Higieniczność obuwia. Hygienic shoe properties

Higieniczność obuwia Hygienic shoe properties Zbigniew Olejniczak*, Bogusław Woźniak Instytut Przemysłu Skórzanego w Łodzi, Zakład Obuwia i Morfofizjologii Stopy, ul. Zgierska 73, 91 462 Łódź, *e-mail: z.olejniczak@ips.lodz.pl Streszczenie Obuwie jest istotnym elementem ubioru człowieka, stanowiąc ochronę dla stóp. Komfort jego użytkowania jest rezultatem wielu różnych czynników wynikających z funkcjonowania człowieka i rodzaju jego aktywności. W praktyce mówi się o dwóch rodzajach komfortu: mechanicznym i fizjologicznym. O mechanicznym komforcie (wygoda noszenia obuwia, jego pasowność) stanowi subiektywna ocena użytkownika, natomiast w przypadku komfortu fizjologicznego niezbędne jest scharakteryzowanie mikroklimatu we wnętrzu obuwia. Określają go takie parametry jak temperatura i wilgotność. Mówi się o higieniczności obuwia i materiałów obuwniczych, czyli zdolności do zapewnienia użytkownikowi właściwego mikroklimatu w obuwiu podczas jego użytkowania. Są to ważne czynniki decydujących o ocenie jakościowej, funkcjonalności i przydatności wyrobu. Pojęcie komfortu (ewentualnie dyskomfortu) użytkowania obuwia jest trudne do zdefiniowania, jego ocena opiera się w zasadzie na subiektywnych odczuciach użytkowników. W pracy opisano sposoby badania higieniczności materiałów obuwniczych oraz obuwia. Summary Footwear is an essential element of human clothing, providing protection for feet. The comfort of its use is the result of many different factors arising due to human functioning and the nature of human s activity. In practice, there is said to be two types of comfort: mechanical and physiological needs. The mechanical comfort (comfort of wearing footwear, its fitting) is a subjective evaluation of a user, while in the case of physiological comfort, it is necessary to characterize the microclimate inside of the shoe. It is defined by parameters such as temperature and humidity. There is talk of sanitary footwear and footwear materials, i.e. their ability to provide a user with appropriate microclimate in the shoe during its use. These are important factors determining the qualitative assessment of functionality and usefulness of the product. The concept of comfort (or discomfort) of footwear use is difficult to define; its assessment is essentially based on subjective feelings of users. The present paper describes the methodology of testing shoe hygienic properties. Słowa kluczowe: ochrona stop, higieniczność obuwia, mechaniczny i fizjologiczny komfort Key words: food protection, sanitary footwear, mechanical and physiological comfort 1. Mikroklimat otoczenia stopy w obuwiu 1.1. Komfort użytkowania obuwia Obuwie jest artykułem konsumenckim od bardzo dawna towarzyszącym człowiekowi. Na początku swojego rozwoju miało ono tylko chronić jego stopy. Obecnie coraz częściej zwraca się uwagę na inne funkcje obuwia wygląd użytkownika (funkcja mody) i poprawę jego odczuć podczas użytkowania (funkcja komfortu). Komfort użytkowania obuwia jest jedną z właściwości, które uwzględnia się podczas jakościowej oceny jego funkcjonalności i przydatności. Komfort jego użytkowania jest rezultatem wielu różnych czynników wynikających z funkcjonowania człowieka i rodzaju jego aktywności [1, 3]. W praktyce mówi się o dwóch rodzajach komfortu: mechanicznym i fizjologicznym. O mechanicznym komforcie (wygoda noszenia obuwia, jego pasowność) stanowi subiektywna ocena użytkownika, natomiast w przypadku komfortu fizjologicznego niezbędne jest scharakteryzowanie mikroklimatu we wnętrzu obuwia [6, 8, 9]. Określają go takie parametry jak temperatura i wilgotność. Mówi się o higieniczności obuwia i materiałów obuwniczych, czyli zdolności do zapewnienia użytkownikowi właściwego mikroklimatu w obuwiu podczas jego użytkowania. Są to ważne czynniki decydujących o ocenie jakościowej, funkcjonalności i przydatności wyrobu. Pojęcie

komfortu (ewentualnie dyskomfortu) użytkowania obuwia jest trudne do zdefiniowania, jego ocena opiera się w zasadzie na subiektywnych odczuciach użytkowników. Przyjmuje się, że podstawową przyczyną odczucia dyskomfortu jest zbyt duży ucisk wywierany przez cholewkę na stopy użytkownika lub nadmierna wilgotność i temperatura wewnątrz użytkowanego obuwia [1, 2, 6, 8, 9]. 1.2. Temperatura i wilgoć wewnątrz obuwia W trakcie użytkowania obuwia zachodzą ściśle ze sobą związane procesy wymiany ciepła i wilgoci w układzie stopa - materiały obuwnicze - otoczenie. Ze względu na działanie różnorodnych czynników fizycznych procesy te są dość złożone i do końca nie są wyjaśnione [3, 5, 6, 7, 9]. Zdolność ciągłego pochłaniania wilgoci i jej szybkiego wydalania jest ważną cechą materiałów stosowanych na wewnętrzne elementy obuwia. Według pomiarów Herielda (1982 r.), stopa w stanie spoczynku przy temperaturze otoczenia 20 o C wydziela przeciętnie 30g wilgoci, a przy temperaturze 30 o C przeciętnie 50g na dzień. Według Mittona w trakcie chodzenia stopa wydziela średnio (60-70) g wilgoci w ciągu dnia (1986 r.) [6]. Z aktualnych danych francuskiego instytutu CTC wynika, że ilość wydzielanego potu w stanie spoczynku i przy wysiłku wynosi dla stopy odpowiednio 5 g/h i 15 g/h w 20 o C [10]. Przyjmuje się, że na procesy wytwarzania potu i ciepła wewnątrz obuwia największy wpływ mają: temperatura otoczenia, rodzaj aktywności fizycznej człowieka oraz rodzaj obuwia [11]. Produkcja potu przez stopę jest dość skomplikowana. Podeszwa stopy produkuje pot praktycznie stale. Szybkość produkcji potu przez podeszwową stronę stopy człowieka waha się od 5 10-4 mg/cm 2 s do 22,0 10-3 mg/cm 2 s. Ilość wydzielanej wilgoci jest stymulowana czynnikami psychicznymi i praktycznie nie ma tu wpływu mechanizm termoregulacji ciała ludzkiego. Pozostała powierzchnia stopy w normalnych warunkach wytwarza pot z szybkością o 1-2 rzędy niższą, a wydzielanie potu jest stymulowane czynnikami termicznymi. Dopiero przy wzroście temperatury otoczenia do (30 33) o C i po upływie co najmniej 10 minut ilość wydzielanego potu przez wierzch stopy zbliża się do wartości porównywalnej dla spodniej strony stopy. Jednak w normalnych warunkach za wydzielanie potu w obuwiu odpowiedzialna jest głównie podeszwa stopy. Można przyjąć, że różne części obuwia są w różnym stopniu narażone na działanie potu [6]. Podczas użytkowania obuwia ciepło i wilgoć produkowane przez stopę muszą być usuwane z wnętrza obuwia. Ciepło jest zwykle oddawane do otoczenia dzięki mechanizmowi przewodzenia, promieniowania i konwekcji, głównie przez cholewkę (część ciepła przenika też do otoczenia w wyniku dyfuzji wilgoci przez materiał wierzchu). Spód obuwia posiada zwykle dobre właściwości termoizolacyjne (czego przyczyną jest gruba warstwa spodu, w tym podeszwa, wykonana najczęściej z polimeru syntetycznego, cechującego się dużym oporem cieplnym). W przypadku wilgoci problem jest bardziej złożony. Pot wytwarzany przez spodnią stronę stopy jest częściowo pochłaniany przez hydrofilowe warstwy spodu obuwia (np. wyściółkę skórzaną lub z materiału włókienniczego oraz podpodeszwę najczęściej wykonaną z chłonnych materiałów celulozowych). Nadmiar wilgoci gromadzi się w górnej części obuwia, skąd może być usunięty drogą dyfuzji przez materiał cholewki lub wskutek naturalnej wentylacji przez górną część cholewki (co jest często bardzo utrudnione np. przy mocnym zawiązaniu sznurówek lub w wyniku specyfiki budowy, rodzaju wzoru czy fasonu obuwia). Ważne są również właściwości sorpcyjne materiałów stosowanych na wewnętrzne elementy obuwia. Skuteczność przenikania wilgoci do otoczenia zależy również od zdolności oddawania wilgoci przez te materiały. Znaczenie ma też możliwość ruchu stopy w obuwiu, który wymusza obieg powietrza i wilgoci wewnątrz obuwia, wpływając na przebieg procesów wymiany ciepła i wilgoci z otoczeniem. Szacuje się, że około 15% ciepła i wilgoci może być odprowadzane wskutek wentylacji wnętrza obuwia spowodowanego ruchami stopy w trakcie chodzenia [6]. 1.3. Mikroklimat w obuwiu a samopoczucie człowieka Dynamicznie zachodzące procesy wymiany ciepła i wilgoci wewnątrz użytkowanego obuwia wpływają w istotny sposób na samopoczucie człowieka. Stwierdzono, że przesycenie wnętrza obuwia parą wodną prowadzi do subiektywnego odczucia dyskomfortu, odczuwanego przez różne osoby z różna intensywnością. Ponadto nadmiar wilgoci może sprzyjać rozwojowi szkodliwych mikroorganizmów i w konsekwencji prowadzić do chorób stóp. Uczucie dyskomfortu u większości badanych osób wystąpiło przy wilgotności względnej wewnątrz obuwia przekraczającej 90%. Przy wzroście temperatury powierzchni stóp powyżej 28 o C 50% badanych użytkowników deklarowało odczucie pieczenia stóp i uczucie gorąca. Przy wilgotności względnej wewnątrz obuwia rzędu (60 80)% wszystkie badane osoby czuły się dobrze i nie odczuwały dyskomfortu [4, 7]. Łuba [1973] jako optymalną temperaturę wewnątrz obuwia podaje 28-34 o C [11]. Natomiast za typową temperaturę powierzchni stóp przyjmuje się zakres (24 26) o C [6, 9]. 24

Badania wykazały, że ilość ciepła oddawanego przez stopę będącą w spoczynku waha się w granicach od 4,18 kj/h do 8,37 kj/h [6]. Zapewnienie odpowiedniego komfortu cieplnego stóp przez stosowanie właściwego obuwia jest bardzo istotne, gdyż stopy są bardziej wrażliwe na zimno w porównaniu z innymi częściami ciała. Jest to głównie spowodowane ich dużą odległością od serca siły napędowej układu krwionośnego oraz dużą powierzchnią w stosunku do objętości. Stopy stanowią 5% całkowitej powierzchni ciała i tylko 1% całkowitej masy ciała człowieka. Straty ciepła pochodzące z każdej stopy stanowią 3,5% ogólnych strat ciepła w warunkach zimnych i do 7% w warunkach gorących. Koeller zakłada, że korzystny przedział temperatury otoczenia stopy leży między 3 C a 38 C, w tym strefa komfortu mieści się między 20 C a 35 C. Inny autor Hardy podaje, że strefa komfortu wnętrza obuwia to temperatura bliska temperaturze skóry, tj. 33 C i wilgotność względna mieszcząca się w przedziale (60-65)% [11]. Dla prawidłowego działania mechanizmu termoregulacji ciała duże znaczenie ma możliwość odparowywania (usuwania) wilgoci z powierzchni skóry. Obecnie zakłada się, że materiały do wytwarzania obuwia należy dobierać w taki sposób, by temperatura wewnątrz obuwia nie przekraczała 32ºC a wilgotność 75% [2, 12], ponieważ powyżej tych wartości stwarza się mikroklimat sprzyjający rozwojowi mikroorganizmów i chorób skóry. Niekorzystny wpływ na mikroflorę skóry nogi mogą wywierać np. chemikalia stosowane w procesie produkcji i wymywane przez pot. Materiały używane obecnie można zaliczyć do bezpiecznych pod tym względem. Tylko w nielicznych przypadkach występują reakcje alergiczne w zetknięciu z materiałem wierzchu obuwia lub klejem, czy też przypadki chorób grzybiczych przy znacznym nadmiarze potu wewnątrz obuwia [1]. 1.4. Wybrane zagadnienia budowy obuwia Od kilkudziesięciu lat notuje się w przemyśle obuwniczym wzrost produkcji obuwia z tworzyw sztucznych i syntetycznych. Na wierzchy stosuje się w coraz większym zakresie tworzywa skóropodobne, na spody zaś gumy oraz różne tworzywa syntetyczne. Przy zastosowaniu garbowanych skór naturalnych każde prawidłowo wykonane obuwie może w znacznym stopniu spełniać kryteria obuwia higienicznego. Obuwie wykonane z materiałów syntetycznych nie zapewnia właściwego komfortu w czasie użytkowania. Upodobnienie struktury skór sztucznych do struktury skór naturalnych, mimo olbrzymiego postępu w przemyśle chemicznym, jest ciągle niezadowalające. Budowę typowego obuwia składającego się z wierzchu oraz elementów spodowych (podeszwy, podpodeszwy i wyściółki) pokazuje rysunek 1. Na rysunku 2 przedstawiono schematyczny przekrój poprzeczny w części śródstopia obuwia montowanego systemem klejonym. Rysunek. 1 Podstawowe elementy typowego obuwia, gdzie: 1 wierzch, 2 wyściółka, 3 podpodeszwa, 4 podeszwa Rysunek. 2 Schematyczny przekrój obuwia montowanego systemem klejonym w części śródstopia Najczęściej wierzch obuwia (cholewka) wykonywana jest ze skóry naturalnej lub z syntetycznego materiału skóropodobnego. Podeszwy wykonywane są zwykle z termoplastycznych polimerów syntetycznych oraz z gumy. Podpodeszwa w obuwiu może być wykonana z prasowanej masy celulozowej lub wtórnej skóry otrzymywanej przez połączenie lepiszczem zmielonych odpadów skórzanych. W niektórych rodzajach obuwia może to być też materiał włókienniczy. Materiały te z reguły cechują się dużą chłonnością wilgoci. Podobne właściwości posiadają wyściółki, które jednak powinny mieć lepsze właściwości mechaniczne (zwłaszcza odporność na ścieranie). Najczęściej stosowane są tu włókniny lub skóra naturalna. W czasie użytkowania obuwia w układzie wyściółka - podpodeszwa gromadzi się wilgoć wydzielana przez spód stopy. Podeszwa stanowi warstwę nieprzepuszczalną. Również inne elementy w obuwiu, takie jak kołnierze, języki, naszywki ozdobne, okłady itp. są często wykonywane z nieprzepuszczalnych dla wilgoci materiałów syntetycznych. 25

Podszewki stosowane na wewnętrzne elementy obuwia ze względu na bezpośredni kontakt ze stopą użytkownika w dużym stopniu decydują o odczuciu komfortu. Mają poprawiać estetykę cholewek, wzmacniać słabsze materiały wierzchnie i zapewniać równowagę cieplno-wilgotnościową we wnętrzu obuwia. 1.5. Charakterystyka wewnętrznych materiałów obuwniczych w aspekcie komfortu Obuwie - poza rolą ochronną - powinno charakteryzować się odpowiednimi właściwościami użytkowymi i higienicznymi. Materiały wierzchnie na obuwie mają za zadanie nie tylko odprowadzanie pary wodnej wytworzonej przez stopę, ale również chronienie jej przed działaniem czynników zewnętrznych, takich jak niska temperatura lub woda. Muszą one zatem dobrze odprowadzać parę wodną wydzielaną przez stopy i utrudniać dostęp wody zewnętrznej do stopy. Jeżeli stopa nie ma możliwości odparowywania wydzielanego potu, wówczas wzrasta jej temperatura. Ilość wydzielanego potu przez ludzkie stopy zależy od temperatury otoczenia, intensywności ruchu oraz od indywidualnych właściwości metabolicznych organizmu. W ostatnich latach ustalono istotne zależności między właściwościami izolacyjnymi obuwia a warunkami jego użytkowania. Dla obuwia intensywnie eksploatowanego w warunkach dużej wilgotności otoczenia stwierdzono znaczny spadek wskaźnika izolacji cieplnej, nawet do 55% [16, 17]. Zbliżone wyniki uzyskano podczas kilkudniowych badań modelowych z wykorzystaniem specjalnie zaprojektowanego modelu kończyny dolnej [18]. Stwierdzono, że właściwości termoizolacyjne materiałów mają znaczny wpływ na wzrost temperatury we wnętrzu buta a tym samym na ilość potu wydzielanego przez stopę. Tę właściwość określa przewodnictwo cieplne układu wierzch - podszewka. Wykazano także, że niekorzystne dla organizmu ludzkiego, zwłaszcza w przypadku młodzieży i ludzi starszych, są ekstremalne warunki otoczenia: przegrzanie lub wychłodzenie organizmu. Najczęściej odmrożeniu ulegają właśnie stopy, ze względu na utrudnione warunki krążenia krwi, która jest niezbędna przy dostarczaniu energii komórkom ciała. Wielu badaczy wskazuje na konieczność lepszej izolacji termicznej stóp w warunkach niskich temperatur otoczenia [16,19,20]. Klasycznym, i ogólnie uznawanym za najlepszy, materiałem do wytwarzania wielu elementów obuwia jest skóra naturalna. Ze względu na swoją kanalikową strukturę charakteryzuje się ona dobrą przepuszczalnością pary wodnej, a także w pewnym zakresie posiada również zdolność do absorpcji i desorpcji wilgoci bez powodowania uczucia zawilgocenia. Cechuje się również dobrymi właściwościami mechanicznymi. Dość wysoka wartość przewodnictwa cieplnego sprawia, że nie jest dobrym izolatorem. Ze względów ekonomicznych do wytwarzania obuwia stosuje się rożnego rodzaju zamienniki syntetyczne, które, jak do tej pory, ustępują jakościowo materiałowi naturalnemu. Na rynku surowcowym pojawiają się ciągle nowe syntetyczne materiały obuwnicze, które pod względem wzorniczym i technologicznym stanowią lepsze lub gorsze alternatywne rozwiązania dla skór naturalnych. Elementy wierzchu obuwia, w szczególności wykonane z syntetycznych materiałów skóropodobnych, mogą w znaczący sposób wpływać na komfort użytkowania obuwia. Jeszcze większa rolę odgrywają wewnętrzne elementy obuwnicze, takie jak podszewka czy wyściółka, z którymi bezpośrednio styka się stopa. Wykonane ze skóry są co prawda dobre pod względem higienicznym, lecz dość szybko ulegają degradacji pod wpływem potu i zabrudzeń. Dlatego chętnie stosowane są zamienniki syntetyczne. Materiały tekstylne stosowane na elementy wewnętrzne obuwia dobierane są przez producentów wg rodzaju produkowanego obuwia. Stosowane są najczęściej tkaniny lub dzianiny o różnym udziale włókien naturalnych oraz włókniny igłowane, najczęściej syntetyczne, o różnej gramaturze. Są one różnej jakości, choć najczęściej spełniają takie ważne kryteria jak odporność na ścieranie, zdolność do sorpcji i desorpcji czy przepuszczalność pary wodnej. W handlu obecnych jest wiele krajowych i importowanych wyrobów spełniających wymagania norm obuwniczych. Pojawiają się też materiały syntetyczne o strukturze przestrzennej, mogące pochłaniać znaczne ilości wilgoci. W obuwnictwie nie są jednak praktycznie stosowane tekstylne wyroby dwuwarstwowe, w których jedna warstwa usytuowana bliżej stopy wykonana jest z surowców włókienniczych konduktywno-dyfuzyjnych o cechach hydrofobowych, druga natomiast posiada właściwości sorpcyjne. 2. Literatura 1. S. Tailby: Building in comfort, World Footwear XI/XII 1998 (12) 6, s. 15. 2. A. Wilford: Footwear comfort, World Footwear III/IV 2000 (13) 5, s. 37. 3. S. Tailby: Comfort footwear, World Footwear III/IV (11) 2, s. 16. 4. The Challenge of Comfort, Foto Shoe 1994, (20), 5, s. 62 5. A. Wiltord: Footwear Comfort back to basic, World Footwear IX/X 1999 (12) 5, 37-42. 6. F. Langmaier: Hygiena a komfort obuté nohy, Kozarstvi, 1990 (40) 12, 345-349. 26

7. I. Duda, E. Marcinkowska: Z badań nad oceną właściwości higienicznych materiałów obuwiowych, Przegląd Skórzany 1984, 4 (451), 87-93. 8. M. Wilson: Comfort factor in footwear, World Footwear I/II 2001 (15), 19-25. 9. C. Nachiappan i in.: Komfort - das Schlagwort in Schuhindustrie Schuhtechnik International. 1994 (88) 1/2 s.19. 10. Informacja własna z CTC (Francja). 11. R. Łuba, G. Soczyńska: Metody i ocena właściwości fizjologiczno-higienicznych obuwia roboczego i ochronnego, Prace Instytutu Przemysłu Skórzanego Łódź, 1973, 163-182,. 12. F. Langmaier i in.: Wpływ właściwości materiałów obuwniczych na mikroklimat noszonego obuwia, Przegląd Skórzany 1988 XLIII, 9 s. 260. 13. L. Przyjemska, L. Wierzbicka: Szczególne wymagania dla materiałów na wierzchy i wkładki obuwia wyjściowego i zdrowotnego, Przegląd Włókienniczy, Włókno Odzież Skóra 2005 (8) 48-53. 14. A. Wiltord.: Footwear Comfort back to basic, World Footwear IX/X 1999 (12) 5, 37-42. 15. W. Lasek: Materiały podstawowe przemysłu obuwniczego, ich właściwości higieniczne i wpływ na stan zdrowotny stopy, Przegląd Skórzany 1970,1 (283), 16-20 16. A. Woźniak-Mileszczak: Zależność pomiędzy izolacyjnymi właściwościami materiałów stosowanych do produkcji obuwia do użytku w pracy a jego cechami użytkowymi (na podstawie badań IPS), Materiały z V Ogólnopolskiej Konferencji Środki ochrony indywidualnej do użytku w pracy Nauka Produkcja Stosowanie, Szczyrk, X 2001r. 17. M. Wilson: Footwear breathability and sweat management, World Footwear I/II 1996 (8) 6, s. 67. 18. J. E. Kennedy, D.M. Sweency : A study of the microclimate in footwear. Experimental design and statistical analysis, Journal. American Leather Chem. Association, 1967 (2) 5 s. 310. 19. H.O. Nilson: Comfort Climate Evaluation with thermal Manikin Methods and computer simulation models, National Institut for Working Life, Sztokcholm 2004. 20. K. Kuklane, I. Holmer, G. Giechsbret: One week sweating simulation test with a thermal foot model, materiały z Third International Meeting on Thermal Manikin Testing 3IMM, Sztokholm, Szwecja, 1999 (10) s. 106. 27