Влияния ВЧЕ плазмы пониженного давления на свойства волокнистых компонентов картонов

ГЛАВА 5. Влияние ВЧЕ ПЛАЗМЕННой Модификациии на свойства МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ КОЖЕВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Влияния ВЧЕ плазмы пониженного давления на свойства волокнистых компонентов картонов

Результаты экспериментальных исследований показали, что режимы плазменной обработки зависят от волокнистого состава картона. При этом используемые режимы существенно влияют на показатели волокнистых компонентов технических и обувных картонов.

При изготовлении картонов расходуется большое количество воды, вода используется практически во всех технологических операциях, вследствие чего и происходит постоянное взаимодействие волокнистых компонентов материала с влагой. В связи с этим гигроскопические свойства, определяющие способность материалов поглощать и отдавать водяные пары и воду, являются одними из важнейших физических свойств технических и обувных картонов. Способность к поглощению водяных паров и воды зависит от условий окружающей среды. При поглощении водяных паров и воды изменяются некоторые механические (прочностные, деформационные и др.) и физические свойства, размеры и масса волокон.

При непосредственном соприкосновении волокнистых компонентов картона с водой большое значение имеют процессы смачивания и капиллярного впитывания, а также намокаемость (водопоглощаемость) материала.

На рис. 5.1 представлены зависимости изменения влагопоглощения (∆П_в) крафтцеллюлозы от продолжительности взаимодействия с водой. Анализируя график, можно сделать вывод, что у образцов, обработанных с помощью НТП пониженного давления при мощности разряда W_р = 1,1 кВт и продолжительности обработки t_обр = 3 мин, влагопоглощение крафтцеллюлозы увеличивается до 70 %, в отличие от необработанных образцов, то есть плазменный метод модификации позволяет получить волокна с гидрофильной поверхностью.

	∆Пв, %

Рис. 5.1. Зависимость изменения влагопоглощения крафтцеллюлозы от продолжительности взаимодействия с водой (P = 26,6 Па, W_р = 1,1 кВт, плазмообразующий газ аргон, G = 0,04 г/с, t_обр = 3 мин)

Увеличение показателей влагопоглощения крафтцеллюлозы объясняется тем, что обработка с помощью НТП пониженного давления приводит к изменению ее структуры. Структура становится менее компактной, наблюдается разволокнение и разделение волокон на продольные элементы (пучки, фибриллы), происходит увеличение внешней поверхности волокна, повышается сцепление волокон между собой (способность волокон склеиваться друг с другом), при этом повышается реакционная способность целлюлозы. Это объясняется тем, что целлюлозное волокно защищено первичной стенкой, которая проницаема для воды, но не растворима в ней. ВЧЕ плазменная обработка целлюлозных волокон приводит к удалению первичной стенки и обнажению волокон. Вода проникает в капиллярные пространства между мицеллами, что приводит к набуханию целлюлозы. При этом гидроксильные группы, расположенные на поверхности мицелл, притягивают и связывают несколько слоев воды. Так, при влагопоглощении крафтцеллюлозы (рис. 5.1) в течение 8 часов протекает процесс проникания (диффузии) молекул воды в межмолекулярное пространство волокон. Далее при продолжительности взаимодействия крафтцеллюлозы с водой в течение 8 - 24часов поглощение воды прекращается, наступает равновесие.

Зависимость изменения намокаемости (∆Н), % кожевенной стружки от продолжительности плазменной обработки представлена на рис. 5.2. Из полученных кривых видно, что при воздействии плазменного потока ВЧЕ разряда при давлении P = 26,6 Па, мощности разряда W_р = 1,8 кВт и плазмообразующего газа аргон максимальное значение намокаемости хромовой стружки достигается при обработке в течение t_обр = 5 мин. Из рис. 5. 2. видно, что максимальное значение намокаемость кожевенной стружки достигает при G = 0,06 г/с, однако в данном случае оптимальным является режим при расходе плазмообразующего газа G =0,04г/с, так как цель исследования заключалась в придании коллагенсодержащим компонентам картона необходимые гидрофильные свойства для обеспечения лучшего протекания технологических операций производства картона. Дальнейшая обработка образцов с помощью НТП пониженного давления в течение t_обр = 7-10 мин приводит к уменьшению намокаемости хромовой стружки, однако значение ∆Н необработанного картона не достигается.

В соответствии с физической моделью обработки ВММ (глава 2) и результатами экспериментальных исследований структуры дермы кожевенного полуфабриката (глава 4), повышение намокаемости хромовой стружки объясняется тем, что при обработке кожевенных отходов с помощью НТП пониженного давления в структуре коллагена происходит нарушение слабых межмолекулярных связей, приводящих к разделению его структурных элементов (пучки, фибриллы) и количественному увеличению числа пор.

∆Н, %

Рис. 5.2. Зависимость изменения двухчасовой намокаемости хромовой стружки от продолжительности плазменной обработки (W_р = 1,8 кВт, P = 26,6 Па, плазмообразующий газ аргон)

В кожевенной стружке размеры пор составляют от 1 до 100 мкм, причем преобладает диаметр пор 3-20 мкм, их количество около 63 % общего объема пор. Переплетения волокон в коллагеновых пучках также характеризуются пористостью, однако диаметр пор ниже, менее 1 мкм, и составляет порядка 10 % общей пористости. Под воздействием низкотемпературной плазмы пониженного давления на волокнистые компоненты картона наблюдается изменение размера пор и соотношения их объема в общем объеме пор.

Изменение пористости исследуемых волокнистых компонентов картона после плазменной обработки свидетельствует об изменениях плотности материала. Показатели плотности крафтцеллюлозы и кожевенной стружки до и после модификации волокнистых компонентов картона с помощью ВЧЕ пониженного давления представлены в табл. 5.1.

Одной из важных стадий технологического процесса изготовления картонов является размол. Качество размола зависит от способности волокнистых компонентов к набуханию. Из табл. 5.1. видно, что при определенных режимах плазменная обработка крафтцеллюлозы и кожевенной стружки позволяет усилить поглощение и проникновение воды в капиллярно – пористую структуру материала и повысить способность волокон к набуханию, то есть существенно влиять на качество размола.

Таблица 5.1.