Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния и методов отбеливания волосяного покрова меховой овчины 12
1.1 Характеристика и свойства волоса меховой овчины и его строение 12
1.2 Современные химические методы обработки волоса при выделки полуфабриката меховой овчины 31
1.3 Альтернативные методы обработки волосяного покрова при выделки полуфабриката меховой овчины 52
1.4 Задачи диссертации 56
Глава 2. Описание ВЧ - плазменной установки и методик проведения экспериментов 59
2.1 Выбор и характеристика объектов исследования 59
2.2 Описание ВЧ - плазменной установки и методика обработки объектов исследования ВЧ - плазмой пониженного давления 64
2.3 Методики проведения экспериментальных исследований влияния ВЧ - плазмы пониженного давления на процессы отбеливания 68
2.4 Методы статистической обработки результатов экспериментов 77
Глава 3 Исследования влияния ВЧ - плазмы пониженного давления на волосяной покров и кожевую ткань предварительно обработанного полуфабриката меховой овчины в процессах отбеливания 80
3.1 Основы высокочастотной плазменной обработки 80
3.2 Исследование процесса отбеливания полуфабриката меховой овчины, предварительно обработанного ВЧ- плазмой пониженного давления 89
3.3 Исследование влияния процесса отбеливания на кожевую ткань полуфабриката меховой овчины, предварительно обработанного ВЧ-плазмой пониженного давления 106
3.4 Влияние потока высокочастотной плазмы пониженного давления на физико-механические и структурные характеристики волосяного покрова на стадиях отбеливания мехового полуфабриката 113
Глава 4 Разработка технологических процессов отбеливания волосяного покрова меховой овчины с применением ВЧ - плазмы пониженного давления 120
4.1 Разработка промышленной ВЧ - плазменной установки для обработки полуфабриката меховой овчины перед проведением процессов отбеливания 120
4.2 Разработка технологии отбеливания волосяного покрова меховой овчины с применением ВЧ - плазмы пониженного давления 124
Выводы 129
Список использованных источников 130
Приложение
- Современные химические методы обработки волоса при выделки полуфабриката меховой овчины
- Описание ВЧ - плазменной установки и методика обработки объектов исследования ВЧ - плазмой пониженного давления
- Исследование процесса отбеливания полуфабриката меховой овчины, предварительно обработанного ВЧ- плазмой пониженного давления
- Разработка технологии отбеливания волосяного покрова меховой овчины с применением ВЧ - плазмы пониженного давления
Введение к работе
В настоящее время перед лёгкой промышленностью остро стоит задача
повышения конкурентоспособности меховых изделий отечественного
производства, улучшение потребительских, эксплуатационных,
технологических, а в ряде случаев, и защитных свойств за счет принципиального изменения технологии их производства, разработки новых материалов и методов, либо придания материалам, используемым для этих изделий специфических свойств.
В технологии обработки меховой овчины отбеливание становится все
более популярным процессом. Это связано, с одной стороны, с
необходимостью расширения ассортимента и повышения
конкурентоспособности выпускаемой продукции, с другой стороны с требованиями моды. Одним из актуальных вопросов в технологии обработки белых шкур овчины является устранение природной желтизны волосяного покрова и повышение его белизны. Желтизна на светлых шкурах появляется, предположительно, вследствие окисления природного жира при некачественной первичной обработке сырья или длительном его хранении. Помимо этого желтые пятна могут образовываться вследствие биологических выделений (уропигменты или мочевые пятна). Процессы отбеливания, известные в мире и широко используемые в выделке меха имеют ряд недостатков: большой расход химических реагентов, оптических красителей и загрязнение сточных вод. Поэтому одним из эффективных путей повышения качества и получения желаемой степени белизны меховых изделий и ее устойчивости к различным воздействиям является оптимизация свойств натурального меха за счёт модификации волосяного покрова.
Работа направлена на решение актуальной проблемы создания технологий отбеливания волосяного покрова меховой овчины с применением потока высокочастотной плазмы пониженного давления для получения
мехового полуфабриката с улучшенными потребительскими и эксплуатационными свойствами.
Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете, в рамках федеральной программы «Экологическая безопасность России» (шифр 8.1.38), при поддержке грантов АН РТ № 06-6.4-113 и № 06-6.4-299 по теме «Высокочастотная обработка твердых тел компактной и капиллярно - пористой структур» 2002 - 2005 г.
Цель и задачи исследования. Целью работы является создание экономически выгодной и экологичной технологии отбеливания волосяного покрова полуфабриката меховой овчины с применением ВЧ - плазмы пониженного давления, позволяющей уменьшить расход химических реагентов, сократить продолжительность процессов отбеливания, получить более белый, блестящий, рассыпчатый волосяной покров полуфабриката меховой овчины. Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:
анализ существующих способов изменения характеристик свойств волосяного покрова и кожевой ткани меховой овчины.
экспериментальные исследования процессов додубливания, отбеливания волосяного покрова, жирования меховой овчины, модифицированной высокочастотной (ВЧ) плазмой пониженного давления.
экспериментальные исследования влияния ВЧ - плазмы пониженного давления на характеристики эксплуатационных свойств волосяного покрова и кожевой ткани овчины.
разработка технологических процессов додубливания, отбеливания волосяного покрова и жирования полуфабриката меховой овчины с применением ВЧ - плазмы пониженного давления.
Методы и объекты исследований. Объектом исследования был выбран полуфабрикат меховой овчины прошедший все жидкостные процессы и механические операции до процессов отбеливания и крашения по типовой
7 методике ТМТП ОАО «Мелита». Основные результаты экспериментов получены путем проведения сравнительных испытаний модифицированных ВЧ - плазмой и контрольных образцов овчинного полуфабриката с применением комплекса химических, физико - химических и физико-механических методов.
Исследовались: изменения показателя белизны колориметрическим методом на компараторе цвета ФКЦШ-М, прочностные характеристики кожевой ткани на разрывной машине РТ - 250, термостойкость кожевой ткани -на приборе для определения температуры сваривания, стойкость волосяного покрова к щелочной и кислотной обработке, влагосодержание волосяного покрова, содержание минеральных веществ в волосяном покрове, прочность волоса на разрыв, температура текучести волоса, содержание несвязанных жировых веществ.
Для установления закономерностей влияния плазменной обработки на волосяной покров меховой овчины использовался рентгеноструктурный анализ и сканирующая электронная микроскопия.
Результаты измерений и исследований обрабатывались с применением методов математической статистики.
Научная новизна работы.
1. Впервые установлены режимы обработки волосяного покрова овчины ВЧ - плазмой пониженного давления перед процессом отбеливания : сила тока на аноде 1а = 0,6 А; напряжение на аноде Ua=3,5 кВ; частота генератора f = 13,56 МГц давление Р=13,3 Па; Gat=0,04 г/с; время обработки t= 3-5 мин., при которых достигается увеличение показателя белизны на 30 - 50%. Это дает снижение концентрации химических реагентов на 20-25%, продолжительности процесса отбеливания на 16-30 %.
2.Установлен механизм влияние низкотемпературной плазмы пониженного давления на волосяной покров в процессе отбеливания мехового полуфабриката. Определено, что ВЧЕ разряд пониженного давления позволяет изменять степень раскрытия чешуек кутикулы, разволокнения сердцевины и
8 коркового слоя волоса.
3. Установлено, что при воздействии на волосяной покров меховой
овчины ВЧ - плазмой пониженного давления в режиме: сила тока на аноде la =
0,4 - 0,7 А; напряжение на аноде Ua=3,5 кВ, время воздействия t = 3 - 5 мин.,
расход плазмообразующего газа GAr = 0,04 г/с, частота генератора f = 13,56
МГц, давление Р = 13,3 Па увеличивается сорбционная способность и
реакционная способность волоса.
Экспериментально установлено, что плазменная обработка позволяет регулировать прочностные характеристики волосяного покрова меховой овчины. Обработка волосяного покрова в режиме сила тока на аноде la = 0,6 А; напряжение на аноде Ua=3,5 кВ; частота генератора f = 13,56 МГц давление Р=13,3 Па; Gat=0,04 г/с; время обработки t= 5 мин. увеличивает прочность волоса на разрыв на 18 %
Установлено, что плазменная обработка мехового полуфабриката в режиме: сила тока на аноде 1а = 0,8 А; напряжение на аноде Ua=3,0 кВ; частота генератора f = 13,56 МГц давление Р=13,3 Па; Gat=0,04 т/с; время обработки t= 5 мин приводит к интенсификации процессов додубливания и жирования на 25%.
Впервые установлен оптимальный режим плазменной обработки (сила тока на аноде 1а = 0,7 А; напряжение на аноде Ua=3,5 кВ; давление Р=13,3 Па; Gat=0,04 г/с; время обработки t = 5 мин), который в равной степени благоприятно воздействует на волосяной покров и на кожевую ткань при проведении процессов отбеливания. Показатель белизны волосяного покрова увеличивается на 30%, температура сваривания кожевой ткани на 5 - 7%, предел прочности при растяжении кожевой ткани на 8 - 12%.
Практическая значимость работы.
Разработаны технологические процессы додубливания, отбеливания и жирования полуфабриката меховой овчины с предварительной обработкой ВЧ - плазмой пониженного давления.
Разработана промышленная ВЧ плазменная установка, позволяющая
9 проводить модификацию волосяного покрова и кожевой ткани мехового полуфабриката перед процессами отбеливания.
3. Созданные технологические процессы внедрены в промышленное
производство на ОАО «Мелита».
4. Плазменная обработка полуфабриката меховой овчины перед
процессами отбеливания приводит к уменьшению продолжительности
технологического цикла, увеличению годового выпуска на имеющихся
производственных мощностях. В результате годовой экономический эффект
составляет 4,1 млн. руб./год.
На защиту выносятся:
1. Результаты исследований процессов отбеливания волосяного покрова
полуфабриката меховой овчины предварительно обработанного ВЧ - плазмой
пониженного давления.
Экспериментальные данные исследований влияния процессов отбеливания на кожевую ткань полуфабриката меховой овчины предварительно обработанного ВЧ - плазмой пониженного давления.
Результаты экспериментальных исследований влияния режимов плазменной обработки на показатель белизны волосяного покрова и прочностные свойства волоса и кожевой ткани полуфабриката меховой овчины после процессов отбеливания.
4. Экспериментальные данные исследований воздействия ВЧ - плазмы
пониженного давления на химические свойства волосяного покрова в
процессах отбеливания мехового полуфабриката, свидетельствующие, что
плазменная обработка не вызывает деструкции кератина, а приводит к
увеличению его реакционной способности.
5.Технология отбеливания волосяного покрова меховой овчины, с предварительной обработкой ВЧ - плазмой пониженного давления, со снижением начальной концентрации химических реагентов на 20 - 25 % и сокращением времени отбеливания на 16 - 30 %.
Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит: в выборе и обосновании методик экспериментов; непосредственном участии в проведении экспериментов; анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов, в разработке технологических процессов с применением высокочастотной плазмы пониженного давления.
Апробация работы и публикации.
Результаты работы докладывались и обсуждались на научной сессии КГТУ (Казань,2005,2007).
Основные результаты работы изложены в 2 статьях, 2 публикациях по материалам конференций и 2 препринтах.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из четырех глав. В тексте приведены ссылки на 127 литературных источников. Работа изложена на 141 стр. машинописного текста, содержит 25 рисунков, 23 таблицы.
В главе первой дан анализ состояния и перспектив развития процессов отбеливания полуфабриката меховой овчины. Представлен обзор новых химических материалов и методов, применяемых в процессах отбеливания волосяного покрова меховых овчин. Рассмотрено строение волосяного покрова овчины. Приведены механизмы взаимодействия отбеливающих реагентов с волосом. Обоснована возможность применения в данных процессах высокочастотной плазменной обработки с целью модификации материалов и интенсификации жидкостных обработок. Сформулированы задачи исследования.
В главе второй даны описание ВЧ - плазменной установки и методика обработки исследуемых объектов ВЧ - плазмой пониженного давления. Обоснованы выбор объектов исследования и приведены их характеристики. Овчины должны быть выделаны с сохранением конфигурации и симметрично расправлены. Кожевая ткань должна оставаться чистой, мягкой и иметь потяжку по всем направлениям. Волосяной покров овчин должен быть чистым,
11 несваляным, на стриженных овчинах равномерно подстриженным, на облагороженных овчинах блестящим, рассыпчатым, иметь проработанность верхней части волоса не менее 1/3 высоты и заглажен в одном направлении. В качестве объектов исследования использовали полуфабрикат меховой овчины прошедший процесс дубления и облагораживания. Представлены методики проведения процессов отбеливания волосяного покрова. Приведены методики экспериментальных исследований отбеливания полуфабриката меховой овчины предварительно обработанного ВЧ - плазмой пониженного давления. Определенны точки и методы контроля проводимых процессов.
Погрешность результатов измерений оценивали с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.
В главе третьей проведены оценка параметров и видов ВЧ - плазмы
пониженного давления, влияющих на плазменную модификацию материалов
применяемых в легкой промышленности и сравнительный анализ
элементарных процессов взаимодействия плазмы в объеме тела
доказывающий, что наибольший вклад в модификацию вносят: ионная бомбардировка и рекомбинация ионов. Остальные процессы не вносят существенного вклада в процессы модификации.
Исследовано влияние параметров ВЧ - плазмы пониженного давления на изменение характеристик свойств волосяного покрова и кожевой ткани меховой овчины в процессах отбеливания.
В четвертой главе приведена схема и технические характеристики разработанной ВЧ - плазменной установки для обработки волосяного покрова и кожевой ткани овчины в ВЧЕ - разряде. Разработаны технологии додубливания и отбеливания волосяного покрова меховой овчины с предварительной обработкой полуфабриката ВЧ - плазмой пониженного давления позволяющие снизить начальную концентрацию химических реагентов и сократить продолжительность процессов.
Современные химические методы обработки волоса при выделки полуфабриката меховой овчины
За последние годы нашли широкое применение методы различной обработки меха, эти методы непрерывно совершенствуются, а также изыскиваются другие способы специальной обработки волоса, придающие волосяному покрову меха ряд новых и ценных свойств (цвет, блеск, эластичность)[17]. Особенностью мехового производства является то, что каждый вид меха имеет свою специфику обработки. Сложившаяся к настоящему времени общая принципиальная схема выделки дубленного мехового полуфабриката меховой овчины включает: - группу люстровальных операций; - красильные процессы и операции; - отделочные процессы и операции.
Облагораживание волосяного покрова. Этот вид обработки связан с изменением формы и некоторых свойств волоса. Модификацию в данном случае проводят с устранением извитости волосяного покрова и последующей прочной фиксацией волоса в расправленном состоянии. При облагораживании волосяного покрова меховой овчины пластификацию волоса осуществляют посредством намазной обработки водным раствором спирта и муравьиной кислоты и последующим глажением на гладильной машине при температуре 170—190. Эти процессы, называемые люстрированием, проводятся несколько раз. Для прочной фиксации волоса применяют формальдеги т.д. [20].
Химический механизм действия люстрирующих кислотно-спиртовых растворов на волос заключается в следующем. Помимо солеобразования и гидролиза амидных аминокислотных остатков, воздействие кислоты нарушает систему солевых и водородных связей и вызывает также при резких условиях, применяемых при люстрировании волоса, гидролиз некоторой части пептидных связей. Тем самым осуществляется пластифицирующее действие на волос.
Существенную роль в этом процессе играет спирт. Общеизвестно, что при действии спирта в присутствии кислоты на белки происходит этерификация карбоксильных групп: RCOOH + С2Н5ОН Н20 + RCOOC2H5.
Кислота в этой реакции играет роль активного катализатора. Реакция этерификации кислотно-спиртовыми растворами исследована и описана на примере ряда белков [21] и, в частности, применительно к волосу.
Посредством этерификации карбоксильных групп кератинов осуществляется модификация волоса, приводящая к резкому повышению сродства его к кислотным красителям вследствие прочного блокирования карбоксильных групп.
Наиболее эффективной в отношении пластификации при кислотно-спиртовом люстрировании оказывается муравьиная кислота. При ее применении получается более шелковистый и блестящий волосяной покров, а также в значительно большей степени облегчается распрямление волоса [20]. Это может объясняться тем, что муравьиная кислота, помимо восстановительного расщепления дисульфидных связей, более энергично, чем любая другая органическая кислота, вызывает разрыв водородных связей, обусловливающих образование спиралей полипептидных цепочек [22].
В России при пластификации волоса в процессе облагораживания волосяного покрова меховой овчины применяется этиловый спирт. В Англии для этой цели использовали метанол. Следует иметь в виду, что эффективность кислотно-спиртовой обработки волоса будет выше в случае применения более низкомолекулярных спиртов. Это обусловливается, с одной стороны, более легкой диффузией низкомолекулярных спиртов в толщу волоса, по сравнению со спиртами более высокого молекулярного веса, а с другой стороны, более полно и быстро протекающей реакцией этерификации при применении метилового спирта [23]. В ряде случаев пластификацию волоса при облагораживании волосяного покрова меховой овчины осуществляют кислотными люстрами, не содержащими спирт. Так, на фабрике «Панония» в Венгрии этот процесс осуществляют посредством многократных намазок (до 6 раз) водными растворами уксусной кислоты (15 г/л) и гуммиарабика (30 г/л) и последующего глажения при температуре 180— 200 [24]. В этом случае эффект пластификации достигается за счет многократного и более интенсивного термического воздействия в присутствии кислоты, которое, как указывалось выше, вызывает существенную деструкцию кератинов, направленную главным образом на цистиновые, солевые и водородные связи, а также на тирозиновые и гидроксилсодержащие аминокислотные остатки.
Деструктирующее воздействие на кератины волоса процессов люстрирования кислотно-спиртовыми растворами и глажения иллюстрируется существенным повышением растворимости волоса в результате этих обработок в щелочи. Если растворимость волоса цигайской овчины в щелочи до процессов люстрирования и глажения составляет 9,33%, то после этих обработок она выражается величиной 12,50% [25].
Интенсивное деструктурирующее воздействие на кератины волоса в процессе пластификации обусловливается не только действием кислотно-спиртовых растворов, но и термическим фактором. Это иллюстрируется тем, что глажение при высокой температуре волоса, смоченного водой, вызывает довольно значительное увеличение его растворимости в щелочи (с 9,33 до 11,15%) и облегчение растяжимости (рисунок 1.2) [25].
Сопоставление кривых растяжения волоса показывает, что эффект пластификации волоса, характеризуемый его растяжимостью, вызываемый только лишь гидротермическим воздействием, не уступает получающемуся при глажении после кислотно-спиртового люстрирования.
Описание ВЧ - плазменной установки и методика обработки объектов исследования ВЧ - плазмой пониженного давления
С целью установления закономерностей взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы с волосяным покровом овчинного полуфабриката разработана и изготовлена плазменная установка (рисунок 2.1), состоящая из следующих частей: ВЧ электроды 1, устройство для обработки образцов 2, механическая система откачки 3, система электроснабжения 4, система питания рабочим газом 5, система водоснабжения 6, ВЧ генератор 7, диагностическое оборудование 8 и вакуумный блок 9.
Высоковольтный выпрямитель установки собран по трехфазной двухполупериодной схеме с управлением на первичной стороне трансформатора и снабжен приборами контроля, сигнализации, регулирования и защиты. Колебательная мощность генератора составляет до 6,5 кВт.
Обработка изделий при пониженных давлениях накладывает определенные условия на оборудование, в частности на материал вакуумного блока и подколпачной арматуры. Они должны обладать высокой вакуумной плотностью, низким газосодержанием, легким обезгаживанием, хорошей свариваемостью с образованием вакуумного соединения.
При разработке технологических приложений с использованием ВЧ-разрядов пониженного давления необходимо принимать в расчет влияния вакуумного оборудования и подколпачных устройств на вид разряда в месте обработки и изменение его параметров.
Вакуумный блок 9 создан на базе промышленной установки. Основание вакуумного блока смонтировано в виде сварного каркаса из нержавеющей стали, на верхней плоскости которого крепится базовая плита. На ней размещен вакуумный колпак и два параллельных медных электрода 1. Механическая система откачки 3 состоит из двухроторного насоса типа АВР-50 со скоростью откачки воздуха 50 дм /с.
Система питания плазмотрона рабочим газом 5 состоит из баллона со сжатым газом, редуктора для понижения давления, образцового манометра, ротаметра типа РС-3 для определения расхода газа и игольчатого натекателя для регулировки расхода, устройства для получения смеси газов. Стабильность расхода газа обеспечивается использованием буферной емкости.
Система водоснабжения 6 установки служит для обеспечения заданного теплового режима ее узлов и деталей. Вода поступает через системы контроля температуры и расхода жидкости на охлаждение наиболее нагруженных в тепловом отношении элементов: генераторной лампы и электродов. Подвод воды к установке и отвод воды из нее осуществляется при помощи резиновых шлангов.
При помощи диагностического оборудования 8 во всех экспериментах контролировали входные параметры плазменной установки: значения ВЧ напряжения, мощности, потребляемой установкой и генератором, частоту генератора; и определяли параметры разряда: мощность, вкладываемую в разряд, скорость плазменного потока, напряженность магнитного поля, плотность тока.
Измерение напряжения высокой частоты проводили электростатическими вольтметрами С196 и С50. Измерения частоты генераторов проводили с помощью электронно-счетного частотомера 43-44.
Мощности, потребляемые установкой и генератором определяли измерительным комплексом К-50. Мощность в разряде определяли как сумму потерь за счет теплопроводности, излучения и теплосодержания струи.
Скорость плазменного потока измеряли при помощи модифицированной трубки Пито. Для измерения напряженности магнитного поля применяли магнитный зонд. Измерения плотности тока проводили при помощи миниатюрного пояса Роговского. Для измерения давления в разрядной камере использовали прибор ВТ-6.
При плазменной обработке образцы размещали в зазоре между параллельными вертикально расположенными электродами 1 вдоль потока плазмообразующего газа.
Принцип работы ВЧ- плазменной установки основан на ВЧ нагреве плазмообразующего газа до состояния плазмы. При достижении рабочего пониженного давления в вакуумную камеру подается плазмообразующий газ. При подаче на электроды ВЧ- напряжения в разрядной камере образуется плазменный сгусток, при продуве плазмообразующего газа через этот сгусток образуется струйный разряд-инструмент обработки.
Входные параметры плазменной установки изменялись в следующих диапазонах: расход плазмообразующего газа G= 0,01 - 0,6 г/с, сила тока на аноде 1а=0,1 - 1,0 А, напряжение на аноде Ua=l,0 - 5,0 кВ, частота генератора f=13,56±10% МГц, давление Р = 10,0 — 40,0 Па. В качестве плазмообразующего газа в экспериментах использован аргон (Аг).
Методика обработки объектов исследования в ВЧЕ - разряде. При обработке в ВЧЕ- разряде в вакуумный блок установки образцы размером 100x100 мм крепились на специальных устройствах и устанавливались вдоль потока плазменной струи.
Обработка образцов проводилась следующим образом: производилась предварительная откачка вакуумной камеры, в разрядную камеру напускали рабочий газ. Регулировкой вентиля, соединяющего вакуумную камеру с механическими насосами, устанавливалось заданное давление, включался ВЧ -генератор. Режим плазменной обработки регулировался путем изменения расхода газа, мощности ВЧ - генератора, длительности обработки, давления в разрядной камере.
Исследование процесса отбеливания полуфабриката меховой овчины, предварительно обработанного ВЧ- плазмой пониженного давления
По результатам проведенных исследований определяли значения силы тока на аноде (1а) и напряжения на аноде (Ua) для каждого отбеливания, при которых получались наилучшие результаты показателя белизны W и при этих значениях воздействовали ВЧ - плазмой на волосяной покров овчин, изменяя время обработки от 1 до 9 минут. Остальные параметры оставались постоянными (расход плазмообразующего газа G = 0,04 г/с, частота генератора f=13,56 МГц, давление Р = 13,3 Па). Отбеливание контрольных и опытных образцов проводилось в две стадии: сначала окислительно - восстановительное отбеливание, затем с применением оптических отбеливателей.
Дальнейшее расширение диапазона значений силы тока на аноде (1а) и времени воздействия (t) не рассматривалось ввиду уменьшения показателя белизны и изменения гидрофильно- гидрофобного баланса в сторону увеличения гидрофобности обрабатываемого материала. При этом электрон успевает в ВЧ электрическом поле совершить достаточное количество столкновений и набрать энергию, необходимую для ионизации атомов. Электрон же, возникший в результате акта ионизации, попадает в поле действия отталкивающих сил электронов, заселяющих стенки микропоры, и с большей вероятностью продвигается вглубь микропоры в область более слабого поля. Таким образом, внутри капиллярно-пористого тела создаются условия для возникновения пробоя газа, поскольку: а) в газе возникают свободные носители заряда, т.е. возникает проводимость; б) в микропоре существует электрическое поле, сообщающее этим носителям направленное движение. Основным источником свободных электронов и ионов внутри микропоры является газ, наполняющий ее. Газ в открытых микропорах первоначально ионизуется за счет потока ионов, поступающих из плазмы, и за счет вторичных электронов, выбиваемых ионами со стенок микропор. В течение первых нескольких периодов колебаний электрического поля поверхностных зарядов в такой степени, что ионизация атомов на данной глубине становится маловероятной. В закрытых микропорах ионизация газа происходит в моменты наиболее высоких значений электрического поля. Ионы, возникающие в процессе несамостоятельной ионизации газа внутри микропоры, попадают на ее стенки, где рекомбинируют с заселяющими ее электронами, способствуя тем самым модификации внутренней поверхности микропор. Это означает, что при обработке капиллярно-пористых тел в плазме ВЧЕ разряда пониженного давления в отличие от других видов газовых разрядов возможно проведение объемной обработки. Бомбардировка ионами и рекомбинация ионов на наружной поверхности капиллярно-пористого тела и внутренней поверхности микропоры приводит к изменению показателей свойств волоса мехового сырья и полуфабриката. Однако приведенные выше оценки являются приближенными. На модификацию поверхности в потоке НТП могут оказывать влияние также процессы взаимодействия с возбужденными частицами, кинетический удар атомами, ионами и электронами, бомбардировка электронами в околоповерхностных электрических полях, тепловой поток, воздействие электромагнитного поля и светового излучения [116]. Анализ основных элементарных процессов взаимодействия плазмы ВЧ разрядов пониженного давления с капиллярно-пористыми материалами приведен в таблице 3.1. Сравнительный анализ элементарных процессов взаимодействия плазмы с поверхностью тел [120 - 122] доказывает, что наибольший вклад в модификацию вносят: ионная бомбардировка и рекомбинация ионов. Остальные процессы не вносят существенного энергетического вклада в процессы модификации.
Совместное действие процессов рекомбинации и бомбардировки низкоэнергетическими ионами приводит к очистке от загрязнений, адсорбированных частиц, конформационным изменениям капиллярно-попистьтх матепиалов. Следовательно. B4F пачпяя пониженного ттягтения главе 2) ВЧ- плазмой в течении 5 минут, расход инертного газа GAr = 0,04 г/с; давление Р = 13,3 Па, с изменением значений силы тока на аноде 1а от 0,1 до 1,0 А, напряжения на аноде Ua от 3,0 до 5,0 кВ и контрольных. По результатам проведенных исследований определяли значения силы тока на аноде (1а) и напряжения на аноде (Ua) для каждого отбеливания, при которых получались наилучшие результаты показателя белизны W и при этих значениях воздействовали ВЧ - плазмой на волосяной покров овчин, изменяя время обработки от 1 до 9 минут. Остальные параметры оставались постоянными (расход плазмообразующего газа G = 0,04 г/с, частота генератора f=13,56 МГц, давление Р = 13,3 Па). Отбеливание контрольных и опытных образцов проводилось в две стадии: сначала окислительно - восстановительное отбеливание, затем с применением оптических отбеливателей.
Дальнейшее расширение диапазона значений силы тока на аноде (1а) и времени воздействия (t) не рассматривалось ввиду уменьшения показателя белизны и изменения гидрофильно- гидрофобного баланса в сторону увеличения гидрофобности обрабатываемого материала. Показатель белизны оценивали колориметрически на приборе ФКЦШ-М. Данные изменения показателя белизны (W) в зависимости от силы тока на аноде (1а), напряжения на аноде (Ua) и времени воздействия представлены в таблицах 3.2 - 3.5.
Разработка технологии отбеливания волосяного покрова меховой овчины с применением ВЧ - плазмы пониженного давления
При работе по приведенной схеме требуется минимальная подготовка материалов, малое количество операций загрузки- выгрузки и не нарушается последовательность типового технологического процесса.
Согласно разработанной схеме выпущены 4 опытно-промышленные партии по 10 шт. меховой овчины каждая. Две партии подвергались плазменной обработки в промышленной установке в выбранном в главе 3 оптимальном режиме. Все процессы по отбеливанию меховых овчин с необходимыми рекомендациями проводились по методике, представленной в таблице 4.2, с учетом сокращения расхода химических материалов, а именно: формалина - на 10%, перекиси водорода на -10 %, жирующих материалов - на 5 %, оптического отбеливателя. При проведении процессов отбеливания по представленной методике возможно добиться повышения белизны волосяного покрова в среднем на 20-25 %, в сочетании с высокими прочностными показателями кожевой ткани. Предел прочности обработанных образцов возрастает на 7-11% по сравнению с контрольными. При этом плазменная обработка приводит к интенсификации всех жидкостных процессов в среднем на 20-30 %.
Применение плазменной обработки позволяет повысить качество выпускаемого отбеленного полуфабриката меховой овчины. При воздействии ВЧ - плазмы на волосяной покров происходит раскрывание чешуек кутикулы волоса, что позволяет молекулам оптического отбеливателя лучше проходить между раскрывшимися чешуйками кутикулы в толщу волоса. Со стороны кожевой ткани происходит изменение размеров пор и структурных элементов, что увеличивает скорость диффузии химических реагентов. Данный метод позволяет производить полуфабрикат меховой овчины с требуемыми физико -механическими свойствами и регулировать скорость протекания процессов отбеливания.
Выпущенные опытно- промышленные партии показали, что отбеленные меховые овчины, обработанные высокочастотной плазмой пониженного давления перед процессами отбеливания, обладают улучшенными физическими и эксплуатационными характеристиками по сравнению с партиями, полученными без обработки по промышленным методикам (таблица 4.3).
Экономическая эффективность от внедрения плазменной обработки в технологию отбеливания волосяного покрова меховой овчины составила 4,1 млн. руб. в год. 1. Определены режимы обработки волосяного покрова овчины ВЧ плазмой пониженного давления перед процессом отбеливания : сила тока на аноде 1а = 0,6 А; напряжение на аноде Ua=3,5 кВ; частота генератора f = 13,56 МГц давление Р=13,3 Па; GAT=0,04 г/с; время обработки t= 3-5 мин., при которых достигается увеличение показателя белизны на 30 - 50%. Это дает снижение концентрации химических реагентов на 20-25%. Продолжительность процесса отбеливания сокращается на 16-30 %. 2. Установлен механизм влияние низкотемпературной плазмы пониженного давления на волосяной покров в процессе отбеливания мехового полуфабриката. Определено, что ВЧЕ разряд пониженного давления позволяет изменять степень раскрытия чешуек кутикулы, разволокнения сердцевины и коркового слоя волоса. 3. Найден режим плазменной обработки волосяного покрова при котором увеличивается сорбционная способность и реакционная способность волоса: сила тока на аноде 1а = 0,4 - 0,7 А; напряжение на аноде Ца=3,5 кВ, время воздействия t = 3 - 5 мин., расход плазмообразующего газа GAT = 0,04 г/с, частота генератора f = 13,56 МГц, давление Р = 13,3 Па
Установлено, что плазменная обработка мехового полуфабриката в режиме: сила тока на аноде 1а = 0,8 А; напряжение на аноде Ua=3,0 кВ; частота генератора f = 13,56 МГц давление Р=13,3 Па; GAr=0,04 г/с; время обработки t = 5 мин приводит к увеличению прочностных характеристик кожевой ткани на 5-10%.
Разработаны технологические процессы отбеливания полуфабриката меховой овчины с предварительной обработкой ВЧ - плазмой пониженного давления.
Разработана промышленная ВЧ плазменная установка, позволяющая проводить модификацию волосяного покрова и кожевой ткани мехового полуфабриката перед процессами отбеливания.
