Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современные химические материалы и инновационные методы обработки пушно- мехового сырья и полуфабриката 15
1.1 Роль и влияние различных химических материалов, используемых на стадиях подготовительных процессов, выделки и крашения меха
1.2 Совершенствование процессов обработки пушно-мехового сырья с использованием ферментных препаратов
1.3 Влияние плазменной обработки на свойства пушно-мехового сырья и полуфабриката
1.4 Задачи диссертации 59
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследования 61
2.1Характеристика применяемых химических материалов 61
2.2 Выбор объектов исследований 62
2.3 Методы исследований 63
2.4 Описание высокочастотной плазменной установки 78
2.5 Методы статистической обработки результатов экспериментов 80
ГЛАВА 3 Исследование характеристик свойств меха, полученного с применением ферментных препаратов и вч плазмы пониженного давления 86
3.1 Исследование характеристик свойств ферментных препаратов, используемых на различных стадиях обработки шкур бобра 92
3.2 Влияние ферментных препаратов на характер протекания подготовительных процессов и выделки меха
3.3 Подготовительные процессы и выделка шкур бобра с участием ферментных препаратов и плазменной обработки
ГЛАВА 4 Разработка технологий получения полуфабриката шкур бобра с применением ферментного препарата elbro 100-c и плазменной обработки
4.1 Оборудование, применяемое при высокочастотной плазменной обработке
4.2 Разработка технологии проведения подготовительных процессов и крашения шкур бобра с применением Elbro100-С
4.3 Разработка технологии проведения подготовительных процессов и крашения шкур бобра, с использованием плазменной обработки и Elbro 100-С 141
4.4 Расчет экономического эффекта от внедрения плазменной модификации шкур бобра в сырье и полуфабрикате с применением ферментных препаратов 144
Выводы 146
Литература
- Совершенствование процессов обработки пушно-мехового сырья с использованием ферментных препаратов
- Описание высокочастотной плазменной установки
- Влияние ферментных препаратов на характер протекания подготовительных процессов и выделки меха
- Разработка технологии проведения подготовительных процессов и крашения шкур бобра с применением Elbro100-С
Совершенствование процессов обработки пушно-мехового сырья с использованием ферментных препаратов
Современная технология выделки пушно-мехового сырья невозможна без применения специфических химических материалов. Их перечень велик и разнообразен. В зависимости от вида сырья технологии проведения обработки, включающие отмоку, обезжиривание, пикелевание, дубление, жирование и отделочные процессы и операции, имеют некоторые различия. [1-3, 4-13, 8-13].
Сложившийся рынок отечественных и импортных химикатов для меховой промышленности предлагает потребителю огромное количество препаратов под различными фирменными торговыми названиями (не всегда отражающими химический состав и их назначение). Их можно классифицировать следующим образом: консервирующие вещества и антисептические средства, ПАВ, ФП, дубящие соединения, жирующие вещества, красители и отбеливатели, вспомогательные материалы. При этом некоторые из химических веществ применяются на нескольких стадиях обработки, например, ПАВ используют в процессах отмоки, промывки, обезжиривания, крашения, а ФП – для ускорения отмоки, при обезжиривании и мягчении. Большинство жидкостных процессов проводят с использованием неорганических солей, в основном хлорида натрия, кислот. Причем, на одних стадиях процесса эти вещества могут быть основными, а на других -вспомогательными [14].
Роль антисептиков заключается в предотвращении и подавлении развития гнилостных микроорганизмов. В жидкостных процессах обработки бактериальная микрофлора быстро развивается и может привести к появлению теклости ВП. Для ее предотвращения и предохранения КТ сырья применяются антисептики. Их ассортимент достаточно широк. В основном это многокомпонентные системы, содержащие комбинации бактерицидных и фунгицидных активных препаратов с различными ПАВ (неиногенными (нПАВ), анионоактивными (аПАВ) или катионоактивными (кПАВ)) и специальными добавками [1].
Известны такие антисептики, как Активил Р, Активил LM, представляющие собой смесь алкилсульфатов и сульфокислот с бактерицидными добавками и рекомендуемые для ускорения процессов отмоки сырья при концентрации 1,0…2,0 см3/дм3 [14].
Активол OLN представляет собой комбинацию бактерицидных и фунгицидных активных веществ со смачивателями и эмульгаторами. Преимуществом этого препарата является отсутствие хлора.
Аламинол – это смесь ПАВ и альдегидов, которая обладает высокими антисептическими и бактерицидными свойствами, широким спектром антимикробного действия. Применяется в процессах отмоки, мойки, обезжиривания меховых шкур и овчины. К недостаткам данного продукта можно отнести наличие альдегидов.
Препарат Диамол С, предлагаемый в работе [14], обладает фунгицидным и бактерицидным действием. Может применяться при консервировании сырья и отмоке разных видов пушно-мехового сырья. Препарат Лутенсоль АР-6 представляет собой оксиэтилированный продукт, обладающий консервирующим действием. Положительным свойством Лютенсоля является ускорение процесса отмоки сильно засушенных, скляных овчин [14].
Препарат Молескаль S – это смесь алкилоламинов с дезинфицирующим средством. Ускоряет отмоку, особенно шкур пресно-сухого консервирования, способствует отмыванию механических и жировых загрязнений с ВП при концентрации 0,2…0,5 г/дм3. Недостатком является наличие катионных реагентов, отличающихся высокой токсичностью.
Антисептический препарат Реверсан 83 применяется при консервировании овчинного сырья и в процессе отмоки. Обладает длительными фунгицидными защитными свойствами, хорошо растворяется в воде, совместим с продуктами, применяемыми при отмоке. Однако обладает невысокой активностью (30%) [14].
ЗАО «Меховая химия» представляет широкий спектр эффективных и недорогих химических материалов, использование которых способствует снижению себестоимости готовой продукции при сохранении качества [15]. Например, для использования в технологии производства шкурок кролика предлагается использовать новый антисептический препарат «Экосепт», что позволяет значительно снизить количество порванных шкурок и с теклостью ВП [16].
В работе [17] меховые шкурки обводняют водным раствором нПАВ с участием антисептика. В качестве антисептика используют водную дисперсию акрилового сополимера с диметилформамидом в соотношении 1,0-1,1:5,0-5,1 соответственно. Техническим результатом предложенного способа является улучшение физико-механических показателей шкурок, а также снижение отрицательного воздействия на окружающую среду.
Известна работа, где рассматривается способ отмоки пушно-мехового сырья посредством обработки в водном растворе антисептика. В качестве антисептика используют водный раствор маньчжурского ореха в пропорции 9,0-20,0 г/дм3 [18].
Известен состав для отмоки мехового сырья, включающий антисептик, ПАВ и воду, отличающийся тем, что в качестве антисептика он содержит кислые соли низкомолекулярных кислот С1-С4 [19]. Техническим результатом является повышение антисептических свойств состава; улучшение качества КТ (упругопластических свойств и прочности); исключение расхода сульфита (сокращение расхода химических материалов).
Повысить упруго-пластические свойства КТ позволяет состав, в который входят ПАВ, антисептик, вода [20]. Недостатком является то, что получаемый полуфабрикат овчины становится недостаточно прочностным и упруго-пластическим; использование в качестве антисептика высокотоксичного гексафторсиликата натрия ухудшает экологию производства [21]. Способ двойной отмоки в растворе, содержащем в 1 дм3 воды 20 грамм хлорида натрия, может привести к потере пластичности КТ и возникновению негативного эффекта «гремучести», что резко снижает качество мехового сырья [20, 21].
Технологические принципы использования ПАВ основаны на их способности: адсорбироваться на поверхности раздела фаз, снижая избыток межфазной поверхностной энергии; к мицеллообразованию; эмульгировать и стабилизировать эмульсии; оказывать влияние на смачивание (гидрофобизировать или гидрофилизировать поверхности); образовывать и стабилизировать пену; обладать солюбилизирующим и моющим действием [22].
Описание высокочастотной плазменной установки
Выпуск конкурентоспособных изделий из меха, и увеличение их срока службы с сохранением высоких эксплуатационно-эстетических характеристик могут быть достигнуты с помощью гидрофобной обработки мехового полуфабриката или изделий. Придание водоотталкивающих свойств различным материалам и изделиям относится к разряду актуальных проблем. Объектом исследования [200] служили шкуры бобра в полуфабрикате. Плазменная обработка крашеного полуфабриката проводилась на промышленной плазменной установке, при следующих параметрах: U=1,5В; I=0,3А; =1мин. Обработка проводилась в среде аргон-пропан при G=0,02-0,04 г/с. По окончании обработок проведена сравнительная оценка полученного гидрофобного эффекта на разных участках полуфабриката. Эксперименты показали, что ВП исходного полуфабриката характеризуется повышенными водоотталкивающими свойствами, т.к. между остевыми и пуховыми волосами образуется воздушная прослойка. Кроме этого известно, что сам по себе волос является гидрофобным. Обработка плазмой также содействует некоторому повышению гидрофобности (до 23%). [201].
Экспериментально исследовано влияние параметров НТП обработки на изменение свойств ВП дубленого полуфабриката меховой овчины в процессе отбеливания. У образцов, прошедших НТП обработку в следующем режиме: Wp=1,6 кВт,P=26,6 Па, G=0,04 г/с, t=10 мин. показатель белизны выше, чем у контрольных и составил в среднем 76% , что на 30% выше, чем у контрольной партии. Это свидетельствует о более интенсивной сорбции оптического отбеливателя и лучшем проникновении окислителя в волос, подвергнутый воздействию НТП. Установлено, что после плазменной обработки наблюдается снижение содержания жировых веществ у опытных образцов на 0,26%, что может быть обусловлено их удалением в вакууме во время НТП обработки. Содержание минеральных веществ у опытных образцов в сравнении с контрольными повышается на 0,53%. Это показывает, что в целом ВП опытных образцов оказался более реакционно-способным к реагентам, используемым при проведении процесса отбеливания [162, 202, 203].
В отечественной и зарубежной меховой промышленности существует проблема максимально эффективного использования мехового и пушно-мехового сырья для изготовления конкурентоспособных и пользующихся широким спросом изделий. Поэтому, как отмечалось выше, повышение эффективности использования сырья, снижение процента технологического брака в процессе выделки и повышение функциональных, эстетических и эксплуатационных свойств полуфабриката позволяет снизить себестоимость готового материала и повысить конкурентную способность продукции. В связи с расширением ассортимента пушно-мехового сырья и полуфабриката представляется целесообразным исследовать новый, востребованный вид сырья - шкуры бобра.
Многообразие существующих форм плазменных методов обеспечивает разнонаправленность их применения и перспективность. Однако, проблемы традиционных технологий производства меха могут быть частично решены лишь при использовании комплексного подхода, основанного на применении нетоксичных, химических веществ и эффективных, инновационных, технологических приемов.
Таким образом, представленные работы показывают, что применением плазменной обработки можно улучшить качественные и количественные показатели меха, снизить концентрации применяемых реагентов, интенсифицировать технологические процессы.
Одним из мероприятий, обеспечивающих реализацию Стратегии развития легкой промышленности России на период до 2020 года является решение проблемы развития инновационной и научной деятельности. Содержание указанного мероприятия включает различные пункты. Важно выделить следующие вопросы: создание наукоемких технологий по глубокой переработке сырьевых ресурсов, в т.ч. пушно-мехового сырья с использованием достижений в области био- и плазменной технологии, обеспечивающих энерго-, ресурсосбережение, переход отрасли на экологически безопасные материалы и ресурсосберегающие технологии.
Особое место в сырьевом балансе легкой промышленности занимает мех. Суровые климатические условия нашей страны делают незаменимой меховую одежду в холодное время года. В то же время мех является и предметом роскоши, так как считается самой дорогостоящей продукцией из всех групп товаров отрасли. Россия занимает первое место в мире по потреблению пушнины. Согласно прогнозам развития меховой отрасли, к 2020 году, по сравнению с 2008 годом на 20-25% увеличится количество шкурок (бобра, котика, соболя, песца, норки, ондатры, хоря и нутрии).
Среди проблем отечественной меховой промышленности следует выделить и повышение конкурентоспособности продукции. Многочисленные исследования показали, что низкая конкурентоспособность обусловлена следующими причинами: низким качеством пушно-мехового сырья из-за плохого ухода за животными, плохой селекции, некачественных кормов, несовершенства первичной обработки; низкими экологичностью и качеством пушно-мехового полуфабриката из-за несовершенства технологических процессов переработки; плохого дизайна и несовершенства технологии скорняжно-пошивочных процессов [204]. Одним из основных факторов выпуска конкурентоспособной продукции является применение высококачественных химических материалов, к которым относятся ПАВ и ФП в сочетании с инновационными приемами, а именно применением плазменной обработки пушно-мехового сырья и полуфабриката.
Целью работы является разработка ресурсосберегающих технологий производства шкур бобра с заданными функциональными и потребительскими свойствами и интенсификацией жидкостных процессов за счет применения современных ФП и плазменной обработки.
Влияние ферментных препаратов на характер протекания подготовительных процессов и выделки меха
После отмоки I технологией предусмотрены промежуточные операции, обеспечивающие подготовку к дальнейшей обработке, в частности мездрению-разбивке. Так, в процессе мокрой откатки, которая проводится с применением опилок и отмочной жидкости, происходит интенсивное механическое воздействие на структуру КТ, благодаря чему достигается более быстрое и равномерное поглощение влаги при отмоке II.
Из рисунков 3.1 и 3.2 видно, что обводнение шкур бобра только в растворах ПАВ недостаточно: содержание влаги в контрольных образцах сравнительно ниже (на 5-7%), чем у шкур, обработанных в растворах с добавлением ФП при отмоке II.
Увеличение концентрации ферментов до 1,5-2,0 г/дм3 незначительно сказывается на результатах обводнения шкур. Однако, при этом степень связи волоса с дермой заметно нарушается, что приводит к теклости волоса. Кроме этого, повышение концентрации фермента приводит к получению излишне разрыхленной КТ, с низкими физико-механическими свойствами, а также негативно отражается на себестоимости готовой продукции. Органолептическая оценка качества проведения процесса отмоки II показала, что опытные образцы мягкие по всей площади, рыхлые по КТ, а контрольные - неоднородные по топографическим участкам, упругие по КТ.
Результаты определения температуры сваривания сырья до и после отмоки II с участием ФП показали, что при значении рН отмочной ванны 5,8-6,3 происходит максимальное вымывание межволоконных веществ: Тсв снижается с 62-63 0С до 56-580С.
Результаты апробаций исследуемых ФП на целых шкурах показали, что при применении Elbro 100-C влагосодержание повышается на 3-5% в сравнении с ФП Pelvit APC. Кроме этого, Elbro 100-С в равной степени обводняет шкуры с плотной, утолщенной зажиренной КТ, расщепляет и вымывает натуральные жиры, разрыхляет связь между дермой и подкожной клетчаткой без опасности теклости волоса, благодаря чему в дальнейшем КТ легче обрабатывается и приобретает мягкость.
Как видно из таблиц 3.2 и 3.3, с экономической точки зрения вариант отмоки I, II с использованием Bоrron SAF, Bоrron SE, формалина и Pelvita APC менее рационален в сравнении с вариантом, где используются химические материалы фирмы «Lowenstein». Несмотря на то, что формалин положительно влияет на связь волоса с дермой, он очень токсичен. Кроме этого, результаты исследований показали большую эффективность препарата Wetter HAC в сравнении с препаратами фирмы «TFL» при относительно низких концентрациях. Как указывалось ранее, в состав Wetter HAC входят специальные добавки, обладающие бактерицидными свойствами, поэтому дополнительное использование формалина не предусмотрено. Результаты качественного определения бактериальной заряженности сырья доказали эффективность использования комплексного препарата Wetter HAC. Таким образом, для дальнейших исследований используется состав, включающий химические материалы фирмы «Lowenstein».
На этапе выбора оптимальных концентраций ФП, обеспечивающих требуемый эффект обводнения учитывалось, что при разработке конкретных технологий необходимо учитывать сложность контроля гидролитических реакций и возможность повреждения обрабатываемого материала в результате глубокого гидролиза пептидных связей. Поэтому осуществляется оптимизация условий технологического процесса и концентраций ФП.
Аппроксимацию экспериментальных данных проводили по методу наименьших квадратов (МНК). В качестве искомой величины использовали показатель содержания влаги, т.е. изменение указанного показателя в зависимости от концентрации фермента, продолжительности процесса отмоки, температуры и рH (таблица 3.4).
Изменение показателя содержания влаги в зависимости от концентрации фермента, продолжительности процесса отмоки, температуры и рH Концентрацияфермента, г/дм3 Т, С Продолжительность процесса отмоки, ч рН раствора Содержание влаги,%
Полученные расчеты подтверждаются и дальнейшими исследованиями. Известно, что разволокнение дермы в подготовительных процессах производства меха связано с удалением межволоконных белков, большинство из которых относятся к гликопротеидам. Структура коллагена сформирована производными полисахаридов, в состав которых входит также гиалуроновая кислота. Последняя является важным структурным элементом межволоконных белков и входит в состав мукополисахаридов (гликозаминогликанов), ответственных за стабилизацию фибрилл коллагена в дерме шкуры. В КТ мехового сырья обнаружены нейтральные и кислые мукополисахариды.
Строение КТ шкур бобра, состоящей из толстых, плотно расположенных параллельных коллагеновых пучков и большого количества мукополисахаридов, препятствует проникновению в ее толщу растворов, и в первую очередь, воды при отмоке.
Как показали эксперименты, введение в отмочные составы ФП способствует большему разволокнению дермы и ускорению технологических процессов. Проведены серии экспериментов на образцах шкур бобра и на целых шкурах по определению содержания растворенных (СВ) (мукополисахаридов ) в отмочной жидкости. На рисунке 3.9 представлены результаты определения содержания СВ в отмочных растворах, полученных после отмоки II образцов шкур с участием Wetter HAC, NaCl и Elbro 100-C. Концентрация последнего находилась в пределах 0,5-1,0г/дм3. В контрольном опыте ФП отсутствовал.
Разработка технологии проведения подготовительных процессов и крашения шкур бобра с применением Elbro100-С
В данной главе на основе результатов исследования свойств шкур бобра и результатов экспериментальных и теоретических исследований характеристик меха, полученных с применением ФП, а также плазменной обработки предложены технологические схемы обработки исследуемого сырья, позволяющие получить полуфабрикат с улучшенным комплексом эксплуатационных и технологических характеристик. Применение разработанных технологий с пониженной техногенной нагрузкой на окружающую среду позволяет увеличить эффективность использования химических материалов. Результаты исследований опубликованы в работах [151-153,189,190,197-199].
В приложении содержатся акты проверки использования результатов диссертации на ООО «Меховщик», ООО «Руно».
Одним из основных факторов выпуска конкурентоспособной продукции является применение высококачественных химических материалов, к которым относятся ФП в сочетании с инновационными приемами, а именно применением плазменной обработки пушно-мехового сырья и полуфабриката.
В данной работе наряду с использованием на стадии отмоки ФП, ступенчатого пикелевания с дополнительным применением наполняющего агента предлагается внедрить плазменную обработку перед подготовительными, а также красильно-жировальными процессами, что позволяет осуществить незначительную перестройку технологического процесса, принятого на предприятии, а также не проводить предварительной подготовки материала перед плазменной обработкой.
Для обработки шкур бобра в сырье использована установка, применяемая в промышленных условиях. Для обработки шкур бобра в полуфабрикате – опытно-промышленная плазменная установка (раздел 2.4). Загрузка полуфабриката на промышленной ВЧ-плазменной установке проводится в вакуумную камеру марки УВМ-16М («Вакууммаш», г. Казань).
Медные пластины ВЧ электродов охлаждаются водой. Вакуумная камера расположена горизонтально и снабжена полнопрофильной торцевой откатной крышкой для загрузки обрабатываемого объекта и обслуживания [222].
Кассета для завешивания обрабатываемого объекта располагается в межэлектродном пространстве. При этом в случае обработки шкур, все топографические участки обрабатываются равномерно.
В наличии имеется блок согласования нагрузки (специальное устройство, разработанное и изготовленное индивидуально, обеспечивающее стабильность режима обработки в заданных диапазонах нагрузки камеры).
Разряжение в камере создается при помощи вакуумных насосов: ДВМ-1500 и АВЗ-180. Подача газа и автоматическое регулирование давления в рабочей камере в диапазоне 1,33-133 Па обеспечивается системой подачи рабочих газов по двум каналам на основе регулятора РРГ-10.
В системе откачки имеется откачной пост, содержащий вакуумные насосы, вакуумную арматуру на базе клапанов типа КВП-100, КВП-63, КВП-25, сильфонных узлов Ду-100, Ду63 и трубопроводов, выполненный из антикоррозионной стали.
Для дистанционного управления в генераторном блоке имеется специальный клемник. К нему могут быть подключены дублирующие измерительные приборы и коммутационная аппаратура, которые расположены в выносном пульте управления. Анодный трансформатор, высоковольтный выпрямитель, контактор находятся в левой части генераторного блока.
В правой части внутри стального шкафа помещен алюминиевый шкаф, в котором размещены все ВЧ цепи генератора: генераторная лампа, регулятор мощности, регулятор обратной связи, батарея конденсаторов анодного контура, анодный и сеточный дроссели.
Доступ к ВЧ элементам генераторного блока обеспечивается через боковую дверь и съемные экранирующие щиты.
За передней правой дверью находятся элементы схемы стабилизации. В комплекте поставки имеется радиочастотный кабель для присоединения генераторного блока к блоку нагрузочного контура, который изготовлен в виде шкафа с батареей конденсаторов и катушкой индуктивности.
Доступ к ВЧ элементам нагрузочного контура обеспечивается через съемные экранирующие щиты.
В блоке нагрузочного контура расположен вентилятор (для охлаждения конденсаторной батареи), а также преобразователь ВЧ напряжения, соединенный гибкими радиочастотными кабелями с прибором (для измерения напряжения на нагрузочном контуре) [222].
Электропотребление промышленной ВЧ-плазменной установки составляет 122 кВт/ч, которая получается из электропотребления генератора (90 кВт/ч), станции охлаждения (3,5 кВт/ч), насоса ДВМ-1500(3,5 кВт) и насоса АВЗ-180 (15 кВт) [222].
