Текст книги "Новые технологии и материалы легкой промышленности: IX Международная научно-практическая конференция"

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КОЖИ И МЕХА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЧ ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ

УДК 675.02:533.9

И.Ш. Абдуллин, Э.Ф. Вознесенский, И.В. Красина

В ряде работ [1–4] экспериментально установлена эффективность применения плазмы высокочастотного разряда пониженного давления для предварительной активации сырья и полуфабрикатов перед жидкостными обработками кожевенного и мехового производства. Благодаря плазменной модификации удается достичь интенсификации жидкостных процессов, повысить равномерность и качество обработки, сократить время технологического цикла. Основные эффекты модификации как правило связаны с преобразованием развитой волокнисто-пористой микроструктуры материалов. Тем не менее, на фоне установленного многообразия микроструктурных эффектов возникает ряд затруднений при адаптации имеющихся экспериментальных наработок для условий конкретного производства.

На основе результатов экспериментальных и теоретических исследований, а также моделей структурных изменений натуральных коллаген– и кератинсодержащих материалов при НТП модификации, разработана технологическая методика расчета зависимости относительных микродеформаций первичных (ε₁), вторичных коллагеновых волокон (ε₂) и образца кожевенного материала (ε₃), а также изменения размеров клеток кутикулы волоса (ΔH₃), межклеточных (ΔH₂) и внутриклеточных (ΔH₁) пространств кортекса от входных параметров ВЧ плазменной модификации кинетической (Q_к), потенциальной энергии ионов (Q_п), плотности ионного тока (J_i), продолжительности обработки (τ) и параметров исходной структуры материала – внутренней поверхности трех уровней пористой структуры (S₁, S₂, S₃), среднему углу наклона волокнистых элементов (β), размеров структур (d₁, d₂, d’₃):

Данные модели позволяют прогнозировать структурные изменения как кожевой ткани, так и волосяного покрова и материалов схожего строения в процессе НТП модификации при наличии сведений о размерах и взаимном расположении структурных элементов, локализации и соотношении разных уровней пористости, а также параметров плазменного воздействия.

При разработке технологии производства кожевенного и мехового полуфабриката с применением структурной модификации в плазме ВЧ разряда пониженного давления с избирательным набором физико-механических, гигиенических и потребительских свойств необходимо решение ряда проблем. Проведение ВЧ плазменной модификации структуры сырья и полуфабрикатов перед каждым жидкостным процессом производства позволяет интенсифицировать обработку на 10– 15 %, однако данный подход существенно замедляет переработку за счет необходимости операций загрузки-выгрузки, а также нарушает партионность, непрерывность технологии, оказывает негативное влияние на равномерность влагосодержания сырья и полуфабрикатов. Проведенные исследования показали, что наиболее рационально производить структурную НТП модификацию материала перед отмокой, дублением и отделочными процессами и операциями.

При НТП модификации сформированной структуры кожи и кожевой ткани меха после дубления перед отделочными процессами возможно регулируемое формирование структуры. Для проведения регулирования эффективна методика прогнозирования структуры при НТП модификации. Так как входными данными для расчета являются основные параметры модифицируемой структуры и энергетические характеристики ВЧ плазменного воздействия, необходимо провести предварительный анализ структуры материала, исходя из применяемой на производстве технологии выделки и вида сырья. Расчет позволяет спрогнозировать микродеформации трех уровней структуры. Подбор расчетных значений коэффициентов деформации обеспечивает достижение следующих основных свойств материала – табл. 1.

Таблица 1. Параметры прогнозирования структур кожевенно-меховых материалов при НТП модификации

На основе результатов экспериментальных, теоретических исследований влияния параметров плазменного воздействия на структуры материалов предложены наиболее рациональные схемы технологических процессов производства кожи и меха (рис. 1).

Рис. 1. Схемы технологических процессов производства кожи и меха с применением плазменной модификации сырья и полуфабрикатов: а – технологии производства меха с применением НТП обработки; б – технологии регулирования физико-механических свойств кожи из разных видов сырья на этапе отделочных процессов производства; в – технологии производства макропористой кожи.

Материалы, полученные по предложенным схемам, обладают улучшенными технологическими, потребительскими и эксплуатационными свойствами по сравнению с произведенными по типовым технологиям. Так, например, у кожевенных материалов повышается температура сваривания на 5–10 %, пористость на 10– 20 %, прочность при растяжении на 12-17 %; у меховых материалов повышается температура сваривания на 3–6 %, пористость на 13– 28 %, прочность при растяжении на 10–13 %. Кроме этого, применение ВЧ плазмы пониженного давления позволяет интенсифицировать жидкостные процессы при производстве кожевенного и мехового полуфабриката на 20–30 %.

Литература

1. Нефедьев, Е.С. Влияние высокочастотной плазменной обработки на процесс производства полуфабриката «вет-блю» из шкур КРС мокросоленого способа консервирования / Е.С. Нефедьев, И.В. Красина, А.М. Мухаметшин // Вестник Казанского технологического университета. – 2005. – № 2. – Ч. 2. – С. 274–277.

2. Вознесенский, Э.Ф. Структурные изменения кожевенных материалов под воздействием высокочастотной плазмы пониженного давления / Э.Ф. Вознесенский, А.Ф. Дресвянников, И.В. Красина, Г.Н. Кулевцов // Вестник Казанского технологического университета. – 2005, № 2, Ч. 2. – С. 265–269.

3. Абдуллин, И.Ш. Моделирование микроструктуры кожевенного материала на стадиях производства и при ВЧЕ-плазменной обработке / И.Ш. Абдуллин, Э.Ф. Вознесенский, В.С. Желтухин, И.В. Красина. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. – 228 с.

4. Кулевцов, Г.Н. Повышение эффективности использования сырья, полуфабриката, отходов и вспомогательных материалов кожевенного производства с применением низкотемпературной плазмы / Г.Н. Кулевцов, Л.Р. ДжанбековаИ.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, И.В. Красина, Э.Ф. Вознесенский. Казань: Изд– во Казан. гос. технол ун–та, 2008. – 260 с.

АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАНОЧАСТИЦАМИ СЕРЕБРА

УДК 677.03

Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Наночастицы серебра применяются как биоцидная добавка – в форме модификатора, предназначенной для создания и производства новых материалов, покрытий и других видов продукции с биоцидными свойствами широкого спектра действия. Выбор нанокомпозитов серебра для пропитки текстиля обусловлен их значительными и неоспоримыми преимуществами перед всеми существующими антимикробными средствами, поскольку соединения серебра, обладая широким спектром антимикробной активности, во многом лишены недостатков, связанных с проблемой резистентности к ним патогенных микроорганизмов. Эти свойства делают незаменимыми данные модифицированные текстильные материалы для производства спортивной одежды и экипировки, термобелья, а также текстиля медицинского назначения.

Таким образом, потребность в производстве высококачественных текстильных материалов специального назначения с высокими гигиеническими характеристиками, а также антимикробными и антистатическими свойствами, обуславливает актуальность разработки данной темы. Одним из перспективных направлений изменения поверхностных свойств текстильных материалов с целью их последующей модификации наночастицами серебра является применение плазменной обработки. Плазма высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда обладает следующими преимуществами: эффективно и устойчиво изменяет поверхностные свойства образца, не ухудшает объемных (в том числе физико-механических) характеристик, не нагревает материал до температуры, вызывающей его расплавление или деструкцию. Изменяя параметры разряда и вид плазмообразующего газа можно управлять составом химически активных частиц и, следовательно, характером воздействия ВЧЕ разряда на текстильный материал.

В результате анализ полученных экспериментальных данных влияния параметров плазменной обработки ВЧЕ-разряда на поверхностные свойства трикотажа позволили установить наиболее оптимальные режимы обработки трикотажного полотна, способствующие максимальной активации поверхности, что позволяет произвести пропитку текстиля коллоидным раствором наночастиц серебра, а также режимы повторной плазменной обработки, которая позволяет закрепить наночастицы серебра в поверхностном слое материала, что обеспечивает получение антибактериальных текстильных материалов с устойчивыми во времени свойствами [1].

Далее были проведены исследования антибактериальных свойств образцов текстильных материалов, модифицированных наночастицами серебра. Для исследования использовался стандартный метод исследования чувствительности микроорганизмов к действию антибиотиков и антисептиков на твердых питательных средах (диффузионный метод бумажных дисков) в модификации. Результаты приведенных исследований представлены на рисунках 1, 2.

Рисунок 1 – Антибактериальные свойства образцов до и после модификации. Тест-культура Bacillus subtilis.

Рисунок 2 – Антибактериальные свойства образцов до и после модификации. Тест-культура Escherichia coli.

Метод основан на диффузии антисептика в толщу агара и образовании так называемых зон ингибиции. В качестве тест-культур использовались грамположительные спорообразующие бактерии Bacillus subtilis и грамотрицательные неспорообразующие бактерии Escherichia coli. Антисептик – раствор коллоидного серебра. В чашки Петри со стерильной плотной питательной средой МПА (мясо-пептонный агар) вносили 0,5 мл бактериальной суспензии и распределяли ее равномерно по поверхности среды шпателем Дригальского. Через 1 час на поверхность чашки в центр помещали исследуемый образец ткани. Чашки инкубировали в термостате в течение 3-х суток при температуре 28 ºС. По окончании инкубации измеряли размер зоны задержки роста микроорганизмов (зоны ингибиции).

Экспериментально полученные данные позволяют утверждать, что текстильные материалы, модифицированные данным методом с применением наночастиц серебра, обладают выраженными антибактериальными свойствами и могут быть широко использованы в текстильной и полимерной продукции медицинского и бытового назначения, а также в качестве профилактических антимикробных средств защиты в местах, где возрастает опасность распространения инфекций: на предприятиях общественного питания, в сельскохозяйственных и животноводческих помещениях, в детских, спортивных и медицинских учреждениях.

Таким образом, модификация текстиля наночастицами серебра с применением плазменной обработки позволяет получить антибактериальные текстильные материалы с устойчивыми во времени свойствами, кроме того, модификация текстильных материалов наночастицами серебра с применением плазменной обработки, в отличие от других технологий, дает возможность получать текстильные материалы, обладающие не только антимикробными свойствами, но и высокой гидрофильностью, в частности способностью поглощать влаговыделения тела, что является важным гигиеническим показателем и особенно актуально для производства спортивной одежды и экипировки. Преимущества данной продукции обусловлены высокими гигиеническими свойствами получаемых материалов, устойчивостью эффекта модификации, а освоение производства высококачественной, экологически чистой продукции на основе текстильных материалов, модифицированных наночастицами серебра с применением обработки плазмой высокочастотного емкостного разряда, открывает перспективу получения устойчивых конкурентных преимуществ за счет превосходства технико-экономических параметров создаваемой продукции и технологий в сравнении с мировыми аналогами.

Литеретура

1. Букина, Ю.А. Получение антибактериальных текстильных материалов на основе наночастиц серебра посредством модификации поверхности текстиля неравновесной низкотемпературной плазмой / Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева // Вестник Казанского технологического университета. – 2012. – № 7. – С. 125 – 128.

УСТАНОВЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛОПОДОБНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПЛАЗМЕННОЙ ФАЗЫ НА НАТУРАЛЬНУЮ КОЖУ

УДК 66-984; 66.088

И.М. Ширшов, Е.А. Ванюкова, М.М. Миронов, И.Ш. Абдуллин

Казанский Национальный Исследовательский Технологический Университет

Известно, что плазменные конденсаты нитридов некоторых переходных металлов, таких как гафния, циркония, хрома обладают биологической совместимостью с клеточными структурами, при этом в определенной степени угнетают рост болезнетворной микрофлоры [1,2]. Для исследования микробиологической активности плазменных конденсатов, нанесенных из плазменной фазы методом КИБ проведена отработка режимов нанесения конденсатов меди, нитридов гафния и титана на натуральную кожу.

Нанесение проводилось на установке ННВ 6,6-И1 для нанесения покрытий из плазменной фазы с варьированием режимов нанесения в соответствии с результатами, полученными ранее [3]. Режимы, использовавшиеся в процессе плазменной конденсации, занесены в таблицу 1.

Таблица 1 – Режимы нанесения покрытий КИБ на кожу ортопедическую хромового дубления

Как видно из таблицы 1, образцы обрабатывались в разных режимах. Установлено, что с увеличением времени нанесения плазменных конденсатов изменялись физико-механические характеристики: малое относительное удлинение, пресушивание образцов и уменьшение массовой доли влаги. На примере гафния видно, что варьирование времени нанесения существенно отразилось на показателях паропроницаемости (рис. 1)

Рисунок 1 – Показатели относительной паропроницаемости образцов с HfN в зависимости от времени нанесения

Таким образом, в результате исследований установлены оптимальные режимы нанесения плазменных конденсатов на кожу, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Оптимальные режимы нанесения плазменных конденсатов на кожу ортопедическую

Литература

1. Абдуллин И.Ш. Цитотоксические свойства плазменных конденсатов / И.Ш.Абдуллин, М.М.Гребенщикова // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – № 10 – С.388 – 391.

2. Абдуллин И.Ш. Исследование общей токсичности плазменных конденсатов металлов и нитридов/ И.Ш.Абдуллин, М.М. Гребенщикова //Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – № 11 – С.546-547.

3. Гребенщикова М.М. Технология получения кожевенного материала для изделий протезно-ортопедического назначения с биологически совместимыми свойствами / М.М. Гребенщикова, И.Ш. Абдуллин, Р.А. Кайдриков, Э.Б. Гатина// Вестник Казанского технологического университета.– 2012.№ 3-С.101-103.

ИЗУЧЕНИЕ СМАЧИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СИНТЕЗИРОВАННЫХ АМИНОСОДЕРЖАЩИХ ПАВ

УДК 675.043.42

Г.Г. Лутфуллина

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине. В кожевенной и меховой промышленности ПАВ используют как на подготовительных стадиях обработки, так и при выделке, в красильно-жировальных и отделочных процессах.

Эффективность действия ПАВ зависит от многих параметров, а при использовании ПАВ в производстве кожи и меха преимущественное значение приобретает их адсорбция на активных центрах твердой поверхности и процессы смачивания.

Краевые углы смачивания растворами синтезированных катионактивных и неионогенных ПАВ (кПАВ и нПАВ) нат основе жирных кислот и этаноламинов определяли с помощью анализа видеоизображения сидящей капли. Измерение угла смачивания проводилось через 5 минут после нанесения капли на исследуемую поверхность для установления адсорбционного равновесия.

Чтобы нагляднее представить влияние ПАВ на коллаген, стеклянную подложку заменили белковой (желатиновой). Желатин – продукт переработки соединительной ткани животных (смесь белковых веществ животного происхождения), который максимально приближен по своим свойствам к кожевой ткани шкур овчин.

Из данных рисунков 1 и 2 видно, что изотермы смачивания гидрофобной поверхности (парафин) воспроизводят по виду изотерму поверхностного натяжения, а изотермы смачивания гидрофильной поверхности (желатин) имеют небольшой максимум угла смачивания (минимум coθs).

Концентрация ПАВ, при которой начинают изменяться углы смачивания, близка к концентрации, соответствующей началу поверхностной активности ПАВ. При смачивании желатиновой поверхности минимум θco нsа зависимости совпадает с концентрацией ПАВ на поверхности жидкость-газ, при которой достигается предельная адсорбция. Объясняются эти факты тем, что на гидрофобной поверхности может образоваться только монослой ПАВ. Второй слой не образуется, так как энергия межмолекулярного взаимодействия полярных групп ПАВ с водой больше, чем друг с другом. В противном случае вещество просто не растворяется в воде, поскольку ПАВ всегда имеет и гидрофобный радикал. Молекулы ПАВ на гидрофобной поверхности ориентируются углеводородным радикалом к твердой поверхности, а полярной группой в воду. На гидрофильной поверхности образуется монослой с ориентацией полярной группы к твердой фазе, а углеводородным радикалом к воде. На этом гидрофобном слое может образоваться второй слой, полярные группы которого ориентированы в воду, а неполярные – к первому слою. При этом поверхность cначала гидрофобизируется, а затем снова гидрофилизуется, что обусловливает наличие минимума на зависимости cos угла смачивания от концентрации ПАВ. Третий слой ПАВ на гидрофильной поверхности образоваться не может [1].

Рисунок 1 – Изотермы смачивания поверхностей желатина и парафина растворами синтезированных кПАВ.

Рисунок 2 – Изотермы смачивания поверхностей желатина и парафина растворами синтезированных нПАВ.

Таким образом, для обеспечения хорошей моющей способности обрабатывающих растворов по отношению к отмываемой поверхности необходимо использовать ПАВ или моющие препараты, активно снижающие поверхностное натяжение водных растворов и повышающие смачиваемость ими отмываемой поверхности. Такие ПАВ будут хорошо адсорбироваться на поверхности и удерживать загрязнения в объеме обрабатывающего раствора, препятствуя повторному их оседанию на отмываемую поверхность.

Литература

1. Абрамзон, А.А. Поверхностно-активные вещества: Свойства и применение/ А.А. Абрамзон – 2-е изд., перераб. и доп. – Л. Химия, 1981 – 304 с.

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОЖ ИЗ ШКУР РЫБ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

УДК 675

Т.В. Жуковская, Л.Л. Никитина, А.А. Законов

ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», г.Казань

В настоящее время проблема быстрой смены потребительских предпочтений отмечается не только в легкой промышленности. Быстрые темпы развития систем автоматизированного проектирования технологических процессов и изделий, совершенствование оборудования, модификация материалов позволяют предприятиям существенно ускорить темпы сменяемости моделей изделий на производстве. Тем не менее, отмечается необходимость постоянного поиска новых решений как конструкций моделей, так и материалов.

В обувной промышленности одним из самых распространенных материалов является натуральная кожа, а повышение качества и расширение ассортимента изделий из натуральной кожи является одной из основных задач, стоящих перед промышленностью в настоящее время [1]. Современные отечественные предприятия кожевенной промышленности постоянно осваивают выпуск новых видов натуральных кож из различного сырья, в том числе и из шкур рыб.

Известно, что кожа рыб отличается не только уникальной текстурой, но и может быть очень плотной и прочной или тонкой с сохранением прочности, эластичной, что делает ее подходящей для модельной обуви, аксессуаров и одежды.

Несмотря на то, что исследования в области совершенствования технологии выделки кож из шкур рыб ведутся непрерывно, подробная информация о технологическом процессе является коммерческой тайной и единой типовой технологии, принятой на ряде предприятий не существует. При этом известно, что чаще всего кожа рыб выпускается хромового дубления. Чаще всего кожи рыб выпускаются с полуанилиновой отделкой, что связано с многочисленными лицевыми дефектами при заготовке, удалении чешуи и мездрении сырьевого полуфабриката. Анилиновая отделка позволяет сохранить уникальную мерею, за счет окрашивания органическими красителями, прозрачности покрывной пленки. Полуфабрикат из шкур рыб с анилиновой отделкой используется для изготовления эксклюзивных изделий и отличается высокой стоимостью.

Кожа рыб после переработки близка по химическому составу и физико-механическим свойствам традиционным видам кож. Однако в связи с небольшой площадью и уникальной фактурой лицевой поверхности, кожа рыб остается материалом для изготовления дорогих изделий.

Основные виды кожи рыб имеют рисунок крупной или мелкой чешуи. Кожа сазана (рис. 1а) отличается крупными чешуйными карманами, что делает ее непохожей на кожу других рыб. Прочность такой кожи в 1,5-2 раза выше кожи из шкур крупного рогатого скота (КРС). Она применяется в качестве отделочных элементов, в комбинации с другими материалами. В отличие от кожи сазана, кожа щуки (рис. 1б) мягче, чешуйные кармашки мельче. Такая кожа используется как при производстве обуви, так и одежды, перчаток, галантереи. Кожа форели (рис. 1в) отличается не только эстетичным внешним видом, но и прочностью и долговечностью.

Рисунок 1 – Поверхность натуральных полимерных материалов из сырья различных видов. (а – кожа из шкуры сазана, б – кожа из шкуры щуки, в – кожа из шкуры форели)

Дерма рыб образована переплетением коллагеновых и эластиновых волокон. Основу дермы составляют ряды расположенных параллельно тонких извилистых волокон, причем параллельно идущие волокна скреплены толстыми, перпендикулярно расположенными волокнами. Таким образом, в отличие от слабо ориентированной трехмерной сетки, как у млекопитающих, дерма рыб образует строго ориентированную по трем взаимно перпендикулярным направлениям сеть. Упорядоченное строение коллагеновых волокон дермы обеспечивает анизотропию и высокие значения механических показателей кожи рыб, превышающие таковые для кожи из шкур КРС.

Кожи рыб отличаются хорошими упругопластическими свойствами. Именно упругопластические свойства материалов являются фактором, определяющим как технологические, так и потребительские их характеристики, обуславливающим способность принимать необходимую форму в процессе производства и сохранять приданную изделию форму во время эксплуатации.

В связи с этим представляет интерес установить зависимость упругопластических свойств кож из шкур рыб от вида исходного сырья. В качестве исходного сырья выбраны шкуры форели, щуки и сазана. Для характеристики упругопластических свойств исследуемых материалов использовались показатели полной и остаточной деформации образцов (таб. 1).

Таблица 1 – Упругопластические свойства натуральных полимерных материалов из шкур рыб

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что при длительных нагрузках, составляющих 10МПа, полная и остаточная деформация, показал, что полная и остаточная деформация кожи из шкуры форели выше, чем у других образцов, участвующих в эксперименте, что свидетельствует о лучшей формовочной способности данного материала. И, следовательно, о возможности его применения для производства обуви более сложных конструкций.

Литература

1. Тихонова Н.В. Натуральные и синтетические полимеры в современном производстве обуви / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина// Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – № 6. –С.24-26.