Экспериментально исследована возможность интенсификации растительного дубления при НТП модификации сырья и пикелеванного голья.
В качестве объекта исследования выбрано сырье КРС мокро-соленого способа консервирования. Обработка образцов проводилась в состоянии сырья и после пикелевания в опытно-промышленной ВЧЕ плазменной установке, адаптированной для партионной обработки натуральной кожи [10]. Режимы плазменного воздействия выбраны на основе работ [11,12]: мощность ВЧ разряда (Wp) 1,2 кВт, давление в разрядной камере (P) 26,6 Па, расход плазмообразующего газа аргона (GAr) 0,04 г/с, время обработкτи) (5 мин. С контрольными и опытными образцами голья КРС проведены лабораторные процессы хром-таннидного дубления, в ходе которых контролировали выбираемость таннидов. Установлено, что НТП обработка сырья способствует повышению выбираемости таннидов при дублении на 18 %, НТП обработка сырья и голья в повышает выбираемость таннидов на 44 % относительно не модифицированного образца, что содержит в себе перспективы интенсификации процесса на 3050 % [13].
С целью установления влияния ВЧ плазменной обработки на физико-химические свойства материалов исследовано воздействие НТП модификации на температуру сваривания и пористость дубленых полуфабрикатов. При НТП обработке кожевенного материала разной степени готовности, реакция структуры имеет свои особенности, тем не менее, образцы, прошедшие модификацию обладают повышенной пористостью в сравнении с контрольным образцом на 515 %.
При определении температуры сваривания, максимальная температура деструкции соответствует образцу, прошедшему НТП обработку перед отмокой и вторично перед дублением 98 °C, что выше данного параметра у не обработанного образца на 10 % и приближается к значениям термодеструкции хромового полуфабриката.
В работах [6, 9, 10] показано, что основным эффектом применения НТП модификации при производстве кожи является получение более развитой и равномерной волокнистой микроструктуры дермы. Методом растровой электронной микроскопии исследована микроструктура сырья после процесса отмоки и НТП модификации. Результаты представлены на рис. 1.
Рис. 1. РЭМ изображение поперечного среза сырья КРС после отмоки, ×2000: а не модифицированный образец; б образец, прошедший НТП модификацию.
РЭМ-изображения модифицированного образца свидетельствуют о значительном разделении структуры и увеличению объема пор, что подтверждается ростом значений пористости (рис. 1б). На микрофотографиях контрольного образца также зафиксировано разделение структуры после отмоки, но незначительное (рис. 1а). Как видно из микрофотографий микроструктура голья опытного образца более разделена по сравнению с контрольным, что связано с разволокняющим действием НТП. Данный эффект проявляется при интенсификации таннидного дубления.
Качество выдубленной дермы оценивалось по состоянию микроструктур средних слоев дермы полуфабриката, результаты представлены на рис. 2.
Рис. 2. РЭМ изображение поперечного среза дубленого полуфабриката КРС, ×2000: а немодифицированный образец; б образец, прошедший НТП модификацию в сырье; в образец, прошедший НТП модификацию в сырье и перед дублением.
Как видно из микрофотографий микроструктура образца прошедшего двукратную модификацию в сырье и перед дублением (рис. 2в) является наиболее разделенной и равномерной, то есть более морфологически близкой к хромовому полуфабрикату. Микроструктура образцов контрольного и модифицированного в сырье (рис. 2а, б) отличается плотностью и неравномерным распределением пор в площади сечения.
Рис. 2. РЭМ изображение поперечного среза дубленого полуфабриката КРС, ×2000: а немодифицированный образец; б образец, прошедший НТП модификацию в сырье; в образец, прошедший НТП модификацию в сырье и перед дублением.
Как видно из микрофотографий микроструктура образца прошедшего двукратную модификацию в сырье и перед дублением (рис. 2в) является наиболее разделенной и равномерной, то есть более морфологически близкой к хромовому полуфабрикату. Микроструктура образцов контрольного и модифицированного в сырье (рис. 2а, б) отличается плотностью и неравномерным распределением пор в площади сечения.
Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют об изменении микроструктуры дермы; предпосылки развития пористости, заложенные при модификации сырья проявляются в последующих жидкостных обработках, при более полном вымывании межволоконных балластных веществ и разделении волокон. Повторная НТП модификация голья перед дублением способствует интенсификации хром-таннидного дубления и получению равномерно выдубленной дермы с разделенной микроструктурой. НТП модификация позволяет полнее использовать потенциал таннидного дубления, снизить или полностью исключить использование соединений хрома, расширить ассортимент кожевенно-меховых материалов натурального метода дубления.
Литература
1. Золотова, С.В. Влияние физико-химической активации растворов органических дубителей на свойства и качество кож для низа обуви: автореф. дис канд. техн. наук / С.В. Золотова. М, 2001. 16 с.
2. Химия и технология кожи и меха./ И.П.Страхов, И.С.Шестакова, Д.А.Куциди и др. Под ред. проф. И.П.Страхова / М.: Легпромбытиздат, 1985. 496 с.
3. Переверзев, В.Н. Интенсификация технологических процессов обработки меха / В.Н. Переверзев, А.Н. Беседин, В.Г. Зуева // Кожевенно-обувная промышленность. 1991. 4. С. 56.
4. Красина, И.В. Модификация кожи для низа обуви с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы / И.В. Красина // Вестник Казанского технологического университета. 2003. 2. С. 7782.
5. Абдуллин, И.Ш. Влияние низкотемпературной плазмы на физико-механические и физико-химические свойства натуральной кожи / И.Ш. Абдуллин, И.В.Красина // Известия высших учебных заведений: Химия и химическая технология. 2003. 6. С. 143145.
6. Абдуллин, И.Ш. Взаимодействие ВЧ плазмы пониженного давления с капиллярно пористыми материалами / И.Ш. Абдуллин, Г.Р. Рахматуллина [и др.] // Кожевенно-обувная промышленность. 2009. 1. С. 4042.
7. Гыйлметдинова, Г.З. Улучшение физических свойств натуральных подкладочных материалов за счет электрофизического воздействия / Г.З. Гыйлметдинова, Г.Р. Рахматуллина [и др.] // Кожевенно-обувная промышленность. 2009. 3. С. 2627.
8. Вознесенский, Э.Ф. Структурные изменения кожевенных материалов под воздействием высокочастотной плазмы пониженного давления / Э.Ф. Вознесенский, А.Ф. Дресвянников, И.В. Красина, Г.Н. Кулевцов // Вестник Казанского технологического университета. 2005, 2, Ч. 2. С. 265269.
9. Кулевцов, Г.Н. Влияние НТП на ультраструктуру и технологические свойства кожевенного полуфабриката / Г.Н. Кулевцов, И.Ш. Абдуллин, Э.Ф. Вознесенский, И.В. Красина, Л.Р. Джанбекова // Кожевенно-обувная промышленность. 2008. 6. С. 45.
10. Кулевцов, Г.Н. Повышение эффективности использования сырья, полуфабриката, отходов и вспомогательных материалов кожевенного производства с применением низкотемпературной плазмы / Г.Н. Кулевцов, Л.Р. Джанбекова, И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, И.В. Красина, Э.Ф. Вознесенский. Казань: Издво Казан. гос. технол унта, 2008. 260 с.
11. Нефедьев, Е.С. Влияние высокочастотной плазменной обработки на процесс производства полуфабриката «вет-блю» из шкур КРС мокросоленого способа консервирования / Е.С. Нефедьев, И.В. Красина, А.М. Мухаметшин // Вестник Казанского технологического университета. 2005. 2. Ч. 2. С. 274277.
12. Абдуллин И.Ш., Красина И.В. Влияние низкотемпературной плазмы на физико-механические и физико-химические свойства натуральной кожи / Известия высших учебных заведений: Химия и химическая технология. Иваново. -2003. Вып.6. С.143-145.
13. Абдуллин, И.Ш. Интенсификация процесса растительного дубления за счет ВЧ-плазменной модификации материала / И.Ш. Абдуллин, Э.Ф. Вознесенский, И.В.Красина, Е.О. Кормакова // Вестник казанского технологического университета. 2012. 22. С. 4647.
МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КОЖИ И МЕХА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЧ ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ
МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КОЖИ И МЕХА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЧ ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ
УДК 675.02:533.9
В ряде работ [14] экспериментально установлена эффективность применения плазмы высокочастотного разряда пониженного давления для предварительной активации сырья и полуфабрикатов перед жидкостными обработками кожевенного и мехового производства. Благодаря плазменной модификации удается достичь интенсификации жидкостных процессов, повысить равномерность и качество обработки, сократить время технологического цикла. Основные эффекты модификации как правило связаны с преобразованием развитой волокнисто-пористой микроструктуры материалов. Тем не менее, на фоне установленного многообразия микроструктурных эффектов возникает ряд затруднений при адаптации имеющихся экспериментальных наработок для условий конкретного производства.
На основе результатов экспериментальных и теоретических исследований, а также моделей структурных изменений натуральных коллаген- и кератинсодержащих материалов при НТП модификации, разработана технологическая методика расчета зависимости относительных микродеформаций первичных (ε1), вторичных коллагеновых волокон (ε2) и образца кожевенного материала (ε3), а также изменения размеров клеток кутикулы волоса (ΔH3), межклеточных (ΔH2) и внутриклеточных (ΔH1) пространств кортекса от входных параметров ВЧ плазменной модификации кинетической (Qк), потенциальной энергии ионов (Qп), плотности ионного тока (Ji), продолжительности обработки (τ) и параметров исходной структуры материала внутренней поверхности трех уровней пористой структуры (S1, S2, S3), среднему углу наклона волокнистых элементов (β), размеров структур (d1, d2, d3):
Данные модели позволяют прогнозировать структурные изменения как кожевой ткани, так и волосяного покрова и материалов схожего строения в процессе НТП модификации при наличии сведений о размерах и взаимном расположении структурных элементов, локализации и соотношении разных уровней пористости, а также параметров плазменного воздействия.
При разработке технологии производства кожевенного и мехового полуфабриката с применением структурной модификации в плазме ВЧ разряда пониженного давления с избирательным набором физико-механических, гигиенических и потребительских свойств необходимо решение ряда проблем. Проведение ВЧ плазменной модификации структуры сырья и полуфабрикатов перед каждым жидкостным процессом производства позволяет интенсифицировать обработку на 10 15 %, однако данный подход существенно замедляет переработку за счет необходимости операций загрузки-выгрузки, а также нарушает партионность, непрерывность технологии, оказывает негативное влияние на равномерность влагосодержания сырья и полуфабрикатов. Проведенные исследования показали, что наиболее рационально производить структурную НТП модификацию материала перед отмокой, дублением и отделочными процессами и операциями.