Шкірзамінник (шкірозамінник, штучна шкіра, дермантин, замінник шкіри...)

Discovery - про шкірзамінник

 

---

 

ШТУЧНА ШКІРА – ЩО ЦЕ ТАКЕ

Штучні шкіри - типи, будова, властивості та застосування

ВСТУП

Сучасну людину оточує величезна кількість різноманітних товарів, виробів, матеріалів, отриманих з використанням високомолекулярних сполук (полімерів) - речовин з високою молекулярною масою від декількох десятків тисяч до декількох мільйонів, що володіють унікальним комплексом властивостей. Сполуки цього класу, а саме природні білки, складають основу всього живого на Землі і разом з іншим природним полімером - целюлозою здавна визначали життєдіяльність і життєзабезпечення людини.

Так, на початковому етапі становлення людства шкури тварин, а пізніше і вироблена з них натуральна шкіра використовувалися людиною для отримання предметів домашнього вжитку. Прогрес людства, що супроводжувався не тільки зростанням потреб кожної людини, але і виникненням складних екологічних проблем, неминуче призвів до браку природної сировини, що перш за все створило проблеми у виробництві взуття та одягу.

Відповіддю цивілізованої людини стала розробка і організація промислового виробництва штучних шкір - спочатку тільки для використання в якості замінників натуральних шкір, а потім і для вирішення великої кількості інших завдань, причому в кожному конкретному випадку були отримані матеріали з необхідним комплексом властивостей. І для створення таких матеріалів знов-таки були обрані високомолекулярні сполуки, які й визначили все різноманіття сучасних штучних шкір як складних багатокомпонентних полімерних композитних матеріалів. Спробуємо дати визначення таких матеріалів.

Штучна шкіра (ШШ) - це широке коло композитних полімерних матеріалів, що застосовуються для виготовлення взуття, одягу, головних уборів, галантерейних виробів, а також численних матеріалів і виробів технічного призначення, покликаних як заповнити дефіцит натуральної сировини, і перш за все натуральної шкіри, так і надати відносно дешеві матеріали різноманітного призначення, часто з унікальними і специфічними властивостями.

Галузь науки і промисловості, що займається створенням і випуском ШШ, пов'язана з наукою і технологією отримання та переробки полімерів і спирається на досягнення в цій галузі. Тому вона володіє практично необмеженою сировинною базою, яка постійно розширюється. Що, у свою чергу, визначає необмежені можливості її розвитку.

У той же час сама ця галузь і вироблені нею ШШ є сировинною базою і визначають прогрес у виробництві взуття, одягу, галантереї, розвиток поліграфічної, електротехнічної промисловості, транспортного машинобудування, багатьох інших галузей промисловості, а також сільського господарства.

Трошки історії

Першим праобразом матеріалів з ШШ, цілком ймовірно, було "взуття", яке формували прямо на своїх ногах аборигени Південної Америки. Вони вмочували ноги у сік бразильської гевеї, що представляє собою латекс (водну дисперсію) натурального каучуку. І як би продовжуючи цю традицію, першими штучними матеріалами, які заміняють натуральну шкіру, були гуми, одержувані спочатку на основі натурального, а потім і синтетичних каучуків.

Широкий розвиток виробництва ШШ починається з 30-х років XX століття. Поступово в їх виробництво крім каучуків залучаються все нові і нові полімери, такі, як полівінілхлорид (ПВХ), поліолефіни, поліаміди (ПА) та ін. В даний час одними з найбільш перспективних полімерів є поліуретани (ПУ). Розробляються й удосконалюються процеси отримання ШШ, створюються машини і механізми для їх виготовлення, проводяться роботи з автоматизації та роботизації виробничих процесів, створюються все нові і нові штучні матеріали для різних сфер застосування.

ШШ, що виробляються в даний час в різних країнах відзначаються величезною різноманітністю, відрізняються один від одного за зовнішнім виглядом, будовою і структурою, сировиною, способам отримання та іншими ознаками. Автор цієї статті взяв би на себе непосильну задачу, коли спробував би описати всі види такого роду матеріалів. Його завдання полягає в тому, щоб дати читачеві найбільш загальні відомості про ШШ та оцінити їх місце серед інших полімерних матеріалів, звернувши особливу увагу на загальні принципи і наукові основи їх створення та можливості використання.

ЯКІ ВОНИ БУВАЮТЬ ЗАРАЗ?

В світі дію зараз класифікація ШШ, в основу якої покладені експлуатаційні і споживчі властивості. З декількох існуючих класифікацій виберемо основні - за технологічного ознакою (або характером виробництва) і призначенням.

За характером виробництва розрізняють м'які штучні і синтетичні шкіри, синтетичні матеріали для низу взуття, штучні жорсткі шкіри типу картону. За призначенням виділяють галантерейні, взуттєві, одежні, оббивні, декоративно-господарські, технічні, палітурні матеріали і плівку. Крім того, матеріали можна класифікувати і за видом полімеру, що застосовується при виготовленні. Тоді розрізняють матеріали на основі ПУ, ПВХ, ПА, нітроцелюлози (НЦ), термоеластопластів (ТЕП), каучуку або їх сумішей.

За будовою та структурі ШШ можуть бути пористими, монолітними і пористо-монолітними, одно-і багатошаровими, безосновні і на волокнистій основі, армованими і т.п. За умовами експлуатації ШШ можна розділити на звичайні, морозо-, тропіко-, вогне-, кислото-, луго-, водо-, жиро-, масло-, озоно-, бензо-, термо- і рвучкостійкі, віброгасильні, шумозахисні, електропровідні, антистатичні і т.д. За кольором розрізняють чорні і кольорові матеріали.

Вже одне перерахування можливих варіантів такого роду матеріалів дозволяє читачеві скласти уявлення про практично необмежені можливості при їх створенні та використанні.Продовжимо нашу подорож у світ цих дивних композитних матеріалів, що увібрали в себе практично всі сучасні досягнення та підходи до переробки полімерів та створення структури і комплексу властивостей матеріалів, що одержуються на їх основі.

Штучна м'яка і синтетична шкіра

М'які штучні шкіри - це композитні полімерні матеріали, що одержуються шляхом обробки волокнистих основ різними полімерними композиціями: розплавами, розчинами, дисперсіями, пластизолями (полімерні пасти, що представляють собою дисперсії полімерів у пластифікаторах) і т.п. Випускають такі матеріали найрізноманітнішого призначення у вигляді рулонів і аркушів. Залежно від призначення створюють ШШ різної будови (одно-і багатошарові) і структури (пористі, монолітні, пористо-монолітні).

Технології виготовлення м'яких ШШ вкрай різноманітні. Нижче приведена принципова схема їх отримання.

Підготовка волокнистої основи

Волокниста основа - важливий елемент конструкції, в значній мірі визначає властивості м'яких ШШ. У цій якості використовують різноманітні тканини, трикотаж, папір і різні неткані матеріали, отримані з різноманітних за хімічною природою як натуральних, так і штучних та синтетичних волокон.

Тканини представляють собою текстильні полотна, найважливішою характеристикою яких є характер плетення ниток, тобто є певний порядок чергування перекриттів поздовжніх (основних) ниток з поперечними. У виробництві ШШ використовують тканини полотняного (або гарнітурного), саржевого (або кіперного) і атласного (або сатинового), а також інших більш складних способів плетіння. Тканини досить дорогі, можуть мати різні вади, а також різну здатність до розтягування по основі і качку (анізотропія властивостей). Все це негативно позначається на формувальних властивостях ШШ, що отримують з їх використанням.

Трикотаж - це вязаное полотно, яке створюється однією системою ниток шляхом утворення петель на трикотажній або в'язальної машинах. Трикотаж відрізняється більшою, ніж тканини, розтяжністю та еластичністю. Цей м'який матеріал легко формується і володіє високою поглинаючою здатністю і теплозахисними властивостями.

Неткані матеріали являють собою текстильні полотна (волокнисті полотна), отримані без операції ткацтва. У таких матеріалах волокна або нитки з'єднані одні з одними шляхом різних механічних або фізико-хімічних операцій. Для виготовлення нетканих матеріалів використовують різні бавовняні, віскозні, поліамідні, поліефірні, поліпропіленові та інші волокна, а також низькосортні волокна різного походження та відходи.

З великого числа різних способів формування нетканих матеріалів у виробництві ШШ частіше за інші використовують аеродинамічний (за допомогою потоку повітря) спосіб укладання волокнистого полотна з подальшим його зміцненням методом колкоспроколювання.

Для ще більшого ущільнення і зміцнення волокнистих основ у виробництві ШШ їх просочують різними полімерними композиціями (розчинами, дисперсіями полімерів і т.п.).В даний час саме неткані основи переважають у виробництві ШШ різного призначення, а зусилля дослідників направлені на підвищення їх якості.

Папір завдяки гладкі рівній поверхні дозволяє наносити полімерні покриття малої товщини. Область використання ШШ на паперовій основі звужують низька міцність і мала розтяжність паперу, а також його висока здатність вбирати вологу . Матеріали такого роду використовують, зокрема, для виготовлення книжкових палітурок.

Нанесення полімерних покриттів

Загальні принципи нанесення полімерних покриттів з різних композицій полягають у їх рівномірному розподілі і фіксації на поверхні несучого матеріалу, в даному випадку на поверхні волокнистої основи.

При отриманні м'яких ШШ покриття наносять з розплавів, розчинів і дисперсій полімерів - як латексів, так і пластизолів. При цьому використовують різні технологічні методи і різноманітне обладнання. Проникнення полімеру в покриття може бути як наскрізним, так і поверховим. Часто використовують поєднання наскрізного просочування волокнистої основи з наступним нанесенням особового полімерного покриття.

Для отримання пористої структури полімерного покриття використовують різні способи пороутворення, такі, як механічне спінення, хімічне спінення шляхом розкладання пороутворювача, вимивання водорозчинних солей, фазовий поділ розчинів полімерів, спікання порошкоподібних полімерів, перфорування та ін. В залежності від обраного способу пороутворення може бути отримана різна структура пор: замкнута (чарункова із закритою системою пор), губчаста (з відкритими сполученими порами) і поєднує в собі закриті та відкриті пори різних форм, розмірів і т.п. Поверхнева щільність (маса одного квадратного метра матеріалу) м'яких ШШ в залежності від їх типу та призначення може мінятися в широких межах - від кількох десятків грамів до кілограма.

Для отримання покриттів м'яких ШШ використовують полімерні композиції на основі різних полімерів, таких, як еластомери (каучуки), полівінілхлорид, поліаміди, нітроцелюлоза, поліуретани, і відповідно в їх назві фігурують приставки еласто-, вініл-, амідо-, нітро-, уретан- штшкіра.

Важливе місце серед м'яких ШШ займає велика група матеріалів на основі поліуретанів, створення, виробництво і використання яких постійно розвиваються і удосконалюються. В Японії та країнах Південно-Східної Азії тільки до такого роду матеріалів відносять сам термін "штучна шкіра". А серед таких ШШ, у свою чергу, особливе місце займають мікропористі штучні матеріали, що нагадують за своїм виглядом натуральну шкіру, найбільшою мірою наближаються до неї по комплексу показників гігієнічних властивостей і забезпечують найбільший комфорт при їх використанні в якості матеріалів для виробництва одягу і взуття. Такі шкіри часто називають поромерними або поромериками. Вперше такі матеріали були створені в 1963 році фірмою "DuPont" (США) і в 1964 році фірмою "Kuraray" (Японія) під торговими марками Corfam і Clarino відповідно. В даний час такі матеріали з лицьовим покриттям і у вигляді замші випускають у різних країнах, лідируюче місце серед яких займає Японія (матеріали з торговими назвами Кларіно F, Астріно, Амара, Айкас та ін.) Такі матеріали отримують формуючи лицьове мікропористе покриття з розчинів поліефіруретанів на просоченій цими ж розчинами волокнистій нетканій основі.

Всі м'які штучні і синтетичні шкіри з лицьовим покриттям піддають остаточній обробці шляхом нанесення лакового або матуючого полімерного шару, тиснення, нанесення друкованого малюнка і т.п.

Синтетичні матеріали

Для низу взуття

В теперішній час більше 80% взуття (повсякденного, домашнього, модельного, спортивного) випускають з низом (підошви, підметки, каблуки, набійки, платформи) з різних полімерів.

Синтетичні матеріали для низу взуття групують наступним чином:

J матеріали з реакційноздатних композицій. Це матеріали, отримані за технологією гумового виробництва шляхом вулканізації сумішей на основі каучуків (взуттєві, монолітні і пористі гуми) та шляхом спінювання і затвердіння композицій на основі олігомерів (формованні пінополіуретани - ППУ);

J матеріали на основі термопластичних композицій (формування підошви з термо-і термоеластопластів).

Асортимент матеріалів для низу взуття надзвичайно великий. Вони розрізняються по структурі, властивостям, кольорах, умовами отримання, експлуатації, призначенням, випускний формі, методу прикріплення до верху взуття, способу отримання і т.п.

Взуттєві гуми

Взуттєві гуми пористі і непористі отримують шляхом пресової вулканізації при постійному або змінному тиску. До складу багатокомпонентної композиції для їх отримання входять каучук або суміш каучуків, що визначають основні фізико-механічні та експлуатаційні властивості гум, а також вулканізуючі агенти, пігменти, наповнювачі, пороутворювачі, пом'якшувачі, стабілізатори та ін.

При отриманні пористих гум до складу композиції обов'язково входить пороутворювач. У цьому випадку при вулканізації проходять одночасно процеси зшивання макромолекул і газонаповнення полімерної фази. Структура і комплекс властивостей пористих матеріалів будуть залежати від великої кількості факторів, головні з яких:

J природа і дозування пороутворювача. Від них залежать розчинність газу в полімері, обсяг і дисперсність газової фази, орієнтація і структурування полімеру при розкладанні пороутворювача;

J в'язкопружних властивостей і газопроникність полімерної фази;

J співвідношення швидкостей процесів пороутворення і структурування полімеру при фіксації форми виробу. Основне завдання при цьому - забезпечити швидке та ефективне зшивання полімеру, що утворює стінки мікропор, до їх злипання та витоку газу з системи;

J співвідношення внутрішнього тиску в порах і зовнішнього тиску. Це зумовлює зміна об'єму пор (бульбашок газу у полімері) на всіх етапах виробництва, зберігання і експлуатації пористих гум, і насамперед їх просідання, тобто зміну розмірів.

Властивості пористих гум (їх легкість, висока пружність, міцність, зносостійкість, теплозахисні характеристики тощо) визначаються їх структурою - наявністю мікропор з надлишковим тиском газу, орієнтацією макромолекул полімеру в стінках пор, а також властивостями власне гуми.

Взуттєві гуми виготовляють з композицій на основі натурального і синтетичних каучуків. В якості останніх найчастіше використовують сополімерні бутадіенстирольні каучуки, ізопренові, бутадієнові та їх суміші.

Формованні пінополіуретани

Формованні матеріали для низу взуття на основі поліуретанів виробляють методом хімічного формування (вільного лиття) композиції на основі олігомерів. При цьому одночасно протікають процеси синтезу полімеру, спінювання і затвердіння полімерної композиції, формування та фіксації форми деталей низу або взуття в цілому.

Такого роду технологічний процес є найбільш прогресивним з технічної, енергетичної та економічної точок зору і дозволяє до мінімуму скоротити число операцій. Існують два конкуруючі напрями:

J виготовлення підошви з подальшим приклеюванням її до верху взуття;
J формування таких підошов безпосередньо на заготівлі верху взуття, закріпленої у формі.

Вихідними компонентами при цьому є низьковязкі олігомерні сполуки, процес отримання ППУ включає дві стадії, і його хімізм зводиться до наступного. На першій стадії розвивається реакція між вихідними диізоціанатами і ди-або поліольними сполуками, в якості яких виступають прості або складні олігоефіри, що містять на кінцях ОН-групи. У результаті утворюється так званий форполімер (преполімер) у вигляді макродиізоціаната (або подовженого диізоціаната) за схемою:

m " O=C=NzRzN=C=O + n " HOzR' zOH

O=C=N-[zRzNH-CO-OzR' zO-CO-NHzRz]n-N=C=O

На другій стадії відбувається взаємодія цього макродіізоціаната з тим, що шиють (структуруючим) агентами та подовжувачі ланцюга, у якості яких виступають вода, діоли, діаміни і т.п. При цьому отримують або лінійний ПУ, або сітчастий вулканізат з просторовою структурою.

На другій стадії відбувається взаємодія цього макродиізоціаната з агентами, що зшивають (структурують) та подовжувачами ланцюга, у якості яких виступають вода, діоли, діаміни і т.п. При цьому отримують або лінійний ПУ, або сітчастий вулканізат з просторовою структурою.

В останні роки все більшого поширення набувають синтетичні матеріали для низу взуття на основі термопластів (полівінілхлориду, поліамідів, поліпропілену та ін) і термоеластопластів різного складу, що одержують шляхом формування виробів методом лиття на термопласт-агрегатах.

Типи картону

Цей вид ШШ являє собою листовий матеріал з поверхневою щільністю понад 200 г/м2. Він складається з відносно коротких волокон різної природи, пов'язаних між собою силами міжмолекулярної взаємодії (адсорбційними силами) і полімерним сполучником.

Розрізняють ШШ типу картону для взуття, точніше, для внутрішніх деталей взуття (устілки, задники, простилки), для галантерейних виробів, валіз і т.п. Зазвичай таку шкіру називають просто картоном.

Сировиною для взуттєвих картонів є так зване шкіряне волокно, яке одержують шляхом розмолу відходів натуральних шкір, целюлозні і бавовняні волокна, утворені при розмолі брухту, макулатури та відходів швейного виробництва.

За способом виробництва розрізняють:

* Картони мокрого способу виробництва, що формуються шляхом одно-або багатошарового відливу за технологією паперового виробництва;

J картони сухого способу виробництва, що виробляються за технологією формування нетканих полімерних матеріалів, що розглядалися вище.

Всі картони мокрого способу виробництва з використанням полімерного сполучника отримують проклеювання. Процес полягає в тому, що водна дисперсія полімеру змішується з водною дисперсією добре розмелених волокон і після видалення вологи шляхом відливу на спеціальних, наприклад довгосіточних, машинах і подальшої сушки. У результаті виходить єдине однорідне полотно, в якому полімерний сполучник грає роль клею, що скріплює полімерні волокна в місцях їх контакту.

Це складний багатоступінчастий процес, досить трудомісткий і пов'язаний з використанням великих кількостей води (на отримання 1т картону потрібно від 300 до 800 м3 води). Метою його є отримання високоякісного картону у вигляді листів товщиною 1,3-1,7 мм, міцного, жорсткого, еластичного, стійкого до стирання з певною вологостійкістю.

Частіше за інших для проклеювання використовують водні дисперсії каучуків - латекси, такі, як натуральний, сополімерний бутадієну з вініледенхлоридом, бутадіенстирольний та ін..

Найбільший вплив на властивості картонів має характер розподілу в них полімерного сполучника. З трьох можливих видів такого розподілу, кращою є точкова структура. У цій структурі значна частина сполучника розташована в основному в місцях переплетення волокон у вигляді точкових зон зв'язування. Тоді ступінь використання сполучника близька до оптимальної, волокна зберігають свою рухливість, а матеріал в цілому - пористість і поглинаючу здатність.

При отриманні картонів сухого способу виробництва використовують сухий розмол шкіряних волокон у повітряному середовищі з подальшим їх розпушення і потім формують волокнисте полотно на голкопробивних машинах, як і у випадку отримання нетканих матеріалів. При цьому можна використовувати суміш різних волокон, наприклад: шкіряних, віскозних і термоусадочних поліетиленових або полівінілхлоридних. Картони сухого способу виробництва володіють великою пористістю і кращими гігієнічними характеристиками. Останнім часом для виготовлення внутрішніх деталей взуття були розроблені і створені термопластичні матеріали, які одержують за традиційною технологією виробництва листів і плівок на звичайному валкової обладнанні. Такі матеріали отримують на базі одного або суміші декількох полімерів, в якій кожен полімер виконує свою функцію у формуванні властивостей виробу. Ці матеріали володіють еластичністю, міцністю, формостійкістю, високою адгезією до шкіряних і текстильних матеріалах (що виключає операції нанесення клею при формуванні взуття), низькими температурами розм'якшення і не вимагають попереднього формування виробу.

 

ВИСНОВОК

Як випливає з викладеного, штучні шкіри представляють собою складні багатокомпонентні композитні матеріали різноманітного призначення і складу. Тому не дивно, що створення наукових основ їх отримання та формування виробів з них грунтується на фундаментальних досягненнях фізики, хімії та фізичної хімії полімерів. Сьогодні ця область полімерної науки і технології продовжує активно розвиватися. Отримані в цей час результати дозволили фактично вирішити глобальне завдання заміни натуральних шкір їх штучними аналогами, які аж ніяк не поступаються першим, а при вирішенні окремих завдань і перевершують їх. Все це веде до вирішення нагальних екологічних завдання - збереження живої природи.

 

 

За матеріалами сайту http://www.confytex.ru