А.К. Кудабаева, С.Е. Мунасипов, К.У. Тогузбаев

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати,

Республика Казахстан, г. Тараз

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ДУБЯЩИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ТЕРМОСТОЙКОСТЬ ЮФТИ

Специальная обувь, эксплуатируемая на предприятиях металлургической, фосфорной, стекольной промышленности подвергается конвективному обдуву горячим воздухом, радиационному облучению, контактному нагреву и кратковременному локальному воздействию раскаленных частиц металла, капель фосфора и стекла.

В связи с этим материалы для верха специальной обуви, предназначенной для защиты ног рабочих этих предприятия должны обладать высокими теплозащитными свойствами.

Считается, что этим требованиям соответствует термоустойчивая юфть хромового дубления. Однако, при разработке новых и совершенствовании действующих технологий должна решаться комплексная задача: улучшение качества кож; снижение расхода кожевенного сырья; минимизация отрицательного влияния химических веществ на экологию окружающей среды.

Соединения хрома, применяемые в производстве термоустойчивой юфти, обладают токсичными свойствами и оказывают отрицательное влияние, как на здоровье рабочих кожевенных заводов, так и на окружающую среду.

В оздоровлении окружающей среды наибольший эффект может быть достигнут при использовании в дублении кож комплексных минеральных дубителей. То есть одним из путей совершенствования технологических процессов и повышения качества продукции в производстве юфтевых кож является использование комплексного минерального дубления.

В соответствии с этим была проведена работа по установлению оптимального соотношения расходов солей хрома, алюминия и титана, используемых для дубления при помощи метода математического планирования [1].

Обозначение факторов и уровней их варьирования приведены в таблице 1.

Таблица 1. Уровни и интервалы варьирования факторов

Уровни варьирования	Расход дубящих соединений, % от м. г.
	Х1-Cr2 О3	Х2 –TiO2	X3-Al2O3
Уровень выходных факторов: основной	0,3	0,6	0,3
Верхний х=+1	0,5	0,8	0,5
Нижний х=-1	0,1	0,4	0,1
Интервал варьирования	0,2	0,2	0,2

Критерием оптимизации были выбраны температура сваривания голья (У₆), pH раствора в конце дубления (рН) и концентрации дубящих соединений хрома, титана и алюминия в отработанной ванне. Соответственно (У₇, У₈, У₉) и рН расвтора в конце дубления (У₁₀).

Для выполнения эксперимента использовались образцы двоенного голья, подобранные по методу асимметрической бахромы. Отмочно-зольные процессы выполнялись по типовой методике производства юфтевых кож. Двоенное голье после отмоки сырья, золения, мездрения промывалось при температуре 20-25°С, обрабатывалось раствором сульфата аммония расходом 10% от массы голья при ЖК 1,0-1.2 в течение одного часа. После солевания в тот же раствор заливались серная кислота, хромовый экстракт, засыпались сульфатотитанилат аммония, алюминиевые квасцы и с целью уменьшения гидролиза дубящих солей добавляют ацетат натрия. Расход серной кислоты 1% ацетата натрия – 0,6% от массы голья. Через 5 часов от начала дубления в ту же ванну вводился уротропин расходом 0,8% от массы голья. Общая продолжительность дубления - 10 часов. Процесс нейтрализации проводился на свежей ванне сульфитом натрия и уротропином с последующей эмульсионной обработкой и поддубливания синтетическими дубителями. Условия проведения и результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица 2. Матрица планирования полного факторного эксперимента и его результаты

Опыт	X1	X2	X3	Выходные показатели
				У6 tсв °C	У7,г/л Cr2O3	У8, г/л TiO2	У9,г/л Al2O3	У10, рН
1	+	+	+	81	0,91	0,50	0,91	3,3
2	-	+	+	66	0,48	0,47	0,88	3,2
3	+	-	+	83	0,88	0,31	0,90	3,5
4	-	-	+	70	0,38	0,32	0,93	3,7
5	+	+	-	81	0,98	0,39	0,26	3,2
6	-	+	-	63	0,66	0,45	0,26	3,4
7	+	-	-	74	0,84	0,28	0,60	3,7
8	-	-	-	60	0,52	0,25	0,70	4,3

В результате обработки экспериментальных данных были получены следующие адекватные уравнения репрессии в закодированных переменных с доверительной вероятностью 0,95:

Y₆(T_cb)=72,250+7,500X₁+0,500X₂+2.750X₃+0,750X₁X₂-2,000X₂X₃ (1)

Y₇(Cr₂O₃)=0,991+0,486X₁+0,64X₂-0,081X₃+0,020X₂X₃ (2)

Y₈(TiO₂)=0,367+0,087X₂+0,030X₃+0,09X₁X₃ (3)

Y₉(Al₂O₃)=0,916-0,086X₂+0,460X₃-0,098X₂X₃+0,105X₂X₃ (4)

Y₁₀(pH)=3,539-0,113X₁-0,263X₂-0,113X₃+0,088X₁X₂+0,088X₂X₃ (5)

Из анализа полученных уравнений следует, что на температуру сваривания голья У₆ (Т_св.) влияет уровень расхода всех трех составляющих комплексного минерального дубления, в частности, имеется прямая зависимость между температурой сваривания кожи и расходом дубящих солей хрома, титана и алюминия.

Из уравнения (1) вытекает, что если в целом повышение доли хрома приводит к повышению температуры сваривания, то влияние расхода алюминия и титана на температуру сваривания неоднозначно.

Наличие в факторах взаимодействия Х₁Х₂ и Х₂Х₃ фактора Х₂ показывает, что основную роль во взаимодействии факторов играет расход соли титана. Так увеличение расхода соли титана во взаимодействии с солями хрома (знак «плюс» при Х₁Х₂) способствует повышению температуры сваривания, а при взаимодействии с солями алюминия – снижению (знак «минус» при Х₂Х₃).

Доминирующая роль солей титана подтверждается также анализом уравнения (5). Так, в уравнении (5) наиболее значим коэффициент при Х₂, а среди парных коэффициентов значимы только те, в которых участвует Х₂ (т.е. Х₁Х₂ и Х₂Х₃). Увеличение концентрации титана (Х₂) приводит к снижению в начале и повышению кислотности системы дубящего раствора в конце дубления. Такое противоречие, по-видимому, обуславливается опережающей диффузией солей титана в толщу дермы во время дубления, преимущественно в виде хромтитановых и алюмотитановых комплексов, в результате чего к концу дубления концентрации Ti (IV) в растворе незначительна и не влияет на значение рН раствора в конце дубления.

В уравнении (5) взаимодействие факторов Х₁Х₂ (хром+титан) и Х₂Х₃ (алюминий + титан) приводит к повышению рН раствора (знак «плюс» Х₁Х₂ и Х₂Х₃), это косвенно подтверждает положительное влияние образования хромтитановых и алюмотитановых комплексов на стабильность раствора.

Анализ уравнений (2-4) показывает, что, как и в предыдущем опыте в растворе соединения хрома и алюминия вступают между собой в конкуренцию за взаимодействие с титановым дубителем. И, напротив, взаимодействие хрома и алюминия не оказывает заметного влияния на процесс дубления, о чем свидетельствует незначимость взаимодействия Х₁Х₃ (хром + алюминий) в основных уравнениях 1 и 4, а также в уравнениях 2 и 4.

Анализ уравнений показывает, что при максимальном расходе дубителей в пределах уровня варьирования достигается наибольшая температура сваривания, но увеличиваются кислотность дубящего раствора, содержание дубителей в отработанном растворе и снижается экономическая эффективность процесса.

При снижении дубителей до нижнего уровня не достигается допустимая температура сваривания 76^оС (опыты 2, 4, 6, 8). Из этого вытекает, что для достижения оптимальных результатов дубления необходимо придерживаться среднего уровня варьирования расхода дубления.

Таким образом, в результате проведенной работы выявлено оптимальное соотношение компонентов, которое позволяет проводить процесс дубления при достаточно высоком начальном значении рН раствора и получить необходимую температуру сваривания при минимальном расходе дубителей и нейтрализаторов.

Литература

1. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. «Методы оптимизации эксперимента в химической технологии». – М.,: Высшая школа, 1995 - 327с.