Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время перед легкой промышленностью стоит сложная задача, связанная с наиболее полным удовлетворением непрерывно растущего потребительского спроса и конкурентоспособности на рынке кожевенно-меховой продукции. Для достижения этой цели предусматривается динамичное и пропорциональное развитие производства, повышение его эффективности, улучшение условий труда и использование других интенсивных факторов экономического развития. Поиск оптимальных решений по росту эффективности производства, совершенствования ассортимента выпускаемой продукции, требует внедрения в производство инновационных методов обработки материалов и химических веществ, способных обеспечить выпуск продукции высокого качества, в том числе улучшения потребительских показателей полуфабриката и его внешнего вида, придаваемых в процессах крашения и отделки.
На меховом производстве часто приходится сталкиваться с наличием в сырье метисовых пород овец «пёстрой» или тёмной окраской волосяного покрова шубной овчины. Это не позволяет расширить ассортимент разнообразной цветовой гаммы полуфабриката шубной овчины. Поэтому в технологию выделки шубной овчины вводят процесс осветления волосяного покрова, что дает возможность выпускать полуфабрикат шубной овчины светлых тонов и снизить естественную пятнистость волосяного покрова. В связи с этим повышение качества обесцвечивания волосяного покрова шубных овчин является одним из перспективных направлений. Процесс производства полуфабриката шубных овчин включает также проведение отделочных процессов и операций, в ходе которых волосяной покров приобретает высокую степень электризации. Это может привести к сильному закату волоса, что усложнит дальнейший технологический цикл и отрицательно скажется на качестве готовой меховой продукции. Статический заряд так же может привести к нежелательным явлениям во время носки меховых изделий: возникновению разрядов, которые негативно влияют на здоровье человека, доставляют дискомфорт и приводят к загрязнению пылью. Возникающие проблемы в технологическом процессе выделки мехового полуфабриката и последующей эксплуатации изделий можно решить при помощи плазмы высокочастотного (ВЧ) разряда пониженного давления. Достоинством применения плазменных технологий в меховом производстве является улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств кожевой ткани, сохранение блеска и шелковистости волосяного покрова, а также экологически щадящее воздействие на окружающую среду. Основываясь на результатах научных работ, выполненных в последние годы, можно отметить определенный прогресс в решении указанных проблем, однако комплексных исследований по созданию единой технологии, решающей данные проблемы не проводилось.
Таким образом, разработка технологии получения полуфабриката шубной овчины, основанная на результатах исследования влияния ВЧ плазмы пониженного давления на осветление с последующим крашением и снижение электризуемости волосяного покрова, является актуальной задачей и представляет как научный, так и практический интерес.
Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 г.г.» по теме «Развитие центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области создания композиционных полимерных и керамических материалов на основе наночастиц, полученных электрофизическими, электрохимическими, сверхкритическими флюидными методами»(2011-2012 г.г.).
Цель работы. Целью работы являлось разработка технологии производства полуфабриката шубной овчины светлых тонов с антистатическими свойствами с применением плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) и высокочастотного индукционного (ВЧИ) разрядов пониженного давления.
Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач:
1. Анализ существующих способов повышения качества осветления и крашения волосяного покрова шубной овчины с неравномерной природной окраской и методов снижения электризуемости меха.
2. Обоснование и выбор объектов исследования, определение методов и методик исследований эксплуатационных свойств меха, описание оборудования для модификации волосяного покрова и кожевой ткани меха.
3. Проведение экспериментальных исследований влияния воздействия плазмы ВЧИ и ВЧЕ разрядов пониженного давления на процесс осветления волосяного покрова шубной овчины с целью повышения качества процесса осветления, последующего крашения, а также улучшения химических, физико-механических и структурных характеристик волосяного покрова и кожевой ткани готового мехового полуфабриката из шубной овчины.
4. Разработка технологии производства мехового полуфабриката шубной овчины светлых тонов с антистатическими свойствами и улучшенными физико-механическими характеристиками с применением плазмы ВЧЕ и ВЧИ разрядов пониженного давления.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовали методы исследований, соответствующие современному состоянию науки, а также стандартные методики действующей нормативно-технической документации определения показателей качества мехового сырья и полуфабриката. В работе использовались методы электронно-микроскопического, синхронного термического анализа, атомно-силовая микроскопия, фотоколометрия, а также методики определения химических и физико-механических характеристик кожевой ткани и волосяного покрова меха. Основными объектами исследования являлись сырье и полуфабрикат шубной овчины, прошедшие различные стадии выделки. 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 плазменной обработки шубного сырья основаны на результатах планирования эксперимента с помощью программы STATISTICA 6.0. Погрешность результатов оценивалась с доверительной вероятностью 0,95.
Научная новизна работы:
1. Впервые установлена возможность повышения показателя осветления волосяного покрова шубной овчины при обработке плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления шубной овчины после процесса протравления.
2. Впервые выявлено, что проведение процесса осветления перед процессом пикелевания с применение плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления позволяет исключить предварительное пикелевание и нейтрализацию в технологическом процессе выделки шубной овчины.
3. Впервые определено, что ВЧЕ плазменная обработка, способствующая увеличению показателя осветления волосяного покрова шубной овчины, позволяет интенсифицировать процесс кислотного крашения и добиться равномерного окраса волоса и кожевой ткани в светлые тона, при одновременном улучшении физико-механических характеристик шубного полуфабриката.
4. На основании проведенных экспериментальных исследований впервые разработана физическая модель воздействия ВЧЕ плазмы пониженного давления на кератин волоса меха, устанавливающая, что увеличение показателя осветления, интенсификация процесса кислотного крашения и равномерность окраски достигается за счет модификации надмолекулярной структуры кератина в объеме волоса в результате рекомбинации ионов, возникающей при пробое капиллярного объема.
5. Установлено, что ВЧИ плазменная модификация на стадии отделочных процессов шубно-мехового производства способствует снижению электризуемости волосяного покрова шубного полуфабриката.
Практическая ценность работы.
1. Определены параметры ВЧЕ плазменной обработки (Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин) сырья шубной овчины перед процессом осветления, позволяющие эффективно провести процесс осветления и добиться максимальной степени осветления волосяного покрова меха.
2. Показано, что плазменная обработка шубного сырья перед процессом осветления позволяет увеличить выбираемость кислотного красителя до 34 %, сократить продолжительность до 40 мин, получить полуфабрикат шубной овчины с равномерной окраской светлых тонов волосяного покрова и кожевой ткани.
3. Установлены параметры ВЧИ плазменной обработки, позволяющие создать на поверхности волосяного покрова меха электропроводящее покрытие, которое способствует увеличению скорости стекания зарядов статического электричества, образующихся при трении (Wр=0,7 кВт, GAr=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с).
4. Показано, что применение плазменной обработки позволяет улучшить физико-механические свойства волосяного покрова и кожевой ткани шубной овчины, повысить температуру сваривания на 5 %, предел прочности кожевой ткани на 10 % и увеличить предел прочности волоса на 17 %.
5. Разработана технология производства шубной овчины позволяющая получать полуфабрикат светлых тонов с антистатическими и улучшенными потребительскими свойствами кожевой ткани и волосяного покрова меха. Разработанная технология шубной овчины прошла опытно-производственные испытания на ООО «Руно» и ООО «Меховщик».
Годовая экономическая эффективность составила 970 тыс. руб. в год.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Результаты исследований влияния ВЧ плазменной модификации шубного сырья на качество проведения процесса осветления волосяного покрова, показывающие, что плазменная обработка приводит к увеличению показателя осветления волосяного покрова на 15-25 %.
2. Данные экспериментальных исследований влияния ВЧЕ плазменной обработки шубного сырья перед процессом осветления на качество проведения процесса крашения. Установлено, что плазменная обработка способствует увеличению выбираемости красителя, сокращению времени процесса крашения и повышению физико-механических характеристик полуфабриката шубной овчины.
3. Результаты экспериментальных исследований влияния плазменной обработки на изменения показателей электростатических свойств меха, позволяющие получить готовую меховую продукцию с антистатическими свойствами за счет создания токопроводящего покрытия на поверхности волосяного покрова с применением ВЧИ плазмы пониженного давления.
4. Результаты экспериментальных исследований подтверждающие, что модификация шубной овчины плазмой ВЧИ и ВЧЕ разрядов пониженного давления, способствует улучшению физико-механических характеристик, увеличивается термостойкость и прочность волоса, повышается температура сваривания и предел прочности кожевой ткани, достигается равномерность окраса волоса и кожевой ткани, обеспечивая полуфабрикату улучшенные потребительские свойства.
5. Физическая модель воздействия ВЧЕ плазмы пониженного давления на кератин волоса меха, показывающая, что модификация надмолекулярной структуры кератина в объеме волоса в результате рекомбинации ионов, возникающей при пробое капиллярного объема, приводит к увеличению показателя осветления, интенсификации процесса кислотного крашения и равномерности окраски шубной овчины.
6. Технология выделки шубной овчины с применением плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления перед процессом осветления и плазмой ВЧИ разряда пониженного давления перед отделочными операциями способствует получению полуфабриката шубной овчины светлых тонов с отсутствием электризуемости волосяного покрова и улучшенными физико-механическими свойствами кожевой ткани.
Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит в постановке задачи, выборе и обосновании методик экспериментов и непосредственном участии в их проведении; в анализе и обобщении полученных результатов; разработке технологических процессов выделки шубного полуфабриката.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались на XIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений-V Кирпичниковские чтения» (Казань, 2009), Международной конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2010, 2011), международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, 2010, 2011), Международной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука - производству» (Набережные челны, 2010), II Международная научно-практическая конференция «Проблемы дизайн-проектирования и оформления мусульманской одежды» (Казань, 2010), Международной научно-технической конференции «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2010), III Международной научно-практической конференции «Современные экологические безопасные технологии производства кожи и меха» (Киев, 2010), Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Неорганические соединения и функциональные материалы» (Казань, 2010), XI Всероссийской научно-инновационной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теоретические знания в практические дела» (Омск, 2010), I Всероссийской научно-практической конференции «Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия» (Казань, 2010), Международной конференции и школе молодых ученых и специалистов «Физика высокочастотных разрядов» (Казань, 2011) и ежегодной научной сессии КГТУ (Казань, 2010-2012).
Основные результаты работы изложены в 21 публикациях, из которых 6 статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на 159 литературных источника. Работа изложена на 145 стр. машинописного текста, содержит 34 рисунков, 18 таблиц.
