Исследование сорбционных свойств шерстяных волокон, модифицированных потоком плазмы ВЧЕ - разряда пониженного давления

УДК 677.312.3

Е. В. Слепнева, И. Ш. Абдуллин, В. В. Хамматова ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ШЕРСТЯНЫХ ВОЛОКОН, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОТОКОМ ПЛАЗМЫ ВЧЕ - РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Ключевые слова: электрофизическая модификация, низкотемпературная плазма, шерсть овечья, шерстяное

волокно.

Плазменная обработка является эффективным инструментом модификации шерстяных волокон, позволяющая увеличить способность поглощения волокнами растворов в жидкостных процессах первичной обработки шерсти.

Keywords: electrophysical modification, low-temperature plasma, sheep wool, wool fiber.

Plasma treatment is an effective tool for modification of wool fibers, allowing fibers to increase the absorption capacity of liquid solutions in the processes ofprimary processing of wool.

В последние годы наблюдается повышенный спрос на изделия из природных волокон, в частности, из шерсти, что обусловлено их гигиеническими и теплоизоляционными свойствами. Требования, предъявляемые потребителями к текстильной продукции, стимулируют развитие новых подходов к производству текстильных материалов. Особое внимание уделяется повышению качества продукции и улучшению эксплуатационных свойств текстильных изделий из шерстяных материалов.

Одним из путей повышения качества шерстяного волокна в процессе первичной обработки шерсти является применение новейших технологий. Развитие традиционных методов обработки связано с существенным удорожанием технологии производства шерстяных волокон и не приводит к значительному эффекту повышения их качества.

Особую значимость приобретают электрофизические методы модификации шерстяных волокон, как наиболее эффективные и экономичные, а в некоторых случаях и единственно возможные. Наиболее перспективным электрофизическим методом модификации является воздействие потока плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления на наноструктуру натуральных высокомолекулярных материалов с целью получения заданных свойств. Преимущество такого метода заключается в незначительном количестве химических превращений на обрабатываемой плазмой поверхности и объеме тела, а также неизменности химического состава полимера [3].

Актуальность модифицирования с помощью потока плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления продиктована необходимостью комплексного и направленного создания требуемых показателей качества шерстяного волокна, а также необходимостью технологического направленного регулирования параметров обработки.

Целью работы является исследование сорбционных свойств шерстяных волокон, модифицированных потоком плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления в процессе первичной обработки.

В качестве объекта исследования выбрана шерсть овечья немытая мериносовая I длины, полутонкая, полугрубая высшего сорта 1 длины.

Модификация шерстяного сырья выполнялась на высокочастотной плазменной установке [3] на базе Казанского государственного технологического университета, с частотой генератора 13,56 МГц, напряжение на аноде Ua = 1,5 - 5,0 кВ, ток анода Ia = 0,3 - 0,7 A, давление в вакуумной камере Р = 26,6 Па, время обработки t = 1 - 9 мин., расход плазмообразующего газа G = 0,04 - 0,06 г/с, в качестве плазмообразующего газа использовался аргон.

Сорбционные свойства шерсти оценивали по изменению водопоглощаемости (Пв,%) и гигроскопичности ^г,°%) в процессе первичной обработки шерсти[4].

Водопоглощаемость рассчитывалась по формуле:

Пв = —2------0• 100,

т0

где тв - масса пробы после замачивания в воде, г.; т0 - первоначальная масса пробы, г. Гигроскопичность рассчитывалась по формуле:

т — тс

^Чг =--------• 100,

г тс

где т - масса пробы волокон, выдержанных в эксикаторе при 98%-ной относительной влажности воздуха, г.; тс - масса абсолютно сухого образца, г.

На рисунках 1 и 2 представлены зависимости изменения водопоглощаемости и гигроскопичности в зависимости от продолжительности плазменной обработки. Из рисунков видно, что режимы плазменной обработки оказывают одинаковое действие на волокно, как мериносовое, так полутонкое и полугрубое. Наибольшее увеличение водопоглощаемости и гигроскопичности происходит при продолжительности обработки 5 минут, напряжение на аноде 5,0 кВ, сила тока на аноде 0,7 А, расходе плазмообразующего газа (аргон) 0,04 г/с и давления в вакуумной камере 26,6 Па.

Рис. 1 - Диаграмма водопоглощаемости шерстяных волокон, модифицированных

плазмой ВЧЕ-разряда режим пониженного давления (иа = 5,0 кВ, 1а = 0,7 А, Р = 26,6Па,

6арг.= 0,04 г/с)

В результате модификации мериносового, полутонкого и полугрубого шерстяного волокна потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления в течение 5 минут увеличивается показатель водопоглощаемости мериносового волокна 61,1%; полутонкого на 24,3% и полугрубого на 44,2%.

\Л/Г.% 32,5

31.5 31

30.5 30

29.5 29

28.5 28

0 2 4 6 8 10

I, МИН

Рис. 2 - Диаграмма гигроскопичности шерстяных волокон, модифицированных плазмой ВЧЕ-разряда режим пониженного давления

Показатель гигроскопичности модифицированных шерстяных волокон потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления в течение 5 минут увеличивается у мериносового волокна на 7,8%, полутонкого на 9,8% и полугрубого на 10%.

Очевидное преимущество поглощения влаги волокон мериносовой шерсти по сравнению с полутонкими и полугрубыми шерстяными волокнами связано с разницей их морфологического строения. Бомбардировка ионами и рекомбинация ионов на наружной поверхности капиллярно-пористого тела и внутренней поверхности микропоры приводит к изменению показателей свойств шерстяного волокна. Плазменная обработка кератиносодержащих ВММ способствует раскрытию чешуек кутикулы, разволокнению внутренней структуры волокна и повышению его реакционной способности. Структурные изменения, происходящие под действием влаги, легко обратимы, то есть при высушивании волокна наблюдается полное возвращение к первоначальной массе. Набухание волокна в воде происходит за счет проникновения молекул воды в межмикрофибриллярное пространство[6]. Увеличение содержания свободной влаги в волокне, то есть увлажнение может сопровождаться как разрушением водородных и ионных связей в системе микрофибриллы -матрицы, так и пластифицирующим действием свободной влаги. Для шерстяного волокна к легко обратимым структурным изменениям относятся разрыв - образование водородных связей (в основном типа ЫН-НОС) и а-^-переход полипептидных цепей фибриллярной структуры. Влага не действует на дисульфидные связи -8-8-[7].

Таким образом, плазменная обработка является эффективным инструментом модификации шерстяных волокон: позволяет увеличить способность поглощения волокнами растворов в жидкостных процессах первичной обработки шерсти. Характер этих изменений зависит от морфологического строения волокна и режимов плазменной обработки. Изменение поглощения влаги шерстяным волокном носит обратимый характер, так как является следствием а-^-перехода в макромолекулах, то есть обратимого конформационного

изменения.

Литература

1. Купрашевич, В.И. Общая технология шерстяного производства / В.И. Купрашевич. - М.: Легпромбытиздат, 1988. - 176 с.

2. Рогачев, Н.В. Некоторые вопросы первичной обработки шерсти / Н.В. Рогачев. - М.: Легкая индустрия, 1980. - 183 с.

3. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения/ И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов.- Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2000. - 348 с.

4. Бузов, Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова. М.: Академия, 2004. - 448 с.

5. Новорадовская, Т.С. Химия и химическая технология шерсти,/ Т.С. Новорадовская, С.Ф. Садова. — М.: ЛегХимия, 1986. 200с.

6. Feughelman M.// Journal of Applied Polymer Science. - V/ 83, 2002. P.489

7. Дарвиш Д.М. Особенности деформационных свойств увлажненного шерстяного волокна / Д.М. Дарвиш // Технология текстильной промышленности. - 2008. - № 2. - С.39 - 43.

8. Гусев, В.Е. Сырье для шерстяных и нетканых изделий и первичная обработка шерсти / В.Е.Гусев.-М.: Легкая индустрия,1977. - 206 с.

© Е. В. Слепнева - ст. препод. каф. дизайна КНИТУ, elenaslep@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., лауреат государственной премии РТ в области науки и техники, заслуженный деятель науки РТ, акад. Российской медико-технической академии, проректор по научной работе КНИТУ, зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ;

В. В. Хамматова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. дизайна КНИТУ.