Исследование влияния плазмы ВЧИ-разряда пониженного давления на физико-механические характеристики меховой овчины в процессе осветления

И. М. Нуриев, Ф. С. Шарифуллин, И. Ш. Абдуллин

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАЗМЫ ВЧИ-РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХОВОЙ ОВЧИНЫ В ПРОЦЕССЕ ОСВЕТЛЕНИЯ

Ключевые слова: меховая овчина, низкотемпературная плазма, отбеливание, крашение.

В данной статье исследуется возможность использования ВЧИ плазменной обработки для повышения физико-механических свойств полуфабриката и интенсификации процесса отбеливания меховой овчины.

Keywords: fur a sheepskin, the low temperature plasma, bleaching, dyeing.

In given article possibility of use induction of plasma processing for increase of physicomechanical properties of a semifinished product and an intensification of process of bleaching of a fur sheepskin is investigated.

В производстве мехового полуфабриката после процесса дубления проводят процесс крашения, который позволяет получать меховую продукцию с высокими эстетическими, эксплуатационными и потребительскими свойствами. Одним наиболее существенным недостатком мехового сырья является пигментированность волосяного покрова. Около 1720% от всего объема сырья метисовых пород овец имеют «пёструю» или тёмный окрас волосяного покрова, что сильно затрудняет процесс получения равномерно окрашенного светлого тона волосяного покрова из данного сырья. Поэтому в технологию выделки меховой овчины вводят процессы осветления и отбеливания волосяного покрова [1].

В традиционной технологии 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 ко-жевой ткани. Для снижения негативного воздействия окислителя на кожевую ткань и волосяной покров в процессе осветления, необходимо снизить концентрацию пероксида водорода в рабочих растворах. Достичь максимального результата осветления при сниженных концентрациях окислителя позволяет применение плазменной модификации сырья, которая является одним из эффективных методов интенсификации жидкостных процессов [2].

Для решения данной задачи наибольший интерес вызывает исследование возможности применения плазмы высокочастотного индукционного (ВЧИ) разряда пониженного давления [3]. Данный вид разряда позволяет проводить объёмную и поверхностную обработку капиллярно-пористых высокомолекулярных материалов. В процессе модификации участвуют процессы ионной бомбардировки и рекомбинация ионов [4, 5].

Принцип работы ВЧИ-плазменной установки основан на ионизации плазмообразующего газа под действием электромагнитного поля индуктора. При подаче на индуктор ВЧ напряжения в разрядной камере образуется плазменный сгусток, при продуве через который плазмообразующий газ создает плазменную струю - инструмент обработки.

Входные параметры плазменной установки изменялись в следующих диапазонах: расход плазмообразующего газа G=0,04-0,12 г/с, мощность разряда Wp=0,4-1,2 кВт, часто-

та генератора f=1,76 МГц ± 10%, давление в вакуумной камере Р=13,3-26,6 Па, время обработки t=1-5 мин, плазмообразующий газ - аргон.

Для определения цветовых характеристик волосяного покрова использовали спектрофотометр Х-Rite Color Digital Swatchbook. Микропроцессорная часть Digital Swatchbook вычисляет спектральную информацию, используя технологию 16-точечного измерения в видимой части спектра, и отправляет значения, интерпретируя эти значения в 31-точечное измерение, программному обеспечению в ПЭВМ.

Изменение показателя осветления (W,%) в зависимости от расхода плазмообразующего газа и времени плазменной обработки представлены на рисунке 1. Показатель осветления контрольного образца составило 45,5%.

65

£ 60

£ 55

50

45

40

35

30

£

5

t, мин

G = 0,04 г/с;

G = 0,08 г/с;

G = 0,1 г/с;

G = 0,12 г/с.

3

4

Рис. 1 - Изменение показателя осветления волосяного покрова меховой овчины, обработанных ВЧ плазмой пониженного давления с варьированием расхода газа и времени обработки

Показатель осветления образцов, обработанных ВЧ-плазмой пониженного давления в режиме Wp=0,5 кВт, Р=26,6 Па, Оаг= 0,12 г/с; 1 = 3 мин выше контрольных на 15,8%. Плазменная обработка перед процессом осветления способствует раскрытию чешуек кутикулы волоса и приводит к разрушению водородных и Ван-дер-Ваальсовых межмолекуляр-ных связей меланокератинов. Меланины связываются с кератином волоса посредством прочных поперечных связей, которые невозможно полностью разрушить, применяя традиционные способы осветления. Обработка ВЧ-плазмой пониженного давления приводит к активному взаимодействию меланинов с пероксидом водорода, что позволяет получить меховой полуфабрикат с более высоким показателем осветления.

Для проведения исследования влияния плазмы ВЧ-разряда на физико-механические характеристики меховой овчины использовали образцы прошедшие процесс пикелевания. Образцы обрабатывали плазмой ВЧ-разряда в режиме 0аг=0,12 г/с; Wp=0,5 кВт, Р=26,6 Па.

Как видно из таблицы 1, температура сваривания опытных образцов выше чем у контрольных на 4-10%, а удлинение повышается на 2-6%, что свидетельствует о более интенсивном взаимодействии дубителя с функциональными группами коллагена. Это приводит к увеличению показателя прочности кожевой ткани меха на 7-16%.

Таблица 1 - Изменение физико-механических характеристик контрольных и опытных образцов меховой овчины

Время обработки, мин Температура сваривания, °С Массовая доля влаги волосяного покрова, % Массовая доля влаги кожевой ткани, % Напряжение при разрыве, МПа Удлинение полное при напряжении 9,8 МПа, %

1 = 1 81 9,2 12,1 13,6 40

1 = 2 83 9,2 13,3 13,2 40

1 = 3 84 8,7 12,3 14,5 42

1 = 4 86 9,0 12,6 12,4 38

1 = 5 85 9,2 12,5 12,1 36

Контрольный образец 78 10,1 14,5 11,3 36

Таким образом, в результате проведенных исследований установлен режим плазменной обработки: Wp=0,5 кВт, Р=26,6 Па, Оаг= 0,12 г/с; 1 = 3 мин, при котором достигается показатель осветления волосяного покрова меховой овчины на 15,8% выше чем у контрольных образцов при одновременном повышении прочностных характеристик кожевой ткани.

Литература

1. Хердт Х., Хердт Н. Основы выделки, крашения и отбеливания меха с химическими материалами компании «Lowenstein». - Новосибирск: «Агенство «Сибпринт», 2004. - 227 с.

2. Антонова М.В. Применение НТ плазмы пониженного давления в процессе депигментирования волосяного покрова шубной овчины/ М.В.Антонова, Г.Н.Кулевцов, И.Ш.Абдуллин // Кожевеннообувная промышленность.- 2009.- №1.- С.32-33.

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. Казанск. Ун-та., 2000. - 348 с.

4. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. - М.: Радио и связь, -1986. - 232с.

5. Митчнер М., Кругер И. Частично-ионизированные газы. - М.: Мир, - 1976. - 496с.

© И. М. Нуриев - асп. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ, r332co@mail.ru; Ф. С. Шарифуллин - канд. техн. наук, доцент той же кафедры, sharifullin80@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ.