废弃皮胶原蛋白对超细纤维合成革吸湿透湿性能影响的研究

新一代聚氨酯超细纤维合成革是以束状超细纤维和高性能聚氨酯为基材的高档合成革，由于分子结构的差异，与天然皮革相比，超细纤维合成革在卫生性能还有缺陷。超细纤维合成革的发展一直以模仿天然皮革的外观和性能为目标。本研究独辟蹊径，提出将天然皮革的主要组分"皮胶原蛋白"引入超细纤维合成革中，研究皮胶原蛋白对超细纤维合成革"吸湿性"和"透湿性"的影响，以期改善其卫生和使用性能。采用酸法对超细纤维合成革进行适度水解，使其暴露出一定的活性基团；同时对废弃皮胶原进行水解，得到相对分子质量适度的胶原蛋白；采用皮胶原蛋白对超细纤维进行改性，加入合适的交联剂增强结合性能，研究皮胶原蛋白与超细纤维的结合方式和作用机理。以期改善合成革透水汽性和吸湿性并进行相应的研究。本课题将天然皮革和合成革进行有机结合，不仅丰富胶原化学的内容，还可促进合成革工业的发展。本研究不仅具有研究的理论意义还有实用价值。

国家自然科学基金项目（21076120）提出了超细纤维合成革的水解规律，建立了利用废弃皮革胶原蛋白借助于交联剂将胶原蛋白接枝到超细纤维合成革基布上的改性技术，探讨了通过这一技术手段提高超细纤维合成革吸湿性能的作用机理，获得了超细纤维合成革化学改性提高卫生性能的新途径。本项目的研究主要采取如下技术路线：对于超细纤维合成革基布模拟物和基布的水解，首先用甲酸、硫酸和中性蛋白酶对与超细纤维合成革基布具有类似结构的聚酰胺纤维模拟物进行适度水解，筛选出水解剂；再以模拟物染色的K/S值和强力下降率为指标，考察水解剂用量、处理时间和温度等单因素，优化出最适处理条件：甲酸用量：8%，处理温度：55℃，处理时间：0.5h；硫酸用量：6%，处理温度：25℃，处理时间：1.5h。测定酸处理前后产物的氨基含量，甲酸及硫酸处理后基布表面氨基含量分别为未处理试样的4.51倍及5.05倍，采用IR、SEM等对模拟物进行表征。在此基础上对超细纤维合成革基布的水解工艺进行优化。关于胶原蛋白的水解程度控制，采用碱性蛋白酶水解制备胶原蛋白，考察其应用到基布上的透水汽性和吸湿性，优化出最佳水解条件。在交联剂选择方面，分别以戊二醛和有机膦鞣剂为交联剂，借助于交联剂将胶原蛋白接枝改性到模拟物和超细纤维合成革基布上。例如以有机膦为交联剂，在项目试验最佳改性工艺条件下，超细纤维合成革基布的羧基含量增加了196.03%，氨基含量增加了114.52%，撕裂强度提高了9.50%，抗张强度提高了9.38%，断裂伸长率提高了0.49%，透水汽性提高了65.16%，吸湿性提高了179.72%。本项目采用IR、SEM、AFM及DSC等检测手段对处理后模拟物和基布进行了表征。关于胶原蛋白和基布的结合方式，研究结果表明，胶原蛋白改性超细纤维合成革基布主要以物理吸附的方式结合，其次是以氢键、电价键和共价键方式结合的胶原蛋白。.综上所述，本项目已经按照原计划圆满完成了各项工作任务，并取得相应的成果。已经在国内相关学术期刊和国际、国内学术会议上发表论文共22篇，其中SCI收录7篇、期刊EI共收录5篇，会议EI收录4篇。已经申报5件发明专利，其中2件已获得授权。