制革固廢物資源化利用技術(shù)的研究

李文磊，趙玉梅，賀建梅

（甘肅省輕工研究院有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730000）

制革固廢物中約90%是膠原蛋白。提取膠原蛋白是制革固廢物高值資源化利用的一項關(guān)鍵技術(shù)，其核心是尋找最佳的工藝技術(shù)和設(shè)計優(yōu)化配方，采用正交設(shè)計技術(shù)能有效解決這一難題，滿足生產(chǎn)實踐的需求[1]。利用膠原蛋白復(fù)鞣坯革增厚明顯，可賦予皮革粒面緊密、柔軟豐滿等優(yōu)良性能。從制革固體廢棄物中提取膠原多肽并制備復(fù)鞣劑、涂飾劑、加脂劑等應(yīng)用于制革行業(yè)的研究近年來越來越受到重視。此外，膠原蛋白在造紙領(lǐng)域作為增強(qiáng)劑、膠黏劑、表面活性劑等也被廣泛應(yīng)用[2]。

該項研究是從幾種提取工藝技術(shù)中優(yōu)選確定較好的革屑水解工藝提取膠原蛋白[3]，利用正交實驗對工藝步驟中各項參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計和優(yōu)化，通過多因子多水平正交實驗研究各因素對膠原蛋白水解提取率的相互影響，并最終得出通過制革固廢物水解提取膠原蛋白的最佳工藝方案。

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

廢革屑、氧化鎂、堿性蛋白酶、甲醛、亞硫酸氫鈉、雙氰胺、NaOH溶液、Na2S2O3溶液；燒瓶、攪拌器、水浴恒溫振蕩器、高速分離機(jī)。

1.2 實驗內(nèi)容及工藝技術(shù)研究

將預(yù)處理后的廢革屑，加入MgO溶液，于70℃水浴振蕩反應(yīng)2h，然后加入堿性蛋白酶反應(yīng)3h。在裝有反應(yīng)物溶液的燒瓶中，分別加入甲醛、雙氰胺和Na2S2O3水溶液，調(diào)節(jié)pH，升溫至85℃振蕩反應(yīng)2h。反應(yīng)完成后降溫出料，計算水解率。

1.3 配方設(shè)計與優(yōu)化

選擇五因子四水平的正交實驗設(shè)計方案。五個影響因子分別為甲醛、雙氰胺的摩爾比，磺酸基與雙氰胺的摩爾比、膠原蛋白所占比例、pH以及反應(yīng)溫度；四個水平具體詳見表1、表2。

表1 正交實驗因素水平表

表2 正交實驗設(shè)計表

2 結(jié)果與討論

將反應(yīng)生成的因素分別設(shè)定不同分值，見表3，最低為 1分，最高為 5 分。將表內(nèi)所述穩(wěn)定性、不溶物、甲醛含量、皮革增厚率、感官指標(biāo)5項的得分相加得到綜合得分，見表4。以綜合得分為考核指標(biāo)進(jìn)行正交實驗分析，見表5。由表3～表5可以得出，改性膠原蛋白復(fù)鞣填充劑的最優(yōu)組合為A4B2C3D2E3，即具體因子為：甲醛和雙氰胺的摩爾比為2∶1，磺酸基和雙氰胺摩爾比為0.75∶1，膠原蛋白所占產(chǎn)品有效物質(zhì)量比為20%，膠原蛋白反應(yīng)的pH為8.5，反應(yīng)溫度為 85℃。實驗證明，該組合反應(yīng)生成物性能穩(wěn)定良好，不溶物含量為0.49%，甲醛含量為0.88%，皮革增厚率為10.02%，復(fù)鞣填充效果為5分，綜合得分為25分，為正交實驗中所有組合實驗各項指標(biāo)值中的最優(yōu)。

表3 對應(yīng)分值表

表4 正交實驗表

3 結(jié)語

1）通過正交實驗得出了雙氰胺改性膠原蛋白的最優(yōu)組合A4B2C3D2E3，主次順序為A ＞ B ＞ C ＞ D ＞ E；

2）復(fù)鞣填充后表明，改性蛋白具有與皮膠原良好的反應(yīng)性，皮革舒適柔軟無樹脂感，其平均增厚率為10.02%，抗張強(qiáng)度較高，為24.62N/mm；

表5 正交處理表（極差分析法）

3）經(jīng)實驗驗證和對實驗結(jié)果測試分析，與正交設(shè)計相吻合，達(dá)到了配方研究的目的。