Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Khoa Cơ Khí
Bộ mơn Kỹ Thuật Dệt May

VẬT LIỆU DỆT
TEXTILE MATERIAL
PHẦN 3

XƠ NHÂN TẠO – MAN-MADE FIBRES

1


Xơ dệt nhân tạo là gì?
Thời điểm ra đời?

Phân loại xơ dệt nhân tạo?
Kể tên các xơ dệt nhân tạo đặc trưng?

2


Phân loại xơ nhân tạo
Polymer tự nhiên
Gốc Cellulose
Gốc Protein
Các gốc polymer tư
nhiên khác: alginate,
cao su tự nhiên,
silicat,silica

Nhiệt dẻo

Polyamid
Polyester
Polyvinyl và các dẫn
xuất
Polyurethan
Polyolefin

Các xơ gốc nhiệt dẻo khác:
carbon, thủy tinh, silicat
nhôm,kim
loại,
polyurea
,polycarbonate
3

3


3. 1. Xơ nhân tạo gốc protein

• Protein trong tự nhiên có ở dạng xơ như len, tơ tằm…
• Nhiều protein không phải là ở dạng xơ, cần chuyển đổi để tạo xơ
bằng cách hòa tan protein và đẩy dung dịch protein thu được qua
vịi phun và sau đó đơng cứng thành sợi
• Từ cuối thế kỷ 19, một số xơ protein nhân tạo đã được tạo ra như:

Casein (từ sữa), zein (ngô) và arachin (từ lạc), nhưng sản lượng và
ứng dụng không cao. Lý do ?


4


Liquid milk
Dehydrate and degrease

Dissolve

Purify

Graft copolymerization
Spin

Quy trình tạo xơ
Recycle

casein từ sữa

Dry

Curling

Winding

Length cut
Filament

Staple fiber


Test

Package

5


Tính chất xơ casein

• Có thể được kéo thành sợi 100% casein hoặc kéo thành sợi pha với
cashmere, tơ tằm, spun lụa, bông, len, gai và xơ khác với các tính

năng tương tự.
• Dùng để tạo các sản phẩm dệt may cao cấp do các tính chất đặc

trưng:
- Lành cho da, thoải mái, màu sắc tươi sáng do tính nhuộm tốt
- Là sản phẩm “xanh”, thân thiện với môi trường
- Hấp thụ và dẫn ẩm tốt
- Thân sợi thành phần phức hợp và dọc trục sợi có các rãnh cấu trúc
không đồng đều làm xơ sữa hấp thụ độ ẩm mịn tốt như xơ tự nhiên
khác và dẫn ẩm tốt hơn so với xơ nhiệt dẻo, độ xuyên thấm tốt.

6


Tính chất xơ casein
Nhược điểm của xơ: độ bền, khả năng chịu nhiệt độ, độ co?

Cấu trúc dọc trục và mặt cắt ngang xơ casein-Doshi group


Ảnh SEM của xơ casein

7


So sánh tính chất xơ casein với một số xơ khác
Property
Length (mm)
Fineness (dtex)
*Dry tensile strength(CN/dtex)
*Dry breaking elongation rate (%)
Wet tensile strength (CN/dtex)
Wet breaking elongation rate (%)
Friction coefficient (static)
Friction coefficient (dynamic)
Logarithm of mass specific
resistance (Wg/ cm2)
*Initial modulus (CN/dtex)
Moisture regain (%)
Specific weight (g/cm3)

Milk protein
fiber
38
1.52
2.8
25-35
2.4
28.8

0.187
0.214
9.1

Cotton

Silk

Wool

25-39
1.2-2.0
1.9-3.1
7-10
3.2
13

----1.0-2.8
3.8-4.0
11-16
2.1-2.8
27-33
0.52
0.26
9.8

58-100
6-9
2.6-3.5
14-25

0.8
50
0.24
0.384
8.4

60-80
5-8
1.22

60-82
7-8
1.50-1.54

6.8

60-80
44-88
8-9
15-17
1.46-1.52 1.34-1.38

8


Tìm hiểu thêm các xơ nhân tạo gốc protein khác:

- Zein
- Soya bean


- Collagen
- Groundnut

9


3. 2. Xơ nhân tạo gốc polymer tự nhiên không phổ biến

Xơ Alginate
- Điều chế từ acid alginic, trích ly từ rong biển lần đầu tiên năm
1860
- Họ rong biển lựa chọn thường là Laminariae bền dẻo, cấu trúc thớ
rõ rệt, tạo được alginic acid với cấu trúc đại phân tử khá dài hoặc
họ Macrocystis
- Thường kéo sợi theo phương pháp ướt trong bể chứa các chất sau:
2-3% CaCl2, 0.5-0.6% HCl và chất làm dẻo (2.5% dầu olive,1%
chất nhũ hóa)

10


Đặc tính xơ alginate

• Độ hút nước lớn (20-30%)
• Bền cơ học kém, giảm bền mạnh khi ướt
• Khơng cháy
• Tan trong dung dịch xà phòng hoặc xút 1%  có thể ứng dụng ra
sao?

• Tạo vải nhẹ, xốp

• Tan được trong nước  ứng dụng làm gì ?

11


Quy trình sản xuất xơ alginate

12


Cấu trúc xơ alginate

Hình ảnh xơ (×400) xử lý với chitosan thủy phân
(i) 0% w/w (chưa xử lý) ; (ii) 2% w/w; (iii) 5% w/w ( C.J Knill et al)

13


3.3. Xơ nhân tạo gốc cellulose

• Cellulose là hợp chất thiên nhiên, là chất cơ bản tạo thành của các
tế bào thực vật, trong đó có một số xơ dệt
• Là polymer tự nhiên, cơ sở nguyên liệu sản xuất các xơ nhân tạo
gốc cellulose như viscose, rayon, acetat
• Cellulose ở thể rắn là hợp chất cao phân tử nhóm polysaccharid,
đại phân tử có cấu trúc mạch thẳng với mắt xích [-C6H10O5-]

14



Đặc tính phân tử cellulose (1)
Chỉ số DP lớn, từ vài nghìn tới vài chục nghìn, chỉ số này có thể
giảm trong các q trình xử lý hóa học
Các mắt xích cơ bản liên kết với nhau nhờ liên kết cầu oxy
Ba nhóm hydroxyl trong mỗi mắt xích và liên kết cầu oxy quyết

định các tính chất hóa học chủ yếu của cellulose
Tỉ lệ tinh thể trong cellulose thiên nhiên đạt cỡ 70%, cellulose đã

qua xử lý kiềm khoảng 40%
Khối lượng riêng khoảng 1.55g/cm3, dễ hấp thu nước, khí
Nhiệt dung riêng 1,26J/g độ, phân hủy sau 160°C

15


Đặc tính phân tử cellulose (2)
- Khơng bền với ánh nắng, bị oxy hóa bởi oxy trong khơng khí khi

gặp tia tử ngoại
- Là chất điện môi tốt

- Không tan trong nước và trong các dung môi hữu cơ thông thường,
tan được trong một số dung môi đặc biệt
- Bị phân hủy bởi acid vô cơ, phân hủy yếu với acid hữu cơ, ngồi ra
với acid có thể tạo ra các ester cellulose và dẫn xuất, dùng để sản
xuất xơ nhân tạo như xanthogenate, acetyle
- Bền với tác dụng của kiềm, nhưng khi xút tác động với cellulose có
thể tạo ra cellulose kiềm dễ bị thủy phân thành hydrade cellulose, là


nền tảng q trình kiềm hóa
16


Đặc tính phân tử cellulose (3)
•

Các chất kèm trong các mơ thực vật chứa cellulose:

•

Hemicellulose (chiết phân tử thấp của cellulose và các

polysaccharide), là thành phần phải loại khi sản xuất cellulose nhân

tạo
•

Pectin: keo liên kết các xơ cơ bản thành xơ kỹ thuật

•

Lignin: chất nằm trong mơ thực vật, làm xơ cứng, bảo vệ cho

cellulose khỏi bị oxy hóa
•

Protein và hợp chất chứa nitơ

•


Chất béo và sáp: làm vỏ tế bào thực vật

•

Chất tro: oxide sắt, muối kim loại kiềm

•

Sắc tố tạo màu tự nhiên
17


Đặc tính phân tử cellulose (4)
Các α,β,γ cellulose
• Các α, β, γ cellulose khác nhau chủ yếu là độ bền kiềm.
• α cellulose: là phần cellulose khơng tan trong dung dịch

NaOH nguội 17,5%, đại lượng này là thông số quan trọng
trong việc điều chế dẫn xuất cellulose hịa tan.
• β cellulose: là thành phần hemincellulose (no-cell) mạch ngắn,
có khả năng tan trong dung dịch NaOH nguội 17,5 % nhưng
sau đó kết tủa khi chuyển dung dịch sang mơi trường acid.
• γ cellulose: thực ra là thành phần hemincellulose (no-cell) có
DP rất thấp là phần vẫn hòa tan khi đưa dung dịch qua môi

trường acid

18



Nguyên liệu thô để sản xuất xơ nhân tạo gốc cellulose
1. Cotton linters (xơ ngắn vô dụng trong các quả bơng)
2. Dạng bột nhão của gỗ (wood pulp)
• Bột gỗ thường được sản xuất từ một số chủng cây chính như : vân
sam, cây độc cần, khuynh diệp hay thơng.
• Bột gỗ chứa khoảng 94% cellulose, được tinh chế bằng cách đun
sơi với xút hoặcdung dịch natri bisulphite

• Bột gỗ được tẩy trắng và rửa sạch, đưa tới nhà máy dưới dạng các
tấm dày, lưu trữ trong điều kiện có kiểm soát độ ẩm
và nhiệt độ cho đến khi độ ẩm được phân bố thống nhất

19


Sơ lược lịch sử sản xuất xơ nhân tạo gốc cellulose (1)
• 1846, Nitrocellulose

Friedrich Schonbein phát hiện có thể chuyển cellulose  nitrocellulose
khi xử lý bằng acid nitric.
• Nitrocellulose là vật liệu dễ cháy, thậm chí gây nổ. Khi trộn với camphor
(long não) cho ra nhựa nhân tạo đầu tiên, celluloid
• Nitrocellulose hịa tan dễ dàng, ví dụ, trong một hỗn hợp của ête và rượu.

• George Audemars phát hiện ra khả năng hình thành sợi khơ, cứng từ dung
dịch nitrocellulose nhờ kim có ống hút

• Sợi nitrocellulose là một tiến bộ lớn trong công nghiệp sản xuất sợi
thương mại hữu ích: mịn, chắc và linh hoạt, tuy vẫn cịn nhược điểm lớn

(Là gì ?)
20


Sơ lược lịch sử sản xuất xơ nhân tạo gốc cellulose (2)
• 1883, nitrocellulose an tồn
• Sir Joseph Swan tạo quy trình ép dung dịch nitrocellulose,thơng

qua các lỗ để tạo sợi và xử lý hóa chất biến đổi
• 1885, Swan triển lãm “tơ nhân tạo‘ “artificial silk”

• 1884, Hilaire de Chardonnet tạo sợi nhân tạo từ dung dịch nitro
cellulose phun qua các lỗ nhỏ, cứng trong khơng khí ấm và xử lý
hóa học để chuyển đổi trở lại thành cellulose. Vật liệu này triển
lãm tại Paris vào năm 1889 là sợi nhân tạo đầu tiên được sản xuất
thương mại tên gọi Chardonnet silk-tơ Chardonnet .Tuy nhiên quy
trình này chậm,cịn nguy hiểm và tốn kém.
21


Sơ lược lịch sử sản xuất xơ nhân tạo gốc cellulose (3)
Xơ Cuprammonium
• 1890, phát minh quy trình làm sợi nhân tạo mới dựa trên khả năng
hòa tan cellulose trong dung dịch rượu cuprammonium.

• Dung dịch được ép đùn qua các lỗ nhỏ vào một bể làm đông, nơi
cellulose tái tạo để hình thành sợi liên tục.
• Q trình cuprammonium đã được phát triển thương mại tốt và
còn tiếp tục hoạt động tới nay.
• Sợi Cuprammonium khơng bao giờ đạt được sản xuất quy mơ thực

sự lớn, nhưng sợi có chất lượng đặc biệt, tạo một số sản phẩm
quan trọng
22


Sơ lược lịch sử sản xuất xơ nhân tạo gốc cellulose (4)
Xơ Viscose
• 1892, đưa ra phương pháp chuyển đổi cellulose thành cellulose

xanthate và hịa tan để hình thành dung dịch, gọi là dung dịch viscose.
Vòi phun đẩy dung dịch viscose qua lỗ mảnh vào bể đông tụ chứa axit
cellulose được tái sinh ở dạng sợi filament.
• Ngày nay,xơ viscose vẫn là xơ quan trọng bậc nhất trong các xơ nhân tạo
với sản lượng khá lớn, và thường sử dụng hai cơng nghệ phổ biến để tạo

xơ là quy trình xanthate và quy trình carbamate

Xơ viscose của Kelheim fibres

23


Sơ lược lịch sử sản xuất xơ nhân tạo gốc cellulose (5)
Xơ Acetat
• Cellulose được hịa tan trở lại bằng cách chuyển đổi sang dẫn
xuất acetate cellulose, tan trong acetone và các dung mơi khác.

• Sản xuất acetate tương tự như của “tơ Chardonnet”, chuyển đổi
cellulose thành nitrat cellulose và hịa tan trong dung mơi.
• Dung dịch cellulose acetate đùn qua các lỗ ép đùn rất nhỏ, nhưng

không đưa vào một bồn đơng tụ mà vịi phun jet đẩy dung dịch
vào trong một luồng khí ấm.Dung mơi bay hơi, để lại các sợi
cellulose acetate rắn.
• Sợi tạo ra theo cách này có sự khác biệt cơ bản so với những sợi
được thực hiện theo các quy trình cuprammonium hoặc viscose

24


Các xơ nhân tạo quan trọng gốc cellulose
1. Rayon và Viscose, Modal
2. Cellulose Ester fibre: cellulose acetate và triacetate
3. Lyocell

25