CC BY
32
УДК 685.341.12 А. В. Шестов
ПОЛУЧЕНИЕ КОЖЕВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ С УЛУЧШЕННЫМИ ЗАЩИТНЫМИ
И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
Ключевые слова: кожа для верха обуви, защитные характеристики, кремнийорганические соединения, неравновесная
низкотемпературная плазма.
Традиционные методы производства кожевенных материалов на сегодняшний день не позволяют добиться получения гидрофобного кожевенного полуфабриката с требуемыми физико-механическими и гигиеническими свойствами. Для решения данной проблемы предложена технология получения кож для верха обуви с использованием кремнийорганических соединений и воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы.
Keywords: leather shoe uppers, protective characteristics, silicones, nonequilibrium low-temperature plasma.
Traditional methods of production of tanning materials for today does not allow for producing a hydrophobic semifinished leather with the required physical and mechanical and hygienic properties. To solve this problem, the technology of producing leather for shoe uppers, using silicone compounds the impact of nonequilibrium low-temperature plasma.
Введение
Несмотря на бурное развитие производства полимерных материалов в легкой промышленности, изделия из натурального сырья по-прежнему пользуются высоким спросом. Так, при надлежащем качестве исходного сырья и современной технологии производства, изделия из натуральной кожи отличаются уникальным сочетанием параметров потребительских характеристик. Тем не менее, традиционные методы производства кожевенных материалов на сегодняшний день не позволяют добиться получения гидрофобного кожевенного полуфабриката с требуемыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами, так как основным недостатком является то, что улучшение защитных свойств, как правило, сопровождается ухудшением других характеристик. Для решения данной проблемы, в настоящее время исследователями предлагается использование нетрадиционных методов обработки кожевенного полуфабриката, таких как применение ультразвука, сложной механической или химической обработки, применение плазмы: барьерного, тлеющего, разряда с жидким катодом, неравновесной
низкотемпературной плазмы (ННТП). Обработка кожевенных материалов при помощи ННТП является экологически безопасной,
низкоэнергозатратной, а также более эффективной по сравнению с традиционными методами обработки.
Таким образом, разработка технологии получения кожевенного полуфабриката из шкур крупного рогатого скота (КРС) с повышенными защитными, улучшенными физико-механическими, и гигиеническими свойствами за счет совместной обработки кремнийорганическими соединениями и ННТП является целью данного исследования. Работа выполнена в работы по теме №14.577.21.001 «Разработка технологии управления
микроструктурой натуральных материалов легкой промышленности для отраслей экономики Российской Федерации (энергетического,
строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплекса)».
Экспериментальная часть
В последние годы прослеживается тенденция увеличения спроса на натуральные кожи с повышенными защитными, в частности гидрофобными свойствами. Гидрофобизацию кож проводят на различных стадиях обработки и отделки. В частности для придания гидрофобного эффекта, кожи подвергаются различной химической обработке, которая должна обеспечивать устойчивый защитный эффект поверхности, сохраняя при этом высокие гигиенические и эксплуатационные свойства кож. В типах гидрофобизации выделяют объемную, при которой на поверхности образуется защитный эмульсионный слой, препятствующую проникновению воды в толщу материала. (азотсодержащие соединения, производные оксикарбоновых кислот,эфиры жирных кислот, и т.д.), и поверхностную,принцип действия препаратов для которой, основан на большемповерхностном натяжении, чем у воды (силаны, фторкарбоновые смолы,
полидиметилсилоксановые каучуки, соли металлов, комбинации солей алюминия с воском или парафином и т.д.).
В некоторых случаях для придания гидрофобных свойств кожевенным материалам на их поверхности создаютсямногослойные пленочные покрытия, технологический процесс создания которых отличается трудоемкостью за счет многоразового нанесения покрывной композиции, чередующегося с подсушиванием, прессованием, и
предусматривающий использование специального оборудования.
В качестве примеров гидрофобизирующих агентов можно привести парафины, силиконы, силаны, фторированные углеводороды и др., с этой же целью часто используют и катионные поверхностно-активные вещества. Процесс гидрофобизации с применением
кремнийорганических соединений заключается во
взаимодействии силанов с гидроксильными группами, всегда имеющимися в макромолекулах, в поликонденсации силанов с образованием полисилоксановой пленки. Обработка поверхности силанами приводит к эффективному метилированию поверхности, что обеспечивает ейдостаточно высокую гидрофобность. В то же время, применение в качестве гидрофобизатора кремнийорганических соединений, позволяет предотвратить образование плесени, придает кожевенному материалу антибактериальные свойства без ухудшения гигиенических показателей [1].
Повышение качества и конкурентоспособности продукции кожевенно-обувной, в новых условиях развития внутреннего рынка кожевенных товаров напрямую связано с решением целого ряда серьезных задач. Известно, что товарные свойства и потребительская ценность изделий из кожи во многом определяется характеристикамиисходного сырья, а именно - кожевенных материалов. При этом, повысить их качество можно за счет принципиального изменения технологии производства и отделки, использования инновационных разработок и составов, улучшающих показатели готовой продукции. При использование новых добавок для гидрофобизации, может быть достигнута почти абсолютная водонепроницаемость и высокая водостойкость поверхности, но, вместе с этим, часто ощутимо снижается показатель паропроницаемости, оказывающий непосредственное влияние на гигиенические свойства готовых изделий. Таким образом, актуальной проблемой, стоящей перед предприятиями легкой промышленности на сегодняшний день, является получение гидрофобных кожевенных материалов с улучшенными гигиеническими свойствами.
При этом известно, что использование в производстве натуральных кож обработки в ННТП позволяет улучшать качество производимой продукции комплексно. Кроме того, ННТП является одним из наиболее перспективных и доступных источников химически активных частиц -возбужденных молекул, свободных атомов и радикалов, ионов,электронов. Следовательно, при обработке очень важен выбор плазмообразующего газа. Установлено, что обработка плазмой с использованием различных плазмообразующих газов (аргона, кислорода, и смеси аргон-пропан), позволяет значительно увеличивать прочностные характеристики, одновременно с улучшением пластических характеристик, а также регулировать защитные свойства кожевенных материалов, путем варьирования режимов обработки и выбора плазмообразующего газа [2]. Плазменная обработка стимулирует структурные изменения в натуральном белковом материале, связанные с модификацией первичных и вторичных волокон. Поверхность плазменно-модифицированного материала обладает высокой гидрофобностью при одновременном улучшении гигиенических и физико-механических свойств [3].
В работе [4] предложена технология производства, включающая дополнительную обработку кожевенного полуфабриката раствором силана марки А-187 перед процессами сушки, в то же время, известно, что перспективным додубливанием кож является додубливание водорастворимыми полимерами, способными реагировать с функциональными группами коллагена и дубящими веществами. В результате реакции полимеры осаждаются на волокнах дермы, производя ее структурирование. Наличие в этих полимерах полярных групп позволяет сохранить уровень гигиенических свойств готовых кож. Кожи, додубленные силанами, отличаются хорошей наполненностью, равномерностью по топографии физико-механических характеристик, более высокой износостойкостью и водонепроницаемостью, устойчивостью к действию химических реагентов и различных микроорганизмов. В связи с чем, в традиционную технологию изготовления полуфабриката хромового дубления из шкур крупного рогатого скота (КРС), предложено ввести обработку силаном марки А-187 на этапе додубливания, для улучшения физико-механических характеристик полученных кож, перед отделочными процессами, включить обработку в ННТП.
По результатам оптимизации параметров ННТП обработки кож из шкур КРС в смеси плазмообразующих газов аргона и пропан-бутан (70^30) выбран режим обработки (мощность разряда - Wp=1,3кВт, время обработки - т = 9 минут, расход плазмообразующего газа - в=0,04г/с, давление в разрядной камере Рк=26,6Па), позволяющий получать кожи с повышенными защитными, улучшенными физико-механическими, и гигиеническими свойствами. В таблице 1 приведены данные об изменении физико-механических и защитных характеристик кож из шкур КРС в результате додубливания с использованием силана, ННТП и комплексной обработки.
Анализ результатов показывает, что показатели качества контрольной партии кож соответствуют показателям ГОСТ 939-88 «Кожа для верха обуви». Додубливание кожевенного полуфабриката с использованием силана марки А-187 приводит к увеличению прочностных характеристик кож из шкур КРС на 7%, в результате плазменной обработки - на 12,2%, и на 23% после комплексного воздействия. Время впитывания капли воды поверхностью кожи увеличивается в свою очередь на 41%, 33% и 86% соответственно. Одновременно увеличивается показатель гигроскопичности кож из шкур КРС на 20% в результате додубливания с использованием силана марки А-187, на 25% в результате плазменного воздействия при в=0,04г/с, Рк=26,6Па, Wp=1,3кВт, т = 9 минут и на 42% в результате комплексной обработки.
Таблица 1 - Изменение физико-механических показателей кож из шкур КРС в результате обработки силанами, ННТП и комплексной обработки
Наименование показателя Результаты испытаний контрольной партии Результаты испытаний образцов, додубленных с использованием силана Результаты испытаний образцов, обработанных HHTO (G=0,04rá, Рк=26,6Па, W^U^, т = 9 минут) Результаты испытаний образцов, прошедших комплексную обработку силаном и HHTO
Предел прочности при растяжении по коже, 10 МПа, не менее 1,87 2,0 2,1 2,3
Удлинение при напряжении 10 МПа по коже, % 20 25 23 28
Время впитывания капли воды, минут 360 510 480 670
Гигроскопичность, % 10,2 12,3 12,8 14,5
Литература
1. Шатаева Д.Р. Исследования влияния взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы и кремнийорганических соединений на физико-механические свойства кож из шкур КРС / Д.Р. Шатаева, Г.Н. Кулевцов, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета.-2014.- № 11.-С.73-75.
2. Абдуллин, И. Ш. Высокочастотный разряд в процессах наноструктурной модификации материалов/ И. Ш. Абдуллин, Ф. С. Шарифуллин // Вестник Казанского Технологического университета.-2012.-Т.15 № 13.-С.40-46
3. Рахматуллина, Г.Р. Гидрофобизация поверхности натуральных белковых материалов при воздействии неравновесной низкотемпературной плазмы/ Г.Р.Рахматуллина, И.Ш.Абдуллин, В.В.Кудинов// Физика и химия обработки материалов.- 2009.- №6.-С.16-18
4. Шатаева Д.Р. Получение кожевенных материалов из шкур овчины и КРС с улучшенными гигиеническими свойствами при помощи обработки ННТП и кремнийорганическими соединениями / Д. Р. Шатаева, Г.Н. Кулевцов, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета.-2014.- № 11.-С.86-88.
© А. В. Шестов - к.э.н., докторант кафедры ПШ'ВМ КИИТУ, доцент кафедры МП МГУТУ им. К.Г. Разумовского, [email protected].
© A. V. Shestov - Ph.D., doctoral, Department of Plasma-chemical and macromolecular materials of nanotechnology, KNRTU, Associate Professor, Department of Management and Entrepreneurship, MSUTM, [email protected].
