复杂溶液体系中皮革及皮胶原结构与性能的变化规律

In beamhouse, pelt and collagen are usually exposed to long time of solution process, wherein the composition and properties of liming solution system is the most complicated. It is one of the main sources of pollution in leather making and collagen extracting. In the present project, with the help of the knowledge from such fields as leather, biology, chemistry, and materials, systematic researches are to be done on the interaction mechanism between the components in complicated solutions, on the effect of the complicated solutions on the properties of leathers and collagens. The interaction pattern of the solution components with pelt and collagen is to be studied as well. The movement of collagen macromolecules and interfibrillar substances are to be investigated to know the changing pattern of the aggregation states and the behaviors of pelt and collagen. Corresponding mathematical model and molecular motion model will be proposed to deeply understand the main affecting factors and key scientific problems. By the systematic study and implementation of the project, scientific and reasonable ways to choose chemicals and technologies to prepare leathers and collagen will be provided. The work may also provide necessary theoretical guidance for the research and development of high performance collagen-based materials with high efficiency and clean technology.

准备工段中裸皮与皮胶原需经历长时间溶液处理，其中浸灰碱溶液体系的组成与性能最为复杂，是皮革制造和胶原提取的主要污染源之一。本申请项目拟采用皮革、生物、化学、材料等领域的研究方法与手段，系统研究复杂溶液体系中各组分间相互作用的机理与混合液的组成和性能，研究各组分与裸皮的相互作用与变化规律及对皮革和皮胶原结构与性能的影响，以及处理过程中裸皮与皮胶原结构与性能的变化规律，探索复杂溶液处理过程中皮胶原分子及其中纤维间质的溶出与反应规律，以期了解该过程中裸皮及其中皮胶原的聚集态结构、纤维编织结构与性能的变化规律，建立相应的数学与分子运动模型，深入探讨其中的主要影响因素与关键科学问题。通过本申请项目的研究与实施，为科学、合理地选用皮革生产和胶原提取用化工材料与工艺、高性能皮胶原材料的研究与开发、皮胶原相关生产工艺与技术的改进，以实现皮胶原产业的高效益、清洁化提供必要的理论指导。

准备工段中裸皮与胶原经历长时间复杂溶液处理，其中浸灰碱体系组成与性能最为复杂，是皮革制造和胶原提取的主要污染源之一。本项目系统研究了复杂溶液体系中各组间的相互作用机理与混合物的组成和性能，研究了复杂溶液中各成分与裸皮中各组分间的相互作用与变化规律及对皮革与皮胶原结构与性能的影响，以及处理过程中裸皮与皮胶原结构与性能的变化规律，探索了复杂溶液处理过程中皮胶原分子及其中纤维间质的溶出及反应规律，探讨了该过程中裸皮及其中皮胶原的聚集态结构、纤维编织态与宏观性能的变化，并建立相应的数学模型。结合溶液中组分的变化规律和裸皮组成的变化规律，深入研究了复杂溶液体系处理裸皮时发生的各种物理与化学反应。研究发现，尿素浓度为7%时，尿素/氢氧化钙混合溶液处理裸皮效果最佳其作用机理是尿素分子作为氢键破坏剂，破坏胶原分子内或分子间氢键。与硫酸钠和磷酸氢二钠相比，氯化钙和氯化镁可抑制裸皮膨胀，具有更好地去除胶原纤维间质的能力。多数离子能够促进酶对蛋白质的催化作用，提高纤维间质的溶出效率，其中磷酸氢根离子、硫酸根离子、铵根离子和镁离子的促进效果最好。α-淀粉酶主要作用于纤维间质内蛋白多糖的糖苷键，催化蛋白多糖的水解。盐可促进α-淀粉酶的催化，促进裸皮纤维间质的溶出。各因素对牛皮膨胀影响顺序为：浸灰时间>浸灰温度>硫化钠浓度。盐/酶法有较好的脱毛与纤维束分散效果，其中KCl、NH4Cl及[AMIm]Cl与中性蛋白酶协同脱毛效果较好，脱毛速度快，对粒面损伤较小。KCl及[AMIm]Cl分别与中性蛋白酶协同脱毛/纤维分散过程中，[AMIm]Cl/dispase工艺脱毛效果较好，4 h完全脱毛，且向皮内渗透性好，对胶原破坏较小。本项目的研究成果可望为科学、合理地选用皮革生产和胶原提取用化工材料与工艺、高性能皮胶原材料的研究与开发、皮胶原相关生产工艺与技术的改进，以实现皮胶原产业高效益、清洁化提供必要的理论指导。