PEG/双季铵盐类化合物用于制革原料皮防腐的协同作用机理

The synergetic mechanism of polyethylene glycol (PEG) and bis-quaternary ammonium compounds (bis-QACs) in the preservation of raw hides and skins for leather-making will be investigated in this project. We will firstly synthesize biodegradable bis-QACs with the introduction of the ester groups both in the linkage between the two polar heads and in the hydrophobic chains. Their surface active properties and bactericidal properties will be tested and related to their molecular structures. The optimum bis-quaternary ammonium salts, in the combination of PEG with antimicrobial property as proved, will be applied in the raw hide preservation. We will mainly use fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), micro-differential scanning calorimetry (Micro-DSC), atomic force microscopy (AFM), scanning electronic microscopy (SEM), fluorescence spectrum, Raman spectrum, quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D) and surface plasmon resonance (SPR) to investigate the influence of the antibacterial agents on the hide tissue structure and the collagen molecules, so as to explore the functional matching and complementary between PEG and the bis-quaternary ammonium salts, i.e, the synergetic antimicrobial effects. By studying the key issues in the hide preservation, we will establish the preservation method by using PEG/bis-quaternary ammonium salts, and reveal the relationships between molecular structure-function, interactions and antimicrobial properties. We are convinced that the results would most benefit to develop environmental friendly preservation materials and applied technologies for leather-making industry, and will also provide valuable information to the related biological and material research fields.

本项目将开展PEG/双季铵盐类化合物结合用于制革原料皮防腐的协同作用机理及关键因素研究。首先制备联接基和疏水链均含酯基的可生物降解双季铵盐抗菌化合物，研究分子结构、表面活性与抗菌性能的关系；将优选化合物与具有抑菌功能的PEG结合用于生皮防腐，利用FT-IR、Micro-DSC、AFM、SEM、荧光光谱、Raman光谱、QCM-D、SPR等研究对生皮组织形态结构的影响及与皮胶原蛋白的相互作用，弄清PEG和双季铵盐在抗菌防腐功能上的有效匹配与互补及二者协同作用机理；同时结合色谱分析技术等评价在制革废水中的残留和生物降解性及对鞣革性能的影响。通过对抗菌防腐关键因素的研究，建立起PEG与双季铵盐类化合物协同防腐方法，揭示防腐体系分子构效与相互作用对蛋白抗菌性能影响的一般规律性，为研发新型环境友好的制革原皮防腐材料和应用技术提供可靠的理论依据，并为生物、材料等相关学科领域的研究提供有价值的信息。

开发新的环境友好生皮防腐材料及方法，是当前实现制革清洁生产必须解决的重要环节。为此，本项目开展了PEG/双季铵盐类化合物结合用于制革原料皮防腐的协同作用机理及关键因素的研究工作。首先通过反应参数及条件的调节，制备了一系列不同烷基链长度及联接基团的双子季铵盐类化合物，结合FT-IR、NMR、MS、GPC技术对制得的化合物分子量及结构进行了鉴定，确定了最佳的合成工艺参数及条件。 在此基础上，着重研究了PEG/双子季铵盐防腐体系防腐性能对生皮微观组织结构的影响。通过PEG/双子季铵盐防腐皮水分含量和收缩温度(Ts)的测定、微生物抗菌性检测，以及原料皮对微生物侵蚀的稳定性、防腐皮的湿热稳定性，探究了PEG/双子季铵盐的防腐性能及与PEG和双子季铵盐的分子构效、浓度、分子量、施加方式的对应关系。同时研究了PEG/双子季铵盐与胶原蛋白的相互作用：采用FTIR、Raman光谱、AFM、FE-SEM等检测其对皮胶原结构及宏观性能的影响，结合US-DSC等测试了解分子间相互作用的信息、能量变化和和热稳定性差异；区分PEG和双子季铵盐在性能上的作用与互补机理；推测防腐机理及协同作用机制。并在上述结果的基础上，研究了PEG/双子季铵盐防腐对成革性能的影响及其环境友好性评价：采用动态力学分析（DMA）、热分析仪（DSC, TGA）、万能皮革拉力机、强度测定仪、透气性测试仪、透水汽性测试仪等研究成革性能，进一步分析防腐机理与调控机制的关联；并评价了PEG/双子季铵盐的可生物降解性，为该法的环境友好性评价提供定量数据。本项目通过对抗菌防腐关键因素的研究，建立了PEG与双季铵盐类化合物协同防腐方法，为PEG/双子季铵盐防腐体系在制革行业中的应用提供了可靠的理论依据和应用基础。而且，合成的可生物降解双子季铵盐以及构建的防腐体系在生物医用、食品包装、材料等相关领域也有着较好的应用前景。目前，已发表学术论文26篇，申请国家发明专利10项，授权4项。