Коллагенсодержащие отходы кожевенно-меховой промышленности, обработанные в потоке низко - температурной плазмы для производства материалов строительно-вспомогательного назначения

УДК 675.8:533.9

А. Р. Залялова, Л. Р. Джанбекова, Л. Р. Набиева, Я. В. Ившин

КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИЕ ОТХОДЫ КОЖЕВЕННО-МЕХОВОИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, ОБРАБОТАННЫЕ В ПОТОКЕ НИЗКО - ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНО-ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Ключевые слова: коллагенсодержащие отходы, композиционный материал, плазма, модификация, свойства.

Установлены режимы обработки сырья и готовых материалов на базе отходов кожевенно-меховой промышленности для использования их в качестве материалов строительно-вспомогательного назначения. Определены физико-механические свойства и теплопроводность полученных материалов.

Keywords: collagen-containing waste composite material, plasma modification properties.

Established modes of processing of raw materials and finished materials on the basis of waste leather and fur industry for use as materials for construction application. Defined physical and mechanical properties and thermal conductivity of the materials obtained.

На основании анализа существующих способов переработки коллагенсодержащих отходов выявлено перспективное направление их использования: получение материала строительного назначения [1]. Эти материалы по ряду свойств близки и даже превосходят свойства натуральных кож, а область их применения достаточно широкая: обувная, кожгалантерейная, мебельная промышленность, строительство, техника, транспорт и т. д. К сожалению, зачастую технологии получения таких материалов отличаются высоким водопотреблением, использованием экологически опасных синтетических веществ, которые остаются в готовом изделии, а также попадают в сточные воды. Не все технологии предусматривают совместную переработку отходов дубленых и недубленых кож, хотя она позволила бы комплексно решить важную экологическую проблему кожевенно-меховой промышленности.

В соответствии свышеизложенным, актуальной проблемой является улучшение с экологической точки зрения технологии переработки колла-генсодержащих отходов кожевенно-мехового производства для производства отделочных и вспомогательных материалов.

Для этого измельченные коллагенсодержащие отходы смешиваются с полимерным связующим и в случае необходимости, специальными добавками, затем спрессовываются.

Полученные пластины обладают хорошими тепло-, звукоизоляционными свойствами, однако главным недостатком являются их невысокие прочностные характеристики. Для улучшения прочностных характеристик необходима направленная модификация свойств готовых материалов на базе кол-лагенсодержащих отходов или предварительная модификация образующих эти материалы компонентов. В настоящее время все большее применение для модификации материалов различной физической природы находит неравновесная низкотемпературная плазма пониженного давления (НТП) [2]. Такая разновидность плазменной обработки является одной из ключевых технологий, позволяющей созда-

вать материалы с заданными характеристиками. Плазменная обработка позволяет изменять эксплуатационные свойства объекта, не меняя при этом химического состава и структуры материала. Эффект воздействия низкотемпературной плазмы определяется химической природой, строением обрабатываемого материала и параметрами плазмы [3].

В качестве компонентов для изготовления образцов для производства строительных материалов на базе отходов производств кожевенно-меховой промышленности применяются измельченные коллагенсодержащие отходы, смешанные с полимерным связующим - поливинилацетатом ПВА.

При проведении исследований влияния НТП на исследуемые объекты (кожевенная стружка, полимерное связующее) в качестве косвенного критерия влияния плазмы на изменение свойств материалов рассматривали изменение степени гидро-фильности поверхности хромовой стружки, характеризующейся временем впитывания поверхностью капли дистиллированной воды.

На основании экспериментально полученных режимов обработки [4], приводящих к значительным изменениям степени гидрофильности кол-лагенсодержащих отходов, установлено, что наилучших результатов удается достичь при модификации волокнистых компонентов в следующих режимах: Р = 26,6 Па, в = 0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон, время обработки коллагенсодержащих материалов в течение 1обр = 5 мин, мощность разряда Wр = 1,8 кВт.

На следующем этапе исследований проведена модификация образцов сухой кожевенной стружки в установленном режиме. Затем обработанные плазмой образцы смешивались с водной дисперсией ПВА.

Эксперименты показали, что использование предварительно обработанной в потоке НТП стружки позволяет получить материал с хорошей формо-устойчивостью и удовлетворительными прочностными характеристиками.

Это связано с тем что, что в результате воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления в объеме материалов происходит перераспределение связанных электрических разрядов, что приводит на макроскопическом уровне - к изменению пористости, выравниванию механических свойств по различным направлениям, изменению физических свойств материала [5].

В таблице представлены результаты измерения предела прочности на разрыв пластин на базе коллагенсодержащих отходов, полученных при различной концентрации ПВА и времени плазменной обработки.

Таблица 1 - Результаты измерения предела прочности на разрыв

Образец Тол- Кон- Обра- Проч-

№ щина цент- ботка* ность

(см) ра- ВЧ при раз-

ция (мин) рыве Па

клея

ПВА

контр 1.1 35 0,083

контр 1.1 40 0,085

контр 1.2 45 0,095

1 1.1 35 10 0,093

2 1.2 35 15 0,099

3 1.1 40 5 0,094

4 1,1 40 10 0,098

5 1,1 45 7 0,160

6 1,2 45 5 0,149

Параметры обработки: расход плазмообра-зующего газа аргона - 0,04 г/с, давление в рабочей камере 26,6 Па, мощность разряда 2 кВт.

Как видно из таблицы 1, максимальная прочность достигается при времени обработки 7 мин. Из полученных результатов следует, что использование предварительно обработанной стружки в потоке НТП, в найденном ранее режиме при в=0,04 г/с и времени обработки 7 минут, и мощности установки 2кВт, позволяет получить материал с хорошей формоустойчивостью, и удовлетворительными прочностными характеристиками.

Установлено, что обработка в потоке низко - температурной плазмы приводит к увеличению механической прочности пластин, изготовленных из кожевенной стружки.

Качество строительных материалов принято оценивать по совокупности показателей и свойств, которые получены при испытаниях по стандартным методикам. Одним из важных показателей является теплопроводность.

Теплопроводность-способность материала проводить через свою толщину тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплоем-

кость характеризует способность материала аккумулировать теплоту при нагревании. Данный показатель определяем согласно методике представленной в [5]. На измеритель теплопроводности ИТС-1, предназначенном для определения теплопроводности и термического сопротивления широкого спектра строительных и теплоизоляционных материалов стационарным методом в соответствии с ГОСТ 7076-99, а также для контроля теплопроводности различных композиционных материалов.

В таблице 2 представлены результаты испытаний.

Таблица 2 - Коэффициент теплопроводности при изменении содержания ПВА

№ Содержание ПВА, % X, Вт/м*К

1 35 0,1988

2 0,2127 0,2071

3 0,2099

4 45 0,0312

5 0,0408 0,0368

6 0,0384

7 55 0,1612 0,1639

8 0,1937

9 0,1369

Как следует из данных, коэффициент теплопроводности для плит на основе кожевенной стружки находится в интервале значений, установленных ГОСТ 4598-86 для древесно-волокнистых плит, широко используемых в строительстве (0,150,23 Вт/м*К), а значит, с точки зрения теплопроводности плиты удовлетворяют требованиям предъявляемым к аналогичным изделиям строительного назначения

Литература

1. А.В. Горемыкин, И.В. Пасечник, В.Е. Козлов, В.М. Пискунов, Строительные материалы, 4, 12-13 (1997).

2. И.Ш. Абдуллин, М.М. Миронов, И.И. Васильев. Формирование наноструктурированного композиционного покрытия в плазме дугового разряда/Абдуллин И.Ш, Миронов, М.М, Васильев И.И.//Вестник Казанского технологического университита.-2012.-№ 20.-С 27-29.

3. И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов, Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях/ Теория и практика применения. - Казань: Издательство Казанского университета, 2000.

4. Л.Р. Джанбекова, Исследование изменения впитывающей способности технических картонов под воздействием плазмы пониженного давления/ Вестник Казанского технологического университета.- 2010. -№ 11-С. 559-561.

5. Т.Ю. Гумеров, О.А. Решетник, Физико-механические свойства строительных материалов. /Методическое пособие к практическим занятиям.-Казань: Издательство Казанского гос. технологического ун-та.-2008.-68 с.

© А. Р. Залялова - аспирант кафедры ПНТВМ КНИТУ, zalyalovaalsu@mail.ru; Л. Р. Джанбекова - д.т.н., профессор кафедры ПНТВМ КНИТУ, ganbekova@yandex.ru; Л. Р. Набиева - студент гр.433-М1 кафедры ПНТВМ КНИТУ, Я. В. Ившин -профессор кафедры ТЭП КНИТУ.

© A. R. Zalyalova - Department PNTVM KNRTU, zalyalovaalsu@mail.ru; L. R. Dzhanbekova - Professor of the Department PNTVM KNRTU, ganbekova@yandex.ru; L. R. Nabiyeva - a student of the department gr.433 -M1 PNTVM KNRTU; Y. V. Ivshin - Professor of the Department TEP KNRTU.