CC BY
8
УДК 67502:533.9
Э. Ф. Вознесенский, И. Ш. Абдуллин, А. К. Хайруллин ПЛАЗМЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ ТАННИДСОДЕРЖАЩЕГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Ключевые слова: растительное дубление, кожа, таннидсодержащее сырье, модификация, низкотемпературная
плазма, экстракция.
Приведены результаты экспериментальных исследований влияния плазменной модификации на структуру таннидсодержащего растительного сырья, качество и полноту экстракции танинов. Модификация проводилась в плазме ВЧ разряда пониженного давления. Результаты экспериментальных исследований демонстрируют потенциальную возможность применения плазменной обработки танинсодержащего растительного сырья для интенсификации экстракции дубящих веществ, однако при выбранном методе обработки увеличение массового выхода сухого экстракта не превышает 10 %
Keywords: vegetable tanning, leather, tannin-containing raw materials, modification, low-temperature plasma, extraction
The experimental results of the effect of plasma modification of the structure of the tannin -containing plant material, quality and completeness of extraction of tannins is presented. Modification was carried out in a low pressure RF-plasma discharge. The results of experimental studies demonstrate the possibility of a potential application of plasma treatment of tannin - containing vegetable raw materials for intensification of the extraction of tanning agents , but at the chosen method ofprocessing increase the mass entry of dry extract does not exceed 10 %
Сегодня в кожевенно-меховой отрасли возрастающей популярностью пользуются традиционные методы выделки. Такая тенденция связана, прежде всего, с высоким современным уровнем экологических норм. В данном направлении имеется ряд исследований, связанных с разнообразными аспектами процессов [1-6]. Исследована возможность применения низкотемпературной плазменной (НТП) обработки растительного танинсодержащего сырья перед процессами экстракции с целью более полной экстракции растворимых компонентов. В качестве объекта исследований использовалась кора дуба.
Известны работы по НТП обработке древесины [7] перед созданием композитов. Обработка вызывала развитие поверхности древесины, улучшение смачиваемости, увеличение адгезии. Обработка сорбентов в низкотемпературной плазме позволяет проводить очистку, развитие внутренней поверхности и обезвоживание. НТП методом, эффективно модифицирующим волокнистые и пористые органические сорбенты в не агрессивных температурных условиях, является высокочастотной емкостной разряд (ВЧЕ) пониженного давления.
В качестве объекта исследования выбран фармакологический препарат коры дуба. Обработка проводилась в опытно-промышленной ВЧЕ плазменной установке, описанной в источнике [8]. В качестве режимов выбраны: сила тока на аноде генераторной лампы ^ = 0,79 А; напряжение на аноде Ua = 6 кВ; расход плазмообразующего газа - аргона GAr = 0,04 г/с; давление в рабочей камере P = 26,6 Па; продолжительность обработки т = 10 мин. Навеска образца массой 20 г засыпалась в хлопчатобумажный тканный конверт, вакуумировалась в течение 30 мин, затем напускался рабочий газ - аргон и проводилась обработка. После обработки опытный образец помещался в герметичную тару и испыты-вался.
Морфология образцов коры исследована методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ), результаты приведены на рис. 1.
б
Рис. 1 - КЛСМ-изображение образцов коры: а - не обработанного образца; б - после НТП обработки
Результаты микроскопии демонстрируют разрыхление структуры древесины, вскрытие макро-и мезопор, что, предположительно, облегчит экстракцию водорастворимых продуктов.
Экспериментально установлено, что после плазменной обработки влагосодержание образцов снижается с 10-15 % до 5-7 %. С опытными и контрольными образцами проведены процессы водной экстракции. Образцы выдерживались при постоянной влажности до влагосодержания 15 % и помещались в аппарат Сокслета. Экстракция проводилась в
течение 3 часов. Продукты экстракции обезвоживались в ротационном испарителе и сушились при температуре 40-45 0С. Выход по массе сухого вещества у контрольного образца составил 2,49 %, у опытного - 2,75 %. Получены ИК-спектры продуктов экстракции (рис. 2).
500 1000 1500 гооо 2500 3000 3500
- Контрольный ----Опытный
Рис. 2. ИК-спектры образцов коры: а - не обработанного образца; б - после НТП обработки
ИК-спектры контрольных и опытных образцов демонстрируют колебания, характерные для полифенольных соединений танинов: 3369,453363,67 - связанная ОН-группа; 2935,49-2933,57 см-1 - валентные колебания СН ароматических групп; 2362,67-1717,55 см-1 - составные полосы; 1614,331610,47 см-1 - составные частоты бензольной группы; 1519,82-1517,89, 1448,46 - валентные колебания СС кольца; 1357,81-1346,24 см-1 - взаимодействие ОН- и СО-групп; 1290,31-1203,51 см-1 - СО-группа фенолов; 975,93-771,41 см-1 - деформационные колебания СН-групп; 651,90-518,82 см-1 - деформационные колебания связанных ОН-групп [9].
Таким образом, результаты экспериментальных исследований демонстрируют потенциальную возможность применения НТП-обработки та-нинсодержащего растительного сырья для интенсификации экстракции дубящих продуктов. Однако при обработке в текстильном конверте выигрыш массового выхода сухого экстракта не превышает 10 %, что не целесообразно в условиях промышленного производства. Следовательно, требуются дополнительные исследования подбора режимов
плазменного воздействия и специальных приспособлений для плазменной обработки сыпучих продуктов.
Литература
1. Золотова, С.В. Влияние физико-химической активации растворов органических дубителей на свойства и качество кож для низа обуви: автореф. дис... канд. техн. наук / С.В. Золотова. - М, 2001. - 16 с.
2. Hammond, R. Economic vegetable tanning / R. Hammond // Leather. - 1998. - N.11. - P. 69-74.
3. Чурсин, В.И. Влияние исходных компонентов на ко-жевенно-технологические свойства полимеррасти-тельных дубителей / В.И. Чурсин // Кожа и обувь. -2009. - №1. - С. 20-22.
4. Абдуллин, И.Ш. Перспективы применения плазменных методов в растительном дублении кож / И.Ш. Абдуллин, И.В. Красина, Э.Ф. Вознесенский, Е.О. Кормакова // Вестник казанского технологического университета. - 2012. - № 17. - С. 353-354.
5. Абдуллин, И.Ш. Интенсификация процесса растительного дубления за счет ВЧ-плазменной модификации материала / И.Ш. Абдуллин, Э. Ф. Вознесенский, И.В.Красина, Е.О. Кормакова // Вестник казанского технологического университета. - 2012. - № 22. -С. 46-47.
6. Абдуллин, И.Ш. Исследование микроструктуры кож хром-таннидного дубления, полученных с применением ВЧ-плазменной модификации сырья и полуфабриката / И.Ш. Абдуллин, Э. Ф. Вознесенский, И.В. Красина, В.С. Желтухин, Е.О. Кормакова // Вестник казанского технологического университета. - 2013. - № 3. - С. 48-51.
7. Вознесенский, Э.Ф. Общие принципы модификации натуральных волокнистых материалов различного происхождения в плазме ВЧ-разряда пониженного давления / Э.Ф. Вознесенский, Р.Р. Хасаншин, И.В. Красина, И.Ш. Абдуллин, Р.Р. Сафин // Вестник Казанского технологического университета. - 2009, № 5. - С. 304-307.
8. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов. - Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2000. - 348 с.
9. Сильверстейн, Р. Спектрометрическая идентификация органических соединений / Р. Сильверстейн, Г. Басслер, Т. Моррил. -М.: Мир, 1977. - 592 с.
© Э. Ф. Вознесенский - д.т.н., профессор кафедры плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов, КНИТУЪош1р@тай.га; И. Ш. Абдуллин - д.т.н, профессор, , зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов, проректор по научной работе КНИТУ, abdullin_i@kstu.ru; А. К. Хайруллин - студент кафедры плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов, КНИТУ, beckhenkel@mail.ru.
© E. F. Voznesensky - Doctor of Technical Sciences, Professor of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, KNRTU, howrip@mail.ru; 1 Sh. Abdullin - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of. «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, KNRTU, abdullin_i@kstu.ru; A. K. Khairullin - student of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, KNRTU, beckhenkel@mail.ru.
