Ảnh hưởng của pH đến khả năng nhuộm màu trên vật liệu dệt của dịch chiết từ vỏ quả măng cụt

Tạp chí Đại học Công nghiệp 13 ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN KHẢ NĂNG NHUỘM MÀU TRÊN VẬT LIỆU DỆT CỦA DỊCH CHIẾT TỪ VỎ QUẢ MĂNG CỤT Phạm Thị Hồng Phượng*, Võ Thái Duy*, Trần Quốc Lợi**, Hoàng Minh Sơn**, Hoàng Thị Lĩnh*** TÓM TẮT Nghiên cứu quy trình nhuộm vải cotton, polyamide, tơ tằm và len với dịch chiết từ vỏ quả măng cụt. Khảo sát ảnh hưởng của pH trong khoảng từ 3-11 đến cường độ màu của loại vật liệu dệt được nhuộm bằng chiết dịch từ vỏ măng cụt tươi và vỏ măng cụt khô; dịch măng cụt được chiết bằng dung môi là nước với tỷ lệ bột măng cụt và nước là 1:5 ở 80oC, trong thời gian là 2 giờ. Kết quả đạt được cho sản phẩm nhuộm có ánh màu từ vàng nhạt đến màu nâu sẫm. Kết quả khảo sát cường độ màu tương đối cao và đạt các chỉ tiêu về độ bền màu với xử lý ướt. EFFECTS OF THE PH LEVEL ON THE COLOR FASTNESS OF THE EXTRACT FLUID FROM MANGOSTEEN PEEL ON TEXTILE MATERIALS SUMMARY Research on the process of dyeing on cotton, polyamide, silk and wool yarn with aqueous extract of mangosteen pericarp. Investigate the influence of pH in the range 3-10 to the colour strength of textile materials have been dyed with aqueous extract of dried and fresh mangosteen pericarp that were extracted with a water solution in a 1:5 ratio of mangosteen powder to solvent at 80oC for 2 hours. The products obtained color shade from light yellow to dark brown. The colour strength have been found to be very good in dyed samples and the wet fastness properties have also been evaluated and were found to be very good. KeyWords: natural dye, mangosteen, garnacia mangostana L., silk, wool, cotton 1. Giới thiệu Ngành dệt may hiện nay đang là một trong những ngành công nghiệp có tốc độ tăng trưởng rất nhanh, thuốc nhuộm và hóa chất sử dụng rất nhiều nhưng chi phí cho xử lý chất thải sau nhuộm lại chưa cao. Mặt khác, công nghệ nhuộm hiện nay tiến hành theo phương pháp cổ điển với các loại thuốc nhuộm tổng hợp, nhưng để đáp ứng nhu cầu chất lượng sản phẩm ngày càng cao đòi hỏi phải tăng cường sử dụng hóa chất, nhiệt lượng, nước, v.v Như vậy, mức độ ô nhiễm của nước thải sau nhuộm lại tăng lên và giải pháp khắc phục ô nhiễm lại càng khó khăn. Trong khi đó, các loại hợp chất mang màu được nghiên cứu từ tự nhiên như mạc nưa, chàm, lá bàng, xà cừ, nhựa cánh kiến, vỏ quả măng cụt lại có khả năng nhuộm vật liệu dệt rất hiệu quả. Trong đó, vỏ măng cụt đang được các nhà khoa học quan tâm nhiều vì ngoài những tính chất dược lý vô cùng quý giá, vỏ măng cụt còn có khả năng trở thành một loại thuốc nhuộm tự nhiên tuyệt vời. * ThS. Trung tâm Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM ** Lôùp Đại học Hữu cơ 3, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM *** PGS.TS. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Ảnh hưởng của pH đến khả năng nhuộm màu.. 14 Với lợi thế là măng cụt được trồng khá nhiều tại khu vực Đông Nam Bộ, Việt Nam và khu vực các nước Đông Nam Á, nên nguồn nguyên liệu dồi dào và phong phú. Hơn nữa, việc khai thác măng cụt để làm thuốc nhuộm chỉ tận dụng phần vỏ là nguồn nguyên liệu phế thải trong đời sống hàng ngày, nhưng lại chiếm đến 68-70% trên cả quả, nên chắc chắn sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao. Một số nghiên cứu về khả năng nhuộm một số vật liệu dệt của dịch chiết từ vỏ măng cụt đã được công bố ở một vài bài báo của các trường đại học ở Thái Lan và Ấn Độ, nhưng vẫn chỉ mới là những nghiên cứu ban đầu. Trong tương lai, các nghiên cứu về khả năng ứng dụng trong công nghệ nhuộm màu tự nhiên của vỏ măng cụt này sẽ được quan tâm nhiều hơn và sẽ được ứng dụng trong công nghiệp như một nhu cầu thiết yếu. Chính vì thế, đề tài “Ảnh hưởng của pH đến khả năng nhuộm màu trên vật liệu dệt của dịch chiết từ vỏ quả măng cụt” là hết sức cần thiết. 2. Mục đích nghiên cứu Với định hướng tìm ra quy trình nhuộm vật liệu dệt bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên, thay thế nguồn thuốc nhuộm tổng hợp hiện nay, giải quyết phần nào bài toán về môi trường của ngành dệt nhuộm. Mục tiêu đặt ra của đề tài này là nghiên cứu khả năng gắn màu trên các loại vải cotton, len, tơ tằm và polyamide của dịch chiết từ vỏ quả măng cụt khô và vỏ quả măng cụt khô. Kết quả đạt được của đề tài sẽ giúp chúng ta tìm ra một công nghệ nhuộm mới, tận dụng được nguồn phế thải từ vỏ măng cụt, thân thiện với môi trường và sức khỏe con người, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống. Góp phần khẳng định sự lớn mạnh của thuốc nhuộm tự nhiên có thể thay thế dần thuốc nhuộm tổng hợp gây ô nhiễm môi trường trong lĩnh vực dệt nhuộm. 3. Ñoái töôïng, noäi dung nghieân cöùu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu dệt: vải cotton 100%, polyamide, tơ tằm và len. - Vỏ quả măng cụt: vỏ khô và vỏ tươi được nghiền nhỏ hoặc xay nhuyễn. - Hóa chất sử dụng: cồn, acid axetic, Na2CO3, Na2SO4, chất trợ nhuộm, chất giặt sau nhuộm - Thiết bị và dụng cụ sử dụng: máy nhuộm mẫu, máy sấy mẫu, bếp điện, các loại dụng cụ thủy tinh cần thiết, máy đo độ hấp thu quang, máy đo màu Minolta CR 300 Japan 73180167. 3.2. Nội dung nghiên cứu 3.2.1. Chuẩn bị dịch chiết vỏ quả măng cụt khô và măng cụt tươi với nước Dung môi dùng để chiết là nước; vỏ măng cụt khô hoặc tươi sau khi xử lý sơ bộ, được nghiền nhỏ hoặc xay nhuyễn. Bột vỏ măng cụt được hòa tan trong nước với tỷ lệ 1:5. Sau đó gia nhiệt đến 80oC trong thời gian 2 giờ, cô cạn dung dịch còn khoảng 50% và cuối cùng đem lọc thu được dịch chiết từ vỏ măng cụt. Quy trình chiết dịch từ vỏ quả măng cụt được tiến hành như sau: Tạp chí Đại học Công nghiệp 15 3.2.2. Quy trình nghiên cứu Đơn công nghệ khảo sát các loại vật liệu như sau: Polyamide và tơ tằm: bột măng cụt x% (Owf), acid acetic 1-3%, Na2CO3 1-3%, dung tỷ 1/40, thời gian nhuộm 60 phút, nhiệt độ nhuộm 60-80oC, pH 3-10, nhiệt độ sấy 50oC, thời gian sấy 15 phút. Len: bột măng cụt x% (Owf), acid acetic 1-3%, Na2SO4 0-2%, dung tỷ 1/40, thời gian nhuộm 45 phút, nhiệt độ nhuộm 60-90oC, pH 3- 8, nhiệt độ sấy 50oC, thời gian sấy 15 phút. Cotton: bột măng cụt x% (Owf), Na2CO31- 3%, Na2SO4 0-2%, dung tỷ 1/40, nhiệt độ nhuộm 60-90oC, thời gian nhuộm 45 phút, pH 6-10, nhiệt độ sấy 50oC, thời gian sấy 15 phút. Quy trình nghiên cứu được tiến hành như sau: Sơ đồ 1.1. Quy trình chiết dịch từ vỏ măng cụt Ảnh hưởng của pH đến khả năng nhuộm màu.. 16 Dịch chiết từ vỏ măng cụt được sử dụng nhuộm các loại vật liệu dệt: cotton, len, tơ tằm và polyamide. Tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng gắn màu của dịch chiết từ vỏ măng cụt như pH và nhiệt độ. Sau khi nhuộm xong, các mẫu sau nhuộm được đem đi kiểm tra và tính toán các thông số sau: L, a, b, C, ∆E trên máy đo màu Minolta CR 300. Cuối cùng các mẫu sau nhuộm được đem đi kiểm tra các tiêu chuẩn về độ bền ướt như mồ hôi, clo và giặt. Các chỉ tiêu độ bền clo, mồ hôi, bền giặt được kiểm tra theo các tiêu chuẩn TCVN 5234: 2002 – ISO 105 – E04:1994[8]; TCVN 5235: 2002 – ISO 105 – E04:1994 [9]; TCVN 4537: 2002 – ISO 105 – C01:1989 [10]. Sơ đồ 1.2. Quy trình nghiên cứu khả năng nhuộm cotton, len, tơ tầm và polyamide của dịch chiết từ vỏ măng cụt Tạp chí Đại học Công nghiệp 17 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 3.2. Vỏ quả măng cụt và dịch chiết từ vỏ măng cụt Hình 1.1. Phổ IR bột măng cụt khô Kết quả phổ IR của bột măng cụt khô cho thấy rằng: ở tần số 3396,73 nm-1 hợp chất có chứa nhóm –OH của phenol; ở vùng tần số 2922,23 nm-1 dự đoán hợp chất có thể chứa nhóm –OH có lien kết nội phân tử hoặc –CO- CH3; ở tần số 1613,16 ÷ 1734,56 nm-1 dự đoán là –C=O và C=C liên hợp –C=O ; ở khoảng tần số 416,19 ÷ 1518,92 nm-1 dự đoán là nhân thơm thế, dao động biến dạng của anken δ-CH, liên kết –C–O–C, Như vậy phổ IR của bột măng cụt khô chứa nhiều thành phần của xanhthones, trong đó phần lớn là các hợp chất mang màu như: α-mangostin;3-isomangostin; Garcinon D; BR-Xanthone A [5]. Ảnh hưởng của pH đến khả năng nhuộm màu.. 18 Hình 1.2. Độ hấp thu quang của dịch chiết măng cụt tươi Hình 1.3. Độ hấp thu quang của dịch chiết măng cụt khô Từ độ hấp thu quang thu được từ dịch măng cụt khô và dịch măng cụt tươi ta nhận thấy, bước sóng cực đại của dịch măng cụt tươi và dịch măng cụt khô trong vùng khoảng 292÷340nm. Tạp chí Đại học Công nghiệp 19 3.3. Ảnh hưởng của pH lên cường độ màu của vải tơ tằm, polyamide, len và coton sau nhuộm bằng dịch măng cụt tươi và dịch măng cụt khô Kết quả kiểm tra cường độ màu sản phẩm tơ tằm, cotton, polyamide và len được nhuộm với dịch chiết từ vỏ măng cụt tươi có màu nâu sẫm, có sắc màu đậm hơn so với mẫu nhuộm với dịch chiết từ vỏ măng cụt khô, còn mẫu nhuộm với dịch măng cụt khô thì có màu vàng nâu. Với mẫu tơ tằm nhuộm với dịch chiết măng cụt tươi có cường độ cực đại là Cmax = 25.29 ở pH = 6; dịch chiết từ vỏ măng cụt khô đạt cường độ cực đại Cmax = 19.33 ở pH = 5. Mẫu vải polyamide nhuộm với dịch chiết măng cụt tươi có cường độ cực đại Cmax = 26.92 ở pH = 4; dịch chiết từ vỏ măng cụt khô đạt Cmax = 14.73 ở pH = 6. Tương tự, mẫu len nhuộm với dịch chiết măng cụt tươi có cường độ cực đại là Cmax = 8.53 ở pH = 7 và dịch chiết từ vỏ măng cụt khô đạt Cmax = 11.03 ở pH = 7. Với mẫu cotton nhuộm với dịch chiết măng cụt tươi có cường độ cực đại Cmax=24.89 ở pH=8; trong khi đó, mẫu nhuộm với dịch chiết từ vỏ măng cụt khô đạt Cmax=25.56 ở pH=8. Như vậy, cùng một tỷ lệ dịch chiết từ vỏ măng cụt sử dụng nhuộm vải tơ tằm, polyamide, len và cotton có ánh màu khác nhau và cường độ màu cũng lệch nhau nhưng không đáng kể. So sánh cường độ màu của các loại vật liệu sử dụng nhuộm, nhận thấy rằng cường độ màu của len kém hơn cotton, polyamide và tơ tằm; mặt khác, cường độ cực đại của các loại vật liệu đều đạt được tại các khoảng pH hoàn toàn phù hợp với các loại vật liệu đã nhuộm. Mặt khác các mẫu sau nhuộm được mang đi kiểm tra độ bền màu với giặt, cho và mồ hôi đều đạt độ bền màu cao, độ lệch màu trước và sau khi kiểm tra độ bền ∆E ≤ 1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng nhuộm màu.. 20 4. Kết luận và đề nghị 4.1. Kết luận Qua quá trình nghiên cứu khả năng gắn màu của dịch măng cụt tươi và khô trên bốn loại vật liệu tơ tằm, polyamide, len và cotton trên cơ sở khảo sát giá trị pH của dung dịch nhuộm có thể kết luận: dịch chiết từ vỏ măng cụt khô và tươi đều có khả năng gắn màu trên hầu hết các loại vật liệu, cường độ màu và ánh màu khác nhau tương ứng với mỗi khoảng pH khác nhau cho độ bền màu khá tốt. Khả năng gắn màu của dịch chiết từ vỏ măng cụt là do trong thành phần dịch chiết măng cụt có chứa các hợp chất xanthones mang màu như: gartanin, BR- xanthone A, 3-isomangostin, α-mangostin, garcinon D [5]. Như vậy, ở mỗi pH và nhiệt độ khác nhau, mỗi xanthone sẽ có tác dụng gắn màu khác nhau. Ngoài ra, còn có sự có mặt của các hợp chất mang màu khác như họ anthocyanin, tannin. Mặt khác, theo cơ sở lý thuyết thì anthocyanin, xanthones và tannin đều có thể cho các gam màu khác nhau tùy theo giá trị pH. Điều này phù hợp với kết quả nghiên cứu; cụ thể là khi tăng giá trị pH từ 7 đến 11 màu sáng dần, độ sâu màu giảm dần chuyển từ vàng cam sang hồng phấn đối với dịch chiết từ vỏ măng cụt tươi, và chuyển từ vàng đậm sang vàng nhạt đối với dịch chiết từ vỏ măng cụt khô. Ngược lại khi giảm giá trị pH từ 7 xuống 3 thì thang màu đậm dần, độ sâu màu tăng dần chuyển từ vàng cam sang đỏ cam đối với dịch chiết từ vỏ măng cụt tươi và từ vàng đậm sang nâu sẫm đối với dịch chiết từ vỏ măng cụt khô. 4.2. Đề nghị Với hiệu quả đạt được của đề tài, nếu có thêm thời gian nghiên cứu và kinh phí đầu tư đề tài này sẽ định hướng xa hơn, mang tính khả thi và phát triển bền vững công nghệ nhuộm theo hướng sản xuất xanh và sạch hơn như sau: - Nghiên cứu quy trình chiết dịch từ vỏ quả măng cụt sao cho hiệu quả nhất, đạt cường độ màu cao nhất bằng các loại dung môi khác nhau theo nhiều phương pháp khác nhau, có thể có sự hỗ trợ của các điều kiện vi sóng và siêu âm. - Nghiên cứu quy trình thu gom vỏ măng cụt và điều kiện bảo quản dịch chiết được từ vỏ quả măng cụt để có thể ứng dụng trong sản xuất công nghiệp. - Nghiên cứu sâu hơn các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gắn màu trên từng loại vật liệu cụ thể: nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, các ion kim loại có mặt trong dung dịch nhuộm, tỷ lệ dịch chiết vỏ măng cụt so với vật liệu nhuộm, độ tận trích trong phương pháp nhuộm tận trích để đánh giá mức độ gắn màu của thành phần mang màu trong dịch chiết vỏ măng cụt. - Nghiên cứu các phương pháp nhuộm khác nhau đối với các loại vật liệu khác nhau. - Nghiên cứu thành phần mang màu có trong dịch chiết từ vỏ quả măng cụt nhờ các phương pháp phân tích phổ. Từ đó tìm ra cơ chế gắn màu của dịch chiết mặng cụt đối với từng loại vật liệu. Tạp chí Đại học Công nghiệp 21 TÀI LIEÄU THAM KHAÛO [1]. Cao Hữu Trượng, Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học và kỹ thuật 2002 [2]. Nhiều tác giả, Kỹ thuật nhuộm – in hoa và hoàn tất vật liệu dệt, Viện kinh tế kỹ thuật dệt may – Tổng công ty dệt may Việt Nam [3]. Padma S Vankar “Dyeing of cotton and silk yarn with the extracted dye from the fruit hulls of mangosteen, Garcinia mangostana linn”, Volume 8, Number 6, 613-619, Fibers and Polymers 2007. [4]. M. Chairat, J.B. Jemner, K. Chantrapromma, “Dyeing cotton, silk and wool yarn with extract of Garcinia Mangostana Pericarp”, Volumn 6, Issue 1, Spring 2009. [5]. Đào Hùng Cường, Đỗ Thị Thúy Vân, “Nghiên cứu chiết tách và xác định Xanhthones từ vỏ quả măng cụt”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 5 (40), 2010. [6]. Jon Shore, Cellulose Dyeing, Society of dyers and colourist, 1994. [7]. Dr Padma S Vankar, Handbook on Natural Dyes for Industrial Applications (with Color Photographs), National Institute of Industrial Research. [8]. Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 5234: 2002 – ISO 105 – E04:1994, Phương pháp xác định độ bền màu với nước được khử trùng bằng clo, Hà Nội, (2002). [9]. Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 5235: 2002 – ISO 105 – E04:1994, Phương pháp xác định độ bền màu với mồ hôi, Hà Nội, (2002). [10]. Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 4537: 2002 – ISO 105 – C01:1989, Phương pháp xác định độ bền với giặt, Hà Nội, (2002).