CC BY
38
И. Ш. Абдуллин, Л. Ю. Махоткина, Г. Р. Фахрутдинова,
Г. И. Гарипова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОТОКА ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ И ОТДЕЛОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ
В последние годы все шире применяются электрофизические методы модификации свойств материалов, включая воздействие потока высокочастотной (ВЧ) плазмы пониженного давления. В данной работе исследовано влияние ВЧ-плазмы на свойства натуральной кожи на разных стадиях изготовления.
В наши дни значительно возросла популярность изделий из натуральной кожи. Повышенный интерес к продукции кожевенных предприятий требует увеличения выпуска качественной кожи с новыми улучшенными потребительскими показателями. Ассортимент и качество изделий из кожи в значительной степени зависят от качества применяемого сырья, химических реагентов и технологии изготовления.
Добиться улучшения эксплуатационных и потребительских свойств кожи, а также улучшения внешнего вида можно путем модификации свойств материала в процессе производства на разных стадиях и в процессе отделки. Однако традиционные методы модификации свойств натуральной кожи создают ряд проблем, важнейшими из которых являются дефицит сырьевых ресурсов и загрязнение окружающей среды. Кроме того, существенным недостатком известных способов обработки является то, что улучшение одного параметра кожевенного материала сопровождается, как правило, ухудшением других свойств.
В качестве перспективного метода модификации полимерных материалов в настоящее время все больше применяются электрофизические методы, в том числе воздействие потока высокочастотной плазмы пониженного давления. Плазменная обработка включает целый ряд процессов, приводящих к изменению не только физико-механических и физических свойств волокон дермы, но и структуры поверхностных и глубинных слоев высокомолекулярных материалов. Ее применение позволит при подготовке и отделке кожи сохранять ценнейшие качества материала.
В данной работе исследована возможность использования объемной обработки полуфабриката на стадиях подготовительно-дубильных и отделочных процессов в потоке плазмы высокочастотного разряда при пониженном давлении с целью интенсификации и повышения качества проведения заключительных процессов.
Объектом исследования служило сырье мокросоленого способа консервирования и дубленый хромовый некрашеный полуфабрикат натуральной кожи из бычины. Для уменьшения разброса параметров исходные образцы брали с одних и тех же топографических участков и из одной партии. Образцы контрольного варианта воздействию ВЧ-плазмы не подвергались, но в остальном выработаны по методике [1], как и опытные образцы.
После обработки сырья ВЧ-плазмой изучалось изменение следующих свойств:
1. содержание влаги (обводненность) кожевенных образцов в процессе отмоки;
2. температура деструкции в процессе дубления;
3. выбираемость солей хрома по оптической плотности.
Одним из основных процессов кожевенного производства является процесс обводнения кожевенного сырья - отмока. Полностью обводненная дерма содержит 65-80% воды от массы сухого белка. В процессе отмоки происходит увеличение внутренней поверхности структурных элементов дермы и изменение физико-химических свойств. В обводненном состоянии она легко подвергается дальнейшим химическим и механическим обработкам.
Отмока опытных образцов проводилась в дистиллированной воде после воздействия ВЧ-плазмы, контрольных образцов - в растворе карбоната натрия и неонола. Содержание влаги определялось через каждый час путем высушивания образцов. Полученные значения параметров обводненности представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Изменение содержания влаги в ходе процесса отмоки
Образцы Содержание влаги Н, %
кожи нач. через 1 час через 2 часа через 3 часа через 4 часа через 5 часов через 6 часов
Контрольные 52.3 54.2 57.3 59.1 60.1 62.3 65.1
Опытные 52.3 60.1 64.3 65.1 67.3 68.5 69.8
Из таблицы 1 видно, что уже через три часа у опытных образцов содержание влаги достигает необходимой величины (65-70 %). В связи с этим на стадии отмоки можно отказаться от применения ПАВ, вызывающих ионизацию активных групп коллагена, разрушающих электровалентные и водородные связи, исключить из технологического процесса предварительную промывку сырья проточной водой для удаления соли, препятствующей обводнению: регулировать температуру отмочной жидкости в широких пределах, не ухудшая свойств кожи.
Качество конечного продукта во многом определяется дублением. Дубление представляет собой структурирование белка дермы дубящим веществом. В ходе процесса дубители проникают в структуру дермы, взаимодействуют с функциональными группами полипептидных цепей белка, образуя между ними устойчивые поперечные связи. Происходит сшивка макромолекул белка. После дубления полуфабрикат становится пористым, волокна кожи теряют способность склеиваться при сушке. Увеличивается прочность при растяжении, устойчивость к гниению и действию повышенной температуры и ферментов. Термоустойчивость кожи характеризуется температурой деструкции.
Дубление проводили в растворе оксида хрома и карбоната натрия. Температуру деструкции определяли с помощью специального прибора по ГОСТ 938.25-73. Характер увеличения скорости температуры сваривания в ходе дубления после ВЧ-плазменной обработки аналогичен процессу отмоки.
Анализ выбираемости солей хрома из раствора определяли по изменению относительной плотности по фотоэлектрическому калориметру и переводу в концентрацию дубителя в рабочем растворе (г/дм3) в рабочем растворе. Результаты представлены на рис. 1.
Выбираемость оксида хрома кожей из дубящего раствора наиболее интенсивно идет первые 5 часов дубления, процесс дубления сокращается в 2 раза.
Большое практическое значение имеет взаимодействие кожевенных материалов с водными системами (растворы солей, красителей, аппретирующих и других средств). Сма-
20
у>
2
-5
и, 15
0
к
5
1 10
6 Н
О '
а
о
О 2 4 6 8 10 12 14
Продолжительность процесса 1, ч
Рис. 1 - Зависимость концентрации дубителя от продолжительности процесса дубления: 1 - контрольный образец; 2 - опытный образец
чивание коллагеновых волокон и материалов из них в процессе переработки является неотъемлемой частью технологических процессов.
Ввиду важности процессов взаимодействия кожевенных материалов с водными растворами проведено исследование влияния ВЧ-плазмы на смачиваемость образцов.
Изменение смачиваемости отслеживали по величине времени растекания капли дистиллированной воды, водного раствора прямого азокрасителя и условного диаметра, оставленного каплей на поверхности. Время растекания капли воды на поверхности кожевенного полуфабриката зависит от входных параметров плазменной установки и степени переработки кожи. С увеличением плотности тока в разряде время растекания капли уменьшается. Плазменное воздействие увеличивает смачиваемость по указанному показателю в 10-1000 раз. Аналогичные закономерности выявлены для диаметра растекания капли смачивающей жидкости на лицевой поверхности кожевенных материалов.
Для определения глубины проникновения смачивающей жидкости использовали водный раствор прямого азокрасителя. При плазменной обработке время растекания капли на недубленой коже уменьшается. С увеличением плотности тока в разряде время растекания капли раствора красителя увеличивается на лицевой поверхности. Присутствие красителя в полуфабрикате крашеном в отличие от некрашеного полуфабриката не изменяет зависимости смачиваемости от параметров плазменного воздействия. Эффекты времени впитывания капли воды и красителя и намокаемости кожи, обработанной ВЧ-плазмой, выше, чем у обработанных ПАВ. Интенсивность окрашивания изменяется по высоте среза. Более окрашен слой материала, прилегающий непосредственно к поверхности.
Одним из важных процессов, влияющих на качество готовой кожи (прочность окраски кожи, равномерность и светостойкость) является процесс крашения.
Крашение образцов проводилось в синий цвет с помощью анионового красителя концентрацией 23 г/дм3 . Контроль качества крашения осуществлялся по выбираемости красителя из раствора по изменению оптической плотности с помощью фотоэлектрического концентрационного колориметра КФК-2 по ГОСТ 211195-75. Образцы полуфабриката подвергали плазменной обработке, затем проводился процесс крашения по типовой технологии. В ходе исследования определены параметры W=1.8кВт, Р=26.6Па, О=0.04г/с, 1=3-5 мин.
Результаты изменения оптической плотности при обработке образцов ВЧ-плазмой предсталены на рис.2.
1,6
о н-------------------------------------------------------------
О 50 100 150 200
Продолжительность процесса 1, мин
Рис. 2 - Зависимость оптической плотности красильных ванн от продолжительности процесса крашения: 1 - контрольный образец; 2 -опытный образец после трехминутной обработки; 3 - опытный образец после пятиминутной обработки
С помощью калибровочного графика (табл. 2) определены изменения концентрации красителя в рабочем растворе в ходе процесса крашения до и после плазменной обработки.
Из рис. 2 и табл. 2 видно, что в теченииевсего процесса крашения обработка кожи ВЧ-плазмой способствует более высокой выбираемости красителя из раствора по сравнению с контрольным вариантом. По окончании процесса крашения проведена органолептическая оценка интенсивности окраски испытуемых образцов. Установлено, что образцы кожи, обработанные ВЧ-плазмой, имеют более глубокий, насыщенный, равномерный синий окрас по сравнению с контрольными образцами. Процесс крашения сокращается на 15-20%, снижается расход красителей.
Таблица 2 - Изменение концентрации красильных ванн в ходе процесса крашения
Образцы Концентрация красителя, г/дм3
красиль- ных нач. через 30 через 45 через 60 через 90 через 105 через 135 через 150 через 165 через 180
раство- ров мин мин мин мин мин мин мин мин мин
Кон- 23.0 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 14.6 4.7 2.5
трольные
Опытные 23.0 15.4 13.9 13.1 10.9 9.3 7.3 3.4 0.4 0.3
Таким образом, показан новый перспективный, высокоэффективный, экологически чистый метод обработки натуральной кожи, который ведет к созданию кожи с улучшенными свойствами, сокращению расхода химических реагентов, интенсификации подготовительно-дубильных процессов и сокращению продолжительности процессов крашения.
Экспериментальная часть
Работа проводилась на ВЧ-плазменной установке, состоящей из ВЧ-генератора, ВЧ- плазмотрона, системы газоснабжения, вакуумной камеры и измерительной аппаратуры. Установка настроена на емкостную нагрузку [2]. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон, расход газа 0.01-0.06 г/с, давление в разрядной камере 26.6 - 100 Па, время обработки 3-8 мин. Скорость откачки из вакуумной камеры 5-50 дм3 /с.
В кожевенном сырье изучалась степень обводненности методом сушки. Отбирались пробы сырья из огузочной части, подсушивались фильтрованной бумагой и нарезались на мелкие кусочки. Навеску из 5-10 г сушили под лампой инфракрасного излучения до постоянного веса.
Температуру деструкции определяли с помощью специального прибора по ГОСТ 1763-2-72. Вырезанную полоску размером 3х50 мм закрепляли на термометре резиновыми кольцами так, чтобы конец ее находился на уровне верхней части шарика с ртутью. Термометр укрепляли на штативе и помещали в стакан смеси глицерина и воды. Воду медленно нагревали (5 град в мин) и отмечали температуру, при которой полоска начинала изгибаться - температуру деструкции.
Смачиваемость определяли по времени растекания капли дистиллированной воды, водного раствора красителя и диаметру растекания капли воды или раствора на поверхности. Время проникновения воды, пропитывающих грунтов, композиций растворов красок определяли по времени с момента попадания рабочего раствора на поверхность полуфабриката до полного впитывания. Параллельно измеряли диаметр пятна, оставшегося после впитывания капли грунта.
Литература
1. БалбероваН.А. Справочник кожевника: технология. М.: Легпромбытиздат, 1996. 272 с.
2. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. Казань: Изд-во Ка-зан.ун-та, 2000. 348 с.
© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии кожи и меха КГТУ; Л. Ю. Махоткина - канд. техн. наук, доц. каф. технологии и конструирования швейных изделий КГТУ; Г. Р. Фахрутдинова - асп. каф. технологии кожи и меха КГТУ; Г. И. Гарипова - асп. той же кафедры.
