Trong lĩnh vực dệt may chức năng phát triển nhanh chóng ngày nay, việc tích hợp các vật liệu nano đang định hình lại hướng đi của ngành dệt may. Trong số đó, nano kẽm oxit, với những đặc tính lý hóa độc đáo, đã trở thành một vật liệu quan trọng để cải tiến chức năng vải, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực may mặc, y tế và bảo vệ ngoài trời. Từ khả năng kháng khuẩn và ức chế vi khuẩn đến khả năng chống tia UV và độ bền lâu dài, nano kẽm oxit mang đến cho vải những giá trị đa dạng, đáp ứng nhu cầu về sức khỏe và sự thoải mái của người tiêu dùng, đồng thời thúc đẩy quá trình chuyển đổi chức năng của ngành dệt may.
Nano kẽm oxit là một loại vật liệu mới được chế biến từ các hạt kẽm oxit có kích thước từ 1 đến 100 nanomet. So với kẽm oxit kích thước micron truyền thống, kích thước hạt cực nhỏ và diện tích bề mặt riêng tăng đáng kể của nó thể hiện các hiệu ứng lượng tử, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng quang xúc tác độc đáo, đây chính là những nguyên nhân cốt lõi giúp nó đạt được những nâng cấp chức năng cho vải. So với các vật liệu cải tiến vải khác, nano kẽm oxit có những đặc điểm riêng biệt. Đầu tiên, nano kẽm oxit an toàn và thân thiện với môi trường. Là một vật liệu vô cơ, nó không độc hại, không gây kích ứng và không gây phản ứng phụ khi tiếp xúc với da người. Nó cũng có khả năng phân hủy sinh học, phù hợp với xu hướng phát triển “xanh và carbon thấp” của ngành dệt may hiện đại, trái ngược với các chất kháng khuẩn hữu cơ truyền thống vốn dễ gây tồn dư và dị ứng. Thứ hai, nano kẽm oxit có tính ổn định mạnh mẽ. Vải được xử lý bằng nano kẽm oxit duy trì hiệu quả chức năng ổn định ngay cả sau nhiều lần giặt, không bị suy giảm nhanh chóng do thay đổi môi trường, khắc phục được nhược điểm “độ bền kém” của các loại vải chức năng truyền thống. Cuối cùng, nano kẽm oxit mang đến nhiều chức năng; chỉ một loại vật liệu này có thể đạt được các tính năng kháng khuẩn, chống tia UV và tự làm sạch mà không cần thêm các chất điều chỉnh khác, giúp đơn giản hóa quy trình xử lý vải, giảm chi phí sản xuất và tránh các xung đột về hiệu suất có thể phát sinh khi kết hợp nhiều vật liệu.
Nguyên lý cốt lõi của việc ứng dụng nano kẽm oxit vào vải bao gồm sử dụng các phương pháp như ngâm tẩm, sol-gel và phát triển tại chỗ để gắn đều các hạt nano lên bề mặt sợi vải hoặc xuyên sâu vào bên trong sợi vải, tận dụng các đặc tính vốn có của nó để nâng cấp chức năng vải. Các ứng dụng chính của nó bao gồm khả năng kháng khuẩn, chống tia UV và tăng cường độ bền cho vải.
(I) Tác dụng kháng khuẩn và ức chế vi khuẩn: Bảo vệ vệ sinh vải và đẩy lùi các vấn đề do vi khuẩn
Sự phát triển của vi khuẩn là nguyên nhân chính gây ra mùi hôi, ẩm mốc và hư hỏng trên vải, đặc biệt là các loại vải sợi tự nhiên như cotton và len, vốn có khả năng hút ẩm cao tạo môi trường thuận lợi cho các vi khuẩn có hại như Escherichia coli và Staphylococcus aureus phát triển. Nano kẽm oxit đạt được hiệu quả kháng khuẩn cao thông qua hai con đường: thứ nhất, nó giải phóng các ion kẽm, phá vỡ tính toàn vẹn của màng tế bào vi khuẩn, ức chế quá trình trao đổi chất và sinh sản của vi khuẩn; thứ hai, nó sử dụng quang xúc tác để tạo ra các gốc hydroxyl, nhanh chóng tiêu diệt vi khuẩn và nấm, mang lại hiệu quả kháng khuẩn phổ rộng.
Các thí nghiệm cho thấy vải được xử lý bằng nano kẽm oxit có thể đạt tỷ lệ kháng khuẩn vượt 99,99% đối với Escherichia coli và Staphylococcus aureus, và tỷ lệ kháng khuẩn vượt 96% đối với Candida albicans. Hơn nữa, hiệu quả kháng khuẩn vẫn ổn định sau 250 phút giặt xoay. Đặc tính này khiến nó được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm may mặc thân mật như đồ lót, tất, chăn ga gối, cũng như quần áo bảo hộ y tế và áo phẫu thuật, giúp giảm đáng kể sự lây lan vi khuẩn, hạ thấp nguy cơ nhiễm trùng bệnh viện, đồng thời giải quyết các vấn đề như mùi hôi và ẩm mốc trong đồ lót. Điều đáng chú ý là hiệu quả kháng khuẩn của nano kẽm oxit không gây ra tình trạng kháng thuốc ở vi khuẩn, và so với các chất kháng khuẩn ion bạc truyền thống, nó thân thiện hơn với môi trường và có tác dụng kéo dài hơn.
(II) Chống tia UV: Chống lại tác hại của tia UV và bảo vệ sức khỏe làn da
Tiếp xúc lâu dài với tia cực tím (đặc biệt là tia UVA và UVB) có thể gây tổn thương cho da, dẫn đến cháy nắng, lão hóa và thậm chí ung thư da. Các loại vải truyền thống có khả năng chống tia UV hạn chế, khó đáp ứng được nhu cầu bảo vệ của các trang phục mặc ngoài trời và khi tiếp xúc lâu với ánh nắng. Nano kẽm oxit sở hữu khả năng che chắn tia UV toàn dải tuyệt vời. Các hạt nano của nó có thể hấp thụ và tán xạ các bước sóng UVA và UVB, ngăn tia UV xuyên qua vải và chạm tới bề mặt da, đồng thời không ảnh hưởng đến độ thoáng khí hay vẻ ngoài của vải.
Các nghiên cứu đã phát hiện rằng vải cotton bổ sung 2% nano kẽm oxit có thể đạt tỷ lệ chặn tia UV trên 96%, và hệ số chống tia UV (UPF) của vải có thể lên tới trên 200, vượt xa yêu cầu tiêu chuẩn quốc gia về “vải chống tia UV”. So với các chất chống tia UV hữu cơ truyền thống, nano kẽm oxit không bị phân hủy hay mất tác dụng dưới ánh sáng, cũng không bị vàng ố trên bề mặt vải. Nó duy trì hiệu quả chống tia UV ổn định trong thời gian dài, thích hợp cho các sản phẩm quần áo ngoài trời, trang phục chống nắng, mũ chống nắng, trang phục thể thao và các sản phẩm khác, mang đến cho người mặc sự bảo vệ toàn diện khỏi tia UV.
(III) Nâng cao độ bền vải: Kéo dài tuổi thọ và cải thiện cảm giác bề mặt sản phẩm.
Các chất điều chỉnh trong vải chức năng truyền thống thường bám trên bề mặt sợi thông qua hấp phụ vật lý, dễ dàng bị bong tróc trong quá trình giặt và ma sát, dẫn đến suy giảm chức năng và có thể làm hỏng sợi vải, từ đó rút ngắn tuổi thọ của vải. Nano kẽm oxit có thể liên kết hóa học (ví dụ, tạo liên kết cộng hóa trị Zn-O-C với chuỗi cellulose) để bám chặt vào sợi vải, không chỉ cải thiện các đặc tính cơ học của vải (độ bền kéo, độ bền gấp), mà còn giảm hao mòn sợi và kéo dài tuổi thọ vải.
Các nghiên cứu cho thấy vải cotton bổ sung 0,5% nano kẽm oxit có thể chịu được hàng chục lần giặt, giữ được trên 90% độ trắng và các đặc tính cơ học, đồng thời cải thiện độ nhám bề mặt, mang lại cảm giác mịn màng và mềm mại hơn. Ngoài ra, nano kẽm oxit còn có thể tăng cường tính chống tĩnh điện của vải, giảm hiện tượng tích điện do ma sát, ngăn ngừa bụi bám và giữ cho vải luôn sạch đẹp.
Là một vật liệu đa chức năng, nano kẽm oxit nổi bật với khả năng kháng khuẩn, chống tia UV và tăng cường độ bền, thúc đẩy quá trình nâng cấp ngành dệt may và mang đến cho mọi người trải nghiệm mặc khỏe mạnh, thoải mái và tiện lợi hơn.