WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Илькович Виталий Петрович

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ КОЖЕВЕННОГО СЫРЬЯ

05.19.05 – Технология кожи, меха, обувных и

кожевенно-галантерейных изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования,  «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Научный руководитель:  доктор технических наук,

профессор Чурсин

Вячеслав Иванович

Официальные оппоненты:  доктор химических наук, профессор

ведущий научный сотрудник института

синтетических полимерных материалов

РАН им. Н. С. Ениколопова

Серенко Ольга Анатольевна

кандидат технических наук, доцент кафедры технологии кожи, меха и изделий из кожи ФГБОУ  ВПО «Московский государственный университет технологии и управления»  Богданова Ирина Евгеньевна 

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Московская государственная  академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К. И. Скрябина»

Защита состоится «28» ноября 2012 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.168.10 при Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва,
ул. Садовническая, д. 33, стр. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.

Автореферат разослан «___»  октября 2012 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.144.01 Лунина Е. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В процессе переработки кожевенного сырья,  содержащего большое количество жировых веществ (свиное сырьё, овчина и шкуры КРС), особое значение приобретает использование эффективных обезжиривающих препаратов, позволяющих обеспечить полное удаление жировых веществ из шкуры, что способствует качественному выполнению последующих процессов.

Следует учитывать, что бараний,  говяжий и свиной жиры отличаются по жирнокислотному составу триглицеридов. Таким образом, можно предположить, что параметры поверхности этих жиров будут существенно различаться, что необходимо учитывать при выборе ПАВ  для обезжиривания конкретного вида кожевенного сырья.

В настоящее время в промышленности используют обезжиривающие препараты, представляющие собой композиции на основе неионогенных и ионогенных ПАВ. Однако, использование в обезжиривающих составах ионогенных ПАВ, например катионных ПАВ, приводит к увеличению экологической нагрузки на сточные воды кожевенных предприятий. Анионные ПАВ вызывают интенсивное пенообразование, что негативно сказывается на практическом выполнении процесса. Особый интерес в этой связи представляют неионогенные поверхностно-активные вещества (НПАВ), которые вследствие сравнительно низких значений критических концентраций мицеллообразования (ККМ) являются более эффективными смачивателями, чем ионогенные ПАВ. Одним из перспективных направлений повышения эффективности обезжиривания является использование органоводных композиций.

Степень удаления жировых веществ можно повысить путем введения в композицию небольших количеств функциональных добавок: стабилизаторов, гидрофобных и липолитических веществ.

При разработке состава обезжиривающих препаратов в основном используется эмпирический метод подбора компонентов без учета структурных особенностей того или иного вида сырья и фракционного состава природного жира. Практически не рассматриваются процессы смачивания поверхности жиров водными растворами ПАВ. Нет сведений, позволяющих установить взаимосвязь между химической природой натуральных жиров и способностью ПАВ адсорбироваться на их поверхности.

Актуальность работы заключается в повышении качества кожевенного и мехового полуфабриката за счет использования более эффективных и экологичных обезжиривающих композиций.

Решение поставленной в диссертационной работе задачи позволит обосновать основные принципы создания многокомпонентных композиций и будет способствовать повышению эффективности подготовительных процессов кожевенного и мехового производств, сокращению расхода химических реагентов, улучшению экологической обстановки на предприятиях.

Целью работы является разработка научных основ и принципиальных подходов к созданию многокомпонентных композиций, сочетающих высокую обезжиривающую способность, технологичность, экологичность, и учитывающих особенности и состав жировых включений различных видов кожевенного сырья.

Общим подходом к реализации поставленной цели является использование синергетических композиций ПАВ, разработка оптимального состава композиций с учетом вклада каждого компонента и его функциональных свойств, а также определение оптимальных технологических режимов обработки в зависимости от вида кожевенного сырья.

Цель работы определила постановку и решение следующих задач:

- исследование процесса смачивания поверхности натуральных жиров в зависимости от вида кожевенного сырья и обоснование выбора компонентного состава композиции;

- определение оптимального соотношения ПАВ в композиции с учетом их основных коллоидно-химических характеристик;

- изучение технологических свойств многокомпонентных составов, включающих функциональные добавки;

- исследование влияние обезжиривающих композиций на свойства кожевенного сырья на отдельных стадиях обработки;

- определение технологических параметров использования многокомпонентных композиций при обработке различного вида кожевенного сырья.

Научная новизна работы:

- впервые экспериментально исследовано влияние природы поверхности натуральных жиров (свиного, бараньего, говяжьего) на адгезию, смачивание и растекание НПАВ в зависимости от характера гидрофобной цепи и числа оксиэтильных звеньев;

- на основе изучения процессов смачивания и растекания ПАВ на поверхности природных жиров экспериментально обоснован выбор компонентов обезжиривающей композиции, учитывающий специфические особенности кожевенного и мехового сырья;

- исследованы физико-коллоидные характеристики бинарных композиций НПАВ и выявлены соотношения, при которых проявляется синергетический эффект;

- установлены зависимости технологических свойств композиций НПАВ от компонентного состава и вспомогательных добавок;

- доказано преимущество использования органоводных композиций, сочетающих высокую обезжиривающую способность, низкое пенообразование и учитывающих экологические требования;

- установлен факт повышения липазной активности фермента Липекс и  определена его оптимальная концентрация в обезжиривающей композиции, содержащей Неонол АФ 9-6;

- определено положительное влияние многокомпонентной композиции на структуру дермы и свойства полуфабриката, способствующее интенсификации технологических процессов кожевенного производства.

Практическая значимость. В результате выполненного исследования разработаны составы многокомпонентных композиций для обработки свиного сырья и овчин, отличающиеся высокой обезжиривающей способностью.

Разработаны технологические режимы обезжиривания на всех стадиях обработки свиного сырья и овчины, обеспечивающие повышение качества готовой продукции, сокращение расхода химических материалов, улучшение экологии производства.

Многокомпонентная обезжиривающая композиция испытана на кожевенном предприятии ООО «Арсенал» с положительными результатами, что подтверждено соответствующим актом.

Апробация работы. Результаты работы докладывали на 4 научных конференциях: на 64 научной конференции студентов и аспирантов «Молодые ученые XXI веку» (г. Москва 2012 г); на II международной научно-практической конференции «Инновационные и наукоемкие технологии в легкой промышленности» (Москва, 2010); на VII Международной научно-практической конференции Кожа и мех в XXI веке: технология, качество, экология, образование (г. Улан-Удэ, 2011 г).

Достоверность научных положений, выводов и результатов, сформулированных в диссертационной работе, подтверждается применением современных методов исследования, апробацией основных положений диссертации в научной периодической печати, конференциях, а также актом производственной апробации разработанных многокомпонентных композиций.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, 3 из которых – в реферируемых изданиях ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 149 страницах машинописного текста, включает введение, литературный обзор, три главы экспериментальной части, выводы, библиографию и приложение.

Работа содержит 33 таблицы, 37 рисунков. Библиография включает 119 наименований на русском и английском языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано краткое обоснование выбора и актуальности темы диссертационной работы.

В первой главе рассмотрены основные классы поверхностно-активных веществ, и их применение в качестве диспергаторов и стабилизаторов дисперсных систем, обезжиривающих веществ, моющих и дезинфицирующих средств и т. д. Показаны структурные особенности каждого вида ПАВ (анионного, катионного, неионогенного, амфолитного), приведены примеры композиций на их основе.

Дан анализ основных коллоидно-химических и технологических свойств ПАВ (поверхностное натяжение, способность к мицеллообразованию, солюбилизации), пенообразование. Технологические свойства ПАВ определяются по их моющему действию, смачивающей, диспергирующей, эмульгирующей, пенообразующей способностям.

Проведен сопоставительный анализ основных современных способов обезжиривания кожевенного сырья. Показано, что наибольшее распространение в настоящее время получил эмульсионный метод обезжиривания. При этом в состав готовой обезжиривающей эмульсии целесообразно вводить дополнительные активные компоненты, применяющиеся в экстракционном и биотехнологическом способе обезжиривания (ферментные препараты, органические растворители), что позволяет увеличить эффективность композиции.

Проведенный анализ литературных источников показал, что несмотря на использование различных ПАВ и совершенствование технологии их применения эффективность их обезжиривающего действия на конкретных видах сырья не отвечает современным требованиям. Подбор отдельных компонентов осуществляется без учета особенностей жирнокислотного состава и поверхностных характеристик природных жиров. Критическая оценка известных обезжиривающих препаратов позволила в качестве основного направления работы выбрать создание многокомпонентных составов на основе экологичных НПАВ и вспомогательных добавок, позволяющих интенсифицировать процессы обезжиривания на различных стадиях производственного процесса.

Во второй главе  обоснован выбор объектов исследования и описаны методы исследования.

В качестве объектов исследования были выбраны отечественные неионогенные поверхностно-активные вещества (НПАВ), отличающихся степенью оксиэтилирования, а именно: Неонол АФ 9-6, Неонол АФ 9-10 и Неонол АФ 9-12, выпускаемые по ТУ 2483-077-05766801-98 на ОАО «Нижнекамскнефтехим».

Также в работе использовали Синтанол АЛМ-10, представляющий собой смесь полиэтиленгликолевых эфиров жирных спиртов с С=10-13, с числом оксиэтильных групп равным 10.

В качестве вспомогательных добавок, использовали моноэтаноламин, керосин, ферментный препарат липолитического действия Липекс L (Novosimes). 

В работе использовали комплекс современных химических, физико-химических, физических и физико-механических методов исследования.

Коллоидно-химические и технологические свойства поверхностно-активных веществ, используемых в работе, определяли следующими методами: поверхностное натяжение – методом отрыва кольца (Дью-Нуи); смачивающая способность – методом определения угла скатывания и растекания капли воды или раствора ПАВ; критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) определялась на основе анализа изотермы поверхностного натяжения (определяемой методом Дью-Нуи) и т.д. Рефрактометрический метод применялся для оценки солюбилизирующей способности выбранных ПАВ. Модельные эксперименты по смачиванию проводили на образцах свиного, говяжьего и бараньего жиров.

Качество сырья и готового полуфабриката в процессе выделки оценивалось по степени обводненности образцов, по содержанию жировых веществ в кожевой ткани, по прочности связи волоса с кожевой тканью, по микроскопическому анализу срезов, по удельной поверхности образцов, по степени влажности кожевой ткани. Оценку упруго-пластических свойств проводили методом спектроскопии на установки для исследования деформационных свойств материалов «RELAX».

В третьей главе приведены  результаты исследования влияния  поверхностных характеристик жиров в зависимости от вида кожевенного и мехового сырья. Показано, что химический состав, физические свойства, энергетические параметры животных жиров, входящих в структуру дермы существенно различаются. Таким образом, можно предположить, что поверхностно-активные вещества, имеющие свои структурные особенности (степень оксиэтилирования, строение гидрофобной части молекулы), будут по-разному взаимодействовать с поверхностью животных жиров. Проведена оценка адсорбционной способности исследуемых ПАВ по отношению к поверхности натуральных жиров, входящих в состав того или иного сырья.

Исследована кинетика смачивания поверхности природных жиров водными растворами НПАВ, различающихся степенью оксиэтилирования и характером гидрофобного фрагмента молекулы.

Особенности взаимодействия выбранных ПАВ с поверхностью различных природных жиров (свиного, говяжьего и бараньего) оценивали по времени растекания, площади растекания, скорости растекания, времени впитывания и угла скатывания капли ПАВ с поверхности жиров в зависимости от степени оксиэтилирования и концентрации (табл. 1).

Таблица 1. Кинетика растекания  капли НПАВ на поверхности

свиного жира

Вид и концент-

рация ПАВ, г/л

Время

растекания

капли, с

Площадь

растекания

капли, мм

Скорость растекания капли, мм/с

10-3

Время

впитывания капли, с

Неонол  АФ 9-6:

4

8

12

Неонол АФ 9-10:

4

8

12

Неонол АФ 9-12:

4

8

12

152

61

51

185

182

149

195

211

176

37,64

58,88

51,81

44,75

50,24

44,75

93,42

44,75

65,94

13,0

32,0

45,0

11,0

10,0

13,0

15,0

9,5

22,0

261

346

149

> 1800

> 1800

> 1800

> 2100

> 2100

> 2100

Из данных, представленных в табл. 1 видно, что для Неонола АФ 9-6,  обладающего наиболее короткой  оксиэтилированной цепочкой, скорость растекания капли на поверхности свиного жира возрастает с увеличением концентрации ПАВ. Для ПАВ с числом оксиэтильных звеньев равным или большим 10 (АФ 9-10, АФ 9-12) такой зависимости не обнаруживается. Напротив, минимум смачивания поверхности жира при концентрации ПАВ 8,0 г/л может быть следствием недостаточной концентрации молекул в растворе смачивателей, имеющих более высокие значения ККМ.

Неонол АФ 9-6 не только растекается на поверхности свиного жира, но и впитывается в жировой слой, что свидетельствует о возникновении контактов между гидрофобными звеньями молекулы ПАВ и  гидрофобными участками поверхности жира. Этот процесс аналогичен мицеллообразованию, поскольку свободная энергия образования мицелл близка к  свободной энергии адсорбции ПАВ на гидрофобных поверхностях. Можно предположить, что небольшие по размеру  молекулы Неонола АФ 9-6 образуют на гидрофобной  поверхности жира адсорбционный слой и за счёт межмолекулярной диффузии проникают и растворяются в нём.

При анализе структурных особенностей говяжьего, бараньего и свиного жиров показано отличие их жирнокислотного состава, что в свою очередь влияет на поверхностные свойства. Наиболее гидрофильным, исходя из химического состава, температуры плавления и угла скатывания капли воды, является свиной жир. Определено сродство молекул ПАВ к поверхности жира в зависимости от концентрации.

Более высокие значения угла скатывания капли ПАВ с поверхности жира (рис. 1) свидетельствуют о межмолекулярном взаимодействии между ними. Таким образом, для обеспечения высокой обезжиривающей способности необходимо использовать ПАВ, хорошо адсорбирующиеся на  поверхности жировых загрязнений и способные удерживать частицы жира в объёме обрабатывающего раствора, препятствуя их повторному осаждению.

Из данных рис. 1 а, следует, что Неонол АФ 9-6 имеет более высокое сродство к поверхности свиного жира и удерживается на ней при угле скатывания 50° при концентрации 0,4%. Увеличение концентрации смачивателя приводит к уменьшению угла скатывания капли.

Из зависимостей, представленных на рис. 1 б, можно заключить, что Неонол АФ 9-10 обладает наибольшим сродством к поверхности говяжьего и бараньего жиров, а с поверхности свиного  жира скатывается при значении угла 20° . Для Синтанола АЛМ-10, значение ККМ которого более высокое, сродство к бараньему и говяжьему жирам проявляется при низких концентрациях  ПАВ 0,4%  или при высоких – 1,2%. Минимальные значения угла скатывания при концентрации Синтанола 0,8%, вероятно, связано с многослойной адсорбцией ПАВ на поверхности гидрофобных жиров. По отношению к свиному жиру концентрация Синтанола АЛМ-10 не влияет на значение угла скатывания.

 

  а  б  в

Рис. 1. Угол скатывания капли , град,  НПАВ в зависимости от концентрации С, %: а – Неонол АФ 9-6; б – Неонол АФ 9-12; в – Синтанол АЛМ-10;

– говяжий жир; – бараний жир; – свиной жир

Анализируя полученные данные, можно отметить общую закономерность, а именно экстремальные значения углов скатывания на всех поверхностях наблюдается при степени оксиэтилирования равной 10. Другая характерная особенность заключается в том, что перегиб на кривой  зависимости угла скатывания от степени оксиэтилирования определяется концентрацией ПАВ. Так, при концентрациях ПАВ кратных ККМ на представленных зависимостях фиксируются минимальные значения угла скатывания. При более высоких концентрациях ПАВ (выше ККМ) эти зависимости приобретают линейный характер, что можно объяснить полимолекулярным характером адсорбции на исследованных поверхностях.

Изучено влияние соотношения компонентов на коллоидно-химические свойства композиций с целью определения оптимальных составов. Для упрощения обозначения составов композиций в дальнейшем в работе использовали следующие сокращения (табл. 2).

Таблица 2. Условные обозначения

Наименования ПАВ и композиций

Сокращения

Неонол 9-6

ПАВ 1

Неонол 9-10

ПАВ 2

Синтанол АЛМ-10

ПАВ 3

Синтанол АЛМ-10/Неонол 9-6

Композиция 1

Синтанол АЛМ-10/Неонол 9-10

Композиция 2

Синергизм может проявляться в меньшем значении поверхностного натяжения смесей в сравнении с аналогичной характеристикой индивидуальных ПАВ.

На рис. 2 а, б, в представлены результаты эксперимента по определению поверхностного натяжения в композициях ПАВ в зависимости от состава.

 

Рис. 2. Зависимость поверхностного натяжения композиции ПАВ от соотношения компонентов: а – ПАВ-3/ПАВ-1; б – ПАВ-1/ПАВ-2; в – ПАВ-3/ПАВ-2; расчетные значение экспериментальные значения

Отрицательное отклонение от линейной зависимости является следствием синергетического эффекта, степень проявления которого определяется природой  НПАВ и соотношением компонентов смеси. Практически во всех исследуемых системах (рис. 2) наблюдается явление синергизма, которое приводит к снижению поверхностного натяжения композиции по сравнению с теоретическими (расчетными) значениями. Особенно заметно это проявляется в композиции ПАВ-3/ПАВ-2 (рис. 2, в) при соотношении компонентов, соответственно, 25/75. В композиции ПАВ-1/ПАВ-2 (рис. 2, б)  минимальное поверхностное натяжение зафиксировано также при массовой доле ПАВ-2 , равной 75, что может свидетельствовать о решающем влиянии этого компонента в исследуемую характеристику. Для композиции ПАВ-3/ПАВ-1 (рис. 2, а) синергизм наблюдается в широком диапазоне соотношений. Явление синергизма в исследуемых смесях можно объяснить образованием  энергетически более выгодных структур, которые характеризуются интенсивным межмолекулярным взаимодействием между компонентами систем.

Для всех исследованных систем характерна общая закономерность, а именно, минимальное  значение поверхностного натяжения  достигается при избытке одного из компонентов, причем в большинстве случаев при избытке компонента с более высоким поверхностным натяжением. На основании проведенного эксперимента для дальнейших исследований были взяты синергетические смеси ПАВ – ПАВ-3/ПАВ-1, ПАВ-3/ПАВ-2  (композиция 1 и композиция 2) (табл. 2).

Одной из важнейших характеристик НПАВ, определяющих их эффективность в процессах обезжиривания и мойки, является способность смачивать поверхность обрабатываемых материалов. Для исключения влияния неоднородности поверхностных свойств сырой шкуры и четкой фиксации высоты поднятия уровня жидкости, исследования проводили на модельных образцах.

 

  а б 

Рис. 3. Смачивающая способность композиций ПАВ при их концентрации С, %: а – композиция 1; б – композиция 2;

0,5 –  ; 1 – ; 1,5 – ; 2 –

Экспериментально показано, что смачивающая способность водных растворов НПАВ существенно зависит от их концентрации, и максимальных значений достигает при низких концентрациях.

Следует отметить, что для синергетической  композиции 2  наблюдается наиболее выраженная зависимость смачивающей способности от концентрации смеси (рис. 3, б). Вероятно, отмеченная зависимость связана с переходом ПАВ в более агрегированное состояние при повышении концентрации, что снижает их способность к молекулярной адсорбции на поверхности ткани.

Поскольку процессы смачивания и обезжиривания кожевенно-мехового сырья проводятся во вращающейся аппаратуре, то способность к пенообразованию может служить одной из важнейших  технологических характеристик композиционных ПАВ. Эксперименты показали, что наиболее высокой способностью к пенообразованию характеризуются растворы ПАВ-3 при минимальной (0,5%) и максимальной (2%) концентрации. Для ПАВ-1 отмечается минимальная способность к пенообразованию практически не зависящая от концентрации. Высокая степень пенообразования характерна для смесовых композиций  НПАВ практически во всем диапазоне концентраций, что также может свидетельствовать о синергетическом эффекте, проявляющемся  при выбранном соотношении НПАВ. Как известно, немаловажное значение для практического использования ПАВ играет устойчивость пены. При измерении времени оседания пены было отмечено, что, несмотря на высокое пенообразование, в смесовых композициях с концентрацией ПАВ 1% и 2%  высота пены  через 10 минут значительно снижается, достигая значений,  присущих растворам индивидуальных ПАВ. Таким образом, принимая во внимание  технологические режимы процесса обезжиривания кожевенно-мехового сырья, который осуществляется при концентрации НПАВ в пределах 1,0-1,5 %, негативное влияние на производственный процесс смесовые композиции НПАВ оказывать не будут.

При обезжиривании некоторых видов сырья, например овчины и свиных шкур, технологией предусматривается обработка при повышенных температурах. В этой связи представлялось целесообразным исследовать процессы пенообразования и устойчивость пены в температурном интервале от 20 до 50о С. Было установлено, что высота столба пены отдельных НПАВ и в смесовых композициях практически не зависит от температуры, особенно при концентрации ПАВ 1,5%.

Основной задачей при разработке многокомпонентных составов является обоснование оптимального расхода вспомогательных добавок. Немаловажным является значение рН смеси ПАВ, поскольку гидролиз и удаление животных жиров наиболее полно происходит  в щелочных растворах. В последние годы все большее применение находят обезжиривающие композиции, содержащие в своем составе ферментные препараты, в частности липолитического характера.

На основании проведенных экспериментов  установлено, что введение в синергетические композиции ПАВ в качестве добавок изопропанола (снижает пенообразование), моноэтаноламина и гидроксида натрия (щелочной реагент), не влияет на поверхностное натяжение их водных растворов. Таким образом, эти вспомогательные добавки можно использовать в составе композиций без существенного изменения их коллоидно-химических характеристик.

Введение в композицию керосина приводит к снижению поверхностного натяжения. Наиболее значительное изменение этого показателя зафиксировано для композиции 1. Проведенные исследования позволили сделать вывод о том, что введение в композицию органического растворителя (керосина) позволяет улучшить смачивающую способность композиции, за счет снижения поверхностного натяжения повысить их диспергирующую способность, снизить пенообразование.

Солюбилизационная емкость ПАВ по керосину, рассчитанная по экспериментальным зависимостям для  0,1 М концентрации, составляет соответственно (г/г) для ПАВ-1 – 0,131;  ПАВ-2 – 0,093; ПАВ-3 – 0,058.

Таблица 3. Липолитическая активность фермента в различных композициях

Композиция

Липолитическая активность,ед.

Композиция 1+Фермент

47,5 

Композиция 1+органический растворитель +Фермент

66,5 

Композиция 2+Фермент

59,5

Композиция 2+органический растворитель +Фермент

43,8

Можно констатировать, что в композиции 1, особенно в присутствии органического растворителя наблюдается увеличение липолитической активности фермента. Существенный рост активности в составе, где присутствует более гидрофобный ПАВ, по всей видимости, объясняется взаимодействием неполярных олеофильных групп фермента с аналогичными группами Неонола 9-6, что приводит к образованию смешанных мицелл или ассоциатов.

С учетом результатов проведенных экспериментов были сформированы многокомпонентные композиции, в состав которых кроме НПАВ вошли щелочной реагент, органический растворитель и фермент.

Эксперименты по определению эффективности обезжиривающих композиций в сравнении с индивидуальными ПАВ проводили на образцах бязи, предварительно обработанной в расплаве животных жиров – бараньего и свиного, окрашенных жирорастворимым красителем Судан III. Степень обезжиривания определяли методом спектрофотометрии по интенсивности окрашивания  раствора после обработки ПАВ. Установлено, что обезжиривающая способность композиций превышает аналогичный показатель для индивидуальных ПАВ.

Показано, что введение в состав композиций ферментного препарата способствует повышению эффективности обезжиривания. Причем наибольший эффект достигается при обработке образцов содержащих свиной жир. Увеличение массовой доли фермента в композиции способствует более полному удалению жировых компонентов, однако, исходя из экономических предпосылок, наиболее оптимальным следует признать количество фермента в композиции равное 0,5 масс. %.

В четвертой главе представлены результаты работ по определению оптимальных режимов применения разработанных многокомпонентных составов.

В ходе экспериментов отрабатывали оптимальные режимы обезжиривания свиного сырья на каждой стадии технологического процесса, а именно при отмоке,  обезволашивании, золении. Влияние расхода композиции на эффективность технологических процессов оценивали по степени обводненности сырья,  степени ослабления связи волоса с дермой, степени набухания голья.  Содержание жира определяли рефрактометрическим методом с использованием бромнафталина. Установлено, что наибольшая степень обводненности шкур достигается при расходе композиции 1 равном 0,5% от массы сырья.

В процессе отмоки происходит частичное ослабления связи волоса с дермой. Это ослабление тем больше, чем более доступны для щелочных реагентов луковицы волоса, что в свою очередь определяется эффективностью применяемых композиций (рис. 4).

Рис. 4. Прочность связи волоса с дермой в зависимости от расхода композиции, %

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что максимальное ослабление связи волоса с дермой наблюдается при расходе композиции 1,5%, от массы сырья. Характерно, что при этом расходе отмечается и высокая обезжиривающая способность испытываемой композиции.

Эффективность обезжиривающего действия различных препаратов можно оценивать по данным релаксационной спектроскопии (рис. 5).

Рис. 5. Спектры релаксации свиной шкуры: 1 – до отмоки;  после отмоки при расходе композиции %: 2-0,5%; 3 –1%; 4-1,5%

На рис. 5 представлены спектры релаксации образцов шкуры до и после отмоки, совмещенной с обезжириванием. Как видно, основные изменения  наблюдаются в области медленных релаксационных процессов которые характеризуют надмолекулярный  уровень структуры  коллагена (волокна, пучки волокон), что свидетельствует об освобождении структуры дермы от жировых включений, которые в консервированной шкуре находятся в порах и межволоконном пространстве. При удалении жира  межструктурные пространства освобождаются  и волокна дермы (пучки волокон) релаксируют с большим периодом времени.

Таким образом, с учетом  результатов определения степени обводненности шкуры,  связи волоса с дермой и обезжиривающей способности  на стадии отмоки оптимальным расходом композиции 1 следует считать 1,5% от массы сырья.

Эффективность действия композиции в зависимости от концентрации исследовали по прочности связи волоса с дермой и содержанию жировых веществ. В результате установлена  корреляция между обезжиривающей способностью композиции и ослаблением связи волоса с дермой. Установлено, что при расходе композиции 1,5%, от массы сырья, прочность связи волоса с дермой снижается в три раза, по сравнению с расходом 0,5%. При этом обезжиривающая способность  увеличивается в 1,5 раза.

Сравнение эффективности разработанной композиции при обезжиривании свиного сырья показало, что по степени удаления жира она в 1,5 раза превосходит препарат Скианол (табл. 4).

Таблица 4. Содержание жира (%) в свиных шкурах на разных стадиях обработки

Стадии выделки

Композиция 1

Скианол

Отмока

14,2

11,0

Обезволашивание

4,2

7,2

Золение

4,0

6,2

Установлено, что в результате применения многокомпонентных композиций в подготовительных процессах, хромовое дубление проходит более интенсивно, что проявляется в увеличении температуры сваривания опытного полуфабриката и улучшении отработки дубителя при одинаковом расходе.

Синергетическая композиция 2, состав которой определен на основе экспериментальных данных, представленных в главе 3, испытана в процессах выделки меховой овчины по методике, разработанной ОАО «НИИМП».

Эффективность применения композиции 2 при обезжиривании исследовали по содержанию жира в образцах (рис. 6).

Рис. 6. Содержание жировых веществ после обезжиривания, при расходе композиции г/л: 1 – 3,0 (контрольный ); 2 – 2,0; 3 – 3,0; 4 – 4,0.

Таким образом, на всех стадиях технологической обработки меховой овчины целесообразно использовать композицию 2 концентрацией 4,0 г/л.

Анализ дубленного полуфабриката (табл. 5) показал, что практически  все показатели свойств овчины выработанной с использованием композиции 2 по третьему варианту лучше по сравнению с контрольной композицией. Более высокая обводненность опытных образцов и низкое содержание жира способствуют равномерному  распределению хромового дубителя по толщине и обеспечивает полное  связывание его с функциональными группами коллагена, что в свою очередь приводит к улучшению прочностных свойств мехового полуфабриката.

Таблица 5. Химические, физико-механические показатели свойств меховой овчины

Наименование показателя

Контрольный образец

Варианты обработки

ГОСТ 4661-76

1

2

3

Нагрузка при разрыве, Н, не менее

Удлинение при напряжении 9,8 МПа, не менее

Массовая доля Cr2O3 в пересчете на абсолютно сухое вещество, %

Температура сваривания, С не ниже

Массовая доля несвязанных жировых веществ, %

205

32

1,41

77

18,5

216

37

1,72

79

15,3

220

36

1,70

79

15,1

220

37

1,77

82

15,5

200

30

0,8 – 1,8

70

10 – 20

Экспериментально показано, что применение многокомпонентных композиций, разработанных с учетом свойств поверхности природных жиров, позволяет добиться высокого эффекта обезжиривания, интенсифицировать процессы кожевенного и мехового производства и в итоге получить продукцию с требуемыми потребительскими свойствами. Результаты промышленных испытаний композиции 1 в производстве кож из свиного сырья в ООО «Арсенал» подтвердили эффективность использования многокомпонентных составов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

  1. Сформулированы принципиальные положения по созданию многокомпонентных составов на основе экологичных НПАВ и вспомогательных добавок, позволяющих интенсифицировать процессы обезжиривания на различных стадиях производственного процесса, с учетом морфологических особенностей различных видов кожевенного и мехового сырья.
  2. На основе анализа влияния химической природы поверхности натуральных жиров на процессы адсорбции и смачивания НПАВ, в зависимости от гидрофобной цепи и числа оксиэтильных звеньев, установлена зависимость между химическим составом триглицеридов и способностью НПАВ к адсорбции и смачиванию.  Исходя из результатов исследования процессов, происходящих на межфазных границах жир – НПАВ, дано обоснование и осуществлен выбор основных ПАВ для обезжиривания различных видов сырья, а именно для свиного сырья: Синтанол – Неонол 9-6, для овчины: Синтанол – Неонол 9-10.
  3. Исследовано влияние компонентного состава обезжиривающих композиций на их коллоидно-химические свойства. Установлено соотношение отдельных компонентов, при которых обнаруживается синергетический эффект. Показано, что синергетический эффект в основном проявляется в системах НПАВ, имеющих одинаковое число оксиэтильных звеньев, способных образовывать смешанные мицеллы.
  4. Установлено влияние вспомогательных добавок на солюбилизирующую и обезжиривающую способность многокомпонентных составов. Определена оптимальная концентрация щелочных реагентов и органических растворителей, обеспечивающая максимальный обезжиривающий эффект.
  5. Доказана высокая эффективность композиций содержащих в своем составе фермент липолитического действия. Установлено, что в многокомпонентной композиции содержащей органический растворитель (для свиного сырья) ферментная активность липазы увеличивается в 1,5-2 раза.
  6. На основе анализа смачивающей, обезжиривающей, пенообразующей способности определен оптимальный состав двух новых композиций предназначенных для обработки свиного сырья и меховой овчины.
  7. Разработаны технологические режимы использования и оптимальный расход новой обезжиривающей композиции в процессах производства кож из свиного сырья. Показана их высокая эффективность на стадиях отмоки, золения, обезжиривания и дубления, что обеспечивает получение полуфабриката с высокими показателями термостойкости и прочности.
  8. Экспериментально обоснованы условия применения новой обезжиривающей композиции  на стадии подготовительных процессов производства мехового полуфабриката из сырья овчины. Эффективность применения новой композиции проявляется в высокой степени обводненности, низком содержании жира в кожевой ткани, полном поглощении дубителя из обрабатывающего раствора.
  9. Опытная партия нового многокомпонентного обезжиривающего препарата апробирована с положительными результатами на ООО «Арсенал»  (г. Талдом). Установлено, что использование в составе композиций оксиэтилированного жирного спирта обеспечивает не только высокую обезжиривающую способность, но и способствует повышению экологичности кожевенного производства.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

  1. Илькович, В. П. Смачивание поверхности натуральных жиров растворами НПАВ [Текст] / Илькович В. П., Чурсин В. И. // Дизайн и технологии. – 2012. – № 27. – С. 41-46. (0,3 п.л., авт. вкл. 0,21 п.л.) (из перечня ВАК).
  2. Илькович, В. П. . Оценка синергетического эффекта в композициях неоногенных ПАВ [Текст] / Илькович В. П., Чурсин В. И. //  Кожевен. обув. пр-ть. – 2012. - № 2. – С. 27-30. (0,8 п.л., авт. вкл. 0,55 п.л.) (из перечня ВАК).
  3. Илькович, В. П. Солюбилизирующая и обезжиривающая способность композиций ПАВ [Текст] / Илькович В. П., Чурсин В. И. // Кожевен. обув. пр-ть. – 2012. - № 3. – С. 20-23. (0,6 п.л., авт. вкл. 0,43 п.л.) (из перечня ВАК).

Тезисы докладов:

  1. Илькович, В. П. Смачивание поверхности жира растворами неионогенных ПАВ [Текст] / Илькович В. П., Чурсин В. И. // II международная научно-практическая конференция «Инновационные и наукоемкие технологии в легкой промышленности»: материалы конф. 3 июня 2010. – Москва: МГУДТ, 2010. – С. 132-133.
  2. Илькович, В. П. Поверхностные явления на границе ПАВ – животный жир [Текст] / Илькович В. П., Чурсин В. И. // VII Международная научно-практическая конференция Кожа и мех в XXI веке: технология, качество, экология, образование. – Улан-Удэ: ВСГУТУ, 2011. – С. 122-123.
  3. Илькович, В. П. Принципы создания эффективных обезжиривающих композиций [Текст] / Илькович В. П., Чурсин В. И. // Сборник тезисов докладов 64 научной конференции студентов и аспирантов «Молодые ученые XXI веку», посвященной 200-летию Отечественной войны 1812 г. – Москва: МГУДТ, 2012. – С. 87-88.
  4. Убушуева, И. Г. Новые композиции ПАВ для обезжиривания кожевенного сырья [Текст] / Убушуева, И. Г., Илькович В. П. // Сборник тезисов докладов 64 научной конференции студентов и аспирантов «Молодые ученые XXI веку», посвященной 200-летию Отечественной войны 1812 г. – Москва: МГУДТ, 2012. –  С. 84-85.

Илькович Виталий Петрович

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ КОЖЕВЕННОГО СЫРЬЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Усл.-печ. 1,0 п.л. Тираж 80 экз. Заказ № 184-12

Редакционно-издательский отдел МГУДТ.

117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр. 1.

Тел./факс (495) 506 72 71

e-mail: rfrost@yandex.ru

Отпечатано в РИО МГУДТ

 





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.