基于微波辐照的制革鞣制化学反应和鞣制机理研究

The tanning reaction and the tanning mechanism with microwave irradiation as the heat source will be studied in detail, the results of which would be helpful in improving the tanning technique and exploiting new tanning agents. Firstly, the interaction between the tanning agents in a microwave field will be investigated in the condition of simulated conventional tanning system. Similarly, the reaction between the collagen will be studied in the simulated tanning solution or as the solid state. Secondly, the interaction process between the tanning agents and the collagen will be revealed by use of these results such as the binding energy, the combination sites and the properties of the products. The feasibility of microwave assisted tanning technique would be demonstrated in comparison with the conventional tanning operation, the tanning reaction process and the tanning mechanism. Furthermore, the microwave condition will be optimized to improve the tanning process. In the end, the new tanning reaction process and the tanning mechanism will be put forward with microwave irradition.

本项目以微波作为鞣制反应的热源，系统研究并获得微波辐照条件下鞣制化学反应规律及鞣制机理，从而为将微波技术应用于改进皮革鞣制技术提供理论依据，并为新功能型鞣剂的开发提供科学依据和数据支持。研究涉及具体内容包括：（1）研究在微波辐照和模拟鞣制反应条件下，以固态或溶于溶液中等相态存在的鞣剂、皮胶原独立体系的组成、结构和性能的变化规律，获得微波辐照条件下鞣制反应物（鞣剂、胶原）相互反应规律。（2）研究在微波辐照和模拟鞣制反应条件下，以溶于溶液中或固态等相态存在的鞣剂与皮胶原相互作用，包括结合能、作用位点和产物性质等。（3）分析上述研究结果，并通过与传统鞣制操作、鞣制化学反应及鞣制机理进行对比，验证微波辅助鞣制技术的可行性，指出可用于改进鞣制技术的微波辐照最佳作用方式，并归纳总结由微波场引发的鞣制反应过程及鞣制机理理论。

目前关于微波辐照对鞣剂和胶原等鞣制反应物、以及对鞣制过程和鞣制产物等影响方面缺乏系统性的认识，因此微波辐照在制革鞣制中的应用进展缓慢。本项目采用对比研究的方法，以微波辐照加热为实验样，相同条件下水浴加热为对照样，分别从鞣制反应物和不同尺度鞣制反应等角度，系统研究了微波辐照对鞣制体系、鞣制过程和鞣制产物的影响。取得了以下理论成果：1.系统研究了微波辐照对鞣剂和胶原蛋白等反应物的影响，发现其可以进一步促进铬鞣剂的水解和配聚，可以使栲胶溶液的胶团趋于分散、稳定性更强，不会破坏胶原蛋白的三股螺旋结构和层级结构，为将微波辐照技术用于鞣制反应奠定了理论基础；2.系统研究了微波辐照对铬鞣反应的影响，发现系统的极性越强，微波辐照的促进效果越明显，同时微波辐照可使铬鞣过程中鞣剂吸收率更高、鞣制终点pH值更低，为将微波辐照技术用于铬鞣生产提供了理论指导；3.系统研究了微波辐照对植鞣反应的影响，发现微波辐照可进一步增加鞣液中鞣质与皮胶原的结合量，加快鞣质在裸皮中的渗透速度，使鞣制产物具有更好的热稳定性，为将微波辐照用于促进植鞣过程和提高鞣制效率提供了指导；4.系统阐述了微波辐照在鞣制反应体系中存在非热效应的证据，发现非热效应可以促进铬鞣液的水解和配聚，可以改变植物鞣液的胶体化学性质，并能促进胶原纤维的分散等，从而加快了鞣制反应速度，提高了鞣制效果，但是，非热效应不会改变已有铬鞣机理和植鞣机理的重要证据，为将微波辐照技术用于实际鞣制过程提供了科学依据。技术成果方面，在微波辐照对铬鞣影响规律和作用特点的基础上，发明了一种基于微波辐照的通过式铬鞣新方法；在微波辐照对胶原蛋白在酸碱溶液中的影响规律和作用特点的基础上，提出了基于微波辐照的胶原蛋白的提取方法；在微波辐照对皮革加工过程特点和影响规律的基础上，发明了微波在制革生产上应用的重要设备微波转鼓装置等。这些技术成果有望将来获得实际应用。