Исследование кожевенных материалов на основе натуральной кожи и наноструктурированных слоев металлов

М. М. Гребенщикова, Е. А.Ванюкова, И. Ш. Абдуллин,

Э. Б. Г атина

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЖЕВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СЛОЕВ МЕТАЛЛОВ

Ключевые слова: наноструктурированные покрытия, кожа ортопедическая.

Изучено изменение физико-механических и некоторых других свойств натуральной кожи хромового дубления в зависимости от режима нанесения ионо-плазменных покрытий и металла.

Keywords: nanostructured coatings, leather orthopedic.

The change of physical, mechanical and other properties of chrome-tanned leather, depending on the mode of application of ion-plasma coatings and metal.

Современные медицинские инструменты и изделия медицинского назначения изготавливаются с учетом биологической совместимости. При производстве изделий медицинского назначения, выполненных на основе полимеров, необходимо также принимать во внимание область их применения, продолжительность контакта с организмом и характер этого контакта. Изделия медицинского назначения, изготовленные из натуральной кожи, широко применяются в ортопедии и тесно контактируют с незащищенной кожей человека, поэтому должны быть изготовлены из инертных, не вызывающих различные аллергические реакции материалов [1,2]. Так же эти материалы должны быть устойчивы к развитию на их поверхности грибковых и бактериальных инфекций, иметь хорошие гигиенические свойства. Для наружных покрытий изделий применяется натуральная ортопедическая кожа хромового дубления по ГОСТ 3674-74.

Известны разработки, где для достижения эффекта бактерицидности применяется пропитка ортопедических изделий антибиотиками и фунгицидными препаратами. Использование таких методов неоднозначно, т. к. при постоянном контакте медицинских препаратов с поверхностью кожи микроорганизмы мутируют и обретают резистентность к активной действующей среде. Появляются штаммы, устойчивые к воздействию антибиотиков. Так же, подобные составы иногда вызывают аллергические реакции у людей с ослабленным иммунитетом в послеоперационный и восстановительный периоды.

В связи с этим имеется необходимость в разработке новых материалов, обладающих заданными свойствами и исследование их свойств, т. к. такие материалы должны обладать пластичностью, гигроскопичностью натуральной кожи. Один из возможных способов модификации натуральной кожи с целью придания ей заданных свойств (в данном случае, биоцидности) это нанесение наноструктури-рованных покрытий из плазменной фазы.

Проведено нанесение слоев металлов из пароплазменной фазы на натуральную ортопедическую кожу. Металлизация ортопедической кожи проводилась конденсацией из плазменной фазы в атмосфере азота и остаточной атмосфере воздуха, в

зависимости от металла нанесения [3]. Испарение материала происходило в электрической дуге в вакууме. Для нанесения покрытия использована установка типа ННВ-6.6.

Режимы нанесения биоцидного слоя на ортопедическую кожу приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Режимы нанесения металлоподобного покрытия на кожу ортопедическую хромового дубления ГОСТ 3674

Режим нанесения Материал покрытия

иоп = 0 В; t = 150 сек; Іисп = "75 А; P = 10-2 мм.рт.ст Cu

Иоп = 0 В; t = 40 сек; Іисп = 60 А; P = 10-3 мм.рт.ст TiN

Иоп = 0 В; t = 150 сек; Іисп = "75 А; P = 10-3 мм.рт.ст HfN

Изучение свойств ортопедической кожи до и после нанесения покрытий проводилось с использованием стандартных методик ГОСТ 939-88 и специальных методов. Изучено изменение толщины кожи, предела прочности при растяжении, относительного удлинения, температуры сваривания, массовой доли золы, массовой доли хрома и рН водной вытяжки в зависимости от металла покрытий по сравнению с контролем, которым служила натуральная кожа хромового дубления по ГОСТ 3647.

При анализе результатов определения предела прочности при растяжении установлено, что наименьшей прочностью обладает образец с покрытием из нитрида титана, что может быть связано с наименьшим временем нанесения покрытия. Это косвенно подтверждается данными по паропроницае-мости - образец с покрытием из нитрида титана обладает паропроницаемостью на уровне контрольного образца.

В основном, нормируемые ГОСТ 3674-74 характеристики натуральной кожи хромового дубле-

ния, сохраняются в пределах ГОСТ и на кожевенных материалах с покрытием. Это свидетельствует о верно выбранных режимах нанесения.

Таблица 2 - Физико-механические и другие показатели кожи ортопедической хромового дубления с металлоподобными покрытиями

Наименование показателя I II III IV V

Температура сваривания 0г~\ кожи, С 97 93 96 104 Не нормируется

Массовая доля влаги в коже, % 8,30 9,3 5 9,90 10,1 0 Не более 16

Массовая доля окиси хрома, % 5,31 сч 5, 6 5,10 5,80 Не менее 4,3

Массовая доля золы, % 5,64 ,6 57 6,35 6,04 Не более 7

Прочность при разрыве, МПа 4,45 0, 6 2,30 1,70 от 10 до 20

Относительное удлинение, % 6,30 6,2 0 00 3,70 Не менее 45

Относительная паропро-ницаемость, % 8,59 0,0 6 6,58 0,39 Не нормируется

I Образец обработанный ИШ

II Образец обработанный ТШ

III Образец обработанный Си

IV Контроль

V ГОСТ

Определены режимы нанесения покрытий из различных металлов конденсацией из плазменной

фазы на натуральную кожу и составляют: время нанесения у Си и ИШ 150 сек, у ТІМ 40 сек, ток дуговых испарителей у Си и ИШ 75А, у ТІМ 60А, без опорного напряжения.

Определены физико-механические характеристики кожевенных материалов с покрытиями. Предел прочности при растяженни составил 14,45 МПа у образцов с покрытием ИШ, 12,30 МПа у образцов с покрытием ТІМ, 10,76 МПа у образцов с покрытием из Си, что находится в пределах нормативного документа, но меньше показателя предела прочности контрольного образца.

Массовая доля золы уменьшается на 7% у образцов обработанных ИШ и ТІМ и увеличивается на 5,8% у образцов с покрытием Си в сравнении с контролем. Массовая доля окиси хрома у образцов с покрытием Си составил 5,10%, у образцов с покрытием ТІМ 5,26%, у образцов с покрытием ИШ 5,31%.

Установлено, что характеристики натуральной кожи в зависимости от металла и режима нанесения изменяются в пределах ГОСТ 3674.

Литература

1 Абдуллин И.Ш., Миронов М. М., Гарипова Г.И. Новые покрытия для медицинских инструментов с бактерицидным покрытием.// В сб. «Медицинская техника», М.- 2005. - № 4.

2 Абдуллин И.Ш., Гребенщикова М.М. Новые материалы с биологической совместимостью и бактериостати-ческими свойствами. // Научная сессия КГТУ 2010г.

3 Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. -М.: Металлургия, 1973. - 400 с.

© М. М. Гребенщикова - к.т.н., асс. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов, greben-schikova.marina@yandex.ru; Е. А. Ванюкова - магистр КНИТУ; И. Ш. Абдуллин - д. т.н., проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ; Э. Б. Гатина - к.м.н., м.н.с. каф. плазмохимических и нанотехнологий КНИТУ.