ thường được sử dụng là Tecmofix cho vải tự nhiên và Tecmosol cho vải tổng hợp.
Ngấm ép→ Sấy trung gian →Xử lý nhiệt→ Giặt.
Công nghệ "Dry-Cure Process" được áp dụng cho hầu hết các loại vật liệu, mang lại ưu điểm vượt trội như thời gian xử lý nhanh và hiệu quả cao Phương pháp này cho phép chạy ngay một lần trên dây chuyền văng sấy nhiều khoang, bao gồm cả sấy trung gian và xử lý nhiệt Đối với vật liệu bông hoặc xenlulo tái sinh (ngoại trừ axetat), dung dịch ngấm ép sử dụng các chất hoàn tất hấp thụ tia UV, Natribicacbonat (NaHCO3) hoặc Natricacbonat (Na2CO3) cùng với urê và các chất ngấm anion hoặc nonion, với lượng urê khoảng 50.
80 g/l đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ hòa tan của hóa chất hấp thụ tia UV và hút ẩm, đảm bảo liên kết tối ưu giữa hóa chất và sợi vải trong môi trường ẩm Sau khi ép với mức độ 60 - 80%, vải cần được sấy trung gian, tốt nhất là bằng tia hồng ngoại hoặc gió nóng, để giảm độ ẩm xuống còn 10 - 20% trong 1 - 2 phút Tiếp theo, vải được đưa vào khoang gia nhiệt không khí nóng ở nhiệt độ 130°C trong 2 - 3 phút để tạo ra liên kết bền vững giữa chất hoàn chất và vải Cuối cùng, vải sẽ được làm mát trước khi tiến hành giặt nóng và giặt lạnh.
Sản phẩm hoàn tất chống tia UV cho vật liệu tự nhiên và tổng hợp có thể được đưa trực tiếp vào dung dịch nhuộm, cho phép thực hiện liên kết đồng thời với thuốc nhuộm lên xơ sợi theo phương pháp này.
6.5 Phương pháp ngấm ép chưng hấp
Hình 5 : Sơ đồ quy trình ngấm ép chưng hấp (pad-steam)
Phương pháp này hiệu quả cho việc xử lý vật liệu tự nhiên và xenlulo tái sinh (ngoại trừ axetat) cùng với PA Các thông số công nghệ trong quá trình ngấm ép tương tự như phương pháp tecmofix đã nêu ở phần 1.5.2.2 Dung dịch sau khi ngấm ép sẽ đạt được mức ép nhất định.
60 - 80% vải được đưa vào buồng chưng hấp liên tục, nơi vải được xử lý trong môi trường hơi nước bão hòa ở nhiệt độ 100 - 102 độ C trong thời gian 30 - 40 giây, tương tự như quy trình giặt nóng và giặt lạnh Để nâng cao hiệu quả xử lý, vải còn được sấy trung gian nhằm giảm độ ẩm xuống còn khoảng 10 - 20% trước khi vào buồng chưng hấp.
6.6 Phương pháp tráng phủ sol-gel
Phương pháp nhúng dung dịch và tráng phủ là kỹ thuật phổ biến để tạo ra sản phẩm dệt có khả năng chống tia UV Quy trình này không làm ảnh hưởng đến độ mềm mại và các tính chất khác của vật liệu Trong phương pháp tráng phủ, các hạt nano chống tia UV được trộn với dung dịch hồ và sau đó được tráng lên bề mặt vải Sau khi sấy hoặc gia nhiệt, màng tráng phủ sẽ gắn chặt vào vật liệu, giúp tăng cường khả năng ngăn ngừa tia UV Hiệu quả của lớp tráng phủ phụ thuộc vào loại và hàm lượng chất chống tia UV cũng như độ dày của lớp tráng Mặc dù phương pháp tráng phủ truyền thống có độ bền giặt kém, công nghệ sol-gel hiện nay đã cải thiện đáng kể hiệu quả chống tia UV và độ bền giặt thông qua việc hình thành lớp màng oxit kim loại trong suốt trên bề mặt dệt.
M(OR)x-1OH + ROH → (OR)x-1M - OR + H2O
Hình 1.20 : Sơ đồ cơ chế của quá trình sol-gel (M là kim loại đặc biệt như: Ti, Si, Al, Zn và R là nhóm alkyl ví dụ: metyl, bytyl, etyl)
Quy trình này sử dụng thủy phân và đa ngưng tụ các phức oxit kim loại để tạo ra một khung đặc rắn Hóa học của các phản ứng này được thể hiện trong hình 1.20 Công nghệ này có thể áp dụng cho cả vật liệu dệt ưa nước và gét nước.
Phương pháp được tiến hành theo 3 bước như sau:
1- Thể huyền phù nhuyễn (hydrosol) của kim loại Titan được tạo thành từ phản ứng thủy phân giữa tetrabutyl titan (TTB: TiOC4H9)4) với nước có chứa axit axetic (có tác dụng làm chậm quá trình thủy phân) và axit hidrocloric (chất xúc tác cho phản ứng thủy phân) Tỉ lệ phân tử thường là : TTB/CH3COOH/HCl/H2O là 1/3,5/0,014/100.
SẢN PHẨM DỆT MAY CHỐNG TIA UV
Để đạt được sự bảo vệ tối ưu chống lại tia cực tím (UV), có nhiều phương pháp khác nhau như sử dụng các loại xơ, cấu trúc vật liệu dệt và ứng dụng chất hấp thụ tia cực tím Vật liệu dệt có thể được sản xuất để đảm bảo hiệu quả bảo vệ tối ưu trước bức xạ UV Xu hướng hiện nay tập trung vào việc cải thiện chất lượng và các yếu tố kỹ thuật, không chỉ nhằm chống lại tia cực tím mà còn đáp ứng các yêu cầu về thẩm mỹ và tính dễ chịu khi mặc Việc tối ưu hóa bảo vệ này có thể đạt được thông qua cấu trúc vải và quy trình hoàn tất phù hợp.
Hiện nay, có nhiều sản phẩm dệt chống tia UV như quần áo, mũ, khăn, vải che bảo vệ xe và ô dù, được sản xuất bởi các công ty nổi tiếng như Asa – Tex Pty., Ltd (Úc), Fong Yeong Enterprise Co., Ltd (Đài Loan), Wujiang Fuhua Weaving Co., Ltd (Trung Quốc), Harrison Tech Co (Mỹ), Asahi Kasei (Nhật Bản) và Kuraray Ltd (Nhật Bản) Tại Nhật Bản, có hơn 30 loại vật liệu dệt được làm từ xơ tự nhiên hoặc xơ tổng hợp có khả năng chống lại tia cực tím.
Sản phẩm "Sunpaque" của Asahi Kasei (Nhật Bản) là một loại xơ polyeste cấu trúc lõi/vỏ, với lõi chứa chất gốm đặc biệt có hàm lượng cao Lớp polyeste bao bọc bên ngoài giúp tăng cường hiệu quả bảo vệ chống lại tia UV, mang lại hệ số bảo vệ tối ưu cho người sử dụng.
Sản phẩm này đáp ứng tiêu chuẩn UV của Úc và New Zealand Nó kết hợp "Sunpaque" với sợi Viscô để tạo ra vải hai thành phần mang tên "Olacool" Vải này không chỉ mang lại cảm giác thoải mái nhờ hiệu ứng hút ẩm và không sinh nhiệt, mà còn bảo vệ hiệu quả chống lại hiện tượng cháy da.
Công ty Kuraray Ltd (Nhật Bản), một trong những đơn vị tiên phong trong ngành, vừa cho ra mắt một loại sợi polyester hai thành phần với cấu trúc ba lớp phức tạp, có khả năng chống lại tia UV hiệu quả.
Sợi "Lecture" được xem là vật liệu đa chức năng lý tưởng cho sức khỏe, mang lại cảm giác thoải mái khi mặc và tính thẩm mỹ cao Phần lõi của sợi này chiếm 20%.
Phần "Lecture" được thiết kế với 10% oxit Titan ở giữa để chống tia UV, trong khi lớp ngoài cùng làm từ polyeste có thể nhuộm cation và chứa thêm 5% gốm Tính chất nhuộm cation của lớp vỏ không chỉ làm nổi bật màu sắc và độ bóng mà còn giảm hiệu ứng mờ của chất gốm Thêm vào đó, một loại gốm có chỉ số khúc xạ thấp và khả năng kháng ma sát tốt được sử dụng trong lớp vỏ, cải thiện cảm giác sờ tay, giá trị màu sắc và đặc tính gia công của sợi Sợi này có khả năng bảo vệ chống tia cực tím lên đến 93% và độ trong suốt thấp.
Công ty này sản xuất xơ "Sophista UV", một loại xơ lõi polyeste gốm bọc polyetylen vinyl alcohol, mang lại cảm giác sờ tay tự nhiên và dễ chịu Xơ "Sophista UV" có khả năng bảo vệ tia UV lên đến 90%, được ứng dụng chủ yếu trong quần áo thể thao, trang phục thư giãn, vải làm ô, găng tay và mũ bảo vệ, giúp tạo ra sự bảo vệ hiệu quả chống lại tia UV.
Một số nhà sản xuất dệt từ bông như Kurabo, Toyobo, Daiwabo và Unitika đã giới thiệu các sản phẩm vải bông có khả năng chống tia UV, được xử lý bằng phương pháp ngấm ép khô Ngoài ra, công ty Tokyo (Nhật Bản) cùng nhiều doanh nghiệp khác cũng tham gia vào lĩnh vực này.
Hình 6 Nhãn mác sản phẩm vải chống tia UV
Mỹ và Châu Âu đã giới thiệu nhiều sản phẩm vải len cao cấp chống UV, sử dụng phương pháp hoàn tất với chất hấp thụ UV Để phân biệt những sản phẩm này với hàng thông thường và tăng tính nổi bật, các nhãn mác riêng được gắn lên các mặt hàng chống tia UV Những nhãn mác này được kiểm tra và chứng nhận bởi các trung tâm thử nghiệm được cấp phép, với Ủy ban Thương mại Liên bang tại Mỹ và Phòng thí nghiệm Bảo vệ Bức xạ tại Úc đảm nhận việc đánh giá và thiết lập tiêu chuẩn Trên nhãn mác sẽ ghi rõ tên nhà chứng nhận, tài liệu áp dụng thử nghiệm, phân nhóm sản phẩm bảo vệ, cũng như giá trị UPF/SPF hoặc mức độ phần trăm ngăn chặn tia UV của vải.
Các nhà nghiên cứu không chỉ tập trung vào việc phát triển sản phẩm dệt chống tia UV mà còn tìm kiếm các phương pháp thử nghiệm phù hợp để đánh giá chất lượng của sản phẩm Dựa trên những tiêu chuẩn này, họ nghiên cứu để nâng cao khả năng chống nắng của cotton và các loại vải khác Đồng thời, họ cũng thiết lập các tiêu chuẩn phân loại khả năng chống tia UV cho từng sản phẩm và tiêu chuẩn cho nhãn mác sản phẩm (xem bảng 1).
Bảng 1: Phân loại khả năng chống tia UV của sản phẩm dệt may
Sản phẩm dệt chống tia cực tím đang trở thành một trong những sản phẩm dệt may chức năng quan trọng, được chú trọng nhờ vào tính hữu ích trong nhiều ứng dụng Các nhà máy sợi tại Việt Nam đã bắt đầu thử nghiệm và sản xuất sợi bông 100% chi số cao, cùng với các công nghệ dệt và nhuộm hoàn tất nhằm tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng Tuy nhiên, việc nghiên cứu và làm chủ các công nghệ hoàn tất chức năng, như khả năng bảo vệ chống tia UV và quản lý ẩm, vẫn chưa được quan tâm đúng mức để đáp ứng nhu cầu của khách hàng Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh thị trường dệt may Việt Nam phải cạnh tranh với nhiều công ty nước ngoài trong việc xuất khẩu sang EU và Mỹ Do đó, nghiên cứu công nghệ để sản xuất các sản phẩm vải chức năng mới là vô cùng cần thiết.
BẢN CHẤT NGĂN NGỪA TIA UV CỦA HÓA CHẤT SỬ DỤNG
8.1 Phân loại hóa chất sử dụng chống tia UV cho vật liệu dệt
Có hai loại chất ngăn ngừa tia UV được sử dụng trên xơ sợi vải đó là:
1- Các chất hữu cơ, có khả năng hấp thụ chọn lọc tia UV và có tác dụng như chất biến đổi năng lượng, giảm tỉ lệ bức xạ truyền qua Các chất này là các dẫn xuất benzotriazole, hydro benzophenone và phenyl triazine…, và được đưa lên vải bằng các phương pháp ngấm ép hay tận trích như với các thuốc nhuộm phân tán (cho xơ tổng hợp) hay hoạt tính (cho xơ thiên nhiên) vì bản chất liên kết hoàn toàn giống với hai loại thuốc nhuộm này.
2- Các hóa chất vô cơ, cùng với khả năng hấp thụ một phần tia UV các chất này có khả năng phản xạ bức xạ UV, hạn chế tối đa thành phân tia khúc xạ đồng thời có thể có tác dụng che phủ các phần lỗ trống vải bằng các lớp mỏng tráng phủ Thường gọi là các chất che chắn tia UV, chủ yếu là những chất vô cơ dạng hạt mịn hay nano như: ZnO, TiO2, các chất gốm và các hợp chất cơ kim khác của Al, Si,Ti và Zn như Ti(OC4H9)4 Việc đưa các chất này lên vật liệu dệt có thể ngay ở công đoạn chuẩn bị hỗn hợp kéo sợi trước khi ép đùn sợi hay bằng các tráng phủ thông thường, tráng phủ sol-gel cùng các hỗn hợp hồ kết dính khác.
8.2 Yêu cầu đối với các hóa chất chống tia UV cho vật liệu dệt
4.2.1 Đối với chất hữu cơ hấp thụ UV:
- Hấp thụ hiệu quả bức xạ UV trong vùng bước sóng từ 290-360 nm, nhanh chóng chuyển hóa năng lượng UV thành năng lượng nhiệt tỏa ra xung quanh.
- Có ái lực liên kết đủ lớn đối với xơ sợi.
4.2.2 Đối với chất có khả năng che chắn:
- Có đặc tính phản xạ và hấp thụ tia UV tốt với chỉ số khúc xạ đủ lớn
- Kích thước hạt đủ nhỏ 10 – 100 nm, để tạo khả năng phân tán đơn phân tử nhỏ, không bị kết tụ.
- Gắn kết tốt với sơ sợi cũng như hỗn hợp tráng phủ vải.
4.2.3 Các yêu cầu chung cho cả hai loại chất chống UV:
- Không gây ảnh hưởng tới màu sắc cũng như độ bền màu
- Tương thích với nhiều thuốc nhuộm và hóa chất hoàn tất khác
- Có tính sử dụng bền lâu, vẫn duy trì được hiệu quả chống UV cao sau một thời gian sử dụng sản phẩm.
- Bền với các tác động của môi trường
- Không phân hủy ra các chất gây độc hại.
8.3 Đặc điểm hóa chất chống tia UV cho vật liệu dệt
Chất hấp thụ UV là những hợp chất không màu vô cơ hoặc hữu cơ có khả năng hấp thụ hiệu quả vùng bước sóng 290 – 360 nm.
Chất hữu cơ hấp thụ tia UV chủ yếu là các dẫn xuất của o-hydroxy benzophenone, o-hydroxy phenyl triazine và o-hydroxy phenyl hydrazine Nhóm ortho hydroxyl đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp thụ, giúp các hợp chất này tan trong dung dịch kiềm Một số benzophenone có khả năng thâm nhập vào xơ tổng hợp tương tự như cách mà thuốc nhuộm phân tán hoạt động.
Kết hợp hợp lý giữa chất hấp thụ UV và chất chống oxi hóa giúp nâng cao hiệu quả sử dụng, ngăn ngừa phân hủy và đồng phân hóa các hóa chất chống UV Các dẫn xuất Benzophenone có năng lượng thấp, dễ khuếch tán và thăng hoa.
Các dẫn xuất Orthohydroxy phenyl và diphenyl triazine có độ bền thăng hoa cao, cho phép tạo độ phân tán tốt trong dung dịch ngấm ép nhuộm và hồ in hoa ở nhiệt độ cao Chất hấp thụ UV có thể được thêm vào hỗn hợp kéo sợi trước khi ép đùn hoặc trong dung dịch nhuộm Để đạt hiệu quả bảo vệ chống tia UV, nồng độ chất hấp thụ UV cần khoảng 0.6 – 2.5% so với trọng lượng vải Sự hiện diện của các chất hấp thụ UV trên các loại sợi như PET, nylon, tơ tằm và len giúp chống lại sự phá hủy quang học khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
Chất hấp thụ UV trên xơ len giúp làm chậm quá trình ố vàng quang hóa do ánh sáng Sản phẩm triazin, một loại chất ổn định chống lại ánh sáng (HALS), được sử dụng cho vật liệu Polypropylene (PP) nhằm cải thiện độ bền với tia UV Việc bổ sung chỉ 0.15% so với khối lượng xơ có thể nâng cao đáng kể khả năng chống UV.
Chất hấp thụ UV năng lượng cao được kết hợp với pigment trong polypropylene (PP) để sản xuất các sản phẩm chịu được ánh nắng Các dẫn xuất của ortho-hydroxyphenyl diphenyl triazine là những chất phù hợp cho vật liệu PET, thường được sử dụng trong quy trình nhuộm tận trích, ngấm ép và in hoa.
Hiện nay, nhiều hãng sản xuất hóa chất dệt may đã giới thiệu các sản phẩm hấp thụ UV cho vải, bao gồm các phụ gia như chất chống oxi hóa và chất ổn định Mặc dù thành phần cấu tạo giữa các hãng có sự khác biệt, nhưng về cơ bản chúng tương tự nhau Một số sản phẩm nổi tiếng như UV-CUT (Protex), TINOFAST CEL (Ciba), RAYOSAN C (Clariant) và TINOGARD (Ciba) đã được đưa vào thị trường Việt Nam Các chất chống UV thường là pigment và gốm vô cơ có chỉ số khúc xạ lớn hơn 2.55, giúp che phủ và chắn bức xạ hiệu quả TiO2, khi được đưa vào dung dịch kéo sợi, không chỉ làm mờ mà còn hấp thụ tia UV từ 280 đến 400 nm Để đạt hiệu quả tối ưu, các hạt này cần được nghiền nhỏ và phân bố đồng nhất Hạt nano titan có thể liên kết bền với vải bông, đạt chỉ số UPF khoảng 50 mà không làm giảm tính đàn hồi Xơ visco sáng màu có khả năng thẩm thấu tia UV cao nhất, trong khi hạt nano kẽm oxit với kích thước phân bố đơn phân tử 20-40 nm giúp hạn chế sự kết tụ và tạo khả năng chắn UV tốt Thử nghiệm cho thấy tỉ lệ TiO2/ZnO 67/33 mang lại hiệu quả che chắn UV cao hơn so với việc sử dụng từng oxit riêng lẻ.
Vải nylon microfine có độ thưa 0.1% có khả năng tạo ra hệ số UPF > 50 với nồng độ 1.5% TiO2.
Hiện nay, công nghệ Nano trong sản phẩm chống UV có kích thước tương đương hoặc nhỏ hơn chiều dài bước sóng của tia UV, giúp nâng cao đáng kể khả năng hấp thụ tia UV.
Vật liệu nano có khả năng tăng cường bề mặt riêng và năng lượng bề mặt, giúp dễ dàng kết hợp với các chất phân tử lớn Điều này không chỉ giảm sự phản xạ khuyếch tán của ánh sáng khả kiến mà còn nâng cao độ trong suốt, đồng thời bảo đảm màu sắc tự nhiên cho sản phẩm dệt.
Nghiên cứu cho thấy rằng các chất hấp thụ UV có thể ảnh hưởng đến độ bền và đặc tính của sản phẩm, bao gồm độ trắng, độ bền màu, cảm giác sờ tay, độ ngấm và khả năng hút ẩm Gần đây, các nhà khoa học Đức phát hiện rằng khi các chất này có mặt trên sản phẩm dệt may, chúng có thể phân hủy thành những hợp chất gây hại cho sức khỏe con người Do đó, việc đảm bảo an toàn khi sử dụng các chất hấp thụ UV cần được xem xét lại Ngược lại, các chất che chắn tia UV thường là hợp chất vô cơ, không mùi, không độc, có màu trắng tự nhiên, ổn định nhiệt độ và có khả năng ngăn ngừa tia UV hiệu quả.
4.4.Bản chất ngăn ngừa tia UV của hóa chất
Hình 7: Sơ đồ minh họa chuyển hóa năng lượng bức xạ UV của dẫn xuất Benzophenone
Chất hấp thụ UV liên kết chặt chẽ vào xơ, chuyển đổi năng lượng tia UV thành năng lượng dao động trong phân tử, kích thích điện tử thành nhiệt mà không bị mất mát ra xung quanh, hoạt động như một bộ máy chuyển đổi năng lượng Tia UV có bước sóng ngắn với năng lượng cao kích thích chất hấp thụ lên trạng thái năng lượng cao hơn, sau đó năng lượng này có thể được giải phóng dưới dạng bức xạ có bước sóng lớn hơn Trong quá trình này, đồng phân hóa có thể xảy ra, nối các phân đoạn chất hấp thụ thành chất đồng phân phân tử cao không còn khả năng hấp thụ tia UV, dẫn đến sự hình thành các chất không ổn định lâu dài Do đó, một đặc tính quan trọng của chất hấp thụ UV là khả năng hấp thụ năng lượng mà không bị biến đổi Các chất hấp thụ UV khác cũng có cơ chế tương tự diễn ra theo chu kỳ.
1) Hấp thụ năng lượng bức xạ lên trạng thái kích thích;
2) Chuyển dịch proton trong phân tử;
3) Phát ra tia hồng ngoại (nhiệt năng);
4) Chuyển dịch proton về vị trí ban đầu.
Nghiên cứu cơ chế chuyển dịch vị trí của proton và điện tử trong mỗi phân tử là một thách thức lớn, do tính phức tạp của các mức năng lượng Hiện tại, mọi nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở mức suy đoán, dựa vào các nguyên lý hóa học và lượng tử cơ bản.
Nghiên cứu gần đây cho thấy các chất như hạt nano TiO2, ZnO và các chất gốm có khả năng chắn tia UV hiệu quả Điều này nhờ vào khả năng hấp thụ bức xạ UV tốt của chúng, do sự dịch chuyển của các lớp điện tử dưới tác động của photon trong vùng năng lượng.
Chất TiO2 và ZnO, nhờ vào cấu trúc hóa học tinh thể đặc biệt và chỉ số khúc xạ cao (TiO2 là 2,71 và ZnO là 2,03), có khả năng phân tán tia UV hiệu quả, giảm thiểu tia truyền qua và nâng cao khả năng bảo vệ Theo thuyết tán sắc ánh sáng, chỉ số khúc xạ và kích thước hạt có ảnh hưởng lớn đến sự phân tán ánh sáng, với chỉ số khúc xạ cao cho thấy khả năng phân tán và phản xạ ánh sáng mạnh mẽ hơn Hạt có đường kính nhỏ hơn sẽ cung cấp khả năng che chắn tốt hơn, và hiệu quả che chắn tia UV tối ưu thường đạt được với kích thước hạt trong khoảng 10 – 100 nm.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.1 Nội dung nghiên cứu Để nghiên cứu ứng dụng sản xuất thành công vải chống tia UV một cách có hiệu quả thì các nhà nghiên cứu phải tiến hành theo 2 nội dung sau:
Nghiên cứu công nghệ đã phát triển các hóa chất chống tia UV có hiệu quả xử lý cao trên vải Đồng thời, nghiên cứu cũng tập trung vào các phương pháp đánh giá khả năng ngăn ngừa tia UV của hóa chất hoàn tất và vải sau khi được xử lý.
Các bước nghiên cứu được tiến hành như sau:
Lựa chọn vải bông là bước quan trọng trong việc xử lý hoàn tất chất hấp thụ tia UV Để đảm bảo hiệu quả, cần thực hiện các thí nghiệm mẫu thử trong phòng thí nghiệm với ba thông số chính: nhiệt độ, thời gian xử lý nhiệt và nồng độ hóa chất xử lý Những yếu tố này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thụ tia UV của vải bông.
- Áp dụng phương pháp AATCC 183-2000 để đánh giá hiệu quả chống tia UV trên vải thông qua giá trị đo SPF của vải.
- Đánh giá kết quả thông qua quy hoạch thực nghiệm để xây dựng công nghệ tối ưu xử lý hoàn tất vải chống tia UV.
Rayosan C, sản phẩm của Clariant từ Thụy Sỹ, là một trong những hóa chất hấp thụ tia UV hiệu quả nhất được cung cấp cho ngành dệt.
Rayosan C là một chất lỏng nhớt màu trắng, có đặc tính anion và tỉ trọng khoảng 1,25 ở 20°C, với pH khoảng 6 khi chưa pha loãng Sản phẩm này ổn định trong các dung dịch nước cứng, muối, axit và kiềm, không tạo bọt và không có độc tính sinh thái Để bảo quản hiệu quả, nên giữ sản phẩm ở nhiệt độ 20 - 25°C trong ít nhất 6 tháng, vì nhiệt độ cao hơn có thể làm giảm hiệu quả Rayosan C được cung cấp bởi hãng Clariant cho Viện Dệt May dưới dạng lô hàng sản xuất lớn.
Rayosan C, một hợp chất dẫn xuất dị vòng Benzotriazol, là chất hấp thụ tia UV hiệu quả, đặc biệt trong vùng UVB Với các nhóm hydroxyl tự do trong cấu trúc, Rayosan C dễ dàng liên kết bền vững với các nhóm hydroxyl của xơ xenlulô và các nhóm amin của xơ Polyamit, tương tự như thuốc nhuộm hoạt tính Sản phẩm này nên được áp dụng cho các mặt hàng dệt đã nhuộm màu sau quá trình nhuộm, đặc biệt là với các gam màu trung và đậm, vì nồng độ cao có thể làm giảm hiệu suất lên màu của thuốc nhuộm anion Rayosan C không làm thay đổi ánh màu của vật liệu dệt và có hiệu quả bảo vệ bền bỉ với giặt và ánh sáng Sản phẩm này không ảnh hưởng đáng kể đến chất tăng trắng quang học và có thể áp dụng cho xơ xenlulô và polyamit qua phương pháp tận trích thông thường hoặc quy trình ngấm ép, với lượng sử dụng từ 1-4%.
Máy ngấm ép thí nghiệm Roaches EHP-350, sản xuất tại Thụy Sỹ, là thiết bị ngấm ép chuyên dụng với khổ vải tối đa lên đến 30 cm Thiết bị này có máng ngấm với dung tích 300 ml, phù hợp cho các ứng dụng trong nghiên cứu và thử nghiệm.
• Thiết bị sấy và gia nhiệt: Máy văng sấy thí nghiệm Tsujji của Nhật Khổ vải văng kim lớn nhất là 30 cm.
2.2 Lựa chọn vải bông sử dụng
Luận văn đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết và lựa chọn một số loại vải bông khác nhau sau quá trình nấu tẩy và làm bóng Các loại vải này đã được xử lý chống tia UV bằng chất xử lý hoàn tất chuyên dụng, nhằm nâng cao khả năng bảo vệ và độ bền của sản phẩm.
Nghiên cứu về UV Rayosan C ở nồng độ 4% được thực hiện bằng phương pháp tận trích, với kết quả được trình bày trong bảng Việc chọn lựa vải nhẹ màu trắng hoặc nhuộm kẻ sáng nhằm đáp ứng nhu cầu thị hiếu của người tiêu dùng trong mùa hè nắng nóng, khi cường độ UV cao.
Kết quả khảo sát cho thấy hầu hết các loại vải bông có hệ số bảo vệ tia UV rất thấp, với giá trị UPF dao động từ 2,5 đến 17 tùy thuộc vào cấu trúc vải như chỉ số sợi, khối lượng, mật độ và kiểu dệt Để đạt được tính chất bảo vệ tia UV hiệu quả, vải cần có giá trị UPF ≥ 15, tuy nhiên hầu hết các vải bông thông thường không đáp ứng được yêu cầu này Do đó, để cải thiện khả năng chống tia UV, vải cần được xử lý bằng các chất chống tia UV.
2.3.Phương pháp thực nghiệm xác định khả năng chống tia UV của vải Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến đơn giản và nồng độ hóa chất trên vải đạt được với hiệu suất khá cao Vì phương pháp này áp dụng cho các dây truyền liên tục và bán liên tục, vải ở dạng mở khổ nên vải không bị nhăn nhàu không ảnh hưởng tới các yếu tố quan trọng của cấu trúc dệt Phương pháp này phù hợp với hầu hết các hóa chất hoàn tất chống tia UV và có thể áp dụng trên các thiết bị ngấm ép một máng một lần ép hay 2 lần ép
Trong quy trình xử lý hoàn tất chống tia UV, công nghệ thường được sử dụng là Tecmofix cho vải tự nhiên và Tecmosol cho vải tổng hợp Quy trình công nghệ này được thực hiện theo các bước cụ thể.
Hình 8: Sơ đồ quy trình ngấm ép gia khô nhiệt
Quy trình hoàn tất vải bao gồm các bước ngấm ép, sấy trung gian, xử lý nhiệt và giặt, được biết đến với tên gọi "Dry-Cure Process" Phương pháp này mang lại ưu điểm vượt trội với thời gian xử lý nhanh và hiệu quả cao, có thể thực hiện đồng thời trên dây chuyền sấy nhiều khoang Đối với vật liệu bông hoặc xenlulo tái sinh, dung dịch ngấm ép chứa chất hoàn tất hấp thụ tia UV, Natribicacbonat và urê, với lượng urê từ 50 - 80 g/l để tối ưu hóa sự liên kết giữa hóa chất và sợi Sau khi ép với mức 60 - 80%, vải được sấy trung gian bằng tia hồng ngoại hoặc gió nóng để giảm độ ẩm xuống 10 - 20% trong 1 - 2 phút Tiếp theo, vải được gia nhiệt ở 1300 C trong 2 - 3 phút để tạo liên kết bền vững Cuối cùng, vải được làm mát và trải qua quy trình giặt nóng và giặt lạnh Các sản phẩm hoàn tất chống tia UV có thể được đưa vào dung dịch nhuộm để thực hiện liên kết đồng thời với thuốc nhuộm trên sợi.
2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý
Khả năng chống tia UV của vải phụ thuộc vào nồng độ chất xử lý Rayosan C, thời gian và nhiệt độ xử lý Trong ba yếu tố này, nồng độ có ảnh hưởng mạnh nhất, tiếp theo là nhiệt độ và cuối cùng là thời gian Việc giảm thời gian lưu vải trong máy không chỉ tăng công suất mà còn tiết kiệm năng lượng, vì năng lượng cần thiết để nâng nhiệt độ có thể được bù đắp bằng cách rút ngắn thời gian Tuy nhiên, nhiệt độ xử lý quá cao, trên 150°C, có thể gây hại cho tính chất cơ lý và màu sắc của vải bông, đặc biệt khi nồng độ hóa chất trên vải cũng lớn.
Thời gian xử lý nhiệt cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất gắn kết hóa chất lên vải Nhiệt độ xử lý cao, trong giới hạn cho phép, tạo điều kiện thuận lợi cho chất xử lý gắn kết hiệu quả, giúp tăng cường phản ứng mà không cần phải nâng cao nồng độ chất xử lý Ngược lại, ở nhiệt độ thấp, cần chú ý để đạt được hiệu quả chống tia.
Tính ứng dụng
Thiết kế ba chiều ôm trọn mặt này có khả năng chống lại tia UV UPF 50+++.
Vải lụa 100% kết hợp với lớp kháng khuẩn Coolchill mang đến bề mặt mềm mại, thông thoáng, giúp giảm thiểu nguy cơ bít lỗ chân lông do bụi bẩn và vi khuẩn.
3.2.Áo khoác Airsm có sử dụng công nghệ chống tia UV Áo chống tia UV được phong cách thiết kế chuyên sử dụng để ngăn cản bức xạ từ ánh nắng mặt trời nhờ nhiều yếu tố độc lạ như vật liệu vải, độ co dãn, tỷ lệ dệt, sắc tố.
3.3.Các sản phẩm may mặc khác có ứng dụng công nghệ chống UV
Với sự gia tăng nhu cầu từ xã hội và người tiêu dùng, việc sản xuất vải và quần áo chống nắng đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu toàn cầu Đây là một vấn đề cấp thiết nhằm phòng ngừa các bệnh nguy hiểm do bức xạ mặt trời Luận văn này dựa trên nhu cầu thực tế và được kiểm chứng bằng các thiết bị cùng tiêu chuẩn đánh giá quốc tế hiện hành, do đó, kết quả hoàn toàn đáng tin cậy và có thể áp dụng vào sản xuất tại nhà máy Nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra những phát hiện quan trọng trong lĩnh vực này.
Để đảm bảo khả năng chống tia UV cho sản phẩm vải, việc lựa chọn nguyên liệu và kiểu dệt cần được tính toán kỹ lưỡng ngay từ đầu Khả năng bảo vệ của vải không chỉ phụ thuộc vào chất hấp thụ tia UV mà còn vào quá trình xử lý cuối cùng nhằm nâng cao giá trị SPF Nếu không áp dụng hóa chất hấp thụ, các sản phẩm vải bông sẽ chỉ có khả năng bảo vệ rất hạn chế.
Các yếu tố như nguyên liệu và kiểu dệt đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất vải chống tia UV Cụ thể, bản chất và cấu trúc xơ sợi, cũng như độ thưa và độ xốp của vải, quyết định khả năng bảo vệ khỏi tia UV.
Hóa chất hấp thụ tia UV Rayosan C là một sản phẩm nổi tiếng, mang lại hiệu quả xử lý vượt trội trên vải bông, đặc biệt là vải dệt từ sợi chi số cao Ne 10.
