CC BY
39
ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 675.6.02
Г. Н. Кулевцов, Т. В. Жуковская, Л. М. Миннулина
К ВОПРОСУ О СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ
ВОЛОСЯНОГО ПОКРОВА МЕХОВОЙ ОВЧИНЫ
НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ
Ключевые слова: эстетические свойства, натуральный мех, технология, обработка, неравновесная низкотемпературная плазма, комплексная обработка.
Известно, что одним из способов комплексного улучшения свойств натуральных кож и меха является обработка неравновесной низкотемпературной плазмой (ННТП). Проведенные ранее исследования показали, что обработка ННТП позволяет целенаправленно регулировать свойства данных материалов. На основе полученных результатов, рассмотрена возможность совершенствования технологии облагораживания волосяного покрова меховой овчины на основе комплексной обработки с применением ННТП.
Key words: aesthetic properties, natural fur, technology, processing, nonequilibrium low-temperature plasma, complex treatment.
It is known that one of the ways of complex improvement of the properties of natural leathers and fur is the treatment with a nonequilibrium low-temperature plasma (NLTP). Previous studies have shown that the processing of NLTP can purposefully regulate the properties of these materials. On the basis of the results obtained, the possibility of improving the technology for upgrading the hair cover offur sheepskin on the basis of complex processing using NLTP was considered.
Введение
Технология меха постоянно развивается по мере накопления теоретических знаний естественных наук, практического опыта, выпуска новых машин и аппаратов, и состояния экономики. Поэтому существующая форма технологического процесса никогда не рассматривается как окончательная, на определенных этапах установившиеся процессы заменяется новыми, более прогрессивными. Это происходит вследствие открытия новых закономерностей процессов, углубления знаний механизма химических, физико-химических процессов, благодаря новым данным в строении применяемых веществ и новой организации производства.
Безусловно, одним из основных свойств меха, является теплозащитные, однако, не менее важным являются и его эстетические свойства, во многом определяющие стоимость как самого меха, так и изделия в целом. К эстетическим свойствам относятся: блеск волосяного покрова, его цвет, мягкость, густота. Блеск характеризует способность волоса отражать световые лучи, различают следующие виды блеска: сильный, средний, слабый, матовый, стекловидный. Оценка блеска производится органо-лептическим методом. Длина волоса влияет на эстетические и теплозащитные свойства, износостойкость изделия. Чистые натуральные цвета волосяного покрова встречаются очень редко. Естественная окраска со временем изменяется в результате старения кератина и разложения пигмента. Мягкость зависит от строения стержня волоса, отношения толщины стержня волоса к его длине, количественного соотношения кроющих и пуховых волос, степени их
развития и толщины. Мягкость волосяного покрова определяют органолептически.
Несомненно, наиболее высокими эстетическими показателями обладает пушнина, однако, мех овчины тоже всегда ценился как непревзойденный универсальный материал, обладающий массой положительных характеристик. Этот материал обладает прекрасными теплозащитными свойствами, практичностью, универсальностью и износоустойчивостью, но эстетические характеристики его не очень высоки, так как волосяной покров меховой овчины извит, лишен блеска. Для придания выпускаемой продукции необходимого товарного вида, применяется технология облагораживания. Облагораживание заключается в том, что волосяной покров выпрямляют, придают ему блеск и закрепляют в выпрямленном состоянии.
Исследовательская часть
Выпрямление волосяного покрова достигается благодаря комплексу пластифицирующих обработок - кислотно-спиртовой, и последующего глажения. Однако, такая обработка имеет обратимый характер, и для структурирования и фиксации волоса в выпрямленном состоянии используются формальдегиды. В этом случае, волос в выпрямленном состоянии фиксируется благодаря взаимодействию реакционных групп кератина волоса с формальдегидом, отличающимся высокой реакционной способностью.
Взаимодействие формальдегида при облагораживании волосяного покрова проявляется в основном с кератинами кутикулярного и коркового вещества по месту основных азотосодержащих, гидрок-силсодержащих и цистеиновых остатков, в резуль-
тате чего образуются новые поперечные метилено-вые связи, фиксирующие волос в выпрямленном состоянии по схеме:
При этом фиксация волоса в выпрямленном состоянии достигается путем нанесения на волосяной покров водного раствора формальдегида в кислой среде с последующим глажением при температуре 200-210 С°.
Данный метод позволяет значительно улучшить эстетические показатели меха овчины, однако он имеет ряд недостатков, основным из которых, является большой расход формалина. Незначительная часть формалина вступает в химическое взаимодействие с волосом, а остальная переходит в атмосферу, загрязняя окружающую среду, создавая тяжелые условия труда рабочих, вызывая профессиональное заболевание астмой.
Для улучшения условий труда, применяется совмещенный формальдегидный метод, основанный на совмещении пластификации и стабилизации волоса в выпрямленном состоянии. Последнее достигается нанесением на волосяной покров раствора, содержащего минеральную кислоту (серная), формалин и спирт, с последующим глажением [1].
Совмещенный сернокислотный метод облагораживания, наряду с преимуществом (оздоровления условий труда) имеет ряд недостатков: главный из которых - значительное повреждение структуры волоса.
Известен также уротропиновый метод облагораживания, который основан на взаимодействии кератина волоса с формальдегидом, выделившимся в результате гидролиза уротропина в кислой среде в момент глажения при высокой температуре [2].
(СН2) 6^ + 4На +6 Н20 —>■ 6СН20 + 4NH4CL
Метод основан на принципе формальдегидного облагораживания, но с применением уротропина, при этом, загазованность производственных помещений значительно ниже, что улучшает санитарно-гигиенические условия труда. Однако волосяной покров меховой овчины, имеет не такое высокое качество, как после применение формальдегида.
Авторами [3] предложен метод облагораживание с применением солей меди, основанный на взаимодействии функциональных групп кератинов волоса с солями меди в щелочной среде, что способствует упрочнению структуры волоса благодаря дополнительным поперечным связям кератинов.
Данный метод заключается в том, что окрашенную меховую овчину обрабатывают в ванне, содержащей метабисульфит натрия, а затем после промывки обрабатывают сульфатом меди в щелочной среде при рН 10,2. После, овчину отжимают, жиру-
ют, сушат, откатывают, разбивают по кожевой ткани, волосяной покров намазывают смесью спирта этилового и уксусной кислоты. Глажение проводят при температуре 170-190 С. Однако, установлено, что при проведении процессов облагораживания меха по данному методу несколько снижается качество крашения волосяного покрова.
Разработан так же, способ облагораживания соединениями хрома [4]. Сущность метода заключается в окислительно-востановительном воздействия хромпика на кератин волоса. Облагораживание по данному методу проводится по схеме раздельного метода: выпрямление волосяного покрова путем намазок кислотно-спиртовым раствором с последующим глажением и фиксацией волоса в выпрямленном состоянии путем окуночного хромирования с последующим глажением.
Фиксация волоса в выпрямленном состоянии достигается благодаря окислительному воздействию хромпика в кислой среде на кератины волоса. На первой стадии хромирования образующаяся бихро-мовая кислота взаимодействует с основными группами кератина с образованием шерстобихромата.
Затем, в момент глажения при температуре 180190 С° идет окисление кератинов волоса шестивалентным хромом, который сам восстанавливается и взаимодействует с продуктами окисления кератинов, образовывая новые прочные связи, удерживающие волос в выпрямленном состоянии.
По всей вероятности, в процессе хромирования при облагораживании образуются устойчивые комплексные соединения с электровалентной связью между анионными комплексами хрома и ионизированными аминогруппами кератинов. В результате термического воздействия (в момент глажения) в хромированном волосе может происходить более интенсивное скрепление молекулярных цепей.
Для получения волоса хорошего качества достаточно двух намазок и двух глажений. После глажения хромированной овчины волосяной покров не подстригается, так как в момент глажения волос фиксируется в выпрямленном состоянии, а не вытягивается. Установлено, что данный метод позволяет добиться результатов, близких к методу формальде-гидного облагораживания, так расправленная часть волоса уступает на 7%, а выпрямленная - на 1%.
Таким образом, можно заключить, что наилучших показателей эстетических свойств, позволяет добиться метод облагораживания с использованием формальдегидов, что, однако, не уменьшает его негативного воздействия на окружающую среду.
В связи с этим представляет интерес разработка технологии с использованием модификации волосяного покрова меха при помощи неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП) на этапе отделочных операций, с целью придания заданных потреби-
тельских свойств при единовременном улучшении физико-механических характеристик готовых меховых изделий, не ухудшая при этом экологическую обстановку, так как известно [5 - 8], что под действием плазменной обработки происходят:
- модификация поверхности кутикулы, объемная модификация пор между чешуйками кутикулы, а также порового пространства в сердцевинном слое. Подобное воздействие может вызвать травление поверхности кутикулы (частичное разрушение эпи-кутикулы); развитие пористости кутикулы («раскрытие» чешуек) и развитие пористости коркового слоя со стороны сердцевины;
- модификация кутикулы, сердцевины волокна плюс объемная модификация пор в области клеточных ядер кортекса;
- дополнительная объемная ННТП модификация частично свободных щелевидных межклеточных пор за счет процессов пробоя. Данное воздействие может привести к поляризации поверхности, улучшению проницаемости клеточных мембран, дополнительному развитию пористости между клетками кортекса.
Таким образом, достоинством применения плазменных технологий в меховом производстве является улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств кожевой ткани, сохранение блеска и шелковистости волосяного покрова, а также экологически щадящее воздействие на окружающую среду.
В настоящее время в рамках сотрудничества с предприятием «Золотое руно» на кафедре ПНТВМ ведутся разработки в области совершенствования технологии облагораживания в направлении поиска новых веществ для замены формальдегида.
На первом этапе исследования установлено, что ННТП модификации в режиме: мощность разряда -Wp=1,3кВт, время обработки - т = 5 минут, расход плазмообразующего газа аргон - G=0,04г/с, при давлении в разрядной камере Рк=26,6Па, позволяет закрепить структуру волоса в выпрямленном состоянии. Так, при сравнении образцов, полученных по технологии облагораживания с использованием формальдегида, образцов прошедших глажение с применением кислотно-спиртового раствора и образцов, прошедших глажение и последующую ННТП обработку, обнаружено, что исходные эстетические свойства образцов идентичны. Однако после выдерживания в условиях 100% влажности воздуха, образцы, прошедшие облагораживание формальдегидом, восстанавливают 38% извитости, образцы, обработанные ННТП - 75%, а образцы прошедшие только операцию глажение - 91% извитости волоса (табл. 1). В связи с чем, в кислотно-спиртовой раствор перед глажением и плазменной обработкой, в первом случае добавляли 2% раствор наночастиц серебра С^=0,3%, а во втором - 2% раствор силана марки А-187.
Установлено, что обработка ННТП позволяет сохранить выпрямленным, волос при воздействии влажной среды в 2,8% раза лучше, чем без дополнительного структурирования. При этом, включение в кислотно-спиртовой раствор 2% раствора наноча-
стиц серебра, позволяет улучшить данный показатель еще в 2,2 раза, а раствор силана - только в 1,6 раза. Однако, экспериментальные образцы уступают образцам, полученным с использованием формальдегида (образец, полученный с использованием комплексной обработки с использованием раствора наночастиц серебра - на 12%).
Таблица 1 - Сравнение экспериментальных данных по технологиям облагораживания волосяного покрова меховой овчины
Технология облагораживания Длина в выпрямленной части волоса
Исходная После выдерживания при 100% влажности
с формальдегидом 6,8 4,2
только глажение 6,1 0,6
глажение + ННТП 6,6 1,7
серебро (2%) +глажение + ННТП 6,6 3,7
силан (2%) + глажение + ННТП 6,5 2,8
На следующем этапе исследования необходимо рассмотреть влияние предложенных технологий на физико-механические и эстетические свойства полученных материалов.
Литература
1. Акимова Т.В. Некоторые изменения свойств волоса овчины при формалиновых обработках // Научно-исследовательские труды НИИМП. - М. 1950. - №1 - С. 25.
2. Матюшина Е.В. Исследование свойств волосяного покрова облагороженной овчины / Е.В. Матюшина, Н.М. Рыбовалова // Научно-исследовательские труды НИИМП. - М. 1955. - №6. - С. 96.
3. Матюшина Е.В. Влияние процессов облагораживания на волосяной покров меховых овчин / Е.В. Матюшина, З.Н. Чарухина, А.М. Зыбин, Н.И. Клягина // Научно-исследовательские труды ВНИИМП. - М. 1964. - №13. -С. 3.
4. Рыбовалова Н.М. Облагораживание волосяного покрова меховой овчины с применением соединений хрома // Научно техническое общество легкой промышленности. - М. 1969. - С. 19 - 26.
5. Фукина О.В. Улучшение потребительских свойств меховой овчины с помощью использования в процессе ее выделки плазменных технологий / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш. Абдуллин // Развитие российского рынка товаров и услуг для государственных нужд: сб. материалов научной конференции. - М: РЭА им. Г.В. Плеханова, 2008. С.176-179.
6. Абдуллин И.Ш. Повышение качества меховых материалов за счет плазменной модификации / И.Ш. Абдуллин, Е.А. Панкова [и др.] // Научная сессия КГТУ. - Казань,
2008. - С. 304
7. Вознесенский Э.Ф. Структурные аспекты модификации натурального кератинсодержащего материала в плазме ВЧ-разряда пониженного давления / Э.Ф. Вознесенский, Ф.С. Шарифуллин, И.В. Красина, И.Ш. Абдуллина // Вестник Казанского технологического университета. -
2009, № 5. - С. 426-429.
8. Абдуллин И.Ш. Исследование влияния наночастиц серебра на качество мехового полуфабриката в процессах выделки / И.Ш. Абдуллин, Е.А. Панкова [и др.] // Научная сессия КГТУ. - Казань, 2009. - С. 273
9. Панкова Е.А. Исследование возможности повышения эстетических и эксплуатационных характеристик меха / Е.А. Панкова, И.Ш. Абдуллин, В.А. Усенко / Сборник материалов III Международной научно-практической конференции «Современные экологически безопасные технологии производства кожи и меха». - Киев. - 2010. - С.60-61
10. Кулевцов Г.Н. Влияние наночастиц серебра на гидрофобные свойства мехового материала / Г.Н. Кулевцов, Г.Р. Николаенко, Д.Р. Шатаева // Плазменные технологии исследования, модификация и получения материалов различной физической природы: Международная научная конференция: Сборник материалов конференции. - Казань, Изд-во КНИТУ. - 2012. - С.181-182.
11. Кулевцов Г.Н. Взоможность применения растворов силана марки А-187 для повышения водоотталкивающих свойств мехового велюра / Г.Н. Кулевцов, Д.Р. Шатаева // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - №13. - С.70-71.
© Г. Н. Кулевцов - д.т.н., профессор кафедры ПНТВМ, ФГБОУ ВПО КНИТУ; Т. В. Жуковская - к.т.н., доцент кафедры КОиО, ФГБОУ ВПО КНИТУ; Л. М. Миннулина - магистрант кафедры ПНТВМ, ФГБОУ ВПО КНИТУ, zinnatova92@bk.ru.
© G. N. Kulevtsov - Ph.D., professor of the department PCMNM, KNRTU; T.V. Zhukovskaya - Ph.D., associate professor, CCF, KNRTU, sapr415@mail.ru; L. M. Minnullina - undergraduate of the department PCMNM, KNRTU, zinnatova92@bk.ru.
