Введение к работе
Актуальность работы. Современные рыночные отношения в меховой промышленности диктуют необходимость повышения конкурентоспособности меховых изделий при помощи внедрения в производство прогрессивных технологий, опирающихся на инновационные методы обработки и химические материалы, способные обеспечить продукцию высокого качества при минимальном негативном воздействии на окружающую среду.
Наиболее сложной задачей с точки зрения экологии является существенное снижение потребления хромовых дубителей, которые используются в подавляющем большинстве современных технологий выделки меха. Из-за специфики объектов переработки и особенностей процесса хромовый дубитель расходуется нерационально, что связано в основном с диффузионными ограничениями. Только 2/3 вводимых дубящих соединений хрома (III) поглощается кожевой тканью, треть остается в отработанных растворах, теряется при пролежке, промывке и отжиме. Количество токсичных соединений хрома в отработанной ванне во много раз превышают ПДК, что совершенно недопустимо с экологической и экономической точки зрения. Результатом является большой объем сточных вод со сложно утилизируемыми хромсодержащими отходами и высокая возможность присутствия токсичных хромовых соединений в готовом изделии из-за недостаточно прочной фиксации дубителя в кожевой ткани.
Основываясь на результатах научных работ, выполненных в последние годы и касающихся кожевенно-мехового производства, можно отметить определенный прогресс в решении указанных проблем, что позволяет приблизить существующие технологии кожи и меха к «экологически чистым». Были показаны возможности интенсификации отдельных стадий выделки меха с помощью плазменного воздействия, а также снижения потребления хрома при использовании неизоцианатных уретанов. Однако комплексных исследований по созданию комбинированных хромсберегающих технологий, учитывающих синергетическое влияние низкотемпературной плазмы и химических компонентов, не проводилось.
Поэтому разработка комбинированных хромсберегающих технологий, основанных на результатах исследования взаимного влияния плазменной обработки и интенсифицирующих процессы выделки меха доступных химических материалов, обладающих к тому же дубящими свойствами, является актуальной задачей и представляет научный и практический интерес.
Работа направлена на решение актуальной научно-технической проблемы - получения мехового полуфабриката по комбинированной хромсберегающей технологии.
Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 г.г.» по теме «Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой» (2008-2009г.г.), а также по теме «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области модификации композитных материалов с использованием электрофизических, электрохимических, сверхкритических флюидных методов в центре коллективного пользования научным оборудованием «Наноматериалов и нанотехнологий»» (2009-2010 г.г.).
Цель работы. Целью работы являлась разработка комбинированной хромсберегающей технологии получения мехового полуфабриката на основе продуктов модификации циклических карбонатов (ЦК) с применением плазменной обработки, обеспечивающей высокое качество готового полуфабриката и улучшение экологических и экономических показателей производства. Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач:
провести анализ существующих современных методов дубления, рассмотреть альтернативные хромовому методы дубления и обосновать целесообразность применения низкотемпературной плазменной (НТП) обработки в кожевенно-меховом производстве;
исследовать возможность использования продуктов модификации ЦК на различных этапах преддубильной и дубильной обработки меховой овчины;
исследовать влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на процесс дубления продуктами модификации ЦК и характеристики меховой овчины;
исследовать возможность сокращения начальной концентрации хромового дубителя в технологии дубления меховой овчины;
разработать комбинированную хромсберегающую технологию выделки меховой овчины на основе продуктов модификации ЦК и плазменной обработки, отличающуюся высокой эффективностью использования хромовых дубителей.
Методы исследований. В работе для решения поставленных задач использовали методы исследований, соответствующие современному состоянию науки, а также стандартные методики действующей нормативно-технической документации определения показателей мехового сырья и полуфабриката. Применялись следующие методы исследования: ИК-спектроскопия, электронная микроскопия, фотоколометрия, вискозиметрия, химического и физико-химического анализа. Основными объектами исследования являлись сырье и полуфабрикат меховой овчины, прошедшие различные стадии обработки. Параметры воздействия ВЧ-плазмы на объекты исследования определялись современным диагностическим оборудованием на опытно-промышленной плазменной установке.
Результаты измерений и исследований обрабатывали с применением методов математической статистики. Оптимальные условия обработки мехового полуфабриката основаны на результатах планирования эксперимента с помощью программы STATISTICA 6.0.
Научная новизна работы.
Доказана и научно обоснована возможность снижения начальной концентрации хромового дубителя в технологии выделки мехового полуфабриката с использованием продуктов модификации ЦК.
Установлено, что ВЧ-плазменная обработка, приводящая к дополнительному упорядочению структуры кожевой ткани и увеличению ее гидрофильности, повышает проникающую способность компонентов дубящей композиции.
Получен водорастворимый уретангликоль на основе этилендиамина (УГД) без использования формальдегида, обладающий структурирующими свойствами.
Показана возможность снижения дефекта расслаивания кожевой ткани меховой овчины путем повышения эффективности хромового дубления и структурирования кожевой ткани при предварительной обработке меховых овчин растворами продуктов модификации ЦК.
Разработана и теоретически обоснована комбинированная хромсберегающая технология дубления меховой овчины с применением продуктов модификации ЦК и плазменной обработки.
Практическая ценность работы.
Разработана хромсберегающая технология с оптимальными параметрами обработки продуктами модифицикации ЦК, позволяющая повысить физико-механические и эксплуатационные свойства мехового полуфабриката. Результатом данной технологии является также снижение потребления хрома (на 37%), лучшая выбираемость хромового дубителя (в два раза), снижение хрома в сточных водах (до 80%), что позволяет существенно снизить загрязнение окружающей среды.
Установлены параметры высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда при обработке пикелеванного сырья с целью увеличения гидрофильности кожевой ткани и снижения активационного барьера реакций с участием активных групп коллагена. Действие продуктов модификации ЦК позволяет существенно увеличить выбираемость красителей и интенсифицировать процесс крашения.
Опытно-промышленное испытание технологии прошло на ТМТП ОАО «Мелита». Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 2,3 млн. рублей в год, без учета предотвращения экологического ущерба.
Основные положения, выносимые на защиту.
- экспериментальные данные по синтезу неизоцианантных уретанов на основе ЦК;
- результаты исследований процессов дубления с использованием продуктов модификации ЦК;
- экспериментальные данные исследований процессов дубления со сниженной начальной концентрацией хромового дубителя и плазменной обработкой;
- комбинированная хромсберегающая технология дубления меховой овчины с использованием продуктов модификации ЦК в сочетании с плазменной обработкой.
Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит: в выборе и обосновании методик экспериментов; непосредственном участии в проведении экспериментов; в анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов; в разработке технологических процессов.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на научной сессии КГТУ (Казань, 2007, 2008, 2009); международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2008); II международной научно-практической конференции (Невинномысск, 2009); V международной научно-практической конференции «Кожа и мех в XXI веке. Технология, качество, экология, образование» (Улан-Уде, 2009); международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, 2006, 2007, 2008, 2009), республиканская школа студентов и аспирантов «Жить в XXI веке» (Казань, 2007, 2009).
Основные результаты работы изложены в 15 публикациях, в том числе одна статья в научном журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка и приложения. В тексте приведены ссылки на 198 литературных источника. Работа изложена на 140 стр. машинописного текста, содержит 25 рисунков, 12 таблиц.
