Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm

Lời cảm ơn Khi luận văn tốt nghiệp này được hoàn thành, đó là lúc đánh dấu kết thúc quá trình trên giảng đường đại học của tôi. Để hoàn thành tốt luận văn này, ngoài nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận sự giúp đỡ tận tình của gia đình, thầy cô và bạn bè. Tôi xin cảm ơn thầy Vũ Bá Minh đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ, dạy dỗ cho tôi nhiều điều trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi cũng muốn gởi lời cám ơn rất nhiều đến các thầy, cô trong khoa Môi trường, những người bạn đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học. Xin dành lời cảm ơn cho gia đình và những người thân của tôi, những người luôn khuyến khích và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập. Tuy có những nỗ lực và cố gắng nhất định nhưng luận văn cũng không tránh khỏi những sai sót, khuyết điểm trong khi thực hiện. Mong được sự đóng góp của quý thầy cô. Cuối cùng, xin kính chúc tất cả mọi người sức khỏe và thành đạt. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2005 Lê Thống Nhất TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, khi tài nguyên đang ngày càng cạn kiệt, môi trường ngày càng ô nhiễm thì nhu cầu bức thiết đặt ra là phải tiết kiệm, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên hiện có, đảm bảo cho sự phát triển bền vững. Luận văn đề ra các phương pháp sản xuất sạch hơn nhằm giúp cho các công ty dệt nhuộm có thể áp dụng vào để cải thiện sản xuất, giảm thiểu chất thải, giảm chi phí sản xuất, từ đó có thể giảm giá thành sản phẩm nhằm cạnh tranh với các sản phẩm cùng loại ở công ty khác, quốc gia khác. Ngoài ra, luận văn cũng đề xuất một dây chuyền công nghệ tổng quát để xử lý nước thải dệt nhuộm. Phần phụ lục giới thiệu các câu hỏi được đề ra trước khi thực hiện một giải pháp sản xuất sạch hơn, và thành quả của một số công ty dệt nhuộm đã áp dụng sản xuất sạch hơn. MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Mục lục CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU 1 1.1 Sự cần thiết của đề tài: 1 1.2 Mục đích của luận văn: 2 1.3 Thời gian thực hiện: 2 CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN 3 2.1 Tổng quan về ngành nhuộm: 3 2.2 Thành phần tính chất thuốc nhuộm: 3 2.2.1 Sơ lược về thuốc nhuộm: 3 2.2.2 Các loại thuốc nhuộm: 6 2.2.3 Các chất trợ được sử dụng để nhuộm: 18 2.2.4 Các hóa chất cơ bản được sử dụng trong công nghệ nhuộm: 21 2.2.5 Tính độc của phẩm nhuộm: 23 2.2.6 Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải: 29 2.3 Sự cần thiết phải sản xuất sạch hơn: 35 2.3.1 Tình hình, triển vọng ngành dệt nhuộm ở Việt Nam: 35 2.3.2 Thực trạng ngành dệt may ở Việt Nam 36 2.3.3 Những thách thức đối với ngành dệt nhuộm: 36 2.3.4 Những lợi ích của sản xuất sạch hơn: 37 2.3.5 Những gì không phải là sản xuất sạch hơn: 39 2.3.6 Những rào cản khi thực hiện sản xuất sạch hơn: 40 CHƯƠNG 3 : ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP SẢN XUẤT SẠCH HƠN 43 3.1 Giới thiệu sơ lược về công ty A: 43 3.2 Các phương pháp có thể để giảm thiểu chất thải: 49 3.3 Đề xuất các giải pháp SXSH: 52 3.3.1 Quản lý nội vi: 53 3.3.2 Kiểm soát tốt hơn dây chuyền sản xuất: 54 3.3.3 Thay đổi nguyên vật liệu: 54 3.3.4 Cải tiến thiết bị máy móc: 54 3.3.5 Thu hồi và tái chế, tái sử dụng trong nhà máy: 54 3.3.6 Sản xuất các sản phẩm có giá trị thương mại: 55 3.3.7 Thay đổi công nghệ: 55 3.4 Đánh giá sản xuất sạch hơn: 55 3.4.1 Các phương pháp tiết kiệm chi phí năng lượng: 55 3.4.2 Các phương pháp tiết kiệm năng lượng: 59 3.4.3 Thay thế bóng đèn dài bằng đèn compact tiết kiệm điện: 70 3.4.4 Tối ưu hóa tỷ lệ vải:nước, giảm tỷ lệ sử dụng nước: 72 3.4.5 Thu hồi dịch nhuộm dư dùng để nhuộm lại cho vải màu tối: 73 3.4.6 Thay đổi công nghệ: 73 CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 76 4.1 Các phương pháp xử lý hiện nay: 76 4.1.1 Phương pháp trung hòa, điều chỉnh pH: 77 4.1.2 Phương pháp đông keo tụ: 77 4.1.3 Hấp phụ: 77 4.1.4 Phương pháp oxy hóa: 78 4.1.5 Phương pháp màng: 78 4.1.6 Phương pháp sinh học: 79 4.2 Tính toán thiết kế hệ thống nước thải nhuộm 82 4.2.1 Đề xuất dây chuyền công nghệ: 82 4.2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 83 4.3 Tính toán các công trình đơn vị: 84 4.3.1 Xác định các lưu lượng và hệ số không điều hòa: 84 4.3.2 Song chắn rác: 84 4.3.3 Hố thu: 87 4.3.4 Bể điều hòa: 88 4.3.5 Bể trộn: 92 4.3.6 Bể lắng đợt I: 93 4.3.7 Bể chứa nước: 96 4.3.8 Bể aeroten: 96 4.3.9 Bể lắng II: 105 4.3.10 Khử trùng nước thải: 108 4.3.11 Bể chứa bùn: 108 4.3.12 Bể nén bùn: 109 4.3.13 Lọc ép dây đai: 111 4.3.14 Tính toán các máy bơm trong hệ thống xử lý: 112 4.3.15 Tính lượng hóa chất sử dụng: 114 CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN KHÁI QUÁT GIÁ THÀNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 115 5.1 Vốn đầu tư xây dựng cho từng hạng mục công trình: 115 5.2 Chi phí quản lý, vận hành: 116 CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO i PHỤ LỤC ii Danh mục các bảng biểu: Bảng 2.1: Phương pháp lựa chọn thuốc nhuộm 8 Bảng 2.2: Tổng kết việc sử dụng thuốc nhuộm một cách hợp lý 17 Bảng 2.3: Ảnh hưởng nhiệt độ đến sức căng bề mặt 18 Bảng 2.4: Phân nhóm enzym 23 Bảng 2.5: Mức độ tiếng ồn cho phép trong khu dân cư 26 Bảng 2.6: Một số thuốc nhuộm AZO có tính độc. 28 Bảng 2.7: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm 32 Bảng 2.8: Đặc tính nước thải sản xuất của xí nghiệp dệt nhuộm hàng bông 33 Bảng 2.9: Đặc tính nước thải của một số xí nghiệp dệt nhuộm ở Việt Nam (mẫu hỗn hợp các dòng thải) 34 Bảng 2.10: Kế hoạch sản lượng của các công ty dệt nhuộm lớn ở Việt Nam 35 Bảng 3.1: Mức tiêu thụ nguyên liệu, nhiên liệu và lượng chất thải phát sinh 48 Bảng 3.2: Những nguyên nhân gây ra các chất thải 48 Bảng 3.3: Nhiệt trị của một số loại nhiên liệu 63 Bảng 3.4: Thất thoát nhiệt trên đường ống hơi 68 Bảng 3.5: Đặc tính kỹ thuật của bóng đèn 70 Bảng 3.6: So sánh giá trị kinh tế của việc thay thế 71 Bảng 3.7: Lợi ích kinh tế 71 Bảng 4.1: Các thông số tính toán song chắn rác 85 Bảng 4.2: Lượng rác giữ lại trên song chắn rác với khe hở song chắn rác khác nhau 86 Bảng 4.3: Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí 90 Bảng 4.4: Tốc độ khí đặc trưng trong ống dẫn 90 Bảng 4.5: Các thông số tính toán bể lắng đợt I 94 Bảng 4.6: Thông số thiết kế bể lắng đợt I 94 Bảng 4.7: Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể aeroten 98 Bảng 4.8: Đặc tính kỹ thuật khử nước của thiết bị ép bùn kiểu lọc ly tâm 112 Danh mục hình ảnh: Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý dệt nhuộm 31 Hình 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất vải 44 Hình 3.2: Cân đối năng lượng và khối lượng các loại đầu vào và ra như những hoạt động tác nghiệp liên quan chặt chẽ 46 Hình 3.3: Đánh giá nguyên nhân có thể làm phát sinh chất thải 47 Hình 3.4: Nguyên lý phương pháp siêu lọc thu hồi hồ 52 Hình 3.5: Quy trình hoạt động của một lò hơi 49 Hình 3.6: Chu trình hơi tiêu biểu 60 Hình 3.7: Bộ thu hồi nhiệt ống có cánh 61 Hình 3.8: Bộ thu hồi nhiệt xả đáy 67 Hình 3.9: Phương pháp thu hồi nhiệt xả đáy và ẩn nhiệt 67 Hình 3.10: Hình dạng và cấu tạo máy THEN AIRFLOW AFA 73 Hình 3.11: Hình dạng và cấu tạo máy THEN AIRFLOW AFE 74 Hình 3.12: Thành phần tiết kiệm được khi dùng máy THEN AIRFLOW 75 Hình 4.1: Hệ thống xử lý nước thải nhà máy dệt nhộm sản xuất vải sợi bông 80 Hình 4.2: Hệ thống xử lý nước thải xí nghiệp tẩy nhuộm Niedergrohna hãng Chiesser 81 Hình 4.3: Mặt cắt song chắn rác 85 Hình 4.4: Đồ thị biểu hiện sự tăng trường của vi khuẩn trong bể xử lý 99 Danh mục các từ viết tắt: BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh học COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng F/M Food/Micro-organism Tỷ số giữa lượng thức ăn và vi sinh vật AOX Hợp chất halogen hữu cơ SXSH Sản xuất sạch hơn TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam MỞ ĐẦU Sự cần thiết của đề tài: Ngày nay với sự phát triển của thế giới về mọi mặt, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp đã tạo ra ngày càng nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Bên cạnh những thành tựu to lớn đó con người đã dần dần hủy hoại môi trường sống của mình do các chất thải thải ra từ các công đoạn sản xuất mà không qua xử lý hoặc xử lý không triệt để. Để giải quyết vấn đề đó, thiết nghĩ cần thiết chúng ta phải tập trung đầu tư phát triển công nghệ môi trường hơn nữa. Hiện nay có ba lĩnh vực môi trường cần quan tâm là khí thải, nước thải và chất thải rắn. Ba lĩnh vực này có liên quan trực tiếp đến con người. Trong đó nước thải đóng vai trò đáng kể và nước thải dệt nhuộm góp một phần lớn trong vai trò đó. Ngành dệt may đã phát triển từ rất lâu trên thế giới, nhưng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta. Trong những năm gần đây, nhờ chính sách đổi mới và mở cửa ở Việt Nam, đã có rất nhiều doanh nghiệp nhà nước, tư nhân và tổ hợp đang hoạt động trong lĩnh vực dệt nhuộm. Ngành dệt may là một trong những ngành sản xuất đóng góp kim ngạch xuất khẩu rất lớn, lại thu hút nhiều lao động nên được chú trọng nhiều ở Việt Nam như một ngành xuất khẩu quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Có một thực tế là trong ngành dệt may Việt Nam cho đến nay việc sản xuất các sản phẩm "xanh" chưa được quan tâm đúng mức. Một số nhà quản lý và điều hành ở doanh nghiệp còn chưa được trang bị kiến thức hoặc có ít hiểu biết "cập nhật" về những yêu cầu "xanh" đối với các sản phẩm dệt - may xuất khẩu. Ngoài ra các doanh nghiệp nhuộm vẫn còn sử dụng một số hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm và các công nghệ chưa tiên tiến, hiện đại, gây ô nhiễm nặng tới môi trường nước thải. Trước tình hình hạn ngạch dệt may có thể sẽ bị bãi bỏ trong nay mai, đòi hỏi ngành dệt may, các cơ sở nhuộm ở Việt Nam phải sản xuất ra các sản phẩm “xanh”, không chứa các chất độc hại nhằm cạnh tranh với các nước xuất khẩu hàng may mặc khác, đặc biệt là Trung Quốc. Qua những điều nói trên, luận văn này xin đóng góp những giải pháp sản xuất sạch hơn cho ngành dệt nhuộm nhằm sản xuất ra các sản phẩm “xanh”, thân thiện với môi trường, hạn chế nước thải độc hại…. Mục đích của luận văn: Đề xuất các giải pháp sản xuất sạch hơn cho xí nghiệp nhuộm nhằm cạnh tranh với các sản phẩm khác trong khu vực. Thiết kế hệ thống nước thải nhuộm nhằm giảm thiểu chất thải nhuộm ra môi trường. Thời gian thực hiện: Thời gian thực hiện luận văn từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2005 TỔNG QUAN Tổng quan về ngành nhuộm: Ngành công nghiệp dệt nhuộm là một trong những ngành có bề dày truyền thống ở Thành phố Hồ Chí Minh và khu vực trong nhiều năm qua. Tuy nhiên, ngành dệt nhuộm với khâu nhuộm và hoàn tất vải của mình đã và đang là một nguồn gây ô nhiễm môi trường khá mạnh cả về lượng cũng như về chất. Ước tính lượng nước thải thải ra từ các công đoạn nhuộm vải rất lớn, từ 120-300 m3/tấn vải Nước thải ngành nhuộm rất đa dạng và phức tạp. Theo tính toán các hóa chất sử dụng trong công đoạn nhuộm như: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngấm, chất tạo môi trường, hồ, men, chất oxy hóa…Có hàng trăm loại hoá chất đặc trưng, nhiều loại hóa chất này hòa tan dưới dạng ion cùng với các kim loại nặng đã làm tăng thêm tính độc hại của nước thải ngành nhuộm làm ảnh hưởng lâu dài đến môi trường và sức khỏe con người. Hơn nữa, thành phần và tính chất nước thải ngành nhuộm hoàn toàn không ổn định, nó thay đổi theo công nghệ và mặt hàng vì vậy việc xác định thành phần và tính chất của nước thải không dễ dàng. Chính nguyên nhân đó, việc tìm hiểu thành phần tính chất nước thải ngành nhuộm cũng như giải pháp xử lý đối với các loại nước thải nhuộm khác nhau, đề xuất các giải pháp sản xuất sạch hơn, giảm thiểu ô nhiễm của ngành nhuộm đối với môi trường đã đặt ra yêu cầu và là nền tảng hình thành luận văn. Thành phần tính chất thuốc nhuộm: Sơ lược về thuốc nhuộm: Trong cuộc sống muôn màu của con người, thuốc nhuộm được sử dụng rất nhiều trong nhiều lĩnh vực và nhiều ngành kinh tế khác nhau. Trong kỹ thuật và trong sinh hoạt chúng ta thường gặp các thuật ngữ: thuốc nhuộm, pigment, bột màu… chúng đều là các hợp chất có màu nhưng bản chất, cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng thì khác nhau. Thuốc nhuộm được dùng chủ yếu để nhuộm vật liệu dệt từ xơ thiên nhiên (bông, lanh, gai, len, tơ, tằm…), tơ nhân tạo (vixco, acetat, polyno…) và xơ tổng hợp (polyacryloniton, polyvinylic, polylefin…). Ngoài ra, chúng còn được dùng để chế tạo nhuộm cao su, chất dẻo, chất béo, sáp xà phòng; để chế tạo mực in trong công nghiệp ấn loát, văn phòng phẩm, vật liệu làm ảnh màu, dùng làm chất tăng và giảm độ nhạy với ánh sáng. Thuốc nhuộm thiên nhiên: Từ thời thuợng cổ, loài người đẽ biết sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên lấy từ thực vật và động vật. Bằng các mẫu vật khai quật được ở Kim tự tháp Ai Cập, ở Trung Quốc và Ấn Độ, người ta đã xác định rằng trước công nguyên 1500 năm, người Ai Cập đã biết dùng inđigo (màu xanh chàm) để nhuộm vải và sử dụng và sử dụng phổ biến alizarin lấy từ rễ cây marena để nhuộm màu đỏ, sử dụng campec chiết xuất từ gỗ sồi để nhuộm màu đen cho len và lụa tơ tằm. Ngoài ra, người ta còn chiết xuất được các màu vàng, tím và đỏ tím từ một số loại cây khác nhau. Trừ màu xanh chàm và màu đỏ alizarin là có độ bền màu cao, nhìn chung thuốc nhuộm thiên nhiên là có độ bền màu thấp, nhất là với ánh sáng, cường lực màu nhỏ do chứa trong phần tử hệ thống mạng màu kém bền. Hơn nữa, hiệu suất khai thác thuốc nhuộm từ thực vật rất thấp, phải dùng nhiều tấn nguyên liệu mới thu được 1kg thuốc nhuộm, nên giá thành rất cao. Vì vậy, đến nay hầu hết thuốc nhuộm thiên nhiên đã bị thay thế bằng thuốc nhuộm tổng hợp, số còn lại dùng để nhuộm thực phẩm hoặc nhuộm vải cho các dân tộc ít người theo phong tục cổ truyền. Sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên ở Việt Nam: Chưa có tài liệu nào cho biết cụ thể niên đại người Việt Nam biết dùng các màu thiên nhiên, chỉ biết rằng cộng đồng các dân tộc Việt Nam từ thời thượng cổ đã dùng thuốc nhuộm thiên nhiên trong đời sống. Kinh nghiệm dùng thuốc nhuộm lấy từ thảo mộc đã truyền từ đời này sang đời khác ở các miền, các vùng có các loại cây này. Đến nay, đồng bào thiểu số các tỉnh miền núi phía Bắc vẫn còn dùng lá châm để nhuộm màu xanh lam. Những thập kỷ đầu thế kỷ XX, một số vùng ở Bắc Bộ đã dùng nước chiết xuất từ củ nâu để nhuộm màu nâu tươi, khi nhúng vào bùn ao thì màu nâu này chuyển thành màu đen rất bền và đẹp (đây cũng là một dạng phức của thuốc nhuộm với ion kim loại nặng có trong bùn). Ngoài ra, để nhuộm nâu và đen người ta còn dùng lá bàng, vỏ cú, vỏ vẹt và một số vỏ lá cây khác nữa. Để nhuộm đen, một số vùng ở Nam Bộ Còn dùng nước chiết từ quả mặc nưa để nhuộm lót sao đó nhúng vào bùn sông Hậu sẽ tạo thành màu đen bền rất đẹp. Một số loại lá và quả được dùng để nhuộm thực phẩm như quả giành giành, bột nghệ để nhuộm màu vàng, lá cơm xôi để nhuộm xôi màu đỏ…. Đến nay vẫn chưa có cơ sở, tổ chức nào chiết tách thuốc nhuộm thiên nhiên để dùng vào mục đích kỹ thuật và dân sinh. Việc sử dụng chúng ở nước ta vẫn dựa vào kinh nghiệm dân gian từng miền. Thuốc nhuộm tổng hợp: Đến nay việc nghiên cứu va chế tạo thuốc nhuộm tổng hợp đã đạt đến đỉnh cao cả về mặt khoa học và công nghệ. Các hãng chế tạo đã sản xuất và bán ra trên thị trường thế giới hàng trăm màu của trên 10 lớp thuốc nhuộm khác nhau; chúng không những có màu sắc đẹp và rất đa dạng mà còn có độ bền cao hoặc rất cao với nhiều chỉ tiêu cơ lý và hóa lý. Để đạt được những thành tựu như vậy, việc nghiên cứu và sản xuất chúng cũng phải trãi qua các thời kỳ phát triển từ thấp đến cao, đơn giản đến phức tạp. Các giai đoạn phát triển: Người có vinh dự phát minh ra thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên parapalinin từ anilin (1855) là T.A. Natason, giáo sư trường Đại học Tổng hợp Vacsava. Sau đó một năm, nhà hóa học trẻ người Anh là V.G. Pekin đã tổng hợp thành công thuốc nhuộm màu đỏ tím tên gọi là movein thuộc lớp thuốc nhuộm azin và là thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên được sản xuất ở phạm vi công nghiệp. Ít năm sau, ở Lyon, một trung tâm tơ lụa của Pháp, F.E. Vergen đã tổng hợp được thuốc nhuộm baz đầu tiên có gốc trifenylmetan, đó là thuốc nhuộm fucxin. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu và chế tạo thuốc nhuộm tổng hợp. Trong đó, việc phát triển ngành hóa học hữu cơ và việc ra đời xơ sợi tổng hợp là những yếu tố có tầm quan trọng hàng đầu. Quá trình phát triển của thuốc nhuộm tổng hợp có thể chia làm ba giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất (1855 – 1876) Giai đoạn này đánh dấu bằng các phát minh và ứng dụng vào sản xuất thuốc nhuộm lớp azin và trifenylmetan (movein, fucxin, tím metyl, inđulin, xanh metylen…); một số thuốc nhuộm azo (vàng anilin, nâu bismac, crizoiđin…). Đa số những thuốc nhuộm kể trên thuộc về lớp thuốc nhuộm bazơ, chúng chỉ nhuộm màu cho tơ tằm và len; còn khi dùng để nhuộm vải từ xơ cellulose thì phải dùng hỗn hợp tanin – antimoin làm chất hãm màu (cầm màu). Tất cả các thuốc nhuộm này đều được sản xuất từ anilin và các dẫn xuất của nó nên còn có tên gọi là thuốc nhuộm anilin. Phát minh ra phản ứng diazo hóa của P.Griss (1858), đã đóng vai trò mở đường và đặt nền móng cho việc sản xuất thuốc nhuộm azo là lớp thuốc nhuộm có phạm vi ứng dụng rất rộng, với những đặc điểm chung là chứa nhóm phân tử azo trong phân tử mà các thuốc nhuộm khác không có. Những thuốc nhuộm tổng hợp được phát minh và chế tạo ở giai đoạn thứ nhất không giống những thuốc nhuộm thiên nhiên đang dùng bất giờ. Vì vậy đã nảy sinh ý định nghiên cứu và chế tạo những thuốc nhuộm tổng hợp có tính chất tương tự như các thuốc thuộm thiên nhiên được trọng dụng nhất. Theo hướng đó, năm 1868 K. Grehe và K. Libecman đã chế tạo được thuốc nhuộm alizarin từ 1,2 – đibromantraquinon. Cũng năm ấy, A.F. Bayer đã bắt đầu nghiên cứu tổng hợp onđigo và năm 1878, ông đã thành công trong việc chế tạo thuốc nhuộm này từ izatin. Giai đoạn thứ hai (1876 – 1893) Giai đoạn này được đánh dấu bằng việc bắt đầu sản xuất thuốc nhuộm azo. Những thuốc nhuộm azo được sản xuất đầu tiên hầu hết là thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm cầm màu và một số thuốc nhuộm để nhuộm tơ tằm và len, chưa có thuốc nhuộm nào có khả năng bắt màu trực tiếp vào xơ bông. Đến đây, lịch sử phát triển thuốc nhuộm ghi nhận một phát kiến tuyệt vời nữa, đó là việc tìm ra thuốc nhuộm congô mở đầu cho việc nghiên cứu và sản xuất loại thuốc nhuộm hòa tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào xơ cellulose, cũng mở đầu cho việc hình thành và hoàn chỉnh dần lớp thuốc nhuộm trực tiếp nay còn gọi là thuốc nhuộm supstantip. Giai đoạn thứ ba (1893 – 1902) Giai đoạn này đánh dấu bằng sự phát triển sản xuất thuốc nhuộm lưu huỳnh và hoàn thiện công nghệ tổng hợp inđigo. Năm 1893, lần đầu tiên trên thị trường thế giới đã sản xuất thuốc nhuộm lưu huỳnh màu đen, sau đó ra đời các màu khác của lớp thuốc nhuộm. Pigment ftaloxiamin được sản xuất từ năm 1934, do có độ ánh và độ bền màu rất cao nên trên cơ sở gốc màu này. Người ta sản xuất được pigment màu xanh da trời xanh lục, về sau đã dùng gốc màu này để sản xuất một số thuốc nhuộm trực tiếp bền màu và thuốc nhuộm hoạt tính. Một trong những thành quả tuyệt vời trong 40 năm gần đây của hóa học thuốc nhuộm là việc phát minh ra thuốc nhuộm hoạt tính, chúng có khả năng tạo thành mối liên kết hóa trị với xơ nên có độ bắt màu cao với gia công ướt. Từ đó, nhiều nước và nhiều hãng có công nghiệp hóa học phát triển đã nghiên cứu nâng cao, chủng loại ngày càng mở rộng để đảm bảo tỷ lệ liên kết hóa học với xơ cao, ít bị thủy phân, bền màu, tươi màu và công nghệ nhuộm đơn giản. Các loại thuốc nhuộm: Trước khi thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên xuất hiện vào năm 1985, người ta đã sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên được sản xuất từ thực vật. Các màu thiên nhiên có độ bền màu giặt và độ bền màu với ánh sáng rất thấp, hơn nữa, hiệu suất khai thác thuốc nhuộm từ thực vật rất thấp nên giá thành cao. Vì thế, đến nay hầu hết thuốc nhuộm thiên nhiên đã được thay thế bằng các loại thuốc nhuộm tổng hợp, số còn lại chủ yếu được dùng để nhuộm thực phẩm hoặc nhuộm vải của các dân tộc ít người theo phương pháp thủ công. Ngày nay, việc nghiên cứu và chế tạo thuốc nhuộm tổng hợp đã đạt đến đỉnh cao cả về mặt khoa học và công nghệ. Các loại thuốc nhuộm tổng hợp có ưu điểm là màu sắc đẹp, đa dạng, độ bền màu cao và dễ sản xuất hàng loạt. Các loại thuốc nhuộm tổng hợp ngày nay hầu hết được điều chế từ dầu mỏ. Mỗi phân tử thuốc nhuộm thường được xác định bởi hai thành phần; Chromophores: tạo nên hiệu ứng màu. Auxochromophores: xác định đặc tính của thuốc nhuộm. Ta có thể phân thuốc nhuộm theo các cách như sau: Theo nguyên liệu xơ – sợi đem sử dụng: Thuốc nhuộm dùng cho xơ – sợi gốc thực vật như cotton, liren, viscose…. Thuốc nhuộm dùng cho xơ – sợi gốc động vật như len, tơ tằm…. Thuốc nhuộm dùng cho xơ – sợi tổng hợp. Theo cấu tạo hóa học: bao gồm các nhóm như sau: Thuốc nhuộm azoic. Thuốc nhuộm alanthraquynore. Thuốc nhuộm indigoid. Thuốc nhuộm arylmethane. Thuốc nhuộm nitro. Thuốc nhuộm nitroso. Thuốc nhuộm polymethyl. Thuốc nhuộm lưu hóa. Thuốc nhuộm arylamine. Thuốc nhuộm azoicmethyl. Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng. Thuốc nhuộm phthacyanine. Theo phạm vi sử dụng: theo cách này thuốc nhuộm gồm 11 phân lớp: Thuốc nhuộm hoàn nguyên. Thuốc nhuộm lưu hóa. Thuốc nhuộm oxy hóa. Thuốc nhuộm trực tiếp. Thuốc nhuộm hoạt tính. Thuốc nhuộm azoic. Thuốc nhuộm acid. Thuốc nhuộm cationic. Thuốc nhuộm phức kim loại. Thuốc nhuộm phân tán. Thuốc nhuộm pigment. Việc lựa chọn thuốc nhuộm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, khả năng công nghệ tại nơi sản xuất và nhất là độ bền màu qua giặt và độ bền màu ánh sáng theo yêu cầu của khách hàng: Bảng 2.1: Phương pháp lựa chọn thuốc nhuộm Loại thuốc nhuộm  Độ bền giặt  Độ bền ánh sáng  Hiệu quả   Trực tiếp  Yếu  Trung bình  Rẻ tiền. Dể sử dụng. Nâng cao độ bền sau khi xử lý.   Acid  Trung bình–tốt  Tốt  Thích hợp cho len, nylon, tơ tằm.   Phức kim loại  Rất tốt  Tốt  Thích hợp cho len và nylon. Độ bền cao, vải dễ bóng.   Cationic  Yếu  Yếu    Azoic  Tốt  Tốt – rất tốt  Thích hợp cho thuốc nhuộm đỏ   Lưu hóa  Tốt  Trung bình    Hoàn nguyên  Rất tốt  Rất tốt  Đắt tiền và khó sử dụng. Độ bền tốt.   Phân tán  Trung bình–tốt  Trung bình–tốt  Độ phân tán cao. Dùng cho PES và acetate.   Hoạt tính  Yếu  Yếu  Thích hợp cho xơ cellulose.   Phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo hóa học: Thuốc nhuộm azoic: Trong phân tử thuốc nhuộm này có một hoặc nhiều nhóm azoic (- N = N -). Dựa vào số nhóm azoic có trong hệ mang màu của thuốc nhuộm mà người ta chia ra các nhóm thuốc nhuộm Mono azoic: Ar – N = N – Ar Diazoic: Ar – N = N – Ar’ – N = N – Ar” Tri và polyazoic: Ar – N = N – Ar’ – N = N – Ar” – N = N – Ar”’ – N = N – Ar”” - …. Trong đó Ar, Ar’, Ar” … là những góc hữu cơ có nhân thơm có cấu tạo đa vòng và dị vòng rất khác nhau. Thuốc nhuộm anthraquynone: Trong phân tử thuốc nhuộm này có một hoặc nhiều nhân anthraquynone hoặc các dẫn xuất của chúng
Những dẫn xuất khác nhau ở vị trí 1, 4, 5, 8 sẽ cho các loại thuốc nhuộm tương ứng: Thuốc nhuộm amino anthraquynone Thuốc nhuộm hydroxyl anthraquynone Thuốc nhuộm antrimit Thuốc nhuộm anthraquynone đa vòng Thuốc nhuộm indigoit: Dựa trên gốc thuốc nhuộm indigo có trong lá chàm người ta đã tổng hợp được thuốc nhuộm indigoit với nhiều màu sắc phong phú bằng cách đưa thêm các nhóm thế vào phân tử indigo. Gốc mang màu có công thức:
Trong đó X, Y là O, S, Se, NH… Thuốc nhuộm arylmethane: Là những dẫn xuất methane trong đó nguyên tử carbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên hợp của hệ mang màu:
 Trong đó: R – Nguyên tử hydrogen hoặc gốc hydrocarbon mạch thẳng, thuốc nhuộm dyarylmethane R là Ar”: thuốc nhuộm triarylmethane Thuốc nhuộm triarylmethane có các loại sau: Thuốc nhuộm xanten:
 Thuốc nhuộm acrydin:
 Thuốc nhuộm nitro: Thuốc nhuộm nitro có cấu tạo đơn giản. Phân tử thuốc nhuộm có từ hai hoặc nhiều nhân thơm, có ít nhất một nhóm nitro và một nhóm cho điện tử (-NH2, -OH). Thuốc nhuộm nitroso: Trong phân tử thuốc nhuộm có nhóm nitroso (NO), thuốc nhuộm ( - naphtolnitroso có khả năng tạo phức nội phân tử với sắt có màu xanh lục thường sử dụng ở dạng pigment. Thuốc nhuộm polymethyl: Công thức tổng quát: Ar – (CH = CH)n – CH – Ar’ Ar, Ar’: phải có nhóm cho (nhường) và nhóm nhận điện tử. Màu của thuốc nhuộm này phụ thuộc vào hai nhóm cho và nhận điện tử. Nhìn chung chúng có màu tươi và thuần sắc. Thuốc nhuộm lưu hóa: Là thuốc nhuộm mà trong phân tử có nhiều nguyên tử lưu huỳnh. Gốc mang màu của thuốc nhuộm thường là các nhóm tiazin, tiazol, tiatren…. Những gốc này quyết định màu sắc của thuốc nhuộm, lớp thuốc nhuộm này không có màu đỏ và màu tím. Thuốc nhuộm arylamine: Trong phân tử thuốc nhuộm arylamine có hệ mang màu là mạch nối các gốc thơm với nhau qua nguyên tử nitơ làm trung tâm. Ar – N = Ar’ Trong đó: Ar – gốc thơm chứa nhóm cho điện tử. Ar’ – gốc thơm chứa nhóm nhận điện tử. Lớp thuốc nhuộm này ít được sản xuất. Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng: Trong phân tử có hệ mang màu là các hợp chất đa tụ giữa anthraquynone hoặc dẫn xuất với các vòng dị thể khác. Thuốc nhuộm phthacyanine: Đây là lớp thuốc nhuộm tương đối mới, hệ thuống mạng N trong phân tử của thuốc nhuộm là một hệ liên hợp khép kín. Phân loại thuốc nhuộm theo phân lớp kỹ thuật (phạm vi sử dụng) Thuốc nhuộm trực tiếp: Đây là loại thuốc nhuộm hòa tan trong nước nhuộm thẳng cho xơ, không cần qua giai đoạn gia công trung gian. Được dùng để nhuộm các phế phẩm dệt từ xơ, bông, viscose, tơ tằm, một số được dùng để nhuộm xơ polyanid. Bao gồm các nhóm: Nhóm trực tiếp diazo: sau khi nhuộm qua một bước diazo hóa kết hợp naphthol để tạo ra sản phẩm đạt ánh màu cao. Hiện nay, không còn được phép sử dụng vì gây nguy hiểm cho da khi tiếp xúc. Nhóm trực tiếp cầm màu bằng kim loại: người ta xử lý cầm màu bằng dung dịch muối kim loại, tạo ra sản phẩm bền màu. Nhóm trực tiếp bền màu với ánh sáng: sau khi nhuộm sản phẩm bền màu. Ngoài ra, người ta còn dùng củ nâu như thuốc nhuộm cầm màu lấy từ thực vật. Hiện nay, thuốc nhuộm trực tiếp được nhiều hãng trên thế giới sản xuất với nhiều tên thương phẩm khác nhau như: - Direct, durazol, fixazol (ICI). - Benzo ánh, sirius bền (Bayer) - Chlorantine, copratin (Ciba) Nhưng chúng có đặc điểm chung là cấu trúc phân tử thẳng, phẳng, trong phân tử chứa hệ thống nối đôi liên hợp (thường là 8) và một số nhóm trợ màu như: -OH, -NH2 … cấu tạo chung của thuốc nhuộm trực tiếp có thể biểu diễn như sau: R – SO3Na hay NaOOC – Ar – SO3Na trong đó Ar chứa nhóm ăn màu azoic, polymethyl. Tất cả các thuốc nhuộm trực tiếp đều tan trong nước và phân ly thành ion âm mang màu và ion dương không mang màu theo phương trình sau: R – SO3Na ( RSO3- + Na+ Đa số thuốc nhuộm trực tiếp dễ tạo kết tủa với các muối của ion kim loại kiềm thổ như Ca2+, Mg2+ nên khi nhuộm phải dùng nước mềm hay thêm vào dung dịch nhuộm natricarbonate (Na2CO3). Thuốc nhuộm trực tiếp có thể nhuộm ngay trong môi trường acid, base, trung tính. Thuốc nhuộm lưu hóa: Đây là loại thuốc nhuộm trong phân tử chứa nhiều nguyên tử lưu huỳnh, không tan trong nước, khi nhuộm phải khử Na2S trong môi trường kiềm để chuyển thuốc nhuộm về dạng leuco base tan được trong nước. Sau khi nhuộm, vải được giặt bằng nước để khử kiềm và oxy hóa về dạng không tan ban đầu. Thuốc nhuộm lưu hóa chủ yếu để nhuộm xơ cellulose. Công thức chung: D - SX. D – SX + [H]
D – SXH
D – SX Tan Gắn trên vải Các mặt hàng thuốc nhuộm lưu hóa: thionone (ICI); pyrogeno thiotinone (Ciba – Geigy); thional, sandon (Sandoz). Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Là những hợp chất màu không tan trong nước. Quá trình chuyển hóa của thuốc nhuộm gắn trên vải: Không tan
leuco acid (chưa tan)
leuco base (hòa tan)
 Những thuốc nhuộm thuộc nhóm hoàn nguyên đa vòng và indigoit có màu tươi và độ bền màu cao, gồm hai nhóm: Nhóm hoàn nguyên tan: để quá trình nhuộm được dễ dàng, người ta chuyển một số hoàn nguyên về dạng ester tan trong nước gọi là indigosol và cubosol, chúng được dùng in hoa, nhuộm cho vải cellulose và cũng có thể dùng để nhuộm len và xơ tổng hợp. Sau khi nhuộm chúng được thủy phân và oxy hóa về dạng không tan ban đầu. Nhóm hoàn nguyên không tan: để nhuộm và in phải khử trong môi trường bằng các chất khử mạnh như Na2S2O4 và CH2ONaHSO2.2H2O… và chuyển thuốc nhuộm về dạng leuco base, dạng này tan được trong nước có ái lực lớn với xơ nên dễ bắt được vào xơ. Sau khi nhuộm thuốc được giải kiềm và oxy hóa về dạng không tan trên vải. Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan chủ yếu nhuộm xơ cellulose. Thuốc nhuộm hoàn nguyên chủ yếu dùng để nhuộm các phế phẩm từ cellulose hoặc thành phần cellulose trong các loại vải gia công ướt và khí quyển, bền màu với ma sát. Tên thương phẩm của một số loại thuốc nhuộm hoàn nguyên: cibanone, cibantin (Ciba – Gregy); mikethren (Mitsui)…. Thuốc nhuộm azoic không tan: Là thuốc nhuộm mono azoic không chứa nhóm có tính tan nên không được sản xuất ở dạng thành phẩm mà được tạo màu trực tiếp trên vải từ azo thành phần và diazo thành phần. Thuốc nhuộm này chủ yếu để nhuộm xơ cellulose. Thuốc nhuộm azoic không tan còn có tên gọi khác nhau như: thuốc nhuộm lạnh, thuốc nhuộm đá, thuốc nhuộm naphthol, chúng là những hợp chất màu có chứa nhóm azoic trong phân tử. Để nhuộm vật liệu dệt, người ta thực hiện tạo màu trực tiếp trên vải theo phản ứng kết hợp có dạng tổng quát: R – ONa + R1 –N+Cl- ( N
R1 – N = N – R – OH + NaCl Thuốc nhuộm này có độ bền màu cao với gia công ướt, màu tươi, công nghệ nhuộm đơn giản, nhưng độ bền màu với ánh sáng và ma sát không cao, chủ yếu để nhuộm và in hoa vải từ cellulose. Tên thương phẩm một số thuốc nhuộm azoic: benzol, amatol, naphthol…. Thuốc nhuộm phức kim loại: Là loại thuốc nhuộm thuộc nhóm hydroxyl anthraquynone và một số nhóm khác, chúng tan trong nước nhưng màu không bền. Để nhận được màu bền thì sau khi nhuộm phải gia công với các muối kim loại để tạo thành phức bền vững. Thuốc nhuộm phức kim loại bao gồm hai loại chính: thuốc nhuộm kim loại 1:1 và thuốc nhộm kim loại 1:2. Thuốc nhuộm acid: Là thuốc nhuộm phân tử nhỏ, dễ tan trong nước, màu tươi, dùng nhuộm len, tơ tằm, polyamid trong môi trường acid. Một số thuốc nhuộm acid muốn đạt được độ bền màu cao phải xử lý với muối kim loại, vì vậy người ta chia làm ba nhóm (có liên kết muối): Nhóm thuốc nhuộm acid thông thường: xử lý acid thông thường. Nhóm thuốc nhuộm acid chrome: xử lý muối chrome trong nhuộm. Nhóm thuốc nhuộm acid: azo acid, anthraquynon acid, họ triazinee methane, chrome acid. Tên thương phẩm một số thuốc nhuộm acid trên thị trường: erio, eriosin, irganol, elanyl… (Ciba – Geigy), cumassi, carbolan … (ICI). Thuốc nhuộm cationic – base: Là thuốc nhuộm có những ion mang màu và cation hòa tan trong nước, ánh màu rất tươi nhưng kém bền màu, ít dùng nhuộm các loại sợi tổng hợp, dùng cho nhuộm xơ – sợi cellulose, một nhóm thuốc nhuộm base (cationic) dùng để nhuộm xơ PAN (polyacrylonitrile) cho màu bền và tươi. Bao gồm hai nhóm chính: Thuốc nhuộm base: là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết là các muối chloride, oxalat, hoặc muối kép của base hữu cơ. Thuốc nhuộm base dùng để nhuộm một số sản phẩm từ cellulose, tơ tằm để trang trí, nhuộm giấy, dùng làm mực in trong công nghiệp in ấn. Thuốc nhuộm cationic: là thuốc nhuộm có cấu tạo giống thuốc nhuộm base nhưng lại bắt màu mạnh vào xơ polyacrylonitrin, có độ bền màu cao. Chúng có thể xem như muối ammonium bậc bốn với dạng tổng quát: R1NR3Cl-. Thuốc nhuộm cationic có đặc điểm dễ phối từ ba màu cơ bản. có thể tạo được các dãy màu rộng. Thuốc nhuộm cationic có đủ màu được sản xuất dưới các tên thương phẩm khác nhau: cation (Liên Xô), astrasol (Bayer), sandocry (Ciba – Geigy). Thuốc nhuộm hoạt tính: Là thuốc nhuộm tan trong nước, có chứa một số hoặc vài nguyên tử hoạt tính (khi nhuộm có có thể tách ra khỏi thuốc nhuộm để thuốc nhuộm liên kết với xơ, trong điều kiện nhuộm nó liên kết với xơ bằng hóa trị), độ bền giặt và bền ánh sáng kém. Mặt khác, do có đủ gam màu, màu tươi, thuần sắc, công nghệ nhuộm đa dạng nhưng không quá phức tạp nên nó được nhiều hãng trên thế giới sản xuất với nhiều tên thương phẩm khác nhau. Thuốc nhuộm hoạt tính dùng để nhuộm cellulose, len, tơ tằm. Một số ít dùng để nhuộm polyamid (tuy nhiên loại này đắt tiền và quy trình phức tạp). Dạng công thức tổng quát: S – R – T – X. Trong đó S: phần làm cho thuốc nhuộm có tính tan, thường là nhóm –SO3Na. R: phần mang màu của thuốc nhuộm, nó không ảnh hưởng đến mối liên kết giữa thuốc nhuộm và xơ. Nó quyết định về màu sắc, độ bền màu với ánh sáng và có ảnh hưởng đến vài chỉ tiêu bền màu khác. T: nhóm mang nguyên tử (hay nhóm) phản ứng. Nó làm nhiệm vụ liên kết thuốc nhuộm với xơ, và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền mối liên kết này, trước hết là bền màu với gia công ướt. Trong một số trường hợp nó còn quyết định tốc độ phản ứng. X: Nguyên tử (hay nhóm) phản ứng. Trong điều kiện nhuộm, nó tách khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo khả năng cho thuốc nhuộm thực hiện phản ứng hóa học với xơ. Thuốc nhuộm hoạt tính tạo liên kết với xơ theo hai cơ chế phản ứng khác nhau: phản ứng thế ái nhân và phản ứng cộng hợp ái điện tử. Phản ứng thế ái nhân: thường xảy ra ở thuốc nhuộm họ triazine, pymirazin. Phản ứng gắn màu: S – R – T – X + CellO- ( S – R – T – O – Cellulose + X- Phản ứng thủy phân thuốc nhuộm: S – R – T – X + OH- ( S – R – T – OH + X- Khi nhiệt độ và độ pH môi trường tăng, thì tốc độ phản ứng thủy phân sẽ lớn hơn tốc độ phản ứng gắn màu, nghĩa là thuốc nhuộm bị phân hủy nhiều làm giảm khả năng sử dụng của thuốc nhuộm (giảm độ tận trích). Vậy đối với loại thuốc nhuộm này thì nhiệt độ và độ pH môi trường là những yếu tố quan trọng. Phản ứng cộng hợp ái điện tử: xảy ra ở họ thuốc nhuộm họ vinyl sulfol: S – R – SO2 – CH2 – CH2 – OSO3H + NaOH ( S – R – SO2 – CH = CH2 S– R – SO2 – CH = CH2 + Cell – O- ( S – R – SO2 – CH2 – CH2 – O – Cell Đối với thuốc nhuộm họ này thì pH không ảnh hưởng lớn đến sự thủy phân thuốc nhuộm, thuốc nhuộm chỉ bị phân hủy khi pH quá lớn. Tên thương phẩm một số loại thuốc nhuộm hoạt tính: procion (ICI), cibaron (Ciba), levafix (Bayer), reaction, ostazin… Thuốc nhuộm oxy hóa: Là loại thuốc nhuộm chỉ có một màu đen còn có tên gọi khác là anilin đen, được tổng hợp trực tiếp trên vải bằng các oxy hóa anilin trong môi trường acid (loại tạo màu trực tiếp trên vải như loại azoic không tan). Chủ yếu nhuộm vải tơ tằm, nylon, len (thuốc nhuộm này rất độc và ăn mòn trung bình nên người ta thường ít dùng). Thuốc nhuộm phân tán: là loại thuốc nhuộm không tan trong nước (do không chứa các nhóm: -SO3Na, - COONa), có phân tử nhỏ, sản xuất ở dạng bột mịn, độ phân tán cao, dùng nhuộm cho xơ ghét nước như acetate, polyester…. Thuốc nhuộm phân tán có thể chia thành làm ba nhóm: Loại thông thường và có thể diazoic hóa sau nhuộm. Loại chứa trong nguyên tử kim loại. Loại phân tán hoạt tính, có thể liên kết với xơ bằng liên kết hóa trị. Tên thương phẩm một số thuốc nhuộm phân tán được sản xuất trên thế giới: dispersol, serizol (ICI), terasil, cibanet (Ciba – Geigy). Thuốc nhuộm pigment: Là thuốc nhuộm có gốc nhuộm nhóm azoic, hoàn nguyên đa vòng… và có cả bột màu vô cơ. Chúng không tan trong nước (do trong phân tử không chứa các nhóm có tính tan hoặc nhóm tan đã chuyển về dạng muối barium, calcium không tan trong nước), không có ái lực với xơ sợi (không thể tự nhuộm), dùng để nhuộm và in hoa cho tất cả các loại xơ. Để gắn thuốc nhuộm lên xơ phải dùng chất gắn màu gọi là fixer, hoặc binder. Pigment có độ bền màu cao với ánh sáng và bền với nhiệt độ cao, không bị di tản sang phần vật liệu để trắng, có khả năng bao phủ cao và thuần sắc, tươi màu. Pigmetn được sử dụng nhiều để trang trí bề mặt (nhuộm và đặc biệt in hoa) các sản phẩm dệt và một số sản phẩm khác (giấy, da, cao su, chất dẻo), nó còn dùng nhiều trong công nghiệp sơn, ấn loát và nhuộm chất dẻo ở dạng khối. Một số loại pigment thường gặp: Pigment azoic. Pigment là muối không tan của thuốc nhuộm tan trong nước. Pigment từ thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan. Pigment phthacryanine Tên thương phẩm một số loại pigment: pigment poloprint, microfix, orema, oremasin, oritex. Bảng 2.2: Tổng kết việc sử dụng thuốc nhuộm một cách hợp lý: STT  Loại nguyên liệu  Loại thuốc nhuộm sử dụng   1  Xơ – sợi gốc cellulose  Azoic, trực tiếp, hoạt tính, lưu hóa, hoàn nguyên, acid   2  Xơ – sợi gốc protein  Acid, phức kim loại, hoạt tính   3  Xơ – sợi cellulose tái sinh (rayon, viscose rayon…)  Azoic, trực tiếp, hoạt tính, lưu hóa, hoàn nguyên.   4  Xơ – sợi ester cellulose (acetate, triacetate…)  Azoic, phân tán, hoàn nguyên.   5  Xơ – sợi polyacrylic, CD  Cationic, phân tán   6  Xơ – sợi nylon  Acid, azoic, phức kim loại, hoạt tính, hoàn nguyên, phân tán.   7  Xơ – sợi polyester  Phân tán   Các chất trợ được sử dụng để nhuộm: Trong thực tế quá trình nhuộm và in không chỉ đơn thuần là sự pha trộn của thuốc nhuộm và nước, để hiệu ứng màu thể hiện trên vải đòi hỏi trong quá trình nhuộm và in phải có thêm các chất khác mà người ta gọi là các chất trợ. Các chất này có tác dụng đưa môi trường của dung dịch giặt – tẩy – nhuộm – in có độ pH, độ oxy hóa đúng theo yêu cầu sử dụng. Nhiều loại chất trợ có nguồn gốc hóa học (nhân tạo) được sử dụng nhiều nhất. Hiện nay có nhiều loại chất trợ được sử dụng và được chia theo các cách sau: Chất hoạt động bề mặt: Chất hoạt động bề mặt là chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung môi. Đây là những chất mà phân tử của nó có cấu tạo mạch thẳng lưỡng cực và bất đối xứng. Phần ghét nước thường là các hydrogen carbon (aryl – ankyl) dài hơn phần ưa nước rất nhiều Ví dụ: C17H23COONa Muốn cho nước dễ thấm vào các vật liệu khác thì phải tìm cách làm giảm sức căng bề mặt vốn có của nó xuống thấp hơn nữa. Sức căng bề mặt của một chất lỏng nào đó càng nhỏ thì khả năng ngấm vào vật liệu khác của nó càng cao. Có thể làm giảm sức căng bề mặt của nước bằng nhiệt độ, nhưng cách này không làm giảm được bao nhiêu. Bảng 2.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sức căng bề mặt Nhiệt độ  20  30  40  50   Sức căng bề mặt (J/cm2)  72,75  71,75  69,55  67,91   Chất hoạt động bề mặt được chia lam hai loại mang ion (cation, anion) và không mang ion: Chất hoạt động bề mặt mang ion: trong nước sẽ phân ly thành các ion và tạo thành dung dịch keo. Nếu khi phân ly gốc hydro carbon của chúng mang điện tích âm, chúng được gọi là chất hoạt động bề mặt anion và ngược lại gọi là chất hoạt động bề mặt cation. Chất hoạt động bề mặt không mang ion: trong nước sẽ không phân ly nhưng chúng có khả năng hòa tan do trong phân tử chứa nhiều nhóm ưa nước. Mặc dùng mức độ ưa nước của những nhóm này nhỏ hơn rất nhiều so với nhóm ưa nước của chất hoạt động bề mặt mang ion, nhưng tác dụng tổng của chúng rất lớn và đủ để cân bằng với phần ghét nước. Trong nước tất cả các chất hoạt động bề mặt không mang ion có phản ứng trung tính bền với acid và kiềm, bền với tác dụng của muối cứng và dung dịch có nhiều bọt, vì vậy hiện nay các chế phẩm này được sản xuất và sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt nhuộm. Thường thì không có một chất hoạt động bề mặt nào có đầy đủ các tính chất như: thấm ướt, tẩy rửa, nhũ hóa, làm đều, phân tán, ổn định… tùy theo tính chất thuốc nhuộm và điều kiện công nghệ mà người ta chọn chất hoạt động bề mặt nào cho hợp lý và có kết quả tốt nhất. Việc lựa chọn này đòi hỏi phải có tính chất chuyên môn và hiểu biết tính chất của các loại chất trợ do các hãng làm ra. Một số chất hoạt động bề mặt thường dùng: Chất làm ngấm: giúp cho vải thấm ướt nhanh và hoàn toàn. Khi tăng nồng độ chất ngấm thì tính thấm, ngấm của dung dịch tăng lên, tuy nhiên đến một giới hạn nào đó sự tăng nồng độ chất ngấm sẽ không làm tăng thêm khả năng thấm nữa. Chất ngấm đa số là chất hoạt động bề mặt anion như xà phòng, dầu đỏ và những hợp chất kiểu ankylsulfonat. Chất đều màu: giúp cho thuốc nhuộm hấp thụ đều trên xơ. Chất đều màu đa số là các amine mạnh thẳng, các base mạch vòng cao phân tử và các dẫn xuất của chúng. Chất phân tán: giúp cho dung dịch thuốc nhuộm ổn định ở trạng thái phân tán cao. Chất phân tán đa số là các hợp chất kiểu ankylsulfonate (chất hoạt động bề mặt anion), có dạng tổng quát R – SO3Na. Để tổng hợp chúng người ta sulfonat hóa các hydrocarbon, khi nhóm sulfo kết hợp trực tiếp vào một trong các nguyên tử carbon của mạch thì có hiệu quả hoạt động bề mặt. Chất tải: giúp cho dung dịch thuốc nhuộm dễ dàng thẩm thấu vào các mao quản của xơ. Đa số những chất này là dẫn xuất của phenol. Hiện nay có khoảng 300 chất hữu cơ thơm như phenol và dẫn xuất của nó, hydrogen carbon thơm và dẫn xuất của nó, este thơm, acid thơm, acetone thơm, amine thơm… có thể dùng làm chất tải. Những chất này có khả năng thấm vào xơ dễ dàng hơn thuốc nhuộm. Khi đã vào xơ chúng đẩy các mạch phân tử xơ ra xa nhau hơn, làm đứt một số mối liên kết phân tử làm cho xơ trở nên xốp hơn, thuốc nhuộm dễ đi vào xơ. Chất tạo nhũ: thực tế cũng là chất hoạt động bề mặt, dùng để tạo nhũ tương giữa hai chất lỏng không tan vào nhau ứng dụng chủ yếu cho in hoa. Chất chống bọt: thường dùng ở dạng silicon làm thay đổi sức căng bề mặt, giảm sự tạo bọt, dùng trong nhuộm. Chất khử và oxy hóa: được dùng nhiều trong quá trình tẩy trắng hóa học Chất khử: thường dùng là Na2S2O4, Na2SO4… là các hợp chất hóa học trong quá trình tẩy sẽ thoát ra hydrogen nguyên tử có tác dụng phá vỡ cấu trúc màu của hóa chất làm mất màu. Tuy nhiên, việc sử dụng chất khử trong quá trình tẩy trắng không phổ biến. Nó chỉ được dùng nhiều ở công đoạn tẩy lại, làm sạch màu và dùng để giặt sản phẩm may mặc. Chất oxy hóa: thường dùng H2O2, K2Cr2O7, NaClO, NaClO2, CH3COOH (peroxy acetic)… dùng tác dụng oxy hóa của tác nhân mà chủ yếu là oxy nguyên tử và hóa chất có chứa Cl- để phá hủy chất màu. Chất tăng trắng: Sau quá trình giặt tẩy hóa học, độ trắng sản phẩm chưa đạt yêu cầu (đa số xơ tổng hợp chỉ đạt độ trắng từ 83 – 84% so với độ trắng chuẩn là BaSO4 100%). Để tăng trắng, người ta không dùng biện pháp hóa học nữa vì vải có thể không bền. Do đó, phải dùng biện pháp quang học. Nguyên lý chung: các hóa chất có tác dụng làm tăng trắng quang học như thuốc nhuộm nhưng không có màu, có khả năng phát ra tia huỳnh quang trong miền cực tím. Những chất này khi có mặt trên vải sẽ hấp thụ tia tử ngoại rồi phát ra các tia thấy được, các tia thấy được kết hợp các phớt màu trên vải tạo nên cảm giác màu trắng. Nếu trên vải còn phớt màu vàng hoặc vàng nâu thì cần tia phát xạ xanh thuần sắc. Với màu vàng xanh hoặc nâu xanh thì cần tia phát xạ tím hoặc tím xanh. Với màu đỏ nâu hoặc da cam thì cần tia màu vàng xanh. Trên thế giới chất tăng trắng được sản xuất theo nhiều tên khác nhau được sắp xếp theo các nhóm: Dùng cho celluloser: Blancophor R, B, RG (Bayer); Leucophor R, S (Sandoz); Uvitex R, RBS, SI (Ciba); Mikephor BX (Mitshui). Dùng cho len, tơ tằm: Blancophor WT (Bayer); Leucophor W (Sandoz); Uvitex WS (Ciba). Dùng cho xơ tổng hợp: Uvitex EBF, ERN-P (Ciba). Chất cầm màu: bao gồm các chất sau Dùng naphthol và muối để cầm màu cho thuốc nhuộm trực tiếp. Chất cầm màu tổng hợp: cầm màu cho một số thuốc nhuộm. Chất cầm màu dùng cho thuốc nhuộm pigment. Chất hồ: Các chất hồ làm tăng tính sử dụng của vải hồ dầy, hồ mềm, hồ chống cháy, chống nhàu…. Các hóa chất cơ bản được sử dụng trong công nghệ nhuộm: Kiềm: Kiềm (NaOH, Na2SiO3, NaHCO3…) dùng trong việc tạo môi trường kiềm trong quá trình xử lý hóa học và nhuộm hoặc là các chất chính trong quá trình giặt tẩy và làm bóng. NaOH là thành phần chủ yếu trong quá trình giặt tẩy, làm nhiệm vụ phá hủy các tạp chất thiên nhiên của cellulose biến chúng thành các chất dễ tan đồng thời phá hủy các phần tinh bột còn sót lại sau khi rũ hồ. Nồng độ NaOH thường sử dụng trong công đoạn nấu là 6 – 10 g/l (3 – 4% khối lượng vải). NaHSO3 (natri bisulfite): thường thì không khí không được đẩy hết ra khỏi nồi nấu, oxy của không khí còn lại trong nồi có thể biến cellulose thành oxide cellulose trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao. Natri bisulfite có tính chất khử, nên khi thêm vào dung dịch nó sẽ kết hợp với oxy trong nồi làm hạn chế quá trình oxy hóa vải. Phản ứng kết hợp oxy của natri bisulfite như sau: 2NaHSO3 + O2 ( 2NaHSO4 Na2SiO3 (natri silicate) thường dùng trong dung dịch nấu do có hai công dụng sau: Ngăn ngừa sự tạo thành gỉ sắt: do nước sử dụng trong công nghiệp luôn tồn tại một lượng hydroxyl sắt ở dạng phân tán cao, nó dễ dàng bị sợi hấp phụ tạo thành những vết ố vàng trên vải. Khi có mặt natri silicate, các hydroxyl sắt sẽ bị kết tủa thành những hạt lớn và mất đi khả năng hấp phụ vào vải. Hấp phụ chất bẩn: trong khi nấu, các tạp chất bị phân hủy và hòa tan vào dung dịch nấu làm cho màu của dung dịch sẫm dần và làm cho màu của vải có thể bị sẫm hơn trước khi nấu. natri silicate có trong dung dịch sẽ hấp phụ các chất bẩn, các chất màu, chống tái bám các tạp chất mới vừa tách ra khỏi vải, làm tăng độ trắng, độ sạch của vải hơn. Nhược điểm: Na2SiO3 tạo với Ca2+ và Mg2+ thành muối CaSiO3, MgSiO3 kết tủa. Nếu bám vào mặt vải thì sản phẩm khó nhuộm gây nên lỗi màu sau này. Chất này bám vào thành thiết bị thì khó làm sạch, nếu chất này bám vào dày thêm thì sẽ làm xước mặt vải khi vải chuyển động. Do đó, người ta phải sử dụng tác nhân để thay thế. Để thay thế Na2SiO3 ta dùng các chất sau: Hãng Sandoz có Sirix AK (ngăn ngừa giảm Ca2+, Mg2+). Sirix AK tạo phức tan với Fe3+, Cu2+ tránh không cho bám vào thành thiết bị. Hãng Henkel có Securon 540 thay thế Na2SiO3 làm cho chức năng liên kết với ion kim loại và giữ cho những tạp chất bị phá hủy không bám vào vải nữa. Nếu không sử dụng tác nhân trên thì đưa vào một lượng NaCl sẽ có tác dụng làm cho những tạp chất bị phá hủy không bám vào vải. Acid: Acid thường dùng acid hữu cơ: formic acid, acetic acid, và acid vô cơ như HCl, H2SO4…, dùng để tạo môi trườngacid cho các quá trình nhuộm, giũ hồ, xông hơi acid, trung hòa kiềm…. Muối: Muối thường dùng với vai trò chất điện ly, chất hút ẩm, dùng nhiều nhất là Na2SO4, ures (NH2(CO)2), muối ăn NaCl…. Enzyme: Enzyme có cấu trúc hóa học là các protein cao phân tử. Chúng có thể tăng nhanh phản ứng sinh hóa mà không phải sử dụng chính chúng chúng để tác dụng lẫn nhau. Vì vậy enzyme được phân loại là chất xúc tác. Thành phần cơ bản của các protein là (-amino-carbonic acid, chúng liên kết với nhau để tạo thành chuỗi polypeptide. Tập hợp các amino acid riêng lẻ được gọi là chuỗi amino acid, đây là yếu tố quyết định cấu tạo hóa học và cấu trúc không gian của enzyme. Dựa và nguồn gốc và ứng dụng trong ngành dệt may, các enzyme được phân chia thành các nhóm như sau: Bảng 2.4: Phân nhóm Enzym Loại enzyme  Sản xuất từ nguồn  Ứng dụng   Amylases  Vi khuẩn hoặc nấm  Tánh tinh bột Giũ hồ vải có tinh bột   Proteases  Vi khuẩn hoặc nấm  Xử lý bề mặt xơ len, làm tăng tính mềm mại trên các mặt hàng thời trang.   Catalases  Nấm hoặc thực vật nuôi cấy  Phân hủy và khử hydrogen preoxide sau quá trình tẩy   Cellulases  Nấm hoặc vi khuẩn nuôi cấy  Xử lý bề mặt xơ cellulose   Laccases  -  Tách màu indigo   Lipases  -  Tách tri-glycerid (sáp, dầm mỡ, hồ trên sợi)   (Nguồn: Công nghệ nhuộm và hoàn tất – Nguyễn Công Toàn) Tính độc của phẩm nhuộm: Tác động đến môi trường: Các vấn về môi trường chủ yếu liên quan đến các chất thải đổ vào nước nhưng ngoài ra, phát thải vào không khí, tiếng ồn và việc giao nhận các chất thải độc hại cũng rất quan trọng, Việc sử dụng các hoá chất có ảnh hưởng đáng kể tới môi trường của ngành công nghiệp. Phát thải vào nước Hầu hết ở các khâu trong quy trình công nghệ của công nghiệp dệt nhuộm đều phát sinh ra nước thải. Đặc trưng cơ bản lớn nhất của nước thải công nghiệp dệt nhuộm là sự dao động rất lớn về cả lưu lượng, tải lượng chất ô nhiễm. Nó thay đổi theo mùa, theo mặt hàng sản xuất và chất lượng sản phẩm. Các chất thải đổ vào nước bao gồm nước thải từ quy trình sản xuất, nước rửa và nước làm lạnh bị ô nhiễm nhiều hơn hoặc ít hơn. Nước rửa chiếm 60-70% tổng lượng nước tiêu thụ. Sự tiêu thụ hoá chất và nước cũng như số lượng và tính chất của nước thải theo đó mà tăng lên đã làm nảy sinh vấn đề về: nên chọn sử dụng loại máy móc nào, những loại sợi nào cần được xử lý, cần tiến hành phương thức xử lý nào. Do vậy thành phần của nước thải dao động rất nhiều, cả về số lượng lẫn tính chất. Nước thải chứa một hỗn hợp các hoá chất đã sử dụng. Các hoá chất nhất định ví dụ như chất tẩy, bột giặt đều đổ hầu như toàn bộ vào hệ thống nước thải, trong khi một số khác như thuốc nhuộm lại giữ phần lớn trên sản phẩm. Phần lớn các chất hữu cơ làm tăng lượng BOD5 trong nước thải đều phát sinh từ các chất dùng hồ vải. Nước thải còn có thể chứa hàm lượng dầu tương đối cao, có lẽ có nguồn gốc từ chất béo tự nhiên, sáp và các loại dầu nguồn gốc từ xăng dùng khi xe sợi. Vấn đề kim loại lẫn trong nước thải đã được giảm bớt từ khi thôi dùng các chất giữ màu nhuộm có kim loại nặng. Tuy nhiên, kim loại, đặc biệt là kim loại đồng và kẽm vẫn còn được sử dụng trong một số kiểu nhuộm. Ngoài ra, nước thải còn có chứa một lượng chất rắn lơ lửng, chủ yếu là sợi vải, với các hoá chất bám chặt vào. Trong một số trường hợp, nước rửa và nước làm lạnh được đưa thẳng đến nơi tiếp nhận. Tác động của môi trường của những chất thải này phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm của nước thải và lượng nước thải. Một vài nghiên cứu đã cho thấy nước thải từ ngành công nghiệp dệt cực kỳ độc hại và gây ảnh hưởng kìm hãm tới hoạt tính của bùn và quá trình nitrat hoá. Các nghiên cứu về đặc điểm nước thải của ngành này sẽ được tiếp tục. Người ta đã rất nỗ lực trong việc chứng minh những ảnh hưởng tới môi trường của các chất hoá học hay nhóm các chất đó. Vào giữa thập kỷ 70, Cục bảo vệ môi trường Thụy Ðiển và ngành dệt đã tham gia vào một dự án bảo vệ nước rộng rãi mang tên "Nordtextil VA". Mối quan tâm chính của dự án này là tiết kiệm nước bằng cách thay đổi các quy trình công nghệ, xác định tính chất của các chất độc và các chất chậm hủy, xử lý và tái sử dụng nước thải. Rất nhiều loại thuốc nhuộm đang dùng là chất chậm hủy và có thể chứa các kim loại, đặc biệt là đồng và kẽm. Ngoài ra còn có thể có một lượng nhỏ Cad