Введение к работе
Актуальность работы. Качество велюра в главной степени определяется эксплуатационными свойствами кожевой ткани и волосяного покрова. Помимо эксплуатационных и потребительских свойств, важное значение приобретают эстетические свойства волосяного покрова.
В связи с наличием (около 17- 20 % от всего объема сырья) сырья метисовых пород овец, с «пёстрой» или тёмной окраской волосяного покрова, процесс получения равномерно окрашенного велюра сильно затруднен. Поэтому в технологию выделки велюра вводят процесс осветления волосяного покрова.
Для осветления волосяного покрова, используют достаточно концентрированные растворы пероксида водорода. Процесс ведут в щелочной среде в присутствии катализатора, что снижает физико-механические свойства волосяного покрова и кожевой ткани. Существующие методы осветления волосяного покрова меха приводят к окислительной деструкции кератина и коллагена, что делает процесс осветления несовершенным.
Для снижения негативного воздействия окислителя на волосяной покров и кожевую ткань в процессе осветления необходимо снижать концентрацию пероксида водорода в ваннах. Для достижения максимального результата осветления при сниженных концентрациях окислителя перспективным является применение плазменной модификации сырья, которая, как известно, является одним из эффективных методов интенсификации жидкостных процессов.
Работа направлена на решение актуальной задачи разработки процесса осветления волосяного покрова сырья с неравномерной природной окраской, за счет воздействия ВЧЕ разряда в технологии выделки велюра, для получения материала с улучшенными цветовыми характеристиками.
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 2007-2012 г.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» (2008-2009 гг.), а также по теме «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области модификации композитных материалов с использованием электрофизических, электрохимических, сверхкритических флюидных методов в центре коллективного пользования научным оборудованием «Наноматериалов и нанотехнологий»» (2009-2010 г.г.)
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка процесса осветления волосяного покрова шкур овчины, с неравномерной природной окраской с применением высокочастотной (ВЧ) плазменной обработки в производстве велюра.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
анализ существующих способов осветления волосяного покрова овчины с неравномерной природной окраской;
-
экспериментальные исследования процессов депигментирования волосяного покрова в технологии выделки велюра;
-
экспериментальные исследования влияния параметров обработки неравновесной низкотемпературной плазмой пониженного давления на процесс депигментации волосяного покрова;
-
разработка процесса осветления волосяного покрова велюра с применением ВЧ – плазмы пониженного давления.
Методы исследований. Для исследования закономерностей влияния плазменной обработки на колористические, структурные, физические и химические свойства, волосяного покрова и кожевой ткани использовались методы: фотоколориметрии, оптической, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного и синхронного термического анализов. Стандартными методами контроля качества оценивались технологические и эксплуатационные свойства образцов полуфабриката: пористость, стойкость волосяного покрова и кожевой ткани к воздействию температуры, прочность на разрыв, удлинение, содержание жира, кислотная и щелочная растворимости и емкости. Полученные данные сравнивались и сопоставлялись с известными данными других авторов. Результаты измерений обрабатывались методом математической статистики и оптимизации параметров технологических процессов.
Научная новизна работы.
1 Впервые установлено, что плазменная обработка активирует процесс осветления под действием пероксида водорода, разрушающего хромофорные группы меланинов без деструкции кератина волоса.
2 Разработана физическая модель осветления модифицированного неравновесной низкотемпературной плазмой пигментированного волосяного покрова и предложен механизм процесса осветления.
3 Установлено, что плазменная модификация волосяного покрова приводит к переориентации неполярных боковых групп полипептидных цепочек кератина, приводящая к увеличению гидрофильных свойств волосяного покрова.
4 Впервые установлена зависимость воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы в процессе осветления на цветовые характеристики волосяного покрова велюра.
5 Установлено, что плазменное воздействие позволяет получить однотонный полуфабрикат с улучшенными показателями качества кожевой ткани.
Практическая значимость работы.
1. Установлены параметры плазменной обработки пигментированного волосяного покрова сырья шубной овчины перед процессом отбеливания: сила тока на аноде Ia= 0,5 A, напряжение на аноде Ua=3,5 кВ, время обработки t = 3 мин, расход плазмообразующего газа GAr = 0,04 г/с, частота генератора f=13,56 МГц, давление в разрядной камере Р = 26,6 Па., при которых достигается увеличение показателя осветления волосяного покрова на 24 %, при одновременном увеличении температуры сваривания кожевой ткани на 3 – 5 % и предела прочности при растяжении кожевой ткани на 6-9 %.
2 Рассчитаны оптимальные параметры плазменной обработки пигментированного волосяного покрова шубной овчины, которые составили Ia= 0,5 A, Ua=3,5 кВ, t = 3 мин, GAr = 0,04 г/с, f=13,56 МГц, Р = 26,6 Па.
3 Разработана технология выделки велюра с однотонным волосяным покровом из сырья с неравномерной природной окраской, с пониженной концентрацией окислителя и сокращенной продолжительностью процесса осветления, за счет воздействия плазменной обработки. Разработан процесс осветления пигментированного волосяного покрова шубных овчин с применением ВЧ – плазменной обработки.
4 Показано, что плазменная обработка увеличивает прочностные характеристики волосяного покрова на 10% и кожевой ткани шубной овчины на 6-9%.
5 Технологический процесс внедрен в промышленное производство на ООО «Меховщик». Суммарный экономический эффект от внедрения ВЧ плазменной модификации в технологию выделки велюра составил 850 тыс. руб.
На защиту выносятся:
1. Результаты исследований процессов осветления волосяного покрова шубной овчины с применением ВЧ – плазмы пониженного давления, показывающие, что плазменная обработка приводит к увеличению показателя осветления на 24 %, без деструкции кератина волоса.
2. Данные экспериментальных исследований влияния плазменной обработки на кожевую ткань, свидетельствующие, что плазменная обработка способствует повышению предела прочности при растяжении кожевой ткани на 6-9% и температуры сваривания на 3-5 %.
3. Результаты экспериментальных исследований влияния параметров ВЧ – плазмы пониженного давления на структурные характеристики волосяного покрова шубной овчины, свидетельствующие, что плазменная обработка не вызывает деструкции кератина, а приводит к увеличению его реакционной способности.
4. Физическая модель воздействия ВЧЕ разряда пониженного давления на меланокератин пигментированного волосяного покрова.
5. Технология выделки велюра с однотонным волосяным покровом из сырья с неравномерной природной окраской, пониженной концентрацией окислителя и сокращенной продолжительностью процесса осветления, за счет воздействия ВЧ- плазмы пониженного давления.
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, 2007, 2008, 2009), на IV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых (Казань 2008), на Международной научно-технической конференции (Москва, 2008), на V Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых (Казань 2009), на Всероссийской научно-практической конференции « Полимер-2009» (Бийск, 2009), на V научно – практической конференции (Улан-Удэ, 2009).
Основные результаты работы изложены в 2 статьях в журналах рекомендованных ВАК РФ, 12 публикациях по материалам конференций.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из четырех глав. В тексте приведены ссылки на 128 литературных источника. Работа изложена на 136 стр. машинописного текста, содержит 25 рисунков, 16 таблиц и приложение.
