CC BY
45
УДК 675.026.11
М. В. Антонова
ПОЛУЧЕНИЕ ШУБНОГО ПОЛУФАБРИКАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ
Ключевые слова: шубная овчина, низкотемпературная плазма, осветление.
В статье рассмотрено влияние низкотемпературной плазмы пониженного давления на процессы депигментирования шубных овчин. Найдены режимы плазменной обработки, позволяющие повысить качество процессов осветления.
Keywords: fur coat a sheepskin, the low temperature plasma, bleaching.
In the article influence of low temperature plasma decompressed is considered on the processes of bleaching of woolskins. The modes of plasma treatment, allowing increasing the quality the processes of bleaching.
В климатических условиях России широким спросом пользуются изделия из велюра. Качество велюра в главной степени определяется потребительскими свойствами кожевой ткани и волосяного покрова. Процесс получения равномерно окрашенного велюра из сырья с «пёстрой» или тёмной окраской волосяного покрова сильно затруднен. Поэтому в технологию выделки велюра вводят процесс депигментирования волосяного покрова.
Депигментацией достигается разрушение или устранение окраски волоса, зависящей от присутствия в нем красящих пигментов, известных под названием меланина. Для того чтобы добиться интенсивного разрушения пигмента, надо пользоваться в достаточной мере концентрированными растворами перекиси водорода [1].
Для повышения эффективности воздействия химических материалов в процессе осветления и последующих процессах крашения перспективным является применение физической модификации сырья. Одним из перспективных способов повышения качества воздействия на волосяной покров и кожевую ткань является их обработка в потоке высокочастотной плазмы пониженного давления, позволяющей комплексно повысить свойства волосяного покрова и кожевой ткани [2].
Работа направлена на создание технологии выделки велюра из «пёстрого» сырья и получения материала с улучшенными цветовыми характеристиками.
Целью работы является разработка процесса депигментирования волосяного покрова «:пёстрых» шкур овчины с применением высокочастотной (ВЧ) плазменной обработки в производстве велюра.
Для исследования закономерностей влияния плазменной обработки на колористические, структурные, физические и химические свойства, волосяного покрова и кожевой ткани использовались методы: фотоколориметрии, оптической, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.
В качестве объектов исследования использовались образцы шубной овчины с пигментированным волосяным покровом, прошедшие процесс пикелевания. Плазменную обработку проводили на ВЧ плазменной установке, состоящей из ВЧ - генератора, ВЧ -плазмотрона, системы газоснабжения, вакуумной камеры и измерительной аппаратуры.
Свойства волосяного покрова после процессов осветления оценивали по изменению показателя осветления, щелочной и кислотной емкости и растворимости, содержанию жировых и минеральных веществ и физико - механических свойств волоса. Для определения цветовых характеристик волосяного покрова использовали спектрофотометр Х-Rite Color Digital Swatchbook.
Исходя из полученных экспериментальных значений полученных на спектрофотометре, строились графики зависимости изменения показателя осветления от силы
тока на аноде, напряжения на аноде и времени воздействия ВЧ - плазмой на волосяной покров шубной овчины.
Образцы, обработанные ВЧ - плазмой пониженного давления имеют показатель осветления выше, чем контрольные образцы. Это говорит о более активном взаимодействии меланинов с пероксидом водорода, что приводит к наиболее качественному обесцвечиванию. Меланины связываются с кератином волоса посредством прочных поперечных связей, которые невозможно полностью разрушить, применяя традиционные способы осветления. Плазменная обработка перед процессом осветления способствует раскрытию чешуек кутикулы волоса, и приводит к разрушению водородных и Ван-дер-Ваальсовых межмолекулярных связей меланокератинов. Это облегчает доступ окислителя внутрь волоса и способствует более полному разрушению меланинов. Анализ проведения процесса осветления с изменением силы тока на аноде, напряжения на аноде, при воздействия ВЧ - плазмой в течение 3 минут, расходе инертного газа Одг = 0,04 г/с, частоте генератора f=13,56 МГц, давлении Р = 26,6 Па позволяет сделать выбор режима, при котором достигаются наилучшие показатели осветления.
В определенных режимах после плазменной обработки изменяются структура и свойства волоса, корковый слой становится более пористым и менее прочным, что облегчает доступ к нему окислителя. Воздействие на волос НТП перед процессом депигментации приводит к разрыву связей в структуре кератина и понижает устойчивость волоса к действию едкой щелочи, кислоты, а также изменяет кислотную и щелочную емкость. После воздействия на волос потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления происходит увеличение кислотной и щелочной емкости волоса. Вследствие разрушения межмолекулярных связей, сформированными активными группами кератина образуются свободные группы кислотного и основного характера, которые способствуют более интенсивному взаимодействию кератина с химическими веществами, что приводит к получению полуфабриката с улучшенными свойствами. Повышение кислотной и щелочной емкости в процессах осветления объясняется тем, что в процессе плазменной обработки волос становится более реакционноспособным, вследствие разрушения водородных связей. В дальнейших процессах получения мехового полуфабриката такие условия способствуют более интенсивному взаимодействию кератина с химическими веществами.
Растворимость волоса в щелочи и кислоте определяли для оценки характера межмолекулярных связей, которые подвергаются расщеплению или формированию в результате плазменной обработки. Пигментированный волос обладает меньшей щелочной растворимостью, чем непигментированный. Особенностью структуры пигментированного кератина является наличие, наряду с цистиновыми поперечными ковалентными связями, дополнительных индолилхиноновых поперечных связей, которые обуславливают большую химическую устойчивость пигментированного волоса. Кислотная растворимость обработанного плазмой пигментированного волоса несколько возрастает, по сравнению с контрольным образцом, вследствие распада водородных связей волоса под действием ионной бомбардировки.
Растворимость волоса в щелочах постепенно увеличивается с ростом силы тока на аноде, достигая максимального значения при 1а = 0,5 - 0,7 А. При дальнейшем увеличении силы тока на аноде происходит снижение растворимости волоса. Обработка шубного сырья НТП в определенных режимах способствует раскрытию чешуек кутикулы, повышая тем самым реакционную способность волоса.
Массовую долю жировых и минеральных веществ определяли в течение всего технологического процесса. Плазменная обработка перед процессом отбеливания способствует относительному снижению содержания жировых веществ у опытных образцов до 31 %. Повышение содержания минеральных веществ у опытных образцов в сравнении с контрольными до 20 % свидетельствует о том, что волосяной покров опытных образцов
оказался более реакционноспособным по отношению к реагентам, используемым в процессе отбеливания.
Экспериментальные исследования влияния параметров обработки неравновесной низкотемпературной плазмой пониженного давления на процесс осветления волосяного покрова, показали что:
- плазменная обработка перед процессом осветления волосяного покрова способствует раскрытию чешуек кутикулы волоса;
- плазменная обработка волосяного покрова не вызывает химических изменений в составе волоса;
- обработка волоса ВЧ плазмой позволяет усилить активность функциональных групп кератина, вызывая повышение их реакционной способности;
- плазменная обработка перед процессом осветления способствует снижению негативного воздействия окислителя на кожевую ткань за счет снижения концентрации пероксида водорода;
На основе типовых процессов выделки мехового велюра, применяемых на большинстве предприятий отрасли, предложена схема процесса, включающая предварительную обработку сырья в потоке высокочастотной плазмы пониженного давления. Предложенная схема технологического процесса обесцвечивания волосяного покрова шубной овчины с использованием высокочастотной плазменной обработки, позволяет сократить длительность технологического цикла, расход воды и химических материалов.
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследований были выбраны образцы шкурок шубной овчины прошедшие процесс пикелевания. Все операции проводили по методике, соответствующей принятой единой технологии для указанного вида сырья.
Измерение осветления проводили на спектофотометре Х-Rite Color Digital Swatchbook. Микропроцессорная часть Digital Swatchbook считывала спектральную информацию, используя технологию 16-точечного измерения в видимой части спектра и отправляла эти значения программному обеспечению в ПЭВМ.
Определение температуры сваривания проводили по ГОСТ 17632 - 72 . Растворимость волоса в кислотах и щелочах, а также кислотную и щелочную емкость определяли по принятой единой методике. Обработку образцов проводили следующим образом: производили предварительную откачку вакуумной камеры, в разрядную камеру напускали рабочий газ. Регулировкой вентиля, соединяющего вакуумную камеру с механическими насосами, устанавливали заданное давление, включали ВЧ-генератор. Режим плазменной обработки регулировали путем изменения расхода газа, силы тока на аноде, напряжения, давления в разрядной камере, длительности обработки. На основе проведенных экспериментальных исследований сделаны следующие выводы: установлено, что плазменная обработка повышает диффузионную способность пероксида водорода, разрушающего хромофорные группы меланина без деструкции кератина волосяного покрова, что позволяет получить равномерно осветленный волосяной покров; выявлено, что воздействие неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления позволяет интенсифицировать процесс осветления, снизить концентрацию окислителя и продолжительность процесса, а также позволяет повысить температуру сваривания кожевой ткани на 3 - 5 % и предел прочности при растяжении на 6-9 %.
Литература
1. Пурим, Я.А. Основные направления в области рационального построения технологических процессов мехового производства / Я.А. Пурим. - М.,1965. - 78 с.
2. Абдуллин, И.Ш. Структурные аспекты модификации натурального кератинсодержащего материала в плазме ВЧ-разряда пониженного давления / И.Ш. Абдуллин [и др.]// Вестник Казан. технол. ун-та. -2009. - № 5. - С.426-430.
© М. В. Антонова - асс. каф. технологии химических и натуральных волокон и изделий КГТУ, [email protected].
