1.     Vải sợi

Vải sợi là những cấu trúc dạng phẳng, được tạo thành từ các loại tơ sợi được đan lại với nhau theo 1 cách nào đó. Những sợi này có dạng sợi dài, xoắn vào nhau tạo thành phần tử cơ bản nhất của vải sợi. Mỗi loại sợi này được cấu thành từ hàng triệu chuỗi phân tử hoá học đơn lẻ. Sự xắp xếp và định hướng các chuỗi hoá học này cũng như cấu trúc phân tử của nó sẽ quyết định tính chất vật lý và hoá học của sợi.

Các loại vải sợi thường được chia làm 2 loại lớn: tự nhiên và nhân tạo. Trong đề tài này chỉ xét đến các loại vải sợi có thực vật và 1 số loại được tái tạo từ những loại sợi có nguồn gốc thực vật (tơ nhân tạo Rayon) .

a.      Cellulose (xét loại vật liệu điển hình là cotton)

Cellulose - polymer của glucose - là thành phần hoá học cơ bản nhất của tất cả các loại thực vật. Monomer cua cellulose là 1,2,4-8-anhydroglucose, số lượng monomer có thể từ 1,000 đến 18,000 đơn vị.

Chuỗi liên kết dài của cellulose làm cho các mối liên kết hydro của các phân tử liền kề liên kết chặt chẽ với nhau. Các chuỗi liên kết liên phân tử này cộng với cấu trúc mạch thẳng của phân tử cellulose hình thành nên những vùng có cấu trúc tinh thể của cellulose (microfibril). Những microfibril này liên kết, sắp xếp lại với nhau thành 1 cấu trúc lớn hơn gọi là fibril (sợi). 

b.     Cotton

Cotton là đại diện lớn nhất và quan trọng nhất về vật liệu vải sợi của họ này vì đây là loại vật liệu được ứng dụng rộng rãi nhất ngày nay (chiếm khoảng 50% số lượng các sản phẩm từ vải sợi trên thế giới). 

Cotton được lấy từ cây bông vải, thường được trồng ở những nước ôn đới và nhiệt đới. Sau khi được khai thác, sợi cotton được xử lý qua nhiều công đoạn để loại bỏ những thành phần chất béo, chất sáp bám trên thành vỏ sợi làm tăng tính thấm nước và quy trình tẩy trắng sợi. Sau quá trình xử lý, sợi cotton sẽ được trải qua những công đoạn khác để làm nên tấm vải.

 

Cotton thuộc họ cellulose, là polyalcohol (có nhóm -OH), nhưng mối liên kết hydro giữa những nhóm hydroxyl của các phân tử liền kề khá bền vững, ngăn không cho nước xuyên thấu vào những vùng có cấu trúc tinh thể của cellulose, do đó nó không hoà tan trong nước. Tuy nhiên, cotton lại khá ưa nước, có khả năng thấm hút nước tốt. Cấu trúc tổ ong với các lỗ li ti giúp các phân tử nước xuyên thấu qua những vùng trống trong chuỗi polymer và hình thành liên kết hydro với các cellulose hydroxyl tự do. Các sợi cotton khi hút nước sẽ phồng lên, trở nên dẻo dai hơn, mềm hơn và độ bền tăng lên (20%) do liên kết hydro mới tạo thành. Mức độ thấm hút nước của cotton thông thường là 8% và tăng lên đến 25 - 30% ở độ ẩm tương đối 100%, nhiệt độ phòng.

Giữa những vùng cấu trúc tinh thể trong cotton là những vùng trống, những chất màu của thuốc nhuộm hay mực in sẽ bám vào những vùng này.

Cotton sẽ bị phân huỷ (hydro hoá) khi gặp dung dịch acid loãng nóng hoặc đậm đặc lạnh, nhưng không có tác dụng với acid loãng ở nhiệt độ phòng.

Cotton bền với dung dịch kiềm nên dung dịch kiểm được dùng trong quá trình xử lý vải gọi là mercerization. Trong dung dịch kiềm, sợi cotton sẽ phồng lên, trở nên tròn, đều đặn và giảm thiểu tính xoắn của các sợi. Nếu trong khi phồng lên, vải được giữ chặt để tránh co rút thì cotton sẽ thay đổi hình dạng và tạo ra 1 bề mặt nhẵn hơn. Sau khi tẩy chất kiềm và sấy khô, sợi cotton vẫn giữ nguyên dạng hình ống tròn. Tuy không có sự khác biệt rõ rệt về tính chất hoá học của vải được xử lý mercer và không được xử lý nhưng vải qua xử lý sẽ cho tính bám màu tốt hơn và chất lượng hình ảnh cao hơn.

   c.      Tơ nhân tạo Rayon (xét vật liệu điển hình là Viscose)

Rayon là loại tơ nhân tạo đầu tiên được sản xuất thương mại hoá. Rayon được tạo ra từ những vật liệu có nguồn gốc cellulose (bột gỗ, vải vụn…) và trải qua quá trình xử lý để tạo thành sợi vải, vì vậy, về bản chất, viscose hoàn toàn tương tự như cotton, chỉ khác biệt ở 1 số tính chất vật lý và hoá học. Hiệp hội thương mại Mỹ quy định thành phần chất thay thế nhóm hydroxyl không được vượt quá 15%. Rayon được sản xuất theo 3 phương pháp tạo thành Viscose Rayon, Cuprammonium (hỗn hợp đồng amoni) Rayon, và saponified Cellulose Acetate. Trong 3 sản phẩm thì tơ Viscose có ứng dụng rộng rãi nhất và giá thành thấp nhất.

Viscose

Viscose được tạo ra từ quá trình viscose, trong đó có sự tạo thành Natri Cellulose

(C₆H₁₀O₅)_n + nNaOH ---> (C₆H₉O₄ONa)_n + nH₂O

sau đó phản ứng với CS­₂ để tạo thành Cellulose Xanthate

(C₆H₉O₄ONa)_n + nCS₂ ----> (C₆H₉O₄O-SC-SNa)_n

Và được phun tơ (wet spinning) trong dung dịch acid loãng để tạo thành sợi viscose

(C₆H₉O₄O-SC-SNa)n + (n/2)H₂SO₄ --> (C₆H₁₀O₅)n + nCS₂ + (n/2)Na₂SO₄

Nội dung đề tài sẽ không đi sâu vào quá trình sản xuất sợi.

Cellulose trong cotton có mức độ polymer hoá (degree of polymerization) là 2000 đơn vị, và mức độ tinh thể hoá là 70%. Còn đối với tơ viscose thông thường thì mức độ polymer hoá là 250 - 400, mức độ tinh thể hoá là 25 - 30%. Cấu trúc tinh thể trong viscose nhỏ hơn cotton 4 - 5 lần và mức độ định hướng thấp hơn. Do đó sợi viscose yếu hơn sợi cotton nhiều, mặc dù về bản chất là như nhau, đặc biệt là khi ướt. Sợi viscose sẽ trở nên mềm hơn và dẻo hơn cotton khi ướt. Độ bền viscose khi ướt thấp hơn 50% khi khô. Vì có mức độ tinh thể hoá thấp và mức độ chịu tác động cao nên viscose dễ bị phồng lên khi ướt và nở ra trên 20%.

Viscose hầu như là cellulose nên về tính chất hoá học là giống cotton. Tuy nhiên, viscose phản ứng với chất hoá học nhanh hơn cotton và phản ứng cả trong những điều kiện mà cotton tỏ ra khá bền như dung dịch kiềm đặc lạnh hay loãng nóng sẽ tấn công và hoà tan viscose nên nó đòi hòi quá trình xử lý cẩn thận. 

Sợi tơ viscose bóng hơn cotton và thân có hình trụ tròn hơn cotton, do cách thức sản xuất, do đó chất lượng in cao hơn cotton.

 Sợi viscose dưới kính hiển vi

Như đã thấy, in phun trực tiếp lên vải có thể tạo ra những sản phẩm chất lượng rất tốt. Thế nhưng, để nâng cao chất lượng thì việc cải tiến công nghệ in là không đủ, mà còn phụ thuộc vào loại mực in tuỳ theo chất liệu vải và các công đoạn xử lý vật liệu trước và sau khi in để tăng độ bền màu và 1 số tính chất khác.