Kỹ thuật nhuộm hoàn tất

5.1.Kỹ thuật nhuộm hoàn tất Nhuộm là quá trình gia công nhằm tạo màu cho xơ, sợi hay vải sau cho màu đó đều, sâu và bền . Người ta dùng thuốc nhuộm để tạo màu trong công nghệ nhuộm, ứng với mỗi loại vật liệu ta có thể dùng một hoặc vài lớp thuốc nhuộm để nhuộm màu. Quá trình nhuộm là quá trình kỹ thuật được hình thành bởi các yếu tố:Vật liệu nhuộm, thuốc nhuộm nhuộm sử dụng nhiệt độ, các chất phụ trợ, áp suất, dung tỷ nhuộm, thiết bị và phương pháp tiến hành nhuộm. Mỗi loại vật liệu, sản phẩm sẽ có một qui trình và công thức nhuộm riêng tối ưu cho loại vật liệu, sản phẩm đó. Tuỳ theo yêu cầu về màu sắc, dạng vật liệu dệt sẳn có và yêu cầu gia công sau khi nhuộm mà người ta có thể nhuộm vật liệu dệt ở dạng xơ, sợi, chỉ và vải. cũng tuỳ theo dạng vật liệu dệt và điều kiện cụ thể mà người ta dùng các thiết bị nhuộm khác nhau thuộc 2 nhóm: Thiết bị nhuộm gián đoạn và thiết bị nhuộm liên tục. Hiện nay đã có nhiều kiểu thiết bị nhuộm vật liệu dệt được chế tạo song về mặt thuỷ lực động học, thiết bị nhuộm được chế tạo theo các nguyên tắc sau đây: - Vật liêu dệt chuyển động, dung dịch nhuộm tĩnh. - Dung dịch nhuộm chuyển động, vật liệu dệt tĩnh. - Cả vật liệu dệt và dung dịch nhuộm đều chuyển động. 5.2.Lý thuyết nhuộm 5.2.1.Tóm tắt tính chất vật liệu dệt. Tất cả các loại xơ trong công nghiệp dệt đều có cấu tạo từ những đại phân tử mạch thẳng sắp xếp dọc theo trục xơ với mức độ định hướng khác nhau, các đại phân tử liên kết với nhau qua các nhóm định chức  - OH, - NH2, - COOH, CN… hay liên kết với nhau bằng liên kết phân tử Val der Waals. Có vùng các phân tử sắp xếp chặt chẽ gọi là cấu trúc tinh thể, ngược lại có vùng sắp xếp không chặt chẽ gọi là cấu trúc vô định hình, tạo cho xơ có diện tích bề mặt rất lớn. Các loại xơ khác nhau có mức hút ẩm khác nhau. Khi nhúng sơ vào nước, sẽ xuất hiện hiện tượng điện hoá do xơ hấp thụ một số ion từ dung dịch hay do các nhóm định chức của xơ phân ly, do vậy trên bề mặt xơ và dung dịch có lớp điện tích kép, hiệu số điện thế giữa sơ và dung dịch gọi là điện thế màng, đại lượng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất của xơ, độ pH của môi trường, sự có mặt của chất điện ly và nhiệt độ. 5.2.2. Cơ chế nhuộm : chia làm 3 giai đoạn. * Giai đoạn 1: Thuốc nhuộm được hấp thụ bởi bề mặt xơ. Nguyên nhân của sự hấp thụ là do trên bề mặt xơ, sợi có một trường lực. Quá trình hấp thụ thực tế xảy ra rất nhanh khi nhuộm, ta phải tạo điều kiện như thế nào để cho không những chỉ có mặt ngoài mà cả bên mặt trong xơ cũng hấp thụ được thuốc nhuộm. Các phân tử thuốc nhuộm càng dể đi vào bề mặt trong của xơ thì quá trình nhuộm càng mau kết thúc. * Giai đoạn 2: Đây là giai đoạn khuếch tán dung dịch vào xơ giai đoạn này xảy ra trong một thời gian dài nên nó quyết định tốc độ của cả quá trình nhuộm. Việc khuấy trộn dung dịch nhuộm điều đặng sẽ làm cho tốc độ khuếch tán của thuốc nhuộm trong dung dịch tăng lên và do đó làm cho tốc độ nhuộm cũng tăng theo. * Giai đoạn 3: Đây là giai đoạn cố định màu của thuốc nhuộm trên sơ. Trong giai đoạn này giữa thuốc nhuộm và xơ phát sinh ra các lực tác dụng tương hỗ.  Nhờ đó mà thuốc nhuộm được giữ chặt trên xơ. Giữa xơ và thuốc nhuộm có thể phát sinh các lực liên kết sau: - Lực liên kết do lực hút giữa các phân tử gọi là lực Van der Waals. - Liên kết Hydro. - Liên kết hoá trị. - Liên kết ion. 5.2.3. Động học quá trình nhuộm. Quá trình nhuộm chia làm 5 giai đoạn: *Giai đoạn 1: Khuếch tán thuốc nhuộm và chất trợ đến bề mặt xơ sợi. Giai đoạn này xảy ra rất nhanh. *Giai đoạn 2: Hấp phụ thuốc nhuộm và chất trợ từ dung dịch lên bề mặt xơ sợi. Quá trình này thuốc nhuộm thực hiện liên kết với xơ sợi xảy ra nhanh chống bằng liên kết Van der Waals. *Giai đoạn 3: Hấp phụ thuốc nhuộm và chất trợ từ bề mặt xơ sợi vào sâu trong lõi xơ sợi, giai đoạn này xảy ra khó khăn nhất, nhiều trở lực nhất, là giai đoạn chậm nhất và là giai đoạn quyết định tốc độ nhuộm. *Giai đoạn 4: Thuốc nhuộm thực hiện hiện liên kết bám dính vào vật liệu người ta gọi giai đoạn này là gắn màu. *Giai đoạn 5: Khuếch tán thuốc nhuộm và chất trợ từ vật liệu ra môi trường bên ngoài. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuốc nhuộm khuếch tán từ bề mặt xơ sợi vào sâu trong lõi xơ sợi: Kích thước phân tử thuốc nhuộm : kích thước càng nhỏ thì tốc độ khuếch tán thuốc nhuộm vào xơ sợi càng nhanh. Tuy nhiên phân tử thuốc nhuộm có kích thước qua nhỏ thì không đủ lực liên kết với vật liệu, dẫn đến hiện tượng kém bền màu. Kích thước mao quản xơ sợi: những xơ sợi có độ xốp cao, trương nở tốt trong nước thì dễ nhuộm. Mức độ khuấy đảo và tuần hoàn thuốc nhuộm: quá trình khuấy đảo tốt thuốc nhuộm dễ dàng khuếch tán vào xơ sợi. Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng năng lượng hoạt hoá tăng dẫn đến tăng tốc độ  khuếch tán. Đồng thời mạch phân tử linh động hơn, mao quản mở rộng hơn. Quá trình nhuộm nhanh hơn. 5.2.4. Sử dụng chất trợ trong quá trình nhuộm Chất trợ không thể thiếu trong quá trình nhuộm, chúng giúp quá trình nhuộm hoàn hảo hơn màu đều hơn. Chất trợ rất đa dạng nhưng hầu hết là chất hoạt động bề mặt, nó có những chức năng chính như sau: - Tăng tốc độ thấm nước: chất trợ làm giảm sức căng bề mặt của nước và dung môi, dẫn đến thuốc nhuộm dễ dàng thấm vào vật liệu. - Làm đều màu: tác dụng điều khiển tốc độ phản ứng của thuốc nhuộm với xơ sợi. - Tác dụng ổn định hệ thống và phân tán: chất trợ làm đều thuốc nhuộm tan trong nước và phân tán đều thuốc nhuộm không tan trong nước. - Làm trơn vật liệu: chất trợ giúp vải chuyển động nhẹ hơn tránh được vết xước khi tiếp xuc với thiết bị. - Chất trợ giúp ngăn cản chạy màu hay di tản màu. 5.3.Công nghệ nhuộm 5.3.1.Phương pháp nhuộm gián đoạn Phương pháp này sử dụng để nhuộm các vật liệu dệt như: xơ, sợi, vải với khối lượng không lớn lắm theo từng mẻ một trong các thiết bị tương ứng. Thuốc nhuộm được chuẩn bị ở dạng dung dịch hoặc ở dạng huyền phù cùng với các chất trợ nhuộm và được đưa ngay vào máy nhuộm một lần hoặc nhiều lần tuỳ từng trường hợp cụ thể. Thời gian nhuộm có thể kéo dài từ 1 tới 2 giờ. Chế độ tăng nhiệt độ sau những khoảng  thời gian nhất định được thiết kế riêng cho mỗi loại. Bản chất của quá trình nhuộm gián đoạn: khi vật liệu dệt ngâm vào dung dịch thuốc nhuộm thì vật liệu sẽ trích hút thuốc nhuộm từ dung dịch vào xơ sợi và thực hiện gắn màu, trong quá trình này nồng độ thuốc nhuộm ngoài máng sẽ giảm và lượng thuốc nhuộm trong vật liệu sẽ tăng. Quy trình công nghệ nhuộm gián đoạn hạ t0, giặt t0 max Duy trì t0 Tăng t0 T0 bắt đầu      5.3.2.Phương pháp nhuộm liên tục Quá trình loại, xử lý hoá học và nhuộm được thực hiện khi vải vẫn chuyển động liên tục qua một dãy các máy đặt liên hợp với nhau. Vải đạt chất lượng cao, thời gian gia công được rút ngắn. Vải được di chuyển trong môi trường có áp suất thường với nhiệt độ 98-1000C. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, dây chuyền nhuộm liên tục gồm các bộ phận sau: a.-  Bộ phận vào vải: là bộ phận đầu tiên không thể thiếu được của một dây chuyền liên tục. Nó làm nhiệm vụ gỡ phẳng các nếp nhăn, các vệt gấp ở giữa và ở hai biên của băng vải để khi nhuộm được đều. b.-  Máng ngấm ép dung dịch nhuộm: khi nhuộm vải ở dạng mở khổ thì việc ngấm ép vải bằng dung dịch nhuộm là yêu cầu rất quang trọng. Máy ngấm ép được đặt ngay sau bộ phận vào vải và làm việc liên tục với các bộ phận tiếp sau. Mặc dù vải đi trong dung dịch nhuộm không lâu nhưng nhờ tác dụng vừa ngấm vừa ép làm cho dung dịch thuốc nhuộm được thấm đều vào vải và phân bố đều trên toàn bộ diện tích của nó. Thuốc nhuộm được tạo điều kiện để liên kết với vải được đồng đều. Tất cả các máng ngấm ép đều gồm 2 bộ phận chính: máng chứa dung dịch nhuộm và hệ thống các trục ép. c.-  Máy sấy vải sau khi ngấm ép (sấy trung gian): quá trình này rất cần thiết nhất là đối với những vải nhuộm bằng thuốc nhuộm hoàn nguyên hay hoạt tính theo phương pháp hai pha. Nhờ quá trình sấy trung gian này mà vải sẽ có khả năng hút được nhiều dung dịch hoá chất hơn thuốc nhuộm ít bị thăng hoa hơn ở máng ngấm ép thứ hai. Còn đối với vải tổng hợp nhuộm bằng thuốc nhuộm phân tán thì sau khi ngấm ép dung dịch nhuộm vải cần phải được sấp khô trước khi gia nhiệt. d.-  Buồng hấp và gia nhiệt vải: để tạo cho thuốc nhuộm khuếch tán sâu vào trong xơ và thực hiện liên kết với xơ, sau khi sấy trung gian vải sẽ được hấp trong môi trường bảo hoà ở 103 – 1050C trong thời gian từ 1 – 3 phút. Trong điều kiện như vậy các phản ứng hoá học sẽ xảy ra, vải sẽ được nhuộm màu. e.-  Hệ thống bồn giặt vải: sau khi nhuộm, để khử những phần tử thuốc nhuộm không liên kết với vải, vải sẽ được giặt mạnh ở dạng mở khổ trong hệ thống máy giặt liên tục. f.-  Sấy khô vải: ở cuối mỗi dây chuyền nhuộm liên tục đều có trang bị máy sấy để sấy khô vải. Một số dây chuyền nhuộm liên tục, thường có những thứ tự xử lý sau: Đối với dây chuyền ngấm hấp liên tục một pha Vải vào máy àngấm ép dung dịch thuốc nhuộm àhấp bằng hơn nước bão hoà àthổi gió (nếu cần)àgiặt(hoặc xử lý bằng các dung dịch hoá chất cần thiếtà sấy khô và ra xe. Đối với dây chuyền nhuộm ngấm hấp hai pha. Vải vào máy àngấm ép dung dịch thuốc nhuộm àsấy trung gian(gió nóng)àngấm ép dung dịch hiện màu(pha thứ hai) àhấp bằng hơi nước bão hoà à thổi gió àgiặt và xử lý các dung dịch hoá chất cần thiết à sấy khô và ra xe. Đối với dây chuyền thermosol. Vải à ngấm ép dung dịch nhuộm à sấy trung gian(bằng hồng ngoại và gió nóng) à gia nhiệt sấy khô và ra vải. 5.3.3. Nhuộm bán liên tục Cuộn ủ nóng Ngấm ép à xông hơi ở 850C à ủ à giặt à sấy. Cuộn ủ nguội Ngấm ép àủ (6 – 24giờ) àgiặt àsấy. 5.4.Kỹ thuật nhuộm hoàn tất 5.4.1. Mục đích Sau những công đoạn xử lý giặt, tẩy, nhuộm…vải bị nhiều tác dụng cơ học, hoá học, làm cho vải bị giản dài và co ngang, mặt vải còn nhiều nếp nhăn, kích thước vải không ổn định. Ngoài ra, trên vải còn chứa một số tính chất cần thiết theo yêu cầu sử dụng như: chống cháy, chống thấm… vì vậy tất cả các mặt hàng vải trước khi đem sử dụng cần phải qua công đoạn xử lý hoàn tất. Qui trình xử lý hoàn tất là sự kết hợp giữa các biện pháp cơ học và hóa học. Quá trình xử lý cơ học nhằm làm thay đổi tính chất cơ lý của sản phẩm, còn quá trình xử lý hoá học là dùng các tác nhân hoá học làm biến đổi bản chất của vật liệu(dẫn đến những biến đổi khác). 5.4.2. Xử lý hoàn tất cơ học 5.4.2.1.Vắt ép nước Sau quá trình giặt sau khi nhuộm, lượng nước có trên vải có thể đạt đến 300 – 400%. Lượng nước này cần phải được tách ra khỏi vải bằng các phương pháp cơ học trước khi sấy, hay ổn định nhiệt nhằm làm giảm chi phí năng lượng cần dùng khi sấy. - Dùng máy cán ép: trong phương pháp này hệ trục ép thường đặt ở cuối máy. Lượng nước còn lại trên vải sau khi ép từ 70 – 120%. Không nên sử dụng lực ép quá lớn vì dễ làm biến dạng vải. Phương pháp này thích hợp cho vải dệt thôi bình thường. - Vắt chân không: dùng cho mặt hàng vải xốp, búp sợi sau khi nhuộm… vải được di chuyển qua khe hút chân không hoặc chạy cuốn qua 1 thùng rỗng. Dòng không khí xuyên qua vải sẽ làm vải mất nước nhanh chống (còn lại 70 – 100%) Hình:máy vắt chân không 5.4.2.2.Sấy khô hoàn tất Là quá trình tách hết phần ẩm dư thừa ra khỏi vải bằng nhiệt, làm cho lượng nước trong vải chuyển dần ra mặt ngoài và thoát đi. Tuỳ theo phương thức cấp nhiệt ta có  các loại sau: - Sấy trực tiếp: dùng phương pháp thổi gió nóng trực tiếp. - Sấy gián tiếp: cho vải tiếp xúc với mặt kim loại đã được đốt nóng. Phương pháp này ít được sử dụng. - Sấy cao tần: sử dụng dòng điện tần số cao làm cho lượng ẩm trên vải thoát nhanh. Phương pháp này cũng không phổ biến vì thiết bị đắt tiền. - Sấy bức xạ: dùng bức xạ hồng ngoại để sấy khô vải. Được dùng phổ biến trong thiết bị nhuộm. 5.4.2.3.Công nghệ xử lý bề mặt vải - Cào lông: tạo một lớp đầu xơ trên mặt vải nhằm tăng khả năng giữ nhiệt, tăng độ mềm mại, tăng vẻ đẹp bên ngoài…sau khi cào, vải thường bị co khổ, tăng thể tích giảm độ bền. 2 4 1 3 5 Hình: máy cào và nguyên lý cào một mặt - Mài vải: tạo cho vải có bề mặt mịn, cho vải hiệu ứng da đào hoặc hiệu ứng da nai. Sau khi mài các chỉ tiêu về độ bền của vải đều giảm. - Cán vải: nhằm tạo cho vải có độ phẳng, nhẳn hoặc có độ bóng, độ gãy, độ gấp khúc, hoặc nỗi hoa văn như mong muốn. 5.4.3. Các công nghệ xử lý hoá học cơ bản 5.4.3.1.Hồ mềm - Mục đích : sau các công đoạn xử lý,các chất bôi trơn,các chất béo, sáp…có trên vải-sợi đã bị loại bỏ làm cho vải cứng, thô. Mục đích của hồ mềm là làm cho vải : Giảm độ cứng, tăng độ mềm mại, mịn tay Giảm nhầu, tăng khả năng phục hồi biến dạng Tăng độ bền cơ lý của vải khi sử dụng : chống mài mòn, chống vi khuẩn, giảm độ ma sát khi cắt may… - Nguyên tắc : bôi trơn mặt ngoài xơ -sợi bằng các chất bôi trơn thích hợp nhằm giảm ma sát để các xơ -sợi chuyển động tương đối với nhau dễ dàng khi chịu biến dạng. Tuỳ theo loại xơ -sợi mà ta có các chất làm mềm và công nghệ thích hợp. 5.4.3.2.Hồ tăng cứng, hồ đầy đặn - Mục đích : một số vải mỏng hay vải dệt kim do quá mềm nên tạo dáng không đẹp, khó may, biên vải dễ bị quăn, vì vậy ta cần hồ vải để tăng độ cứng và làm cho vải đầy đặn hơn. Phương pháp này dùng các chất như tinh bột và polymer để hồ vải. 1- Hồ tinh bột : Khuyết điểm :của loại hồ này là không có tác dụng chống nhàu, chống co, nó chỉ có tác dụng làm cho vải đầy đặn, láng mịn, sau một thời gian giặt sẽ mất hiệu quả. Ưu điểm :  rẻ tiền, sau khi hồ và cán ép, màng hồ nằm trên vải trong suốt làm cho vải trở nên bóng hơn. 2- Hồ polymer Sau khi hồ polymer(nhựa cao phân tử) vải sẽ có một số tính chất mới như Nếu là vải dệt từ xơ bông thì sẽ ít trương nở, ổn định kích thước, ít bị nhàu cả ở trạng thái khô lẫn trạng thái ướt, giữ được nếp ủi, bền với ánh sáng và vi sinh vật hơn. Với những loại vải dệt từ xơ nhân tạo sẽ tăng độ bền đứt ở trạng thái ướt và tăng độ bền với ma sát. Với vải pha từ xơ xenlulo và xơ tổng hợp, cũng như vải tổng hợp sẽ ổn định kích thước, ít xô lệch sợi, có khả năng chống vón hạt và vải đầy đặn hơn, cứng hơn. 5.4.3.3.Hồ chống nhàu Nguyên tắc : một số xơ -sợi thiên nhiên do trong phân tử có chứa nhiều nhóm ưa nước nhưng lại thiếu các liên kết ngang, khi chịu tác động cơ học sẽ bị biến dạng, tương tác với nhau ở vị trí mới và giữ lại nếp nhàu không cho phục hồi gây nên hiện tượng nhàu khô. Tương tự như vậy, khi ở trạng thái ướt, sẽ gây ra hiện tượng nhàu ướt và khi được sấy khô nó không trở lại trạng thái ban đầu, để lại trạng thái nhàu trên vải. 5.4.3.4.Xử lý chống thấm nước Đối với những vải dùng cho hàng nội thất, vải để che hàng hoá khi vận chuyển, che mưa cho kho hàng, làm lều bạt và sử dụng cho các nhu cầu xây dựng, quốc phòng…thường được sử dụng một số hợp chất hoá học có tính ghét nước. Phương pháp đơn giản là tạo lên vải các muối kim loại nặng của các acid béo như nhôm oleat, nhôm stearat…Có 2 phương pháp xử lý chống thấm nước : 1- Xử lý chống thấm hay còn gọi là phương pháp tráng phủ 2- Xử lý kỵ nước hay còn gọi là phương pháp ngấm ép hoá chất chống thấm(dựa trên nguyên lý sức căng bề mặt của vải và nước). 5.4.3.5.Xử lý chống cháy Nhiều loại vải rất dễ bắt lửa và cháy. Để tránh hoả hoạn ở nơi dùng nhiều vải trang trí như rạp hát, kho tàng, phòng triển lãm; các mặt hàng vải công nghiệp; vải quốc phòng…người ta có thể hồ cho vải một số hoá chất có khả năng chống cháy. Các công nghệ xử lý chống cháy : Sử dụng muối amonium của phostphoric acid : (NH4)2SO4, NH4Cl, (NH4)2CO3…ở nhiệt độ cao các chất này có khả năng thoát khí dập lửa. Ví dụ :3(NH4)2SO4àNH3+N2+3H2O+3NH4HSO3 Sử dụng một số muối vô cơ :NaSiO3, MgCl2, Na2B4O7…có khả năng chảy ra ở nhiệt độ cao ngăn không cho lửa lan truyền. Tạo các muối không tan trên vải :những muối này sẽ có khả năng dập lửa. Ví dụ :khi hồ vải bằng dung dịch của MgCl2 với Na2SiO3 thì trên vải sẻ tạo thành các muối không tan tương ứng mới là MgSiO3. Các muối này khó bắt lửa hoặc khi cháy nó thoát ra khí không cháy để dập tắt ngọn lửa, làm cho ngọn lửa không thể lan rộng được. 5.4.3.6.Xử lý chống tĩnh điện a. Sử dụng chất bôi trơn : thường dùng là các chất hoạt động bề mặt cation, các chất làm mềm. Các chất này khi nằm trên vải sẽ hướng các phần ưa nước ra ngoài làm tăng độ hút ẩm, tăng độ dẫn điện, làn giảm tĩnh điện. Như vậy, khi hồ mềm ta cũng đạt hiệu quả chống tĩnh điện. b. Biến tính mặt ngoài xơ : có các cách sau : Sử dụng xơ -sợi biến tính bằng cách ghép vào chúng những phân tử ghét nước. Xử lý sản phẩm dệt bằng cách tăng độ ẩm bao gồm xử lý xà phòng hoá( xơ -sợi acetate); xử lý giảm trọng(xơ -sợi polyeste). c. Xử lý bằng nhựa hoá học : tạo cho vải một màng cao phân tử ưa nước có tính dẫn điện cao, chất này được sản xuất ở dạng nhũ tương, đưa lên vải bằng phương pháp cán ép rồi được sấy và xử lý nhiệt với chất xúc tác. Màng nhựa mỏng tạo thành trên vải được gắn chặt với cấu trúc sợi làm giảm đi hiện tượng tĩnh điện.