CC BY
27
УДК 677.027
И. Г. Давлетбаев, А. А. Азанова,
А. И. Сабирова
МОДИФИКАЦИЯ НАТУРАЛЬНЫХ КОЖ КОМПОЗИЦИОННЫМИ ПОЛИМЕРНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Ключевые слова: модификация натуральных кож, свойства.
Для улучшения эксплуатационных свойств натуральных кож в изделиях легкой промышленности в данной работе рассмотрены воздействия ультразвука на процессы пропитки натуральных кож полимерными водными дисперсиями и растворами.
Keywords: modification of natural leather, the properties.
Zur verbesserung der leistung von echtem leder in erzeugnisse der leichtindustrie in diesem papier uberprUft auswir-kungen von ultraschall auf die impragnierung von naturleder wasser dispersionen und polymerlosungen.
В настоящее время перед кожевеннообувной промышленностью остро стоит задача повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции. Одним из эффективных путей повышения качества и устойчивости к различным воздействиям изделий из кожи является разработка технологий, позволяющих модифицировать свойства натуральной кожи, не внося существенных изменений в последовательность методики производства кожи.
С точки зрения гигиенических требований материал для одежды и верха обуви должен обеспечивать нормальный микроклимат пододежного и внутриобувного пространства, т.е. быть водостойким с лицевой стороны, морозо- и термостойким, иметь низкую теплопроводность, иметь высокие показатели воздухо - паропроницаемости и влагопоглаще-ния, влагоотдачи. Натуральные кожи не должны выделять вещества, которые могут вызвать заболевания кожи человека и других органов. Кроме того натуральные кожи должны обладать хорошими физико -механическими свойствами: прочностью при растяжении, сопротивлению многократному изгибу и прорыву ниточным швом, формоустойчивостью.
Поэтому совершенствование технологии производства натуральной кожи является одной из главных задач развития кожевенной и обувной промышленности.
Несмотря на достигнутые результаты, совершенствование технологии обработки кожи развивается крайне медленно. Объясняется это тем, что процессы превращения шкуры в готовую кожу очень сложны и сущность некоторых процессов до сих пор еще полностью не раскрыта. Процессы химической обработки шкур и полуфабрикатов в большинстве случаев весьма длительны и протекание их в нужном направлении обусловлены многими факторами.
Добиться улучшения внешнего вида, эксплуатационных и потребительских свойств натуральных кож можно путем модификации свойств кожевенного материала в основном в процессе производства кожи и ее отделки.
Одним из перспективных электрофизических методов, нашедшим применение и в легкой промышленности, является ультразвуковая (УЗ) обработка.
В данной работе рассмотрены воздействия УЗ на процессы пропитки натуральных кож полимерными водными дисперсиями и растворами.
При исследовании влияния воздействия УЗ на процесс пропитки кож полимерными растворами и дисперсиями выявлено, что глубина и скорость пропитки увеличивается. Она зависит от капиллярности, смачиваемости кож и вязкости полимерных растворов, дисперсий. Установлено, что при воздействии УЗ вязкость водных полимерных растворов снижается, и живучесть их составляет 30-50 минут. Снижение вязкости полимерных растворов способствует более быстрому проникновению последних в поры кож. Это объясняется образованием более высокодисперсных полимерных частиц в водной среде.
Строение натуральных кож в зависимости от вида кож отличается типом вязи коллагеновых волокон, пористостью, капиллярностью и т.д., что приводит к различной скорости пропитки их полимерными растворами и дисперсиями.
В результате исследований определены оптимальные режимы обработки водных растворов и дисперсий полимеров ультразвуком и обработка натуральных кож в этих средах.
Физико-механические исследования образцов кож подвергнутых УЗ-воздействию в вышеуказанных средах, позволили построить концептуальную модель процесса.
Натуральные кожи представляют собой пористые системы, которые многообразны и сложны по строению. Поэтому задача порометрии в настоящее время сводится к нахождению таких основных характеристик пористости, которые, во-первых, служили бы отличительными признаками при идентификации пористых материалов и давали возможность их количественного сравнения и, во-вторых, позволили прогнозировать их структурно чувствительные свойства. Огромный опыт исследования самых разных пористых материалов давно уже выделил ограниченный набор основных параметров пористой структуры, который чаще всего оказывается достаточным для решения практических задач. К этим параметрам относятся: общий объем пор, объемы их отдельных разновидностей, характеристические размеры пор, и распределение их по размерам,
внутренняя поверхность пористой системы. Определение указанных параметров связано с очень сложной экспериментальной аппаратурой. Общий объем пор характеризуется двумя величинами: пористостью и удельным суммарным объемом. В общем случае суммарные объемы пор складываются из объемов открытых пор, связанных с внешней поверхностью пористого тела, и изолированных замкнутых пор.
Внутренняя поверхность пористых тел, образованная поверхностью структурных частиц или пор как граница раздела Т-П, является мерой дисперсности пористой системы. Она характеризуется удельной поверхностью, отнесенной к единице массы пористого тела-8уд или его объема-8у и выражаемой в м2/г или м2/см2-для высокодисперсных пористых материалов - и см2/г или см2/см3 - для грубодисперсных систем. Связь между 8уд и 8У определяется соотношением 8У = р8уд, где р кажущаяся плотность пористого тела.
Строение натуральных кож в зависимости от вида характеризуется типом вязи коллагеновых волокон, пористостью, капиллярностью. В свете современных представлений о механизме эмульсионной пропитки капиллярно-пористых тел процесс обработки кож водным полимерным раствором можно представить как состоящий из нескольких стадий.
В случае средней пористости кожи процесс обработки описывается массопереносом вещества по капиллярной системе, сопровождаемым его диффузией через стенку, окружающую капилляр. Обработанная УЗ дисперсия проникает в капиллярнопористую систему (кожу), при этом диффузия водной дисперсии внутрь элемента пористой структуры приводит к уменьшению размеров капилляров. Затем через стенки происходит молекулярная диффузия в направлении, перпендикулярном первоначальному диффузионному потоку. Массоперенос по капиллярной системе (1:) объясняется двумя состояниями: капиллярным течением по пористой структуре, скоростью заполнения капилляров, которое оценивается уравнением:
Л / йт = 2 с г 0080 / 8п И,
где И- высота поднятия жидкости; с - поверхностное натяжение, н/м; г - радиус капилляра, м; 0 - краевой угол смачивания; п - вязкость жидкости.
Диффузия водной дисперсии идет в поверхностные слои через стенки капилляров по закону Фика, на основе которого построена модель процесса диффузии полимерных растворов в капиллярнопористые тела:
ди/дт = д/дх[Б(и) ди/дх]^ди / дх + Б , где и - концентрация полимера; V - скорость макроскопического движения раствора в порах -функция, зависящая от режимов УЗ - обработки; Б -коэффициент диффузии- функция, зависящая от текущей концентрации, вязкости, температуры раствора и ряда других качественных параметров кож, вид его определяется из эксперимента.
Задача дополнена граничными и начальными условиями: при т = 0 и = 0; при х = 0 и = и0; и0 -константа, значение которой определяется текущей вязкостью п0, температурой процесса, временем процесса, экспериментально установлено, что живучесть дисперсии при УЗ- обработке - 30 - 50 минут. В дальнейшем влага удаляется. Операция сушки также описывается на основе закона Фика.
Модель позволяет определить оптимальный для заданного сезона концентрационный профиль полимерной дисперсии, обеспечивающий высокую прочность при одноосном растяжении, износостойкость натуральных кож.
Таким образом, физическая модификация УЗ позволяет значительно повышать скорость технологических процессов переработки шкур и отделки кожи, при этом улучшаются гигиенические и эксплуатационные свойства конечного продукта.
Литература
1. Зурабян К.М. Материаловедение изделий из кожи/ К.М. Зурабян, Б.Я. Краснов, М.М. Бернштейн. -М.:Легпромбытиздат, 1988. -416 с.
2. Жихарев А.П. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности/ А.П. Жихарев, Д.Г. Петропавловский, С.К. Кузин, В.Ю.Мишаков. -М.: Акаде-мия,2004. -448 с.
© И. Г. Давлетбаев - канд. хим. наук, доц. каф. моды и технологии КНИТУ; А. А. Азанова - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; А. И. Сабирова - асп. той же кафедры, £шюп478@таП.га.
