Введение к работе
Актуальность работы. Для поддержания конкурентоспособности отечественных производителей кожи необходимо повышать качество выпускаемой продукции. На товарные свойства изделий кожевенной промышленности значительное влияние оказывает качество сырья. Очень часто сырье, поступающее на кожевенное производство, имеет различную сортность, как результат неправильной съемки шкур, повышенной бактериальной зараженности сырья, а также склонности к расслаиванию кожевой ткани. Поэтому часть сырья бывает низкосортным. Низкокачественное сырье с лицевыми дефектами подвергается многократному шлифованию лицевой поверхности и подшлифовке бах-тармяной поверхности в результате чего получаются, например велюр и шлифованная кожа. Однако эти кожи при носке быстро промокают, загрязняются и теряют форму поэтому их гидрофобизуют кремний- или фторорганическими соединениями, что в свою очередь приводит к ухудшению гигиенических свойств натурального материала.
В последние годы все шире применяются плазменные технологии в различных областях легкой промышленности, в том числе и при производстве натуральных высокомолекулярных материалов, т.к. при воздействии потока плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления существенно не изменяется химический состав полимера.
В связи с этим представляет интерес исследование возможности применения метода обработки ассортимента натуральных кож в потоке плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления.
Работа направлена на решение актуальной проблемы - создание технологий производства ассортимента натуральных кож с улучшенными гигиеническими и эксплуатационными показателями за счет воздействия на кожевенные материалы потока неравновесной низкотемпературной плазмы.
Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012г.г.» по теме «Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой». Работа проведена совместно с кафедрой «Технология кожи и меха и изделий из кожи» Российского заочного института текстильной и легкой промышленности, г. Москва.
Цель работы. Целью работы являлась разработка технологий производства ассортимента натуральных кож из шкур овчин (велюр и шлифованная кожа), с повышенными гигиеническими и эксплуатационными показателями и гидрофобной поверхностью, за счет применения плазменной обработки, позволяющей модифицировать коллаген на уровне первичных и вторичных волокон.
Методы исследований. В работе для решения поставленных задач использовались современные и стандартные методики, их результаты сравнивались и сопоставлялись с известными экспериментальными и теоретическими данными других авторов.
Основными объектами исследований явились натуральные кожи из шкур овчин представленные в виде велюра, шлифованной кожи без покрытия, а также шлифованной кожи с покрытием.
Изучение характеристик натуральных кожевенных материалов с целью установления механизма воздействия потока плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления включало применение методов исследования химических, гигиенических, физико-механических свойств и структуры кожи. Для установления закономерностей влияния плазменной обработки на натуральные кожевенные материалы использовали следующие методы: ИК-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ и электронная микроскопия. Измерение показателей свойств готовой натуральной кожи проводили в соответствии с существующей нормативно-технической документацией.
Результаты измерений и исследований обрабатывались с применением методов математической статистики. Научная новизна работы.
-
Впервые установлено, что ВЧ-плазменная обработка при пониженном давлении дает возможность гидрофобизировать поверхность натуральных кожевенных материалов при одновременном улучшении показателей гигиенических свойств кожи.
-
Представлена физическая модель взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы с ассортиментом натуральных кож, в которой показано, что в основе изменения свойств лежит модификация коллагена на уровне первичных и вторичных волокон, приводящих к изменению микро- и макропористости материала.
-
Установлена возможность комплексного улучшения гигиенических и эксплуатационных свойств кожевенного велюра за счет плазменного воздействия на него (гигроскопичность увеличивается до 74%, влагоотдача - до 49%, предел прочности при растяжении - до 20%, относительное удлинение - на 6-10%).
4. Установлена возможность комплексного улучшения гигиени
ческих и эксплуатационных свойств кожи со шлифованной лицевой по
верхностью за счет плазменного воздействия на нее (гигроскопичность
увеличивается на 12-25%, влагоотдача - до 12%, предел прочности при
растяжении - до 24%, относительное удлинение - на 7-13%).
5. Установлена возможность улучшения эксплуатационных
свойств, без ухудшения гигиенических показателей шлифованной кожи
с покрытием за счет плазменного воздействия на нее (гигроскопичность
и влагоотдача практически не меняются, предел прочности при растя
жении и прочность лицевого слоя увеличиваются на 16-37%, устойчи
вость покрытия к сухому и мокрому трению - на 13-25% , устойчивость
покрытия к многократному изгибу - на 33%, адгезия покрытия к коже -
до 170%).
6. Установлена возможность придания неравновесной низко
температурной плазмой сторонам поверхности натурального материала
противоположные свойства, например, найден режим плазменной обра
ботки, при котором смачиваемость поверхности сосочкового слоя шли
фованной кожи увеличивается, а смачиваемость поверхности сетчатого
слоя уменьшается.
Практическая ценность работы.
-
Разработаны технологии производства натуральных кож из шкур овчин (велюр, шлифованная кожа) с применением плазменной обработки, позволяющие комплексно улучшать гигиенические и эксплуатационные характеристики кожи.
-
Установлены параметры плазменной обработки, позволяющие гидрофобизировать поверхности: велюра со стороны сетчатого слоя на 510% (G=0,04r/c, Р=26,6Па, 1=10мин, U3=7kB, 1а=0,8А); кожи со шлифованной лицевой поверхностью со стороны сосочкового слоя на 190% (G=0,08r/c, Р=26,6Па, і=7мин, U3=7,5kB, 1а=0,8А); шлифованной кожи с покрытием со стороны сосочкового слоя на 145% (G=0,04r/c, Р=26,6Па, t=5MHH, иа=1кВ, 1а=0,5А).
-
Установлены параметры плазменной обработки, позволяющие повысить гигиенические и эксплуатационные характеристики натуральных кож из шкур овчин для велюра G=0,04r/c, Р=26,6Па, t=10MHH, U3=7kB, 1а=0,8А; для кожи со шлифованной лицевой поверхностью G=0,08r/c, Р=26,6Па, t=7MHH, иа=7,5кВ, 1а=0,8А; для шлифованной кожи с покрытием G=0,04r/c, Р=26,6Па, t=5MHH, иа=1кВ, 1а=0,5А.
-
Разработаны рекомендации по применению плазменной обработки в производстве ассортимента натуральных кож, заключающиеся
в том, что целесообразно проводить ВЧЕ-обработку готовых кожевенных материалов, т.е. после финишной отделки.
-
Разработана опытно-промышленная ВЧ плазменная позволяющая за один цикл продолжительностью 30 мин. обработать 25 натуральных кож из шкур овчин, в качестве плазмообразующего газа использовался аргон, рабочая частота 13,56 МГц.
-
Экономическая эффективность внедрения плазменной обработки в технологии производства натуральных кож составила 875 000 руб. в год.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Результаты экспериментальных исследований воздействия
потока плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления на ассортимент на
туральных кож, показывающие, что плазменная обработка не вызывает
деструкции и конфигурационных изменений коллагена, а приводит к
конформационным изменениям, кроме того изменяется структура пер
вичных и вторичных волокон, а как следствие этого перераспределяют
ся микро- и макропористая системы материала.
-
Результаты экспериментальных исследований гигиенических и эксплуатационных характеристик кожевенного велюра из шкур овчин, выделанных с использованием плазменной обработки после финишной отделки. Поверхность велюра со стороны сетчатого слоя можно гидрофобизировать на 510% или повысить гидрофильность поверхности на 100%; кроме того, повысить гигроскопичность до 74%, влагоотдачу - на 49%, предел прочности при растяжении - до 20%, относительное удлинение - на 6-10%.
-
Результаты экспериментальных исследований гигиенических и эксплуатационных характеристик шлифованной кожи без покрытия из шкур овчин, выделанных с использованием плазменной обработки после финишной отделки. Поверхность шлифованной кожи со стороны сосочкового слоя можно гидрофобизировать на 190% или повысить гидрофильность поверхности на 80%; кроме того, повысить гигроскопичность на 12-25%, влагоотдачу - до 12%, предел прочности при растяжении - до 24%, относительное удлинение - на 7-13%.
-
Результаты экспериментальных исследований гигиенических и эксплуатационных характеристик шлифованной кожи с покрытием из шкур овчин, выделанных с использованием плазменной обработки после финишной отделки. Поверхность шлифованной кожи с покрытием со стороны сосочкового слоя можно гидрофобизировать на 145% или повысить гидрофильность поверхности на 110%; при этом гигроскопичность и влагоотдача практически не меняются. Предел прочности
при растяжении и прочность лицевого слоя можно увеличить на 16-37%, устойчивость покрытия к сухому и мокрому трению - на 13-25% , устойчивость покрытия к многократному изгибу - на 33%, адгезию покрытия к коже - до 170%.
5. Технологические процессы производства ассортимента натуральных кож из шкур овчин, представленных в виде велюра, шлифованной кожи с покрытием и без покрытия с применением обработки потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления готовых кожевенных материалов.
Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит в выборе и обосновании методики эксперимента; непосредственном участии в проведении экспериментов; участии в анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов, разработке физических закономерностей комплексного изменения свойств ассортимента кожевенных материалов при обработке потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления, разработке рекомендаций по промышленному использованию плазменной технологии.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы в производстве кожи и меха» (Казань, 2007); IV-ой Всероссийской научно-практической конференции «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении» (Пенза, 2007); международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2008); XIV международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2008).
Основные результаты работы изложены в 9 публикациях. Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на 138 литературных источника. Работа изложена на 132 стр. машинописного текста, содержит 35 рисунков, 14 таблиц.
