CẤU TẠO CÁC LOẠI 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, xoắnvào 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.

1. Vải sợi
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) .

Trong những loại vải sợi này, ta lại phân loại thành những nhóm theo cấu trúc hoá học như sau:
 

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). 

Chỉ sợi 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.
 

Thành phần cấu tạo nên sợi cotton thô

Cấu trúc của sợi cotton rất phức tạp, gồm 3 phần chính. Lớp biểu bì ngoài cùng có tính kỵ nước, có chức năng bảo vệ. Ngoài cellulose ra còn có những lớp chất béo và sáp, nên để có tính thấm nước tốt thì cotton phải được xử lý. Bên dưới lớp biểu bì là lớp thành sợi chính, do những sợi (fibril) nhỏ đan ngang dọc với nhau tạo thành. Bên dưới lớp thành sợi chính là lớp thành sợi phụ, chiếm hầu hết khối lượng của sợi cotton, do các lớp sợi liên tiếp chồng lên nhau và ngược hướng nhau tạo thành. Ruột (lumen) của sợi cotton rỗng, để dẫn protein đi nuôi lớn sợi cotton. Khi sợi đã trưởng thành, sợi khô đi và ruột bị thu hẹp lại, làm cho những sợi cotton xoắn lại (do lớp thành sợi phụ).

 

Hình chụp những sợi cotton thô dưới kính hiển vi điện tử

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.

Chỉ sợi 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 chỉ sợi hoá học 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.