Київський національний торговельно-економічний університет

Галько Світлана Василівна

УДК 620.2:675.8

Товарознавча оцінка споживних властивостей

нової штучної шкіри

Спеціальність 05.19.08 – товарознавство промислових товарів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ–2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному торговельно-економічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор

Фабуляк Федір Григорович

Київський національний торговельно-економічний університет, професор кафедри товарознавства та експертизи непродовольчих товарів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Нестеров Владислав Петрович

Українська технологічна академія, президент

кандидат технічних наук, доцент

Дудла Іраїда Олександрівна

Чернігівський державний технологічний університет, завідувач кафедри товарознавства та комерційної діяльності

Провідна установа: Львівська комерційна академія Укоопспілки,

кафедра товарознавства непродовольчих товарів, м. Львів

Захист відбудеться “26” квітня 2005 року об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.055.02 при Київському національному торговельно-економічному університеті за адресою: 02156, м. Київ, вул. Кіото, 19.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного торговельно-економічного університету за адресою:

02156, м. Київ, вул. Кіото, 19.

Автореферат розісланий “25” березня 2005 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Є. В. Тищенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сучасному етапі розвитку науки і техніки все частіше постають проблеми, пов’язані зі створенням нових товарів народного вжитку та промислового призначення, які мають високі споживні властивості та водночас є екологічно нешкідливими. Поряд з цими актуальними проблемами тісно пов’язані завдання розробки нових підходів до створення нових товарів, формування і регулювання споживних властивостей та створення товарів з бажаними споживними властивостями. Слід зазначити, що важливим завданням є також технології виробництва високоякісних товарів з енерго- та працезаощаджувальними технологічними процесами.

Промислове виробництво штучних шкір протягом свого розвитку намагалося використати різні полімери для покриття штучних шкір, але недостатньо здійснювалася товарознавча оцінка споживних властивостей цього широкого асортименту штучних шкір, тому з часом ці полімери не набули поширення у цій галузі. Практично, протягом усього періоду існування штучних шкір, ця галузь не розвивалася у напрямку дослідження та використання наповнених сумішей полімерів в якості плівкоутворювачів для штучних шкір. Напрямки досліджень зводилися до усунення недоліків існуючих штучних шкір. У наш час споживачам пропонуються штучні шкіри з поліуретановим та полівінілхлоридним покриттям при складній технології виробництва яких застосовуються органічні розчинники й токсичні сировинні матеріали.

В умовах докорінних змін поглядів провідних країн світу на шляхи забезпечення нешкідливого впливу на навколишнє середовище та людей, необхідні сучасні підходи для створення нових видів штучних шкір і, зокрема, наповнених полімерних композицій для виготовлення штучних шкір, оскільки існуючі напрями, які застосовувалися при розробці нових різновидів штучних шкір, вичерпали себе і не можуть бути використані у реаліях сьогодення. Це важливе та складне завдання потребує вирішення. Тому розробка нових штучних шкір з використанням сумішей полімерів у водному середовищі із застосуванням екологічно чистих енергозаощаджувальних технологій на сьогодні є вельми актуальною проблемою.

Виходячи з вищевикладеного і базуючись на узагальненні принципів формування нових плівкоутворюючих речовин і композицій, створено нову екологічно чисту штучну шкіру з високими споживними властивостями та обґрунтовано підходи щодо її виготовлення. Нова штучна шкіра одержується нанесенням на текстильну основу наповненої полімерної композиції, яка містить каучук в латексі, суміщений з полімером в емульсії, який має складноестерні групи.

Важливість створення широкого асортименту товарів народного вжитку і промислового призначення з використанням наукової бази товарознавства і концепцій плівкоутворюючих речовин пов’язана з цінним комплексом експлуатаційних характеристик товарів, економічними і екологічними факторами, що і зумовило необхідність здійснення комплексної товарознавчої оцінки споживних властивостей отриманої нової штучної шкіри, викладеної в дисертаційній роботі.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно з планом наукових робіт у Київському національному торговельно-економічному університеті за темами „Формування асортименту непродовольчих товарів, сировини та матеріалів, як об’єктів експортно-імпортних операцій” (2001–2003рр.) та „Розробка теоретичних основ та практичної методики оцінювання якості штучних шкір” (2003р.).

Мета і завдання наукових досліджень. Метою роботи є товарознавча оцінка споживних властивостей нової штучної шкіри з поліпшеними властивостями, одержаної на основі полімерних композицій у водному середовищі.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі завдання:

· проаналізувати асортимент, споживні властивості існуючих штучних шкір та способи їх поліпшення, виявити основні підходи щодо створення нових штучних шкір;

· вивчити структуру нових полімерних покриттів шляхом оцінки частот смуг поглинання валентних і деформаційних коливань функціональних груп та оптичних густин методом ІЧ-спектроскопії, а також визначенням ефективної в’язкості, напруг зсуву, тиксотропії сумішей полімерів для штучних шкір;

· дослідити функціональні властивості нової штучної шкіри, а саме: теплофізичні, діелектричні та механічні;

· оцінити ергономічні властивості нових штучних шкір;

· дослідити токсиколого-гігієнічні властивості нової штучної шкіри;

· здійснити промислову апробацію з визначенням соціально-економічної ефективності нових штучних шкір.

Об’єктом дослідження є штучні шкіри на основі полімерів природного і синтетичного походження та тонкодисперсних наповнювачів.

Предметом дослідження є функціональні, ергономічні, надійністні властивості та ознаки безпеки використання нових штучних шкір.

Методи дослідження. Поставлені у дисертації завдання виконано з використанням ІЧ-спектроскопічного, реологічного, теплофізичних, фізико-механічних методів. Визначення морозостійкості, жорсткості, стійкості до багаторазового згину, стійкості до стирання, світло-теплового старіння, твердості, коефіцієнта тертя, паропроникності, гігроскопічності та вологовіддачі проводилися на існуючих приладах за стандартними методиками. Визначення санітарно-хімічних й токсикологічних показників здійснювалися відповідно до методів санітарно-епідеміологічної експертизи.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше створено штучні шкіри на основі натурального латексу та полівінілацетатної емульсії у водному середовищі при високому ступені гомогенізації суміші та проведено товарознавчу оцінку функціональних, ергономічних, надійністних властивостей та ознак безпеки цих матеріалів. Експериментально доведено можливість отримання штучних шкір на основі тонкогомогенізованої суміші полімерів з високими показниками експлуатаційних властивостей.

Реологічним і ІЧ-спектроскопічним дослідженням концентраційних залежностей в’язкості, напруг зсуву та оптичних густин на структурно-молекулярному рівні визначено екстремальні значення, що відповідають оптимальному рецептурному складу в системах поліізопрен-полівінілацетат, що дозволило здійснити комплексну товарознавчу оцінку створеної нової штучної шкіри.

Виявлено, що для поліпшення структури полімерних композицій у вихідних сировинних матеріалах слід використовувати технічний вуглець та білу сажу в кількості 20 мас.%.

Базуючись на результатах досліджень створеної при високому ступені гомогенізації з наповнювачами нової штучної шкіри, визначено раціональний рецептурний склад вихідної полімерної композиції.

Встановлено закономірності впливу полівінілацетату на функціональні й ергономічні властивості штучних шкір та запропоновано математично описані залежності показників жорсткості, стійкості до багаторазового згину, зносостійкості покриття, а також паропроникності, гігроскопічності, вологовіддачі нових штучних шкір від вмісту полівінілацетату у полімерній композиції покриття.

Виявлено низький рівень накопичення електростатичного заряду в полімерному покритті штучної шкіри за рахунок зменшення поляризаційних ефектів, оцінених діелектричною проникністю.

Дослідженнями теплофізичних властивостей виявлена зміна температуропровідності та стійкості до низьких температур залежно від композиційного складу штучної шкіри, встановлено відповідність штучних шкір експлуатаційним вимогам.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено перспективні способи і технологічні основи виготовлення нової екологічно чистої штучної шкіри. Результати досліджень суміші полімерів дали можливість розробити нову рецептуру плівкоутворюючої композиції на основі полімерів у водному середовищі. Випущено дослідну партію штучних шкір у промислових умовах на базі ВАТ ”Київський завод гумових та латексних виробів”.

Особистий внесок здобувача полягає у загальному визначенні мети, завдань та програми досліджень; виборі об’єктів та методів досліджень; безпосередній участі у проведенні експериментальних досліджень у лабораторних умовах; в узагальненні та інтерпретації одержаних результатів; формулюванні висновків дисертаційної роботи в цілому; участі в розробці нової штучної шкіри та виготовленні дослідної партії штучних шкір.

Результати досліджень, виконані у співавторстві, одержані при безпосередній участі автора на всіх етапах роботи.

При дослідженні нових штучних шкір на екологічну безпеку спільно з науковцями Інституту екогігієни і токсикології ім. Л. І. Медведя авторові належить наукова аргументація вибору та підготовки об’єктів досліджень, аналітична обробка отриманих результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на IV Всеукраїнській конференції „Фундаментальна і професійна підготовка фахівців з фізики” (м. Миколаїв, Миколаївський державний педагогічний університет, 15–17 вересня 1999 р.); Всеукраїнській науковій конференції молодих вчених та студентів „Наукові розробки молоді на сучасному етапі” (19–21 квітня 2004 р., м. Київ, Київський національний університет технологій та дизайну); 2-ій Міжнародній науково-технічній конференції „Композиційні матеріали” 5 липня 2001 р. (Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”); 12-ій Міжнародній науково-практичній конференції „Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (20–23 листопада 2002 р., м. Миргород Полтавської обл.); Міжнародній науково-практичній конференції „Товарознавство та ринок споживчих товарів у 3-му тисячолітті” (14–15 жовтня 2004 р., м. Донецьк, Донецький державний університет економіки і торгівлі ім. М. І. Туган-Барановського); Науковій конференції професорсько-викладацького складу та аспірантів Київського національного торговельно-економічного університету за підсумками науково-дослідної роботи за 2001–2002 рр. (м. Київ, КНТЕУ, 5–6 березня 2003 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 6 наукових статей, з них 5 – опубліковані у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертацію викладено на 126 сторінках друкованого тексту, яка складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку літератури та додатків. Роботу ілюстровано 16 таблицями та 29 рисунками. Список літератури складається із 138 назв.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і завдання дослідження, показано наукову новизну та практичну цінність роботи.

У першому розділі „Формування нового асортименту штучних шкір”, спираючись на результати досліджень вітчизняних та зарубіжних вчених, проаналізовано основні підходи до одержання штучних шкір нового асортименту. Найбільш поширеним підходом визнано використання модифікованих полімерних композицій, а одним із перспективних методів модифікації властивостей полімерів – отримання сумішей полімерів.

У другому розділі „Об’єкти, послідовність та методи дослідження” сформовано об’єкти дослідження, наведено загальну схему досліджень (рис.1), надано коротку характеристику всіх етапів проведення експериментів з товарознавчої оцінки споживних властивостей нових штучних шкір, визначено методи дослідження.

Об’єктом дослідження були одержані нові штучні шкіри на основі полімерів природного і синтетичного походження й тонкодисперсних наповнювачів. З метою виявлення закономірностей формування і зміни їх споживних властивостей проведено дослідження вихідних сумішевих систем. В якості плівкоутворюючих речовин використовували суміш натурального латексу Revultex з вмістом вулканізуючого компонента та запобіжника старіння і полівінілацетату у водному середовищі.

Для проведення дослідження полімерних композицій штучних шкір були приготовлені композиції шляхом змішування при нормальній температурі натурального латексу і полівінілацетатної емульсії. Використовували композиції, в яких вміст полівінілацетатної емульсії становив до 60 мас.%. Отримані композиції були у вигляді суспензії білого кольору без розшарування.

Для проведення товарознавчої оцінки споживних властивостей нових штучних шкір були спеціально виготовлені дослідні зразки. На текстильну основу (бязь) наносилися полімерні композиції з наповнювачами до 20 мас.%, в яких співвідношення натурального латексу і полівінілацетатної емульсії становило 95:5 мас.%, 90:10 мас.%, 80:20 мас.%, 70:30 мас.%, 60:40 мас.%, 40:50 мас.%. Для порівняння досліджувалися штучні шкіри, одержані на основі вихідного латексу. При визначенні таких показників, як стійкість до стирання, коефіцієнт тертя, гігроскопічність та вологовіддача, з метою більш точного встановлення закономірностей впливу полімерних композицій на властивості штучних шкір, автором додатково досліджувалися зразки штучних шкір з полімерними композиціями, в яких співвідношення натурального латексу і полівінілацетатної емульсії становило 85:15 мас.%, 75:25 мас.%, 65:35 мас.%, 55:45 мас.%.

Експериментальні дослідження здійснювалися на базі Київського національного торговельно-економічного університету, Національного технічного університету України „КПІ”, Центральної митної лабораторії, НДІ „Еластик”, Національного педагогічного університету ім. М. П. Драгоманова, Українського науково-дослідного інституту переробки волокон. Токсиколого-гігієнічні дослідження було виконано разом з науковцями Інституту екогігієни та токсикології імені Л. І. Медведя.

Результати вимірювання експериментальних даних підлягали статистичному аналізу з метою виявлення та визначення випадкових помилок експерименту. Визначення довірчих інтервалів проводилося з використанням t-розподілу Стьюдента. Для обробки результатів

Рис. 1 Загальна схема досліджень

досліджень були використані стандартні пакети програм, що застосовуються в комп’ютерах типу IBM РC у середовищі Windows ME та стандартна інтегрована система Mathematica 3.

У третьому розділі „Дослідження полімерних композицій для штучних шкір” наведено характеристику вихідних компонентів полімерних композицій штучних шкір, описано результати ІЧ-спектрального аналізу полімерних композицій, викладено результати досліджень діелектричних та реологічних властивостей сумішей полімерів полімерних покриттів нових штучних шкір.

Порівняння ІЧ-спектрів сумішевих латексно- полівінілацетатних плівок (рис.2) свідчать, що проявляються зміни смуг поглинання 835см-1 , які відповідають деформаційним коливанням С–Н у фрагменті СН3С=СН–, а 1660 см-1 – валентним коливанням груп –С=С– поліізопрену. Для вказаних смуг поглинання по відношенню до смуги поглинання 2860 см-1,

Рис. 2 ІЧ–спектри: 1–вихідного поліізопрену (натурального латексу); 2–сумішевої композиції (80 мас.% поліізопрену та 20 мас.% полівінілацетату); 3– сумішевої композиції (60 мас.% поліізопрену та 40 мас.% полівінілацетату).

відповідно для кожного спектру (внутрішній стандарт), були розраховані оптичні густини. Результати досліджень, наведені на рис. 3. показали, що оптичні густини для обох смуг поглинання описуються залежностями практично однакового характеру з мінімумом при 15 мас.% полівінілацетату, це дозволило зробити заключення, що співвідношення компонентів 15 мас.% полівінілацетату : 85 мас.% натурального латексу є раціональним для виготовлення штучних шкір, оскільки має місце максимальна реалізація подвійних зв’язків.

Рис. 3 Залежність оптичних густин від вмісту полівінілацетату в сумішевих композиціях для смуг поглинання 835 см-1 та 1660 см-1

Результати реологічних досліджень показали великий спад в’язкості залежно від швидкості зсуву, що характерно для всіх досліджуваних зразків і відповідно має місце збільшення напруги зсуву. Якщо, як відзначалось в спектроскопічних дослідженнях, раціональний вміст полівінілацетату становить 15 мас.%, то в реологічних дослідженнях це значення вписується в характерні зміни концентраційних залежностей тиксотропії (рис. 4) з характерним проявом наявного максимуму при 20 мас.% полівінілацетату.

Рис. 4 Зміна площі гістерезисних петель залежно від вмісту полівінілацетатної емульсії в полімерній композиції натуральний латекс – полівінілацетат

Для досліджуваних нами систем, де рівняння Ньютона ? = з · г ?е виконується, тобто залежність напруги зсуву ? від швидкості зсуву ? є нелінійною, важливо визначити залежності зміни ефективної в’язкості ? і швидкості зсуву ?, а також напруги зсуву ? і швидкості зсуву ? від концентрації с сумішевих компонентів полімерної системи та отримати рівняння, які б описували ці залежності. З цією метою нами була використана стандартна інтегрована система Маthematica3.

З урахуванням проведених досліджень в'язкісних властивостей суміші (натуральний латекс – полівінілацетатна емульсія) у результаті апроксимації експериментальних даних були одержані залежності в тривимірному просторі (рис. 5, рис. 6) та отримані математичні моделі, які адекватно описують залежність реологічних параметрів від складу плівкоутворюючої композиції на основі суміші полімерів.

Рис.5 Залежність в’язкості ? від швидкості зсуву ? при різних вмістах с полівінілацетатної емульсії в полімерній композиції

Модель залежності в’язкості ? та швидкості зсуву ? від вмісту с полівінілацетатної емульсії в сумішевій системі (натуральний латекс – полівінілацетатна емульсія):

з:=? – а1г + ?2г2 – а3г3

де а: 157,896 +8,46527с – 0,0591508с2

а1: 8,82589 +0,585904с – 0,00471202с2

а2: 0,182898 +0,0127147с – 0,000102404с2

а3: 0,00118383 +0,0000830971с – 6,65914·10-7с2

Рис. 6 Залежність напруги зсуву ? від швидкості зсуву ? при різних вмістах с полівінілацетатної емульсії в полімерній композиції

Модель залежності напруги зсуву ? та швидкості зсуву ? від вмісту с полівінілацетатної емульсії в сумішевій системі (натуральний латекс – полівінілацетатна емульсія):

ф:=? + а1г –?2г2 + а3г3

де а: 5,32906 +0,389685с – 0,00325834с2

а1: 0,275359 - 0,00923736с + 0,000181431с2

а2: 0,00447308 - 0,0000989497с + 0,00000105441с2

а3: 0,0000248531 - 0,000000116482с + 1,05441·10-9с2

Одержані результати реологічних досліджень мають важливе товарознавче значення щодо вибору різних композицій для створення товарів заданих властивостей і їх регулювання гомогенізацією вихідних сировинних матеріалів.

Розгляд з позицій товарознавства діелектричної проникності, діелектричних втрат і пов’язаних з ними ефектів поляризованості проводився з метою виявлення відсутності чи незначної наявності відкладання, тобто накопичення сумішевим полімерним матеріалом електростатичного заряду. е' і tgд проявляють незначні збільшення в концентраційній залежності, тому має місце в основному орієнтаційна поляризація і накопичення статичної електрики є мінімальним.

Таким чином, наведені спектроскопічні, реологічні та діелектричні результати досліджень сумішей полімерів поліізопрен-полівінілацетату великої гомогенізації є основою створення нових штучних шкір і їх товарознавчої оцінки.

У четвертому розділі „Товарознавчі дослідження споживних властивостей нових штучних шкір” викладено результати досліджень функціональних властивостей (теплофізичних та механічних показників нових штучних шкір), ергономічних властивостей, надійності а також наведені результати токсиколого-гігієнічних досліджень нової штучної шкіри.

Основними показниками теплофізичних властивостей виступають взаємопов’язані коефіцієнти теплопровідності, температуропровідності та теплоємність. За рахунок зміни вмісту компонентів суміші полімерів відбувається зміна температуропровідності, що обумовлена структурними змінами суміші полімерів, які призводять до змін температур плавлення і скловання. Температуропровідність, що обернено пропорційна питомій теплоємності і прямо пропорційна тепло-провідності, при різних температурах в принципі описується ідентичними кривими з мінімумами, які також свідчать про раціональну концентрацію полівінілацетату 15-20 мас.% (рис.7).

Рис.7 Залежність температуропровідності полімерних покритів штучних шкір від зміни вмісту полівінілацетату в полімерній композиції при температурах: +30°С – 1, +75°С – 2, +90°С –3.

У роботі було досліджено залежність жорсткості, стійкості до багаторазового згину, стійкості до стирання від зміни концентрацій полімерних компонентів покриття штучних шкір.

Результати досліджень жорсткості штучних шкір дозволили встановити, що із зростанням вмісту полівінілацетатної емульсії в полімерній композиції жорсткість збільшується, тобто зменшується надмірна еластичність натурального каучуку.

Математично залежність величини жорсткості штучної шкіри y від вмісту полівінілацетатної емульсії x в полімерній композиції покриття може бути описана рівнянням:

y = 0,003x4 - 0,09x3 + 0,86x2 - 1,6x + 5,8 R2 = 0,99 (1)

За результатами проведених досліджень встановлена відповідність даних щодо стійкості до багаторазового згину та жорсткості нової штучної шкіри. Із зростанням концентрації полівінілацетатної емульсії в сумішевій композиції плівкового покриття відбувається збільшення жорсткості та відповідно зменшення стійкості до багаторазового згину штучної шкіри (рис.8), що пояснюється змінами у структурі плівкового покриття за рахунок змішування різних полімерів.

Рис. 8 Залежність жорсткості та стійкості до багаторазового згину штучних шкіри від вмісту полівінілацетатної емульсії в полімерній композиції

Як відомо, покриття штучних шкір з полімерів із функціональними групами, здатними створювати рідку просторову сітку, є стійкими до багаторазових деформацій. Особливістю рідкої сітки є наявність поряд з хімічними лабіальних фізичних зв’язків, здатних перегруповуватися в процесі деформації і забезпечувати швидке проходження релаксаційних процесів у системі. Саме таку структуру і формує натуральний латекс, однак при його змішуванні в системі (поліізопрен – полівінілацетат), відбувається створення напіввзаємопроникаючої сітки, що призводить до обмеження руху молекул та відповідно до зменшення стійкості до багаторазового згину.

Математично залежність величини стійкості штучних шкір до багаторазового згину y від вмісту полівінілацетатної емульсії x у сумішевій композиції плівкового покриття можна описати рівнянням (2):

y = -0,056x4 + 5,5x3 - 168,19x2 + 905,1x + 85276 R2 = 0,99 (2)

Проведені дослідження зносостійкості покриття нової штучної шкіри на основі суміші полімерів показали, що зміни, які відбуваються в полімерній суміші плівкового покриття, призводять до підвищення стійкості до стирання покриття (рис.9).

Рис. 9 Залежність стійкості до стирання покриття штучної шкіри від вмісту полівінілацетатної емульсії в полімерній композиції

Збільшення вмісту полівінілацетату до 20 мас. % призвело до підвищення твердості на 27 %, зниження коефіцієнта тертя на 37 % і як результат цього, до зростання стійкості до стирання більше ніж у два рази. Оскільки стирання є процес часовий, зносостійкість пов’язана з довговічністю матеріалу, тому, із зростанням зносостійкості нової штучної шкіри відбувається збільшення її довговічності. Математично залежність величини стійкості до стирання досліджуваних штучних шкір y від вмісту полівінілацетатної емульсії x в сумішевій композиції плівкового покриття описана рівнянням (3):

y = 0,0004x4 - 0,005x3 - 1,24x2 + 51,28x + 368,02 R2 = 0,9673 (3)

Динаміка зміни паропроникності нових штучних шкір відображена на рис.10 пояснюється зміною структури, що відбувається завдяки змішуванню полімерів різної природи та визначається гнучкістю ланцюгових молекул і величиною міжмолекулярної взаємодії, щільністю упаковки макромолекул.

Важливий вплив на вологоперенесення в нашому випадку здійснює хімічна природа груп, що входять в полімерну ланку.

Математично залежність величини паропроникності штучних шкір y від вмісту полівінілацетатної емульсії x у сумішевій композиції плівкового покриття нової штучної шкіри описана рівнянням (4):

y = -0,00002x3 + 0,002x2 - 0,051x + 0,77 R2 = 0,95 (4)

Рис.10 Залежність паропроникності штучних шкір від вмісту полівінілацетатної емульсії в сумішевій композиції полімерного покриття

У дисертаційній роботі було досліджено гігроскопічність та вологовіддачу штучних шкір з різним складом плівкоутворювачів у плівкових покриттях. Отримані результати свідчать про покращення здатності нової штучної шкіри поглинати пари води при збільшенні вмісту полівінілацетату в суміші полімерів плівкоутворюючої композиції. Зміна гігроскопічності досліджуваних зразків пояснюється збільшенням кількості полярних ацетатних груп в сумішевій системі полімерів плівкоутворюючої композиції штучної шкіри. Зміна вологовіддачі нової штучної шкіри знаходиться у кореляції з гігроскопічністю.

Математично залежність величини гігроскопічності y1 та вологовіддачі y2 досліджуваних зразків штучних шкір від вмісту полівінілацетатної емульсії x у сумішевій композиції плівкового покриття можна описати такими рівняннями:

y1 = 0,0003x3 - 0,02x2 + 0,5x + 8,86 R2 = 0,795 (5)

y2 = 0,0003x3 - 0,02x2 + 0,57x + 5,7 R2 = 0,8873 (6)

Штучні шкіри піддавалися старінню в клімат-камері під дією ультрафіолетових променів та підвищеної температури при інтенсивному повітрообміні. Виявлена зміна жорсткості штучних шкір у процесі світлотеплового старіння обумовлена ефектами селективного перерозподілу процесів деструкції і структурування, рекомбінацією вільних радикалів макромолекул.

Результати досліджень функціональних, ергономічних властивостей та надійності дозволили підтвердити оптимальні рецептурні склади полімерної композиції.

Для визначення ступеня безпеки нових штучних шкір було проведено їх токсиколого-гігієнічну оцінку. Встановлено, що штучні шкіри відповідають вимогам санітарного законодавства України за показниками безпеки для здоров’я людини. Отримані результати свідчать, що штучні шкіри є екологічно чистими і можуть бути використані для виготовлення товарів широкого вжитку.

Таким чином, викладені комплексні дослідження молекулярного, структурного, експлуатаційного і токсиколого-гігієнічного рівня, дозволили дати обґрунтовану товарознавчу оцінку якості нових штучних шкір.

П’ятий розділ роботи містить розрахунок економічного ефекту від впровадження нових штучних шкір. Внаслідок зниження витрат на сировинні матеріали, зменшення витрат електроенергії у зв’язку з меншою кількістю задіяного обладнання, зниження витрат на утримання та експлуатацію обладнання та на цехові витрати, вартість розроблених штучних шкір є значно меншою порівняно з кирзою, вініл- та уретанштучшкірами.

Економічний ефект виробництва нової штучної шкіри за рахунок зменшення витрат на сировинні матеріали, зниження витрат на обслуговування та експлуатацію обладнання і електроенергію становить 4890,96 грн на 1000 пог. м.

Важливою є соціальна значущість впровадження нових штучних шкір, що полягає у: розробці нових штучних шкір на основі сумішей полімерів у водному середовищі; отриманні нової наукової інформації; розширенні асортименту вітчизняних штучних шкір з метою більш повного задоволення потреб споживачів.

На базі Київського заводу гумових та латексних виробів у промислових умовах здійснено випуск дослідної партії штучних шкір

Отже, використовуючи результати досліджень, які викладені в даній роботі, можна виготовляти штучні шкіри із заданими споживними властивостями за рахунок використання різних композиційних складів та, залежно від необхідності, для розширення асортименту можна застосовувати різні волокнисті основи.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз стану ринку штучних шкір свідчить про необхідність підвищення якості цих матеріалів шляхом покращання їх споживних властивостей за рахунок застосування нових полімерних сумішей і нетрадиційних технологій. У зв’язку з цим було розроблено штучні шкіри з використанням полімерних композицій на основі сумішей полімерів у водному середовищі.

2. Вперше проведено товарознавчу оцінку функціональних, ергономічних, надійністних властивостей та ознак безпеки нових штучних шкір на основі високогомогенізованої суміші натурального латексу та полівінілацетатної емульсії у водному середовищі і виявлено вплив компонентів суміші на споживні властивості штучних шкір.

3. На основі дослідження ІЧ–спектроскопічної оптичної густини визначені рецептури полімерних композицій нових штучних шкір. Раціональні склади (15-20 мас.% полівінілацетатної емульсії в полімерних композиціях) підтверджуються результатами реологічних досліджень: тиксотропії, напруг зсуву та ефективної в’язкості. Від цих структурних показників залежить корисність отриманих матеріалів і кількісні характеристики їх споживних властивостей.

4. Проведено дослідження функціональних властивостей, в результаті встановлено, що нові штучні шкіри за показниками жорсткості (8–10 гс), стійкості до багаторазового згину (78000–70000 циклів), стійкості до стирання (900–1000 циклів), морозостійкості (–25°С і більше), теплоємності (1050-1550 Дж/моль) й теплопровідності (0,67 – 0,08 Вт/м•К) можуть знайти широке використання у взуттєвій, швейній та галантерейній підгалузях легкої промисловості.

Теплоємність і теплопровідність суттєво змінюються від температури, що впливає на зміну температуропровідності. Дані досліджень зносостійкості нових штучних шкір засвідчили її суттєве підвищення із збільшенням полівінілацетату у системі полімер-полімер за рахунок зростання твердості та зниження коефіцієнта тертя покриттів, наслідком чого стало підвищення стійкості до стирання.

5. Встановлено, що такі показники ергономічних властивостей нової штучної шкіри, як паропроникність, гігроскопічність і вологовіддача залежать від концентрації полівінілацетату в полімерному покритті, мінімальна паропроникність становить 0,4 мг/(см2·год) при вмісті 10мас.% полівінілацетату. При 50 мас% полівінілацетату вона збільшується до 1,0 мг/(см2·год). Значення гігроскопічності й вологовіддачі становлять відповідно 13,0 % і 9,9% при вмісті 20,0 мас.ч полівінілацетату в полімерному покритті штучної шкіри. Паропроникність при 20 мас.% і 5,0 мас.% становить 0,53 мг/(см2·год). Отримані результати свідчать про можливість регулювання фізичних властивостей нової штучної шкіри шляхом зміни співвідношення компонентів полімерних композицій.

6. За результатами токсиколого-гігієнічної оцінки нова штучна шкіра не має загальнотоксичної і шкіро-подразнюючої дії, санітарно-хімічні показники відповідають гігієнічним нормативам, про що свідчать проведені дослідження.

7. У промислових умовах виготовлено дослідну партію штучних шкір. Отримані матеріали і технологія їх виготовлення є екологічно безпечними. Економічний ефект від впровадження у виробництво на Київському заводі гумових та латексних виробів нової штучної шкіри становить 4891 грн. на 1000 м пог. Соціальна значущість роботи полягає в розширенні асортименту штучних шкір вітчизняного виробництва, у створенні нових екологічно чистих вихідних матеріалів для легкої промисловості та покращанні задоволеності споживачів та користувачів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Галько С.В. Класифікація і властивості штучних шкір // Сучасні проблеми товарознавства: Зб. Наук. праць, 2003. – С.144– 149.

2. Галько С.В., Фабуляк Ф.Г. Діелектричні властивості полімерних покриттів нових штучних шкір // Легка промисловість. – 2003. – №4. – С. 56.

Особистий внесок здобувача полягає в організації і проведенні досліджень плівкових покрить штучних шкір, аналізі отриманих результатів, формулюванні висновків.

3. Галько С.В. Механічні властивості нової штучної шкіри // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003.– №4. – С.264– 266.

4. Галько С.В. Особливості гігієнічних властивостей нової штучної шкіри // Легка промисловість. – 2003. – №3. – С. 60– 61.

5. Галько С.В. Реологічні дослідження латексу з полівінілацетатною емульсією великої гомогенізації // Регіональні проблеми та перспективи розвитку сфери товарного обігу: теорія і практика: Зб. наук. праць по матеріалах Всеукраїнської науково-практичної конференції, м. Вінниця, 11-12 листопада 2003 року. –Вінниця: „Планер”, 2003. – С.271– 278.

6. Галько С.В. Оцінка надійності нових штучних шкір // Вісник КНТЕУ. – 2004. – №4. – С.103– 108.

АНОТАЦІЯ

Галько С. В. Товарознавча оцінка споживних властивостей нової штучної шкіри. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.08 – товарознавство промислових товарів. Київський національний торговельно-економічний університет Міністерства освіти і науки України, Київ, 2005

Дисертацію присвячено дослідженню споживних властивостей нової штучної шкіри, для створення якої вжито сучасний підхід – використано суміш полімерів у водному середовищі із застосуванням екологічно чистих енергозаощаджувальних технологій. Нову штучні шкіру одержують нанесенням на текстильну основу наповненої полімерної композиції, яка містить каучук в латексі, суміщений з полімером в емульсії, який має складноестерні групи. Встановлено, що властивості молекулярного і реологічного рівня нових штучних шкір залежать від різного вмісту складових полімерних композицій штучних шкір і хімічної природи сировинних вихідних матеріалів. З урахуванням проведених досліджень в’язкісних властивостей суміші полімерів, у результаті апроксимації експериментальних даних, були отримані математичні моделі, які адекватно описують залежність реологічних параметрів від складу плівкоутворюючої композиції на основі суміші полімерів.

Досліджено залежність зміни функціональних, ергономічних властивостей та надійності від зміни складових компонентів полімерної композиції штучних шкір. На підставі отриманих експериментальних даних визначено раціональний рецептурний склад полімерної композиції штучних шкір.

З метою визначення екологічної безпеки штучних шкір було проведено санітарно-хімічні та токсикологічні дослідження.

Результати одержаних експериментальних даних підтверджують, що нові екологічно чисті штучні шкіри мають поліпшені споживні властивості та рекомендовані для масового випуску товарів широкого вжитку.

Ключові слова: товарознавча оцінка, властивості, штучні шкіри, полімерна композиція, суміші полімерів, екологічна безпека.

АННОТАЦИЯ

Галько С. В. Товароведная оценка потребительских свойств новой искусственной кожи. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.08 – товароведение промышленных товаров. Киевский национальный торгово-экономический университет Министерства образования и науки Украины. Киев, 2005.

Диссертация посвящена исследованию потребительских свойств новой искусственной кожи, для создания которой использован современный подход – использована смесь полимеров в водной среде с использованием экологически чистых и экономящих электроэнергию технологий. Новую искусственную кожу получают нанесением на текстильную основу высокогомогенизированной наполненной полимерной композиции, которая содержит каучук в латексе, совмещенный с полимером в эмульсии со сложноэфирными группами.

Установлено, что свойства молекулярного и реологического уровней новых искусственных кож зависят от разного содержания составляющих полимерных композиций искусственных кож и химической природы сырьевых исходных материалов. С учетом проведенных исследований свойств вязкости смеси полимеров, в результате аппроксимации экспериментальных данных, были получены математические модели, которые адекватно описывают зависимость реологических параметров от состава пленкообразующей композиции на основе смеси полимеров.

Реологическим и ИК–спектроскопическим исследованием концентрационных зависимостей вязкости, напряжения сдвига и оптических плотностей на структурно-молекулярном уровне, определены экстремальные значения, соответствующие оптимальному рецептурному составу в системах полиизопрен-поливинилацетат, что позволило произвести комплексную товароведную оценку созданной новой искусственной кожи.

Выявлен низкий уровень накопления электростатического заряда в полимерном покрытии искусственной кожи за счет уменьшения поляризационных эффектов оцененных диэлектрической проницаемостью.

Установлены закономерности влияния поливинилацетата на функциональные и эргономические свойства и предложены математические зависимости показателей жесткости, стойкости к многократному изгибу, износоустойчивости покрытия, а также паропроницаемости, гигроскопичности, влагоотдачи новых искусственных кож от содержания поливинилацетата в полимерной композиции.

Установлено, что увеличение компоненты со сложноэфирными группами приводит к возрастанию жесткости, соответствующему снижению стойкости к многократному изгибу, росту твердости, снижению коэффициента трения, и как результат этого, к усилению стойкости к истиранию, что характеризует повышение долговечности искусственных кож. Выявленное изменение жесткости новых искусственных кож в процессе светло-теплового старения, обусловлено эффектами селективного перераспределения процессов деструкции и структурирования, рекомбинацией свободных радикалов макромолекул.

На основании полученных экспериментальных данных определен рациональный рецептурный состав полимерной композиции искусственных кож.

С целью определения экологической безопасности искусственных кож было проведено санитарно-химические и токсикологические исследования.

Результаты полученных экспериментальных данных подтверждают, что новые экологически чистые искусственные кожи имеют улучшенные потребительские свойства и рекомендованы для массового выпуска товаров широкого потребления.

Ключевые слова: товароведная оценка, свойства, искусственные кожи, полимерная композиция, смеси полимеров, экологическая безопасность.

THE SUMMARY

Galko S.V. Commodity science estimation of consumer properties of a new simulated skin. – Manuscript.

Thesis on pursuing a degree of a candidate of technical sciences in speciality 05.19.08 – commodity science of industrial goods. Kiev National University of Trade and Economics of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kiev, 2005.

The thesis is dedicated to research of consumer properties of a new simulated skin, for creation which one utiliss the modern approach - the polymer blend in a water environment with usage of technologies, non-polluting and economizing the electric power utilised. A new simulated skin receive by deposition on the textile basis of charged polymer composition, which one has rubber in latex mated with polymer in pap, which one has is difficult ethereal groups. With allowance for of conducted researches of properties of viscosity of polymer blend, as a result of approximating experimental data the mathematical models were obtained, which one adequately describe relation of rheological parameters to a structure of film-forming composition on the basis of polymer blend.

Is established, that the properties of molecular and rheological levels of new simulated skins depend on the miscellaneous contents of components of polymer compositions of simulated skins and chemical nature of raw basic materials.

The relation of change of functional, ergonomic properties and reliability from change of compound components of polymer composition of simulated skins is investigated. It is ground of the obtained experimental data the rational prescription structure of polymer composition of simulated skins is determined.

With the purpose of definition of ecological safety of simulated skins was conducted sanitary - chemical and toxicological researches.

The outcomes of the obtained experimental data confirm, that the new non-polluting simulated skins have the improved consumer properties and are advised for mass issue of the consumer goods.

Keywords: сommodity science estimation, properties, artificial leather, simulated skins, polymer composition, polymer blend, ecological safety.

ГАЛЬКО Світлана Василівна

ТОВАРОЗНАВЧА ОЦІНКА СПОЖИВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НОВОЇ ШТУЧНОЇ ШКІРИ

Підп. до друку 23.03.2005. Формат 60х84/16. Папір письм.

Офс. друк. Ум. друк. арк. 0,93. Ум. фарбо-відб. 1,05.

Обл.-вид.арк. 1,00. Тираж 100 пр. Зам.257

Центр підготовки навчально-методичних видань КНТЕУ.

02156, Київ-156, вул. Кіото, 19