皮革电荷性质的表征和调控方法及其在构建无铬鞣法染整工艺平衡理论中的应用

Application of chrome-free tannage to eliminate chrome pollution at the origin is an inevitable trend for the sustainable development of leather industry. However, the mechanism of charge regulation of chrome-free tanning and post-tanning system remains unclear due to the lack of a proper method of determining the isoelectric point and charge state of leather, which is difficult to provide a scientific guide for the binding behavior of chrome-free leather and post-tanning chemicals. Therefore, the development of chrome-free tannage has been severely restricted. In this project, a novel technique for determining Zeta potential and isoelectric point of leather will be established based on the principle of heterogeneous binding of polyelectrolytes. Using this technique, the adjusting regulations of charge states of chrome-free leather and post-tanning chemicals will be investigated. Then the effects of the adjustment of Zeta potentials of chrome-free leather and post-tanning chemicals on the binding rate of chemicals and the comprehensive properties of crust leather will be further explored. As a result, the interaction mechanism dominated by electrostatic force between chrome-free leather and post-tanning chemicals will be elucidated, and the post-tanning process balance theory of chrome-free tannage based on charge regulation will be constructed. This project will provide a theoretical basis and technical support for the effective binding of post-tanning chemicals with chrome-free leather and the large-scale application of chrome-free tanning system.

实施无铬鞣法，从源头消除铬污染，是皮革工业持续健康发展的必然趋势。但由于缺乏准确测定皮革等电点和带电状态的方法，对无铬鞣法及其染整工艺体系的电荷调控机制尚缺乏认识，难以科学指导无铬鞣皮革与染整化学品的结合，严重制约了无铬鞣法的发展与应用。本项目拟基于聚电解质非均相结合的原理，建立皮革Zeta电位和等电点的测试技术，并应用该技术系统研究无铬鞣皮革和染整化学品带电状态的调控规律。在此基础上，进一步研究无铬鞣皮革和染整化学品Zeta电位的调节对染整化学品结合率及成革综合性能的影响，阐释以静电力为主导的无铬鞣皮革-染整化学品相互作用机制，构建以电荷调控为核心的无铬鞣法染整工艺平衡理论，为实现无铬鞣皮革与染整化学品的高效结合，推动无铬鞣体系的大规模应用提供理论指导和技术支撑。

实施无铬鞣法，从源头消除铬污染，是皮革工业持续健康发展的必然趋势。但由于缺乏准确测定皮革等电点和带电状态的方法，对无铬鞣法及其染整工艺体系的电荷调控机制尚缺乏认识，难以科学指导无铬鞣皮革与染整化学品的结合，严重制约了无铬鞣法的发展与应用。本项目首先研究了温度、时间、pH、离子强度等测试条件对皮革Zeta电位测试的影响，建立了针对固态皮革的等电点和Zeta电位测试技术。然后应用上述方法，测定了鞣前准备、鞣制和鞣后染整等不同处理阶段，铬鞣、有机无铬鞣、非铬金属鞣和结合鞣等不同鞣制方法的皮革等电点和Zeta电位，获得了无铬鞣皮革电荷性质的调控规律，同时研究了不同电荷性质（阴离子型、两性离子型和阳离子型）、结构特点的典型染整化学品Zeta电位的调控规律。最后，在皮革和化学品的带电状态均可调的基础上，阐明了无铬鞣皮革与染整化学品的相互作用机制，获得了无铬鞣皮革高效染整的调控规律，构建了以电荷调控为核心的无铬鞣法染整工艺平衡理论。结果表明，建立的固体皮革Zeta电位和等电点测试技术具有普适性、良好的准确性和重复性，可满足不同工序、不同鞣法、不同处理条件下皮革样品电荷性质的测定。通过改变无铬鞣剂的结构、用量和鞣制条件等因素，可调节无铬鞣革的等电点。当调节无铬鞣革的等电点接近铬鞣革，即正电性较强时，坯革可与阴离子型染整化学品发生牢固的静电结合，物理和感官性能提升，染整效果增强。两性离子型和阳离子型染整化学品的结构与电荷性质显著影响着染整化学品的结合率，可分别在染整过程开始和结束时使用，通过其与无铬鞣革的结合，进一步提高皮革的正电性，对染整效果有一定促进作用。该电荷表征和调控方法可应用于无铬鞣剂结构设计和工艺制定、染整化学品应用效果评估和染整过程工艺平衡优化等各方面，对于实现无铬鞣皮革与染整化学品的高效结合，推动无铬鞣体系的大规模应用起到了理论指导和技术支撑的作用，可望成为构建无铬生态鞣制体系的有效工具之一。