制革固廢物資源化利用技術的研究

李文磊，趙玉梅，賀建梅

（甘肅省輕工研究院有限責任公司，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關鍵技術，其核心是尋找最佳的工藝技術和設計優化配方，采用正交設計技術能有效解決這一難題，滿足生產實踐的需求[1]。利用膠原蛋白復鞣坯革增厚明顯，可賦予皮革粒面緊密、柔軟豐滿等優良性能。從制革固體廢棄物中提取膠原多肽并制備復鞣劑、涂飾劑、加脂劑等應用于制革行業的研究近年來越來越受到重視。此外，膠原蛋白在造紙領域作為增強劑、膠黏劑、表面活性劑等也被廣泛應用[2]。

該項研究是從幾種提取工藝技術中優選確定較好的革屑水解工藝提取膠原蛋白[3]，利用正交實驗對工藝步驟中各項參數進行了設計和優化，通過多因子多水平正交實驗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 實驗部分

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。

1.2 實驗內容及工藝技術研究

將預處理后的廢革屑，加入MgO溶液，于70℃水浴振蕩反應2h，然后加入堿性蛋白酶反應3h。在裝有反應物溶液的燒瓶中，分別加入甲醛、雙氰胺和Na2S2O3水溶液，調節pH，升溫至85℃振蕩反應2h。反應完成后降溫出料，計算水解率。

1.3 配方設計與優化

選擇五因子四水平的正交實驗設計方案。五個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以及反應溫度；四個水平具體詳見表1、表2。

表1 正交實驗因素水平表

表2 正交實驗設計表

2 結果與討論

將反應生成的因素分別設定不同分值，見表3，最低為 1分，最高為 5 分。將表內所述穩定性、不溶物、甲醛含量、皮革增厚率、感官指標5項的得分相加得到綜合得分，見表4。以綜合得分為考核指標進行正交實驗分析，見表5。由表3～表5可以得出，改性膠原蛋白復鞣填充劑的最優組合為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，膠原蛋白所占產品有效物質量比為20%，膠原蛋白反應的pH為8.5，反應溫度為 85℃。實驗證明，該組合反應生成物性能穩定良好，不溶物含量為0.49%，甲醛含量為0.88%，皮革增厚率為10.02%，復鞣填充效果為5分，綜合得分為25分，為正交實驗中所有組合實驗各項指標值中的最優。

表3 對應分值表

表4 正交實驗表

3 結語

1）通過正交實驗得出了雙氰胺改性膠原蛋白的最優組合A4B2C3D2E3，主次順序為A ＞ B ＞ C ＞ D ＞ E；

2）復鞣填充后表明，改性蛋白具有與皮膠原良好的反應性，皮革舒適柔軟無樹脂感，其平均增厚率為10.02%，抗張強度較高，為24.62N/mm；

表5 正交處理表（極差分析法）

3）經實驗驗證和對實驗結果測試分析，與正交設計相吻合，達到了配方研究的目的。