CZ2021122A3

CZ2021122A3 - Biodegradabilní sportovní obuv

Info

Publication number: CZ2021122A3
Application number: CZ2021122A
Authority: CZ
Inventors: Tomáš Sáha; Sáha Tomáš Ing., Ph.D.; Pavel Kubina; Pavel Ing. Kubina; Jakub Janoš; Igor Vanko; Igor Ing. Vanko
Original assignee: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně; Moravia Plast, Spol. S R.O.; EPUR, spol. s r.o.
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2021-12-15
Also published as: CZ309039B6

Abstract

Biodegradabilní sportovní obuv je tvořena textilním svrškem s našívací stélkou a ke svršku připojenou podešví s integrovanou stélkou. Svršek vyroben z biodegradabilní bavlněné tkané textilie se švy provedenými nitěmi, které jsou stejně jako tkaničky obuvi výhradně z biorozložitelných vláken, našívací stélka je bavlněná nebo lněná. Podešev je na bázi reakčního biodegradabilního polyuretanu a je připojena ke svršku bez lepidel, přímo během syntézy polyuretanu z polyolové složky a izokyanátové složky ve hmotnostním poměru od 1 : 0,4 až 1 : 4. Polyolovou složku tvoří směs 100 hmotn. dílů polyester polyolu s molekulovou hmotností 500 až 5000 g/mol a s hydroxylovým číslem 20 až 100 mgKOH/g, 1 až 30 hmotn. dílů prodlužovače řetězce na bázi diolu s molekulovou hmotností 50 až 400 g/mol a s hydroxylovým číslem 200 až 2 000 mgKOH/g, 0,1 až 2 hmotn. díly vody jako nadouvadla, 0,05 až 2 hmotn. dílů katalyzátoru na bázi aminu a 1 až 5 hmotn. dílů barviva. Izokyanátovou složku tvoří polyizokyanát s obsahem NCO skupin 5 až 30 % hmotn.

Description

Biodegradabilní sportovní obuv

Oblast techniky

Vynález se týká biodegradabilní sportovní obuvi typu tenisky, tvořené textilním svrškem s našívací stélkou a ke svršku připojenou podešví s integrovanou stélkou. Všechny uvedené komponenty obuvi jsou vyrobeny z biodegradabilních materiálů.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou známa řešení biodegradabilní speciální sportovní obuvi vytvořené kompletně z jednoho druhu materiálu. Jedná se např. o čínský užitný vzor CN 111718564 A, jehož předmětem je ekologicky odbouratelný materiál obuvi pro lezecké boty připravený z následující polymemí směsi:

až 100 hmotn. dílů rozložitelné polymemí pryskyřice;

až 10 hmotn. dílů kopolymeru etylen-akrylová kyselina;

až 2 hmotn. díly síťovacího činidla;

až 3 hmotn. díly stabilizátoru;

0,5 až 1 hmotn. díl nadouvadla;

0,3 až 1 hmotn. díl 2,6-di-terc-butyl-4-methylfenolu;

0,3 až 0,9 hmotn. dílu kyseliny hydroxyetyliden-difosfonové;

0,1 až 0,5 hmotn. dílu oktyltriazonu.

Rozložitelnou polymemí pryskyřicí je jeden nebo více polymerů ze skupiny zahrnující polybutylenjantarát, polykaprolakton a polybutylenadipát-tereftalát.

Toto řešení kompletní biodegradabilní sportovní obuvi je ale omezeno pouze na speciální dmhy sportovní obuvi vyrobené z jednoho dmhu materiálu. U sportovní obuvi tvořené více díly z různých materiálů je sice, obdobně jako např. u obuvi vycházkové, známa celá řada jednotlivých biodegradabilních komponent obuvi, doposud ale chybí koncepční řešení biodegradabilní obuvi jako celku. Tedy biodegradabilní obuvi, kde by byla sofistikovaně řešena kombinace jednotlivých biodegradabilních komponent obuvi (např. z hlediska sladění dob potřebných k jejich degradaci) tak, aby bylo možno hovořit skutečně o biodegradabilní obuvi jako celku.

Tak např. v mezinárodní patentové přihlášce WO 2006070421 Al se sice uvádí, že předmětem řešení je obuv obsahující podešev, stélku, podšívku a svršek, které jsou vyrobeny z biologicky rozložitelných materiálů. Přesněji je ale specifikován pouze materiál podšívky a svršku, které jsou zhotoveny z tkaniny z vláken na bázi biopolymerů, jako jsou deriváty celulózy, deriváty ligninu, sójové proteiny a jejich deriváty, polysacharidy, chitin a jeho deriváty, popř. hydroxyalkanoáty. V konkrétnější specifikaci je uváděn jako materiál vláken chitin - chitosan, který je v množství 5 až 40 % hmotn., kombinován s 60 do 95 % hmotn. celulózového materiálu.

V mezinárodní patentové přihlášce WO 2012099357 Al se zase uvádí biologicky odbouratelná pěnová směs pro mezipodešve obuvi obsahující směsný substrát kyseliny polymléčné akopolymem, který dále obsahuje 1 až 10 hmotnostních dílů změkčovadla, 1 až 10 hmotnostních dílů silanového spojovacího činidla, 0,1 až 1,5 hmotnostního dílu síťovacího činidla, 2 až 5 hmotnostních dílů nadouvadla, 1 až 10 hmotnostních dílů oxidu kovu, 0,5 až kyseliny stearové, popř. 1 až 10 hmotnostních dílů uhličitanu vápenatého (vše vztaženo na 100 hmotnostních dílů směsného substrátu).

Biologicky odbouratelný pěnový materiál pro stélky řeší čínská patentová přihláška CN 111440423 A. Tento biologicky odbouratelný materiál obsahuje 100 hmotnostních dílů

-1 CZ 2021 - 122 A3 biologicky odbouratelné pryskyřice; 0,5 až 5 hmotn. dílů barevného masterbatche, 0,5 až 10 hmotn. dílů nukleačního činidla; 0,2 až 1 hmotn. díl antioxidantu; 0 až 1,5 hmotn. dílu kyseliny stearové; 0 až 1 hmotnostní díl stabilizátoru buněk. Biologicky odbouratelnou pryskyřicí je jeden nebo více materiálů ze skupiny zahrnující polybutylensukcinát, polybutylenadipát, polybutylentereftalát, kopolymer polybutylensukcinát-tereftalát, kopolymer polybutylensukcinát-adipát, poly-3glykolát, polyhydroxyvalerát, kopolymer 3-hydroxybutyrát-3-hydroxyvalerát- polykaprolakton a kyselinu polymléčnou.

Další čínská patentová přihláška CN 110564137 zase řeší plně biologicky odbouratelnou podešev s abrazivitou je 70 až 75 mm³, tvrdostí 62 až 78 Shore A a pevností v tahu 160 až 180 Kgf/cm². Připravuje vytlačováním nebo vstřikováním ze směsi biologicky rozložitelného termoplastického polyuretanu, která obsahuje 80 až 100 hmotnostních dílů termoplastického polyuretanu, 1 až 10 hmotnostních dílů biodegradačního činidla a 2 až 15 hmotnostních dílů fenolové pryskyřice. Biodegradační činidlo obsahuje biologické expandující činidlo, kompozici kyseliny glutamové a biologický enzym ve hmotnostním poměru (0,01 až 5):(0,01 až 5): 1 s tím, že kompozice kyseliny glutamové obsahuje kyselinu glutamovou, kyselinu glutarovou a kyselinu polymléčnou.

Jak již bylo výše naznačeno, u všech známých řešení se jedná o jednotlivé biodegradabilní komponenty obuvi. Doposud ale chybí koncepční řešení biodegradabilní obuvi, kde by byla sofistikovaně řešena kombinace jednotlivých biodegradabilních komponent obuvi (např. z hlediska sladění dob potřebných k jejich degradaci) tak, aby bylo možno hovořit skutečně o biodegradabilní obuvi jako celku.

Podstata vynálezu

K odstranění výše uvedených nedostatků známých řešení přispívá do značné míry biodegradabilní sportovní obuv typu tenisky podle vynálezu, po skončení doby nošení kompostovatelná, Podstata vynálezu spočívá v tom, že svršek je vyroben z biodegradabilní bavlněné tkané textilie se švy provedenými nitěmi, které jsou stejně jako tkaničky obuvi výhradně z biorozložitelných vláken, našívací stélka je bavlněná nebo lněná a podešev na bázi reakčního biodegradabilního polyuretanu je připojena ke svršku bez lepidel, přímo během syntézy polyuretanu. Ten je syntetizován reakcí polyolové složky a izokyanátové složky ve hmotnostním poměru od 1 : 0,4 až 1 : 4 . Polyolovou složku při tom tvoří směs 100 hmotn. dílů polyester polyolu s molekulovou hmotností 500 až 5000 g/mol a s hydroxylovým číslem 20 až 100 mg KOH/g, 1 až 30 hmotn. dílů prodlužovače řetězce na bázi diolu s molekulovou hmotností 50 až 400 g/mol a s hydroxylovým číslem 200 až 2000 mgKOH/g, 0,1 až 2 hmotn. díly vody jako nadouvadla, 0,05 až 2 hmotn. dílů katalyzátoru na bázi aminu a 1 až 5 hmotn. dílů barviva. Izokyanátovou složku pak tvoří polyizokyanát s obsahem NCO skupin 5 až 30 % hmotn.

K výhodnému řízenému nastavení biorozložitelnosti obuvi jako celku na nízkomolekulámí sloučeniny jako jsou oxid uhličitý, voda a kompost je svršek vyroben z biodegradabilní bavlněné tkané textilie se švy provedenými nitěmi, které jsou stejně jako tkaničky obuvi výhradně z biorozložitelných vláken, našívací stélka je bavlněná nebo lněná a podešev na bázi reakčního biodegradabilního polyuretanu je připojena ke svršku bez lepidel, přímo během syntézy polyuretanu. Ten je syntetizován reakcí polyolové složky a izokyanátové složky ve hmotnostním poměru 1 : 0,8 až 1 : 1,1 s tím, že polyolovou složku tvoří směs 100 hmotn. dílů polyester polyolu s molekulovou hmotností 1900 až 2300 g/mol a s hydroxylovým číslem 50 až 60 mgKOH/g, 5 až 20 hmotn. dílů prodlužovače řetězce na bázi diolu s molekulovou hmotností 50 až 100 g/mol a s hydroxylovým číslem 1000 až 2 000 mgKOH/g, 0,3 až 0,8 hmotn. díly vody jako nadouvadla, 0,05 až 0,4 hmotn. dílu katalyzátoru na bázi aminu a 1 až 3 hmotn. díly barviva a izokyanátovou složku tvoří polyizokyanát s obsahem NCO skupin 15 až 20 % hmotn.

Do podešve je s výhodou integrovaná stélka s tloušťkou 10 až 12 mm vyrobená ze šlehaného latexu přírodního nebo syntetického kaučuku a s připojenou papírovou, resp. celulózovou vrstvou

- 2 CZ 2021 - 122 A3 o tloušťce 1 až 5 mm, při čemž tyto vrstvy integrované stélky jsou slepeny polyuretanovým vodou ředitelným lepidlem.

Biorozložitelnými vlákny pro niti švů svršku a tkaničky obuvi jsou s výhodou přírodní vlákna vybraná ze skupiny zahrnující vlákna bavlněná, lněná, vlněná, kokosová a bambusová.

Hlavní přínos biodegradabilní sportovní obuvi podle vynálezu spočívá v sofistikovaně řešené kombinaci vybraných biorozložitelných obuvnických materiálů do celku obuvi s novou vlastností - nastavitelnou a proti doposud vyráběné obuvi rychlou biorozložitelnosti. S ohledem na to, že biodegradabilitu lze formulovat také jako časové omezení užitečnosti, lze biodegradabilní obuv definovat také jako obuv s expirací s tím, že ve finální fázi cyklu její životnosti je tato obuv kompostovatelná. V souvislosti stím lze říci, že v horizontu 5 až 15 let dojde k rovnoměrnému rozložení všech částí obuvi podle vynálezu na nízkomolekulámí sloučeniny jako jsou oxid uhličitý, voda a kompost. Z hlediska doby biorozložitelnosti obuvi jako celku je při tom limitující doba biorozložitelnosti podešve, která je modifikací receptury reakčního biodegradabilního polyuretanu nastavitelná ve výše uvedeném rozmezí 5 až 15 let. Zde je ale třeba vzít v úvahu i požadavky na mechanické vlastnosti podešve - všeobecně lze v tomto směru uvést, že tvrdší podešve, kde je v receptuře reakčního biodegradabilního polyuretanu vyšší obsah butandiolu nebo monoetylenglykolu jako síťovadla mají dobu biorozložitelnosti delší. Podrobněji je to doloženo dále uvedenými praktickými příklady.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Biodegradabilní sportovní obuv typu tenisky s tvrdou podešví s biorozložitelnosti v horizontu 15 let je tvořena textilním svrškem s našívací stélkou a ke svršku připojenou podešví s integrovanou stélkou. Svršek je vyroben z biodegradabilní bavlněné tkané textilie se švy provedenými biorozložitelnými bavlněnými nebo vlněnými nitěmi, našívací stélka je bavlněná nebo lněná. Z bavlněných nebo vlněných vláken jsou zhotoveny i tkaničky obuvi.

Podešev na bázi reakčního biodegradabilního polyuretanu je připojena ke svršku bez lepidel, přímo během syntézy polyuretanu. Ten je syntetizován reakcí polyolové složky a izokyanátové složky ve hmotnostním poměru 1 : 1,02. Polyolovou složku při tom tvoří směs 100 hmotn. dílů polyester polyolu s molekulovou hmotností 2000 g/mol a s hydroxylovým číslem 56 mgKOH/g, 18 hmotn. dílů prodlužovače řetězce na bázi 1,4 butandiolu s molekulovou hmotností 90,12 g/mol a s hydroxylovým číslem 1245 mgKOH/g, 0,5 hmotn. dílu vody jako nadouvadla, 0,25 hmotn. dílu katalyzátoru l,4-diazobicyklo(222)oktanu a 2 hmotn. díly barviva na bázi sazí. Izokyanátovou složku pak tvoří směs 4,4-difenylmetandiisokyanátu a polyesterpolyolu s obsahem 18,5 % hmotn. NCO skupin.

Do podešve je integrovaná stélka s tloušťkou 11 mm vyrobená ze šlehaného latexu přírodního kaučuku a s připojenou papírovou vrstvou o tloušťce 2 mm, při čemž tyto vrstvy integrované stélky jsou slepeny polyuretanovým vodou ředitelným lepidlem.

Biodegradabilní sportovní obuv má díky kombinaci vybraných biorozložitelných obuvnických materiálů rychlou biorozložitelnost. V horizontu 15 let dojde k rovnoměrnému rozložení všech částí obuvi podle vynálezu na nízkomolekulámí sloučeniny jako jsou oxid uhličitý, voda a kompost.

Příklad 2

Biodegradabilní sportovní obuv typu tenisky se středně tvrdou podešví s biorozložitelnosti v horizontu 10 let je tvořena textilním svrškem s našívací stélkou a ke svršku připojenou podešví

-3CZ 2021 - 122 A3 s integrovanou stélkou. Svršek je vyroben z biodegradabilní bavlněné tkané textilie se švy provedenými biorozložitelnými bavlněnými nebo vlněnými nitěmi, našívací stélka je bavlněná nebo lněná. Z bavlněných nebo vlněných vláken jsou zhotoveny i tkaničky obuvi.

Podešev na bázi reakčního biodegradabilního polyuretanu je připojena ke svršku bez lepidel, přímo během syntézy polyuretanu. Ten je syntetizován reakcí polyolové složky a izokyanátové složky ve hmotnostním poměru 1 : 0,99. Polyolovou složku při tom tvoří směs 100 hmotn. dílů polyester polyolu (vyrobeného z kyseliny adipové a monoetylénglykolu) s molekulovou hmotností 1980 g/mol a s hydroxylovým číslem 58 mgKOH/g, 9 hmotn. dílů prodlužovače řetězce na bázi monoetylénglykolu s molekulovou hmotností 62,07 g/mol a s hydroxylovým číslem 1801 mgKOH/g, 0,65 hmotn. dílu vody jako nadouvadla, 0,33 hmotn. dílu katalyzátoru na bázi l,4-diazobicyklo(222) oktanu a 2,5 hmotn. dílu barviva - titanové běloby. Izokyanátovou složku pak tvoří směs 4,4-difenylmetándiizokyanátu a polyesterpolyolu s obsahem NCO skupin 19,4 % hmotn.

Do podešve je integrovaná stélka s tloušťkou 10 mm vyrobená ze šlehaného latexu přírodního kaučuku a s připojenou papírovou vrstvou o tloušťce 4 mm, při čemž tyto vrstvy integrované stélky jsou slepeny polyuretanovým vodou ředitelným lepidlem.

Biodegradabilní sportovní obuv má díky kombinaci vybraných biorozložitelných obuvnických materiálů rychlou biorozložitelnost. V horizontu 10 let dojde k rovnoměrnému rozložení všech částí obuvi podle vynálezu na nízkomolekulámí sloučeniny jako jsou oxid uhličitý, voda a kompost.

Příklad 3

Biodegradabilní sportovní obuv typu tenisky s měkkou podešví s biorozložitelností v horizontu 5 let je tvořena textilním svrškem s našívací stélkou a ke svršku připojenou podešví s integrovanou stélkou. Svršek je vyroben z biodegradabilní bavlněné tkané textilie se švy provedenými biorozložitelnými bavlněnými nebo vlněnými nitěmi, našívací stélka je bavlněná nebo lněná. Z bavlněných nebo vlněných vláken jsou zhotoveny i tkaničky obuvi.

Podešev na bázi reakčního biodegradabilního polyuretanu je připojena ke svršku bez lepidel, přímo během syntézy polyuretanu. Ten je syntetizován reakcí polyolové složky a izokyanátové složky ve hmotnostním poměru 1:0,91. Polyolovou složku při tom tvoří směs 100 hmotn. dílů polyester polyolu (vyrobeného z kyseliny adipové a butandiolu) s molekulovou hmotností 2200 g/mol a s hydroxylovým číslem 54 mgKOH/g, 8 hmotn. dílů prodlužovače řetězce na bázi 1,4 butandiolu s molekulovou hmotností 90,12 g/mol a s hydroxylovým číslem 1245 mgKOH/g, 0,35 hmotn. dílu vody jako nadouvadla, 0,05 hmotn. dílu katalyzátoru na bázi dibutylcínlaurátu a 1 hmotn. dílu barviva. Izokyanátovou složku pak tvoří směs 4,4 -difenylmetándiizokyanátu a polyesterpolyolu s obsahem NCO skupin 16 % hmotn.

Biodegradabilní sportovní obuv má díky kombinaci vybraných biorozložitelných obuvnických materiálů rychlou biorozložitelnost. V horizontu 5 let dojde k rovnoměrnému rozložení všech částí obuvi podle vynálezu na nízkomolekulámí sloučeniny jako jsou oxid uhličitý, voda a kompost.

Průmyslová využitelnost

Biodegradabilní sportovní obuv podle vynálezu je po skončení doby nošení (3 až 4 sezóny) kompostovatelná s tím, že je optimalizována k řízenému nastavení biorozložitelností obuvi jako

-4CZ 2021 - 122 A3 celku na nízkomolekulární sloučeniny jako jsou oxid uhličitý, voda a kompost v maximálním časovém horizontu 20 let, s výhodou pak v odstupňovaných časových horizontech 5, 10 a 15 let. S tím souvisí také další podstatný přínos vynálezu z hlediska odpadového hospodářství - změna kvalifikace použité boty z komunálního odpadu na bioodpad.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Biodegradabilní sportovní obuv typu tenisky, tvořená textilním svrškem s našívací stélkou a ke svršku připojenou podešví s integrovanou stélkou, vyznačující se tím, že je svršek vyroben z biodegradabilní bavlněné tkané textilie se švy provedenými nitěmi, které jsou stejně jako tkaničky obuvi výhradně z biorozložitelných vláken, našívací stélka je bavlněná nebo lněná a podešev na bázi reakčního biodegradabilního polyuretanu je připojena ke svršku bez lepidel, přímo během syntézy polyuretanu z polyolové složky a izokyanátové složky ve hmotnostním poměru od 1 : 0,4 až 1 : 4 , stím, že polyolovou složku tvoří směs 100 hmotn. dílů polyester polyolu s molekulovou hmotností 500 až 5000 g/mol a s hydroxylovým číslem 20 až lOOmgKOH/g, 1 až 30 hmotn. dílů prodlužovače řetězce na bázi diolu s molekulovou hmotností 50 až 400 g/mol a s hydroxylovým číslem 200 až 2 000 mgKOH/g, 0,1 až 2 hmotn. díly vody jako nadouvadla, 0,05 až 2 hmotn. dílů katalyzátoru na bázi aminu a 1 až 5 hmotn. dílů barviva a izokyanátovou složku tvoří polyizokyanát s obsahem NCO skupin 5 až 30 % hmotn.
2. Biodegradabilní sportovní obuv podle nároku 1, vyznačující se tím, že je svršek vyroben z biodegradabilní bavlněné tkané textilie se se švy provedenými nitěmi, které jsou stejně jako tkaničky obuvi výhradně z biorozložitelných vláken, našívací stélka je bavlněná nebo lněná a podešev na bázi reakčního biodegradabilního polyuretanu je připojena ke svršku bez lepidel, přímo během syntézy polyuretanu z polyolové složky a izokyanátové složky ve hmotnostním poměru 1:0,8 až 1:1,1, s tím, že polyolovou složku tvoří směs 100 hmotn. dílů polyester polyolu s molekulovou hmotností 1900 až 2300 g/mol a s hydroxylovým číslem 50 až 60 mgKOH/g, 5 až 20 hmotn. dílů prodlužovače řetězce na bázi diolu s molekulovou hmotností 50 až 100 g/mol a s hydroxylovým číslem 1000 až 2 000 mgKOH/g, 0,3 až 0,8 hmotn. díly vody jako nadouvadla, 0,05 až 0,4 hmotn. dílů katalyzátoru na bázi aminu a 1 až 3 hmotn. dílů barviva a izokyanátovou složku tvoří polyizokyanát s obsahem NCO skupin 15 až 20 % hmotn.
3. Biodegradabilní sportovní obuv podle nároku 1, vyznačující se tím, že do podešve je integrovaná stélka s tloušťkou 10 až 12 mm vyrobená ze šlehaného latexu přírodního nebo syntetického kaučuku a s připojenou papírovou, resp. celulózovou vrstvičkou o tloušťce 1 až 5 mm, přičemž tyto vrstvy integrované stélky jsou slepeny polyuretanovým vodou ředitelným lepidlem.
4. Biodegradabilní sportovní obuv podle nároku 1, vyznačující se tím, že biorozložitelnými vlákny pro niti švů svršku a tkaničky obuvi jsou přírodní vlákna vybraná ze skupiny zahrnující vlákna bavlněná, lněná, vlněná, kokosová a bambusová.