王韻嘉,陳奇峰,章斌,陳廣學(xué)
二次膠原纖維吸音、阻燃性能評價(jià)及其復(fù)合紗布材料的特性研究
王韻嘉1,陳奇峰1,章斌2,陳廣學(xué)1
(1.華南理工大學(xué),廣州 510641;2.韓山師范學(xué)院,廣東 潮州 521041)
對從廢棄皮革提取的二次膠原纖維進(jìn)行一系列性能評價(jià),著重研究它在吸音、阻燃方面的性能,探究二次膠原纖維及其復(fù)合紗線、布料在包裝領(lǐng)域應(yīng)用的可能性。采用SEM、氨基酸分析儀、傅里葉變換紅外光譜分析、駐波管及氧指數(shù)法對二次膠原纖維進(jìn)行測試,采用萬能拉力機(jī)對復(fù)合紗線、布料進(jìn)行力學(xué)測試。二次膠原纖維具有多孔隙、多層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),其最佳吸聲系數(shù)可達(dá)0.98,極限氧指數(shù)為34.7%,二次膠原纖維復(fù)合紗線、布料具有良好的力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,二次膠原纖維具有良好的吸音、阻燃性能,其復(fù)合紗線、布料具有良好的力學(xué)性能,在包裝領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
二次膠原纖維;吸音;阻燃;復(fù)合紗;復(fù)合布
制革行業(yè)是輕工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè),它提供了各種皮革制品,同時也產(chǎn)生了大量的固體廢棄物[1-4]。在皮革的加工過程中,鞣制工藝是關(guān)鍵步驟。鉻鞣皮革會被切割,以保證皮革厚薄均勻,從而產(chǎn)生了大量的輔料[5]。每1 000 kg原料可生產(chǎn)約45 kg的皮屑[6]。這些皮屑產(chǎn)量高、加工成本高,是亟待解決的問題。
在鞣制工藝過程中會使用化學(xué)物質(zhì)(氫氧化銨、硫化鈉、亞硫酸鈉、氫氧化鈉等)來加強(qiáng)皮革的結(jié)構(gòu)[1,7-9],鉻鞣皮的皮屑主要由三價(jià)鉻和膠原蛋白組成[10-11]。其中,膠原蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到90%,三價(jià)鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~4%。皮革廢棄物的資源化利用主要集中在幾個方面:生產(chǎn)營養(yǎng)原料,如氨基酸葉面肥[12]、動物飼料[13-14]、微生物培養(yǎng)基等[15];皮革材料,如絨面革植絨革,通過控制膠原纖維與膠黏劑[16]的比例來生產(chǎn);絮凝,如將聚丙烯酰胺接枝到膠原蛋白的主鏈上,或?qū)⒈0穯误w和2?甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共同接枝到膠原蛋白的主鏈上,設(shè)計(jì)合成一系列膠原基絮凝劑[17-18];阻燃材料,如選用雙氰胺樹脂、三聚氰胺樹脂、丙烯酸樹脂、植物栲膠、鉻粉和十八水硫酸鋁作為復(fù)鞣劑來提高皮膠原纖維的阻燃性能,有望應(yīng)用于制備生物質(zhì)基阻燃復(fù)合材料[19];其他材料,如皮革廢棄物,采用自摻雜氧和氮官能團(tuán)的部分石墨化納米碳層包裹鉻基納米粒子核的方法,制備屏蔽電磁干擾(EMI)的吸波材料[20]。采用膠原蛋白作為吸聲劑和阻燃劑的探索被認(rèn)為是皮革工業(yè)可持續(xù)固體廢物管理發(fā)展的重要嘗試。
膠原纖維由28種膠原中的一種或多種膠原相互纏繞而成,其中以I型膠原纖維最為常見。I型膠原纖維的抗張強(qiáng)度較高,其膠原蛋白的3股螺旋結(jié)構(gòu)由2條α1鏈和1條α2鏈構(gòu)成。每條α鏈約含1 050個氨基酸殘基,由重復(fù)的甘氨酸?X?Y序列構(gòu)成,X常為脯氨酸或羥脯氨酸,Y常為其他種類的氨基酸[21]。皮革中的膠原蛋白主要以膠原纖維的形式存在,又稱二次膠原纖維(Collagen fiber, CF),是一種從動物皮中經(jīng)脫纖維而獲得的材料。從皮革固體廢棄物中提取的二次膠原纖維為I型膠原纖維,具有良好的吸聲性、耐磨性、隔熱性、柔韌性、微彈性、天然抗菌性、吸濕性、強(qiáng)度,以及初始模量大等特點(diǎn)。在Selvaraj S[6]的研究中,將從廢皮革輔料中提取的水解膠原蛋白與聚乙烯醇進(jìn)行靜電紡絲,并將其夾在聚丙烯腈納米纖維層之間。結(jié)果表明,復(fù)合材料在頻率800~2 500 Hz范圍內(nèi)的吸聲效果得到提高。膠原纖維具有較高的含氮量,因此具有應(yīng)用于聚合物阻燃改性的潛力。文麒霖等[19]研究了復(fù)鞣劑對皮革膠原纖維網(wǎng)絡(luò)阻燃性的影響。結(jié)果表明,復(fù)鞣后的皮革膠原纖維網(wǎng)絡(luò)具有更好的阻燃性:初分解溫度較高、殘?zhí)悸瘦^高(800 °C)、殘?zhí)冀Y(jié)構(gòu)更致密。Wen等[22]制備了膠原纖維分散度不同的碳纖維,用不同的鞣劑進(jìn)行固定,結(jié)果表明,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的鋯鞣劑(以ZrO2為基礎(chǔ))固定的皮革膠原纖維網(wǎng)絡(luò)具有較好的阻燃性能,極限氧指數(shù)(Limiting oxygen index,LOI)為62.3%。
文中通過對二次膠原纖維的一系列性能進(jìn)行評價(jià),重點(diǎn)研究二次膠原纖維在吸聲和阻燃方面的應(yīng)用,同時測試二次膠原纖維復(fù)合紗和織物的力學(xué)性能,希望開發(fā)出具有高附加值的二次膠原纖維紗線和織物,為未來將廢棄皮革應(yīng)用于吸音阻燃材料提供參考。
主要材料:二次膠原纖維、二次膠原纖維/尼龍混紡紗(線密度為65 g/km)、二次膠原纖維/棉線包芯紗(線密度為115 g/km)、二次膠原纖維水刺復(fù)合紗、二次膠原纖維水刺復(fù)合布、二次膠原纖維還原布,廣州市花都區(qū)某皮革廠;溴化鉀(色譜純),天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;鹽酸,上海麥克林生化科技有限公司;去離子水,實(shí)驗(yàn)室自制。
主要儀器:Master?Q15去離子純水機(jī),上海和泰儀器有限公司;切割式研磨儀,北京格瑞德曼儀器設(shè)備有限公司;DZF?6020真空干燥箱,上海申賢恒溫設(shè)備廠;SU5000場發(fā)射掃描電子顯微鏡,日本日立高新技術(shù)公司;TENSOR27傅里葉變換紅外光譜儀,德國BRUKER公司;HY?12型壓片機(jī),天津天光光學(xué)儀器有限公司;DF?101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;全自動氨基酸分析儀,Hitachi;JC?3007氧指數(shù)測定儀,江蘇拓達(dá)精誠測試儀器有限公司;駐波管吸聲系數(shù)測試儀,北京世紀(jì)建通科技股份有限公司;Instron 5967萬能試驗(yàn)機(jī),美國Instron有限公司。
1.2.1 二次膠原纖維預(yù)處理
將二次膠原纖維在轉(zhuǎn)速為1363 r/min的切割式研磨儀中進(jìn)行粉碎,粉碎后纖維的長度為1~2 mm,之后用去離子水在固液比(g/mL)為1∶3的條件下進(jìn)行洗滌,將洗滌后的二次膠原纖維在溫度為50 °C的真空干燥箱中烘干24 h后備用。
準(zhǔn)確稱取0.50 g處理后的二次膠原纖維樣品于三頸燒瓶中,加入6 mol/L鹽酸溶液15 mL,通入氮?dú)? min后封口,置于110 °C油浴鍋中水解24 h,取出冷卻、過濾。濾液用去離子水定容至50 mL,然后準(zhǔn)確吸取1 mL于45 °C下真空干燥。將殘?jiān)萌ルx子水溶解至濃度為0.05 nmol/μL,過濾,所得濾液用于氨基酸分析測試。
1.2.2 二次膠原纖維的表面形貌測試
使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察冷凍干燥后的二次膠原纖維的微觀形態(tài)。將凍干的二次膠原纖維貼附在導(dǎo)電膠上,并使用離子濺射鍍膜機(jī)在其表面鍍上一層金膜,保證樣品的導(dǎo)電性,使拍攝的微觀圖像更為清晰。
1.2.3 二次膠原纖維成分分析測試
使用全自動氨基酸分析儀測試二次膠原纖維的蛋白質(zhì)組成,設(shè)置波長為570 nm、440 nm,緩沖液流速為0.5 mL/min,柱壓為9.8~10.2 kPa,柱溫為55 °C。設(shè)置茚三酮溶液的流速為0.5 mL/min,泵壓為2.7~3.0 kPa,柱壓為9.5~9.8 kPa,進(jìn)樣量為20 μL。
1.2.4 二次膠原纖維的傅里葉變換紅外光譜測試
采用傅里葉變換紅外光譜儀,設(shè)置掃描波數(shù)為400~4 000 cm?1,分辨率為4 cm?1。在測試前將樣品在60 °C下干燥2 h,然后混合烘干試樣和溴化鉀,并壓成薄片,測試溫度設(shè)定為25 °C。
1.2.5 二次膠原纖維吸音性能測試
參照GBJ 88—1985《駐波管法吸音系數(shù)與聲阻抗率測量規(guī)范》測試試樣的吸音系數(shù)。測試頻率為1 750~6 800 Hz,一共測試7個頻率下材料的吸音系數(shù),涵蓋中高頻率范圍。測試溫度為(25±2)℃,自制測試試樣的厚度為30 mm,密度分別為14.15、23.58、37.74、47.17、61.32、70.75、99.06、127.36 kg/m3。通過不同密度二次膠原纖維的平均吸音系數(shù)來評價(jià)其吸音性能。
1.2.6 二次膠原纖維阻燃性能測試
參照GB/T 8924—2005《纖維增強(qiáng)塑料燃燒性能測試方法氧指數(shù)法》測定2次膠原纖維的阻燃性能。測試條件:在含有助燃?xì)怏w氧氣和不助燃?xì)怏w氮?dú)獾幕旌蠚怏w中,設(shè)置氧氣的初始體積分?jǐn)?shù)為21%,溫度為(25±2)°C。二次膠原纖維的阻燃性能采用LOI值進(jìn)行表征。一般情況下,LOI值越高,表示材料的阻燃性能越好。
1.2.7 力學(xué)性能測試
采用萬能拉力機(jī)測試復(fù)合紗線的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、彈性模量,夾具間的距離為40 mm,拉伸速度為20 mm / min,各樣品測試10次后取平均值。
在溫度為23 °C、相對濕度為50 %的條件下,采用萬能試驗(yàn)機(jī)和500 N稱量傳感器對制備的復(fù)合布進(jìn)行力學(xué)性能測試,包括拉伸應(yīng)力、斷裂伸長率和彈性模量。將復(fù)合布切成8 cm×1 cm×0.2 cm的長條片狀進(jìn)行測試,夾具間的距離為40 mm,拉伸速度設(shè)定為20 mm/min,所有樣品至少平行測試3次。
膠原蛋白具有4級結(jié)構(gòu):1級結(jié)構(gòu)指肽鍵相互連接形成的多肽鏈;2級結(jié)構(gòu)涉及多肽鏈的局部規(guī)律折疊;3級結(jié)構(gòu)是在2級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,依靠分子中肽鏈之間次級鍵的作用進(jìn)一步盤曲折疊,形成的膠原的三螺旋結(jié)構(gòu);4級結(jié)構(gòu)指5個膠原分子鏈為一組,將組成的原膠原首尾相連,通過共價(jià)鍵交聯(lián)形成膠原微纖維。在膠原蛋白4級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,再進(jìn)一步形成原纖維、膠原纖維、膠原纖維束[23]。為了探究二次膠原纖維的表面結(jié)構(gòu)和形貌,通過掃描電子顯微鏡對二次膠原纖維及其復(fù)合紗、布進(jìn)行了表征,結(jié)果如圖1所示。由圖1a可知,直徑為納米級別的原纖維通過纏繞集結(jié)的方式進(jìn)一步組裝成直徑為2~17 μm的膠原纖維,膠原纖維又進(jìn)一步集結(jié)成直徑約為4 200 μm的膠原纖維束。
由圖1b可見,二次膠原纖維與尼龍的質(zhì)量比約為3∶1,二者相互纏繞成紗,且二次膠原纖維的直徑小于尼龍的直徑,在纏繞過程中纖維表面未出現(xiàn)明顯變化。如圖1c所示,二次膠原纖維與棉線的質(zhì)量比約為1∶1,棉線被二次膠原纖維包裹在中部,在二者交界處棉線與二次膠原纖維部分纏繞,提高了交纏的緊密性,且二次膠原纖維的直徑小于棉線的直徑。如圖1d、e所示,通過水刺技術(shù),成功制備出2種不同的復(fù)合布料。其中,水刺復(fù)合布中二次膠原纖維與棉線的質(zhì)量比約為50∶1,二次膠原纖維還原布中未添加其他材料,復(fù)合布料中纖維相互纏繞,聯(lián)系較緊密。
圖1 二次膠原纖維及其復(fù)合紗、布的SEM圖
從不同材料中提取的蛋白質(zhì)具有各自獨(dú)特的氨基酸組成和比例,該特點(diǎn)可作為纖維中蛋白質(zhì)來源的重要依據(jù)。同時,氨基酸的組成和比例也決定了蛋白質(zhì)的營養(yǎng)和功能。
使用外標(biāo)法對游離氨基酸進(jìn)行定量,見表1。由表1可知,在二次膠原纖維中含量最高的5種氨基酸依次為甘氨酸(Gly)、谷氨酸(Glu)、脯氨酸(Pro)、丙氨酸(Ala)、精氨酸(Arg)。其中,甘氨酸和脯氨酸對膠原蛋白的三螺旋結(jié)構(gòu)完整性至關(guān)重要, 是膠原蛋白的特征氨基酸。其次,天冬氨酸(Asp)、絲氨酸(Ser)、賴氨酸(Lys)、亮氨酸(Leu)、纈氨酸(Val)的含量也較高。結(jié)果表明,該廢棄皮革纖維束中富含疏水性氨基酸,如丙氨酸(Ala)、亮氨酸(Leu)、纈氨酸(Val)、苯丙氨酸(Phe)、異亮氨酸(Ile)等,這些疏水性氨基酸可以產(chǎn)生強(qiáng)抗氧活性,具有用作抗氧化肽和抗高血壓肽藥品的應(yīng)用潛力[24-25]。通過與其他文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比較可知,結(jié)果符合豬皮中氨基酸的組成[26]。
表1 二次膠原纖維中蛋白水解氨基酸的種類與含量
二次膠原纖維的傅里葉變換紅外光譜如圖2所示。特征吸收峰可以反映二次膠原纖維的三螺旋穩(wěn)定結(jié)構(gòu),在3 446 cm?1處觀察到酰胺A帶,這是氫鍵和N—H的伸縮振動形成締合體產(chǎn)生的;在3 089 cm?1處為酰胺B帶,這是C—H的伸縮振動產(chǎn)生的特征吸收峰;在1 656 cm?1處觀察到酰胺I帶位置,這是C=O伸縮的吸收帶,它與蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)有關(guān);在1 548 cm?1處發(fā)現(xiàn)酰胺Ⅱ帶,這與N—H的彎曲振動和C—N的伸縮振動有關(guān);在1 336 cm?1(酰胺Ⅲ)和1 454 cm?1之間的吸收表明該二次膠原纖維存在螺旋結(jié)構(gòu)。通過分析傅里葉變換紅外光譜可知,二次膠原纖維存在蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),即多肽主鏈骨架原子沿一定的軸盤旋或折疊而形成的特定構(gòu)象,主要形式包括α?螺旋、β?折疊、β?轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。
圖2 二次膠原纖維的FTIR圖
由圖3可知,總體上,該二次膠原纖維在低頻率的吸音效果較差,在高頻率的吸音效果較好,且隨著二次膠原纖維吸音樣品密度的提高,其吸音效果呈現(xiàn)先上升、后下降的趨勢。這是因?yàn)楫?dāng)聲波進(jìn)入低密度樣品材料時,材料的孔隙過大,使得聲波無法有效引起孔隙中的空氣產(chǎn)生振動,將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿男问?,耗散了聲能;?dāng)聲波進(jìn)入高密度樣品材料時,由于材料的孔隙率大幅下降,在孔隙中空氣與纖維摩擦減少,導(dǎo)致吸音效果降低;當(dāng)聲波進(jìn)入中等密度樣品材料時,聲波有效引起了空氣和纖維的振動,通過黏滯阻力和摩擦力,不斷地將聲能轉(zhuǎn)變成熱能而耗散,有效提高了吸音效率。由圖3可知,密度為23.58 kg/m3的吸音樣品在低頻率吸音效果較好,密度為37.74 kg/m3的吸音樣品在全波段的吸音效果較好。
圖3 二次膠原纖維在不同頻率下的吸聲系數(shù)
2.5.1 二次膠原纖維的氧指數(shù)值
通過氧指數(shù)測定儀測得二次膠原纖維的極限氧指數(shù)為34.7%,對比表2列出的不同種類纖維極限氧指數(shù)可見,二次膠原纖維的阻燃性能高于大部分常見纖維(如錦綸、腈綸、羊毛、維綸、醋酸纖維)的阻燃性能,高于部分經(jīng)過阻燃處理的纖維(如阻燃腈綸、阻燃羊毛、阻燃維綸)。二次膠原纖維自身具有優(yōu)異的阻燃性能有2個方面的原因:一是含氮量高,導(dǎo)致燃燒后生成了殘?zhí)纪鈿?,阻隔了熱量;二是與制革過程中的鉻鞣有關(guān),由于纖維側(cè)鏈上含有豐富的羧基,可以與三價(jià)鉻絡(luò)合物進(jìn)行配位結(jié)合,從而提高了纖維的熱降解活化能,提高了材料的阻燃性能[27]。
2.5.2 燃燒測試分析
由圖4可知,0.2 g二次膠原纖維在第1秒接觸火焰時未被點(diǎn)燃,纖維緩慢炭化、變黑;在第3秒離開火源時,可觀察到直接接觸火焰部分有黑色殘?zhí)?,未發(fā)生燃燒;將二次膠原纖維第2次接觸火焰時,可觀察到少許火星,但離開火源后火星立即熄滅,未發(fā)生燃燒;在第19秒時,二次膠原纖維的外表基本呈現(xiàn)黑色,形成了堅(jiān)硬、致密的殘?zhí)纪鈿?。由圖5可知,將外表的殘?zhí)纪鈿內(nèi)ズ?,可觀察到二次膠原纖維內(nèi)部未發(fā)生燃燒、仍然完好。由表3可知,0.2 g二次膠原纖維經(jīng)燃燒后的剩余殘?zhí)剂繛椋?.098 7±0.003 4)g,殘留率為(49.35±1.70)%。結(jié)果表明,二次膠原纖維具有優(yōu)良的阻燃性能,在燃燒時能夠快速脫水成碳,形成堅(jiān)硬、致密的物理外殼,有效阻止了向內(nèi)部傳遞的氧氣和熱量,從而阻止了燃燒進(jìn)程,有效保護(hù)了樣品內(nèi)部。
表2 不同種類纖維的極限氧指數(shù)[28]
圖4 二次膠原纖維的燃燒過程
圖5 二次膠原纖維燃燒后內(nèi)外對比
表3 二次膠原纖維的燃燒測試數(shù)據(jù)
從表4可以看出,二次膠原纖維/尼龍混紡紗和二次膠原纖維/棉包芯紗具有良好的力學(xué)性能。尼龍紗線具有耐磨性優(yōu)、強(qiáng)力高、彈性佳、質(zhì)地軟等優(yōu)點(diǎn),其與二次膠原纖維復(fù)合后紗線的斷裂伸長率和彈性模量較高,表明其柔軟性、彈性、抵抗形變能力均較優(yōu)異。棉紗線的拉伸強(qiáng)度較低,但與二次膠原纖維復(fù)合后其強(qiáng)度、彈性及抵抗形變的能力均得到提高。
表4 不同復(fù)合紗線的力學(xué)性能
在織物的拉伸破壞過程中,織物整體呈現(xiàn)束腰形,隨之解體。從表5可知,水刺布的拉伸強(qiáng)度和彈性模量較高,具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度;還原布的斷裂伸長率較高,具有優(yōu)異的彈性。
表5 不同復(fù)合布的力學(xué)性能
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,從廢棄皮革中提取的二次膠原纖維主要來自豬皮,它具有多級結(jié)構(gòu),不僅在吸音方面能讓聲波有效引起空氣與纖維間的振動,將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳ⅲ瑥亩鸬礁粢粜Ч?,還能有效阻止材料燃燒分解過程中的向內(nèi)傳質(zhì)和傳熱,因此具有優(yōu)異的阻燃性能。二次膠原纖維在高頻率的吸音效果較好,且隨著二次膠原纖維吸音樣品密度的增大,其吸音效果呈現(xiàn)先上升、后下降的趨勢。其中,密度為23.58 kg/m3的吸音樣品在低頻率的吸音效果較好,密度為37.74 kg/m3的吸音樣品在全波段的吸音效果較好。同時,二次膠原纖維的LOI值為34.7%,其阻燃性能優(yōu)于大部分纖維。由二次膠原纖維采用不同工藝制成的紗線、布具有優(yōu)異的力學(xué)性能,為其在包裝方面的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
[1] KANAGARAJ J. Eco-Friendly Waste Management Strategies for Greener Environment towards Sustainable Development in Leather Industry: A Comprehensive Review[J]. Journal of Cleaner Production, 2015, 89: 1-17.
[2] 王全杰, 譚小軍. 皮革工業(yè)下腳料的資源化利用進(jìn)展[J]. 西部皮革, 2010, 32(7): 38-42.
WANG Quan-jie, TAN Xiao-jun. Resource Recycling of Leftovers in Leather-Making Industry[J]. West Leather, 2010, 32(7): 38-42.
[3] BUFALO G, MOLINO B, AMBROSONE L. Selection of Tanned-Leather Waste in Recovering Novel Raw Material for Manufacturing Rubber Artifacts: Towards a Zero-Waste Condition[J]. Applied Sciences, 2020, 10(15): 5374.
[4] CHAUDHARY R, PATI A. Poultry Feed Based on Protein Hydrolysate Derived from Chrome-Tanned Leather Solid Waste: Creating Value from Waste[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2016, 23(8): 8120-8124.
[5] YANG Jian-gen, SHAN Zhi-hua, ZHANG Yi-wei, et al. Stabilization and Cyclic Utilization of Chrome Leather Shavings[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2019, 26(5): 4680-4689.
[6] SELVARAJ S. Chromium Containing Leather Trimmings Valorization: Sustainable Sound Absorber from Collagen Hydrolysate Intercalated Electrospun Nanofibers[J]. Journal of Hazardous Materials, 2021, 405: 124231.
[7] LOFRANO G, MERIC S, ZENGING E, et al. Chemical and Biological Treatment Technologies for Leather Tannery Chemicals and Wastewaters: A Review[J]. Science of the Total Environment, 2013, 461/462: 265-281.
[8] DAVIS J F. Collagen Dispersions for Liquid-Solid Separations in Water Treatment and Sludge Dewatering[J]. Separations Technology, 1995, 5(3): 147-152.
[9] NASHY E , HUSSEIN A I , ESSA M M. Retanning Agents for Chrome Tanned Leather Based on Nano-Emulsion of Styrene/Butyl Acrylate Copolymers[J]. New York Science Journal, 2010, 3(11): 13-21.
[10] 丁偉, 周建飛, 廖學(xué)品, 等. 含鉻廢皮渣脫鉻方法的研究進(jìn)展[J]. 中國皮革, 2012, 41(1): 48-52.
DING Wei, ZHOU Jian-fei, LIAO Xue-pin, et al. Review for Dechromization Methods of Chromium- Containing Leather Waste[J]. China Leather, 2012, 41(1): 48-52.
[11] OCAK B, ASLAN A, GULUMSER G. Utilization of Chromium Tanned Lsws in Microencapsulation[J]. Journal of the American Leather Chemists, 2011(106): 232-238.
[12] PEUKE A D, JESCHKE W D, HARTUNG W. Foliar Application of Nitrate or Ammonium as Sole Nitrogen Supply inⅡ the Flows of Cations, Chloride and Abscisic Acid[J]. New Phytologist, 1998, 140(4): 625-636.
[13] GRUHN K, LüDKE H. Use of Hydrolyzed Chrome Leather Wastes in Swine Feeding and the Content of Chromium in Flesh, Liver, Kidneys and Hair[J]. Archiv Fur Tierernahrung, 1972, 22(1): 113-124.
[14] 邵澤恩, 解守嶺, 李士英. 削勻革屑脫鉻制造寵物飼料[J]. 中國皮革, 2001, 30(19): 15-17.
SHAO Ze-en, XIE Shou-ling, LI Shi-ying. Manufacture Pet Feed from the Dechromed Shavings[J]. China Leather, 2001, 30(19): 15-17.
[15] Caroline Agustini, Wolmir Neto, Marisa Costa, 等. 皮革廠固體廢棄物的生物降解及沼氣生產(chǎn)[J]. 中國皮革, 2017, 46(11): 50-55.
AGUSTINI C, NETO W, COSTA M, et al. Biodegradation and Biogas Production from Solid Waste of Tanneries[J]. China Leather, 2017, 46(11): 50-55.
[16] 劉亞軍, 胡國樑, 周穎. 廢舊皮革粉靜電植絨工藝的研究[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù), 2017, 25(1): 10-12.
LIU Ya-jun, HU Guo-liang, ZHOU Ying. Research on Application of Waste Leather Powder in Electrostatic Flocking Technology[J]. Advanced Textile Technology, 2017, 25(1): 10-12.
[17] LI Chong-yi, LIAO Hong-guang, ZHANG Xiang, et al. Preparation of Cationic Modified Collagen Extracted from Leather Wastes and Their Application in Dye Flocculation[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2017, 134(40): 45363
[18] LI Chong-yi, XUE Feng, DING En-yong. Preparation of Polyacrylamide Grafted Collagen Extracted from Leather Wastes and Their Application in Kaolin Flocculation[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2015, 132(13): 41556.
[19] 文麒霖, 許維星, 石碧. 不同復(fù)鞣方法對皮膠原纖維網(wǎng)絡(luò)阻燃性能的影響[J]. 皮革科學(xué)與工程, 2020, 30(6): 13-20.
WEN Qi-lin, XU Wei-xing, SHI Bi. Effect of Different Retanning Methods of Leather Collagen Fiber Network on Its Flame Retardancy[J]. Leather Science and Engineering, 2020, 30(6): 13-20.
[20] ASHOKKUMAR M, NARAYANAN N T, GUPTA B K, et al. Conversion of Industrial Bio-Waste into Useful Nanomaterials[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2013, 1(6): 619-626.
[21] MEYER M. Processing of Collagen Based Biomaterials and the Resulting Materials Properties[J]. Biomedical Engineering Online, 2019, 18(1): 24.
[22] WEN Qi-lin, WU Xin-tao, XU Wei-xing, et al. Effects of Dispersion and Fixation of Collagen Fiber Network on Its Flame Retardancy[J]. Polymer Degradation and Stability, 2020, 175: 109122.
[23] NIJHUIS W H, EASTWOOD D M, ALLGROVE J, et al. Current Concepts in Osteogenesis Imperfecta: Bone Structure, Biomechanics and Medical Management[J]. Journal of Children's Orthopaedics, 2019, 13(1): 1-11.
[24] CHEN Hua-ming, MURAMOTO K, YAMAUCHI F, et al. Antioxidant Activity of Designed Peptides Based on the Antioxidative Peptide Isolated from Digests of a Soybean Protein[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1996, 44(9): 2619-2623.
[25] GUO Hang, YOSHIAKI K, MASAMI Y. Structures and Properties of Antioxidative Peptides Derived from Royal Jelly Protein[J]. Food Chemistry, 2009, 113(1): 238-245.
[26] 敖冉, 王偉, 梁春輝, 等. 酶法制備豬皮膠原多肽工藝研究[J]. 食品工業(yè), 2016, 37(7): 51-54.
AO Ran, WANG Wei, LIANG Chun-hui, et al. Study on the Enzymatic Preparation Process of Pigskin Collagen Peptide[J]. The Food Industry, 2016, 37(7): 51-54.
[27] 楊柳濤, 陳武勇, 羅琳, 等. 豬皮膠原纖維熱降解動力學(xué)及阻燃性能的研究[J]. 中國皮革, 2009, 38(1): 9-13.
YANG Liu-tao, CHEN Wu-yong, LUO Lin, et al. Thermal Degradative Kinetics and Flame Retardancy of Pigskin Collagen Fibers[J]. China Leather, 2009, 38(1): 9-13.
[28] 冼杏娟. 先進(jìn)復(fù)合材料在空間應(yīng)用的前景[J]. 新型碳材料, 1988, 3(2): 1-2.
XIAN Xing-juan. Prospects of Advanced Composite Materials in Space Applications[J]. New Carbon Materials, 1988, 3(2): 1-2.
Sound-absorbing and Flame-retardant Properties of Secondary Collagen Fiber and Characteristics of Its Composite Yarn and Cloth
WANG Yun-jia1,CHEN Qi-feng1,ZHANG Bin2,CHEN Guang-xue1
(1. South China University of Technology, Guangzhou 510641, China; 2. Hanshan Normal University, Guangdong Chaozhou 521041, China)
The work aims to evaluate a series of properties of secondary collagen fiber extracted from waste leather, especially the sound-absorbing and flame-retardant properties and explore the possibility of application of secondary collagen fiber and its composite yarn and cloth in packaging field. The secondary collagen fiber was tested by SEM, amino acid analyzer, Fourier transform infrared spectroscopy, standing wave tube method and oxygen index method. The mechanical properties of composite yarn and cloth were tested by universal tension machine. The secondary collagen fiber had porous and multi-layer structure. The best sound absorption coefficient was 0.98 and the limiting oxygen index was 34.7%. The secondary collagen fiber composite yarn and cloth had good mechanical properties. Therefore, secondary collagen fiber has good sound-absorbing and flame-retardant properties, and its composite yarn and cloth have good mechanical properties, which has a good prospect in packaging application.
secondary collagen fiber; sound-absorbing property; flame-retardant property; composite yarn; composite cloth
TB324; TB33
A
1001-3563(2023)01-0007-07
10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.01.002
2022?03?10
廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金(2021A1515010899);潮州市第一批科技專項(xiàng)(重大科技專項(xiàng))計(jì)劃(202101ZD04);韓山師范學(xué)院校級重點(diǎn)科研項(xiàng)目基金(XZ202103);廣東省潮安區(qū)科技計(jì)劃(202101)
王韻嘉(1998—),女,碩士生,主攻綠色環(huán)保材料。
陳奇峰(1976—),男,博士,副教授,主要研究方向?yàn)榧垵{流送與紙頁成形,數(shù)字印刷,綠色環(huán)保材料。
責(zé)任編輯:彭颋