CC BY
57
УДК 675.6.06.014/533.9
Э. Ф. Вознесенский, А. Ф. Дресвянников, А. М. Мухаметшин, И. В. Красина
ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НА КАЧЕСТВО ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫРАБОТКИ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ
С целью интенсификации процессов выделки и отделки натуральной кожи предлагается применение обработки в высокочастотной плазме пониженного давления. Экспериментально доказана ее эффективность на разных стадиях выработки кожи. Установлены зависимости физико-химических свойств материалов от режимов плазменной обработки.
В настоящее время происходит заметное увеличение спроса на изделия из натуральной кожи. Вместе с тем увеличиваются требования к качеству изделий и, прежде всего к качеству материалов из которых они изготавливаются. Качество кожи определяется процессами ее выделки и отделки. Технологии кожевенной промышленности постоянно совершенствуются, это связано с появлением новых химических материалов, внедрением нового оборудования, изменения технологических циклов. Это не может не отразиться на цене готовой кожи.
Перспективными являются методы интенсификации процессов выработки, которые дают возможность сокращения времени производства, снижения расхода химикатов, в результате получается материал с новыми, улучшенными свойствами. Хорошо зарекомендовали себя в кожевенном производстве электрофизические методы, в частности обработка сырья и различных полуфабрикатов в высокочастотной плазме пониженного давления способствует интенсификации процессов выделки и отделки натуральной кожи.
Эффект воздействия плазмы определяется тремя основными процессами, протекающими при взаимодействии натуральной кожи с ВЧ плазмой: бомбардировка поверхности кожи ионами плазмообразующего газа, их рекомбинация на поверхности и внутри объема пор и термическое воздействие плазмы [1]. В результате чего происходит перераспределение пор, усреднение их размера, как следствие улучшаются сорбционные свойства кожи.
Проведен ряд экспериментов по обоснованию возможности применения плазменной модификации кожи перед различными стадиями технологического цикла: перед отмо-кой, золением, дублением и барабанным крашением.
В современном производстве улучшение технологических, эксплуатационных и потребительских свойств кожи достигается, главным образом, усовершенствованием отмоч-но-зольных, дубильных и отделочных процессов [2].
Отмока - первый процесс кожевенного производства, который заключается в обработке сырья водой. Цель процесса - привести шкуру в состояние, максимально приближенное к парному как по степени обводнения, так и по микроструктуре [3]. Параллельно из сырья удаляются консервирующие вещества, кровь, грязь и растворимые белки. В процессе отмоки шкура поглощает значительное количество воды, при этом происходит гидратация белков и их набухание. Равномерность и режим отмоки зависит от массы шкуры, способа ее консервирования и применяемого оборудования.
Показателем, характеризующим качество проведения отмоки, выбрана водонамо-каемость сырья. Параметры НТП-обработки менялись в следующих диапазонах: плотность
3 2
тока от 1.8 до 1.610 А/м , давление в разрядной камере от 13.3 до 133 Па, расход плазмо-образующего газа 0.04 до 0.06 г/с, в качестве плазмообразующего газа использовался и аргон и воздух. Обводненность обработанных ВЧ-плазмой шкур определялась через два часа выдержки их в воде при температуре 22оС и влажности воздуха - 55 %. Необработанный образец сырья через два часа отмоки имеет водонамокаемость 25%.
Изменение режимов ВЧ-разряда заметно влияет на водонамокаемость сырья. На рис. 1 - 2, представлены изменения обводненности сырья от плотности тока и от времени воздействия плазмы.
О Р=80 Па; □ Р=66,6 Па; А Р=53,3 Па; > Р=40 Па; Ж Р=26,6 Па.
Рис. 1 - Изменение обводненности мокросоленого сырья от плотности тока (ВЧЕ-разряд, газ- аргон, 1=450е; 0=0.06гс-1)
—•—Р=80 Па; —в—Р=66,6 Па; -А-Р=53,3 Па; -к-Р=40 Па; -е-Р=26,6 Па.
Рис. 2 - Изменение обводненности мокросоленого сырья от времени воздейст-
■32 1
вия плазмы (ВЧЕ-разряд, газ- аргон, |2=1.010 А/м ; С=0.06гс" )
Зависимости намокаемости мокросоленого сырья от давления в разрядной камере, плотности тока в разряде, времени воздействия НТП как в атмосфере воздуха, так и в атмосфере аргона носят экстремальный характер; с увеличением численных значений перечисленных параметров намокаемость увеличивается. Максимальное значение обводненности, равное 70%, наблюдается при давлении в разрядной камере 26.6 Па, времени воздей-
3 2
ствия ВЧ-разряда 420 с, плотности тока в разряде 1.0103 А/м2, расходе плазмообразующе-го газа 0.06 г/с. Процесс обводнения не зависит от природы плазмообразующего газа. Следовательно, в промышленных условиях можно использовать более дешевый воздух.
Кислота, поглощаемая гольем из пикельного раствора, изменяет основность дубящих соединений хрома и, тем самым, регулирует весь процесс дубления. На рис.3 представлены кинетические кривые процесса пикелевания.
Рис. 3 - Кинетические кривые процесса пикелевания (ВЧЕ-разряд, газ- воздух, Р=40Па; 6=0.12 гс-1)
Согласно полученным данным, процесс пикелевания голья, предварительно обработанного ВЧ-плазмой ускоряется. При этом свойства голья соответствуют ГОСТам, оно имеет белый цвет, шероховатое и нескользкое на ощупь, разрез голья в плотной части имеет молочно-белый цвет.
Достигнутое в подготовительных процессах повышенно разделение волокон фиксируется в процессе дубления, в результате чего существенно изменяются физико-механические свойства дермы. Этот процесс в кожевенном производстве коренным образом изменяет свойства дермы, превращая ее в выдубленную кожу.
Исследовано изменение температуры сваривания после процесса дубления, которая характеризует степень продубленности кожи. Экспериментально установлено, что ВЧ-плазменная обработка в сырье (ВЧЕ-разряд, давление в рабочей камере 33 Па, мощность разряда 1.4 кВт, расходе плазмообразующего газа 0.04 г/с) позволяет снизить его температуру сваривания на 4% после отмоки, и получить готовый полуфабрикат с температурой сваривания на 10.5% больше чем у контрольного образца. Предварительная плазменная обработка кожевенного сырья перед стадиями отмоки, пикелеванием позволяет интенсифицировать процессы: отмоку - в 5 - 6 раз, пикелевание - в 1.5 - 2 раза.
По окончании подготовительных и дубильных процессов проводится процесс барабанного крашения. В технологии кожи барабанное крашение является очень важным процессом и в значительной степени влияет на качество полуфабриката. Цель этого процесса -придание поверхности полуфабриката с помощью соответствующих красителей необходимой окраски.
Образцы обрабатывались в аргоновой плазме емкостного разряда с параметрами: мощность разряда 1.25 - 1.81 кВт, давление в рабочей камере 13.3 Па, время обработки 5 мин, расход плазмообразующего газа 0.04 г/с. Оценка плазменного воздействия проводилась по степени выбираемости красителя из ванны крашения контрольных и опытных образцов и глубине проникновения красителя по толщине кожи (степень прокраса).
Значения остаточной концентрации красителя и степени прокраса контрольных и обработанных при разных значениях мощности образцов представлены на рис. 4, 5.
Кисл+Прям черный □ кисл корич А Совелан черный
Рис. 4 - Показатели остаточной концентрации ванн крашения контрольных и опытных образцов (ВЧЕ-разряд, газ- аргон, 1=300 с, 0=0.04гс- )
го и го а
ы
о а с л
X
о с о н
о
100 80 60 40 20
0
-Д-
-н-
0 0,4
• Кисл+Прям черный
0,8 1,2 -кисл корич
1,6 Wp, кВт
А—Совелан черный
Рис. 5 - Степень прокраса по толщине кожи контрольных и опытных образцов (ВЧЕ-разряд, газ- аргон, 1=300 с, С=0.04гс"1)
Крашение образцов кожи, прошедших плазменную обработку (рис. 4, 5), происходит более интенсивно, с ростом мощности разряда в пределах от 1.25 до 1.81 кВт эффективное воздействие на кожу увеличивается. Остаточная концентрация красителя опытных образцов по сравнению с контрольным уменьшается от 5 до 75 %, а степень прокраса увеличивается на 15 - 25%.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод об эффективности внедрения плазменной обработки в кожевенное производство. За счет этого могут быть увеличены потребительских свойства кожевенных материалов, сокращены трудовые затраты. Появляется возможность экономии дорогостоящих химических материалов. Это позволит получать более качественные кожаные изделия, конкурентоспособные на отечественном и зарубежном рынке.
Экспериментальная часть
Обработка проводилась в высокочастотной плазме пониженного давления на экспериментальной ВЧ плазменной установке, подробно описанной в литературе [1].
В качестве объекта исследования процесса отмоки использовались шкуры КРС мокросоле-ного способа консервирования ГОСТ 28425- 90.
Для эксперимента по крашению использовались образцы дубленого кожевенного полуфабриката производства ОАО «Сафьян» г.Казань. Выбраны следующие красители для кожи: кислотный черный С, прямой черный для кожи, кислотный коричневый 4К и Совелан черный. Кислотный и прямой черный были совмещены в одной ванне крашения.
Литература
1. И.Ш. Абдуллин. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях /И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов. Казань: Изд-во КГУ, 2000.-347 с.
2. Дубиновский М.З. Технология кожи: Учеб. для техникумов.- М.: Легкая индустрия, 1991.- 320 с.
3. Страхов И.П. Отделка кож: учебник для ВУЗов. - М.: Легкая и пищевая пром-ть, 1983.- 360с.
© Э. Ф. Вознесенский - асп. каф. технология кожи и меха КГТУ; А. Ф. Дресвянников - д-р хим. наук, проф. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ; А. М. Муха-метшин — асп. каф. технология кожи и меха КГТУ; И. В. Красина - канд. техн. наук, докторант той же кафедры.
