丁志文-利用皮革廢棄物開發(fā)膠原蛋白纖維-丁志

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1、膠原蛋白纖維的制備中國皮革和制鞋工業(yè)研究院010-64337806ding-zhiwen@263.net丁志文項目背景膠原蛋白膠原廣泛存在于動物體內(nèi)的蛋白質(zhì)，自然界從低等的無脊椎動物到高等的哺乳動物，總共約有500億噸以上的膠原，含量僅次于纖維素和糖類物質(zhì)膠原蛋白是膠原的降解產(chǎn)物，分子量大小和分布范圍取決于膠原降解時的條件膠原蛋白的應(yīng)用領(lǐng)域食品添加劑：改善食品的風(fēng)味，用作食品的膠凝劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、增稠劑、發(fā)泡劑、粘結(jié)劑、澄清劑等保健品：含有18種氨基酸，營養(yǎng)豐富化妝品：具有很好的保濕、美白和防皺作用醫(yī)學(xué)材料：藥用膠囊

2、、組織工程2膠原蛋白適合于制備紡織用蛋白纖維物理機械性好膠原分子是由三條多肽鏈螺旋復(fù)合而成的棒狀纖維蛋白，每條多肽鏈具有1052個氨基酸，分子量約為30萬膠原分子的直徑約為1.5nm、長度約為280nm膠原分子中大量存在的脯氨酸使其具有剛性結(jié)構(gòu)，膠原結(jié)構(gòu)在動物體中起組織構(gòu)造的作用吸濕保濕性好膠原蛋白分子側(cè)鏈上存在大量的羧基、氨基和羥基等親水性基團(tuán)膠原蛋白的吸濕保濕性能在真皮產(chǎn)品和化妝品中得到了充分的驗證與皮膚親合性好膠原蛋白來自動物皮膚，結(jié)構(gòu)與人體皮膚相似，有可能得到與皮膚親合性能好的膠原蛋白纖維產(chǎn)品3利用皮革廢棄物制備

3、膠原蛋白皮革生產(chǎn)是將動物皮（主要成分為膠原蛋白）經(jīng)過一系列化學(xué)作用和機械作用后，得到的具有使用性能的皮革產(chǎn)品皮革生產(chǎn)中的片皮、削勻、磨革和圈邊等操作使大量原料皮成為皮革廢棄物，皮革產(chǎn)品在制成服裝、鞋類和包袋等皮革制品時也產(chǎn)生了大量的裁剪廢料我國每年產(chǎn)生上百萬噸皮革廢棄物，廢棄物中膠原蛋白的含量占85%以上，使其成為一種可以進(jìn)行綜合利用的工業(yè)廢料利用皮革廢棄物制備膠原蛋白纖維可以充分利用自然資源，減少環(huán)境污染可以得到具有一定特點的新型纖維材料4研究內(nèi)容皮革廢棄物中膠原蛋白提取技術(shù)皮革廢棄物預(yù)處理從皮革廢棄物中提取膠原蛋白膠

4、原蛋白的分離和純化膠原蛋白纖維紡絲液制備技術(shù)聚乙烯醇-膠原蛋白纖維紡絲液聚丙烯腈-膠原蛋白纖維紡絲液膠原蛋白纖維濕法紡絲聚乙烯醇-膠原蛋白纖維聚丙烯腈-膠原蛋白纖維5皮革廢棄物中膠原蛋白提取技術(shù)6所使用皮革廢棄物的種類灰皮廢棄物脫毛浸灰工序后，片皮操作產(chǎn)生的廢棄物主要雜質(zhì)：硫化物、石灰在研究中主要用于提取大分子膠原蛋白，制備聚乙烯醇-膠原蛋白纖維含鉻皮革廢棄物鉻鞣工序后，削勻和圈邊操作產(chǎn)生的廢棄物主要雜質(zhì)：鉻化合物、鹽類在研究中主要用于提取小分子膠原蛋白，制備聚丙烯腈-膠原蛋白纖維7皮革廢棄物預(yù)處理的目的使用化學(xué)方法適度

5、松散皮革廢棄物中膠原纖維的結(jié)構(gòu)，提高膠原蛋白的得率縮短提取膠原蛋白的反應(yīng)時間去除皮革廢棄物中的雜質(zhì)，提高所得膠原蛋白的純度皮革廢棄物的預(yù)處理方法機械粉碎堿預(yù)處理酶預(yù)處理中和和洗滌等皮革廢棄物的預(yù)處理8灰皮廢棄物：熱降解法提取大分子膠原蛋白作用原理膠原分子之間通過側(cè)鍵連接，形成纖維和纖維束結(jié)構(gòu)，再通過編織形成不溶于水的皮結(jié)構(gòu)在提取膠原蛋白時，通過升溫使膠原結(jié)構(gòu)上的酰胺鍵部分水解，得到能溶于水的膠原蛋白提取方法堿處理、酶處理、中和、洗滌升溫水解、過濾，得到膠原蛋白溶液9含鉻皮革廢棄物：堿酶一步法提取小分子膠原蛋白水解提膠原理

6、含鉻皮革廢棄物中的鉻化合物在膠原分子之間形成化學(xué)交聯(lián)，廢棄物的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，但在強堿性和高溫條件下膠原分子中的酰胺鍵也能發(fā)生水解，得到不含鉻的膠原蛋白分子H3N+-P1-C-NH-P2-COOCr2+H3N+-P1-COO–+H3N+-P2-COOCr2+H3N+-P2-COOCr2+H2N-P2-COOCr(OH)2↓H2N-P2-COOCr(OH)3–10O不含鉻膠原蛋白分子含鉻膠原蛋白分子酸性條件下堿性條件下強堿性條件下含鉻皮革廢棄物的水解提取膠原蛋白技術(shù)路線11含鉻皮革廢棄物經(jīng)過處理后膠原蛋白和鉻鹽的流向情況膠原

7、蛋白鉻鹽含鉻皮革廢棄物100%100%膠原蛋白（用作纖維原料）77.3%0.06%含鉻膠原蛋白（用作鉻鞣劑）18.2%99.9%剩余殘渣4.5%0.04%12膠原蛋白的分離和純化膠原蛋白的分離、中和膠原蛋白的離子交換處理膠原蛋白的脫色處理膠原蛋白的分級膠原蛋白的濃縮和干燥13膠原蛋白纖維紡絲液的制備技術(shù)14在膠原蛋白纖維中引入聚合物膠原蛋白分子側(cè)鏈上含有大量極性基團(tuán)，分子鏈規(guī)整性較差，純膠原蛋白直接紡絲得到的纖維機械強度低，尤其濕強度低，需要與高分子聚合物結(jié)合以提高纖維的機械性能復(fù)合纖維中的膠原蛋白為纖維提供吸濕保濕性能

8、和手感，復(fù)合纖維中的高分子為纖維提供強度和彈性等機械性能與膠原蛋白混合紡絲的水性高分子聚乙烯醇：聚乙烯醇-膠原蛋白復(fù)合纖維紡絲液聚丙烯腈：聚丙烯腈-膠原蛋白復(fù)合纖維紡絲液15膠原蛋白纖維紡絲液制備思路膠原蛋白的改性和聚乙烯醇-膠原蛋白纖維紡絲液的制備改性目的提高膠原蛋白與聚乙烯醇的共混穩(wěn)定性：在剛性結(jié)構(gòu)的膠原蛋白分子