Влияния плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления на технологические характеристики шерстяных волокон в процессе первичной обработки шерсти

Технологические свойства волокон определяют ценность получаемых изделий. При выборе сырья для изготовления шерстяных и полушерстяных текстильных изделий, а также при определении устойчивости волокон к действию красильных, мыльно-щелочных и других растворов необходимо учитывать их химическую стойкость. Под действием химических реагентов, содержащихся в окружающем воздухе, чистящих и моющих препаратах агрессивной среды, происходят химические реакции, приводящие к разрушению волокон. В связи с этим сопоставление и использование свойств волокон для улучшения технико-экономических показателей производства является важнейшей задачей.

В технологическом процессе первичной обработки шерсти на этапе промывки в водный раствор добавляют мыло или ПАВ, а также кальцинированную соду, что приводит к нарушению и изменению межмолекулярных связей между боковыми цепями кератина. Для оценки характера межмолекулярных связей кератина, подвергающихся распаду или формированию в результате воздействия плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давлении, в зависимости от времени обработки, определяли растворимость шерстяного волокна в щелочи и кислоте (рис. 3.26 и 3.27). Как видно из графиков (рис. 3.26), в результате модификации опытных образцов шерсти потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления в течение 5 мин устойчивость к действию щелочи волокон мериносовой шерсти возрастает на 3,92%; полутонкой - на 3, 34% и полугрубой - на 2,74%. Плазменная обработка шерстяных волокон более 5 мин приводит к увеличению их растворимости в щелочи.

Как видно из графиков, представленных на рис. 3.27, показатель растворимости в кислоте шерсти, модифицированной потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления в течение 5 мин, уменьшается у волокон мериносовой шерсти на 14,04%, полутонкой - на 11,08% и полугрубой - на 10,35% [155]. Увеличение продолжительности плазменной обработки более 5 мин приводит к повышению показателя кислотной растворимости.

л полугрубая Wp= 1,5кВт

Рис. 3.26 Изменение растворимости модифицированных шерстяных волокон в щелочи в зависимости от продолжительности плазменной обработки (Р = 26,6 Па, G_Ar= 0,04 г/с,ф= 13,56 МГц)

< полугрубая Wp=1,5kBt

Рис. 3.27. Зависимость изменения растворимости модифицированных шерстяных волокон в кислоте в зависимости от продолжительности плазменной обработки (ВЧЕ-разряд: Р =26,6 Па, G_Ar= 0,04 г/с, f= 13,56 МГц)

Щелочная и кислотная растворимость изменяется в зависимости от степени межмолекулярного взаимодействия. В результате плазменного воздействия на шерстяное сырье происходит взаимодействие макромолекул кератина волокна шерсти за счет усиления поперечных водородных межмолекулярных связей, возникающих вследствие наличия в шерстяных волокнах полярных групп и активных атомов, что подтверждается исследованиями ИК-спектроскопии, подробно рассмотренными в разд. 3.4.

Содержание массовой доли нешерстяных компонентов в мытой шерсти оказывает существенное влияние на технологический процесс дальнейшей ее переработки. Так, например, количество содержания массовой доли нешерстяных компонентов и жира в мытой шерсти влияет на качество пряжи, нитей и в конечном итоге на сортность текстильного материала, увеличивая текстильные пороки, такие как неравномерная окраска, разнооттеночность, засоренность.

Плазменная обработка - одна из наиболее важных стадий первичной обработки шерсти, направленная на очистку шерстяного сырья от нешерстяных компонентов. На данном этапе удаляются с поверхности волокна загрязнения минерального и растительного происхождения, а также шерстный жир. Плазменное воздействие на шерстяные волокна приводит к снижению содержания нешерстяных компонентов и шерстного жира. Результаты экспериментальных данных технологических свойств модифицированной шерсти в гидрофильном режиме представлены в табл. 3.3. На основе проведенных исследований установлено, что в результате модификации шерстяного волокна потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления снижается в гидрофильном режиме содержание массовой доли:

• - растительных примесей у мериносовой шерсти - на 34,2 %, у полутонкой - на 29,7%, у полугрубой - на 31,7 %;
• - минеральных примесей у мериносовой шерсти - на 31,5 %, у полутонкой - на 36,9 %, у полугрубой - на 39,5 %;
• - жира у мериносовой шерсти - на 25%, у полутонкой - на 24,2% и у полугрубой - на 27,9 % [156].

Очистка шерстяного сырья от нешерстяных компонентов и жира при плазменной модификации в гидрофильном режиме осуществляется, во-первых, за счет распыления сорных примесей и различных адсорбированных частиц органического и

неорганического характера, образовавшихся в результате жизнедеятельности животного, вследствие бомбардировки ионами поверхности шерстяных волокон в процессе их модификации потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления. Во-вторых, в процессе промывки в модифицированных волокнах минимизируются силы сцепления волокна с загрязняющими примесями, имеющими отрицательный электрический заряд, за счет сообщения ВЧ-плазмой отрицательного заряда чешуйкам кутикулы. Из-за взаимного отталкивания друг от друга одноименно заряженных пластин чешуек происходит их раскрытие, что способствует более легкому удалению сорных примесей, жир легче вымывается, переходя во взвешенное состояние (эмульсию) и удаляется вместе с моющим раствором [157].

Таблица 3.3

Показатели технологических свойств контрольных и опытных образцов шерстяных волокон, модифицированных в гидрофильном режиме (ВЧЕ разряд: t=5 мин, G_Ar⁼0,04 г/с, Р=26,6 Па, f = 13,56 МГц)

Модификация шерстяного сырья в гидрофобном режиме, также как и в гидрофильном, обеспечивает уменьшение массовой доли остаточных нешерстяных компонентов (растительных и минеральных примесей) и шерстного жира. Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 3.4. На основе анализа данных, представленных в табл. 3.4 установлено, что в результате плазменной модификации шерстяного сырья в гидрофобном режиме уменьшается содержание массовой доли:

- растительных примесей у мериносовой шерсти - на 32,8 %, у полутонкой - на 29,6%, у полугрубой - на 17,5 %;

• - минеральных примесей у мериносовой шерсти - на 29,3 %, у полутонкой - на 36,5 %, у полугрубой - на 32,4 %;
• - жира у мериносовой шерсти - на 12,5%, у полутонкой - на 20,9% и у полугрубой - на 27,9 %.

Таблица 3.4 Показатели технологических свойств контрольных и опытных образцов шерстяных волокон, модифицированных в гидрофобном режиме (ВЧЕ-разряд: t=6 мин, О_аргон-пропан-б_Утан⁼0,06 г/с, Р=26,6 Па, f= 13,56 МГц)______________________________________________

Бомбардировка ионами поверхности шерстяных волокон в процессе их модификации потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления способствует более легкому удалению сорных примесей (земли, песка, остатков кормов и других растительных примесей), очищает его от различных адсорбированных частиц органического и неорганического характера. Энергия, выделяемая при этом процессе, 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.

Плазменная обработка шерстяных волокон в смеси газов аргон — пропан-бутан в соотношении 70/30% способствует нанесению тонкого углеродсодержащего слоя, что приводит к сглаживанию кутикулярного слоя. В результате лучше смываются загрязнения с поверхности волокна. Углеродосодержащий слой является барьером для проникновения влаги и моющих растворов внутрь шерстяных волокон. Этим объясняется увеличение показателей содержания массовой доли остаточных нешерстяных компонентов в сырье, модифицированном в смеси газов, по сравнению с образцами, обработка которых проведена в аргоновой плазме.

На основе долгосрочных экспериментальных исследований по устойчивости модифицированной шерсти к повреждению молью установлено, что, независимо от выбранного режима плазменной обработки, опытные образцы при хранении в течение трех лет не подверглись повреждениям молью. Следовательно, с применением плазменной модификации шерстяного сырья в процессе первичной обработки шерсти шерстяные волокна приобретают молестойкие свойства.

Анализ результатов исследования физико-механических и технологических свойств модифицированных шерстяных волокон позволяет утверждать, что изменения относительных показателей исследуемых свойств зависят от внутренней структуры волокон. У образцов с плотной структурой (мериносовая шерсть) происходит значительное увеличение относительных значений физикомеханических и технологических показателей по сравнению с более рыхлыми по структуре образцами (полугрубая шерсть). Это связано с тем, что мериносовая шерсть состоит в основном из пуховых волокон, имеющих кутикулу и кортекс. Полугрубая шерсть в своем составе имеет переходные и остевые волокна, которые состоят из сердцевины, кортекса и кутикулы. Как известно, сердцевина представляет собой рыхлые, пористые клетки с большим количеством воздушных полостей.

На основании теоретических исследований [89, 147]

установлено, что внешняя поверхность шерстяных волокон подвергается бомбардировке низкоэнергетическими ионами, а внутренняя поверхность стенок пор и капилляров модифицируется за счет рекомбинации ионов. Поэтому капиллярно-пористая структура волокон определяет выбор режимов плазменной обработки. Чем меньше удельный объем пор и капилляров, в данном случае у образцов полугрубой шерсти, тем меньше проявляется эффект объемной модификации, а следовательно, и изменения относительных показателей исследуемых свойств.

Таким образом, в процессе первичной обработки шерсти воздействие плазмой высокочастотного емкостного разряда пониженного давления способствует поверхностной и объемной модификации опытных образцов, вследствие чего происходят изменения кутикулярного слоя и преобразования надмолекулярной структуры.