丁志文-利用皮革废弃物开发胶原蛋白纤维-丁志.ppt

1、胶原蛋白纤维的制备,中国皮革和制鞋工业研究院ding-,丁志文,项目背景,胶原蛋白 胶原广泛存在于动物体内的蛋白质，自然界从低等的无脊椎动物到高等的哺乳动物，总共约有500亿吨以上的胶原，含量仅次于纤维素和糖类物质 胶原蛋白是胶原的降解产物，分子量大小和分布范围取决于胶原降解时的条件 胶原蛋白的应用领域 食品添加剂：改善食品的风味，用作食品的胶凝剂、稳定剂、乳化剂、增稠剂、发泡剂、粘结剂、澄清剂等 保健品：含有18种氨基酸，营养丰富 化妆品：具有很好的保湿、美白和防皱作用 医学材料：药用胶囊、组织工程,2,胶原蛋白适合于制备纺织用蛋白纤维 物理机械性好 胶原分子是由

2、三条多肽链螺旋复合而成的棒状纤维蛋白，每条多肽链具有1052个氨基酸，分子量约为30万 胶原分子的直径约为1.5nm、长度约为280nm 胶原分子中大量存在的脯氨酸使其具有刚性结构，胶原结构在动物体中起组织构造的作用 吸湿保湿性好 胶原蛋白分子侧链上存在大量的羧基、氨基和羟基等亲水性基团 胶原蛋白的吸湿保湿性能在真皮产品和化妆品中得到了充分的验证 与皮肤亲合性好 胶原蛋白来自动物皮肤，结构与人体皮肤相似，有可能得到与皮肤亲合性能好的胶原蛋白纤维产品,3,利用皮革废弃物制备胶原蛋白 皮革生产是将动物皮（主要成分为胶原蛋白）经过一系列化学作用和机械作用后，得到的具有使用性能的皮革产品 皮革生产中的

3、片皮、削匀、磨革和圈边等操作使大量原料皮成为皮革废弃物，皮革产品在制成服装、鞋类和包袋等皮革制品时也产生了大量的裁剪废料 我国每年产生上百万吨皮革废弃物，废弃物中胶原蛋白的含量占85%以上，使其成为一种可以进行综合利用的工业废料 利用皮革废弃物制备胶原蛋白纤维 可以充分利用自然资源，减少环境污染 可以得到具有一定特点的新型纤维材料,4,研究内容,皮革废弃物中胶原蛋白提取技术 皮革废弃物预处理 从皮革废弃物中提取胶原蛋白 胶原蛋白的分离和纯化 胶原蛋白纤维纺丝液制备技术 聚乙烯醇-胶原蛋白纤维纺丝液 聚丙烯腈-胶原蛋白纤维纺丝液 胶原蛋白纤维湿法纺丝 聚乙烯醇-胶原蛋白纤维 聚丙烯腈-胶原蛋白纤

4、维,5,皮革废弃物中胶原蛋白提取技术,6,所使用皮革废弃物的种类,灰皮废弃物 脱毛浸灰工序后，片皮操作产生的废弃物 主要杂质：硫化物、石灰 在研究中主要用于提取大分子胶原蛋白，制备聚乙烯醇-胶原蛋白纤维 含铬皮革废弃物 铬鞣工序后，削匀和圈边操作产生的废弃物 主要杂质：铬化合物、盐类 在研究中主要用于提取小分子胶原蛋白，制备聚丙烯腈-胶原蛋白纤维,7,皮革废弃物预处理的目的 使用化学方法适度松散皮革废弃物中胶原纤维的结构，提高胶原蛋白的得率 缩短提取胶原蛋白的反应时间 去除皮革废弃物中的杂质，提高所得胶原蛋白的纯度 皮革废弃物的预处理方法 机械粉碎 碱预处理 酶预处理 中和和洗涤等,皮革废弃物

5、的预处理,8,灰皮废弃物：热降解法提取大分子胶原蛋白,作用原理 胶原分子之间通过侧键连接，形成纤维和纤维束结构，再通过编织形成不溶于水的皮结构 在提取胶原蛋白时，通过升温使胶原结构上的酰胺键部分水解，得到能溶于水的胶原蛋白 提取方法 碱处理、酶处理、中和、洗涤 升温水解、过滤，得到胶原蛋白溶液,9,含铬皮革废弃物：碱酶一步法提取小分子胶原蛋白,水解提胶原理 含铬皮革废弃物中的铬化合物在胶原分子之间形成化学交联，废弃物的结构比较稳定，但在强碱性和高温条件下胶原分子中的酰胺键也能发生水解，得到不含铬的胶原蛋白分子 H3N+-P1-C-NH-P2-COOCr2+ H3N+-P1-COO + H3N+

6、-P2-COOCr2+ H3N+-P2-COOCr2+ H2N-P2-COOCr(OH)2 H2N-P2-COOCr(OH)3,10,O,不含铬胶原蛋白分子 含铬胶原蛋白分子,酸性条件下,碱性条件下,强碱性条件下,含铬皮革废弃物的水解提取胶原蛋白技术路线,11,含铬皮革废弃物经过处理后胶原蛋白和铬盐的流向情况,12,胶原蛋白的分离和纯化,胶原蛋白的分离、中和 胶原蛋白的离子交换处理 胶原蛋白的脱色处理 胶原蛋白的分级 胶原蛋白的浓缩和干燥,13,胶原蛋白纤维纺丝液的制备技术,14,在胶原蛋白纤维中引入聚合物 胶原蛋白分子侧链上含有大量极性基团，分子链规整性较差，纯胶原蛋白直接纺丝得到的纤维机械

7、强度低，尤其湿强度低，需要与高分子聚合物结合以提高纤维的机械性能 复合纤维中的胶原蛋白为纤维提供吸湿保湿性能和手感，复合纤维中的高分子为纤维提供强度和弹性等机械性能 与胶原蛋白混合纺丝的水性高分子 聚乙烯醇：聚乙烯醇-胶原蛋白复合纤维纺丝液 聚丙烯腈：聚丙烯腈-胶原蛋白复合纤维纺丝液,15,胶原蛋白纤维纺丝液制备思路,胶原蛋白的改性和聚乙烯醇-胶原蛋白纤维纺丝液的制备,改性目的 提高胶原蛋白与聚乙烯醇的共混稳定性：在刚性结构的胶原蛋白分子上引入柔性链，提高胶原蛋白与聚乙烯醇的结构相似性 胶原蛋白：刚性链、侧链多、有明显的疏水区和亲水区 聚乙烯醇：柔性链、结构均匀 提高胶原蛋白的凝固性和可纺性

8、提高胶原蛋白的耐热稳定性 改性方法 使用烯类单体对胶原蛋白进行接枝共聚 聚乙烯醇-胶原蛋白纤维纺丝液的制备,16,丙烯腈接枝改性胶原蛋白和聚丙烯腈-胶原蛋白纤维纺丝液的制备,制备目的 改变胶原蛋白的溶解性能 水溶性水不溶性、具有与聚丙烯腈相似的溶解性能 提高胶原蛋白与聚丙烯腈的共混性能 改性单体和溶剂体系 单体：丙烯腈和少量其它功能单体 溶剂体系：硫氰酸钠溶液、氯化锌溶液等 聚丙烯腈-胶原蛋白纤维纺丝液的制备,17,凝固和再溶解目的 方便运输和储存，便于控制纺丝液的浓度和粘度 去除未反应的单体和胶原蛋白，以及改性程度低的胶原蛋白提高纤维的强度 两种纺丝液的比较,18,聚丙烯腈-胶原蛋白纤维纺丝

9、液的凝固和再溶解,凝固废液的循环利用,19,胶原蛋白纤维的湿法纺丝技术,20,聚乙烯醇-胶原蛋白纤维的湿法纺丝工艺,21,聚乙烯醇胶原蛋白纤维,22,聚乙烯醇胶原蛋白纤维性能分析,23,24,聚丙烯腈-胶原蛋白纤维的湿法纺丝工艺,聚丙烯腈胶原蛋白复合纤维,25,聚丙烯腈胶原蛋白纤维的性能分析,26,结论,利用灰皮废弃物提取的大分子胶原蛋白适合于聚乙烯醇-胶原蛋白复合纤维纺丝液的制备；利用含铬皮革废弃物提取的小分子胶原蛋白适合于聚丙烯腈-胶原蛋白复合纤维纺丝液的制备 对胶原蛋白进行改性，可以提高胶原蛋白与聚乙烯醇共混稳定性，提高聚乙烯醇-胶原蛋白纺丝液的可纺性能和耐热稳定性能；对胶原蛋白进行丙烯

10、腈接枝共聚改性，可以使其具有与聚丙烯腈相似的溶解凝固性能，可以制备可纺性好的聚丙烯腈-胶原蛋白纺丝液 聚丙烯腈-改性胶原蛋白纺丝液的凝固再溶解处理可以有效提高凝固率，提高胶原蛋白复合纤维的强度，凝固废液的再利用可以降低纤维生产成本和减少污染 湿法纺丝得到的两种胶原蛋白纤维具有良好的着色性能和吸湿性能，并且接近化纤的强度,27,28,29,发表论文 丁志文、李丽，利用皮革废弃物开发纺织“绿色纤维”，中国皮革2002.31(17) Ding Zhiwen, Li Li, Jia Jizhang, Ye Guangdou, Research on Collagen Protein Composite

11、 Fiber, 第六届亚洲皮革会议论文集P.205210 日本姬路，2004 Ding Zhiwen, Jia Jizhang, Pang Xiaoyan, Study on Hydrolysis Mechanism pof Chrome-containing Leather Waste, 第七届亚洲皮革会议论文集P.939945 中国成都，2006 马会芳、张昭环、丁志文，胶原蛋白改性腈纶纤维的纺丝及后处理工艺研究，中国皮革2007,36(11)：15-17 Zhiwen Ding, Jizhang Jia, Xiaoyan Pang，A New Process To Improve The Effic