CC BY
25
УДК 547.495
В. П. Тихонова, Г. Р. Рахматуллина, Р. Ф. Ахвердиев, К. Гатауллина
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ НА ОТМОЧНО-ЗОЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРГАМЕНТА ИЗ ШКУР КОЗЫ
Ключевые слова: плазма пониженного давления, пергамент, отмока, золение, температура сваривания.
В работе установлена возможность модификации шкур коз перед процессом отмоки потоком неравновесной низкотемпературной плазмы в технологии производства пергамента. Найдены наилучшие режимы плазменной обработки в отмочно-зольных процессах. Установлено повышение содержания влаги и снижение температуры сваривания модифицированных образцов, что свидетельствует о структурных изменениях дермы шкур коз при плазменной модификации.
Key words: low pressure plasma, parchment, soaking, liming, welding temperature.
The possibility of modifying the skins of goats before the process of soaking by the flow of nonequilibrium low-temperature plasma in the technology of parchment production is established in the work. Found better modes of plasma treatment in soaking and liming processes. It has been established that an increase in the moisture content and a decrease in the temperature of welding of modified samples, which indicates structural changes in the derma of goatskins under plasma modification.
Введение
Пергамент - это наноструктурированный материал, обладающий уникальной прочностью и сохранностью благодаря иерархической организации молекул фибриллярного коллагена, составляющих его основу и объединенных в фибриллы. Пергамент является результатом специальной обработки шкур крупного рогатого скота, свиных, коз, овец и т.д. До изобретения бумаги, пергамент был основным материал для письма и изготовления книг. На пергаменте были написаны почти все основные письменные памятки средних веков России и также Европы [1].
В период зарождения печатного дела был короткий период, когда пергамент и бумага использовались взаимозаменяемо.
Бурный рост книгопечатания в Средние века привел к сокращению использования пергамента, так как его цена и сложность изготовления, а также объем производства уже не удовлетворяли потребностей издателей. С тех пор и по наши дни пергамент стал использоваться в основном художниками, для книгоиздания же — лишь в исключительных случаях для реставрации. Пергамент также используется для деталей ткацких станков, для приводных ремней в качестве сшивки и для музыкальных инструментов, бубнов и маракасов.
Технология производства пергамента заключается в сохранности природного белка шкуры, при этом
отмочно-зольные процессы являются определяющими при создании специфической структуры по сравнению с классическими кожами в зольном цехе, и как следствие наиболее прочными.
В данной работе рассмотрена возможность применения неравновесной низкотемпературной плазмы (НТП) в отмочно-зольных процессах производства пергамента для музыкальных инструментов из шкур коз.
Экспериментальная часть
В качестве объекта исследования выбраны шкуры коз, которые наиболее часто используются для музыкальных инструментов.
Для изучения влияния неравновесной низкотемпературной плазмы на свойства пергамента выбраны девять режимов плазменной обработки шкур козы, отличающиеся друг от друга показателями мощности заряда ^р), напряжением (и) и силой тока (I), остальные параметры оставались постоянными, а именно продолжительность обработки плазмой давление (Р) и расход газа В качестве плазмообразующе-го газа использовался аргон [2].
Исследования проводились на шкурах козмокро-солёного способа консервирования. Образцы шкур перед процессом отмоки подвергались обработке неравновесной низкотемпературной плазмой в 9 режимах, представленных в таблице 1.
Режимы Мощность WD, кВт Напряжение, U, кВ Сила тока I, А Продолжительность t, мин Давление P, Па Расход газа G, г/с
1 0,10 1,5 0,28 3 26,6 0,04
2 0,35 2,0 0,30 3 26,6 0,04
3 0,53 2,5 0,35 3 26,6 0,04
4 0,77 3,0 0,40 3 26,6 0,04
5 1,08 3,5 0,50 3 26,6 0,04
6 1,30 4,0 0,55 3 26,6 0,04
7 1,55 4,5 0,63 3 26,6 0,04
8 1,80 5,0 0,70 3 26,6 0,04
9 1,90 5,5 0,75 3 26,6 0,04
Таблица 1 - Режимы обработки шкур козы неравновесной низкотемпературной плазмой
Результаты и их обсуждения
Для изучения влияния неравновесной низкотемпературной плазмы на отмочно-зольные процессы производства пергамента из шкур коз проводили технологические процессы по следующей схеме: взвешивание сырья^- отмока ^ промывка ^ золение ^ промывка ^ обеззоливание ^ промывка ^ обработка ПАВами ^ промывка ^ сушка.
Критерием влияния НТП на структуру дермы в от-мочно-зольных процессах служилипоказатели температуры сваривания и содержание влаги в шкуре.
Результаты по изменению вышеперечисленных показателей при обработке в 9 режимах плазменной модификации представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Влияние НТП на температуру сваривания и обводненность шкуры козы
Режимы Темпе- Темпе- Со- Темпе-
обработ- ратура ратура держа- ратура
ки НТП свари- сварива- ние свари-
вания ния по- влаги вания
до от- сле от- после после
моки , моки, 0С от- золения,
0С моки, % 0С
Режим 1 61,0 70,0 51,5
Режим 2 61,8 67,0 46,0
Режим 3 62,5 71,0 41,0
Режим 4 63,3 69,2 46,0
Режим 5 64,0 67,6 44,0
Режим 6 62,0 65,5 69,0 41,5
Режим 7 61,0 64,8 45,0
Режим 8 62,6 70,8 47,0
Режим 9 64,0 67,4 39,0
Контр. 63,5 64,0 44,0
Наглядно зависимость температуры сваривания после процессов отмоки и золения от режима обработки НТП показана на графике (рис. 1).
Температура, °С
после отмоки
Режим обработки НТП
Рис. 1 - Зависимость температуры сваривания образцов из шкуры козы после процессов отмоки и золения от режимов обработки НТП
Диаграмма зависимости температуры сваривания шкуры козы в технологических процессах от режима обработки НТП показывает влияние плазмы на структуру дермы. Плазменная обработка по разным режимам шкур коз в сырье перед процессом отмоки при сравнении с показателями температуры сваривания контрольного образца, необработанного НТП
показала, что плазменная модификация не оказала существенного влияния на процесс отмоки, а именно не произошло значительного разделения структуры. Однако после процесса золения у образцов обработанных неравновесной низкотемпературной плазмой происходит снижение температуры сваривания на 3-50С, что связано с дополнительным разделением структуры дермы. Наилучшие результаты достигнуты в 3,6 и 9 режимах.
Контроль процесса отмоки проводился по показателю содержания влаги. В этом случае наилучшие результаты достигнуты в 3 режиме и составляет 71%.Содержание влаги в сырье после отмоки контрольного образца составляет 64%, что говорит о незначительном разделении структуры и плохом удалении из структуры дермы растворимых межволоконных белков. После обработки НТП содержание влаги в шкурах коз повысилось в среднем на 7%, что, вероятно, связано с увеличением количества средних пор и уменьшением мелких пор в структуре дермы шкур козы.
Пергамент является природным материалом и на 95% состоит из коллагена, также в нем присутствуют эластин, ретикулин, жиры и минералы. Молекулы коллагена, сформированные в виде фибрилл, образуют волокна, в промежутке между которыми — пустоты. Рельеф поверхности пергамента, как с лицевой, так и мездровой стороны, образован колла-геновыми волокнами и фибриллами, ориентированными в различных направлениях.
По сравнению с другими видами кожевенного сырья и, в частности со шкурами овчины, шкуры козы имеют свои специфические особенности. Кожи, вырабатываемые из шкур козлины по прочности, плотности, растяжимости значительно превосходят аналогичные кожевенные полуфабрикаты из шкур овчины и шкур других мелких видов животных [3].
На долю эпидермиса приходится 2-4 % толщины шкур коз. Он ровно, без заметных сосочков, покрывает дерму. В местах выхода волос эпидермис образует небольшие воронки. Базальная мембрана развито сильно, что определяет прочность лицевого слоя кож, выработанных из коз. Дерма резко разделяется на сосочковый и сетчатый слои. Толщина сосочко-вого слоя составляет 60-75% толщины дермы. Пучки коллагеновых волокон, толщиной 8-12 мкм, образуют в сосочковом слое плотные войлокообраз-ные сплетения.
Потовых желез меньше, чем в шкурах овец, а сами железы меньше по размерам. Плотное переплетение более толстых, чем в сосочковом слое, пучков коллагеновых волокон(20-40 мкм) образует плотную горизонтально-волокнистую вязь сетчатого слоя. Значительные жировые включения имеются главным образом в шкурах степных пуховых и шерстяных коз.
Благодаря указанным особенностям строения шкур коз вызывает интерес более внимательного рассмотрения лицевого слоя дермы, который непосредственно находиться под эпидермисом и определяет прочность пергамента, и всей дермы в целом.
На рис. 2-5 представленысрезы шкуры козы после
Рис. 2 - Микрофотографии среза контрольного образца (сырья) шкуры козы после процесса отмоки^ 217 раз)
Рис. 3 - Микрофотографии среза образца шкуры козы, обработанного плазмой по режиму 3 после процесса отмоки (х 217 раз)
Рис. 5 - Микрофотографии среза образца (голья) шкуры козы после процесса золения, обработанного плазмой по режиму 3 (х 217 раз)
Из рисунков видно, что образцы прошедшие плазменную модификацию в сырье имеют после процесса отмоки структуру более однородную, вероятно за счет усреднения пор структуры дермы под действием бомбардировки ионов плазмообразующе-го газа; после процесса золения - опытный образец имеет более разделенную структуру.
В результате проведенной работы установлено, что неравновесная низкотемпературная плазма влияет на структуру дермы шкур козы мокросоленого способа консервирования:
1. Увеличивается содержание влаги дермы после процесса отмоки на 7%, что вероятно связано с усреднением пор структуры шкур коз;
2. Уменьшается температура сваривания шкуры козы на 5 0С (по 3-му режиму) после золения, что скорей всего свидетельствует о сильном разделении структуры дермы.
Литература
1. Волков, В.А., Пурилов, И.З., Фридяков, А.А. Технология кожи / В.А. Волков, И.З. Пурилов, А.А. Фридяков. -М.: Изд-во Легкая индустрия, 1976. - 343с.
2. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно - струйная обработка материалов при пониженном давлениях. Теория и практика применения / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2000. - 348с.
3. Нестерова Д. Приусадебное животноводство /Учебное пособие/ Д. Нестерова - М.: Вече, 2004 - 400 с.
Рис. 4 - Микрофотографии среза контрольного образца (голья) шкуры козы после процесса золения (х 217 раз)
© В. П. Тихонова - к.т.н., доц. кафедры плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, Gulnaz-f@yandex.ru; Г. Р. Рахматуллина - д.т.н., проф. той же кафедры, Gulnaz-f@yandex.ru; Р. Ф. Ахвердиев - к.т.н., доц. каф. высшей математики КНИТУ, rust123@rambler.ru; К. Гатауллина - магистр каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, kadria2017@gmail.com.
© V. P. Tikhonova - Ph. D., associate Professor, plasma nanotechnology of high molecular weight materials, KNRTU, Gulnaz-f@yandex.ru; G. R. Rakhmatullina - doctor of Sciences, Professor of the Department of plasma and nano-technology of high molecular weight materials, KNRTU, Gulnaz-f@yandex.ru; R. F. Akhverdiev - Ph. D., Assoc. DEP. Mathematics of KNRTU, rust123@rambler.ru; K Gataullina - master plasma and nanotechnology of high molecular weight materials, KNRTU,kadria2017@gmail. com.
