CC BY
63
УДК 685.34.036
Л. Д. Валеева, А. И. Вильданова, Э. А. Гадельшина, Р. А. Габбасов
ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТЫ В ОБУВНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Ключевые слова: термоэластопласт, обувь, блок-сополимеры, обувная промышленность.
В статье рассмотрена возможность применения термоэластопластов в обувной промышленности.
Keywords: TPR, shoes, block copolymers, Shoe industry. In the article the possibility of application of thermoplastic elastomers in the Shoe industry.
С целью защиты ноги от внешних неблагоприятных воздействий человек с очень давних времен начал применять обувь, первоначально, разумеется, очень примитивную. На ранних ступенях общественного развития обувь делалииз одного куска материала, причем нужную форму ей придавали соответствующим выкроем этого куска, обертыва-ниемего вокруг стопы и последующим креплением в одном-двух местах. Сначала обувью служила кора дерева, перевязанная лыкомили каким-либо вьющимся растением. Позднее обувь изготовляли из куска шкуры, а также из той же коры дерева, но ужепутем переплетения волокон - по принципу из-готовлениялаптей.
Дошедшими до нас образцами древнейшей обуви являетсяобувь египтян, живших за 1500 лет до нашей эры. Первые образцы кожаной обуви -сандалии, отличающиесяот современных тем, что подошва на стопе держалась не с помощью специальной заготовки, а посредством переплетавшихся на ноге ремней. В дальнейшем обувь постепенно совершенствовалась. С открытием способов превращения сырой шкуры в кожу резко изменилась и техника изготовления обуви.
Большую роль в развитии обувного дела сыграло изобретение машин. Появление в обувном производстве машин, в первую очередь швейных (1855 г.), привело к значительному повышению производительности труда и к существенному изменению конструкций заготовки и низа обуви [1].
В настоящее время для получения подошв используются натуральная кожа, резина, термопластичная резина, термопластичные эластомеры, полиуретаны (ПУ), поливинилхлорид, этиленвинил-ацетат. Примерно 90% обуви изготавливается с подошвами из различных синтетических материалов. Это связано с недорогими и перспективными методами их крепления (клеевой, литьевой), которые позволяют автоматизировать процесс производства и снизить его трудоемкость.
Современные подошвы можно рассматривать как сложные системы, которые не только обладают лучшими защитными свойствами, но и значительно улучшают эргономические свойства обуви. Подошва для современной обуви производится из натуральных и синтетических материалов. Отличительной особенностью полимерных подошв является: хорошая термостойкость при воздействии высоких температур и сохранение эластичности при низких; стойкость к воздействию растворителей, щело-
чей, кислот, света, микроорганизмов; высокая степень электроизоляции; высокая прочность при разрыве и устойчивость к многократному изгибу. Конкретный полимерный синтетический материал, применяемый для подошвы, имеет свои характеристики, которые обеспечивают различные эргономические свойства обуви. Так, для обеспечения фрикционных свойств обуви при выборе материалов для подошвы необходимо обращать внимание на следующие показатели свойств материала: сцепление с мокрым грунтом и снегом, морозостойкость, термостойкость, устойчивость к многократному изгибу [2].
Композиции на основе термоэластопластов (ТЭП)- сравнительноновые материалы для низа обуви, которые с начала 70-х годовXX века постепенно вытесняют резины во многих видах повседневнойо-буви. Это объясняется рядом их уникальных свойств,сочетающих эластичность, износостойкость и морозостойкостьрезин со способностью перерабатываться как термопласты. Такоесочетание свойств композиций на основе термоэластопластовобуслов-лено строением основного полимера композиции -термоэластопласта.
Термоэластопласты представляют собой блок-сополимерыструктуры А - Б - А или А - Б - С - Б - А, где А - термопластичный блок, Б - эластич-ныйблок, С - агент полимеризации. В начале 60-х годах прошлого столетия началосьпроизводство ТЭП на основе этилена и винилацетата. В качестве блока А используют полистирол, полипропилен, полиметилметакрилат, поливинилхлорид и др., в качестве блока Б - полиизопрен, полибутадиен, по-лиизобутилен и др. От термопластов ТЭП отлича-ютсянизкими остаточными удлинениями, высоким сопротивлением истиранию и коэффициентом трения. Наиболее широко применяют трехблочные ди-винилстирольные термоэластопласты ДСТ-30, ДСТ-50 и ДСТ-75 их используют для производства пористых формованных подошв. Также используются изопренстирольные ИСТ-20, ИСТ-30, дивинилме-тилстирольные ДМСТ-30. Оптимальными свойствами обладают трехблочные полимеры с содержанием стирола 20 -30 %. Для улучшения технологичности (перерабатываемости), снижения стоимости и улучшения некоторых свойств в ТЭП вводят мягчи-тели, наполнители, порообразователи, стабилизаторы, красители и т.п. [3].
Полимерные композиции ТЭП «ТОПО-ГАН» изготавливают по ТУ 8741-072-00300191- 95
двух марок: А - для литья низа обуви клеевого, клее-прошивного, бортового методовкрепления, В -для литья на заготовку верха обуви. Пористые формованные подошвы наоснове ТЭП отличаются стабильностью размеров, в отличие от пористых резин, износостойкостью, уступают только подошвам из ПУ, более высоким сопротивлениемскольжению по сравнению с ПУ подошвами, морозостойкостью до -20оС и стойкостью кизгибам [3].
Структурная формула бутадиенстирольного (дивинил-стирольного) термоэластопласта представлена на рисунке 1.
Патистнридькый блик
н 1 н 1
1 —с -с—
[1 О
л
н 1 н 1
—с 1 1 —с—
г
-ни
Иолистнрпльный Пплийугллиенчный блок блок
н н н н
1111 —с—с=с—с-I I
н н
Рис. 1 - Структурная формула бутадиенстироль-ного (дивинил-стирольного) термоэластопласта
Благодаря расположению на концах макромолекул блоксополимера полистирольных блоков образуется специфическая структура термоэласто-пластов, при формировании которой полистироль-ные блоки вследствие их химического сродства агрегируются внадмолекулярные образования (домены), играющие роль узлов трехмерной структуры. Схематическая структура бутадиенстирольного термоэластопласта и его электронная микрофотография представлены на рисунке 2.
Такая структура термоэластопластов объясняет сочетание их эластических свойств со способностью перерабатываться подобно термопластам. При обычных температурах прочность термоэласто-пластов обеспечивается физическими (ван-дер-ваальсовыми) связями термопластичных блоков в доменах, а эластичность - гибкостью эластичных блоков[4].
Рис. 2 - Схематическое изображение термоэластопласта (а) и ее микрофотография (б): 1 - полистирольные блоки; 2 - бутадиеновые блоки; 3 - полистирольные домены
Поэтому блоксополимеры обладают способностью к большимобратимым деформациям. При повышенных температурахфизическиесвязи термопластичных блоков в доменах обратимо разрушаются, освобождая макромолекулы блоксополимера, который приобретает способность к течению. Одна-
ко при этом химическиесвязи между термопластичными и эластичными блоками сохраняются. Обратимость разрушения доменов означает возможность ихвосстановления при снижении температуры, в результате чего блоксополимер возвращает свои исходные свойства.
В частности, в обувной промышленности используются термоэластопласты, к которым в основном относятся блок-сополимеры стирола, сополимеры полиолефинов, полиуретаны и сополиэфи-ры. Быстрый рост рынка термоэластопластов специалисты объясняют успешным развитием блок-сополимеров стирола, когда возможно не только варьировать соотношения между жесткими и каучу-коподобными фазами, но и получать как линейные, так и разветвленные полимеры с различной молекулярной массой.
Преимуществом термоэластопластов является отсутствие усадки при литье, т.к. формирование пористой структуры происходит при температуре, превышающей температуру текучести полимера. Благодаря наличию монолитного наружного слоя твердость и истираемость подошв из термоэласто-пластов, в отличие от пористых изделий из резины, не зависят от плотности.
Следует отметить, что расплавы термоэла-стопластов обладают повышенной адгезией, что используется для непосредственного приформовы-вания низа к верху обуви. А возможность многократной переработки термоэластопластов позволяет использовать, не только отходы производства, но и изношенный низ обуви в качестве вторичного сырья, что экономит природные ресурсы. При этом подошвенные материалы наоснове термоэластопла-стов обладают высоким коэффициентом трения по асфальту, мокрым дорогам и снегу, что снижает риск травматизма в зимнее время [5].
Заключение
Эксперты отмечают, что на внутреннем рынке темп роста потребления термоэластопластов в последние годы составляет порядка 20% и в ближайшие годы может существенно превысить имеющиеся мощности. В данной работе рассмотрена возможность применения термоэластопластов в обувной промышленности. Термоэластопласты сочетают в себе эластичные свойства каучуков (способность к высокоэластическим деформациям и высокая морозостойкость) и термопластические свойства термопластов (высокая текучесть в расплавленном состоянии и способность перерабатываться литьевым способом).
Термоэластопластичные подошвы лишены недостатков резиновых подошв, низкой эластичности и морозостойкости ПВХ-подошв, однако подвержены быстрому озонному, световому и атмосферному старению.
Литература
1. Шув И.И. Общая технология обуви, издание второе. Изд. научно-технической литературы легкой промышленности, Москва, 1963.
2. Никитина Л.Л. Перспективные полимерные материалы в производстве обуви/ Никитина Л.Л., Гаврилова О.Е.// Вестник КГТУ - 2012. - Т.15, №15. - С.190-194.
3. НикитинаЛ.Л. Современные полимерные материалы, применяемые для низа обуви/НикитинаЛ.Л., Гарипова Г.И., Гаврилова О.Е.//Вестник КГТУ. - 2011. - №6. -С.150-154
4. Караванов П.С., Жихарев А.П., Белгородский В.С. Полимерные материалы для деталей низа обуви. - М.: КолосС, 2008.
5. Современные термопластичные эластомеры для низа обуви / Фомченкова Л.Н. - «Кожевенно-обувная промышленность» №1, 2010, стр.18-19
© Л. Д. Валеева - ст. препод. каф. дизайнд КНИТУ, [email protected]; А. И. Вильданова - ст. препод. той же кафедры, [email protected]; Э. А. Гадельшина - ст. препод. той же кафедры, [email protected]; Р. А. Габбасов - доцент, ч.с.х. той же кафедры, [email protected].
