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制革废弃物的大部分是皮边角余料,其中胶原蛋白占80%以上,胶原蛋白不仅是丰富的蛋白质、氨基酸营养源,同时是优良的功能性生物高分子材料,其特有的生物学特性在医药、食品、造纸、功能性保健品、化妆品、农业等多个领域都具有广泛的应用前景,因此,回收利用皮边角余料中的胶原蛋白资源具有重要意义。
本论文基于我国制革废弃物的应用研究现状及胶原蛋白的性能优势与缺点,在减轻制革污染的同时,变废为宝,以高值转化为目的,对从皮革废弃物中提取胶原蛋白进行深入研究,围绕胶原蛋白的应用特性和与羧甲基纤维素共混制备的膜材料进行了研究。充分利用IR、SEM、X-RD、DSC等观察测试手段,通过大量正交试验及单因素试验,对胶原蛋白与羧甲基纤维素质量配比、成膜温度、成膜pH值、储存时间、添加剂用量等进行了广泛的研究;并对共混膜的形态结构、结晶结构和热性能进行了一定程度的分析。
MgO酶法水解相结合的方法处理废革屑提取胶原蛋白的质量较好,最佳的提取工艺为:水解温度60℃;液比为1∶15;时间为8h;MgO用量为7%;胰酶用量为0.2%。另外,水洗可以大幅度降低铬革屑的灰分含量。经过水洗后,水解产物的灰分和铬含量都有所下降,且产物的色泽也有很大的改观。
胶原蛋白是一种十分典型的两性聚电解质,其黏度的变化随pH值的变化比较复杂;同时,胶原蛋白溶液的黏度还受到环境的温度、溶液的质量百分含量以及胶原蛋白溶液的储存时间影响。
胶原蛋白和羧甲基纤维素能成功制备共混膜。确定了流涎法制备共混膜的最佳工艺条件。羧甲基纤维素与胶原蛋白质量比、成膜温度、甘油质量百分含量及pH值等对成膜性能均有较大的影响。最佳制备条件为:羧甲基纤维素与胶原蛋白质量比为1∶2;成膜温度为50℃;甘油质量百分含量为2.5%;pH值为5.0。
胶原蛋白的两性电解质性质,使得它与阴离子羧甲基纤维素共混后,两者之间形成强烈的静电作用,加之氢键、范德华力等贯穿网络的相互作用,会形成一种性能稳定的聚合电解质络合物的,能显著提高膜的力学性能。
少量的甘油对膜可以起到增塑的作用,能改善膜的韧性,提高膜的力学性能;添加少量的戊二醛可以很好的改善共混膜的物理性能。此外,用甘油水溶液处理共混膜也能改善膜的物理性能,而且增大了膜的孔径,改善了膜的透水汽性能。
通过扫描电子显微镜的观察发现:采用流涎法制备的胶原蛋白膜具有均质和较为致密的结构,甘油水溶液处理过的共混膜形成了致密的多孔层。
利用红外光谱仪、广角X-射线衍射仪以及差式扫描量热仪对共混膜进行分析发现:羧甲基纤维素与胶原蛋白在共混制膜时产生了强烈的作用,它使胶原蛋白的分子排列和构象发生了明显的变化,可能形成了新的聚集体,改善了膜的力学性能和热性能。