Улучшение эксплуатационных свойств натуральной кожи для верха специальной обуви в результате воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы

УДК 685.341.12 А. В. Шестов

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ

ДЛЯ ВЕРХА СПЕЦИАЛЬНОЙ ОБУВИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Ключевые слова: кожа для верха обуви, защитные характеристики, кремнийорганические соединения, неравновесная низкотемпературная плазма.

Обработка кожевенных материалов при помощи неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП) является экологически безопасной, низкоэнергозатратной, а также более эффективной по сравнению с традиционными методами обработки. Разработка технологии получения кожевенного полуфабриката из шкур крупного рогатого скота с повышенными защитными, улучшенными физико-механическими, и гигиеническими свойствами за счет совместной обработки кремнийорганическими соединениями и ННТП является целью данного исследования.

Keywords: leather shoe uppers, protective characteristics, silicones, nonequilibrium low-temperature plasma.

Processing of leather materials using nonequilibrium low-temperature plasma (NLTP) is environmentally friendly, less energy intensive and more effective than traditional methods of treatment. Development of technology for semi-finished leather from the hides of cattle with increased safety, improved physical and mechanical and hygienic properties due to co-processing of organic silicon compounds, and NLTP is the aim of this study.

Введение

Одним из важнейших средств личной защиты человека является специальная обувь, которая должна не только соответствовать условиям эксплуатации, но и быть надежной, практичной и комфортной. Известно, что степень комфортности эксплуатации защитной обуви зависит от соразмерности ее стопе носчика и учета факторов внутриобув-ного пространства, как в статике, так и в динамике, так как обувь, ограничивающая движение или обладающая большой массой, способствует повышению утомляемости, вызывает раздражительность человека, что отражается на здоровье работника и снижает производительность его труда.

Известно так же, что качество специальной защитной, как и любой другой обуви, определяется прямой зависимостью от свойств пакета материалов, из которых обувь изготавливается, вследствие чего, материалы как низа, так и верха обуви должны обеспечивать соответствующий оптимальный микроклимат внутриобувного пространства, зависящий от газо- паро- и влагообменных, а также и теплооб-менных свойств материалов, входящих в пакет изделия. В настоящее время, в качестве материалов верха защитной специальной обуви применяют натуральные, искусственные и синтетические материалы. Однако, оптимальным сочетанием потребительских технологических и экономических характеристик, как правилоотличается обувь из натуральных кож.

Одним из видов кож, применяемых для производства специальной защитной обуви, является юфть, отличающаяся от прочих материалов для верха обуви повышенной износостойкостью, водостойкостью, но при этом - достаточной формовочной способностью. Для производства юфти используются средняя и тяжелая яловка, конские и свиные шкуры. В целях гидрофобизации, юфть жируют, при этом, в обувную юфть может быть введено до 22%

жира, что, безусловно, препятствует образованию прочных литьевых соединений, чаще других применяемых в моделях современной защитной специальной обуви. Так как для производства обуви литьевых методов крепления используются кожи с содержанием жира не более 6%, то производителями кож в качестве гидрофобизирующих агентов применяются композиции на основе кремнийорганических и фторорганических соединений.

Гидрофобность или водонепроницаемость, является одним из важнейших показателей, определяющим пригодность кож для производства защитной специальной обуви. При этом, стоит учитывать, что для долговременного контакта с водой следует использовать полимерные материалы, так как гидрофобные кожи сохраняют защитные свойства при кратковременном действии воды, виде брызг и отдельных капель.

Исследовательская часть

В процессе гидрофобизации для обеспечения устойчивости кожевенных материалов к воздействию влаги и воды производится нанесение на поверхность различных гидрофобизаторов, таких как силиконы, силаны, фторированные углеводороды и др. [1].

При использовании кремнийорганических соединений в производстве кожевенном производстве, явление гидрофобизации заключается во взаимодействии силанов с гидроксильными группами, имеющимися в макромолекулах, и поликонденсации си-ланов с образованием полисилоксановой пленки. При этом, взаимодействует с поверхностью основная силоксановая цепь, а наружу ориентированы метильные группы, такая обработка, обеспечивает эффективное метилирование поверхности, и как следствие, ее высокую гидрофобность [1].

Однако, обработка гидрофобизирующими препаратами должна не только обеспечивать коже ус-

тойчивый гидрофобный эффект, но и сохранять высокие гигиенические свойства.

Следовательно, актуальной на сегодняшний день проблемой, стоящей перед предприятиями кожевенной промышленности, является получение гидрофобных обувных материалов с улучшенными гигиеническими свойствами.

Известно, что использование в производстве натуральных кож обработки неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП) позволяет комплексно улучшать качество производимой продукции. Кроме того, ННТП является одним из наиболее перспективных источников химически активных частиц. Таким образом, выбор плазмообразующего газа при обработке очень важен. Установлено, что использованием различных плазмообразующих газов при обработке плазмой (аргона, кислорода, пропана и различных смесей газов), позволяет значительно увеличивать прочностные характеристики, одновременно с улучшением гигиенических характеристик, а также регулировать защитные свойства кожевенных материалов, путем варьирования режимов обработки и выбора плазмообразующего газа [2, 3]. Плазменная обработка стимулирует структурные изменения в натуральном белковом материале, связанные с модификацией первичных и вторичных волокон, что приводит к улучшению физических, в частности гигиенических, и механических свойств. А поверхность модифицированного плазмой материала обладает высокой гидрофобностью [4].

В работе [5] рекомендована технология производства, перед процессами сушки, содержащая обработку кожевенного полуфабриката раствором си-лана марки А-187. В то же время, известно, что до-дубливание водорастворимыми полимерами, способными реагировать с функциональными группами коллагена и дубящими веществами является перспективным. При этом, полимеры осаждаются на волокнах дермы в результате реакции, совершая ее структурирование. Наличие полярных групп в этих полимерах, позволяет сохранить исходное значение гигиенических показателей готовой продукции. До-дубленные силанами кожи, выделяются хорошей

Таблица 1 - Изменение физико-механических ш ННТП и комплексной обработки

наполненностью, равномерностью физико-механических характеристик по топографическим участкам, более высокой водонепроницаемостью и износостойкостью, устойчивостью к действию различных микроорганизмов и химических реагентов. В связи с чем, для улучшения их эксплуатационных характеристик полученных кож, в принятую технологию производства юфти из шкур крупного рогатого скота (КРС), предложено ввести обработку сила-ном марки А-187 на этапе додубливания, после отделочных процессов, а для структурирования - обработку ННТП.

Разработка технологии получения кожевенного полуфабриката из шкур крупного рогатого скота с повышенными защитными, улучшенными физико-механическими, и гигиеническими свойствами за счет совместной обработки кремнийорганическими соединениями и ННТП является целью данного исследования. Исследования выполнены в рамках работы по теме №14.577.21.001 «Разработка технологии управления микроструктурой натуральных материалов легкой промышленности для отраслей экономики Российской Федерации (энергетического, строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплекса)».

Обсуждение результатов исследования

По результатам экспериментальных исследований и оптимизации параметров ННТП, для обработки юфти из шкур КРС в смеси плазмообра-зующих газов аргона и пропан-бутан (70^30) выбран режим мощность разряда - Wp=1,3кВт, время обработки - т = 7 минут, расход плазмообразующего газа - в=0,04г/с, давление в разрядной камере Рк=26,6Па), позволяющий получать кожи с улучшенными физико-механическими, повышенными защитными, и оптимальными гигиеническими свойствами. В таблице 1 приведены данные об изменении характеристик юфти из шкур КРС в результате додубливания с использованием силана и ННТП как отдельно, так и комплексно.

й юфти из шкур КРС в результате обработки

Наименование показателя Результа- Результаты Результаты испы- Результаты

ты испы- испытаний таний образцов, испытаний

таний образцов, до- обработанных образцов, про-

контроль- дубленных с ННТП (0=0,04г/с, шедших ком-

ной пар- использовани- Рк=26,6Па, плексную об-

тии ем силана Wp=1,3кВт, т = 7 работку сила-

минут) ном и ННТП

Предел прочности при растяжении по коже, МПа, не

менее 26,3 28,5 28,7 31,4

Удлинение при напряжении 10 МПа по коже, % 17 25 26 28

Адгезия покрывной пленки, Н\м:

- к сухой коже 112 122 127 135

- к мокрой коже 47 53 64 67

Время впитывания капли воды, минут 178 254 276 315

Гигроскопичность, % 10,1 12,2 12,6 14,3

Как видно из результатов, представленных в таблице, обработка юфти для верха специальной защитной обуви ННТП, позволяет повысить предел

прочности при растяжении на 9%, удлинение при напряжении 10МПа - на 9%, адгезию к сухой коже -на 13%, к мокрой коже - на 33%, а время впитыва-

ния капли воды - на 36%. Предварительное додуб-ливание кожевенного полуфабриката с использованием силана марки А-187 с последующей обработкой в ННТП - приводит к увеличению прочностных характеристик кож из шкур КРС еще на 10%, а время впитывания капли воды - в 1,76 раза по сравнению с исходным образцом. Таким образом, комбинированная обработка юфти для верха специальной защитной обуви позволяет существенно улучшить их эксплуатационные свойства.

Литература

1. Шестов А.В. Получение кожевенных материалов с улучшенными защитными и физико-механическими характеристиками / А.В. Шестов // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. - № 14. Т. 18. С. 137-139.

2. Абдуллин, И. Ш. Высокочастотный разряд в процессах наноструктурной модификации материалов/ И. Ш. Аб-

дуллин, Ф. С. Шарифуллин // Вестник Казанского Технологического университета.-2012.-Т.15 № 13.-С.40-46

3. Абдуллин, И.Ш. Повышение качества комплексного обувного материала на основе натуральной кожи за счет воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы / И.Ш. Абдуллин, Н.В. Тихонова Т.В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина// Кожевенно-обувная промышленность. -2012, № 1. - С.46-48.

4. Рахматуллина, Г.Р. Гидрофобизация поверхности натуральных белковых материалов при воздействии неравновесной низкотемпературной плазмы / Г.Р.Рахматуллина, И.Ш.Абдуллин, В.В.Кудинов // Физика и химия обработки материалов. - 2009.- №6.-С.16-18

5. Шатаева Д.Р. Получение кожевенных материалов из шкур овчины и КРС с улучшенными гигиеническими свойствами при помощи обработки ННТП и кремнийор-ганическими соединениями / Д.Р. Шатаева, Г.Н. Кулев-цов, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета.-2014.- № 11.-С.86-88.

© А. В. Шестов - к.э.н., докторант кафедры П^ТВМ КИШУ, доцент кафедры МП, МГУТУ им. К.Г. Pазумовского, sapr415@mail.ru.

© A. V. Shestov - Ph.D., doctoral, Department of Plasma-chemical and macromolecular materials of nanotechnology, KNRTU; Associate Professor, Department of Management and Entrepreneurship, MSUTM, sapr415@mail.ru.