Сравнительная оценка эргономических свойств тканей с полиуретановым покрытием

УДК 677.017.2                                              DOI:

Текстильные материалы, используемые при производстве одежды второго слоя должны соответствовать комплексу требований, которые предъявляют к ней потребители. Одними из главных потребительских характеристик повседневной одежды являются показатели эргономичности, которые определяют степень соответствия одежды антропометрическим особенностям человека, ее соответствие санитарно-гигиеническим нормам, удобство пользования изделием в соответствующих условиях. Эргономические показатели характеризуют удобство и комфорт эксплуатации изделия в системе «человек-изделие-окружающая среда» и учитывают соответствие материалов различным эргономическим требованиям человеческого организма (Орленко и Гаврилова, 2009). Одежда и материалы второго слоя должны обеспечить создание оптимального пододежного микроклимата, способствовать удалению испарений и отвечать характеру выполняемой работы. В рамках данной работы интерес представляют гигиенические свойства, поскольку именно благодаря им обеспечивается максимальный комфорт при эксплуатации изделия.

Гигиенические свойства одежды во многом обеспечиваются показателями паро- и воздухопроницаемости, и гигроскопичности материала. Паропроницаемость определяет способность материала пропускать водяные пары как изнутри, так и снаружи, и зависит от его толщины и пористости. Недостаточный уровень паро-проницаемости ведет к задержанию паров, выделяемых телом человека, в пространстве под одеждой, увлажнению одежды и снижению ее теплозащитных свойств. Воздухопроницаемость обеспечивает поддержание теплового баланса с окружающей средой и удаление из пододежного пространства углекислоты, влаги и кожных выделений. Гигроскопичность – свойство тканей адсорбировать на своей поверхности пары из окружающего воздуха, поглощать пот и влагу. Это особенно важно для обеспечения нормального теплообмена. Высокая гигроскопичность материалов позволяет поглощать испаряющийся пот с поверхности кожи, одновременно сохраняя на достаточном уровне теплозащитные свойства (Дарханова и Айтуленова, 2018).

На сегодняшний день технологии совершенствуются и все большую популярность приобретают ткани с лицевым микропористым полиуретановым покрытием (экокожи) (Рахматуллина и Панкова, 2022; Вишневская, 2016). Главной отличительной чертой тканей с микропористым полиуретановым покрытием (экокож) от существующих искусственных кож является комплекс гигиенических показателей материала, которые обеспечивают в пододежном пространстве оптимальный микроклимат для нормального функционирования организма человека и являются для него безвредными. Анализ литературных источников выявил, что трактовка термина экокожа различна. Под этим названием может подразумеваться, например, полимерное покрытие, нанесенное на натуральный спилок или же композитное полотно, где в качестве основы используется текстильное полотно, а в качестве матрицы – полимерное покрытие (ПУ, ПВХ). Также встречаются публикации, где под экокожой подразумевают материал Pinatex, который представляет полностью натуральный материал, созданный из растительных волокон (Кудринский и Тюрин,

Ткань с полиуретановым покрытием напоминает по своему виду натуральную кожу, в наибольшей степени приближается к ней по комплексу показателей гигиенических свойств и обеспечивает максимальный

а

б (b)

Рисунок 1 – Схемы материалов: а – с микропористым полиуретановым покрытием, б – с монолитной ПВХ пленкой

Figure 1 – Material schemes: a – with microporous polyurethane coating, b – with monolithic PVC film

комфорт при их использовании в качестве материалов для производства одежды второго слоя. Отличительной особенностью этого материала от существующих искусственных кож является повышенная паро- и воздухопроницаемость (рисунок 1 а).

Ткань с полиуретановым покрытием является популярным материалом для производства одежды второго и третьего слоев. В Беларуси формирование ассортимента подобного материала осуществляется за счёт импорта искусственных кож и тканей с покрытием из-за рубежа (Китай, Россия, Турция). Производители заявляют, что данные материалы обладают хорошими показателями паро- и воздухопроницаемости. В рамках инновационного проекта авторами и специалистами предприятия ОАО «БПХО» разработана и внедрена технология формирования микропористого полиуретанового покрытия на тканой основе (Марущак и др., 2023). По разработанной технологии полиуретановая композиция предварительно вспенивается до необходимой кратности и шаберным способом наносится на хлопчатобумажную либо хлопкополиэфирную ткань. Далее материал подвергается сушке и термофиксации. С помощью зазора между шабером и валками возможно варьировать толщину полимерного покрытия в зависимости от назначения готового материала.

Объект и методы исследования

Цель работы – установить эргономические показатели тканей с полиуретановым покрытием белорусского производства и провести сравнительный анализ с импортируемыми аналогами.

Белорусские образцы тканей с полиуретановым покрытием получены в производственных условиях ОАО «Барановичское производственное хлопчатобумажное объединение» различной толщины. Представляют собой композиты, образованные сочетанием двух слоев. В качестве основы использовали хлопчатобумажную ткань саржевого переплетения. Для полимерного покрытия использовали препараты текстильной химии фирмы «СНТ» (Германия). Характеристики объектов исследования представлены в таблице 1.

Для исследования паропроницаемости материалов был выбран гравиметрический метод, реализованный с помощью анализатора влажности «Radwag» М-50, руководствуясь ГОСТ 22900-78 «Кожа искусственная и пленочные материалы. Методы определения паропро-ницаемости и влагопоглощения» и рекомендациями разработчика прибора. Температуру в камере прибора контролировали в течение всего опыта (40 оС). Время термостатирования – 30 минут, время испытания – 1 час. Коэффициент паропроницаемости определяли расчетным методом как отношение массы водяных паров, прошедших через пробу материала к площади образца материала и времени испытания. Воздухопроницаемость опытных образцов определяли в соответствии с ГОСТ 8973-77 «Кожа искусственная. Метод определения воздухопроницаемости», гигроскопичность –

Таблица 1 – Характеристика объектов исследования Table 1 – Characteristics of research objects

Шифр	Состав материала Материал-основа/лицевой слой	Толщина материала, мм	Поверхностная плотность, г/м2	Производитель
№ 1р	Х/б, ткань саржевого переплетения / пористый полиуретан	0,74	300	Беларусь
№ 2з	Х/б, ткань саржевого переплетения / пористый полиуретан	0,45	260	Беларусь
№ 3ч	Х/б, ткань саржевого переплетения / пористый полиуретан	0,93	390	Беларусь
№ 4ч	Х/б, ткань полотняного переплетения / пористый полиуретан	0,76	430	Китай
№ 5б	Полиэстер, ткань саржевого переплетения / монолитный полиуретан	0,45	265	Китай
№ 6з	Полиэстер, ткань полотняного переплетения / пористый полиуретан	0,8	500	Россия

ГОСТ 8971-78 «Кожа искусственная, пленочные материалы и обувной картон. Методы определения гигроскопичности и влагоотдачи», интенсивность запаха водных вытяжек – инструкция 1.1.10-12-96-2005 «Гигиеническая оценка тканей, одежды и обуви». При одориметриче-ских исследованиях материала второго слоя одежды использовали водные вытяжки. Усадку определяли в соответствии с ГОСТ 8972-78 «Кожа искусственная. Методы определения намокаемости и усадки». Оценку грязеотталкивающих свойств проводили по методике Soil-Release AA TCC-Test 130-1969. Капли декантированных экстрактов наносили на поверхность испытуемого материала при температуре 50 оС. По истечении 5 минут капли удаляли грушей, остатки жидкости – фильтровальной бумагой. Если на материале оставался заметный след от капли, определяли диаметр полученного пятна. О качестве судили по диаметру грязного пятна, если диаметр не превышал 0,5 см, а само загрязнение легко удалялось после стирки, то грязеотталкивающие свойства считали удовлетворительными. Загрязняющий состав: экстракт кофе, концентрация 37 г/л; экстракт чая, концентрация 30 г/л.

Для измерения толщины полимерного слоя проводили микроскопию в отраженном свете с помощью ис- следовательского микроскопа Альтами MET 5T. Толщину полимерного слоя определяли, как среднее арифметическое длин не менее 10 поперечных линий, проведенных от верхней кромки полимера до текстильной основы с одинаковым шагом. Измерения проводили поперек каждой нити основы (Марущак и Ясинская, 2024).

Экспериментальные исследования и обсуждение результатов

В таблице 2 представлены результаты исследований эргономических показателей тканей с полиуретановым покрытием.

Рекомендуемое значения паропроницаемости для материалов второго слоя составляют 3,5–4 мг/(см²∙ч). Анализ экспериментальных данных (таблица 2) показал, что импортируемые материалы под номерами № 4ч, № 5б, № 6з отличаются крайне низкой способностью пропускать пары воды и воздух. Их паропрони-цаемость составила около 4–5 мг/см²∙ч, что значительно ниже аналогичного показателя у образцов белорусского производства 15–18 мг/см²∙ч. Паропроницаемость для разных кож составляет от 0.5 до 11,6 мг∙см²/ч. Например, паропроницаемость хромовых кож без покрытий достигает 7–11,6 мг∙см²/ч, лаковых кож – 1,1 мг∙см²/ч (Стельмашенко и Розаренова, 2019). Анализируя данные,

Таблица 2 – Эргономические показатели тканей с полиуретановым покрытием

Table 2 – Ergonomic properties of polyurethane coated fabrics

Показатель Значения показателей № 1р № 2з № 3ч № 4ч № 5б № 6з Толщина покрытия, мкм 395–410 90–105 700–720 405–415 170–195 390–405 Воздухопроницаемость, дм3/м2∙с 383,5 221,6 117,3 0,15 0,04 0,03 Коэффициент паропро-ницаемости, мг/см2∙ч 18,1 15,7 17,9 4,07 5,0 1,0 Гигроскопичность, % 8,19 9,6 8,3 6,45 0 0 Интенсивность запаха, балл 0 0 0 1 1 0 Усадка 0 0 0 0,6 0,6 0 Грязеотталкивающие свойства удовл. удовл. удовл. удовл. остались следы от кофе удовл. опытные образцы тканей с полиуретановым покрытием белорусского производства обладают лучшей паропро-ницаемостью, чем, например, лаковые и хромовые кожи с покрытием, что дает преимущество исследуемому материалу перед некоторыми видами кож.

В соответствии с ТР ТС 017/2011 показатель воздухопроницаемость нормируется для материалов и изделий второго слоя и составляет не менее 100 дм³/м²с. Числовые значения воздухопроницаемости импортных образцов позволяют сделать вывод, что данные материалы непроницаемы для воздуха. Низкая проницаемость материалов обусловлена структурой лицевого покрытия, не обладающего сквозной пористостью. Высшие значения воздухопроницаемости присущи тканям с пористым полиуретановым покрытием белорусского производства (образцы № 1р, № 2з, № 3ч). По справочным данным (Стельмашенко и Розаренова, 2019), в большинстве случаев, воздухопроницаемость кожи с лицевым покрытием находится в пределах 20–100 дм³/м²∙с. Высшие ее значения присущи кожам с белковыми покрытиями, низкие – в равной мере кожам с нитроцеллюлозными и акриловыми покрытиями. Существуют кожи с лицевым покрытием, совершенно не пропускающие воздух. По результатам исследований установлено, что воздухопроницаемость опытных образцов тканей с пористым полиуретановым покрытием белорусского производства превышают числовые значения этого же показателя искусственных кож с монолитным полимерным покрытием и исследуемых импортных образцов.

Одним из важных свойств натуральной кожи является ее высокая гигроскопичность (15–18 % при 20 ^оС и относительной влажности 65 %). Рекомендуемые значения гигироскопичности для материалов второго слоя составляют 3–7 %. У исследованных материалов белорусского производства (образцы № 1р, № 2з, № 3ч) и одного импортного образца ( № 4ч) гигроскопичность меньше, чем у натуральной кожи и в среднем составляет 8,2 %. Образцы № 5б и № 6з обладают нулевой гигроскопичностью. По оценке водных вытяжек, интенсивность запаха исследуемых образцов не превышает 1 балла, что подтверждает соответствие образцов санитарно-гигиеническим требованиям. Усадка образцов минимальна ( № 4ч, № 5б), а в некоторых случаях отсутствует ( № 1р, № 2з, № 3ч, № 6з).

Грязеотталкивающие свойства придают материалу улучшенные потребительские свойства, легкость удаления загрязнений различного происхождения. Исследуемые ткани с покрытием белорусского производства ( № 1р, № 2з, № 3ч) и некоторые импортные образцы ( № 4ч, № 6з) обладают удовлетворительными грязеотталкивающими свойствами. На образце № 5б заметны пятна от экстракта кофе. Для такого материала рекомендуется предварительно перед эксплуатацией изделия обрабатывать поверхность водоотталкивающими препаратами.

Выводы

Производители искусственных кож, придавая им пористость, всё равно не решают проблемы низких гигиенических свойств, так как размер пор оказывается слишком большим. Натуральные кожи обладают порами среднего размера, и испарения через них выходят, но влага внутрь не попадает. В белорусских тканях с пористым полиуретановым покрытием удалось добиться микропористости, аналогичной натуральной коже, так что в отличие от прежних заменителей они обладают хорошими гигиеническими свойствами (паро- и воздухопроницаемость, гигроскопичность). Повышенные значения показателей также обусловлены хлопчатобумажной тканью саржевого переплетения в основе материала.

Интенсивность запаха исследуемых образцов не превышает 1 балла, что подтверждает соответствие образцов санитарно-гигиеническим требованиям. Усадка образцов минимальна, а в некоторых случаях отсутствует.

Исследуемые материалы белорусского производства и некоторые образцы импортного обладают удовлетворительными грязеотталкивающими свойствами. Для удаления бытовых загрязнений (чай, кофе, сок и т. д.) поверхность необходимо обрабатывать увлажнённой мягкой тканью, затем протереть насухо. Таким же способом удаляются пыльный налет и грязь.

Белорусские ткани с пористым полиуретановым покрытием превосходят импортные аналоги и близки по эргономическим показателям с натуральными кожами, что обуславливает их преимущество при использовании в качестве материалов одежного назначения второго слоя.