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新型皮革綠色合成方法:鉻鞣革屑最新應用

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面對當今緊張的資源與日益惡化的環境,人們開始對資源合理利用和環境保護倍加關注。統計資料表明,制革過程中原皮質量的近25%變成了固體廢棄物,生產高質量的皮革甚至要產生約50%的廢渣。1996年美國皮革工業產生約5萬t鉻鞣廢屑,全世界約60萬t。在美國處理1t固體廢棄物約需20美元,處理費用昂貴。我國是制革大國,1997年的皮革產量為100014萬張。幾乎占世界產量的1/2,而我國在處理制革廢棄物方面的研究尚少。主要應用領域仍然是就其纖維特征來生產無紡布,作人造革等的基底材料,或同別的纖維混合制造復合材料,也有一部分與其他高分子合成復合膜材料等。就目前的研究成果來看,大多是生產一些低附加值的產品。

回收利用鉻鞣革屑既消除含鉻革屑對環境的污染又充分利用原皮和鉻資源。隨著環保條件要求的不斷提高以及市場競爭的加劇,尋找合理有效的利用途徑,研制開發高附加值產品,已成為含鉻固體廢棄物利用中的重要課題。也是解決我國制革廢棄物污染的迫切要求。

鉻鞣革屑應用在皮革生產方面通常是將鉻鞣革屑粉碎后采用物理方法生產合成革,另外也有利用鉻鞣革屑生產再生革方面的研究。而這些方法鉻鞣革屑的利用率不高,產品性能失去天然皮革的優良性能,還會給環境帶來二次污染。

本研究將鉻鞣革屑完全溶解在極性非質子溶劑中,采用化學交聯反應后再經過化學修飾生成新皮革。此過程沒有從鉻鞣革屑中分離出任何污染環境的物質而使其全部用于以后的化學交聯反應,鉻鞣革屑利用率高,符合綠色化學中的原子經濟性的思想,是新型皮革的一種綠色合成方法。此反應微觀上可形成網狀結構,合成的新型皮革力學性能和耐水性有明顯提高。

1實驗部分

1.1儀器與原料

FZ102型微型植物粉碎機;DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱;BS300S-WE1(d=0.001)精密天平;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器;DV-1旋轉粘度計。

鉻鞣革屑;草酸;二甲基亞砜(DMSO);二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI);1,4-丁二醇。

1.2實驗方法

將鉻鞣皮革粉碎后干燥,稱取一定量鉻鞣革屑,加適量助溶劑草酸,在恒溫磁力攪拌器中溶解于溶劑DMSO中,再將化學交聯劑MDI加入到鉻鞣革屑溶液中反應,加入適量修飾劑1,4-丁二醇得新皮革的乳液。最后涂布干燥成膜得到新型皮革。

1.3測試方法

鉻鞣革屑溶解情況考察溶液的黏度,交聯反應過程考察膠膜的耐水性。黏度測量:利用DV-1旋轉粘度計,室溫下,選擇合適的轉子測量3次取平均值。耐水性測量:取一定量乳液置于玻璃培養皿中于室溫下成膜,再放于60℃烘箱中烘干,稱取一定量乳膠膜質量為W0浸泡于水中,24h后取出,用濾紙快速的吸取表面水分,立即稱取質量為W,膠膜吸水率的計算公式為:

吸水率(%)=(W-W0)/W×100%

2結果與討論

2.1溶解過程

取1g干燥的鉻鞣革屑,在一定溫度下溶解于15mLDMSO中,加入適量的助溶劑,溶解一定時間后測量溶液的粘度。考察溶解時間、溶解溫度、助溶劑用量對溶解過程的影響,得出溶解過程最佳條件。

2.1.1時間對溶解過程的影響

在時間不同,其他因素相同的條件下,鉻鞣革屑的溶解情況隨時間延長,溶液的粘度降低,溶解效果漸好,3h后粘度變化小,說明此條件溶解理想,而時間過長就會造成能源浪費。綜上所述,溶解過程最佳時間為3h。

2.1.2溫度對溶解過程的影響

在溫度不同,其他因素相同的條件下,鉻鞣革屑的溶解情況,隨溫度升高,溶液的粘度降低,溶解效果漸好,60℃后粘度變化小,說明此條件溶解理想,而溫度過高鉻鞣革屑容易變性,影響以后的化學交聯反應。綜上所述,溶解過程最佳溫度為60℃。

2.1.3助溶劑對溶解過程的影響

在助溶劑用量不同,其他因素相同的條件下,鉻鞣革屑的溶解情況,隨助溶劑用量增加,溶液的粘度降低,溶解效果漸好,0.2g后粘度變化小,說明此條件溶解理想,而助溶劑用量過多,會與交聯劑發生副反應,影響膠膜的性能。綜上所述,溶解過程助溶劑最佳用量為0.2g。

2.2交聯反應

在60℃下,取1g干燥的鉻鞣革屑溶解于15mLDMSO中,加入0.2g的助溶劑,充分攪拌3h。將溶解后的鉻鞣革屑在一定溫度下加入適量的交聯劑,再加入修飾劑1,4-丁二醇0.02g,反應一定時間后得到乳狀物———膠乳。取一定量乳液置于玻璃培養皿中于室溫下成膜———膠膜,測量膠膜的吸水率。考察反應時間、反應溫度、交聯劑用量對交聯反應過程的影響,得出交聯反應過程最佳條件。

2.2.1時間對交聯反應過程的影響

在時間不同,其他因素相同的條件下,,鉻鞣革屑的交聯反應,隨時間延長,膠膜的吸水率降低,膠膜耐水性能漸好,24h后膠膜的吸水率變化小,說明此條件膠膜耐水性理想,而時間過長就會造成能源浪費。綜上所述,交聯反應過程最佳時間為24h。

2.2.2溫度對交聯反應過程的影響

在溫度不同,其他因素相同的條件下,鉻鞣革屑的交聯反應情況隨溫度升高,膠膜的吸水率降低,膠膜耐水性能漸好,60℃后膠膜的吸水率變化小,說明此條件膠膜耐水性理想,而溫度過高鉻鞣革屑容易變性,影響化學交聯反應。綜上所述,交聯反應過程最佳溫度為60℃。

2.2.3交聯劑用量對交聯反應過程的影響

在交聯劑用量不同,其他因素相同的條件下,鉻鞣革屑的交聯反應,隨交聯劑用量增加,膠膜的吸水率降低,膠膜耐水性能漸好,0.35g后膠膜的吸水率變化小,說明此條件膠膜耐水性理想,0.45g時交聯劑過量,交聯劑本身親水,故吸水率回升。綜上所述,交聯反應過程交聯劑最佳用量為0.35g。

3結論

將鉻鞣革屑溶解在極性非質子溶劑中,采用化學交聯反應后再經過化學修飾生成新皮革是可行的。鉻鞣革屑溶解在極性非質子溶劑中的最佳條件是60℃下攪拌溶解3h,廢革屑∶助溶劑(質量比)為1∶0.2;交聯反應過程最佳條件是60℃下攪拌反應24h,廢革屑∶交聯劑(質量比)為1∶0.35。整個過程沒有從鉻鞣革屑中分離出污染環境的物質,鉻鞣革屑利用率高,產品性能保持天然皮革的優良性能,未給環境帶來二次污染,是新型皮革的一種綠色合成方法。