Реферат работы Инновационные технологии производства кожевенных

РЕФЕРАТ РАБОТЫ

«Инновационные технологии производства кожевенных и

меховых материалов и изделий»

Гаркавенко С. С., Грищенко И. М., Данилкович А. Г., Касьян Э. Е.,

Коновал В. П., Плаван В. П., Скиба М. Е., Жигоцкий О. Г., Лищук В. И.

Актуальность. В соответствии с концепцией общегосударственной целевой программы развития промышленности Украины на период до 2017 года стратегическим приоритетом промышленного производства является «разработка энергоэффективных и ресурсосберегающих технологий, малоотходных, безотходных и экологически безопасных технологических процессов». Поскольку в кожевенно-обувной промышленности занято почти 20 % работников легкой промышленности и эта область является важнейшей после текстильной, но вырабатывает лишь 8 % товарной продукции, то возникает объективная необходимость в разработке и реализации инновационных технологий. Учитывая это, возникает необходимость существенной перестройки кожевенно-обувной отрасли легкой промышленности. Необходимо восстановление собственной сырьевой базы и внедрение новейших технологий изготовления материалов и изделий высокого качества со специфическими свойствами, что возможно на основе технического переоснащения предприятий, маркетинговых исследований рынков сырья, кожевенно-обувных и меховых изделий, полученных по разработанными технологиям (рис. 1). Это нашло свое воплощение в разработках авторов представленной работы.

Целью работы является разработка физико-химических основ новых экологически ориентированных, ресурсосберегающих и малоотходных технологий изготовления кожевенных и меховых материалов; формирование ассортимента, проектирование конкурентоспособных изделий из кожи и технологий их производства, эффективная переработка вторичных ресурсов кожевенно-меховой, обувной и кожевенно-галантерейной отраслей с учетом принципов социально-этического маркетинга.

Научная новизна. В технологиях создания материалов из натурального сырья с прогнозируемыми свойствами для обувной и кожевенно-галантерейной отраслей промышленности определяющей стадией являются отмочно-зольные процессы. В их основе лежат коллоидно-химические преобразования коллагена и кератина шкур животных в процессе масообмена между зольным щелочным раствором и неколлагеновыми компонентами сырья.

Впервые установлены закономерности физико-химических структурных преобразований сырья в зависимости от состава щелочного раствора, температуры, режима перемешивания и продолжительности обработки.

Предложена аналитическая модель щелочной обработки кожевенного сырья, которая основывается на диффузной теории масообмена, разработан метод определения коэффициентов диффузии зольного раствора в разные топографические участки дермы и экспериментально доказана его адекватность. Разработана новая концепция обезволашивания-золения сырья, которая основывается на специфической роли иммунизации стержня волоса, что необходимо для его последующей утилизации.

Теоретически обоснована гипотеза о существенной роли меланино-кальциево-магниевых структурных комплексов, которые образуются в процессе биосинтеза эпидермиса, обуславливая пигментацию шкур, и экспериментально установлено их отрицательное влияние на процесс диффузии реагентов технологического раствора через липидную матрицу эпидермиса к базальной мембране дермы.

Проведена математическая многокритериальная оптимизация технологии золения сырья с учетом концентрации щелочных реагентов и продолжительности обработки при минимальном расходе сырья на единицу продукции.

Разработаны физико-химические основы целенаправленного формирования пористой структуры коллагена дермы после золения по установленным механизмам и закономерностям деагломерационного дубления и следующей жидкостной отделки. Установлены:

механизм дубления коллагена с использованием гидроксосульфатохромовых комплексов анионного типа, который основан на постепенном вхождении ионизированных карбоксильних групп макромолекул белка во внутреннюю сферу диядерных комплексов хрома (ІІІ) вместо сульфат-ионов;

закономерности формирования пористой структуры кожи и кожевой ткани меха;

механизм стабилизации коллагена дермы при деагломерационном дубленнии-жировании и наполнении акриловыми полимерами, который заключается в снижении химической активности гидроксосульфатохромовых анионных комплексов при их преобразовании в катионную форму;

закономерности процесса крашения структурированного коллагена анионными азокрасителями в присутствии стабилизированных производных титанилоксаловой кислоты с образованием металлокомплексных соединений, которые обеспечивают дополнительную стабилизацию структуры дермы.

Установлены закономерности физико-химических процессов комбинированного дубления с учетом квантово-химических особенностей строения органических дубящих соединений разных классов и определено их влияние на формирование комплекса свойств кожи и меха разного назначения. Сформулированы основные принципы эффективного органически-минерального дубления, обеспечивающего формирование высоких эксплуатационных и долговечных характеристик кожи и меха нового ассортимента. Установлен синергетический эффект повышения гидротермической стойкости кож, их устойчивости к действию пота и к окислению при использовании конденсирующихся таннидов и гетероциклических соединений класса оксазолидинов или гидролизующихся таннидов и соединений алюминия.

Установлены физико-химические закономерности формирования композиционных покрытий на кожах широкого ассортимента и влияние полимерных материалов и азорасителей на термомеханические свойства структурно окрашенных пленкообразователей. Теоретически обосновано структурное строение полиуретанкрасителей, установлены закономерности получения их растворов и водных дисперсий. Научно обосновано использование красящей составляющей в структуре полиуретанкрасителей для стабильности водных дисперсий и расширения температурного интервала эластичности полимера. Определены физико-химические закономерности влияния модифицированных полимерных материалов на свойстве покрытия. Разработаны научные основы технологий формирования покрытия полимерными композициями на кожах с натуральной лицевой поверхностью.

На основе установленных закономерностей объединения антропологических данных, свойств кожевенных материалов и спроса на товары широкого ассортимента разработаны:

метод автоматизированного проектирования внутренней формы обуви и расчета ассортимента в зависимости от установленных массовых антропоморфологических параметров стоп разных поло-возрастных групп населения Украины, свойств материалов, спроса и вида обуви;

метод формирования размерно-полнотного ассортимента обуви с учетом влияния фаз солнечного цикла на антропометрические данные стоп населения;

концептуальная модель выбора технологического процесса сборки и моделирования обуви разных методов крепления на основе интегральной оценки риска нововведений, что улучшает потребительские свойства обуви с учетом изменения затрат, связанных с освоением альтернативных технологий;

новые, отвечающие мировому уровню, циклотермические способы создания и фиксации формы заготовок и деталей обуви;

метод проектирования технологических процессов сборки обуви и кожевенно-галантерейных изделий по модульному принципу;

новые ресурсосберегающие технологические процессы формообразования обуви.

Разработаны закономерности физико-механических преобразований на разных стадиях технологического процесса переработки отходов кожевенного и обувного производств и созданы научные основы утилизации вторичного сырья. На основе структурных исследований создана структурно-механическая модель волокнистого строения дермы и предложен аналитический метод определения эффективных параметров переработки кожевенных отходов.

Разработана гидродинамическая модель разрушения отходов кожевенного производства, основанная на установленном кавитационном механизме проникновения кумулятивных струй жидкости в межволоконное пространство, которая положена в основу проектирования технологий. Разработана научно-обоснованная методология практической реализации принципов проектирования технологических процессов переработки отходов натуральных кож и определения рациональных технологических схем и конструктивных параметров оборудования для производства и использования волокон заданного размера в обувных материалах и изделиях.

Разработаны научные основы формирования и удовлетворения спроса на кожевено-меховые материалы и изделия из них на основе маркетинговых исследований с учетом тенденций и конъюнктуры национального и мирового рынков сырья и готовой продукции.

Предложена концепция формирования конкурентоспособности кожевенных материалов, обуви и кожевенно-галантерейных изделий при проектно-технологических роботах в условиях неопределенности факторов внешней среды – уменьшения объемов сырьевых ресурсов, объема импорта продукции, уровня монополизации рынка. Предложены концептуальные модели формирования информационного обеспечения и структуры ассортимента товаров на этапе конструкторско-технологической подготовки производства, учитывающие влияние стохастических факторов внешней среды на разных региональных и зарубежных рынках.

Разработан метод формирования ассортимента обуви на основе аддитивной и мультипликативной формы переменных, в том числе размерно-полнотного ассортимента, с учетом влияния солнечных циклов на антропометрические данные стоп взрослого населения, что позволяет учесть стохастические факторы внешней среды и обеспечивает уменьшение затрат, связанных с изготовлением размерного ассортимента обуви, несоответствующего спросу потребителей.

Практическая значимость. На основе результатов проведенных коллоидно-химических исследований отмочно-зольных процессов и структурных преобразований сырья разработаны и внедрены в промышленность ряд экологически ориентированных ресурсосберегающих технологий производства кожевенных материалов разного назначения. Особое внимание при этом уделено проблеме малоотходности технологических процессов и замене экологически вредных химических материалов на материалы ІV группы опасности, интенсификации кожевенно-обувного производства и переработке его вторичных ресурсов.

Разработанные и внедренные в промышленность технологии одностадийного золения (ОСЗ) с уменьшенной отходностью при золении, благодаря интенсификации процессов при стабильной температуре 27-29 оС, позволили существенно уменьшить затраты воды и экологически-вредных материалов (рис. 2). Они обеспечивают получение золеного полуфабриката с оптимальной степенью нажора, что увеличивает выход площади кожи на 2,6 %.Реконструкция отмочно-зольного производства и внедрение нового специального оборудования способствовали разработке технологий двухстадийного обезволашивания-золения с утилизацией волоса (ДСЗУ). Среди них технология золения с иммунизацией волоса, которая предусматривает использование формалина в количестве 0,065 % от массы сырья после добавления в барабан 1/3 гидроксида кальция для повышения стойкости волоса к действию обезволашивающих реагентов. Для более полного удаления неколлагеновых компонентов из дермы и розволокнения ее структуры, щелочной раствор подкрепляют гидроксидом кальция и сульфидом натрия.

Технология безизвесткового обезволашивания-золения сырья, благодаря использованию на стадии отмоки сульфита и гидросульфида натрия, а при золении гидроксида натрия и алюмосиликатного сорбента каолина как регулятора щелочности раствора, является экологически безопасной и предотвращает образование известковых отложений в канализационных стоках и очистительных сооружениях.

Комплексное использование терпеновой эмульсии, фермента протеолитического действия, соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, аминного препарата и гидроксида кальция является основой технологии безсульфидного обезволашивания-золения. Эта технология отличается отсутствием химических материалов ІІ класса опасности.

Совместное использование сульфида и гидроксида натрия и аминного препарата после отмоки сырья с предварительным использованием ферментного препарата и гидросульфида натрия способствует эффективному обезволашиванию — золению и обеспечивает экономию 4,7 % сырья. Преимущества технологий ДСЗУ приведены на рис. 2.

В результате проведенных физико-химических исследований процессов хромового дубления и жидкостной отделки разработаны и внедрены в промышленность пять ресурсоэнергосберегающих технологий. Технологии анионно-катионного беспикельного дубления двоенного голья позволяют существенно снизить затраты воды, хлорида натрия и хромового дубителя (рис. 3), сократить продолжительность технологического процесса, увеличить степень поглощения оксида хрома и выход площади полуфабриката на 4,3 %.

Анионно-катионное дубление полуфабриката повышенных толщин из сырья крупного рогатого скота существенно уменьшает затраты хромового дубителя, воды, кислот и содержание соединений хрома в отработанных растворах (рис. 3). Сортность кожи для верха обуви возрастает на 0,67 %. Технология введена в производство в 1999 г.

Расход хромового дубителя в технологии дубления-жирования меховых овчин и кроля снижен на 25-37 %, а в случае дубления по прямому ходу для подготовки полуфабриката к крашению кислотными красителями – в 2-3 раза. При этом расход жировых веществ уменьшается в 2,2-2,5 раза, а выход площади кожи возрастает на 5,4-6,6 %.

Заключительное крашение полуфабриката хромового дубления анионными азокрасителями в присутствии стабилизированного сульфатотитанилата аммония позволило углубить тон окраски поверхности, повысить прочность связывания красителя с кожей, уплотнить лицевой слой дермы, уменьшить на 25 % расход красителя.

Разработана технология жидкостной отделки с совмещенным наполнением-крашением-жированием с использованием пластифицированной смеси акриловых дисперсий, анионных азокрасителей и эмульсии электролит-устойчивых жирующих средств. Внедрение в производство разработанной технологии на АТ «КП «Рассвет» (г. Львов) позволило уменьшить затраты покровный аппретуры на 30-40 %, повысить сортность на 1,17-1,23 %.

Созданные научные основы процессов комбинированного дубления обеспечили разработку малохромовых и бесхромовых технологий органически-минерального дубления для выпуска кожи и меха нового ассортимента с высокими эксплуатационными, потребительскими и долговечными характеристиками с уменьшенной экологической нагрузкой на окружающую среду. В том числе:

технология альдегид-кремний-хром-алюминиевого дубления с минимизи-рованным расходом соединений хрома и бесхромовая технология альдегид-кремний-растительно-алюминиевого дубления меховой овчины (рис. 4) для получения полуфабриката устойчивого к действию пота и к стирке, с повышенной гидротермической стойкостью для изготовления медицинских изделий;

бесхромовые технологии альдегид-кремний-таннидно-алюминиевого и фосфоний-растительно-алюминиевого дубления полуфабриката крупного рогатого скота и шкур овец для получения кожи длительной эксплуатации, в том числе ортопедической и для восстановления объектов исторического и культурного наследия. При этом повышаются стойкость кожи к старению и действию пота на 18-20 и 30-40 %, соответственно, а гидротермическая стойкость — на 6-8 оС при отсутствии хромового дубителя.

Предотвращенный экологический ущерб благодаря использованию малоотходных технологий хромового дубления в 2000-2011 гг. составил свыше 160,8 млн. грн.

Для решения экологической и экономической проблемы хромового дубления разработаны способы использования отходов гальванического и фармацевтического производства для синтеза маскированных хромовых дубителей путем восстановления Cr(VІ) до Cr(ІІІ). Из хромсодержащих промышленных отходов на АО «Чинбар» в 1992-1998 гг. были синтезированы маскированные хромовые дубители, используемые в производстве кож, что позволило на 20 % уменьшить содержание соединений хрома в отработанных растворах.

Разработаны технологии отделки кожевенного полуфабриката растворами и водными дисперсиями структурно окрашенных полиуретанов и модифицированными структурно окрашенными акриловыми и акрилоуретановыми композициями. Разработан и реализован способ получения растворов структурно окрашенных полиуретанов и создана технология лаковой отделки кож с их использованием, что позволило существенно упростить технологический процесс и уменьшить расход экологически вредных растворителей. Полученная кожа имеет повышенные эксплуатационные показатели, в частности гигиеничные в 1,5-1,6 раза. Адгезия покрытия к коже повышается на 45-60 % (рис. 5).

Разработаны способ получения водных дисперсий полиуретанкрасителей и технология анилиновой отделки полуфабриката, благодаря которой адгезия покрытия к сухой и мокрой коже повысилась на 45-50 и 35-42 %, соответственно, а жесткость кожи снизилась на 20 %.

Внедрение в производство технологии эмульсионной отделки полуфабриката модифицированными структурно окрашенными акриловыми и акрилоуретановыми композициями позволило получить эластичные кожи современного ассортимента с термостойким покрытием. При этом затраты материалов уменьшились в 1,7-3,6 раза, а продолжительность процесса сократилась на 25-30 %.

Использование анионактивной композиции на завершающей стадии обработки полуфабриката позволило существенно упростить технологический процесс изготовления водостойкой кожи вместо кожи комбинированного дубления с повышенным содержанием жировых веществ. На АО «Чинбар» используются менее энергозатратные технологии гидрофобизации кожевенного полуфабриката в производстве кож для верха обуви и одежды специального назначения. Кожи изготовлены по инновационной технологии, в частности «Водограй» характеризуются комплексом высоких санитарно-гигиенических, тепло физических и физико-механических свойств при эксплуатации в условиях повышенной влажности.

Предприятие АО «Чинбар» по разработанным технологиям производит широкий ассортимент кожевенных материалов для верха обуви и другого назначения. Произведенные кожевенные материалы реализуются как в Украине, так и в России и странах Европейского союза. Обувные материалы использовались и используются на предприятиях Украины: обувных фабриках первой, четвертой, шестой, «Спорт» г. Киева, «Мальва» г. Львов, «Орель» г. Донецк, на комплексе обувных предприятий г. Бровары и др., России: ЗАО «Амкар» г. Кунгур, «Юничел» г. Челябинск, фирма «Сполиум» г. Санкт-Петербург, «Еластма» г. Екатеринбург и др., Литвы: «Apavіcta», «Segrama», Молдовы: «Іntel-PSV s. r. l.», «ABRІS» (Эстония), Trumpler Gmbh&Co (Германия), «K.T.O. Spol s. r. o.» (Чехия), «Cologreen s.l.» (Испания), Przedsіebіorstwo Prywatne «Stanі» (Польша) и других.

Разработаны новые типы и виды конструкций внутренней формы обуви для разных поло-возрастных групп потребителей, которые обеспечили соответствие потребительских свойств изделий разного целевого назначения специфическим условиям его эксплуатации – обувь для шахтеров, военнослужащих и т.п. и технологии их изготовления. Введены в производство технологии циклотермического формирования, крио-обработки деталей верха обуви. Разработаны проекты потоков первых исследовательских партий изделий, универсальный технологический процесс составления обуви химических, ниточных, комбинированных методов крепления. Разработаны и реализованы новые компьютерные программы автоматизированного расчета таблиц соответствия параметров стоп внутренней форме обуви и эвристического проектирования контуров колодки, что позволило в 3-4 раза сократить время подготовки новых моделей и во столько же раз повысить удобство обуви.

Разработаны устройства, компьютерные программы расчетов основных технологических режимов формирования заготовок и деталей обуви с использованием циклотермического действия, которые обеспечили экономию натуральной кожи до 5 % и снижение затрат электроэнергии на 3 %; способ многоциклической деформации деталей из кожевенных материалов перед процессом формирования обуви и новые технологии с его использованием. Инновационные технологические процессы формообразования базируются на корректировании упруго-пластических свойств кожевенных материалов.

На основе разработанных концептуальных моделей определены стратегические альтернативы развития обувных фирм. Разработана система информационного обеспечения товаропроизводителей, которое охватывает все этапы жизненного цикла товара от мониторинга и прогнозирования конъюнктуры рынка до процессов проектирования и изготовления изделий. Определены направления углубления сегментирования в условиях перенасыщенности рынка; оценена привлекательность рыночных ниш на рынке повседневной, модельной и специальной обуви; обоснованы объемы первых исследовательских особенно модных партий товаров, рациональные размеры серий массовых изделий и уровень их дифференциации. Разработаны методы определения структуры ассортимента обуви по ее видам и стилям с учетом стохастических факторов внешней среды и размерно-полнотного ассортимента мужской и женской обуви.

Разработано ДСТУ 2198-93 «Вироби шкіргалантерейні. Терміни та визначення» и проект изменений в ДСТУ 2157-93 «Взуття. Терміни та визначення», которые учитывают предложенные в работе подходы к формированию ассортимента изделий из кожи. Теоретические и методические разработки введены на обувных предприятиях – ООО «Зенкис», «БВЛ-3С», ПП «Сокальский И.В.», «Элита Стиль».

Разработаны и практически реализованы технологии переработки отходов натуральных кож; изготовлены гребенчастые, валичные и молотковые устройства специальной конструкции для переработки отходов кожевенных материалов на волокна и новые технологические устройства для их переработки в композиционные материалы обувного назначения.

Технологии переработки отходов натуральной кожи введены на обувных предприятиях ОАО «Взутекс», ОАО «Прогресс», ООО «Гулливер», НПП «Тера» на протяжении 2005-2011 гг.

Таким образом, в результате выполнения авторским коллективом научных, технологических и проектных разработок относительно инновационных технологий производства кожевенных и меховых материалов и изделий, утилизации отходов кожевенного, мехового, обувного, кожевенно-галантерейного производств и принципов маркетинга сырья, материалов и изделий решены такие задачи:

Разработаны научные основы физико-химических преобразований натурального сырья в кожевенные и меховые материалы и переработки производственных отходов, физико-механических процессов циклотермического формирования обувных изделий на основе объединения свойств материалов, антропологических параметров стоп, автоматизированного проектирования новых моделей для изготовления обуви и кожевенно-галантерейных изделий.

Разработаны и реализованы на основе научных принципов маркетинга, экологически ориентированные, ресурсосберегающие технологии производства кожевенных и меховых материалов, обувных и кожевенно-галантерейных товаров массового и специального назначения. Благодаря использованию разработанных технологий переработки вторичного сырья повышается эколого-экономическая эффективность предприятий легкой промышленности.

Внедрение новых разработанных технологий обеспечило выпуск 5,29 млрд. кв. дм кож разного ассортимента, 116,7 млн. кв. дм меховых шкур, позволило интенсифицировать технологию производства кожи и меха в 1,5-1,6 раз, существенно снизить его ресурссоемкость и экологическую нагрузку на окружающую среду. Общий фактический экономический эффект от внедрения цикла работ составляет 193,0 млн. грн., предотвращенный экологический ущерб только по трем предприятиям за период 2000-2011 гг. составляет 161,0 млн. грн.

По результатам выполненного цикла работ авторским коллективом получено 105 патентов и авторских свидетельств на изобретения, выданные в России, Японии, Англии, Чехии, из которых 34 внедрены в промышленное производство, опубликована 561 научная работа, в частности 17 – в международных журналах, размещенных в базе данных SCOPUS; 7 монографий, 21 учебное пособие. Защищено 8 докторских и 33 кандидатских диссертаций.

Приведенные в работе результаты исследований являются основой для функционирования трех научных школ. Внедренные в производство инновационные технологии по выпуску натуральных материалов широкого ассортимента постоянно совершенствуются, что способствует экономическому и социальному прогрессу в Украине.

Гаркавенко С. С. ______________ Плаван В. П. _______________

Грищенко І. М. _______________ Скиба М. Є. ________________

Данилкович А. Г. ______________ Жигоцький О. Г. _____________

Касьян Е. Є. _______________ Ліщук В. І. ________________

Коновал В. П. _______________

PAGE

PAGE 10

EMBED MSGraph.Chart.8 \s

Рис. 5 – Преимущества инновационных технологий отделки кожи

EMBED MSGraph.Chart.8 \s

Рис. 3 – Преимущества разработанных технологий хромового дубления

Рис. 4 – Преимущества разработанных технологий дубления меховой овчины медицинского назначения

EMBED MSGraph.Chart.8 \s

EMBED MSGraph.Chart.8 \s

Рис. 2 – Преимущества разработанных технологий золения