CC BY
61
УДК 675.6
И. Ш. Абдуллин, Л. A. Зенитова, Е. А. Панкова,
В. А. Усенко
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОТДЕЛКИ МЕХОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАПРАВЛЕННОЙ НА ПРИДАНИЕ КОМПЛЕКСА ЭСТЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Ключевые слова: меховой полуфабрикат, ионно-плазменная конденсация, защитно-декоративные покрытия.
В современных условиях весьма актуальна проблема увеличения ассортимента и качества меховых изделий. В этой связи нами предлагается разработка технологии отделки натурального меха направленной на придание комплекса дополнительных эстетических свойств. Достижение поставленной цели возможно за счет применения современных технологий, позволяющих комплексно воздействовать на материал и значительно улучшать его эстетические и эксплуатационные характеристики.
Keywords: fur semifinished product, ionic-plasma condensation, protectively-decorative coverings.
In modern conditions the problem is very urgent to increase the range and quality of fur. In this context, we propose the development of technology fur trim aimed at giving more complex aesthetic properties. Achieving this goal is possible through the use of modern technology, enabling a comprehensive work on the material and significantly improve its aesthetics and performance.
Введение
Методы отделки меха постоянно изменяются и совершенствуются, поскольку они должны обеспечивать улучшение качества и конкурентоспособности меха, т.е. давать блеск, шелковистость и рассыпчатость волосяного покрова, тонкую, мягкую, легкую и прочную кожевую ткань с хорошей потяжкой, обеспечивать необходимую цветовую гамму, красивый внешний вид и безопасность для здоровья человека в эксплуатации. Особым фактором при оценке качества шкурок служит их цвет, в свою очередь цветовая гамма природных окрасок мехового полуфабриката весьма ограничена, а ее изменение посредствам традиционных методов крашения также исчерпало свой технологический потенциал по влиянию на цветовые свойства меха, исходя из этого, существует необходимость разработки технологии, которая обеспечит придание меховому полуфабрикату комплекс дополнительных эстетических характеристик, в частности позволит придавать меховому полуфабрикату оригинальные цвета и оттенки [1-3].
Экспериментальная часть и обсуждение результатов
Одним из путей повышения конкурентоспособности отечественной меховой продукции является повышение качества мехового полуфабриката, достичь которого можно за счет улучшения физических и механических характеристик материала в результате его модификации. Однако помимо указанных свойств меховой полуфабрикат должен отвечать и повышенным эстетическим требованиям, которые обеспечат расширение ассортимента выпускаемой продукции. Обзор литературных источников позволил сделать вывод, что для нанесения защитно-декоративных покрытий на меховой полуфабрикат можно использовать два метода металлизации: магнетронное напыление и ионно-плазменную конденсацию, поэтому в работе рассматривались оба метода для проведения
сравнительной оценки и выявления наилучшего. Метод магнетронного напыления основан на использовании аномального тлеющего разряда в инертном газе с наложением на него кольцеобразной зоны скрещенных неоднородных электрического и магнитного полей, локализующих и стабилизирующих газоразрядную плазму в прикатодной области. Работа на установке ионно- плазменного нанесения покрытий потребовала разработки дополнительной технологической оснастки для крепления образцов. Это обусловлено необходимостью размещения образцов в центре вакуумной камеры точно напротив выходов электро-дуговых испарителей в зоне наибольшей концентрации ионов испаряемого материала. Приспособление представляет собой полую цилиндрическую конструкцию, выполненную из нержавеющей стали (12ХН10Т), диаметром 240 мм и высотой 200 мм. Во время обработки приспособление вращается, что обеспечивает равномерное нанесение покрытия. Общность рассматриваемых методов состоит в нанесении покрытия из отдельных частиц материала, находящихся в расплавленном состоянии. В обоих случаях в качестве распыляемого материала использовали мишени из титана (ВТ1-00). Выбор данного металла для обработки обусловлен его биологической инертностью, так как меховые изделия находятся в постоянном контакте с человеком и должны отвечать целому ряду санитарно-гигиеническими требованиями, предъявляемыми к готовому меховому полуфабрикату (СанПиН 2.4.7/1.1.1286-03 «Гигиенические требования к одежде для детей, подростков и взрослых», MP №29 ФЦ/2688-03). Кроме того, титан обладает и значительной твердостью, устойчивостью к коррозии, к разбавленным растворам многих кислот и щелочей. На первом этапе работы обработка экспериментальных образцов проводилась в оптимальных режимах (выявленных с помощью пакета программ STATISTICA 6.0), после чего образцы подвергались оценке. На основании проведенной органолептиче-
ской оценки и полученных результатов установлено, что наилучший эффект, сочетающий в себе получение красивого покрытия с сохранением мягкости и рассыпчатости волосяного покрова достигается при обработке в режиме т =2,5 мин; Р=0,6Па; =10В в
случае ионно-плазменной конденсации и т =20 мин; Рраб=0,025Па; L=12cm; при получении покрытий маг-нетронным распылением. Однако, экземпляры после ионно-плазменного напыления характеризуются
большей рассыпчатостью волосяного покрова по сравнению с образцами металлизированными методом магнетронного распыления. Поэтому дальнейшие исследования показателей качества волосяного покрова и кожевой ткани проводились обработанных в установленных оптимальных режимах. Изменение поверхности волосяного покрова до и после обработки исследовалась с помощью электронной и АСМ микроскопии установлено, что поверхность обработанного волоса отличается более гладкой и ровной поверхностью. От параметров технологического процесса, таких как состав, структура, химическое состояние напыляемого материала, а также величина тока дугового разряда плазмотрона и температура основы зависит не только качество напыляемого покрытия, но и его декоративные характеристики (например, цвет). Температура начала термической деструкции, характеризующая температуру текучести, составила для контрольного образца 243°С, для образца металлизированного методом магнетронного распыления 245°С и для образца после ионно- плазменного напыления до 249°С. Полученные результаты показывают, что формируемый нанослой на поверхности волосяного покрова носит защитную роль и обеспечивает большую устойчивость волосяному покрову к действию кислот и щелочей, по сравнению с контрольными. Однако, нанесение покрытий может негативно отразится на показателе пористости, что является нежелательным. Измерение пористости показало, что пористость волосяного покрова после нанесения покрытия при использовании метода магнетронного распыления ухудшается как по сравнению с контрольным, так и относительно к образцам, металлизированным ионно-плазменным способом. Исходя из полученных результатов, сделан вывод о нецелесообразности применения магнетронных распылительных систем для металлизации мехового полуфабриката. Поэтому на следующих этапах работы для нанесения нанопокрытий использовался метод конденсации из плазменной фазы. Пористость образцов волосяного покрова с металлическим нанопокрытием, конденсированным из плазменной фазы в сравнении с контрольными не изменяется, что объясняется одновременной избирательной ионной обработкой происходящей при конденсации покрытия, т. е. более равномерным воздействием на поверхность волоса, не приводящим к его структурным изменениям.
Кроме того, ионно-плазменная обработка мехового полуфабриката позволяет: придать шкуркам оригинальную окраску «металлик». Наряду с перечисленными характеристиками определяли светостойкость окраски, данный показатель для образцов с покрытием выше на 60%, по сравнению с необрабо-
танным меховым полуфабрикатом, что объясняется появлением у мехового полуфабриката светоотражающих свойств. Для количественной оценки светоотражающих характеристик использовали ручной спектрофотометр на отражение - X-Rite Color Digital Swatchbook®. С помощью которого определялась величина показателя отражения металлизированных и контрольных образцов. Выявлено, что после металлизации его величина возрастает на 78%. В результате также увеличивается цветоустойчивость (светопроч-ность) окраски, т.е. степень выцветания, которая оценивалась в баллах, при сравнении с контрольными образцами без покрытия. Установлено, что волосяной покров с покрытием более устойчив к действию ультрафиолета: для полуфабриката из шкурок норки и серки этот показатель выше на 37%, а для каракуля на 13%. При этом во всех случаях значение цветоустойчивости удовлетворяет требованиям стандартов. Увеличение светопрочности окраски шкурок можно объяснить защитными свойствами сформированного покрытия. Появление, которого изменяет соотношение поглощенного и отраженного светового потока, падающего на поверхность волоса. А, следовательно, с увеличением количества отраженного света снижается негативное действие на красители, либо пигменты неокрашенных шкурок приводящее к их разрушению. Нанесение нанопокрытий приводит к увеличению блеска мехового полуфабриката, вследствие изменения микрорельефа поверхности волос. Блеск материала пропорционален прямому отражению поверхности, с одинаковыми углами падения и отражения, в идеальном случае. Однако, на поверхности происходит явление рассеяния света, это вызвано разными значениями отражения на пиках и впадинах на поверхности волос, образованных перекрытием чешуек. Конденсируясь, металлическое покрытие из паровой фазы осаждается на поверхности волосяного покрова, и под действием избирательной ионной обработки происходит заполнение микронеровностей, и выравнивание поверхности в целом, в результате чего материал приобретает дополнительный блеск. Количественно изменение блеска образцов оценивалось с помощью фотоэлектрического блескомера. Замеры показали, что образцы с покрытием обладают на 62 % большим блеском, по сравнению со шкурками, отделанными по традиционной технологии. Также исследовалась маркость опытных образцов, ее значение определялось при помощи прибора ПОМ-5. Маркость оценивают по пяти бальной системе согласно утвержденным эталонам. Опытные образцы по результатам испытаний показывают маркость покрытия в среднем на уровне 3 баллов, что соответствует требованиям нормативной документации. На основании проведенных исследований установлен механизм нанесения покрытий на поверхность волосяного покрова мехового полуфабриката, в котором можно выделить следующие стадии:
- генерация атомарного потока вещества и перевод его в ионизированное состояние;
- ускорение ионов по направлению к поверхности, на которую наносится покрытие;
- взаимодействие ионов с поверхностью и формирование покрытия.
Стадия генерации обеспечивается эрозией материала электродов, при этом имеет место эффект самогенерации, когда вакуумная дуга горит в парах эродируемого материала. В вакуумной камере при давлении рабочего газа 0,1 Па между анодом, которым служат металлические стенки вакуумной камеры и катодом, путем импульсного пробоя межэлектрод-ного промежутка инициируется низковольтный сильноточный разряд - вакуумная дуга. Возникновение и горение дуги происходит в парах материала катода, которые генерируются множеством катодных пятен. Благодаря высокой плотности тока в таких пятнах возникает металлическая паровая фаза. В дуге этот пар ионизируется и превращается в плазму, ионы которой обладают средней энергией 10-30 эВ. В катодных пятнах происходит не только испарение, но и оплавление металла, что приводит к возникновению микрокапель с размером 3-10 мкм. Однако, перемещение катодных пятен по поверхности катода под действием наложенного магнитного поля поддерживает количество капельной фазы на уровне 1-3%. После возникновения дуги пространство вакуумной камеры заполняется плазмой. Большая часть ионов плазмы бомбардируют катод, что приводит к испарению с его поверхности нейтральных и возбужденных атомов, которые ионизируются в вакуумной дуге и снова возвращаются на катод в виде ионов (процесс самогенерации). При этом неионизированный пар из-за разницы давлений в испарителе и вакуумной камере истекают в рабочий объем камеры. Далее происходит конденсация покрытия из паровой фазы. Также из области дугового разряда ионы ускоряются в направлении изделия, это происходит под действием налагаемого на него отрицательного потенциала. Взаимодействие ионов материала происходит на поверхности и приповерхностных слоях. Образование покрытий из соединений металлов происходит в основном за счет одно- и реже двухзарядных ионов. Двигаясь от вакуумной дуги к обрабатываемой поверхности, ионы взаимодействуют с молекулами реакционного газа, при этом происходят процессы перезарядки ионов и изменяется состав ионного потока и состав формируемого покрытия.
Металл, напыляемый на волосяной покров меха, и находящийся в парообразном состоянии конденсирует на его поверхность, при этом частицы растекаются и кристаллизуются, формируя тем самым нанослой металла, толщина получаемого покрытия исследовалась при помощи электронного микроскопа и составляет от 50 до 200нм. Путем изменения технологических параметров: длительности обработки, величины опорного напряжения, тока дугового разряда и
температуры можно регулировать толщину покрытия и прочие его физические параметры. В свою очередь химические характеристики получаемого покрытия определяются составом напыляемого материала и используемого реакционного газа. Декоративные характеристики покрытия определяются всей совокупностью перечисленных факторов. Кроме показателей регламентируемых нормативной документацией к изделиям, предназначенным для производства одежды для детей, подростков и взрослых длительное время контактирующей с человеком, предъявляются жесткие требования по уровню токсического действия. Исходя из этого, также проводились испытания на соответствие полученных материалов требованиям, указанным в СанПиН 2.4.7/1.1.1286-03 «Гигиенические требования к одежде для детей, подростков и взрослых», ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» и ГН 2.1.5.131503 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно- питьевого и культурно-бытового водопользования». По результатам лабораторных испытаний (протоколы лабораторных испытаний аккредитованного испытательного лабораторного центра ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в РТ»№ 05381 от 15.02.2011г., № 117 от 04.05.2011г.) меховой полуфабрикат с покрытием считается нетоксичным, согласно МР №29ФЦ/2688-03. Миграция химических веществ в воздушную и водную среды составляет: формальдегида менее 0,003 мг/м3, титана менее 0,1 мг/л, хрома 0,0004 мг/м (в пересчете на оксид хрома (VI)), что не превышает предельно-допустимых значений и соответствует требованиям стандартов. Таким образом, установлено, что комплексная модификация мехового полуфабриката позволяет создать материал с улучшенными трибоэлектрическими свойствами, повышенной прочностью и увеличенной потяж-кой кожевой ткани.
Литература
1. Фролов, В.Я. Техника и технологи нанесения покрытий / В. Я. Фролов. - СПб.: изд-во политехи. Унта., 2008. - 387 с.
2. Мекешкина-Абдуллина, Е.И. Модификация капиллярно-пористых ВМС, типа меха, низкотемпературной плазмой пониженного давления / Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, №1.
3. Бадараева, Р.В. Об инновационном развитии легкой промышленности/Р. В. Бадараева,
Р.В.Имидеева//Сб.трудов «Кожа и мех в XXI веке. Технология, качество, экология, образование».- Улан-Удэ: изд-во ВСГТУ.-2009.-С.272-279.
© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ; Л. А. Зенитова - д-р техн. наук, проф. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ; Е. А. Панкова - канд. техн. наук, доц. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ; В. А. Усенко - асп. той же кафедры, ilham.v@yandex.ru.
63
