Влияние воздействия потока плазмы на содержание массовой доли минеральных примесей в натуральных полимерах

УДК 677.312.3

Е. В. Слепнева, И. Ш. Абдуллин, В. В. Хамматова ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ПЛАЗМЫ НА СОДЕРЖАНИЕ МАССОВОЙ

ДОЛИ МИНЕРАЛЬНЫХ ПРИМЕСЕЙ В НАТУРАЛЬНЫХ ПОЛИМЕРАХ

Ключевые слова: электрофизическая модификация, шерсть овечья, минеральные примеси, первичная

переработка шерсти.

Очистка шерстяного сырья от минеральных загрязнений является одной из наиболее важных стадий первичной переработки шерсти. Одним из путей повышения качества шерстяного волокна в процессе первичной обработки шерсти является применение новейших технологий. Наиболее перспективной электрофизической модификацией является воздействие потока плазмы ВЧЕ - разряда пониженного давления на натуральные полимеры, которое позволяет сократить содержание массовой доли минеральных примесей в процессе первичной переработки шерсти.

Keywords: electrophysical modification, sheep wool, mineral admixtures, primary processing of wool.

Cleaning raw wool from mineral impurities is one of the most important stages of primary processing of wool. One way to improve the quality of the wool fiber in the primary processing of wool is the application of new technologies. The most promising is a modification of electrophysical effects of the plasma flow yester - discharge of low pressure on natural polymers, which can reduce the content of the mass fraction of mineral impurities in the initial processing of wool.

Из современных текстильных материалов шерсть и шелк относятся к природным белковым волокнам [1]. Белки - природные полимеры или биополимеры, построены из остатков аминокислот, связанных в длинные цепи посредством пептидных связей[2].

Состав минеральных примесей и их количество в немытой шерсти в значительной степени зависит от состава верхнего слоя почвы на которых находятся пастбища. Основной материал, загрязняющий шерсть, глиняные минералы. Глины, являющиеся основными составляющими частичек грязи, отлагаясь на поверхности волокон в процессе промывки, ухудшают их качество, если в моющих растворах их будет накапливаться слишком много. В этом случае частички глины плотно примыкают к волокнам, так как они имеют малые размеры, ведут себя как коллоиды, имеют активную поверхность. Адсорбция минеральных частиц на поверхности волокон шерсти является основным механизмом прилипания грязи к волокну [3].

Очистка шерстяного сырья от минеральных загрязнений является одной из наиболее важных стадий первичной обработки шерсти, в процессе которой достигается удаление с поверхности волокна загрязнений различного происхождения. В настоящее время очистка шерсти от природных загрязнений осуществляется преимущественно двумя путями:

1. Омыление и эмульгирование загрязнений в щелочных растворах поверхностноактивных веществ. Недостатки данного метода связаны с опасностью повреждения шерстяного волокна в щелочной среде, недостаточным удалением жировых загрязнений, а также с образованием большого количества сильнозагрязненных трудноочищаемых стоков.

2. Экстракция загрязнений жирорастворителями. Этот метод имеет недостатки, связанные с неполным удалением водорастворимых загрязнений. Кроме того, большинство жирорастворителей являются токсичными и пожароопасными [1].

Альтернативой механическим, химическим и физическим методам модификации шерстяных волокон, в последние годы особую значимость приобретают электрофизические методы, как наиболее эффективные и экономичные, а в некоторых случаях и единственно возможные.

Целью работы является исследование влияния воздействия потока плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления на содержание минеральных примесей в процессе первичной обработки шерсти.

В качестве объекта исследования была выбрана шерсть овечья немытая мериносовая I длины, полутонкая, полугрубая высшего сорта 1 длины. Модификация шерсти выполнялась на высокочастотной плазменной установке [4], созданной в Казанском государственном технологическом университете, с частотой генератора 13,56 МГц, напряжение на аноде иа =1,5 кВ, ток анода 1а = 0,3 А, давление в вакуумной камере Р = 26,6 Па, время обработки 1 = 1,

3, 5, 7, 9 мин., расход плазмообразующего газа 0арг. = 0,04 г/с, в качестве плазмообразующего газа использовался аргон.

Определение массовой доли минеральных примесей осуществлялось в соответствии с методикой, предложенной в ГОСТ 29239-91 «Шерсть натуральная мытая. Методы

определения массовой доли остаточных нешерстяных компонентов».

Каждую лабораторную пробу высушивали до нормальной сухой массы по и взвешивали с погрешностью до 0,01 г.

Каждую лабораторную пробу шерсти, свободную от растительных примесей, подвергали испытанию на установке ПЗМ. Открывали рабочую крышку камеры, равномерно укладывали пробу шерсти на колковый барабан. Крышку рабочей камеры закрывали и включали установку. Скорость колкового барабана - 700 мин-1. Цикл трепания - по 100 оборотов по часовой и против часовой стрелки. По окончании цикла барабан автоматически останавливается. Открывали крышку камеры и удаляли протрепанную пробу шерсти.

Выпады, собранные с поддона установки ПЗМ, после протрепывания каждой лабораторной пробы просеивали через сетчатую корзину, встряхивая ее на лист чистой бумаги. Шерстяные волокна и их обрывки из выпадов удаляли. Оставшиеся в сетчатой корзине и выпавшие на бумагу растительные примеси собирали и присоединяли к растительным примесям, а минеральные примеси - к минеральным примесям.

Бюксу с выделенными минеральными примесями от каждой из трех лабораторных проб высушивали до нормальной сухой массы и взвешивали с погрешностью до 0,0001 г. Нормальную сухую массу растительных и минеральных примесей определяли отдельно по каждой лабораторной пробе по разности массы бюксы с примесями и массы бюкса без примесей. Вычисления проводили с точностью до четвертого десятичного знака.

Массовую долю минеральных примесей (Хм) в процентах вычисляли по каждой лабораторной пробе по формуле:

X, = ^. 100 . к, + К 2,

т

где т1 - нормальная сухая масса минеральных примесей, г; т - нормальная сухая масса лабораторной пробы, г; Кі -

коэффициент пересчета, учитывающий определение содержания минеральных примесей,

выделенных вручную, равную 0,9; К2 - коэффициент поправки на потери остаточных нешерстяных компонентов при отборе лабораторной пробы и оставшихся на волокне после окончания испытаний, равный 0,3%.

За окончательный результат массовой доли минеральных и растительных примесей принимали среднеарифметическое значение результатов испытаний трех лабораторных проб. Вычисление проводили с точностью до третьего десятичного знака с последующим

округлением до второго десятичного знака. Полученные результаты представлены в табл. 1.

Сокращение содержания минеральных примесей в процессе первичной обработки мериносовой, полутонкой и полугрубой шерсти наблюдается после обработки в потоке плазмы ВЧЕ- разряда пониженного давления в течение 3 минут.

В результате модификации шерстяного волокна потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного разряда в течение 3 минут снижается содержание массовой доли минеральных примесей у мериносовой шерсти на 26%, у полутонкой на 66,7% и у полугрубой на 71,4 %.

Таблица 1 - Влияние длительности обработки НТП на содержание массовой доли минеральных примесей в шерстяном волокне

№ образца Характеристика образца и условий обработки (1, мин) Содержание минеральных примесей, %

Меринос П/тонк. П/груб.

1 Исходная шерсть 0,73 0,45 0,63

2 Шерсть, обработанная НТП, 1=1 мин 0,68 0,35 0,58

3 Шерсть, обработанная НТП, 1 =3 мин 0,54 0,15 0,18

4 Шерсть, обработанная НТП, 1 = 5 мин 0,85 0,68 0,52

5 Шерсть, обработанная НТП, 1 = 7 мин 0,89 0,72 0,54

6 Шерсть, обработанная НТП, 1 = 9 мин 0,88 0,70 0,53

Совместное действие процессов рекомбинации и бомбардировки раскрывающегося между кутикулами пространства низкоэнергетическими ионами ВЧ - плазмы, способствуют более легкому удалению сорных примесей (земли, песка, остатков кормов и других растительных примесей), очищают его от различных адсорбированных частиц органического и неорганического характера, образовавшихся в результате жизнедеятельности животного. Энергия, выделяемая при этих процессах более чем достаточна для реализации процесса очистки шерсти. Очистка происходит в результате ослабления водородных связей (прочность связи порядка 1 эВ) и связей, образованных силами Ван-дер-Ваальса.

В процессе промывки в модифицированных волокнах минимизируются силы сцепления волокна с загрязняющими примесями, имеющими отрицательный электрический заряд [3], за счет сообщения ВЧ - плазмой, отрицательного заряда чешуйкам кутикулы. Из - за взаимного отталкивания друг от друга одноименно заряженных пластин чешуек происходит их раскрывание, что способствует более легкому удалению сорных примесей (земли, песка, остатков кормов и других растительных примесей), очищают его от различных частиц органического и неорганического характера, образовавшихся в результате жизнедеятельности животного.

Таким образом, обработка шерсти потоком плазмы ВЧ-разряда пониженного давления позволяет сократить содержание массовой доли минеральных примесей в процессе первичной обработки шерсти. В результате повышается производительность труда за счет сокращения продолжительности технологического процесса.

Литература

1. Садов, Ф. И. Химическая технология волокнистых материалов / Ф. И. Садов, М. В. Корчагин, А. И. Матецкий; под общ. ред. Ф. И. Садова. - М.: Легкая индустрия, 1968. - 784 с.

2. Новорадовская, Т. С. Химия и химическая технология шерсти / Т. С. Новорадовская, С. Ф. Садова; под общ. ред. И. Ю. Авдеевой. - М.: Легпромбытиздат, 1986. - 200 с.

3. Гусев, В.Е Сырье для шерстяных и нетканых изделий и первичная обработка шерсти./ В.Е. Гусев -Москва: Легкая индустрия, 1977. - 408 с.

4. 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.

© Е. В. Слепнева - ст. препод. каф. дизайна КГТУ, elenaslep@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; В. В. Хамматова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. дизайна, КГТУ.