Влияние неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления на целлюлозосодержащую составляющую картонов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 677.21:533.9

Л. Р. Джанбекова, И. Ш. Абдуллин, А. Ф. Дресвянников

ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩУЮ СОСТАВЛЯЮЩУЮ КАРТОНОВ

Ключевые слова: картон, волокно, целлюлоза, неравновесная низкотемпературная плазма пониженного давления.

Исследовано влияние неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления на изменение степени гидрофильности и механических свойств целлюлозных волокон, входящих в состав картонов различного назначения.

Keywords: Cardboard, fibre, cellulose, nonequilibrium low temperature plasma of the lowered pressure.

Was investigated the effect of nonequilibrium low temperature plasma of the lowered pressure on the degree of hydrophilicity and mechanical properties of the cellulose fibres, which are included in cartons of various purposes

Картоны, изготавливаемые из отходов кожевенно-мехового производства, по своему волокнистому составу представляют собой композиционные материалы на базе коллагенсодержащих и целлюлозосодержащих природных полимеров, проклеенных

синтетическими или природными клеевыми полимерными материалами.

Картоны на базе природных полимеров находят все более широкое применение в отраслях легкой промышленности и автомобилестроении. Однако эти материалы не всегда удовлетворяют предъявляемым требованиям. На сегодняшний день, в связи с необходимостью выпуска качественной, конкурентоспособной продукции остро стоит вопрос улучшения или направленного изменения определенных свойств [1]. Подобное изменение физико-механических свойств картонов различного назначения возможно за счет модификации в потоке неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления (НТП).

Проведенные ранее исследования влияния воздействия НТП на картоны различного

назначения показали, что режимы плазменной обработки зависят от волокнистого состава картона. В связи с этим целесообразно рассмотрение влияния плазменной обработки на его отдельные

компоненты [2].

В данной работе представлены результаты исследований воздействия НТП на целлюлозосодержащие природные полимеры, входящие в состав технических и обувных картонов. Результаты проведенных экспериментальных

исследований показали, что обработка

целлюлозосодержащих природных полимеров, входящих в состав обувных и технических картонов, с помощью НТП пониженного давления приводит к значительным изменениям их физико-механических свойств. Модификация целлюлозосодержащей компоненты картонов (крафтцеллюлозы)

проводилась в следующих режимах: давление в вакуумной камере Р = 26,6 Па, расход

плазмообразующего газа аргона О = 0,01-0,08 г/с,

время обработки 1обр = 1- 15 мин при мощности

разряда Wр = 0,7-2,0 кВт [3].

Наиболее важными свойствами готовых картонов являются гигроскопические свойства, определяющие способность материалов поглощать и отдавать водяные пары и воду. В связи с этим особый интерес представляли исследования по влиянию НТП на процессы смачивания, капиллярного

впитывания, а также намокаемости волокнистого материала.

На рис. 1 представлены зависимости

изменения влагопоглощения АПе крафтцеллюлозы от продолжительности взаимодействия с водой. Анализируя график, можно сделать вывод, что у образцов, обработанных с помощью НТП пониженного давления при мощности разряда Wр = 1,1 кВт и продолжительности обработки в течение 1обр = 3 мин, влагопоглощение крафтцеллюлозы увеличивается до 70 %, в отличие от необработанных образцов, то есть плазменный метод модификации позволяет увеличить степень гидрофильности волокна.

Увеличение показателей влагопоглощения крафтцеллюлозы объясняется тем, что обработка с помощью НТП пониженного давления приводит к изменению ее структуры. Структура становится менее компактной, наблюдается разделение волокон на продольные элементы (пучки, фибриллы), происходит увеличение внешней поверхности волокна. Плазменная обработка

целлюлозосодержащих волокон упрощает процесс проникновения воды в капиллярные пространства между фибриллами, что приводит к набуханию волокон целлюлозы. Процесс проникновения воды в межмолекулярное пространство волокон достигает своего максимума за 8 часов, а затем поглощение воды прекращается и наступает равновесие.

В процессе технологических операций подготовки волокнистых компонентов картона, связанных с водой, происходит изменение некоторых механических свойств.

На рис. 2, 3 представлены зависимости изменения прочностных характеристик

целлюлозосодержащих волокон.

Из графика зависимости изменения предела прочности при растяжении крафтцеллюлозы после замачивания в воде (Аа) от времени плазменной обработки (рис.2) видно, что максимальное увеличение предела прочности крафтцеллюлозы наблюдается уже при гобр = 3 мин и при увеличении времени обработки плавно уменьшается. При этом значение Аа остается выше предела прочности необработанного образца.

гобр = 7-10 мин

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

—•—с НТП —без НТП

г, ч

Рис. 1 - Зависимость изменения

влагопоглощения крафтцеллюлозы от продолжительности взаимодействия с водой (Р = 26,6 Па, И-р = 1,1 кВт, плазмообразующий газ аргон, в = 0,04 г/с, 1обр = 3 мин)

ь

<

плавно увеличивается, но при значение Ае остается ниже необработанного образца.

*обр

гобр = 10 мин

гоб„. мин

Рис. 2 - Зависимость изменения предела

прочности при растяжении после замачивания в воде целлюлозосодержащих волокон от времени плазменной обработки (Р = 26,6 Па, О = 0,04 г/с,

Wр = 1,1 кВт, плазмообразующий газ аргон)

Зависимости изменения удлинения при растяжении Ае крафтцеллюлозы и кожевенной стружки от времени плазменной обработки представлены на рис.3. Как видно из рисунка, удлинение при растяжении крафтцеллюлозы при обработке с помощью НТП пониженного давления в течение гобр = 1-3 мин уменьшается и далее при

© Л. Р. Джанбекова - канд. техн. наук, доц. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, ganbekova@ yandex.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ; А. Ф. Дресвянников - д-р хим. наук, проф. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, nich140@kstu.ru.

гобР мин

Рис. 3 - Зависимость изменения удлинения при растяжении целлюлозосодержащих волокон от времени плазменной обработки (Р = 26,6 Па,

О = 0,04 г/с, Wр = 1,1 кВт, плазмообразующий газ аргон)

Таким образом установлено, что предварительное воздействие на волокнистые компоненты картона потоком НТП пониженного давления позволяет придать поверхности волокна необходимые гидрофильные свойства,

способствующие интенсификации процессов влагопоглощения и приводящие к значительному повышению физико-механические показателей как волокнообразующих компонентов картона, так и всего материала в целом.

Литература

1. Джанбекова, Л.Р. Методы модификации нетканых материалов на базе целлюлозосодержащих волокон / Л.Р. Джанбекова // Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. - Т. 14, №5. - С.284-287.

2. Абдуллин, И.Ш.

Обработка обувных картонов высокочастотной плазмой пониженного давления / И.Ш. Абдуллин, Л.Р. Джанбекова, Р.Б. Файзуллина //Кожевенно-обувная промышленность, 2006. - №6. - С. 45-46.

3. Абдуллин, И.Ш. ВЧ плазменная модификация

материалов типа картона с целью повышения конкурентоспособности обуви / И. Ш. Абдуллин, Л. Р. Джанбекова, Р. Б. Файзуллина // Материалы

международной научно-практической конференции "Профессиональная и творческая подготовка

специалистов легкой промышленности", Египет, Хургада, 2006. - Казань, КГТУ, 2007. - С.14-22.