具有多尺度孔隙结构的皮革中游离甲醛的释放行为研究

Formaldehyde which is a recognized allergy source and one of the strong mutagen potentially，has wide applications both in the leather chemicals and leather processing. Due to the excellent cost performance, it could not be abandoned within a certain period of time. The problem of formaldehyde and its release in leather are particularly urgent to solve. Currently, the primary means of prevention and control of formaldehyde is the use of the capture agent which is recognized as end of pipe treatment. There are poor application results because of multi-scale pore structure of leather with no special rules three-dimensional reticular structure, the complex way of presence and adsorption of free formaldehyde, and the lack of theoretical research and guidance of formaldehyde release behavior and underlying scientific issues. Through the model abstraction, adsorption behavior in the micro and mesoscopic scales are studied by adsorption experiment of the leather pieces and formaldehyde under different conditions. Through environmental hypothesis, artificial sweat, small environmental chambers are used to simulate surroundings during usage and storage process. Macro-release behavior is observed under the influence of surroundings state and formaldehyde scavengers, in order to explore the rule and kinetics of release process, reveal the release mechanism, fit release equation, establish source control method based on the release behavior, and enrich prevention theory of formaldehyde in leather. This project has an important theory value and practice significance, the implementation of the project will also provide theoretical support for the realization of ecologicalization of leather products.

甲醛是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一，在皮革化学品和皮革加工中都有应用，由于优异的性价比在一定时间内还不可能被摈弃，因此解决皮革中游离甲醛及其释放的问题显得尤为迫切。目前，使用捕获剂进行终端治理是甲醛防治的主要手段，但皮革的特殊无规则立体网状多尺度孔隙结构，游离甲醛的吸附和存在方式复杂，加之缺乏甲醛释放行为相关基础科学问题的研究和理论的指导，应用效果不佳。本项目通过模型抽象，利用皮革样块与甲醛在不同条件下的吸附试验研究甲醛在微观、介观尺度下的吸附行为；通过环境假设，利用人工汗液、小型环境舱分别模拟使用、存放过程中的介质，研究甲醛在介质状态、甲醛捕获剂的影响下的宏观释放行为；探讨释放过程规律和动力学、拟合释放方程、揭示释放机理，建立基于释放行为的源头控制方法，丰富皮革中甲醛的防治理论。本项目具有重要的理论研究价值和实践意义，项目的实施也将为实现皮革制品的生态化提供理论支持。

甲醛是一种无色的气体、刺激性强烈，严重的可致人头痛、失明、呼吸困难，甚至诱发癌症；作为基础的化工原料，在皮革化学品的制备和毛皮加工生产中有一定应用，且成本低廉，在短时间内不可能完全被替代。本项目在评估我国主要特色产地皮革、毛皮中甲醛含量的基础上，开展了皮革、毛皮中甲醛释放行为的研究。通过模型抽象、环境假设、仪器分析等手段，探讨了甲醛在微观尺度、介观尺度下的吸附/解吸附行为、扩散方式，围绕孔隙中扩散方式与孔隙结构的关系等科学问题，取得了一些有创造性的研究成果。结果表明：皮革与甲醛的吸附/解吸附的理论特性，决定着皮革、毛皮中甲醛将随着介质条件的改变而释放。密封系统中，皮革中甲醛释放可以划分为快速释放阶段、缓慢释放阶段、平衡阶段三个阶段。线性释放时间只是温度的函数，温度升高，线性释放时间缩短；反之亦然。线性释放阶段内，温度对甲醛释放速度影响显著，温度越高甲醛释放越快，但基于孔隙差异，不同皮种中甲醛的释放对温度敏感性不同。温度和试样含水率协同作用，释放促进效果更明显。开放系统中，随着温度、相对湿度的升高，皮革、毛皮中甲醛的释放浓度同时增大，温度对释放的促进效果更显著。承载率增加，释放源增多，导致甲醛释放量增加。置换通风，能够有效降低甲醛浓度，提升室内空气质量水平。首次从多尺度层次明确了皮革孔隙结构（孔径大小、连接方式）与甲醛宏观释放行为的关系。皮革中宏观孔与介观孔被认为是通过串联方式连接的。甲醛在皮革孔隙中的扩散可以只考虑分子扩散和过渡扩散，且介观孔为皮革中甲醛释放控制性通道，影响着整个释放过程。将不同介质状态作用下的甲醛释放过程理论化、模型化、方程化，为皮革行业有害物质的释放研究提供了新的思路和途径。本课题提出的相关理论可用于皮革、毛皮中VOCs扩散系数的预测和低VOCs皮革、毛皮的设计和开发，可为有效控制皮革、毛皮中甲醛释放提供必要的理论支持和技术支撑。