Влияние плазменной модификации шерстяного сырья на устойчивость волокон к действию химических реагентов

УДК 677.312.3

Е. В. Слепнева, И. Ш. Абдуллин, В. В. Хамматова

ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ ШЕРСТЯНОГО СЫРЬЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВОЛОКОН К ДЕЙСТВИЮ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ

Ключевые слова: шерстяные волокна, кератин, щелочная растворимость, кислотная растворимость.

В технологическом процессе первичной обработки шерсти на этапе промывки в водный раствор добавляются ПАВ, а также кальцинированная сода, что приводит к нарушению и изменению межмолекулярных связей между боковыми цепями кератина. Для оценки характера межмолекулярных связей кератина, подвергающихся распаду или формированию, в результате воздействия плазмы ВЧЕ разряда пониженного давлении в зависимости от времени обработки, определяли растворимость шерстяного волокна в щелочи и кислоте.

Keywords: wool fibers, keratin, alkaline solubility, acid solubility.

In the preprocessing process in step wool washing in an aqueous surfactant solution was added, and soda ash, resulting in impaired and change of intermolecular bonds between the side chains of keratin. To assess the nature of intermolecular bonds of keratin undergoing disintegration or formation, as a result of exposure to the plasma discharge HF reduced pressure, depending on the processing time, the solubility of the wool fiber in alkali and acid.

Введение

Технологические свойства волокон определяют ценность получаемых изделий. При выборе сырья для изготовления шерстяных и полушерстяных текстильных изделий, а также при определении устойчивости волокон к действию красильных, мыльно-щелочных и других растворов необходимо учитывать их химическую стойкость. Под действием химических реагентов, содержащихся в окружающем воздухе, чистящих и моющих препаратах агрессивной среды, происходят химические реакции, приводящие к разрушению волокон. В связи с этим, сопоставление и использование свойств волокон для улучшения технико-экономических показателей производства является важнейшей задачей. В технологическом процессе первичной обработки шерсти на этапе промывки в водный раствор добавляются мыло или ПАВ, а также кальцинированная сода, что приводит к нарушению и изменению межмолекулярных связей между боковыми цепями кератина [1].

Целью работы является исследование влияния модификации шерстяного сырья плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления на устойчивость волокон к действию кислот и щелочей.

Экспериментальная часть

В качестве объектов исследования выбрана шерсть овечья немытая мериносовая I длины, полутонка однородная I длины, шерсть овечья полугрубая неоднородная высшего сорта I длины. Модификация шерстяного сырья выполнялась на высокочастотной плазменной установке [2], разработанной на базе Казанского национального исследовательского технологического университета, с частотой генератора 13,56 МГц, мощность разряда Wр = 1,8 кВт, давление в вакуумной камере Р = 26,6 Па, время обработки 1 = 5 мин., расход плазмообразующего газа 0= 0,04г/с, в качестве плазмообразующего газа использовался аргон.

Устойчивость шерстяных волокон к действию кислот и щелочей определяли по растворимости их 4 н раствора соляной кислоты и 0,1 н раствора гид-

роксида натрия [3]. Потерю массы после химической обработки (р,%) вычисляли по формуле:

тхЬ -тг

р =-^х100,

тхЬ

где т - масса образца, взятого для химической пробы, г; тс - масса образца, обработанного растворами химических веществ, после сушки, г.

При этом Ь определяется следующим образом:

Ь = 1

п

где: п - масса контрольного образца, г; пс - масса контрольного образца после сушки, г.

Результаты и их обсуждение

Как видно из графиков (рис. 1), в результате модификации опытных образцов шерсти потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления в течении 5 минут, устойчивость к действию щелочи волокон мериносовой шерсти возрастает на 3,92%; полутонкой - на 3, 34% и полугрубой - на 2,74%. Плазменная обработка шерстяных волокон более 5 минут приводит к увеличению их растворимости в щелочи.

5? 9

о

со 7 1 И н

8 7

1 о

¡- 0 I мин.

л 01234 5 6789 а

—мериносовая\/\/р=1,8кВт

—'— полутонкая\Л/р=1,7кВт

—*— полугрубая\Л/р=1,5кВт Рис.1 - Изменение растворимости модифицированных шерстяных волокон в щелочи в зависимости от продолжительности плазменной обработки

Как видно из графиков, представленных на рисунке 2, показатель растворимости в кислоте шерсти модифицированной потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления в течение 5 минут уменьшается у волокон мериносовой шерсти на 14,04%, полутонкой на 11,08% и полугрубой на 10,35% [4]. Увеличение продолжительности плазменной обработки более 5 минут приводит к повышению показателя кислотной растворимости.

г? 14,о

з'

¡1 13,0

ф

э-

ш 12,0

Б

Е

С!

2 ю.о

" I мин.

(О О.

—мериносовая\Л/р=1,8кВт —— полутонкая\Л/р=1,7кВт —*— полугрубая \Л/р=1,5кВт Рис. 2 - Изменение растворимости модифицированных шерстяных волокон в кислоте в зависимости от продолжительности плазменной обработки

Щелочная и кислотная растворимость изменяется в зависимости от степени межмолекулярного взаимодействия. В результате плазменного воздействия на шерстяное сырье происходит взаимодействие макромолекул кератина волокна шерсти за счет усиления поперечных водородных межмолекулярных связей, возникающих вследствие наличия в шерстяных волокнах полярных групп и активных атомов, что подтверждается исследованиями ИК-спектроскопии.

Экспериментальные исследования по изучению влияния плазменной обработки на химический состав шерстяных волокон проведены на ИК-Фурье спектрометр «ИнфраЛЮМ ФТ-08». Поскольку основными процессами шерстяных волокон являются конформационные изменения, то особое

внимание уделяется полосам Амид I, Амид II и Амид III. Анализ спектра Амида I характеризующийся поглощением в области 1623 - 1695 см-1 обнаруживает смещение от 1655 см-1 к 1630 см-1, а полоса Амид II от 1550 см-1 к 1520 см-1 что свидетельствует о переходе а-конформации в ß-форму. Полоса Амид III, характеризующаяся поглощением в области 1161 -1318 см-1, свидетельствует о том, что интенсивность полосы, характеризующей а-спираль (1260 см-1) уменьшается, а интенсивность полосы, характеризующей ß-складку (1230-1240 см-1) увеличивается.

Заключение

Таким образом, модификация шерстяного сырья плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления позволяет увеличить устойчивость волокон к действию химических реагентов: кислот и щелочей. Проведенные исследования структурных преобразований методом ИК-спектроскопии подтверждают изменение надмолекулярной структуры кератина при плазменной обработке за счет усиления поперечных водородных межмолекулярных связей.

Литература

1. Абдуллин, И. Ш. Влияние моющих веществ на промывку шерстяных волокон в процессе их первичной обработки [Текст] / И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова, Е.В. Слепнева // Вестник Казанского технологического уни-верситета.-2012.- т.15, № 14 -С.79-81.

2. Слепнева Е.В. Исследование сорбционных свойств шерстяных волокон, модифицированных потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления / Е.В. Слепнева, И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова // Вестник Казанского технологического университета. - 2011.- № 16.- С.106- 110.

3. Головтеева А. А. Лабораторный практикум по химии и технологии кожи и меха / А. А. Головтеева, Д. А. Куци-ди. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. -312 с.

4. Абдуллин, И. Ш. Влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на технологические свойства шерстяного волокна [Текст] / И. Ш. Абдуллин, В. В. Хаммато-ва, Е. В. Слепнева // Текстильная промышленность. -2012. -№2. - С. 25 - 28.

© Е. В. Слепнева - ст. преподаватель кафедры Дизайна, КНИТУ, elenaslep@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д.т.н., профессор, проректор по научной работе КНИТУ, зав. каф. «Плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов»; В. В. Хамматова - д.т.н., профессор, зав. каф. Дизайна, КНИТУ.

© E. V. Slepneva, PhD of Technical Science, senior lecturer department "Design" Kazan national research technological university, elenaslep@mail.ru; I. Sh. Abdullin, Doctor of Technical Sciences, professor, department chair PNTMM Kazan national research technological university; V. V. Khammatova, Doctor of Technical Sciences, professor, department chair "Desing" Kazan national research technological university, venerabb@mail.ru.