CC BY
486
Н. В. Бекк, О. Э. Кошелева, В. А.Володин,
Л. Ю. Махоткина
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННОЙ КОЖИ
Ключевые слова: обувной материал, натуральная кожа, гигиенические свойства.
В работе изучались свойства образцов из натуральной и композиционной кожи.
Keywords: shoe material, genuine leather, hygienic properties.
In work properties of samples from genuine and bonded leather were studied.
В последнее время композиционная кожа широко используется для изготовления обуви и кожгалантерейных изделий. Она представляет собой материал из измельченных кожевенных волокон, спрессованных при высоком давлении с добавлением связующего агента или без него. По свойствам натуральных кож, как объектов белкового происхождения, имеется большой объем информации, а данные по исследованию композиционных кож практически отсутствуют. Композиционную кожу в соответствии с принятой классификацией полимеров можно рассматривать как искусственный материал - подвергшуюся обработке натуральную кожу. Синтетическую кожу на тканевой, нетканой или трикотажной основе также применяют в качестве кожеподобного материала, имитирующего или заменяющего натуральную кожу.
В работе с помощью спектрометра с тройным монохроматором Т-64000 (производство
«Horiba Jobin Yvon») изучались свойства образцов из натуральной и композиционной кожи. Спектры комбинационного рассеяния света (в англоязычной литературе - Рамановское рассеяние, Raman scattering) регистрировались при комнатной температуре в геометрии обратного рассеяния, для возбуждения использовалась линия Ar+ лазера с длиной волны 514,5 нм. Спектральное разрешение составляло значение не хуже 1,5 см-1. В качестве детектора использовалась кремниевая матрица фотоприемников, охлаждаемая жидким азотом. Применялась приставка для микроскопических исследований комбинационного рассеяния света. Мощность лазерного пучка, доходящего до образца, составляла 1-2 мВт. Для минимизации нагрева структур под лазерным пучком образец помещался чуть ниже фокуса, размер пятна составлял около 30 микрон. На рис. 1 приведены спектры рассеяния образцов натуральной и композиционной кожи.
В спектрах присутствует вклад от флуоресценции, что характерно для био-объектов. Большой паразитный фон от флуоресценции затрудняет анализ спектров комбинационного рассеяния света, поэтому более показательны спектры поглощения (рис. 2).
Для регистрации спектров поглощения на колебаниях молекул, содержащихся в коже, в данной работе использовался Фурье-спектрометр ФТ-801 производства малого научного предприятия «СИМЕКС» г.Новосибирск, Россия. Фурье-
спектрометр ФТ-801 имеет оригинальную оптиче-
скую схему интерферометра «двойной кошачий глаз», защищенную патентами РФ. Оптическая схема прибора отличается простотой и устойчивостью к разъюстировкам. Прибор является одним из самых компактных Фурье-спектрометров в мире. Спектральный диапазон прибора составляет от 500 до 5500 обратных сантиметров. Разрешение составляет в зависимости от скорости и амплитуды сканирования от 0.5 до 4 см-1. В нашем случае мы использовали разрешение 2 см-1. Вследствие непрозрачности (из-за рассеяния на неоднородностях, волокнах), исследуемые образцы кожи было невозможно исследовать в геометрии на просвет. Поэтому, мы исследовали наши образцы с применением приставки нарушенного внутреннего отражения. На рисунке 2 приведены спектры оптической плотности. Оптическая плотность это натуральный логарифм из обратного коэффициента прохождения. Таким образом, оптическая плотность пропорциональна коэффициенту поглощения.
“ 2 У
1 1 Г
).¥* У ^ .г / V /
у / * у - V Л ✓ / 'у / /
/ /
-У / _
¥ / \ . .
х О I ■ ■ . I . . . . 1 . ■ . ■ I . . . . 1 . . . . I . ■ . . I . . . • 1 . . I з 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Рамановский сдвиг, см
Рис. 1 - Спектры комбинационного рассеяния света обувных материалов: 1 - натуральная кожа; 2 - композиционная кожа
Спектры поглощения образцов практически полностью совпали, все пики поглощения света натуральной кожи присутствуют на спектрах композиционного материала. Волокнистый состав искусственного материала соответствует составу природного биополимера - кожи. Однако если в натуральной коже белковые волокна сохраняют свою надмолекулярную структуру, то сформированная при изготовлении из измельченных волокон композиционная кожа имеет специфические особенности, проявляющиеся в гигиенических и физико-механических свойствах.
Волновое число, см
Рис. 2 - Спектры поглощения обувных материалов: 1 - натуральная кожа; 2 - композиционная кожа
Для потребителя особую роль играют гигиенические свойства, важнейшим из которых является паропроницаемость: благодаря способности структуры материала пропускать водяные пары стопа человека не испытывает дискомфорта [1-3]. В табл. 1 приведены результаты анализа гигиенических свойств обувных материалов.
Таблица 1 -Гигиенические свойства материалов
Показатели Обувной материал
НК КК СК
Абсолютная паропроницаемость, мг/см2хч 2,54 2,21 -
Относительная паропро-ницаемость, % 75 65 -
Намокаемость, % 143 153 83
Влагоемкость, % 164 165 83
Гигроскопичность, % 15,8 11,2 8,1
Влагоотдача, % 15,1 10,9 2,3
Примечание: НК - натуральная кожа; КК - композиционная кожа; СК - синтетическая кожа.
Рис. 3 и 4 иллюстрируют сравнение гигиенических свойств образцов (гигроскопичность, вла-гоемкость).
Гигроскопичность, %
■ Гигроскопичность, %
5.75 ] 1Д£ 1 2.31
нк1 КК1 СК1
Рис. 3 - Гигроскопичность обувных материалов: НК - натуральная кожа; КК - композиционная кожа; СК - синтетическая кожа
Влагоемкость, %
■ Влагоемкость, % 164,05 165,24
М 90,74
1
НИ КК1 СК2
Рис. 4 - Влагоемкость обувных материалов: НК -натуральная кожа; КК - композиционная кожа; СК - синтетическая кожа
Физико-механические свойства материалов имеют существенное значение, определяют комфортность и срок службы изделий. Деформационнопрочностные свойства образцов при одноосном растяжении испытывали на разрывной машине РТ-250М-2 по ГОСТ 17316-71, на однократный изгиб -на приборе ПЖУ-12М по ГОСТ 8977-59. Результаты измерений приведены в табл. 2.
Таблица 2- Физико-механические свойства материалов
Показатели Обувной материал
НК КК СК
Предел прочности при разрыве, МПа 23,4 33,9
Напряжение при появлении трещин, МПа 23,4 30,0
Относительное удлинение при разрыве, % 68,5 5,3
Тягучесть, % 24,5 31,3
Модуль упругости 14,7 32,6
Жесткость при растяжении, сН 240,4 421,1
Упругость, % 66,0 85,0
Искусственные (композиционные) кожи не могут в полной мере конкурировать с натуральными, они хуже по гигиеническим свойствам, устойчивости к многократным воздействиям, способности к формованию.
Синтетические кожи по грифу сходны с натуральными; с целью улучшения гигиенических характеристик их выпускают с пористым или пористо-монолитным покрытием. Наименьшей прочностью обладают синтетические кожи на волокнистой основе, поэтому их упрочняют тонкой армирующей тканью. По физико-механическим свойствам этот вид обувных материалов близок к натуральной коже, системы с сообщающимися порами
делают их иногда по гигиеническим свойствам лучше искусственных кож.
Существенным преимуществом композиционных кож является более низкая себестоимость производства изделий. Именно поэтому производители, особенно китайские, используют композиционные кожи на детали верха обуви. Однако, исследования показали, что композиционные кожи не являются прямым аналогом натуральной кожи, и, следовательно, производители должны доводить эту информацию до потребителя.
Литература
1. Тихонова Н.В. К вопросу о повышении формоустойчи-вости обуви с верхом из комплексного материала на основе натуральной кожи / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. -№24.
- С.53-56.
2. Тихонова Н.В. Применение неравновесной низкотемпературной плазмы для повышения качества комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. -№22. - С.28-31.
3. Кошелева О. Э., Попова Е. Н. Синтез и использование производных полигексаметиленгуанидина в кожевенном и меховом производстве [Текст]// Кожа и обувь. - 2005.
- № 4. - С. 42-44.
4. Методы микробиологического контроля парфюмернокосметической продукции. Методические указания МУК 4.2.801-99 [Текст]. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора России, 2000. - 35 с.
5. Кошелева О.Э., Бекк Н.В., Белова Л. А. Оценка эксплуатационных характеристик пакетов материалов верха обуви. [Текст]//Дизайн и технологии - 2010. - № 19 (61)
- С. 49-53.
© Н. В. Бекк- д.т.н. проф. зав. КИК (филиал) МГУДТ, 8арг 415@mail.ru, О. Э. Кошелева - д.т.н., проф. каф. химии, Сибирский государственный университет путей сообщения; В. А. Володин - к.ф-м.н. ст. науч. сотр. Института физики полупроводников Сибирского Отделения Российской Академии Наук, доц. Новосибирского государственного университета; Л. Ю. Махоткина - д.т.н., проф. каф. КОиО КНИТУ.
