Vải cotton là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan
Vải cotton là loại vải dệt từ sợi bông thiên nhiên chứa trên 90% cellulose, nổi bật với độ mềm mại, độ bền và khả năng thoáng khí cùng hút ẩm cao. Cotton thân thiện với da và môi trường, có thể phân hủy sinh học, dễ tái chế và được sử dụng đa dạng trong may mặc, đồ gia dụng, y tế và vật liệu kỹ thuật.
Giới thiệu chung về vải cotton
Vải cotton là loại vải dệt từ sợi bông thiên nhiên, được sử dụng rộng rãi trong ngành dệt may toàn cầu nhờ độ mềm mại, thoáng khí và khả năng thấm hút vượt trội. Sợi cotton thu được từ quả bông (hạt bông) trải qua quá trình tách xơ-khô (ginning) để loại bỏ hạt, sau đó tiến hành chải và xe sợi. Vải cotton chiếm khoảng 30–40% sản lượng vải toàn cầu và ngày càng được cải tiến qua các phương pháp dệt – nhuộm hiện đại để tối ưu hóa tính năng kỹ thuật, độ bền và độ bền màu.
Đặc tính tự nhiên của cotton bao gồm khả năng sinh học phân hủy, thân thiện môi trường so với sợi tổng hợp, và dễ tái chế. Trải qua hàng thế kỷ, cotton đã là nguyên liệu chủ đạo cho quần áo, ga trải giường, khăn tắm và nhiều sản phẩm dệt khác. Với lịch sử khai thác và trao đổi thương mại lâu đời, các giống bông (Gossypium hirsutum, G. barbadense) ngày càng được chọn lọc để tối ưu chiều dài và độ mảnh của sợi, phục vụ nhiều cấp chất lượng từ vải thô nông thôn đến vải cao cấp.
Nhờ độ bền và độ đàn hồi tốt, cotton phù hợp với nhiều kỹ thuật dệt đa dạng như dệt trơn (plain weave), dệt xương cá (herringbone), dệt twill (jean, denim) và dệt jersey. Bề mặt vải cotton có thể xử lý thêm qua phương pháp mercerizing để tăng độ bóng và khả năng bám màu, hoặc sanforizing để hạn chế co rút khi giặt. Công nghệ dệt nhuộm hiện đại kết hợp xử lý chống nhăn (wrinkle-resistant) và kháng khuẩn (antimicrobial finish), mở rộng ứng dụng trong may mặc thể thao và đồ lót.
Định nghĩa và thành phần
Cotton là sợi cellulose tự nhiên được cấu thành từ polymer β-D-glucose liên kết β(1→4), chiếm >90% thành phần khô. Cellulose tạo nên cấu trúc đơn giản, ở dạng vi sợi xoắn ốc dài 2–3 cm, đường kính 15–20 µm. Sợi cotton có tính hydrofilic cao, cho khả năng hút 25–30% khối lượng nước mà không mất độ bền, giúp điều hòa nhiệt độ cơ thể và thoát ẩm nhanh.
Thành phần chính của sợi cotton:
- Cellulose: 88–96% tạo khung cơ học và độ bền.
- Lignin và pectin: 1–5% liên kết sợi cellulose, ảnh hưởng độ mềm và độ ứ ẩm.
- Protein và wax: 0.5–2% nằm trên bề mặt, tác động đến độ ưa nước và khả năng nhuộm.
Các tạp chất tự nhiên (đất, bụi, dầu) phải được loại bỏ qua công đoạn tẩy rửa (scouring) trước khi nhuộm. Sự khác biệt về thành phần và cấu trúc phân tử giữa cotton các giống và vùng canh tác dẫn đến biến thiên về độ dài sợi, độ bền kéo và khả năng chịu mài mòn, do đó phân khúc thị trường cotton thường chia thành cotton ngắn sợi, trung bình và cotton dài sợi (long-staple, extra-long staple) như Pima hoặc Egyptian cotton.
Quá trình canh tác và thu hoạch
Bông trồng ưa thích khí hậu nhiệt đới và ôn đới nóng, với nhiệt độ 20–30 °C và lượng mưa 600–1.200 mm mỗi năm. Đất phù sa pha cát, pH trung tính (6–7) giúp cây phát triển nhanh. Quy trình canh tác bao gồm gieo hạt, bón phân cân đối NPK, quản lý sâu bệnh (bướm vẽ bông, rầy nâu) và tưới nước giọt để tiết kiệm và kiểm soát độ ẩm nền.
Thu hoạch bông có thể thực hiện bằng tay hoặc máy:
- Thu hoạch thủ công: Đảm bảo chọn quả bông chín, độ tạp thấp nhưng tốn nhân công.
- Thu hoạch cơ giới: Nhanh, khối lượng lớn nhưng độ tạp cao, cần công đoạn làm sạch thêm.
Sau thu hoạch, bông được đưa vào xưởng tách xơ-khô (ginning) để tách sợi ra khỏi hạt. Sợi cotton sau đó được chải để loại bỏ xơ ngắn (short fibers), bụi và tạp chất, tạo ra sliver sẵn sàng cho công đoạn xe sợi. Chỉ số Uster (Uster evenness) và tỉ lệ tạp chất (neps) là tiêu chí đánh giá chất lượng sợi đầu vào cho công nghiệp dệt cao cấp.
Tính chất vật lý và hóa học
Sợi cotton có độ bền kéo trung bình 2–6 cN/tex (đơn vị đo lực/đơn vị tuyến tính), độ giãn ≤6% trước khi đứt. Mô đun đàn hồi E ≈ 5–12 GPa, cho phép vải duy trì hình dạng và chống nhăn tương đối tốt. Khả năng hút ẩm của cotton đến 25–30% khối lượng khô, giúp điều hòa vi khí hậu bên trong trang phục và giảm cảm giác bí nóng.
Về hóa học, cellulose cotton bền vững với kiềm nhẹ (pH 7–10) nhưng dễ thủy phân trong môi trường acid mạnh. Độ bền chịu nhiệt lên tới 150 °C, cho phép xử lý nhuộm ở nhiệt độ cao để cố định màu. Tuy nhiên, tiếp xúc với ánh sáng UV và tia cực tím lâu dài gây phai màu và giảm độ bền phân tử, do đó vải cotton nhuộm ngoài trời thường cần bổ sung chất chống tia UV hoặc keo bảo vệ.
Bảng so sánh tính năng cotton với các loại sợi khác:
| Tính năng | Cotton | Polyester | Len |
|---|---|---|---|
| Hút ẩm | 25–30% | 0.4–0.8% | 15–18% |
| Độ bền kéo | 2–6 cN/tex | 6–7 cN/tex | 3–5 cN/tex |
| Độ giãn | ≤6% | ≤2% | 15–20% |
| Chịu nhiệt | ≤150 °C | ≤200 °C | ≤100 °C |
Quy trình dệt và xử lý hậu hoàn thiện
Quy trình dệt vải cotton bắt đầu từ các công đoạn chải sợi, xe sợi và tạo vải trên khung dệt. Sợi cotton sau khi chải sạch tạp chất được xe thành sợi liên tục, đảm bảo độ đều và độ bền. Trên khung dệt, sợi ngang (weft) và sợi dọc (warp) được xen kẽ theo các phương pháp như dệt trơn (plain weave) hoặc dệt chéo (twill) để tạo ra cấu trúc vải khác nhau.
Sau khi dệt, vải cotton trải qua công đoạn tẩy trắng (scouring & bleaching) để loại bỏ tạp chất còn sót, tăng tính ưa nước và độ trắng. Tiếp đó là nhuộm hoặc in hoa văn, dùng các loại thuốc nhuộm phân tán (reactive dyes) hoặc thuốc nhuộm vô cơ cho độ bền màu cao. Cuối cùng, vải được hoàn thiện bằng phương pháp mercerizing — xử lý kiềm để tăng độ bóng và khả năng bám màu — hoặc sanforizing để ổn định kích thước, giảm co rút khi giặt.
Các xử lý chuyên sâu khác bao gồm:
- Softening: Tăng độ mềm mại thông qua chất làm mềm silicone hoặc polymer.
- Wrinkle‐resistant finish: Gắn liên kết chéo giữa các sợi cellulose để giảm nhăn.
- Antimicrobial finish: Phủ các hạt bạc (Ag) hoặc hợp chất kháng khuẩn để ngăn vi khuẩn phát triển.
Các loại vải cotton phổ biến
Cotton có nhiều biến thể vải đáp ứng nhu cầu khác nhau. Poplin (vải trơn mật độ cao) thường dùng cho áo sơ mi, có bề mặt mịn và độ bền tốt. Denim (vải chéo chặt) làm nên quần jeans đặc trưng, dày và chịu mài mòn. Jersey (vải đan kim đơn) co giãn nhẹ, mềm mại, phù hợp áo thun và đồ lót.
Ngoài ra còn có:
- Voile: Mảnh, thoáng khí, dùng cho rèm và áo khoác nhẹ.
- Flannel: Bông chải lông bề mặt, ấm và mềm, dùng cho áo sơ mi mùa đông.
- Chambray: Dệt trơn giống denim nhưng nhẹ hơn, phù hợp áo sơ mi casual.
Bảng phân loại theo độ dày và mật độ sợi:
| Loại vải | Độ dày (g/m²) | Ứng dụng chính |
|---|---|---|
| Poplin | 100–150 | Áo sơ mi, đồng phục |
| Denim | 300–450 | Quần jeans, jacket |
| Jersey | 150–200 | Áo thun, đồ lót |
| Voile | 70–120 | Rèm, váy nhẹ |
Ứng dụng và ưu thế
Vải cotton được ưa chuộng nhờ độ thoáng khí và khả năng hút ẩm, giúp cơ thể luôn khô ráo và thoải mái. Trong ngành may mặc, cotton dùng sản xuất áo khoác, áo sơ mi, quần áo trẻ em và đồ lót, đáp ứng yêu cầu da nhạy cảm. Khả năng chịu nhiệt và bền màu của cotton cũng hợp cho khăn tắm, ga giường và vật dụng gia đình.
Trong y tế, cotton y tế (medical gauze) với độ tinh khiết cao, vô trùng, dùng để băng bó vết thương và hút dịch. Ngành công nghiệp kỹ thuật cũng sử dụng cotton kỹ thuật (technical cotton) cho vật liệu cách nhiệt và lọc, tận dụng khả năng chịu nhiệt độ và tính thấm.
Ưu thế chính của cotton:
- Thân thiện với da và dễ tái chế.
- Khả năng hút ẩm tốt, giảm mùi và vi khuẩn.
- Chịu nhiệt và bền màu sau nhiều chu kỳ giặt.
Tác động môi trường và bền vững
Canh tác cotton truyền thống tiêu tốn lớn nước (trên 10.000 lít nước/kg cotton) và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật. Các giống bông biến đổi gen (Bt cotton) giảm thuốc trừ sâu, nhưng vẫn tiêu tốn nước. Sự ra đời của organic cotton loại bỏ hoàn toàn hóa chất, dùng phương pháp tưới tiết kiệm và quản lý đất bền vững.
Tổ chức Better Cotton Initiative (BCI) và Textile Exchange thúc đẩy:
- Quản lý nước hiệu quả (drip irrigation).
- Luân canh cây trồng để cải thiện độ phì nhiêu đất.
- Đào tạo nông dân về thuốc bảo vệ thực vật an toàn.
Khả năng phân hủy sinh học của cotton cho phép hạn chế rác thải dệt may, trong khi cotton tái chế (recycled cotton) từ quần áo cũ giảm áp lực lên tài nguyên. Tuy nhiên, pha trộn cotton với sợi tổng hợp làm khó quá trình tái chế và kéo dài thời gian phân hủy.
Công nghệ và xu hướng phát triển
Công nghệ sinh học tạo ra BioCotton với độ bền và khả năng hút nước cải thiện qua biến đổi enzyme. ComfortSpin dùng kỹ thuật quay ly tâm để bề mặt vải mịn hơn, giảm ma sát và tăng cảm giác mềm mại.
Xu hướng sợi chức năng kết hợp:
- Kháng khuẩn (silver-infused cotton).
- Chống tia UV (UV-protective finish).
- Chống nhăn và chống bám bẩn.
In 3D vải cotton được thử nghiệm cho cấu trúc lưới nâng cao thông gió và độ co giãn, phục vụ thời trang thể thao chuyên nghiệp. Công nghệ nano phủ vải giúp kiểm soát vi sinh và tạo bề mặt siêu kỵ nước mà vẫn giữ độ hút ẩm bên trong.
Kết luận, xu hướng và triển vọng
Vải cotton giữ vị trí hàng đầu trong ngành dệt may nhờ tính năng tự nhiên và khả năng cải tiến liên tục qua công nghệ. Sự kết hợp cotton hữu cơ, tái chế và xử lý chức năng tạo ra sản phẩm bền vững, thân thiện môi trường và đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường.
Triển vọng tương lai hướng đến:
- Phát triển giống bông tiết kiệm nước hơn và kháng sâu bệnh tốt.
- Gia tăng công nghệ xử lý sinh học cho vải mềm mại và hút ẩm cao.
- Tích hợp cảm biến dệt (smart textiles) cho giám sát sức khỏe.
- Mở rộng tái chế và chu trình kinh tế tuần hoàn trong dệt may.
Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề vải cotton:
- 1
- 2
- 3
- 4