автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства замши из шкур северного оленя

, / /С/ 7У

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЛЕГКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

НИКОЛАЕВА Мария Владимировна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЗАМШИ ИЗ ШКУР СЕВЕРНОГО ОЛЕНЯ

Специальность 05.19.05. - "Технология кожи и меха"

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: кандидат технических наук, профессор Санкин Л.Б.

кандидат технических наук, доцент Лебедев О.П.

^осква - 1999 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ. .............................................................4

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.......................... 9

1.1. Особенности структуры и свойств шкур северного

оленя как сырья кожевенного производства .......... 9

1.1.1. Краткая биологическая характеристика,

распространение и численность северного оленя...... 9

1.1.2. Особенности гистологического строения, химический

состав и физико-механические свойства кожного покрова северных оленей........................ 11

1.1.3. Шкура оленя как кожевенное и меховое, сырье........ 14

1.2. Способы производства замши и совершенствование жирового дубления................................ 18

1.2.1. Свойства замши и отличительные особенности ее производства.......................................18

1.2.2. Характеристика жиров, используемых для замшевого дубления........................................... 21

1.2.3. Совершенствование жирового дубления замши с применением различных химических материалов......25

1.3. Теория жирового дубления ....................................30

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........... 40

2.1. Объекты исследования............................ 40

2.2. Методы исследования............................. 42

Глава 3. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ЖИРОВОМ

ДУБЛЕНИИ........................................ 51

3.1. Инверсия жировой эмульсии в ходе процесса..........51

3.2. Изменение гидрофильно-олеофильного баланса поверхности структурных элементов коллагена дермы . 53

3.3. Изменение пористости дермы в ходе процесса........ 56

3.2. Спектрофотометрические исследования жира при

окислении....................................... 59

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА

ПРОЦЕСС ЖИРОВОГО ДУБЛЕНИЯ И СВОЙСТВА ПОЛУЧЕННОЙ ЗАМШИ........................... 65

4.1. Выбор химических материалов используемых в производстве замши............................... 65

4 Л Л. Гидрофильно-гидрофобные свойства замши,

обработанной различными химическими материалами. 71

4.2. Исследование процесса жирового дубления........... 76

4.2.1. Кинетика температуры сваривания при жировом дублении......................................... 76

4.2.2. Изменение влажности полуфабриката при жировом дублении......................................... 81

4.3. Влияние химических материалов на свойства замши... 85

4.3.1. Сочетание сульфохлорида и ворвани при замшевании . 85

4.3.2. Комбинированное дубление глутаровым альдегидом и жиром........................................... 93

4.3.3. Комбинированное дубление основным сульфатом алюминия и жиром................................ 99

Глава 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЖИРОВОГО

ДУБЛЕНИЯ ......................................105

5.1. Определение оптимальных параметров процесса жирового дубления .............................. 105

5.1.1. Компромиссный оптимум свойств замши, выдубленной смесью жира и сульфохлорида........ 109

5.1.2. Компромиссный оптимум свойств замши комбинированного дубления глутаровым альдегидом

и жиром........................................ 117

5.1.3. Компромиссный оптимум свойств замши комбинированного дубления основным сульфатом алюминия и жиром.............................. 125

5.2. Разработка технологической схемы получения замши

с применением новых химических материалов....... 133

ВЫВОДЫ................................................. 137

ЛИТЕРАТУРА ............................................ 140

ПРИЛОЖЕНИЕ ............................................ 150

ВВЕДЕНИЕ

В условиях рыночного ведения хозяйства происходит насыщение потребительского рынка, как эксклюзивными товарами, так и товарами массового потребления.

В связи с увеличением в последние годы спроса на одежную кожу повысился интерес к коже жирового дубления - замше. Замша является уникальным видом кожи, она очень нежная на ощупь, обладает отличными гигиеническими свойствами; кожа, способная драпироваться как ткань, имеет высокую тягучесть, устойчива к действию органических растворителей, щелочей и мокрой химической чистке.

Ресурсы кожевенного сырья за последние годы постоянно сокращаются. В районах Крайнего Севера большие резервы по увеличению выпуска кожи, расширению ассортимента и повышению ее качества заложены в максимальном использовании местного сырья. Таким сырьем являются шкуры северных оленей. По развитию оленеводства Россия занимает первое место в мире.

Одно из ведущих мест в разведении северных оленей занимает Республика Саха (Якутия). Из-за отсутствия современной технологии производства замши из шкуры северного оленя в республике практически отсутствует производство этого ценнейшего вида кожи, предназначенной для изготовления из нее прочной и практичной одежды и обуви, так необходимой в суровых условиях Севера.

В настоящее время, несмотря на огромный сырьевой потенциал, замша практически не вырабатывается и в производстве одежды, обуви и галантерейных изделий используется редко. Не удовлетворяются также потребности промышленности в технической замше и замше, применяемой для изготовления сувениров, медицинских изделий и музыкальных инструментов.

Жировое дубление известно как один из старинных способов дубления кожи. Замшевание кожи является сложным и многостадийным процессом, в основе которого лежит реакция самоокисления жиров. Благодаря реакции самоокисления жира, протекающей по радикально-цепному механизму, образуется большое количество реакционноспособных продуктов, многие из которых могут участвовать в дублении замши. Доказано возникновение этих продуктов при самоокислении жира и возможность их взаимодействия с коллагеном, хотя процесс жирового дубления замши нельзя объяснить протеканием только этих реакций.

Особенностью существующей технологии производства замши являются сложность, трудоемкость, продолжительность выполнения процесса жирового дубления и значительный расход натурального жира.

Предварительные маркетинговые исследования показали наличие в научной и технической литературе устойчивого внимания к созданию технологии выработки кож на базе жирового дубления в сочетании с различными химическими материалами.

Дефицит и высокая стоимость натуральных жиров, а также их нестабильность и подверженность влиянию различных факторов окружающей среды, привели к поиску альтернативного метода жирового дубления, заключающего в обработке голья синтетическими материалами - сульфохлоридами. Модификация непосредственно жирового дубления состояла в применении в сочетании с замшеванием других дубящих материалов, в первую очередь, формальдегида. На практике добились снижения расхода жира с 70% до 25%. Дальнейшее снижение расхода жира при выработке замши представляет большой практический интерес.

В целом, усовершенствование процесса жирового дубления замши с применением различных химических материалов содействуют

дальнейшему повышению производительности труда, улучшению технологии производства замши и повышению ее качества.

В настоящее время важнейшей задачей усовершенствования технологии жирового дубления замши является сокращение ее продолжительности и снижение расхода ворвани без ухудшения ценных и уникальных свойств замши, которые приобретаются ею исключительно за счет процесса окисления жира в дерме.

Цель диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является совершенствование технологии производства замши из шкур северного оленя, обеспечивающее снижение расхода натурального жира и сокращение продолжительности жирового дубления.

В соответствии с указанной целью в работе ставятся и решаются следующие задачи:

- изучение и сравнительный анализ механизма традиционного жирового дубления и современных методов производства замши;

- изучение дубящих композиций различного состава и их влияние на скорость и снижения материалоемкости процесса дубления замши;

- разработка технологии производства замши из оленьей шкуры с применением современных химических материалов;

- изучение химического состава и физико-механических свойств замши, выработанной из шкуры северного оленя.

Научная новизна.

Выдвинута гипотеза о применении в жировом дублении материалов, улучшающих смачивание волокон дермы жирами и способствующих сохранению пористости дермы в процессе дубления. Эта гипотеза была экспериментально подтверждена, что позволило перейти от эмпирического выбора сопутствующих жировому дублению материалов к научно-обоснованному. Совершенствование жирового дубления может направленно протекать не только с

применением структурирующих коллаген дермы материалов, но и при совмещении жирового дубления с материалами типа сульфохлоридов, обладающих дифильным характером.

Выявлены процессы, происходящие на границе раздела фаз, при диффузии замшующего жира в обводненной дерме в условиях, соответствующих жировому дублению. Эти процессы включают инверсию системы "жир - вода" и изменение степени гидрофильно-гиброфобных свойств поверхности коллагеновых волокон дермы при введении дифильных жирующих материалов типа сульфохлоридов.

Показано, что в условиях, соответствующих жировому дублению замши, предварительная ее обработка структурирующими веществами способствует сохранению пористости дермы. Это, в свою очередь, вызывает ускорение проникновения замшующего жира в толщу дермы и является теоретическим обоснованием практических разработок по снижению продолжительности технологического процесса и уменьшению расхода дубящего жира.

Практическая значимость.

Доказана возможность получения замши из шкуры северного оленя, не уступающей по своим свойствам замше, выработанной по традиционной методике дубления, при существенном снижении расхода натурального жира с применением новых химических материалов: сульфохлорида, глутарового альдегида и основного сульфата алюминия.

Применение химических материалов в сочетании с дубящим жиром способствует значительному сокращению продолжительности всего процесса жирового дубления во времени, что способствует совершенствованию технологии производства замши из шкур северного оленя.

Определены оптимальные условия проведения процесса жирового дубления с применением химических материалов для

достижения компромиссного оптимума с использованием контурно-графического метода Клеемана. В этих условиях модифицированное жировое дубление позволяет получить замшу, отвечающую свойствам кожи жирового дубления и требованиям ГОСТ.

Модернизирована существующая технологическая схема производства замши, включающая различные виды проведения жирового дубления:

- дубление жиром в сочетании с сульфохлоридом,

- комбинированное дубление глутаровым альдегидом и жиром,

- комбинированное дубление основным сульфатом алюминия и жиром.

Показана возможность внедрения этой технологической схемы в производственный цикл при выработке замши.

Апробация. Разработанная технология жирового дубления с применением сульфохлорида и глутарового альдегида апробирована в опытном цехе Тверского кожевенного завода.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Особенности структуры и свойств шкур северного оленя как сырья

кожевенного производства

1.1.1. Краткая биологическая характеристика, распространение и

численность северного оленя

Северные олени относятся к типу хордовых, классу млекопитающих, отряду парнокопытных, подотряду жвачных, семейству Cervidae - олени, подсемейству Neocevinae - американские олени, роду Rangifer H.Smith - северный олень.

По зоологической классификации все северные олени относятся к одному виду - северный олень (Rangifer tarandus) и разделяются на семь подвидов: европейский (лапландский), новоземельский, сибирский тундровый, сибирский лесной, охотский, баргузинский и шпицбергенский [1].

Северный олень - животное средних размеров. Туловище удлиненное, ноги сравнительно короткие. По внешнему виду северные олени отличаются от других оленей наличием рогов у самцов и у самок. Длина тела у взрослого самца составляет 200-220 см, а высота в холке 110-140 см [2]. Живой вес взрослых самцов достигает около 150 кг, изредка доходит до 200 кг [1].

Способность северного оленя приспосабливаться к суровым климатическим условиям Крайнего Севера и к резким сезонным колебаниям условий обитания является самой существенной биологической особенностью этих животных [3].

Северный олень это единственный вид мировой фауны, существующий в двух формах: полностью дикого животного и одомашненного.

В настоящее время общая мировая численность северных оленей достигает 5,2 млн, из них диких 2,3 млн [4].

Широко распространенным видом оленей является северный, географический ареал которого охватывает всю тундру и часть северной тайги в Европе, Азии и Северной Америке. Им заселены также многие арктические острова: Новая Земля, Колгуев, Врангеля, Вайгач и др. [5].

В Европе оленеводством занимаются в Скандинавских странах: Норвегии, Швеции и Финляндии. Северные олени водятся также на севере американского континента США (штат Аляска), в Канаде и в Гренландии [6].

Почти две трети ареала данного вида и более 80% мирового поголовья северного оленя приходится на территорию России. Главными оленеводческими районами в европейской части являются Ненецкий автономный округ и Республика Коми, а в азиатской: Магаданская, Тюменская, Камчатская области и Республика Саха (Якутия) [5].

Северный олень используется большинством коренных народностей Крайнего Севера. В суровых условиях Субарктики его нельзя заменить никаким другим животным. В связи с этим проблема развития северного оленеводства, рациональное использование и охрана ресурсов северных оленей имеет не только существенное экономическое, но и большое социальное значение. Особенно это важно для России, где к районам Крайнего Севера относится около половины территории страны.

1.1.2. Особенности гистологического строения, химический состав и физико-механические свойства кожного покрова северных оленей

Качество шкуры, ее назначение и особенности методов выделки зависят от ряда факторов: микроструктуры, химического состава, физико-механических свойств, наличия пороков (сортности) и.т.д.

В литературе имеется небольшое количество работ, посвященных изучению гистологического строения шкуры северного оленя [8,9,10,11,12]. Эти работы указывают на наличие определенных закономерностей в строении шкуры и о взаимосвязи показателей физико-механических ее свойств с особенностями структуры кожного покрова.

Эпидермис кожного покрова северного оленя представлен плоским многослойным эпителием, разделенным на два слоя: роговой и ростковый [10]. На участках шкуры со слабо развитым эпидермисом нельзя четко различить все остальные слои. Каждая клетка, образовавшаяся в ростковом слое, в процессе старения постепенно меняет свою форму, превращаясь в сетчатый слой. Затем в ней появляются зернышки, она переходит в сплющенное состояние и постепенно роговеет. Отдельные клетки эти стадии метаболических изменений проходят с разной скоростью. Поэтому возможно одновременное появление клеток разных слоев, расположенных рядом [27]. Эпидермис шкуры оленя неодинаков в разное время года. В начале лета (в июне) он бывает толстым, ростковый слой развит хорошо, сильно пигментирован и местами можно видеть зернистый слой, а начиная с июля месяца зернистый слой исчезает [8].

Относительная толщина эпидермиса изменяется в пределах 5,8 -10,3% в зависимости от толщины дермы [11].

Дерма шкуры северного оленя отчетливо делится на два слоя: сосочковый и сетчатый. Сосочковый слой по сравнению с сетчатым тоньше и составляет 25-34% толщины дермы [13].

Сосочковый слой образован переплетением сравнительно тонких коллагеновых пучков. На границе с эпидермисом пучки коллагеновых волокон особенно тонкие, плотно скрученные и переплетенные. В шкуре северного оленя более сильное разрыхляющее действие оказывают волосяные фолликулы. Занимаемая фолликулами площадь составляет 10,8-15,1% [11]. Сальные железы развиты умеренно. Имея мешковидную форму, они располагаются вдоль волосяных частей дермы. Они значительно разрыхляют сосочковый слой. Выделяемый железами жировой секрет смазывает поверхность волоса и эпидермиса. Потовые железы в кожном покрове оленей развиты слабо и иногда отсутствуют [9,12].

Сетчатый слой шкуры северного оленя имеет преимущественно горизонтальную вязь пучков коллагеновых волокон [25], являясь самым плотным и прочным слоем. Этот слой дермы шкур северного оленя в среднем по шкуре составляет 70-75%.

Характер укладки коллагеновых пучков в сетчатом слое дермы северного оленя имеет свои особенности. Для шкур северного оленя характерны более простые типы плетения - горизонтальный и горизонтально-петлистый [11]. Здесь отсутствует разнообразие