制革下腳料提取超短真皮纖維的物理性能及產品開發

錢 程 (嘉興學院材料與紡織工程學院，嘉興，314001)

我國傳統的制革工業以片藍皮工藝為主，在整個制革生產過程中，被制成的最終成品僅占原皮質量的50%左右，其他均為制革下腳料［1］。我國作為制革大國，每年約產生140多萬噸的皮革邊角廢棄物(包括含鉻皮革廢棄物)，幾乎占世界的一半。因此，長期以來一直存在著制革業迅速發展的同時，制革固體廢棄物數量不斷增長的現象。廢棄物中大部分是藍皮修邊、削勻等加工時產生的皮渣及皮屑，其主要成分是膠原蛋白，如果不加利用而丟棄，不但浪費資源，而且會嚴重污染環境。現有利用方式主要有物理和化學方法。物理法［2-4］最早用于生產再生革，由于大量使用黏合劑做加固原料，造成極大二次污染;也有將細小制革廢棄物(革屑)用作肥料和飼料，但因含氮量比化肥低，其經濟價值較低;近幾年將其作為橡膠填充料和木漿聯合抄造紙張，但對下腳料的利用率較低。化學法主要采用酸、堿、酶和氧化法［5-6］，用作提取明膠、膠原蛋白和制備復鞣劑、涂飾劑、加脂劑和蛋白填充劑等［7-9］，雖然產品附加值較高，但存在處理復雜、成本高、二次污染和下腳料利用率低的缺陷，造成了大量制革廢棄物一直沒有得到有效利用。

由于制革下腳料均由膠原纖維組成，即使非常細小的革屑也由很短的纖維構成。由此從紡織的角度對下腳料加以利用，不但利用效率高，對環境污染小，且容易達到產業化水平。本文在這方面進行了初步嘗試。

1 試驗部分

1.1 原材料和儀器

皮革廠牛皮藍濕皮下腳料，由浙江卡森實業有限公司提供;ffc-600型皮革廢料專用處理器(臨沂市河東區大華機械廠)，哈氏切片器(常州第二紡織儀器廠)，YG871型毛細效應測定儀(寧波紡織儀器廠)，JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡(日本JEOL公司)。

1.2 超短真皮纖維的提取

首先篩選藍濕皮下腳料，然后剪切成條，利用皮革處理器研磨加工，通過摩擦和剪切的加工原理，得到纖維長度為0.01～0.50 cm，呈單根或束狀的超短真皮纖維。

1.3 超短真皮纖維及其制品的性能測試

1.3.1 外觀性能

利用哈氏切片器，采用四周包羊毛纖維增強的辦法制成真皮纖維切片，并采用掃描電子顯微鏡觀察真皮纖維的縱向形態。

1.3.2 吸水性能

將提取纖維充滿直徑10 mm、長15 mm的PE管，同時將羊毛和蠶絲纖維剪成長度為3 mm，裝入同樣規格的PE管中做測試對比。按照FZ/T01071—1999《紡織品毛細效應試驗方法》，測試在規定時間內，水在PE管中上升的高度和速度。

1.3.3 機械性能

對真皮纖維麂皮絨機械性能進行測試，斷裂強力按FZ/T60005—1991標準，撕裂強力按GB/T3917.3—1997 標準，頂破強力按 FZ/T60019—1994標準。測定時，每種樣品取5塊，取平均值。

2 結果與討論

2.1 超短真皮纖維的結構性能

觀察超短真皮纖維的結構特征，其橫截面及縱向形態分別見圖1和圖2。

圖1 超短真皮纖維橫截面圖(放大200倍)

圖2 超短真皮纖維縱向形態(放大2 000倍)

圖1中外圈近似圓形部分為羊毛纖維橫截面，中間較少的纖維是超短真皮纖維。可以看出，真皮纖維的橫截面呈橢圓形，輪廓不是非常光滑，表明真皮纖維呈膠原纖維束存在，而不是單纖維形態，且單纖維和單纖維之間結合比較緊密。在哈氏切片制作過程中，在擠壓力和切割力共同作用下，單纖維之間也沒有分離開。

從圖2可見，真皮纖維基本成束狀存在，進一步驗證了圖1的結論。沿縱向單根纖維呈束狀卷曲集結在一起，可見經鉻鞣劑鞣制后纖維之間結合得非常牢固，這種結合力遠大于單纖維或束纖維本身的斷裂強力。即使在纖維提取過程中，在剪切力和摩擦力聯合作用下，纖維首先發生斷裂而不是纖維彼此被分離開來。

2.2 超短真皮纖維的吸水性

采用改裝的毛細管效應儀進行測試，超短真皮纖維、羊毛和蠶絲纖維的吸水性測試結果見圖3。

圖3 超短真皮纖維、蠶絲和羊毛纖維的吸水性對比

由圖3可以看出：試驗剛開始的10 s內，三種材料的吸水速度都很快，之后吸水速度開始明顯下降，水在吸管里上升的高度逐漸趨于緩和直至不再吸水。其中，在前5 s羊毛吸水的速度最快，真皮纖維和蠶絲的吸水速度接近。羊毛在12 s時達到吸水飽和，水上升高度為16 mm，直至15 s仍是16 mm;蠶絲雖然開始吸水速度也較快，但8 s之后就幾乎不吸水了，最后上升的最大高度為10.2 mm;真皮纖維(鉻革屑)開始的吸水速度與蠶絲接近，但隨后吸水速度減慢，達到飽和吸水值需更多的時間，直到30 s左右真皮纖維才不再吸水，最后上升的最大平均高度為16.1 mm，與羊毛接近。表明真皮纖維的吸水性能好于蠶絲，與羊毛纖維相近，具有較好的對水浸潤性和吸收性。

3 超短真皮纖維制品的開發

3.1 超短真皮纖維絨的制備

由于得到的真皮纖維非常短，難以采用常規紡織方法加工，故嘗試采用靜電植絨的方法。

在靜電植絨時，絨毛是影響超短真皮纖維靜電植絨的最主要因素，它的導電性、含水率、分散性、電阻率和飛升性等決定了真皮絨能否在高壓電場中均勻飛升。本文在浴比1∶30、溫度50℃條件下，對超短真皮纖維進行預處理，以得到長度和線密度均勻的短纖維。然后采用電著劑處理絨毛30 min，經過脫水后在100℃條件下烘干，再經過篩毛而成。制備工藝流程如下：

革屑篩選→粉碎→絨毛預處理→電著處理→干燥→篩選→成品絨毛。

3.2 仿麂皮產品的制備及性能

采用基布為T/C起毛布，面密度為135 g/m2，黏合劑采用低溫固化型聚丙烯酸脂膠漿，加入增稠劑、交聯劑，再加入氨水調pH值為7.5～8。在國產植絨設備上加工，控制上膠量(濕重)為60 g/m。干燥過程中為保證牢度和不損傷真皮纖維，選用預烘溫度為80℃，焙烘溫度為120℃，刷毛后產品黏毛量為140 g/m2，最終制成超短真皮纖維麂皮絨，成品面密度為275 g/m2。

所采用的工藝流程如下：

基布→涂黏合劑→靜電植絨→預烘→焙烘→刷毛→打磨→成品。

對最終成品的物理性能指標進行測試得到：平均斷裂強力為452 N/(5 cm)，頂破強力為550 N，撕裂強力最大值為40.6 N。由于植絨過程中施加了黏合劑，進一步增加了基布的強力，使其強力指標基本接近于超細纖維仿麂皮材料［10］。此外，該仿麂皮產品外表面為真皮纖維組成的絨毛，手感柔軟而舒適，與真皮麂皮絨相比，其逼真度極高，非常適合于制作汽車內飾和家具裝飾材料。

4 結語

(1)從制革下腳料中提取的超短真皮纖維外觀呈束狀卷曲態。

(2)超短真皮纖維間結合牢固，結合力遠大于單纖維或束纖維本身的斷裂強力。

(3)超短真皮纖維的吸濕性與羊毛纖維接近，初始吸水速度，羊毛＞蠶絲＞真皮纖維;達到飽和時的吸水量，羊毛≈真皮纖維＞蠶絲。

(4)采用靜電植絨方法成功制成超短真皮纖維麂皮絨產品，其性能接近超細纖維仿麂皮材料。

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