Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Пути совершенствования жидкостных процессов обработки меховой овчины с применением поверхностно-активных веществ 9
1.1. ПАВ, используемые в жидкостных обработках меха. Общая характеристика поверхностно-активных веществ 9
1.1.1. Классификация ПАВ 10
1.1.2. Коллоидно-химические и технологические свойства ПАВ 13
1.2. Биологическая разлагаемость и токсичность ПАВ 27
1.3. Особенности применения ПАВ в производстве мехового полуфабриката 30
1.3.1. Практическое применение ПАВ 30
1.3.2. Влияние ПАВ на проницаемость шкуры 34
1.3.3. ПАВ при обезжиривании меховой овчины 36
1.4. Новые химические материалы, применяемые в подготовительных процессах производства меха 38
Глава 2. Объекты и методы исследования 45
2.1. Объекты исследования 45
2.2. Методы исследования 51
Глава 3. Разработка композиций ПАВ и изучение эффективности их использования в жидкостных процессах обработки 61
3.1. Исследование коллоидно-химических и технологических свойств выбранных ПАВ 61
3.2. Разработка композиций ПАВ и изучение их коллоидно-химических свойств 65
3.2.1. Основные принципы подбора ПАВ в композицию 66
3.2.2. Изучение фазового состояния растворов ПАВ 68
3.2.3. Свойства смесей ПАВ 77
3.3. Исследование эффективности применения разработанных композиций ПАВ в жидкостных процессах обработки 84
3.3.1. Исследование эффективности использования композиций ПАВ в процессах отмоки и обезжиривания 84
3.3.2. Использование композиций ПАВ в пикелевании 101
Глава 4. Исследование влияния композиций ПАВ на свойства кожевой ткани и волосяного покрова меховой овчины 106
4.1. Влияние композиций ПАВ на свойства кожевой ткани 106
4.1.1. Исследование влияния композиций ПАВ на свойства кожевой ткани в процессе отмоки 106
4.1.2. Исследование влияния композиций ПАВ на свойства кожевой ткани в процессе пикелевания 117
4.1.3. Исследование свойств выдубленного полуфабриката меховой овчины 122
4.1.4. Исследование деформационных свойств кожевой ткани меховой овчины 126
4.2. Влияние композиций ПАВ на свойства волосяного покрова 134
4.3. Исследование кожевой ткани и волосяного покрова меховой овчины с применением ИК-спектроскопии 140
Глава 5. Разработка технологии выделки меховой овчины с использованием новых композиций ПАВ 145
5.1. Оптимизация жидкостных процессов выделки меховой овчины с использованием композиций ПАВ 145
5.1.1 Оптимизация процесса отмоки с использованием композиций ПАВ 145
5.1.2. Оптимизация процесса пикелевания с использованием композиций ПАВ 149
5.1.3. Исследование свойств мехового полуфабриката, выделанного с использованием композиций ПАВ 151
5.2. Разработка технологии и ее производственные испытания 153
Выводы 157
Список использованной литературы 160
Приложение 1 173
Приложение 2 175
- Коллоидно-химические и технологические свойства ПАВ
- Разработка композиций ПАВ и изучение их коллоидно-химических свойств
- Исследование влияния композиций ПАВ на свойства кожевой ткани в процессе отмоки
- Оптимизация процесса отмоки с использованием композиций ПАВ
Введение к работе
На сегодняшний день состояние экономики страны ставит перед легкой промышленностью много проблем, важными среди которых являются повышение качества и увеличение потребительского спроса на пушно-меховые товары отечественного производства.
Изучение спроса покупателей на меховые изделия путем проведения потребительского и экспертного опроса позволил обосновать выбор приоритетного направления и объекта исследования в технологии меха (рис. 1).
необлагороженная) затрудняюсь
35,6% отвептп.2,1%
Рис. 1. Структура покупок меховых изделий в зависимости от вида меха
Представленная структура (рис . 1) позволяет сделать вывод, что у потребителей наиболее востребованы изделия из овчины (в виде различных имитаций, как со стриженым, так и нестриженым волосом, с облагороженным или необла-гороженным волосяным покровом), поскольку данный мех является одним из самых массовых и доступных по цене видов перерабатываемого сырья на предприятиях мехового комплекса России.
Современные изделия из меха отличает особая легкость, драпируемость, что достигается специальными методами обработки мехового полуфабриката, такими как: стрижка волосяного покрова, мягчение, шлифование кожевой ткани,
которые, придавая изделиям изысканный внешний вид, не лучшим образом сказываются на эксплуатационных свойствах, сокращая срок носки изделия. В тоже время таких эффектов можно достигнуть путем совершенствования подготовительных жидкостных процессов обработки мехового сырья.
Таким образом, повышение качества мехового полуфабриката и конкурентоспособности изготовляемых из него меховых изделий напрямую зависит от проведения подготовительных процессов выделки и отделки. В технологии меха используют широкий ассортимент химических материалов от начальных стадий обработки (антисептики, поверхностно-активные вещества, ферменты, дубящие, жирующие и др.) до заключительной стадии отделки.
Оптимизация параметров технологических процессов при введении новых химических препаратов приводит к существенным изменениям в структуре дермы, оказывающим влияние на процессы массопереноса и ее адсорбционные характеристики.
Меховая овчина относится к тяжелым видам полуфабриката, так как для подавляющей части овчинно-шубного сырья характерно высокое содержание природных жиров в кожевой ткани (5-^-40 %), а в волосяном покрове - жиропота и загрязнений. Кроме этого, в кожевой ткани помимо жира содержатся и другие балластные вещества (растворимые белки и мукополисахариды), что усложняет обработку сырья, затрудняет контроль процессов, ухудшает внешний вид и утяжеляет готовые изделия. Поэтому для получения высокого качества кожевой ткани важно удалить из нее эти вещества, не участвующие в образовании собственно волокнистой структуры и затрудняющие разволокнение и подвижность структурных элементов дермы. Извлечение балластных веществ из кожевой ткани мехового сырья происходит в подготовительных процессах обработки посредством применения ПАВ, но не всегда удается достичь полного удаления балластных веществ, что может привести к ухудшению потребительских свойств готового полуфабриката.
В этой связи актуальными являются разработки, направленные на совершенствование жидкостных процессов обработки меховой овчины с использованием
7 новых химических материалов на основе ПАВ с комплексом полезных коллоидно-химических и технологических свойств, которые позволили бы повысить эффективность проведения технологических процессов, унифицировать их и обеспечить получение полуфабриката с облегченной массой, с повышенными потребительскими свойствами.
Исходя из актуальности исследования, целью работы является создание прогрессивной технологии подготовительных процессов обработки меховой овчины с использованием новых композиций ПАВ, базирующейся на современных научных представлениях о свойствах единичных ПАВ и принципах их эффективного совмещения и воздействия на белковые субстраты (кожевую ткань и волосяной покров).
Для реализации поставленной цели сформулирован комплексный подход к созданию модуля подготовительных процессов технологии обработки меховой овчины, который включает следующие основные научные и практические задачи:
о обоснование выбора ПАВ для создания композиций и исследование их коллоидно-химических свойств, прогнозирование вероятностного механизма взаимодействия внутри композиций с целью выбора оптимального состава и разработки основных принципов формирования композиций ПАВ; « постадийное исследование подготовительных процессов обработки меховой овчины с использованием новых композиций; определение характера распределения и взаимодействия целевых составляющих композиций со структурными элементами кожевой ткани и волосяного покрова и установление оптимальных технологических параметров применения новых композиций ПАВ; изучение влияния новых композиций ПАВ на ряд физико-механических и химических показателей, отражающих эксплуатационные свойства кожевой ткани и волосяного покрова меховой овчины;
8 в совершенствование подготовительных процессов технологии обработки меховой овчины. Научная новизна заключается в: в обосновании принципов подбора ПАВ для создания композиций на основе теоретических положений коллоидной химии;
создании новых композиций ПАВ для процессов отмоки, обезжиривания и пикелевания, образующие с природным жиром устойчивые мик-роэмульсии, препятствующие ресорбции загрязнений и жира на волосяной покров и кожевую ткань;
изучении механизма взаимодействия между компонентами внутри ком-позиций, выявлении синергетического эффекта;
установлении критериев оценки целевых композиций на основе их коллоидно-химических характеристик для обоснования возможности их использования, определения закономерностей и уточнения механизма взаимодействия композиций ПАВ с кожевой тканью и волосяным покровом мехового сырья;
получении новых сведений о проведении жидкостных обработок, расширяющих и уточняющих представления о механизме обезжиривания мехового сырья и теоретически обосновывающие некоторые параметры процессов.
создании модуля эффективной технологии подготовительных процессов
обработки меховой овчины, обеспечивающий получение конечного
продукта с более высокими потребительскими свойствами.
Практическая значимость состоит в разработке модуля подготовительных процессов технологии производства меховой овчины с улучшенными потребительскими свойствами готового полуфабриката, снижении себестоимости обработки мехового сырья, экологичности и повышении конкурентоспособности продукции.
Коллоидно-химические и технологические свойства ПАВ
Коллоидно-химические свойства ПАВ, оцениваемые величиной поверхностной активности, обусловливают величину адсорбции ПАВ, снижение поверхностного натяжения, способность к мицеллообразованию и солюбилизации.
Технологические свойства ПАВ определяют по смачивающей, диспергирующей, эмульгирующей, моющей, пенообразующей и т.д. способности.
Свойства ПАВ зависят от многих факторов: длины и строения гидрофобного радикала, природы гидрофильных групп, их места в цепи и т.д. [19]. Важной количественной характеристикой ПАВ, позволяющей определить область технологического применения, является соотношение гидрофильной и гидрофобной (липофильной) частей молекулы, так называемый гидрофплъно-липофилъный баланс (ГЛБ).
Предложенная Гриффином и развитая Дэвисом полуэмпирическая система ГЛБ [14, 16] позволяет с энергетических позиций количественно оценить и выразить в виде условных групповых чисел степень взаимодействия с водой отдельных групп, из которых состоит молекула ПАВ.
Поверхностное натяжение и поверхностная активность. Состояние молекул поверхностного слоя жидкости отличается от их состояния в объеме. В объеме молекулы окружены со всех сторон такими же молекулами, в поверхностном слое они взаимодействуют с молекулами двух разных фаз. Поэтому межмолекулярные силы в поверхностном слое не скомпенсированы и направлены в сторону фазы, с молекулами которой взаимодействие сильнее. Результирующая этих сил, направленная в сторону этой фазы, стремится сократить поверхность раздела фаз, создавая поверхностное натяжение с [23].
В изобарно-изотермических условиях (Р и T=const) и отсутствия физико-химических и электростатических взаимодействий граничащих фаз (п и q=const) уравнение для определения поверхностного натяжения имеет следующий вид: где о — поверхностное натяжение; G - энергия Гиббса; S — площадь поверхности раздела фаз; и,- — число молей компонентов; q — электростатический потенциал; Р - давление; Т— температура.
Наиболее общим и четким по физическому смыслу является энергетический аспект, согласно которому поверхностное натяжение представляет собой энергию, рассчитанную на единицу площади раздела фаз, и одновременно силу, отнесенную к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз. Соответственно в качестве размерности величины а в равной мере используются как мДж/м", так и мН/м [23, 24].
Замещение молекул на поверхности растворителя менее полярными молекулами, увеличение в поверхностном слое межмолекулярных расстояний вследствие быстрого и обратимого обмена молекулами между поверхностью и объемом — таковы основные причины понижения поверхностного натяжения в присутствии ПАВ; именно это свойство и было названо поверхностной активностью.
Поверхностная активность зависит, главным образом, от длины и строения углеводородного радикала молекул ПАВ. Природа полярной группы слабо влияет на поверхностную активность на поверхности раздела раствор-воздух и раствор-углеводород [9]. Это связано с тем, что адсорбция на этих поверхностях носит «пассивный характер» [23].
Мицеллообразование и растворимость ПАВ. ПАВ способны образовывать истинные растворы лишь при очень малых концентрациях. Максимально возможная концентрация, когда ПАВ еще находится в растворе в молекулярной (ионной) форме, для большинства коллоидных ПАВ лежит в пределах 10"5-Ч0"3 моль/л. Более концентрированные растворы приобретают коллоидную структуру вследствие образования в объеме раствора коллоидных агрегатов — мицелл [25]. С возрастанием концентрации ПАВ мицеллы приобретают все более крупные размеры (количество ионов или молекул в мицелле достигает 15СН-200 и более) и представляют собой образования пластинчатой, сферической или смешанной структуры [2, 10, 15].
Предел истинной растворимости или концентрация раствора ПАВ, при которой наблюдается резкое изменение его свойств (плотность, электропроводность, коэффициент преломления, осмотические эффекты, оптические свойства (мутность) и др.), вызванное образованием мицелл, называется критической концентрацией мгщеллообразования (ККМ) [26].
Как правило, максимум моющего действия ПАВ проявляется в области ККМ [2, 8, 15]. На образование мицелл оказывает влияние понижение температуры, увеличение молекулярной массы ПАВ, присутствие электролитов, повышение концентрации. Введение электролитов в водные растворы слабо влияют на ККМ и размеры мицелл неионогенных ПАВ [26].
Значения ККМ для НПАВ примерно на два порядка меньше, чем для анио-нактивных с такой же углеводородной цепью. Полагают, что мицеллообразова-ние НПАВ связано с дегидратацией при их агрегировании, поскольку объединение молекул в мицеллы приводит к разрушению части псевдокристаллической структуры молекул воды, расположенных вокруг ПАВ [22].
Появление отдельных мицелл ионогенных ПАВ возможно лишь выше некоторой критической температуры, которая называется точкой Крафта. При температурах ниже точки Крафта ионогенные ПАВ образуют гель, выше - гель распадается на отдельные мицеллы. У соединений с линейной углеводородной цепью растворимость понижается с увеличением ее длины и числа длинноце-почных радикалов; разветвление цепи, наоборот, повышает растворимость [1].
Разработка композиций ПАВ и изучение их коллоидно-химических свойств
В настоящее время в технологии обработки меха поверхностно-активные вещества чаще всего применяют не как индивидуальные продукты, а в композициях. Объясняется это рядом причин как физико-химического (для придания определенных функциональных свойств), так и экономического характера. Часто дефицитные и дорогостоящие ПАВ можно заменить более дешевыми компо зициями. В других случаях добавление к ПАВ минеральных и органических продуктов усиливает их действие, а иногда и ослабляет [7, 8].
Следует отметить, что под термином «смесь ПАВ» мы подразумевали состав, включающий несколько индивидуальных ПАВ, а под термином «композиция ПАВ» — состав, включающий смесь ПАВ и специальные добавки.
Первый принцип составления композиций ПАВ основан на существующих представлениях о механизме моющего действия, сведениях об адсорбционных и объемных свойствах поверхностно-активных компонентов и выборе вспомогательных добавок, конечно, при учете состояния производства всех необходимых веществ [22].
Второй принцип - при составлении рецептур композиций учитывают, что в действии смесей мицеллярных ПАВ наблюдается синергизм, то есть свойства отдельных ПАВ значительно взаимно усиливаются в их смеси.
Эффективность действия ПАВ, особенно солей карбоновых кислот, как уже было сказано, снижается в минерализованной воде, содержащей ионы кальция, магния, железа, в результате протекания обменной реакции 2RCOONa + СаСЬ - (RCOO)2Ca + 2NaCl и образования хлопьев нерастворимых солей жирных кислот [22].
Жесткость воды в той или иной степени оказывает влияние на ход технологических процессов и на свойства готового полуфабриката, поэтому в некоторых случаях жесткость применяемой воды необходимо учитывать.
Отсюда следует третий принцип составления композиций — влияние минерализации воды. Для связывания ионов жесткости в рецептуры вводят ком-плексообразующие вещества [22].
На выполнение процессов отмоки, пикелевания и хромового дубления жесткость воды влияет незначительно, но, тем не менее, расход материалов, идущих на устранение жесткости, следует учитывать. Жесткость воды влияет на мойку и обезжиривание, так как часто в этих процессах применяют анионактивные ПАВ, которые неустойчивы к солям жесткости, кроме того, в слабокислой среде они интенсивно адсорбируются шерстью и их обезжиривающая способность снижается, поэтому обезжиривание проводят в нейтральной или слабощелочной среде, создаваемой карбонатом натрия.
В нашей работе используются неионогенные ПАВ, которые устойчивы к растворимым в воде солям кальция и магния. Четвертый принцип - добавление специальных добавок, усиливающих технологические свойства композиций, таких как, диспергирование, стабилизация и т.д.
Пятый принцип - на выбор ПАВ и их смесей решающее влияние оказывают экономические факторы, производственные (сырьевая база, технология, энергетические ресурсы), прикладные (потребительские) свойства композиций.
Важно соблюдать еще один принцип при составлении композиций — экологический: отсутствие вредного воздействия не только на окружающую среду и на человека, а также через производимый продукт, композиции ПАВ не должны вызывать коррозии оборудования, обильного пенообразования при проведении процессов в специальном оборудовании [22].
При обработке мехового сырья в рабочий раствор вводят вещества различной природы (электролиты, минеральные и органические кислоты, соли и др.), то есть обрабатывающий раствор представляет собой сложную систему, в которой не исключено взаимное влияние компонентов, как положительное, так и отрицательное.
Таким образом, композиции в зависимости от назначения могут содержать достаточно много различных компонентов: ПАВ разных классов или их смеси, комплексообразователи для связывания солей жесткости воды, антисорбенты, ингибиторы коррозии металлов, химические и оптические отбеливатели, пено гасители, регуляторы рН, ферменты, ароматизаторы и другие компоненты, придающие композиции требуемые специфические свойства.
Оптимальное соотношение компонентов ПАВ в композициях находят при построении диаграмм фазового состояния. На диаграммах определяют области соотношений компонентов, при которых наблюдаются фазовые превращения, проявляется синергизм в отношении какого-либо свойства, кроме того, определяют диапазоны оптимальных условий применения ПАВ и их композиций.
Диапазоны оптимальных условий применения водных растворов ПАВ в значительной мере определяются такими параметрами как температура и концентрация. Существуют критические значения этих параметров, при которых происходят резкие изменения фазового состояния растворов. Следует отметить, что композиции являются смесями нескольких индивидуальных ПАВ и других составляющих. В связи с этим теоретическое предсказание свойств подобных сложных смесей не представляется возможным. Например, известно, что при адсорбции двух или нескольких ПАВ на границе раздела раствор-воздух наблюдается их взаимное вытеснение [108], вследствие чего вещества в смеси адсорбируются иначе, чем в растворах с одним ПАВ.
Для выявления температурных закономерностей образования молекулярных агрегатов в водных растворах смесей ПАВ был использован нефелометриче-ский метод анализа. Для измерения оптической плотности в разном температурном интервале была сконструирована установка с постоянной циркуляцией воды, объединяющая нефелометр с термостатом. Исследования проводили при установленном рассеивателе № 4, в диапазоне температур 22- 96 С.
Исследование влияния композиций ПАВ на свойства кожевой ткани в процессе отмоки
Для меховой овчины характерно значительное содержание жира в кожевой ткани, а в волосяном покрове жиропота и загрязнений. Кроме этого, в кожевой ткани содержатся балластные вещества: растворимые белки и белково-углеводные комплексы [87], что усложняет обработку сырья, затрудняет контроль процессов, ухудшает внешний вид и утяжеляет готовые изделия.
Легкость мехового полуфабриката в настоящее время достигается различными способами, в том числе путем короткой стрижки волосяного покрова и утонения кожевой ткани, что негативно сказывается на износостойкости готового изделия и снижает теплозащитные свойства. Поэтому желательно, чтобы методы снижения массы меха как можно меньше сказывались на его утилитарных свойствах.
Снижение веса кожевой ткани и высокой пластичности также добиваются за счет максимального удаления из нее природного жира путем обезжиривания растворителями в сырье или в полуфабрикате [69, 123], а также применяя такие способы обработки, которые обеспечивают наиболее полное разволокнение коллагеновых пучков кожевой ткани, например, увеличивают количество агрессивных механических воздействий, что делает технологию более трудоемкой.
Известно, что для максимального разволокнения структуры коллагена необходимо наиболее полно удалить балластные вещества, которые состоят в основном из углеводов (кислых и нейтральных мукополисахаридов) и белков (простых и сложных).
К простым белкам относятся альбумины и глобулины, их содержание в ко-жевой ткани составляет 1,0-=-3,5 и 1,0+-3,2 % (от массы сухой дермы) соответственно [124]. Альбумины и глобулины в кожевой ткани находятся в эпителии, в межволоконном веществе, в лимфе и крови. Альбумины легко растворимы в воде, глобулины в воде нерастворимы, но те и другие растворяются в слабых растворах солей, кислот и щелочей [125].
Содержание в кожевой ткани сложных белков составляет 0,5+3,5 % (от массы сухой дермы), их в зависимости от небелковой составляющей делят на ли-попротеиды, хромопротеиды, мукопротеиды и др. В основном сложные белки растворимы, поэтому они удаляются из шкуры уже на первой стадии обработки [87, 125].
Углеводные компоненты кожевой ткани являются составной частью как коллагена, так и межволоконного вещества. Применительно к образованию коллагеновых фибрилл можно отметить, что мукополисахариды существуют в виде комплексов с белками (протеогликанов) и связаны с белками электровалентными и ковалентными связями [126]. В межволоконном веществе углеводные компоненты находятся либо в свободном состоянии, либо образуют комплексы с белками. В химическом отношении углеводные компоненты кожевой ткани - это гексозы (глюкоза, манноза, фукоза и др.) и высокополимеризован-ные полисахариды, которые делятся на собственно полисахариды (гликополи-сахариды), состоящие из одинаковых гексоз (глюкозы, маннозы и др.); кислые мукополисахариды, представляющие собой полимеризованные соединения из аминосахаров и уроновых кислот, связанных между собой р-глюкозидной связью; нейтральные мукополисахариды, состоящие из гексоз и аминосахаров. Кислые мукополисахариды — хондроитинсульфат (количественно 2/3) и гиалу-роновая кислота (1/3) — входят в основном в состав балластных веществ [87]. Установлено, что нерастворимый коллаген содержит 0,5+4,0 % прочно связанных с ним гексоз: глюкозу, маннозу и фукозу, а также 0,25+0,5 % глюкозамина.
Обводнение связано с наличием углеводных компонентов в шкуре. При высушивании шкуры и удалении влаги структурные элементы склеиваются между собой мукополисахаридами, лишенными воды, образуя дополнительные связи типа водородных или с участием альдегидных групп его структуры [87, 127-129]. Чтобы обводнить высушенную кожевую ткань, необходимо разрушить эти связи, растворить мукополисахариды, склеивающие структурные элементы. Для этого требуется длительная, часто двухстадийная отмока с механическим воздействием на кожевую ткань (разбивкой) между первой и второй стадиями [87], но и при этом не всегда удается получить требуемую степень обводнения.
В процессе отмоки изменяются упруго-пластические свойства шкуры, температура сваривания и пористость. Сущность изменений, происходящих при выделке шкур, может быть сформулирована следующим образом: мягкую пластичную кожевую ткань получают при тонком разделении коллагеновых пучков, которое обеспечивается удалением углеводных компонентов (мукополиса-харидов) [87, 130], а также за счет удаления растворимых белков и природного жира при минимальном воздействии на белковые компоненты.
В связи с вышеизложенным представляло интерес проанализировать изменение содержания в кожевой ткани водовымываемых белков (альбуминов, глобулинов), углеводов и жироподобных веществ в подготовительных процессах с применением разработанных композиций ПАВ и влияние этих изменений на свойства получаемого мехового полуфабриката.
Отмоку первую меховой овчины полутонкорунной сухосоленого способа консервирования проводили при температуре 30 С, в течение 12 ч. при расходе композиций ПАВ - 2,0 г/дм по четырем вариантам, параллельно проводили отмоку образцов по традиционной технологии (контрольный вариант) с ис-пользованием фторсиликата натрия (0,5 г/дм ) и неионогенного ПАВ (НПАВ-1 - 2,0 г/дм3) при температуре 30 С, в течение 12 ч. [115].
В традиционной технологии предусмотрена вторая отмока только для сухосоленого и пресно-сухого сырья. Мы предполагали, что проведение дополнительной отмоки и для мокросоленого сырья может способствовать более полному удалению балластных веществ из кожевой ткани овчины. Кроме этого, отмоку вторую (дополнительную) проводили после обезжиривания первого и механических операций (отжим, разбивка, стрижка, мездрение), так как данная последовательность процессов и операций позволяет достичь высокой степени обводнения и наиболее полно удалить из кожевой ткани овчины балластные вещества (рис. 23, табл. 13). Для опытных вариантов температура дополнительной отмоки 30 С, продолжительность 4 ч. при расходе композиций ПАВ - 2,0 г/дм . Вторую отмоку для контрольного варианта с использованием фторсили-ката натрия (0,5 г/дм ) и неионогенного ПАВ (НПАВ-1 - 2,0 г/дм ) проводили после первой отмоки при температуре 30 С, в течение 4 ч.
Оптимизация процесса отмоки с использованием композиций ПАВ
При выборе оптимальных параметров проведения процесса отмоки с использованием разработанных композиций ПАВ исследования проводили на образцах меховой овчины, отобранных по методу асимметрической бахромы.
Процесс отмоки проводили с использованием композиции ПАВ № 6, так как разработанные композиции (№5, 6, 7) обладают практически одинаковыми коллоидно-химическими и технологическими свойствами.
В качестве независимых переменных величин (входные параметры) были выбраны: концентрация композиции ПАВ (zls г/дм ), концентрация соли (z2,
146 г/дм3), температура обрабатывающего раствора (z3, С), продолжительность процесса (z4, час), а функций отклика: температура сваривания кожевой ткани после отмоки (уь С), содержание влаги в кожевой ткани после отмоки (у2, %), температура сваривания после дубления (у3, С), пористость кожевой ткани по-еле дубления (у4, %), снижение массы 1 дм готового полуфабриката (у5, %).
Новая точка 6 вместе с оставшимися образует симплекс 1, 3, 4, 5, 6. После проведения опыта в точке 6, наихудшей точкой симплекса оказалась точка 4. Ее отражение относительно грани 1, 3, 5, 6 дает условия следующего опыта 7 и т.д. Новая точка 7 вместе с оставшимися образует симплекс 1, 3, 5, 6, 7. Поставив опыт с координатой вершины 7, вновь определяем наихудшую вершину, которой считается точка 6, хотя ей отвечает более низкое значение температуры сваривания кожевой ткани после отмоки и остальных показателей выходных переменных, чем в других вершинах симплекса. В этом случае учитывается минимизация материальных затраты на химические материалы, то есть стремление к сокращению расхода композиции ПАВ.
Аналогично осуществляется дальнейшее движение. После опыта с координатами вершины 9 движение симплекса закончено, так как повышение температуры сваривания дермы делало его продолжение нецелесообразным.
С помощью симплексного метода планирования было установлено, что оптимальным вариантом является эксперимент 3 со следующими параметрами проведения процесса отмоки: концентрация композиции ПАВ в обрабатываю-щем растворе — 1,5 г/дм , концентрация хлорида натрия - 17,1 г/дм ; температура отмочного раствора 31 С; продолжительность процесса — 4,4 ч.
В производственных условиях мехового предприятия выполнение процесса с указанной точностью технологических параметров вызовет некоторые затруднения, поэтому оптимальным вариантом проведения процесса отмоки также можно считать эксперимент 5 со следующими параметрами: концентрация композиции ПАВ - 1,5 г/дм ; концентрация хлорида натрия - 20 г/дм , температура отмочного раствора 30 С; продолжительность процесса - 2,4 ч. В данном варианте увеличивается расход хлорида натрия на 2,9 г/дм по сравнению с экспериментом 5, но сокращается продолжительность процесса отмоки на 2 ч.
Полуфабрикат, выделанный по данному варианту, соответствует требованиям ГОСТ 4661-76 «Овчина меховая выделанная» как по химическому составу, так и по физико-механическим свойствам.
Оптимизацию процесса пикелевания меховой овчины с использованием разработанных композиций ПАВ осуществляли на образцах, отобранных методом асимметрической бахромы. Процесс пикелевания проводили при следующих постоянных параметрах: концентрация хлорида натрия в обрабатывающем растворе - 40 г/дм3; концентрация серной кислоты - 0,7 г/дм3; уксусной - 5,0 г/дм3. Концентрацию соли, уксусной и серной кислоты в пикельном растворе не варьировали, так как предварительный эксперимент показал, что указанные концентрации являются оптимальными для разрыхления дермы.
В качестве независимых переменных величин были выбраны: концентрация композиции ПАВ (zj, г/дм3), температура обрабатывающего раствора (z2, С), время введения в рабочий раствор композиции ПАВ (z3, час), продолжительность процесса (Z4, час), а функций отклика: температура сваривания кожевой-ткани после пикелевания (уь С), температура сваривания после дубления (у2, С), пористость кожевой ткани после дубления (уз, %), снижение массы 1 дм" готового полуфабриката (у4, %).
После опыта с координатами вершины 9 движение симплекса закончено, так как понижение температуры сваривания дермы после дубления делало его продолжение нецелесообразным.
С помощью данного метода планирования было установлено, что оптимальным вариантом является эксперимент 1 со следующими параметрами проведения процесса пикелевания: концентрация композиции ПАВ в обрабатывающем растворе - 4,75 г/дм ; концентрация.хлорида натрия — 40,0 г/дм ; концентрация уксусной — 5,0 г/дм , серной кислоты - 0,7 г/дм , температура раствора 31,5 С; время введения в раствор композиции от начала пикелевания - 5,3 ч; продолжительность процесса — 20,6 ч.
Как отмечалось ранее, в производственных условиях предприятия выполнение процесса с указанной точностью технологических параметров проблематично, поэтому округлив значения параметров оптимального варианта (эксперимент 1) до целого числа, получим: концентрация композиции ПАВ в обраба-тывающем пикельном растворе — 5,0 г/дм , температура раствора — 32 С, время введения композиции в раствор — 5,0 ч от начала пикелевания, продолжительность процесса — 20 ч, при этом расход хлорида натрия и кислот остается неиз-менным, то есть концентрация соли - 40,0 г/дм ; концентрация уксусной - 5,0 г/дм , серной кислоты — 0,7 г/дм .
Похожие диссертации на Совершенствование жидкостных процессов обработки меховой овчины с использованием композиционных составов на основе поверхностно-активных веществ
