Lista wynalazków

Samonaprawiające się podeszwy obuwia ochronnego

autorzy: mgr inż. Agnieszka Adamus-Włodarczyk (CIOP-PIB) dr hab. inż. Emilia Irzmańska (CIOP-PIB) dr inż. Anna Strąkowska (Politechnika Łódzka) mgr inż. Sylwia Członka (Politechnika Łódzka) mgr Sebastian Rezmer (LMG Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., Grudziądz)

Innowacją projektową opracowanego rozwiązania jest wykorzystanie efektów autonomicznej samonaprawy w środkach ochrony indywidualnej, co może wpłynąć na poprawę bezpieczeństwa pracy i wydłużyć czas użytkowania obuwia. Naturalne jest, że podczas użytkowania środków ochrony indywidualnej, dochodzi do powstawania uszkodzeń mechanicznych w ich strukturze, które w początkowym etapie są najczęściej niewidoczne i trudne do identyfikacji. Występowanie uszkodzeń powoduje osłabienie materiału polimerowego, a z upływem czasu trwałe uszkodzenie i skrócenie bezpiecznego czasu użytkowania stosowanych środków ochrony indywidualnej. Standardowe materiały polimerowe, ze względu na swoje właściwości łatwo ulegają zarówno degradacji, jak również są podatne na różnego rodzaju mikro i makro uszkodzenia. Wobec tego celowym było opracowanie wyrobów, innowacyjnych, samonaprawiających się, które pozwolą na bardziej efektywniejszą ochronę pracownika w środowisku pracy. Proces naprawczy w przypadku materiałów polimerowych o właściwościach samonaprawiających przebiega trzyetapowo, bardzo podobnie do procesu biologicznego występującego w organizmach żywych. W przypadku uszkodzenia pierwszą reakcją jest wyzwolenie lub uruchomienie samonaprawy, które następuje prawie natychmiast po uszkodzeniu. Drugą reakcją jest automatyczny transport materiałów samonaprawiających do obszaru, w którym ma miejsce pęknięcie. Trzecią reakcją jest naprawa chemiczna, której przebieg zależy od rodzaju mechanizmu naprawy. Całogumowe obuwie ochronne będące środkiem ochrony indywidualnej, powinno spełniać zasadnicze wymagania Rozporządzenia UE 2016/425 z dnia 9 marca 2016 r. w sprawie środków ochrony indywidualnej oraz uchylenia dyrektywy Rady 89/686/EWG. Obuwie ochronne ocenia się pod kątem spełnienia wymagań znajdujących się w normach zharmonizowanych PN-EN 20344:2012 .Kluczowymi parametrami dla tych wyrobów jest całkowita ich szczelność, brak nasiąkliwości oraz odporność na wodę i na przenikanie substancji chemicznych lub ich mieszanin. Najczęściej pracownicy są narażeni na działanie więcej niż jednej substancji chemicznej, podczas wykonywania rutynowych czynności zawodowych, stad też nieuniknione jest ich łączne działanie w postaci: niezależnej (różne efekty szkodliwego działania na organizm), sumujące (całkowita wielkość szkodliwych efektów jest równa sumie efektów spowodowanych pojedynczym działaniem), synergistyczne (całkowita wielkość szkodliwych efektów jest potęgowana przez oddziaływanie substancji chemicznych) oraz antagonistyczne (całkowita wielkość szkodliwych efektów jest osłabiana na skutek oddziaływania substancji chemicznych). Jednak zabezpieczenie pracownika przed bezpośrednim kontaktem z substancjami chemicznymi jest możliwe tylko i wyłącznie w przypadku, gdy ochrony kończyn dolnych są szczelne i nie posiadają mikro i makro uszkodzeń mechanicznych w swojej strukturze. Obecnie stosowane wyroby nie są odporne na powstawanie mikrouszkodzeń, które sprzyjają osłabieniu struktury barierowego materiału ochronnego i nasilają swobodną penetrację substancji chemicznej. W konsekwencji, użytkowane podeszwy w obuwiu ochronnym nie zapewnia właściwego poziomu ochrony i potencjalnie zwiększają narażenie organizmu na działanie szkodliwych substancji chemicznych. Jednym z wyzwań stawianych w realizowanym projekcie, podczas konstruowania materiałów polimerowych podeszwy było wydłużenie ich żywotności, a zarazem zapewnienie bezpieczeństwa, podczas użytkowania obuwia. Główną koncepcją prowadzącą do uzyskania tego celu był materiał, który byłby w stanie reagować na niewidoczne organoleptycznie mikropęknięcia w strukturze, tzn. byłby w stanie ulec samonaprawie. Najbardziej znane mechanizmy biologiczne stanowiące inspiracje dla budowy nowych samonaprawiających się materiałów to zabliźnianie ran skóry ssaków, układ krwionośny, przepływ i krzepnięcie krwi, budowa komórek krwi, zrastanie się pękniętych kości i kompartmentalizacja, czyli mechanizm budowy wewnętrznych ścianek zabezpieczających organizm, przed przenikaniem substancji szkodliwych do wrażliwych części rośliny. Głównym założeniem przy projektowaniu materiałów samonaprawiających jest to, aby po regeneracji były one w stanie odzyskać swoje pierwotne właściwości mechaniczne, albo ograniczyć powiększanie się mikropęknięć. Samonaprawa może nastąpić autonomicznie lub być aktywowana zewnętrznym bodźcem, np. temperaturą bądź promieniowaniem UV. Autonomicznie działające materiały samonaprawiające, nie potrzebują zewnętrznego impulsu, gdyż samo uszkodzenie staje się bodźcem do jego samonaprawy. Wybranym na podstawie badań laboratoryjnym mechanizmem zastosowanym w podeszwach obuwia ochronnego jest systemy na bazie mikrokapsułek. Polegają on na tym, że środek naprawczy jest zamknięty w odpowiednich mikrostrukturach, które rozrywają się w momencie powstawiania uszkodzenia. W wyniku uszkodzenia uwalnia się z mikrokapsułki środek naprawczy i wypełnia uszkodzone mechanicznie miejsce w podeszwie obuwia rozpoczynając w ten sposób mechanism samonaprawy.