丁志文-利用皮革废弃物开发胶原蛋白纤维-丁志

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1、胶原蛋白纤维的制备中国皮革和制鞋工业研究院010-64337806ding-zhiwen@263.net丁志文项目背景胶原蛋白胶原广泛存在于动物体内的蛋白质，自然界从低等的无脊椎动物到高等的哺乳动物，总共约有500亿吨以上的胶原，含量仅次于纤维素和糖类物质胶原蛋白是胶原的降解产物，分子量大小和分布范围取决于胶原降解时的条件胶原蛋白的应用领域食品添加剂：改善食品的风味，用作食品的胶凝剂、稳定剂、乳化剂、增稠剂、发泡剂、粘结剂、澄清剂等保健品：含有18种氨基酸，营养丰富化妆品：具有很好的保湿、美白和防皱作用医学材料：药用胶囊

2、、组织工程2胶原蛋白适合于制备纺织用蛋白纤维物理机械性好胶原分子是由三条多肽链螺旋复合而成的棒状纤维蛋白，每条多肽链具有1052个氨基酸，分子量约为30万胶原分子的直径约为1.5nm、长度约为280nm胶原分子中大量存在的脯氨酸使其具有刚性结构，胶原结构在动物体中起组织构造的作用吸湿保湿性好胶原蛋白分子侧链上存在大量的羧基、氨基和羟基等亲水性基团胶原蛋白的吸湿保湿性能在真皮产品和化妆品中得到了充分的验证与皮肤亲合性好胶原蛋白来自动物皮肤，结构与人体皮肤相似，有可能得到与皮肤亲合性能好的胶原蛋白纤维产品3利用皮革废弃物制备

3、胶原蛋白皮革生产是将动物皮（主要成分为胶原蛋白）经过一系列化学作用和机械作用后，得到的具有使用性能的皮革产品皮革生产中的片皮、削匀、磨革和圈边等操作使大量原料皮成为皮革废弃物，皮革产品在制成服装、鞋类和包袋等皮革制品时也产生了大量的裁剪废料我国每年产生上百万吨皮革废弃物，废弃物中胶原蛋白的含量占85%以上，使其成为一种可以进行综合利用的工业废料利用皮革废弃物制备胶原蛋白纤维可以充分利用自然资源，减少环境污染可以得到具有一定特点的新型纤维材料4研究内容皮革废弃物中胶原蛋白提取技术皮革废弃物预处理从皮革废弃物中提取胶原蛋白胶

4、原蛋白的分离和纯化胶原蛋白纤维纺丝液制备技术聚乙烯醇-胶原蛋白纤维纺丝液聚丙烯腈-胶原蛋白纤维纺丝液胶原蛋白纤维湿法纺丝聚乙烯醇-胶原蛋白纤维聚丙烯腈-胶原蛋白纤维5皮革废弃物中胶原蛋白提取技术6所使用皮革废弃物的种类灰皮废弃物脱毛浸灰工序后，片皮操作产生的废弃物主要杂质：硫化物、石灰在研究中主要用于提取大分子胶原蛋白，制备聚乙烯醇-胶原蛋白纤维含铬皮革废弃物铬鞣工序后，削匀和圈边操作产生的废弃物主要杂质：铬化合物、盐类在研究中主要用于提取小分子胶原蛋白，制备聚丙烯腈-胶原蛋白纤维7皮革废弃物预处理的目的使用化学方法适度

5、松散皮革废弃物中胶原纤维的结构，提高胶原蛋白的得率缩短提取胶原蛋白的反应时间去除皮革废弃物中的杂质，提高所得胶原蛋白的纯度皮革废弃物的预处理方法机械粉碎碱预处理酶预处理中和和洗涤等皮革废弃物的预处理8灰皮废弃物：热降解法提取大分子胶原蛋白作用原理胶原分子之间通过侧键连接，形成纤维和纤维束结构，再通过编织形成不溶于水的皮结构在提取胶原蛋白时，通过升温使胶原结构上的酰胺键部分水解，得到能溶于水的胶原蛋白提取方法碱处理、酶处理、中和、洗涤升温水解、过滤，得到胶原蛋白溶液9含铬皮革废弃物：碱酶一步法提取小分子胶原蛋白水解提胶原理

6、含铬皮革废弃物中的铬化合物在胶原分子之间形成化学交联，废弃物的结构比较稳定，但在强碱性和高温条件下胶原分子中的酰胺键也能发生水解，得到不含铬的胶原蛋白分子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不含铬胶原蛋白分子含铬胶原蛋白分子酸性条件下碱性条件下强碱性条件下含铬皮革废弃物的水解提取胶原蛋白技术路线11含铬皮革废弃物经过处理后胶原蛋白和铬盐的流向情况胶原

7、蛋白铬盐含铬皮革废弃物100%100%胶原蛋白（用作纤维原料）77.3%0.06%含铬胶原蛋白（用作铬鞣剂）18.2%99.9%剩余残渣4.5%0.04%12胶原蛋白的分离和纯化胶原蛋白的分离、中和胶原蛋白的离子交换处理胶原蛋白的脱色处理胶原蛋白的分级胶原蛋白的浓缩和干燥13胶原蛋白纤维纺丝液的制备技术14在胶原蛋白纤维中引入聚合物胶原蛋白分子侧链上含有大量极性基团，分子链规整性较差，纯胶原蛋白直接纺丝得到的纤维机械强度低，尤其湿强度低，需要与高分子聚合物结合以提高纤维的机械性能复合纤维中的胶原蛋白为纤维提供吸湿保湿性能

8、和手感，复合纤维中的高分子为纤维提供强度和弹性等机械性能与胶原蛋白混合纺丝的水性高分子聚乙烯醇：聚乙烯醇-胶原蛋白复合纤维纺丝液聚丙烯腈：聚丙烯腈-胶原蛋白复合纤维纺丝液15胶原蛋白纤维纺丝液制备思路胶原蛋白的改性和聚乙烯醇-胶原蛋白纤维纺丝液的制备改性目的提高胶原蛋白与聚乙烯醇的共混稳定性：在刚性结构的胶原蛋白分子