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本文主要从目前我国皮革固体废弃物的污染问题以及其在造纸工业中应用所存在的问题出发。采用对固体废弃物先进行打浆预处理,然后用碱酶共同作用的方法对其进行纤维化处理,分离出胶原蛋白和含铬胶原纤维,并将提取的胶原蛋白和残渣中的含铬胶原纤维分别与植物纤维混合抄片,通过对抄片性能的检测,确定最佳的配比,达到改善纸张性能的目的。本课题的研究对皮革废弃物在造纸中更有效的应用有着重大的意义。
胶原蛋白的提取选用胰蛋白酶和氧化镁作为处理剂,通过正交试验,对影响胶原蛋白得率的因素温度、液比、时间、MgO用量和胰蛋白酶的用量进行了研究,确定了提取胶原蛋白的最佳工艺条件为温度:90℃、液比15、时间8h、MgO用量4%、胰蛋白酶的用量0.2%。
利用纤维多媒体显微镜、纤维质量分析仪以及高速全自动氨基酸分析仪对残渣分析,发现残渣中有八种较难水解的氨基酸,说明残渣中还含有一定量的蛋白质。这些蛋白质主要是以细小纤维的形式存在,其重均长度约为0.421mm。
胶原加入到浆料中,通过对混合抄片物理性能的检测,确定了胶原蛋白的最佳用量为4%,而含铬胶原纤维的最佳用量为25%,同时对二者同时使用时的作用效果进行了初步的探讨。
因为两种高分子间的结合,使纤维间间隙减少,同时胶原与纤维素表面羟基结合,减少了纸纤维表面羟基的总数,因此随着胶原蛋白和含铬胶原纤维的加入,纸张的透气度降低,而抗水性提高。
胶原的加入,使纸的物理强度和热稳定性得以提高。通过对纸张的光学显微镜、扫描电镜、热稳定性以及红外结晶指数分析的研究结果表明,其原因是纤维素和胶原蛋白间相互作用,除了氢键外,还有离子键和共价键,因而使纤维间的结合力增大,成键键能增高;胶原蛋白的加入,使纤维素的结晶度增加,可能是胶原蛋白小分子片段在纤维素无定型区的结合。纤维素结晶度的增加,使纤维素自身的强度得以提高,这也是纸张强度增加的主要原因之一。