Введение 4 ВВЕДЕНИЕ
реклама
Введение 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность. В настоящее время ассортимент изделий из меховой овчины весьма разнообразен. Помимо традиционного применения в изготовлении одежды, обуви и головных уборов, меховую овчину используют в изделиях бытового назначения, таких, как ковры, одеяла, комплекты для новорожденных, чехлы для автомобильных сидений и постельные принадлежности для тяжелобольных людей. Последние следует отнести к материалам медицинского назначения, также входящим в товарную группу бытовых меховых изделий. Термин «медицинская» меховая овчина получила благодаря тому, что применяется в лечебных учреждениях Германии, Австралии и Новой Зеландии и очень эффективно способствует предотвращению развития пролежней и ран у тяжелобольных людей. Несмотря на то, что в последнее время для этих целей стационарные учреждения оснастили современным и дорогостоящим оборудованием на основе, например, псевдокипящего слоя, использование медицинской овчины для облегчения состояния больного по-прежнему актуально. Указанная продукция поступает на отечественный рынок в основном от иностранных производителей. Российскими предприятиями аналогичные изделия выпускаются в единичных экземплярах и по методикам производства традиционных изделий, что не гарантирует высокого уровня экологической безопасности и наличия специальных потребительских свойств, обусловленных целевым назначением. Бытовые меховые изделия не могут быть одноразовыми и часто подвергаются чистке, приводящей к ухудшению внешнего вида изделия и потери некоторых полезных свойств. Поэтому актуальной является задача получения полуфабриката, полезные свойства которого не теряются при чистках изделия, либо легко восстанавливаются по специально разработанной технологии. В связи с этим, целью настоящей работы является разработка теоретических основ и практических рекомендаций по созданию технологии производства меховой овчины бытового назначения с комплексом специальных 5 потребительских свойств. Для реализации поставленной цели с позиции комплексного подхода к разработке технологии производства мехового полуфабриката бытового назначения, сформулированы следующие задачи: • моделирование и изучение условий эксплуатации изделий бытового и медицинского назначения; • выявление основных потребительских требований к создаваемым материалам и установление взаимосвязи с показателями свойств, формирование которых осуществляется в технологических процессах производства; • выбор технологических процессов, направленных на формирование потребительских свойств мехового полуфабриката бытового назначения; • подбор химических материалов, с учетом их экологической безопасности и целесообразности применения, как для получения мехового полуфабриката указанного назначения, так и для ухода за меховым изделием при эксплуатации; • разработка, оптимизация параметров технологических модулей, и введение их в общую производственную схему, с целью получения мехового полуфабриката, отвечающего комплексу требований потребителей и целевого назначения. Научная новизна. • впервые применительно к меховым изделиям реализована методика структурирования функций качества (QFD) товаров или услуг, что позволило разработать технологию производства мехового полуфабриката бытового назначения, максимально удовлетворяющего потребительским требованиям; • определены закономерности влияния гидролизата коллагена, вводимого на стадии дубления, на показатели термостойкости и формоустойчивости кожевой ткани меховой овчины; получены новые данные о содержании несвязанных соединений хрома в волосе и кожевой ткани мехового полуфабриката и предложены способы снижения их количества. • впервые разработаны способы обработки мехового полуфабриката липосомальными композициями на основе фосфолипидов; доказана технологическая и экономическая целесообразность их применения; новизна 6 защищена патентом РФ; теоретически обоснована и практически подтверждена возможность совмещения антимикробной обработки с липосомальным жированием мехового полуфабриката; • установлен механизм дополнительной фиксации фосфолипидами хромовых соединений кожевой ткани, что повышает экологичность меховых изделий и снижает загрязненность сточных вод; • установлено влияние специфических агрессивных сред на свойства мехового полуфабриката медицинского назначения; • разработаны отделочные композиции на основе экологически безопасных полимерных материалов медицинского назначения с целью формирования специальных потребительских свойств волосяного покрова меховой овчины; установлено влияние полимерной обработки на упругие свойства волосяного покрова мехового полуфабриката бытового и медицинского назначения; предложен способ защиты мехового полуфабриката от биоповреждений композицией на основе хитозана; • предложен метод определения вязко-упругих свойств волосяного покрова меховой овчины в динамическом режиме измерением амплитудно-частотных характеристик образцов. Практическая значимость состоит в разработке технологии производства меховой овчины бытового назначения, формулировании практических рекомендаций по уходу за бытовыми меховыми изделиями и восстановлению утраченных при эксплуатации специальных свойств, обеспечивающих, в частности, терапевтический и антимикробный эффекты. Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на Международной научной конференции МГУДТ «Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека» (Москва, 2002г.), на VII Межрегиональной научнопрактической конференции «Развитие меховой промышленности России» (Москва, НИИМП, 2005г.) и представлены в стендовом докладе на 4-ом конгрессе химиковтекстильщиков и колористов (Москва, 2002г.). 7 ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И МАРКЕТИНГОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Меховой полуфабрикат бытового и медицинского назначения Весь ассортимент пушно-меховых и овчинно-шубных изделий подразделяют: по целевому назначению, половозрастному признаку, по видам изделий, фасонам, размерам и ростам [1]. При этом все изделия можно разделить на традиционные: мех для таких изделий используется давно и широко, и нетрадиционные: те, для которых мех в качестве материала используется нечасто или только начинает применяться. Товарная группа изделий бытового назначения включает в себя ковры, чехлы для сидений автомобилей, одеяла, пледы, спальные мешки, комплекты для новорожденных, постельные комплекты для лежачих больных. Некоторые из этих изделий относятся к медицинским [2]. Несмотря на наличие факторов, объединяющих данные изделия в одну товарную группу, существуют и некоторые различия, которые позволяют нам представить имеющиеся литературные данные в нескольких разделах по этой теме. Главным же объединяющим фактором для всех меховых изделий, и особенно для используемых в домашнем обиходе, является польза натурального меха для здоровья человека [3]. 1.1.1. Мех - предмет домашнего интерьера Меховые изделия как предмет домашнего интерьера в настоящее время довольно актуальны. Современная отделка мехового полуфабриката такого назначения, как и для повседневной одежды, состоит, в основном, в создании новых отделочных форм, колористических и декоративных эффектов, в соответствии с модными мировыми тенденциями. По данным маркетинговых исследований, большинство зарубежных изделий превосходит отечественные по внешней отделке и дизайну [4]. 8 Происхождение шкуры сегодня не слишком принципиально - с мехом в интерьере, хотя и в меньшей степени, чем в одежде, поступают достаточно вольно. Его красят в разные цвета, меняют структуру его волосяного покрова, стригут, выщипывают, вяжут из него подушки и другие изделия. В результате мех становится неким усредненным понятием — он отличается не по видовым признакам, а длиной ворса, цветом и мягкостью. Интересно, что меховой ковер вытесняет из дома шерстяной и становится правильной формы, которая совсем не напоминает шкуру животного. Большой популярностью, как материал для ковра, пользуется овчина. Шкурки норки и кролика используются для пледов и подушек. Более того, в интерьере стали использовать каракуль и каракульчу. Их используют в качестве обивки мягкой мебели и стен. В связи с этим и требования к такому меховому полуфабрикату преобладают такие, как стойкость к сминанию, истиранию, свойлачиванию, сухому и мокрому трению. Высокий уровень последних показателей гарантирует гипоаллергенность указанных меховых изделий. 1.1.2 Меховой полуфабрикат для обивки салона автомобиля Известно, что в салоне автомобиля, кроме поддержания оптимальной температуры и влажности, необходимо очищать воздух от пыли, сажи и вредных газообразных веществ. Характеристики газообразных веществ и оказываемое ими на человека воздействие приведены в работе [5]. Помимо прочего, среди загрязнителей указаны лаки, краски и фенолформальдегидные смолы, присутствие которых возможно и в материалах кожевенного и мехового производства. Вследствие отсутствия информации о требованиях к меховому полуфабрикату для обивки салонов автомобилей, нами были проанализированы данные об особенностях кожевенного полуфабриката подобного назначения. Так, авторы [6] утверждают, что автомобильная кожа должна быть довольно термостойкой, так как возможно долговременное попадание в салон автомобиля прямых солнечных лучей, однако пределы температуры сваривания не 9 указываются. Авторы данной публикации высказываются «за» кожу бесхромового дубления во благо окружающей среды, но, в то же время, подчеркивают, что хромирования кожа, сама по себе, является безопасной для здоровья человека. Кожа хромового дубления обладает меньшей усадкой при высоких температурах. Авторами [7] отмечается необходимость применения для выделки кож таких препаратов, которые при попадании солнечных лучей на обивку или при обогреве салона в зимнее время выделяли бы минимальное количество токсичных веществ и неприятного запаха. Однако, как показано в статье из журнала World Leather [8], и с этим нельзя не согласиться, запах автомобильных кож зависит и от ряда других факторов: вид кожсырья (парное или консервированное), вид дубления (хромовое или алюминиевое), наличие или отсутствие отделочной пленки на коже, тщательность выполнения технологических процессов и операций и правильное хранение кож. Требования к жирующим материалам для автомобильных кож будут рассмотрены ниже. С целью улучшения запаха автомобильных кож специалисты фирмы «Байер» /Германия/ разработали и запатентовали микрокапсулы, содержащие ароматические вещества, которые наносятся на бахтарму распылением или вводятся в кожу из раствора. Стенки микрокапсул состоят из продуктов взаимодействия гуанидиновых соединений и полиизоцианата, размеры капсул можно варьировать, а выделение запаха происходит под действием давления на кожу [9]. Таким образом, обобщая литературный материал данного раздела, можно утверждать, что при обработке автомобильной кожи важно учитывать, помимо прочего, жесткие условия эксплуатации, а именно, высокую температуру, которая вызывает усадку кожи и усиливает выделение токсических веществ и неприятного запаха в салон автомобиля. Технология производства мехового полуфабриката для обивки салонов автомобилей также формируется на основе представленных сведений об условиях эксплуатации и с учетом наличия 10 волосяного покрова и его особенностей, требующих специальных исследований в этом направлении. 1.1.3. Меховой полуфабрикат медицинского назначения Меховые медицинские изделия должны обладать специальными свойствами, которые диктуются особыми условиями эксплуатации. Это, как правило, пластовой материал, находящийся в непосредственном контакте со стороны волосяного покрова с телом человека. Поэтому, не предъявляя особых требований к пластическим свойствам данного материала, необходимо особо обратить внимание на его экологичность, гигиеничность, легкость ухода, долговечность, а также на наличие некоторых функциональных показателей, например, антимикробный, лечебный эффекты, и т.п. Очевидно, что экологичность всего изделия обеспечивается экологической безопасностью сырья и технологических процессов, а точнее, химических материалов, применяемых в технологии. Гигиеничность изделия обеспечивает, в основном, волосяной покров мехового полуфабриката, за счет высокой воздухопроницаемости и способности впитывания влаги. Как правило, для медицинских целей используется меховая овчина. Причиной тому является наличие густого, высокого и однородного волосяного покрова. В работе [10] изложены результаты исследования влияния высоты волосяного покрова на способность к термостатированию. В частности отмечается, что у овчин для подстилки на кроватях рекомендуется длина волоса 35 мм. На изменения термостатирования и способности к поглощению влаги оказывают влияние высота волосяного покрова и распределение свойств по топографии. Способность к термостатированию у шкур с длиной волоса 15 мм составляет 10% от способности нестриженной овчины. Решающее значение имеет густота волосяного покрова. Отмечены существенные отличия названных свойств припольной части шкуры от других ее частей. 11 Терапевтические свойства овчины объясняют упругостью волоса. Прижатое волокно через некоторое время снова восстанавливается. Волосяной покров способен адсорбировать до 40% влаги (от веса шкуры) и, связывая внутри волокна, не делает при этом шкуру влажной на ощупь, обеспечивает циркуляцию воздуха. Благодаря этим свойствам тело пациента сохраняет тепло и остается сухим. Обычная шерстяная подстилка не дает желаемого эффекта, так как не обладает свойствами волоса, связанного с кожевой тканью [11,12]. Таким образом, устойчивость волосяного покрова к сминанию и свойлачиванию является одним из важных характеристик овчины медицинского назначения. Помимо этого, как отмечается в публикации [2], терапевтический эффект оказывает ланолин — природное лекарственное и косметическое вещество на поверхности волоса. Однако, что наиболее вероятно, в процессах выделки происходит полное удаление ланолина с поверхности волоса. Принято считать, что меховой полуфабрикат для традиционных меховых изделий должен обладать хорошей потяжкой, быть мягким и пластичным. Для овчины медицинского назначения требуется обратное: меховой полуфабрикат должен иметь некоторую «каркасность», не должен деформироваться, растягиваться и сминаться. Существует несколько технологий выделки овчины медицинского назначения [13], однако все они касаются лишь дубления и жирования. Так, в дублении рекомендуется использовать глутаровый альдегид, либо сочетание его с хромовым дубителем, поскольку в этом случае овчина менее пластична. К тому же кожи глутарового дубления стойки к действию пота, хотя прониканию пота в кожевую ткань препятствует волосяной покров. Что касается последнего, то, по предлагаемой методике производства меховой медицинской овчины [14] рекомендуется проводить обработку формалином и глажение. В свете современных представлений об экологической опасности формальдегида такая отделка должна быть исключена. Очевидно, что изделия медицинского назначения эксплуатируются в условиях повышенной концентрации различных бактерий и микроорганизмов. Некоторые из них могут быть патогенными для человека, другие - наносить вред 12 самому изделию. Поэтому специальная обработка мехового полуфабриката с целью контроля над микрофлорой считается в этом случае необходимой. Антимикробная обработка волокнистых материалов, в частности текстильных, широко используется и проводится на разных стадиях производства, и от этого зависит устойчивость антимикробного эффекта во времени и к мокрым обработкам во время стирки и чистки [14]. При синтезе полимерных волокон, биоцид вводится непосредственно в мономерную массу и участвует в синтезе волокон. Другой способ заключается в привитии биоцида к полимеру волокна, то есть это является химической модификацией волокна. Для материалов медицинского назначения используется также пропитка антимикробными веществами, при этом последние могут находиться и в капсулированном виде, что обеспечивает пролонгированность их действия. При пропитывании текстильных материалов фунгицидами, их эффект неустойчив к многократным стиркам, необходимым при эксплуатации. Более устойчивый эффект достигается при применении фунгицидов, образующих с волокнистым материалом химическую связь, как в первых случаях. По мнению авторов [15], такая связь должна легко гидролизоваться, вследствие чего фунгицид проникает в места своего действия — внутрь или на поверхность клетки гриба и там накапливаться. В этом случае образуется защитная зона, определяемая при испытании подобного материала. Другие исследователи [16] утверждают, что биоцидные препараты, образующие, например, с целлюлозой, прочную негидролизующуюся связь, и не вызывая образования защитной зоны, защищают волокнистый материал от действия микроорганизмов. При этом в работе [17] отмечается необходимость наличия в обрабатываемом материале свободных карбоксильных групп, что позволяет химически модифицировать их бактерицидными препаратами. Среди большого разнообразия антимикробных препаратов имеются те, что могут использоваться и для кератинсодержащих волокон. Так, при обработке шерстяного волокна антисептиком НФА , он образует с кератином связь, которая в процессе эксплуатации способна к гидролизу, в 13 результате чего отщепляется некоторое количество НФА. Последний обеспечивает антимикробный эффект в отношении Staphilococus aureus и дрожжеподобного гриба [18]. Другим методом получения антимикробных шерстяных материалов является непосредственная обработка их солями меди. Шерстяные материалы обрабатывают водным раствором уксуснокислой меди (0,5%) в течение 60 минут при температуре 60иС. На основании санитарно-химических и токсикологических исследований антимикробные одеяла и трикотажные материалы, содержащие ионы меди, рекомендованы Министерством Здравоохранения для эксплуатации [19]. Помимо меди, и другие металлы и их соли способны оказывать антимикробное воздействие (цинк, олово, серебро, цирконий). Наряду с металлсодержащими биоцидами, еще одним антимикробным реагентом может служить природный полисахарид хитозан. Так, исследованиями [20], показано, что обработка 1,1% раствором хитозана замедляет рост колоний Staphilococus aureus на 90%. Важно отметить, что, несмотря на большой ассортимент существующих сегодня биоцидов, необходимость разработки новых вызвана еще и тем, что происходит непрерывная изменчивость микроорганизмов, их адаптация к условиям биозащиты с образованием новых штаммов микроорганизмов. И это является довольно значимой проблемой в области разработки материалов с устойчивым антимикробным действием. Возможно, в данном случае целесообразен подбор и исследование механизма внедрения в медицинские материалы универсальных веществ-носителей или капсулообразователей, при помощи которых различные антимикробные препараты могут вводиться в материалы и оказывать соответствующее воздействие. 1.1.4. Чистка меховых изделий бытового и медицинского назначения Существенным отличием условий эксплуатации изделий бытового и медицинского назначения от традиционных является необходимость в гораздо большем числе чисток и стирок. 14 Так, в работе [21], рассмотрены способы чистки и дальнейшая отделка подобных изделий, и отмечено, что все без исключения изделия фирмы снабжаются четкой и правильной маркировкой на специальной самоклеющейся пленке, вполне удовлетворяющей запросам рядовой химчистки и профессионально разъясняющей особенности обработки изделий из меховой овчины. В приводимом тексте указывается, что меховым коврам рекомендуется обычный режим химической чистки при температуре 16-24°С в среде органических растворителей без охлаждения и последующая сушка при температуре 50-60°С. Можно применять также обработку и в системе аквачистки. Но, тем не менее, непосредственно перед чисткой необходимо удалить не только товарный ярлык, но и отшлифовать поверхность кожевой ткани для лучшего проникания чистящих ингредиентов, удалить по возможности расчесыванием закат и механические примеси. Процесс чистки в среде органических растворителей (ПХЭ) основан на использовании стандартного двухванного цикла, который применяется для обработки нубука, дубленок, свиного велюра. Однако необходимо обязательно использовать чистый растворитель, как для первой мойки, так и для последней, так как у данных изделий белый неокрашенный волосяной покров, и использование растворителя даже после чистки текстиля просто недопустимо: микрочастицы ткани и загрязнений могут сорбироваться волосом и снизить степень его белизны. Жирующие композиции необходимо добавлять только в первую ванну, так как остаточный жир на волосе будет препятствовать глажению волосяного покрова на гладильной машине и, вполне вероятно, ухудшать эстетические свойства. Меховые изделия с загрязнениями белкового характера рекомендуется обрабатывать в системе аквачистки, при этом следует обратить внимание на то, что при обработке в водной фазе кожевая ткань становится жесткой и грубой, наблюдается усадка, а волосяной покров может приобрести изначальную извито15 стержневую структуру, и возникнет необходимость проводить операции облагораживания. Меховые ковры не нуждаются в водоотталкивающей пропитке, а жирование рекомендуется проводить расходом не более 10 мл на 1 кг загрузочной массы с целью восстановления утраченной мягкости материала. Высыхание изделий проходит в свободном состоянии при обдуве воздухом комнатной температуры (21-23°С). Заключительная отделка волосяного покрова состоит из двух операций: расчесывание колковой расческой и глажения волосяного покрова при помощи гладильной машины. Это не обеспечивает полное облагораживание волосяного покрова, а лишь воссоздает внешний вид готового изделия в магазине, что свидетельствует об отсутствии процесса фиксации формы волоса при производстве данных изделий. Медицинскую овчину рекомендуется стирать при температуре 60°С вручную или в стиральной машине как моющими, так и дезинфицирующими средствами [11]. Рекомендуется следующая технология стирки [12]: промывка холодной водой для удаления растворимых в воде загрязнений; мойка в воде при температуре 40-45°С в течение 10-15 минут с использованием неионогенных моющих средств; промывка водой 35-40°С, затем холодной водой в течение 5-10 минут; промывка в течение 15-20 минут в присутствии дезинфицирующих препаратов; после центрифугирования шкуры сушат в сушильном барабане при температуре не выше 60°С или в расправленном виде при температуре 40-45°С. Дезинфицирующие мероприятия в условиях стационарных медицинских учреждений предполагают обработку паром температурой от 75°С до 105°С. Очевидно, что показанные выше режимы обработки меховых изделий бытового и медицинского назначения требуют изменений технологии производства мехового полуфабриката с целью достижения достаточной термостойкости кожевой ткани. Таким образом, проведенный выше анализ особенностей технологии производства и свойств мехового полуфабриката бытового и медицинского 16 назначения показал, что обработка ведется практически по традиционной технологии производства овчин для одежды. Однако, требования, предъявляемые к нему, обуславливают наличие специальных потребительских функций и необходимость формирования свойств, обеспечивающих гигиеничность, легкий уход, включающий возможность многократной стирки. Особенно важны экологические характеристики подобных материалов. Поэтому в последующей части литературного обзора, на основании литературных данных, представлен анализ экологических характеристик химических веществ, содержащихся в большинстве товаров мехового ассортимента. 17 1.2.Экологическая безопасность кожевенно-меховых изделий Проблема улучшения состояния окружающей среды входит в список глобальных проблем современности, поскольку потребительский подход к природным ресурсам, развитие производительных сил без учета экологических последствий нанесли значительный ущерб природе, привели к ухудшению здоровья людей и изменению демографических характеристик (уровня рождаемости, смертности, продолжительности жизни). Авторами [22] отмечается, что факторы окружающей среды в 18-20% определяют состояние здоровья и находятся на втором месте после образа жизни. При рассмотрении в целом экологии изделий из кожи и меха, которая схематически показана на рис. 1.1, можно понять, что экологические проблемы касаются не только производства кожевенно-мехового полуфабриката и не решаются эффективно лишь очисткой сточных вод. Экологичность продукции (процесса, работы, услуги) - свойство продукции (процесса, работы, услуги), при котором она под влиянием внутренних и внешних опасных (вредных) факторов оказывает воздействие на окружающую среду, не подвергая ее риску [23]. Как отмечают авторы публикации в журнале World Leather [24], в ближайшие 25 лет в Европе существенное влияние на кожевенную промышленность будет оказывать экологическое законодательство. Следует ожидать, что оно будет значительно строже, чем в последнее десятилетие XX века. Ужесточатся требования к применяемым материалам. Возникнут такие проблемы, как обеспечение биоразлагаемости кож, сжигание старых изделий из кожи, регулирование выброса соли хлористого натрия. Список литературы
