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 四川大学石碧、王亚楠团队:通过合成鞣剂的亲疏水性调控策略,提高皮革热稳定性

四川大学石碧、王亚楠团队:通过合成鞣剂的亲疏水性调控策略,提高皮革热稳定性

2022-08-19

来源:Collagen and Leather

作者:

胶原/皮革的热稳定性与其水分含量密切相关,然而水分对皮革热稳定性的影响机制尚未阐释清楚。将不同结构(即具有不同亲疏水性)的皮革化学品引入皮革中,会引起皮革热稳定性的不同改变。因此,深入研究皮革化学品的亲疏水性与皮革热稳定性的关系,并深入探讨其作用机制,对于无铬生态皮革制造和新型皮革化学品设计开发具有重要意义。

基于上述背景,四川大学 石碧 院士和王亚楠 教授团队以制革常用的酚类合成鞣剂(PFS)为例,通过调节磺化度控制PFS的亲疏水性,系统考察了PFS自身亲水性对皮革亲水性的影响。PFS的磺化度与其复鞣革的亲水性正相关(图1)。随着PFS结构中亲水基团的增加,PFS自身吸水性增加,使得复鞣革吸水能力及坯革水分含量提高。拟二级动力学方程拟合结果表明,PFS主要影响皮革中吸附水的含量。

为阐释不同亲水性的PFS与胶原的作用机制,采用分子动力学模拟研究了PFS处理后胶原周围的水密度,特别是结合水含量的变化。磺化度越低、亲水性越弱的PFS处理的胶原,其周围水密度越低,距离胶原周围3.5 Å范围内的水分子(判定为双方以氢键结合)数量越少(图2),PFS主要以氢键的方式结合在胶原周围表面,故其亲水性差异将直接影响皮革中的水分分布,以及最终的吸附水含量。

与此同时,坯革的耐干热能力,耐热分解能力则随着PFS磺化度的增加而呈降低趋势(图3a-3b)。磺化度低的PFS处理的坯革具有较好的耐热能力,干热后能保持较高的收缩温度以及孔隙率(图3c-3d)。这些结果表明,通过调节PFS的磺化度可调控皮革中的亲水能力,进而调控皮革的耐热稳定性。


该研究有望为无铬皮革制造体系中复鞣剂的合理选用,以及新型复鞣剂的设计开发提供理论参考。

博士研究生 孙青永为该论文的第一作者,王亚楠 教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金(21978176)的资助。



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