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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其核心是尋找最佳的工藝技術(shù)和設(shè)計(jì)優(yōu)化配方，采用正交設(shè)計(jì)技術(shù)能有效解決這一難題，滿足生產(chǎn)實(shí)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)對工藝步驟中各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，通過多因子多水平正交實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)算水解率。

1.3 配方設(shè)計(jì)與優(yōu)化

選擇五因子四水平的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。五個(gè)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(gè)水平具體詳見表1、表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中所有組合實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)值中的最優(yōu)。

表3 對應(yīng)分值表

表4 正交實(shí)驗(yàn)表

3 結(jié)語

1）通過正交實(shí)驗(yàn)得出了雙氰胺改性膠原蛋白的最優(yōu)組合A4B2C3D2E3，主次順序?yàn)锳 ＞ 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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果測試分析，與正交設(shè)計(jì)相吻合，達(dá)到了配方研究的目的。