Tác giả: TS. Phạm Thị Tốt
Đơn vị: Khoa CNDM
1. Giới thiệu
Ngành nhuộm là một khâu chiếm vai trò quan trọng trong chuỗi sản xuất dệt may nhưng lại là khâu yếu kém (ở Việt Nam) so với các khâu khác và là một ngành tiêu tốn nhiều năng lượng, hóa chất và nước đồng thời cũng gây ra nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường.
Trong một nhà máy nhuộm có rất nhiều thiết bị tiêu tốn năng lượng như máy nhuộm, máy sấy, định hình nhiệt,... Các thiết bị tiêu thụ điện năng cao chủ yếu là lò hơi, lò dầu tải nhiệt, trạm xử lý nước thải. Các công đoạn tiêu thụ nhiều nước và hóa chất đồng thời cũng thải ra nhiều nước thải là công đoạn tiền xử lý, nhuộm và giặt.
Kết quả khảo sát trong năm 2017 – 2018 của VECEA (Hội KH&CN sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Việt Nam) cho thấy công nghệ mà các doanh nghiệp nhuộm & xử lý hoàn tất ở Việt Nam đang sử dụng còn nhiều hạn chế. Tỷ lệ thiết bị nhuộm của các doanh nghiệp dệt nhuộm trên 17 năm tuổi (từ năm 2000 trở về trước) là 12,8%; các thiết bị có tuổi đời dưới 10 năm là 34% và các thiết bị có tuổi đời dưới 7 năm chiếm tỷ lệ 36,2%. Điều này cho thấy, vẫn còn nhiều những thiết bị cũ, lạc hậu, năng suất thấp, ô nhiễm môi trường, hiệu suất năng lượng thấp đang được sử dụng trong các doanh nghiệp. Cũng theo nghiên cứu này, quy trình xử lý nhuộm - hoàn tất của các doanh nghiệp đang sử dụng gồm cả 3 dạng quy trình là gián đoạn, bán liên tục (cuộn ủ) và liên tục. Trong nhuộm gián đoạn thì thiết bị có dung tỷ từ 1:10-1:15 chiếm đa số khoảng 70%, thiết bị có dung tỷ thấp từ 1:2,5-1:8 chiếm 16%, còn lại 14% là thiết bị có dung tỷ cao, từ 1:20 trở lên. Với 70% thiết bị có dung tỷ 1:10-1:15, lượng nước cấp, nước thải của quá trình nhuộm và hoàn tất vẫn còn lớn [1].
Theo số liệu thống kê thì ngành dệt nhuộm là ngành gây ô nhiễm nước lớn thứ hai trên toàn thế giới chiếm khoảng 20% tổng lượng nước thải. Trong các công đoạn sản xuất của ngành dệt nhuộm như giũ hồ, nấu vải, tẩy trắng và nhuộm đều sử dụng rất nhiều nước, do vậy tạo ra lượng nước thải rất lớn [2].
Vì vậy việc nghiên cứu phát triển các công nghệ mới, cải tiến thiết bị giúp phát triển ngành theo hướng bền vững là cần thiết.
2. Một số phát triển mới trong ngành nhuộm
2.1. Công nghệ nhuộm mới sử dụng ít nước
Công ty Alchemie Technology Ltd (Anh) đã nghiên cứu và đưa ra quy trình nhuộm thông minh hầu như không cần nước (Endeavour), đây là một quy trình nhuộm vải kỹ thuật số cho vải polyester. Hệ thống Endeavour giúp giảm lượng nước thải hơn 95% và tiết kiệm đáng kể chi phí năng lượng, vật liệu và nhân công so với các quy trình nhuộm truyền thống. Hệ thống ứng dụng kỹ thuật số cho phép các nhà sản xuất dễ dàng thay đổi theo yêu cầu của từng đơn hàng, tốc độ nhuộm cao có thể đạt 25 m/phút (trừ hình ảnh hoặc hoa văn). Sản phẩm nhuộm có độ đều màu, độ bền màu ma sát và bền màu giặt cao [3].
Năm 2019 một công ty tại Thụy Điển đã phát triển công nghệ nhuộm Dye-Max. Công nghệ này giảm lượng nước sạch, nước thải, năng lượng và hóa chất sử dụng tới 90% so với các công nghệ sử dụng máy nhuộm Jet truyền thống. Công nghệ nhuộm này có dung tỷ rất thấp từ 0,3 đến 0,8 lít trên một kilôgam vải, bằng cách sử dụng một loạt các hộp phun nằm trong một buồng kín. Các vòi phun trong hộp phun sẽ phun thuốc nhuộm một cách chính xác và được kiểm soát bởi van cao áp. Hệ thống này hoàn toàn khép kín giúp giảm lượng hóa chất thuốc nhuộm thải ra môi trường. Mỗi thiết bị gồm ba hệ thống vòi phun làm việc độc lập và có thể tháo rời nên dễ sử dụng và bảo trì thiết bị. Tốc độ nhuộm đạt 50m/phút nên có hiệu quả sản xuất cao [3].
Một công ty ở Ý đã phát triển công nghệ nhuộm sợi bằng thuốc nhuộm Indigo trong môi trường khí trơ (Indigo Greendye). Với công nghệ này sử dụng nồng độ thuốc nhuộm cao, thuốc nhuộm khuếch tán và di chuyển mạnh hơn vào trong lõi xơ sợi, trong môi trường khí trơ sợi có thể hấp thụ thuốc nhuộm gấp ba lần so với các quá trình nhuộm thông thường. Ngoài ra còn tiết kiệm được 50% lượng hóa chất sử dụng trong quá trình nhuộm và tiết kiệm nước cho quá trình giặt do thuốc nhuộm đã liên kết chặt chẽ với xơ sợi [3].
2.2. Công nghệ nhuộm không nước
Công nghệ nhuộm không dùng nước sử dụng cacbon đioxit (CO2) siêu tới hạn. Khi cacbon đioxit được gia nhiệt đến hơn 31°C và nén đến áp suất trên 74 bar, nó sẽ ở trạng thái giống như chất lỏng giãn nở hoặc khí bị nén mạnh. Nói cách khác, trên điểm tới hạn, cacbon đioxit có cả chất lỏng và chất khí. Ở trạng thái này, CO2 siêu tới hạn có mật độ phân tử giống như chất lỏng giúp hòa tan các loại thuốc nhuộm kỵ nước và có độ nhớt thấp, khả năng khuếch tán cao như chất khí giúp quá trình nhuộm nhanh hơn nhuộm trong nước. Quá trình nhuộm và loại bỏ thuốc nhuộm dư đều có thể được thực hiện trong quy trình nhuộm cacbon đioxit, chỉ cần thay đổi điều kiện nhiệt độ và áp suất. Kết thúc quá trình nhuộm không cần sấy khô vì CO2 được thải ra ở trạng thái khí, CO2 có thể dễ dàng tái chế, đạt tới 90% khi được chiết trong thiết bị phân tách [4].
Tuy nhiên công nghệ nhuộm sử dụng dung dịch siêu tới hạn chỉ mới nhuộm được cho các loại vật liệu tổng hợp như polyeste, axetat, nylon [5].
Hình 1. Sơ đồ nhuộm sử dụng dung dịch siêu tới hạn [4]
Một công ty ở Hà Lan (Cleandye - DyeCoo) đã áp dụng công nghệ nhuộm không nước này và đem lại hiệu quả nhuộm cao với mức độ tận trích thuốc nhuộm lên đến 98%, tiết kiệm được chi phí sản xuất do không tạo ra nguồn nước thải và tiết kiệm được năng lượng do không cần sấy khô [3].
2.3. Tự động hóa trong ngành nhuộm
Một trong các công đoạn rất quan trong của quá trình nhuộm đó là công đoạn pha hóa chất, thuốc nhuộm. Trước đây với các xưởng nhuộm thủ công thì việc pha hóa chất bằng thủ công gây nên sự không đồng đều về màu sắc giữa các mẻ nhuộm thậm chí trong một mẻ nhuộm cũng có những vị trí có màu sắc khác nhau do sự hòa tan và phân tán các hóa chất thuốc nhuộm không đồng đều. Hiện nay thì công đoạn cân và pha hóa chất đang được dần tự động hóa, từ khâu tính toán, cân và pha hóa chất đều được làm tự động nên độ chính xác và độ đồng đều giữa các mẻ nhuộm rất cao [6].
Hình 2. Hệ thống cân và pha thuốc nhuộm tự động ở quy mô phòng thí nghiệm
Hình 3. Hệ thống cân và pha thuốc nhuộm tự động ở quy mô công nghiệp
Bên cạnh việc tự động hóa công đoạn cấp liệu thì các thiết bị trong dây chuyền nhuộm cũng đã được tự động hóa rất nhiều
Công ty CHTC Fong’s International (Trung Quốc) đã cải tiến các bộ phận trong máy nhuộm như cải tiến vòi phun để tăng mức độ trao đổi dung dịch nhuộm, vòi phun được điều khiển tự động, bể chứa dung dịch được thiết kế giúp phân tán dung dịch tốt hơn [3].
Một công ty của Đức đã phát triển hệ thống MonforClean trên máy nhuộm để kiểm soát khí phát thải. Nhiệt thải từ quá trình sấy được sử dụng để làm nóng trước khi sấy nhằm giảm lượng nhiệt cung cấp thông thường cần thiết. Hệ thống rửa bộ lọc khí thải tự động được thiết kế để tự động làm sạch, đảm bảo hiệu quả làm sạch và thu hồi nhiệt. Ngoài ra hệ thống này còn giúp kiểm soát ẩm trước khi sấy đến mức thấp nhất giúp tiết kiệm năng lượng [3].
Ngoài ra còn nhiều cải tiến trong các công đoạn hoàn thiện vải sau nhuộm như sấy, định hình, hoàn thiện, đóng gói. Công ty Brückner Trockentechnik (Đức) đã cải tiến máy định hình vải có tốc độ lên đến 100m/phút đồng thời mang lại độ bóng và độ mềm mại cho vải. Thiết bị này còn được cài đặt hệ thống tự động kiểm soát độ co của vải. Thiết bị này có thể tăng năng suất lên tới 40% và giảm mức độ tiêu thụ năng lượng lên đến 30% [3].
2.4. Hệ thống quản lý nhà máy nhuộm thông minh
Hiện nay nhiều nhà máy nhuộm ngoài trang bị dây chuyền sản xuất với các thiết bị hiện đại giúp tiết kiệm năng lượng, hóa chất và nước họ còn đầu tư các phần mềm quản lý thông minh để quản lý sản xuất.
Hệ thống quản lý thông minh làm thay đổi phương thức và tư tưởng quản trị trước đây về điều hành doanh nghiệp vì nhân lực, thiết bị và hệ thống phần mềm được tích hợp và kết nối với nhau. Thông thường, hệ thống quản lý thông minh bao gồm chức năng thu thập dữ liệu, truyền dữ liệu và lưu trữ dữ liệu. Hệ thống quản lý nhà máy nhuộm thông minh tự động thu thập dữ liệu của thiết bị nhuộm và các thiết bị phụ trợ như hệ thống cấp liệu, pha hóa chất tự động, dữ liệu về quá trình nhuộm trong các thiết bị theo thời gian thực, dữ liệu trực tuyến và thống kê về chất lượng, dữ liệu về môi trường nhà máy, dữ liệu về tiêu thụ năng lượng, dữ liệu về nhân lực,… sau đó xây dựng nền tảng dữ liệu của nhà máy nhuộm, đảm bảo việc chia sẻ dữ liệu giữa các bộ phận trong nhà máy và các phần mềm quản lý hệ thống thông minh cho nhà máy nhuộm.
Các chức năng của hệ thống quản lý thông minh bao gồm việc giám sát thiết bị trực tuyến, giám sát năng lượng, môi trường, điều khiển từ xa, theo dõi lịch trình sản xuất, quản lý đơn hàng, quản lý thiết bị, quản lý chất lượng, năng lượng và tích hợp với hệ thống quản lý,… Trên cơ sở công nghệ cảm biến tiên tiến, dữ liệu lớn, điện toán đám mây và IoT,… hệ thống này có thể đưa ra những cảnh báo sớm và điều chỉnh việc vận hành thiết bị.
Để sử dụng được hệ thống quản lý nhà máy nhuộm thông minh thì các máy móc thiết bị trong nhà máy cũng phải là những thiết bị thông minh – được gắn các cảm biến, kết nối Internet và kết nối với nhau để cung cấp dữ liệu đầy đủ và liên tục cho hệ thống.
Một số nghiên cứu đã đưa ra các phần mềm quản lý nhà máy nhuộm thông minh như phần mềm Certon của Benninger để thu thập và xử lý dữ liệu; tích hợp công nghệ VAV cung cấp các bộ cảm biến RFID vào các khâu nhuộm và xử lý hoàn tất sản phẩm bò (Mahlo). Công nghệ này giúp theo dõi đếm sản phẩm, phân loại sản phẩm theo màu sắc và trọng lượng, phát hiện lỗi xảy ra trong quá trình sản xuất và đánh giá hiệu suất của công nhân [7].
Tập đoàn Santex Rimar đưa ra phần mềm quản lý ATHENA sử dụng các cảm biến để thu thập các dữ liệu như tốc độ máy, nhiệt độ bên trong máy, độ rung của máy, độ căng của vải, lượng ẩm còn lại của vải, kiểm soát chiều rộng vải,... để sử dụng trong phân tích dữ liệu lớn để đưa ra khả năng bảo trì dự báo, cài đặt tham số tự động cho các cấp độ cấp máy [7].
Phần mềm kiểm tra và thu thập dữ liệu từ hệ thống kiểm soát màu trong quá trình nhuộm. Ứng dụng này giúp người quản lý kiểm soát và thiết lập lại bảng màu mới cho các lô hàng mới cùng lúc. Ngoài ra còn hiển thị độ sai lệch màu giúp người dùng kiểm soát màu trong các mẻ nhuộm. Phần mềm này đã được sử dụng để kiểm soát chất lượng vải nhuộm tại Công ty Cổ phần Quốc tế Phong Phú [8].
Hình 4. Giao diện phần mềm kiểm soát màu trong quá trình nhuộm [8]
3. Kết luận
Ngành nhuộm và xử lý hoàn tất sản phẩm dệt may đang có những bước tiến mạnh mẽ, các công nghệ mới được phát triển đều hướng tới thân thiện với môi trường giúp phát triển sản xuất bền vững hơn. Sự đổi mới trong ngành là liên tục và việc áp dụng các công nghệ này sẽ tạo ra một ngành công nghiệp dệt may toàn cầu bền vững.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Viện Công nghệ sạch-Hiệp hội Công nghiệp môi trường Việt Nam, (2018), Nghiên cứu, định hướng ưu tiên phát triển công nghệ sạch, thân thiện môi trường ngành Dệt - Nhuộm và Giấy- Bột Giấy.
[2]. Mazharul I. K., (2021), Nanobubble Technology: The Sustainable Eco-Friendly Textile Solutions, Textile learner.net.
[3].https://newji.ai/japan-industry/new-dyeing-technology-that-purchasing-departments-in-the-textile-industry-should-know-about/, 14/5/2025.
[4] Mazharul, I. K., (2021), Waterless Dyeing Technology in Textile Processing, Textile learner.net.
[5].https://www.textilesphere.com/2020/08/waterless-dyeing-techniques-technologies_19.html, 14/5/2025.
[6]. Fitsum Etefa Ahmed, (2019), Design and Development of Textile Manual Chemical Mixing and Processing Machine, International Journal for Modern Trends in Science and Technology, 5(5).
[7]. Hitesh Manglani, et al., Application of the Internet of Things in the textile, Textile Progress, 2019, 51(3), p. 225–297.
[8]. Nguyen Phuong Thao Nguyen, Improvement and application of IoT for quality control process management of dyeing fabric at Phong Phu International Joint Stock Company, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, 2021, 19 (4.2).