AT520764A1 - Process for the preparation of a leather substitute - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Lederersatzstoffes, umfassend die Schritte: Behandlung von Wolle in einer Mischung, welche Calciumchlorid, Wasser, Ethanol und ein Reduktionsmittel umfasst und einen pH von zwischen 6 bis 8 aufweist, wobei zumindest ein Teil des Keratins der Wolle aufgelöst wird; Regenerieren des Keratins durch Zugabe eines Überschusses an Wasser; Formen des Keratins in die gewünschte Gestalt.A method of making a leather substitute, comprising the steps of: treating wool in a mixture comprising calcium chloride, water, ethanol and a reducing agent and having a pH of between 6 to 8, wherein at least a portion of the keratin of the wool is dissolved; Regenerating the keratin by adding an excess of water; Forms of keratin into the desired shape.

Description

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Verfahren zur Herstellung eines Lederersatzstoffes, umfassend die Schritte: Behandlung von Wolle in einer Mischung, welche Calciumchlorid, Wasser, Ethanol und ein Reduktionsmittel umfasst und einen pH von zwischen 6 bis 8 aufweist, wobei zumindest ein Teil des Keratins der Wolle aufgelöst wird; Regenerieren des Keratins durch Zugabe eines Überschusses an Wasser; Formen des Keratins in die gewünschte Gestalt.A process for producing a leather substitute comprising the steps of: treating wool in a mixture comprising calcium chloride, water, ethanol and a reducing agent and having a pH of between 6 and 8, at least part of the keratin of the wool being dissolved; Regenerate the keratin by adding an excess of water; Form the keratin into the desired shape.

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22168-AT22168-AT

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES LEDERERSATZSTOFFESMETHOD FOR PRODUCING A LEATHER REPLACEMENT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lederersatzstoffs sowie einen durch dieses Verfahren hergestellten Lederersatzstoff.The invention relates to a method for producing a leather substitute and a leather substitute produced by this method.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Erzeugnisse aus Leder oder Kunstleder kommen in zahlreichen Bereichen wie z.B. als Bekleidung oder für die Innenausstattung zum Einsatz. Während echtes Leder ein Naturprodukt ist, welches zahlreiche hervorragende Eigenschaften aufweist, bestehen ethische Bedenken, die mit der Aufzucht und Tötung von Tieren zur Gewinnung von Leder verbunden sind. Für Kunstleder kommen Kunststoffe wie PVC zum Einsatz, welche aus Umweltschutzgründen ebenfalls bedenklich sind. Auch sind die Eigenschaften hinsichtlich Feuchtigkeitsaufnahme, Tragekomfort oder Stabilität von solchem Kunstleder nicht mit Naturleder vergleichbar. Schließlich bestehen Vorbehalte gegen das Tragen von synthetischem, auf PVC-basierendem Kunstleder.Products made of leather or synthetic leather come in numerous areas such as as clothing or for interior use. While genuine leather is a natural product that has numerous excellent properties, there are ethical concerns associated with rearing and killing animals to produce leather. For synthetic leather, plastics such as PVC are used, which are also of concern for environmental reasons. The properties with regard to moisture absorption, wearing comfort or stability of such synthetic leather are not comparable to natural leather. Finally, there are reservations about wearing synthetic PVC-based synthetic leather.

Es besteht daher ein zunehmender Bedarf an Lederersatzstoffen, die einerseits mit Echtleder vergleichbare Eigenschaften aufweisen, die aber ethisch unbedenklich sind.There is therefore an increasing need for leather substitutes which, on the one hand, have properties comparable to real leather, but which are ethically harmless.

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Lederersatzstoffes, welcher zu Echtleder vergleichbare Eigenschaften aufweist und ethisch unbedenklich ist.The object of the present invention is therefore to provide a leather substitute which has properties comparable to real leather and is ethically harmless.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Lederersatzstoffes, umfassend die Schritte:This problem is solved by a method for producing a leather substitute, comprising the steps:

• Behandlung von Wolle in einer Mischung, welche ein Quellmittel und ein Reduktionsmittel umfasst und einen pH von zwischen 6 bis 8 aufweist, wobei zumindest ein Teil des Keratins der Wolle aufgelöst wird, • Regenerieren des Keratins, vorzugsweise durch Zugabe eines Überschusses an Wasser • Formen des Keratins in die gewünschte Gestalt.Treatment of wool in a mixture which comprises a swelling agent and a reducing agent and has a pH of between 6 and 8, at least part of the keratin of the wool being dissolved. Regeneration of the keratin, preferably by adding an excess of water. Shaping the keratin into the desired shape.

Bevorzugt ist das Quellmittel eine Mischung aus Calciumchlorid, Wasser, Ethanol.The swelling agent is preferably a mixture of calcium chloride, water, ethanol.

Bei der Behandlung von Wolle mit einer Mischung aus Quellmitteln, insbesondere einer Mischung aus Calciumchlorid, Wasser und Ethanol, kommt es zur Quellung desWhen wool is treated with a mixture of swelling agents, in particular a mixture of calcium chloride, water and ethanol, swelling of the

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Keratins aus der Wolle. Die Zugabe des Reduktionsmittels führt zum Aufbrechen der intra- und intermolekularen Disulfidbindungen zwischen den -SH Gruppen der Cysteinreste von Keratin. Die Regenerierung des Keratins erfolgt bevorzugt durch Zugabe von Wasser, sodass das gelöste Keratinprotein wieder als Festkörper ausbildet. Durch entsprechendes Formen kann das Keratin in die gewünschte Form gebracht werden.Keratins from the wool. The addition of the reducing agent leads to the breaking of the intra- and intermolecular disulfide bonds between the -SH groups of the cysteine residues of keratin. The keratin is preferably regenerated by adding water, so that the dissolved keratin protein forms again as a solid. The keratin can be brought into the desired shape by appropriate shaping.

Die molare Mischung zwischen Calciumchlorid : Wasser : Ethanol (CWE) beträgt bevorzugt zwischen 1 (CaCI2) : 5 bis 7 (Wasser) : 1 bis 3 (Ethanol), vorzugsweise etwa 1:6:2.The molar mixture between calcium chloride: water: ethanol (CWE) is preferably between 1 (CaCl 2 ): 5 to 7 (water): 1 to 3 (ethanol), preferably about 1: 6: 2.

Eine alternative Mischung als Quellmittel umfasst LiBr und Harnstoff.An alternative mixture as a swelling agent includes LiBr and urea.

Als Reduktionsmittel kommen sämtliche Reduktionsmittel in Frage, welche Disulfidbrücken aufbrechen können. Beispielsweise kann das Reduktionsmittel eine -SH Gruppe aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich um Mercaptoessigsäure oder ein Salz davon (Thiolglycolat).All reducing agents that can break disulfide bridges are suitable as reducing agents. For example, the reducing agent can have an -SH group. It is preferably mercaptoacetic acid or a salt thereof (thiol glycolate).

Vor dem Regenerieren kann außerdem ein Filtrationsschritt vorgesehen sein, um unlösliche Stoffe abzutrennen.Before the regeneration, a filtration step can also be provided in order to separate insoluble substances.

Es besteht einerseits die Möglichkeit das Keratin vollständig aufzulösen und anschließend zu regenerieren.On the one hand, there is the possibility of completely dissolving the keratin and then regenerating it.

In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass nur ein Teil der Wolle aufgelöst wird und dass der nichtgelöste Teil der Wolle beim Regenerieren und Formen des Keratins in die gewünschte Gestalt in den Lederersatzstoff integriert wird.In one embodiment variant, it is provided that only part of the wool is dissolved and that the undissolved part of the wool is integrated into the desired shape in the leather substitute during regeneration and shaping of the keratin.

Der ungelöste Teil der Wolle kann dann eine Matrix für den Lederersatzstoff bilden. Die Matrix kann durch geeignete Anordnung der Fasern der Wolle, z.B. durch Kreuzung der Fasern, eine entsprechende Stabilität verleihen.The undissolved part of the wool can then form a matrix for the leather substitute. The matrix can be made by suitably arranging the fibers of the wool, e.g. by crossing the fibers to give appropriate stability.

Alternativ dazu kann natürlich auch eine Nichtwoll-Matrix eingesetzt werden (z.B. ein Gewebe oder dergleichen). In diesem Fall wird die Nichtwoll-Matrix in den Composit eingearbeitet.Alternatively, a non-wool matrix can of course also be used (e.g. a fabric or the like). In this case, the non-wool matrix is worked into the composite.

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Die Matrix kann unabhängig davon, ob es reine Wolle, eine Nichtwoll-Matrix oder eine Mischung davon ist, z.B. ein Vlies, ein Tuch, ein Gewebe, ein Gestrick oder ein flächiges Gebilde sein. Beispielsweise kann eine Fasermischung vorliegen.The matrix, regardless of whether it is pure wool, a non-wool matrix or a mixture thereof, e.g. a fleece, a cloth, a fabric, a knitted fabric or a flat structure. For example, a fiber mixture can be present.

Bevorzugt ist ein Oxidationsschritt mit oder nach der Regenerierung vorgesehen. Dies dient dazu, die freien -SH Gruppen im regenerierten Keratin wieder -S-SDisulfidbrücken auszubilden. Die Oxidation kann durch Luftsauerstoff oder durch Zugabe eines Oxidationsmittels erfolgen.An oxidation step with or after regeneration is preferably provided. This serves to re-form the free -SH groups in the regenerated keratin -S-SDisulfide bridges. The oxidation can be carried out by atmospheric oxygen or by adding an oxidizing agent.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Lederersatzstoff erhältlich nach dem zuvor genannten Verfahren. Außerdem betrifft die Erfindung einen Lederersatzstoff, umfassend regeneriertes Keratin aus Wolle.The invention also relates to a leather substitute obtainable by the aforementioned process. The invention also relates to a leather substitute comprising regenerated keratin from wool.

Der Lederersatzstoff kann eine Matrix aus Wolle aufweisen, wobei die Matrix in das regenerierte Keratin eingebettet ist.The leather substitute can have a matrix of wool, the matrix being embedded in the regenerated keratin.

Der Lederersatzstoff kann alternativ dazu oder in Kombination dazu eine NichtwollMatrix aufweisen, welche in das regenerierte Keratin eingebettet ist.Alternatively or in combination, the leather substitute may have a non-wool matrix which is embedded in the regenerated keratin.

Da der Lederersatzstoff nach der Herstellung ähnlich wie natürliches Leder hart ist, wird bevorzugt ein Weichmacher zugesetzt, um den Lederersatzstoff geschmeidig zu machen.Since the leather substitute is hard like natural leather after production, a plasticizer is preferably added to make the leather substitute supple.

Der Weichmacher kann z.B. Glycerin und / oder Öle umfassen.The plasticizer can e.g. Glycerin and / or oils include.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Jährlich werden ca. 80 Millionen Tonnen Textilfasern, wie z.B. Polyester, Baumwolle, Polyamid verarbeitet. Innerhalb dieser Menge halten Wollfasern nur einen geringen Anteil an einem Produktionsvolumen mit ca. 1,16 Millionen Tonnen Wolle (2015). Die hohe Feuchtigkeits-Sorptionskapazität von Wolle führte in jüngerer Zeit zu einer Wiederbelebung von Wollkleidung. Der Durchmesser der Wollfasern, der auch den Wert und die Anwendung bestimmt, variiert von superfeiner Merinowolle (< 16 μm) zu grobem Haar/grober Wolle (> 25 μm). Da nur wenige Anwendungen für grobe Wolle bekannt sind und bei der Wollverarbeitung auch Abfälle auftreten, die nicht verarbeitbar sind, kann ein erheblicher Teil dieses natürlichen Werkstoffs nicht verarbeitet werden.About 80 million tons of textile fibers, e.g. Polyester, cotton, polyamide processed. Within this amount, wool fibers only hold a small part of a production volume with approx.1.16 million tons of wool (2015). The high moisture sorption capacity of wool has recently revived wool clothing. The diameter of the wool fibers, which also determines the value and application, varies from superfine merino wool (<16 μm) to coarse hair / coarse wool (> 25 μm). Since only a few applications for coarse wool are known and waste that cannot be processed also occurs during the processing of wool, a considerable part of this natural material cannot be processed.

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Die gegenständliche Erfindung ermöglicht nunmehr auch die Verwertung von grober Wolle und Wollabfällen, die ansonsten nicht verwertbar waren.The present invention now also enables the recycling of coarse wool and wool waste that could not otherwise be used.

Es ist bekannt, dass in wässrigem Medium Wolle bei einem pH von 12 in Gegenwart von Thioglykolat als Reduktionsmittel aufgelöst werden die Ausfällung durch Zugabe von Essigsäure initiiert werden kann. Auch ist die Behandlung von Haaren mit alkalisch reduzierenden Lösungen, z.B. Ca(OH)2, Ca(HS)2 zur Entfernung von Haaren aus Häuten während der Lederproduktion bekannt.It is known that wool is dissolved in an aqueous medium at a pH of 12 in the presence of thioglycolate as a reducing agent, and the precipitation can be initiated by adding acetic acid. The treatment of hair with alkaline reducing solutions, for example Ca (OH) 2 , Ca (HS) 2, for removing hair from hides during leather production is also known.

Die Erfinder haben hier allerdings erstmals gefunden, dass die Verwendung einer synergistischen Mischung aus CWE und eines Reduktionsmittels wie Thioglykolsäure (CWET) zur Auflösung von Wollkeratin geeignet ist und durch Regeneration und Formgebung die Herstellung eines All-Keratin-Komposits erlaubt. Die Auflösung von Wolle im System CWE und Thioglykolsäure wurde als Funktion von pH, Temperatur und Zeit charakterisiert. Regeneriertes Keratin wurde durch FTIR-Spektroskopie und Wassersorptionseigenschaften charakterisiert. Der Prozess der Auflösung und Regeneration wurde dann in Kombination mit Wollfasern verwendet, um All-KeratinKomposites herzustellen, welche durch Laser-Scanning-Mikroskopie, FTIR und hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, der Feuchtigkeitssorption und der Wasseraufnahme charakterisiert wurden.However, the inventors have found here for the first time that the use of a synergistic mixture of CWE and a reducing agent such as thioglycolic acid (CWET) is suitable for dissolving wool keratin and allows the production of an all-keratin composite by regeneration and shaping. The dissolution of wool in the CWE system and thioglycolic acid was characterized as a function of pH, temperature and time. Regenerated keratin was characterized by FTIR spectroscopy and water sorption properties. The process of dissolution and regeneration was then used in combination with wool fibers to produce all-keratin composites, which were characterized by laser scanning microscopy, FTIR and in terms of mechanical properties, moisture absorption and water absorption.

Experimenteller TeilExperimental part

Chemikalien und ReagenzienChemicals and reagents

Es wurden folgende Chemikalien verwendet: Thioglykolsäure (> 98% wt, Merck Schuchhardt OHG, Hohenbrunn, Deutschland); CaCl2x2H20 (> 99 Gew .-%), Bromthymolblau und Ethanol (> 99,9 Gew .-%, Merck Darmstadt, Deutschland), CaThioglykolat-Trihydrat (> 98 Gew .-%) und Ammoniumthioglykolat (ca. 60 Gew .-% Sigma-Aldrich, Steinheim, Deutschland); NH3; (>25 Gew .-%), HCl (25 Gew .-%, VWR International, Briare, Frankreich); Coomassie Blue G-250 (Fluka, Buchs, Schweiz). Wollfasern wurden als vorgewaschene unbehandelte Wolle von Schoeller Textil (Hard, Österreich) eingesetzt.The following chemicals were used: thioglycolic acid (> 98% wt, Merck Schuchhardt OHG, Hohenbrunn, Germany); CaCl2x2H 2 0 (> 99% by weight), bromothymol blue and ethanol (> 99.9% by weight, Merck Darmstadt, Germany), CaThioglykolat trihydrate (> 98% by weight) and ammonium thioglycolate (approx. 60% by weight). -% Sigma-Aldrich, Steinheim, Germany); NH 3 ; (> 25% by weight), HCl (25% by weight, VWR International, Briare, France); Coomassie Blue G-250 (Fluka, Buchs, Switzerland). Wool fibers were used as pre-washed, untreated wool from Schoeller Textil (Hard, Austria).

Mikroskopie und FTIR-SpektroskopieMicroscopy and FTIR spectroscopy

Zur Überwachung von Fasern, Regeneraten und Kompositen wurden ein Lichtmikroskop (CX41, Olympus, Tokio, Japan) und ein 3D-Laser-ScanningKonfokalmikroskop (VK-X200 Keyence, Osaka, Japan) verwendet.A light microscope (CX41, Olympus, Tokyo, Japan) and a 3D laser scanning confocal microscope (VK-X200 Keyence, Osaka, Japan) were used to monitor fibers, regenerates and composites.

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Infrarotspektren wurden mittels abgeschwächter Totalreflextion (attenuated total reflection ATR) mit einem FTIR-Spektrometer (Bruker Vector 22 FTIR Spektrometer, Spektralbereich 4000 bis 400 cm-1), welches mit einer Diamantkristalleinheit ausgestattet war, aufgezeichnet.Infrared spectra were recorded by means of attenuated total reflection (ATR) with an FTIR spectrometer (Bruker Vector 22 FTIR spectrometer, spectral range 4000 to 400 cm -1 ), which was equipped with a diamond crystal unit.

Potentiometrische Titration des Lösungsmittels (CWET)Potentiometric titration of the solvent (CWET)

Zur Bestimmung des Redoxpotentials als Funktion des pH der Lösungen wurden 100 ml CWE-Lösungsmittel unter Zusatz von Thioglykolsäure (CWET) hergestellt. Zu einem Gemisch aus 37,3 g CaCI2 2 H2O, 27,4 g H2O und 23,4 g Ethanol wurden ein Farbindikator (2 ml Bromthymolblau, 0,1 g pro 100 ml) und 4 ml Thiogylkolsäure zugegeben. Die pH- und Redoxelektroden wurden in die Lösung eingetaucht und das Gefäß mit Kunststofffolie versiegelt. Titrationen wurden bei 60QC durch direkte Zugabe von 0,25 ml Portionen wässriger NH3 (25 Gew. %) durchgeführt. Der pH-Wert wurde mit einem Potentiometer (Zeller MP 225, Hohenems, Österreich) bestimmt.To determine the redox potential as a function of the pH of the solutions, 100 ml of CWE solvent were prepared with the addition of thioglycolic acid (CWET). A color indicator (2 ml bromothymol blue, 0.1 g per 100 ml) and 4 ml thiogylcolic acid were added to a mixture of 37.3 g CaCl 2 2 H 2 O, 27.4 g H 2 O and 23.4 g ethanol. The pH and redox electrodes were immersed in the solution and the vessel sealed with plastic wrap. Titrations were carried out at 60 ° C. by the direct addition of 0.25 ml portions of aqueous NH 3 (25% by weight). The pH was determined using a potentiometer (Zeller MP 225, Hohenems, Austria).

Das Redoxpotential wurde mit einer Pt-Elektrode und einer Ag / AgCI, 3 M KCIReferenzelektrode (Sen Tix ORP 3M KCl, WTW, Weilheim, Deutschland) gemessen. Zur Kalibrierung wurde ein Hexacyanoferrat-Redoxpuffer hergestellt (0,528 g K4 [Fe (CN) 6], 0,411 g K3 [Fe (CN) 6], 0,180 g KH2PO4, 0,390 g Na2HPO4 in 100 ml).The redox potential was measured using a Pt electrode and an Ag / AgCI, 3 M KCI reference electrode (Sen Tix ORP 3M KCl, WTW, Weilheim, Germany). A hexacyanoferrate redox buffer was prepared for calibration (0.528 g K 4 [Fe (CN) 6 ], 0.411 g K 3 [Fe (CN) 6 ], 0.180 g KH 2 PO 4 , 0.390 g Na 2 HPO 4 in 100 ml) ,

Stabilität von CWETStability of CWET

Stabilität des Lösungsmittelsystems in Gegenwart von Wolle: 100 ml CWEThioglykolsäure-Lösungsmittel CWET (37,3 g CaCI2-2H2O, 27,4 g H2O, 23,4 g Ethanol, 2 ml Farbindikator (Bromthymolblaulösung, 0,1 g pro 100 ml), 4 ml Thiogylkolsäure) wurden auf 40 °C oder 60 °C erhitzt. Der pH-Wert wurde durch Zugabe von NH3 auf pH 7 ± 0,3 eingestellt, und 0,5 g Wolle wurden dem Lösungsmittel zugesetzt. Der pH-Wert und das Redoxpotential wurden in regelmäßigen Abständen für eine Dauer von 90 min gemessen. Am Ende des Experiments wurden die Lösungen durch einen Papierfilter filtriert und die Regenerierung des gelösten Proteins wurde durch Zugabe von 100 ml deionisiertem Wasser initiiert. Das unlösliche Material im Filter und das Regenerat wurden gesammelt, mit entionisiertem Wasser gespült und bei 80 °C getrocknet. Die Masse der unlöslichen Materie und des Regenerats wurden dann durch das Wiegen bestimmt.Stability of the solvent system in the presence of wool: 100 ml CWEThioglycolic acid solvent CWET (37.3 g CaCl 2 -2H 2 O, 27.4 g H 2 O, 23.4 g ethanol, 2 ml color indicator (bromothymol blue solution, 0.1 g per 100 ml), 4 ml thiogylcolic acid) were heated to 40 ° C or 60 ° C. The pH was adjusted to pH 7 ± 0.3 by adding NH 3 and 0.5 g of wool was added to the solvent. The pH and the redox potential were measured at regular intervals for a period of 90 min. At the end of the experiment, the solutions were filtered through a paper filter and the regeneration of the dissolved protein was initiated by adding 100 ml of deionized water. The insoluble material in the filter and the regenerate were collected, rinsed with deionized water and dried at 80 ° C. The mass of the insoluble matter and the regrind were then determined by weighing.

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Lösungskapazität von CWETSolution capacity from CWET

Zunächst wurden eine Menge von 22 g CWE-Lösung 9,31 g CaCI2 2H2O, 6,85 g H2O, 5,84 g Ethanol, 0,5 ml Farbindikator (Bromthymolblau, 0,1 g pro 100 ml), dann 1 ml Thiogylkolsäure und 1 ml NH3 wurden zugegeben und dann wurde der pH-Wert durch tropfenweise Zugabe von NH3 auf pH 6-7 eingestellt. Die Auflösungstests wurden mit 0,2 bis 0,8 g Wolle pro 10 g Lösungsmittel bei 60 °C über Nacht durchgeführt.First, an amount of 22 g of CWE solution was added to 9.31 g of CaCl 2 2H 2 O, 6.85 g of H 2 O, 5.84 g of ethanol, 0.5 ml of color indicator (bromothymol blue, 0.1 g per 100 ml) , then 1 ml of thiogylcolic acid and 1 ml of NH 3 were added, and then the pH was adjusted to pH 6-7 by dropwise addition of NH 3 . The dissolution tests were carried out with 0.2 to 0.8 g wool per 10 g solvent at 60 ° C. overnight.

In einem ähnlichen Ansatz wurde die Wirkung der Auflösungszeit durch Behandlung von 0,5 g Wolle in 20 g CWET bei pH 7 untersucht. Die Behandlung wurde bei 60 °C zwischen 1 und 6 Stunden und über Nacht durchgeführt. Unlösliche Teile wurden dann durch Filtration durch einen PES-Screen (offene Breite ca. 0,6 mm) entfernt und in 100 ml mit Wasser ausgefällt. Das Regenerat wurde dann im Ofen bei 80 °C für 1 h getrocknet.In a similar approach, the effect of dissolution time was examined by treating 0.5 g wool in 20 g CWET at pH 7. The treatment was carried out at 60 ° C for 1 to 6 hours and overnight. Insoluble parts were then removed by filtration through a PES screen (open width approx. 0.6 mm) and precipitated in 100 ml with water. The regenerate was then oven dried at 80 ° C for 1 h.

Bestimmung des Proteingehalts in LösungDetermination of the protein content in solution

Das lösliche Protein wurde durch Photometrie unter Verwendung von Coomassie Blue G-250 Färbung bestimmt. Die Coomassie Blue G-250 Reagenzlösung wurde durch Auflösen von 100 mg Farbstoff in 50 ml Ethanol (95 Gew.-%) hergestellt. Nach Zugabe von 100 ml H3PO4 (85 Gew./Vol.%) Wurde die Lösung durch einen Whatman #1Papierfilter filtriert. Um den in Lösung verbleibenden Proteingehalt zu analysieren, wurden 0,5 g einer CWET-Wollmischung mit 50 ml entionisiertem Wasser verdünnt und filtriert, um ausgefälltes Keratin zu entfernen. Ein Volumen von 10 ml Filtrat wurde dann mit Wasser auf 50 ml verdünnt und 1 ml dieser Lösung wurde mit 1 ml des Coomassie-Reagens gemischt. Die Extinktion wurde bei 595 nm gemessen. Frisch hergestellte CWET-Lösung wurde zur Herstellung eines Blindwertes verwendet.The soluble protein was determined by photometry using Coomassie Blue G-250 staining. The Coomassie Blue G-250 reagent solution was prepared by dissolving 100 mg of dye in 50 ml of ethanol (95% by weight). After adding 100 ml of H3PO4 (85 w / v%), the solution was filtered through a Whatman # 1 paper filter. To analyze the protein content remaining in solution, 0.5 g of a CWET wool blend was diluted with 50 ml of deionized water and filtered to remove precipitated keratin. A volume of 10 ml of filtrate was then diluted to 50 ml with water and 1 ml of this solution was mixed with 1 ml of the Coomassie reagent. The absorbance was measured at 595 nm. Freshly made CWET solution was used to make a blank.

Eine Masse von 0,5 g Wolle wurde in 20 ml CWET behandelt und Proben wurden zu definierten Zeit bis zu einer maximalen Dauer von 3 Stunden entnommen. Vergleichsversuche wurden durchgeführt, bei denen die Zugabe von Thiogylkolsäure nach einer Vorquellung in CWE für 3 Stunden durchgeführt wurde und bei einem zweiten Ansatz die Menge an Thioglykolsäure in CWET verdoppelt wurde. Die Ergebnisse sind als Mittelwert für eine doppelte Bestimmung angegeben.A mass of 0.5 g wool was treated in 20 ml CWET and samples were taken at a defined time up to a maximum of 3 hours. Comparative experiments were carried out in which the addition of thiogylcolic acid was carried out after a pre-swelling in CWE for 3 hours and in a second batch the amount of thioglycolic acid in CWET was doubled. The results are given as the mean for a double determination.

Zusammengesetzte VorbereitungCompound preparation

Wollfaserband (2,0 bis 4,3 g) wurde in einen PE-Plastikbeutel gegeben und ein Volumen von 5 bis 20 ml CWET wurde zugegeben. Der Probenbeutel wurde dann in einen anderen Beutel gegeben, um die Freisetzung von Lösungsmittel zu vermeidenWool fiber tape (2.0 to 4.3 g) was placed in a PE plastic bag and a volume of 5 to 20 ml of CWET was added. The sample bag was then placed in another bag to avoid the release of solvent

7/24 und den Zugang von Luftsauerstoff zu verringern. Um das Eindringen des Lösungsmittels in das Wollfaserband zu unterstützen, wurde die Probe dreimal mit einem Laborfourlard (0,5 m min-1, 3 bar) gequetscht. Die Kompression der Lösungsmittel / Wollproben erfolgte in einer Laborpresse (Serivtec, Polystat 200 T) für 10-20 min bei 60 °C und 10 bar. Nach dem Pressen wurden die Proben aus dem Beutel entfernt und in überschüssigem Wasser gespült, um gelöstes Keratin zu koagulieren und das Lösungsmittel zu entfernen. Die feuchten Proben wurden dann zwischen einem absorbierenden weichen Papier fixiert und bei Raumtemperatur über Nacht getrocknet.7/24 and to reduce the access of atmospheric oxygen. In order to support the penetration of the solvent into the wool fiber ribbon, the sample was squeezed three times with a laboratory sponge (0.5 m min -1 , 3 bar). The solvent / wool samples were compressed in a laboratory press (Serivtec, Polystat 200 T) for 10-20 minutes at 60 ° C and 10 bar. After pressing, the samples were removed from the bag and rinsed in excess water to coagulate dissolved keratin and remove the solvent. The wet samples were then fixed between absorbent soft paper and dried at room temperature overnight.

Feuchtigkeitsrückgewinnung und WasserrückhaltewertMoisture recovery and water retention value

Zur Bestimmung der Feuchtigkeitsrückgewinnung der Proben wurden Wolle oder Verbundwerkstoffe gemahlen und im Normalklima (20 °C, 65% rF) gelagert, gewichtet (Wmoist), bei 105 °C für 4 h getrocknet, im Exsikkator abgekühlt und wieder gewogen (Wdry). Der Feuchtigkeitsgehalt wurde nach Gleichung 1 berechnet.To determine the moisture recovery of the samples, wool or composite materials were ground and stored in a normal climate (20 ° C, 65% rh), weighted (Wmoist), dried at 105 ° C for 4 h, cooled in a desiccator and weighed again (Wdry). The moisture content was calculated according to equation 1.

wmoist-wdry * 10Q w dryw moist -w dry * 10Q w dry

Zur Bestimmung des Wasserrückhaltewertes wurden 0,3 g Probe in entionisiertes Wasser gegeben und über Nacht geschüttelt. Die Proben wurden dann filtriert und das Kapillarwasser wurde durch Zentrifugation für 10 min bei 4000 g (5580 U min-1, Wollfasern bei 2000 g, 4000 U min-1) entfernt. Die Proben wurden dann gewogen (wwet) und bei 105 °C für 4 h getrocknet. Nach dem Abkühlen im Exsikkator wurde das Gewicht der getrockneten Proben bestimmt (Wdry). Der Wasserrückhaltewert wurde nach Gleichung 2 berechnet.To determine the water retention value, 0.3 g of sample was placed in deionized water and shaken overnight. The samples were then filtered, and the capillary was removed by centrifugation for 10 min at 4000 g (5580 U min -1, wool fibers at 2000 g, 4000 U min -1) removed. The samples were then weighed ( wet ) and dried at 105 ° C for 4 h. After cooling in the desiccator, the weight of the dried samples was determined (Wd ry ). The water retention value was calculated according to equation 2.

wwet-wdry * 100 w wet -w dry * 100

WdryWDRY

Die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung wurden mit einer universellen Prüfmaschine (Instron Universal Tester, Instron, Norwood, USA) bestimmt. Aus den Verbundwerkstoffen wurden Proben mit einer Abmessung von 4 cm Länge und einer Breite von 1 cm hergestellt. Zugfestigkeitsexperimente wurden mit einer Geschwindigkeit von 1 cm min-1 durchgeführt, ohne Vorspannung (Tests wurden zumindest als Doppelbestimmung durchgeführt). Die Dicke der Proben wurde mittels einer Schiebelehre gemessen.The tensile strength and the elongation at break were determined using a universal testing machine (Instron Universal Tester, Instron, Norwood, USA). Samples measuring 4 cm in length and 1 cm in width were produced from the composite materials. Tensile strength experiments were carried out at a speed of 1 cm min -1 , without pre-tensioning (tests were carried out at least as a double determination). The thickness of the samples was measured using a caliper.

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Ergebnisse und DiskussionResults and discussion

Stabilität des CWET-LösungsmittelsStability of the CWET solvent

Die potentiometrische Titration des CWET wurde durchgeführt, um die Wechselwirkung zwischen dem pH-Wert der Lösungen und dem Reduktionspotential von Thioglykolsäure zu untersuchen und die Empfindlichkeit des Lösungsmittels hinsichtlich der Oxidation zu analysieren. Als Ergebnis des Vorhandenseins von Disulfidgruppen reduzierenden Bedingungen im CWET-System wird eine reduktive Spaltung der Disulfidgruppen von Keratin initiiert. Um alkalische Bedingungen mit möglicher Hydrolyse des Keratins zu vermeiden, wurde dem CWET-Lösungsmittel eine Lösung von Bromthymolblau als Farbindikator zugesetzt. Die Farbe von Bromthymolblau wechselt von gelb nach blau im pH-Intervall von 5,8 - 7,6, so dass grüne Farbe verwendet wurde, um einen nahezu neutralen Lösungsmittel-pH-Wert von 6 - 7 anzuzeigen.Potentiometric titration of the CWET was performed to investigate the interaction between the pH of the solutions and the reduction potential of thioglycolic acid and to analyze the sensitivity of the solvent to oxidation. As a result of the presence of disulfide group reducing conditions in the CWET system, reductive cleavage of the disulfide groups of keratin is initiated. In order to avoid alkaline conditions with possible hydrolysis of the keratin, a solution of bromothymol blue was added to the CWET solvent as a color indicator. The color of bromothymol blue changes from yellow to blue in the pH interval of 5.8-7.6, so green color was used to indicate an almost neutral solvent pH of 6-7.

Das Konzept des pH-Wertes ist tatsächlich auf eher verdünnte Lösungen beschränkt, doch die Verwendung der Glaselektrode erlaubt noch eine Angabe der [H+] - Aktivität und ist somit für die Definition und Analyse der im CWET-System vorherrschenden experimentellen Bedingungen sinnvoll.The concept of pH is actually limited to rather dilute solutions, but the use of the glass electrode still allows an indication of the [H + ] activity and is therefore useful for the definition and analysis of the experimental conditions prevailing in the CWET system.

Fig. 1 zeigt die Regeneration von Keratin als Funktion der Auflösungszeit. Anteil von regeneriertem () Keratin, (·) unlöslichen Teilen und (A) nicht regenerierbarem gelöstem Protein als Funktion der Behandlungszeit in CWET.Fig. 1 shows the regeneration of keratin as a function of the dissolution time. Proportion of regenerated () keratin, (·) insoluble parts and (A) non-regenerable dissolved protein as a function of the treatment time in CWET.

Fig.2 zeigt FITR-Spektren von unbehandelter Wolle, aus CWET nach 1 h und 3 h der Auflösungsbehandlung regeneriertes Keratin und entsprechende unlösliche Teile nach 20 h Behandlung in CWET getrennt.2 shows FITR spectra of untreated wool, keratin regenerated from CWET after 1 h and 3 h of the dissolution treatment and corresponding insoluble parts after 20 h of treatment in CWET.

Fig. 3 zeigt WRV und MC in Verbundwerkstoffen als Funktion der Masse der verwendeten CWET pro 1 g Wolle.Fig. 3 shows WRV and MC in composite materials as a function of the mass of the CWET used per 1 g of wool.

Fig. 4 zeigt FTIR-ATR-Spektren von Keratin-Kompositen und Wolle im Wellenlängenbereich von 4000 cm-1 bis 500 cm-1.4 shows FTIR-ATR spectra of keratin composites and wool in the wavelength range from 4000 cm-1 to 500 cm-1.

Fig. 5 zeigt Mikrophotographie von unbehandelter Wolle mit Laser-ScanningMikroskop.Figure 5 shows photomicrograph of untreated wool using a laser scanning microscope.

Fig. 6 zeigt Mikrophotographie eines Composites mit Glycerin als Weichmacher mit Laserscanning-Mikroskop.6 shows a microphotograph of a composite with glycerol as a plasticizer using a laser scanning microscope.

Fig. 7 zeigt Mikrophotographie eines Composites mit Öl als Weichmacher mit Laserscanning-Mikroskop.Fig. 7 shows a microphotograph of a composite with oil as a plasticizer using a laser scanning microscope.

Fig. 8 zeigt Mikrophotographie eines Composites mit Öl als Weichmacher mit Laserscanning-Mikroskop.8 shows a microphotograph of a composite with oil as a plasticizer using a laser scanning microscope.

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Aus den Titrationskurven wurden Korrelationskoeffizienten von 0,986 - 0,994 erhalten, was einer Redoxreaktion gemäß den Gleichungen 1 und 2 entspricht. Somit ist die Reduktionsreaktion von Thioglykolsäure und Ammoniumthioglykolat in CWE ähnlich dem Verhalten in verdünnter wässriger Lösung, bei der eine Abnahme des Lösungspotentials bei höherem pH-Wert beobachtet wurdeCorrelation coefficients of 0.986-0.994 were obtained from the titration curves, which corresponds to a redox reaction according to equations 1 and 2. Thus the reduction reaction of thioglycolic acid and ammonium thioglycolate in CWE is similar to the behavior in dilute aqueous solution, in which a decrease in the solution potential at higher pH was observed

HS-CH2-CO2H j---► (S-CH2-CO2H)2 + 2 e- + 2 H+ (1)HS-CH 2 -CO 2 H j --- ► (S-CH 2 -CO 2 H) 2 + 2 e- + 2 H + (1)

HS-CH2-CO2- ---► (S-CH2-CO2 )2 + 2 e- + 2 H+ (2)HS-CH 2 -CO 2 - --- ► (S-CH 2 -CO 2 ) 2 + 2 e- + 2 H + (2)

Basierend auf diesen Ergebnissen wurde die Stabilität von CWET in Gegenwart von Wolle hinsichtlich Redoxpotential und pH-Wert für einen Zeitraum von 90 min bei 40 °C und 60 °C untersucht. Daraus ergab sich ein stabiles Redoxpotential für mindestens 90 min bei 60 °C. In einem weiteren Experiment bei 60 °C wurde auch bei einer Dauer von 180 min ein stabiles Redoxpotential von -555 mV beobachtet. Änderungen des Lösungs-pH-Wertes während eines Experiments blieben innerhalb eines Bereiches von ± 0,1 pH-Einheiten stabil. Dies deutet darauf hin, dass unter den gewählten experimentellen Bedingungen negative Effekte auf die Auflösungsreaktion durch Luftoxidation oder pH-Wechsel von untergeordneter Bedeutung sind.Based on these results, the stability of CWET in the presence of wool was investigated with regard to redox potential and pH for a period of 90 min at 40 ° C and 60 ° C. This resulted in a stable redox potential for at least 90 min at 60 ° C. In a further experiment at 60 ° C, a stable redox potential of -555 mV was observed even after a duration of 180 min. Changes in solution pH during an experiment remained stable within a range of ± 0.1 pH units. This indicates that under the chosen experimental conditions, negative effects on the dissolution reaction due to air oxidation or pH change are of minor importance.

Die Ergebnisse zeigen, dass in Gegenwart von Wolle ein stabiles Redoxpotential von -520 mV bis -550 mV in Lösung hergestellt wird, was ausreicht, um die in der Wolle vorhandenen Disulfidbindungen zu reduzieren. Stabile Lösungsbedingungen wurden insbesondere bei einer Lösungstemperatur von 60 °C beobachtet, wobei innerhalb der ersten 10 min ein Redoxpotential von weniger als -550 mV erreicht wurde. Die Gesamtlöslichkeit und das regenerierte Keratin wurden beide durch eine gravimetrische Analyse des gewonnenen Keratins und des unlöslichen Materials bestimmt. Abhängig von der Temperatur zwischen 46,2 ± 5,9% (40 °C) und 42,6 ± 6,9% (60 °C) konnte aus einem Volumen von 100 ml CWET-Lösung eine Gesamtmasse von 0,5 g Wolle regeneriert werden. Unlösliche Teile wurden mit 34,4 ± 4,5% (40 °C) und 23,9 ± 6,7% (60 °C) bestimmt. Ein Teil des gelösten Keratins konnte während der Verdünnung des CWET nicht ausgefällt werden und blieb im gelösten Zustand (19,4 ±1,4% (40 °C) und 33,5 ± 10,2% (60 °C)) (Fig. 3).The results show that a stable redox potential of -520 mV to -550 mV is produced in solution in the presence of wool, which is sufficient to reduce the disulfide bonds present in the wool. Stable solution conditions were observed in particular at a solution temperature of 60 ° C, a redox potential of less than -550 mV being reached within the first 10 minutes. Overall solubility and regenerated keratin were both determined by gravimetric analysis of the keratin obtained and the insoluble material. Depending on the temperature between 46.2 ± 5.9% (40 ° C) and 42.6 ± 6.9% (60 ° C), a total mass of 0.5 g wool could be obtained from a volume of 100 ml CWET solution be regenerated. Insoluble parts were found to be 34.4 ± 4.5% (40 ° C) and 23.9 ± 6.7% (60 ° C). Part of the dissolved keratin could not be precipitated during the dilution of the CWET and remained in the dissolved state (19.4 ± 1.4% (40 ° C) and 33.5 ± 10.2% (60 ° C)) (Fig 3).

Um die Löslichkeit von Wolle in CWET zu untersuchen, wurde die Menge an Wolle, die in CWET vorhanden war und die Zeit der Auflösung variiert. Im Konzentrationsbereich von 0,2 - 0,8 g Wolle pro 22 g CWET blieb der Anteil der regenerierten Wolle und derTo study the solubility of wool in CWET, the amount of wool present in CWET and the time of dissolution were varied. In the concentration range of 0.2 - 0.8 g wool per 22 g CWET the proportion of the regenerated wool and the

10/24 gefilterten unaufgelösten Materie nahezu konstant, nur die Menge der gelösten nicht regenerierbaren Proteine nahm mit der Menge der Wolle zu.10/24 filtered undissolved matter almost constant, only the amount of dissolved non-regenerable proteins increased with the amount of wool.

Die Ergebnisse zeigen, dass nur ein Anteil von etwa 40% der Woll-Keratin in CWET löslich ist, während ein fast konstanter Teil unlöslich oder als nicht regenerierbares Protein im Lösungszustand bleibt. Die Abnahme der Regeneration bei einer höheren Wollmasse ist auch auf die Bildung von gelähnlichen Komponenten zurückzuführen, die schwer zu filtern sind und zu den nicht gelösten Teilen beitragen.The results show that only about 40% of the wool keratin is soluble in CWET, while an almost constant part remains insoluble or as a non-regenerable protein in the solution state. The decrease in regeneration with a higher wool mass is also due to the formation of gel-like components that are difficult to filter and contribute to the undissolved parts.

Eine mögliche Zersetzung des Proteins durch Hydrolyse wurde in einer Reihe von Lösungsversuchen mit längerer Behandlungszeit untersucht. Eine Erhöhung der löslichen und nicht regenerierbaren Keratinproteine sollte auf einen hydrolytischen Abbau des gelösten Keratins hindeuten. Ergebnisse von Auflösungsversuchen von 0,5 g Wolle in 20 g CWET sind in Fig. 1 gezeigt.A possible decomposition of the protein by hydrolysis was investigated in a series of solution attempts with a longer treatment time. An increase in the soluble and non-regenerable keratin proteins should indicate a hydrolytic breakdown of the dissolved keratin. Results of attempts to dissolve 0.5 g wool in 20 g CWET are shown in FIG. 1.

Die Menge an nicht aufgelösten Faserkomponenten nimmt mit der Behandlungszeit auf weniger als 20% ab, jedoch wird nach 3 - 4 Stunden keine weitere Erhöhung des regenerierten Keratins beobachtet, wobei ein Maximum an gelöstem und regeneriertem Keratin mit 50 - 55% der Gesamtmasse der Wolle erreicht wird. Die Menge an nicht regenerierbarem Protein bleibt unter 20% der Gesamtmasse der Wollfaser und beginnt nach 4 Stunden Behandlung zu erhöhen, was auf die Tendenz zum hydrolytischen Abbau von Keratin in CWET hindeutet.The amount of undissolved fiber components decreases to less than 20% with the treatment time, but no further increase in the regenerated keratin is observed after 3-4 hours, with a maximum of dissolved and regenerated keratin reaching 50-55% of the total mass of the wool becomes. The amount of non-regenerable protein remains below 20% of the total mass of the wool fiber and begins to increase after 4 hours of treatment, which indicates the tendency to hydrolytically break down keratin in CWET.

Der Proteinfärbungstest mit Coomassie Blue G-250 wurde zur weiteren Analyse der Proteinverluste als lösliches Material während der Regeneration verwendet. In diesen Experimenten wurde der relative Proteingehalt als Funktion der Behandlungszeit in CWET untersucht. Zum Vergleich werden auch Experimente mit 3 Stunden vorhergehender Quellung in CWE und Experiment mit doppelter Menge Thioglykolsäure gezeigt.The protein staining test with Coomassie Blue G-250 was used for further analysis of protein loss as a soluble material during regeneration. In these experiments, the relative protein content as a function of the treatment time in CWET was examined. For comparison, experiments with 3 hours prior swelling in CWE and experiment with double amount of thioglycolic acid are also shown.

Die Coomassie-Tests zeigten eine kontinuierliche Zunahme der löslichen Proteine mit der Zeit der CWET-Behandlung. Experimente mit einer längeren Behandlungszeit von 5 Stunden und 20 Stunden zeigen eine weitere Erhöhung der löslichen Proteine an, die mit den in Fig. 1 gezeigten Ergebnissen übereinstimmt.The Coomassie tests showed a continuous increase in soluble proteins with the time of the CWET treatment. Experiments with a longer treatment time of 5 hours and 20 hours indicate a further increase in the soluble proteins, which corresponds to the results shown in FIG. 1.

Der Einfluss des pH-Werts der CWET-Lösung wurde durch Auflösungsversuche in CWET mit unterschiedlichem pH-Wert (pH 6,3, pH 7,3 und pH 7,9) untersucht. Das inThe influence of the pH value of the CWET solution was investigated by dissolution experiments in CWET with different pH values (pH 6.3, pH 7.3 and pH 7.9). This in

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Lösung gemessene Redoxpotential sank mit einem pH-Wert von -245 mV (pH 6,3) auf -437 mV (pH 7,3) und -586 mV (pH 7,9). Die Masse der regenerierten Keratin isoliert nach der Behandlung für ca. 20 Stunden sank entsprechend von 59,8% (pH 6,3) auf 59,4% (pH 7,3) und 21,8% bei pH 7,9. Die Coomassie-Färbung zeigte auch einen wesentlich höheren Gehalt an gelösten Proteinen für CWET mit einem pH-Wert von 7,9, während Lösungen mit pH 6,3 und 7,3 einen geringeren Gehalt an löslichem Protein zeigten.The redox potential measured in solution decreased with a pH of -245 mV (pH 6.3) to -437 mV (pH 7.3) and -586 mV (pH 7.9). The mass of the regenerated keratin isolated after the treatment for about 20 hours decreased accordingly from 59.8% (pH 6.3) to 59.4% (pH 7.3) and 21.8% at pH 7.9. The Coomassie staining also showed a significantly higher level of dissolved proteins for CWET with a pH of 7.9, while solutions with pH 6.3 and 7.3 showed a lower level of soluble protein.

Die FTIR-Analyse der Regenerate und der unlöslichen Teile wurde durchgeführt, um mögliche Veränderungen der Proteinstruktur während der Auflösungsexperimente zu untersuchen und Unterschiede zwischen dem regenerierten Keratin und den unlöslichen Teilen der Wollprobe zu identifizieren. Zum Vergleich wird auch das FTIRSpektrum der unbehandelten Wolle gezeigt (Fig. 2). Für einen besseren Vergleich der Spektren wurde ein Versatz in Richtung der y-Achse durchgeführt.FTIR analysis of the regenerates and the insoluble parts was carried out to examine possible changes in the protein structure during the dissolution experiments and to identify differences between the regenerated keratin and the insoluble parts of the wool sample. For comparison, the FTIR spectrum of the untreated wool is also shown (Fig. 2). For a better comparison of the spectra, an offset in the direction of the y-axis was carried out.

Die FTIR-Spektren zeigen keine signifikanten Veränderungen zwischen der unbehandelten Wolle und den Regeneraten. Auch nach einer 20-stündigen Behandlung in CWET sind auch nur geringfügige Unterschiede zwischen den Wollfasern und den nicht gelösten Teilen nachweisbar. Die Gründe für die beobachtete unvollständige Auflösung von Wolle sind noch unklar. Sättigungseffekte können ausgeschlossen werden, da der unlösliche Teil der Wollfasern unabhängig von der zu lösenden Wolle und der Auflösungszeit ist.The FTIR spectra show no significant changes between the untreated wool and the regenerates. Even after a 20-hour treatment in CWET, there are only slight differences between the wool fibers and the undissolved parts. The reasons for the observed incomplete dissolution of wool are still unclear. Saturation effects can be excluded because the insoluble part of the wool fibers is independent of the wool to be dissolved and the dissolution time.

Vorbereitung aller KeratinkompositePreparation of all keratin composites

Wenn die Keratin-Auflösung und -Regeneration in Gegenwart eines Überschusses an Wollfasern durchgeführt wird, dient das koagulierte Keratin als Bindemittel zwischen den Wollfasern und es wird ein All-Keratin-Komposit erhalten. In einer Reihe von Kompositpräparationsversuchen wurde die Masse der verwendeten CWET in Bezug auf die Wollfasern und die Zeit der Verfestigung unter Druck variiert, um den jeweiligen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften des Verbundstoffs zu identifizieren (Tabelle 1). Neben der Verbundbildung mit paralleler Orientierung der Wollfasern wurden auch Proben mit 90 0 gekreuzter Faserrichtung hergestellt. Die Proben wurden durch Laser-Scanning-Mikroskopie und hinsichtlich der physikalischen Festigkeit und Dehnung charakterisiert. FTIR-Spektren des Keratin-Verbundwerkstoffs, Feuchtigkeitssorption und Wasserretentionswert wurden ebenfalls aufgezeichnet.If the keratin dissolution and regeneration is carried out in the presence of an excess of wool fibers, the coagulated keratin serves as a binder between the wool fibers and an all-keratin composite is obtained. In a series of composite preparation experiments, the mass of the CWET used in relation to the wool fibers and the time of solidification under pressure were varied in order to identify the respective influence on the physical properties of the composite (Table 1). In addition to the formation of a bond with parallel orientation of the wool fibers, samples with 90 ° crossed fiber direction were also produced. The samples were characterized by laser scanning microscopy and in terms of physical strength and elongation. FTIR spectra of the keratin composite, moisture absorption and water retention value were also recorded.

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Aufgrund des Herstellungsverfahrens ist die Variation der physikalischen Eigenschaften der Verbundproben beträchtlich hoch, was auch durch Schwankungen der Dicke zwischen 0,40 und 0,65 mm angedeutet ist. In der Probe zeigte sich, dass eine Masse von 1,6 g CWET pro 1 g Wolle nicht ausreicht, um eine gesamte Verbundstruktur zu bilden. Wenn 2,6 - 3,2 g CWET verwendet wurden, wird eine Verbundstruktur gebildet und TS erhöht sich auf 60 N. Höchste Werte von TS wurden beobachtet, wenn mehr als 4 g CWET für 1 g verwendet wurden Wolle.Due to the manufacturing process, the variation in the physical properties of the composite samples is considerably high, which is also indicated by fluctuations in the thickness between 0.40 and 0.65 mm. The sample showed that a mass of 1.6 g CWET per 1 g wool is not sufficient to form an entire composite structure. If 2.6-3.2 g of CWET was used, a composite structure is formed and TS increases to 60 N. Highest values of TS were observed when more than 4 g of CWET were used for 1 g of wool.

Eine besondere Eigenschaft von keratinbasiertem Material ist die Fähigkeit, erhebliche Mengen an Feuchtigkeit zu absorbieren und in Wasser zu quellen. So wurden mögliche Veränderungen der Feuchtigkeitssorption und des Wasserrückhaltewertes analysiert.A special property of keratin-based material is the ability to absorb significant amounts of moisture and to swell in water. Possible changes in moisture sorption and water retention were analyzed.

Der WRV ist vor allem ein Indikator für flüssiges Wasser, das in stark geschwollenen Teilen des Materials gelagert wird. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Erhöhung des Wasserrückhaltewertes (WRV) trotz der Tatsache, dass die unbehandelten Wollfasern mit geringerer Zentrifugalkraft zentrifugiert worden waren. Für die Wollreferenzfasern wurde ein Wert von etwa 37,9 ± 1,1% ermittelt, der nach der Behandlung in CWET auf 54 - 70% ansteigt. Dies lässt sich mit einer höheren Menge an kleinen Poren erklären, die flüssiges Wasser und mit höherer Quellung der besser zugänglichen Keratin Struktur sammeln können. Die höhere Zugänglichkeit der Struktur führt auch zu einer erhöhten Feuchtigkeitssorption unter Bedingungen des Standardklimas (20 0 C 65% r.h.).The WRV is primarily an indicator of liquid water that is stored in heavily swollen parts of the material. The results show a significant increase in water retention value (WRV) despite the fact that the untreated wool fibers were centrifuged with less centrifugal force. A value of approximately 37.9 ± 1.1% was determined for the wool reference fibers, which increases to 54-70% after treatment in CWET. This can be explained by a higher amount of small pores that can collect liquid water and a higher swelling of the more accessible keratin structure. The higher accessibility of the structure also leads to increased moisture absorption under conditions of the standard climate (20 ° C. 65% rh).

Wenn WRV und MC mit der Menge an eingesetztem CWET pro 1 g Wolle Zusammenhängen, wird ein Maximum an wasserbedingter Aufnahme in der Nähe von 4,3 g CWET pro 1 g Wolle beobachtet, was anzeigt, dass ein hoher Grad an Faserzersetzung und eine offene Struktur erhalten wurde Bei niedrigeren Werten scheint die zusammengesetzte Form unvollständig zu sein, während bei höheren Niveaus von CWET pro g Wolle die Kompaktheit der Struktur zu einer Verringerung von WRV und MC führt (Fig. 3). So wurden für Probe 3 mit dem höchsten Verhältnis von CWET pro g Wolle bereits niedrigere Werte von WRV und MC erhalten.When WRV and MC are related to the amount of CWET used per 1 g of wool, a maximum of water absorption is observed in the vicinity of 4.3 g of CWET per 1 g of wool, indicating that there is a high degree of fiber degradation and an open structure The composite form appears to be incomplete at lower values, while at higher levels of CWET per gram of wool the compactness of the structure leads to a reduction in WRV and MC (Fig. 3). For example, lower values of WRV and MC were already obtained for sample 3 with the highest ratio of CWET per g wool.

FTIR-ATR-Spektren der Keratin-Kompositen wurden durchgeführt, um mögliche Veränderungen der chemischen Struktur des Keratins zu identifizieren (Fig. 4). Zum Vergleich wird auch das FTIR-ATR-Spektrum der unbehandelten Wolle gezeigt. EsFTIR-ATR spectra of the keratin composites were carried out to identify possible changes in the chemical structure of the keratin (FIG. 4). The FTIR-ATR spectrum of the untreated wool is also shown for comparison. It

13/24 wurde kein signifikanter Unterschied in den Spektren hinsichtlich des Auftretens von Peaks oder einer signifikanten Verschiebung der Extinktion beobachtet.No significant difference in the spectra with respect to the appearance of peaks or a significant shift in the absorbance was observed in 13/24.

Bei den mit dem Laserscanningmikroskop erhaltenen Mikrophotographien kann die durch regenerierte Keratine und unlösliche Wollfasern gebildete Verbundstruktur erkannt werden. Abhängig von der eingesetzten Menge an CWET wird die Verbundstruktur kompakter. In allen Mikrophotographien wird eine hohe Anzahl von Poren nachgewiesen, die die erhebliche Erhöhung des Wasserrückhaltevolumens erklären.In the microphotographs obtained with the laser scanning microscope, the composite structure formed by regenerated keratins and insoluble wool fibers can be recognized. Depending on the amount of CWET used, the composite structure becomes more compact. A high number of pores are detected in all microphotographs, which explain the considerable increase in the water retention volume.

Die Auflösung von Wollfasern wurde in einer konzentrierten CaCI2 / Wasser / EthanolLösung, die Thioglykolsäure enthielt, bei neutralem pH-Wert erreicht. Ähnlich wie bei der Auflösung von Fibroin in Ajisawas-Reagenz stabilisiert die konzentrierte Salzlösung das gelöste Protein durch die Bildung einer ionenreichen Hydratationsschicht und die Wechselwirkung mit geladenen und polaren Gruppen von Keratin. Die Anwesenheit von Thioglykylsäure ist erforderlich, um die von Wolle vorhandenen disulfiden Bindungen zu spalten. Redoxpotentialmessungen zeigten eine ausreichende Stabilität des Lösungsmittels gegenüber oxidativen Effekten für die Dauer des Auflösungsexperiments. Insgesamt werden 50% der Wollfasern nach 3 Stunden Behandlung bei 60 °C aufgelöst, unabhängig von der Menge an Wolle, wobei ein Anteil von 30% der Wollfasern als unlöslicher Rückstand geblieben ist. Die Verdünnung der Keratinlösung mit Wasser führt zur Proteinregeneration, wobei jedoch 20% am wahrscheinlichsten Proteine mit niedrigerem Molekulargewicht in Lösung geblieben sind.The dissolution of wool fibers was achieved in a concentrated CaCl 2 / water / ethanol solution, which contained thioglycolic acid, at neutral pH. Similar to the dissolution of fibroin in Ajisawas reagent, the concentrated saline solution stabilizes the dissolved protein by forming an ion-rich hydration layer and interacting with charged and polar groups of keratin. The presence of thioglykylic acid is required to break the disulfide bonds present in wool. Redox potential measurements showed sufficient stability of the solvent against oxidative effects for the duration of the dissolution experiment. A total of 50% of the wool fibers are dissolved after 3 hours of treatment at 60 ° C., regardless of the amount of wool, with a portion of 30% of the wool fibers remaining as an insoluble residue. Dilution of the keratin solution with water leads to protein regeneration, but 20% most likely proteins with lower molecular weight have remained in solution.

Wenn die Auflösungs- und Regenerationsexperimente in Gegenwart eines Überschusses an Wolle durchgeführt werden, kann ein All-Keratin-Verbund durch Konsolidierung unter Druck erhalten werden. Die Verbundwerkstoffe werden als Kombination aus regeneriertem Keratin und unlöslichen Wollfasern aufgebaut.If the dissolution and regeneration experiments are carried out in the presence of an excess of wool, an all-keratin composite can be obtained by consolidation under pressure. The composite materials are built up as a combination of regenerated keratin and insoluble wool fibers.

Während die FTIR-Analyse anzeigt, dass keine signifikanten Veränderungen im Protein auftraten, wurde eine beträchtliche Erhöhung des Wasserrückhaltewertes und der Feuchtigkeitssorption beobachtet, was mit der hochporösen Struktur des Verbundwerkstoffs und der erhöhten Oberfläche des regenerierten Keratins erklärt werden kann.While FTIR analysis indicated that there were no significant changes in protein, a significant increase in water retention and moisture absorption was observed, which can be explained by the highly porous structure of the composite and the increased surface area of the regenerated keratin.

14/2414/24

Die Technik zeigt ein neues Verfahren zur Formgebung von 100% keratinbasiertem Material an, das sowohl als nachhaltiges biologisch abbaubares Material als auch als Material mit potentiell hoher Biokompatibilität für medizinische Anwendungen, z.B. Gerüste und Implantate.The technique indicates a new process for shaping 100% keratin-based material, which is both a sustainable biodegradable material and a material with potentially high biocompatibility for medical applications, e.g. Frameworks and implants.

Anwendungsbeispiel 1Application example 1

Zur Erzeugung von künstlichem Leder aus Wolle werden Wollvliese oder Gewebe mit einem Lösungs- bzw. Quellmittel bei 60 °C unter 10 bar Druck in einer beheizbaren Presse verdichtet.To produce artificial leather from wool, nonwovens or fabrics are compressed with a solvent or swelling agent at 60 ° C under 10 bar pressure in a heatable press.

Als Quell- und Lösungsmittel wird eine Mischung von 30 g CaCI2x 2 H2O, 22 g H2O, 29 g Ethanol, 8 g Calciumthioglycolat und 12 ml Salzsäure 10% Gew. (pH= 6,75, Redoxpotential = -464 mV, vs. Ag/AgCL, 3 M KCl) verwendetA mixture of 30 g CaCl 2 x 2 H 2 O, 22 g H 2 O, 29 g ethanol, 8 g calcium thioglycolate and 12 ml hydrochloric acid 10% by weight (pH = 6.75, redox potential = - 464 mV, vs. Ag / AgCL, 3 M KCl) was used

Die Mischung wird durch ein Walzenquetschwerk in die Ware gepresst, anschließend wird für 20 min bei 60 °C und 10 bar Druck verdichtet. Die Teile werden mit Wasser ausgewaschen und in unterschiedlicher Weise mit weichmachenden Stoffen behandelt.The mixture is pressed into the goods by a roller crusher, then compacted for 20 min at 60 ° C and 10 bar pressure. The parts are washed out with water and treated in various ways with softening substances.

As beispielhafte Weichmacher können Glycerin oder Öle (z.B. WD-40) verwendet werden. Die Aufbringung kann nach dem Trocknen oder bereits in nassem Zustand erfolgen.As exemplary plasticizers, glycerin or oils (e.g. WD-40) can be used. It can be applied after drying or when wet.

Für die Bestimmung der Reißfestigkeit wurden die Proben in 1cm Streifen geschnitten und in Normalklima (20 °C, 65 % rel. Luftfeuchte) klimatisiert. Die Einspannlänge betrug 20mm. In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Zugversuche zusammengefasst.To determine the tensile strength, the samples were cut into 1 cm strips and air-conditioned in a normal climate (20 ° C, 65% relative humidity). The clamping length was 20mm. The results of the tensile tests are summarized in the following table.

Nr No Wolle Kammzug g Wool roving g Lösungsmittel ml Solvent ml Orientierung orientation Presse min Press min HZK (N) HZK (N) Dehnung % Strain % Flächengewicht g/cm2 Weight g / cm 2 20A 20A 3.88 3.88 15 15 X X 20 20 33,4 33.4 8,0 8.0 0,0671 .0671 20B 20B 3,88 3.88 15 15 X X 20 20 4,7 4.7 27,0 27.0 0,0751 0.0751 20C 20C 3,88 3.88 15 15 X X 20 20 5,87 5.87 23,3 23.3 0,0533 0.0533 20D 20D 3,88 3.88 15 15 X X 20 20 10 10 15,5 15.5 0,054 0.054 21A 21A 5,28 5.28 15 15 IIX IIX 20 20 26 26 21,8 21.8 0,0827 0.0827 21B 21B 5,28 5.28 15 15 IIX IIX 20 20 11,5 11.5 39,7 39.7 0,1069 .1069 21C 21C 5,28 5.28 15 15 HX HX 20 20 22,2 22.2 18,0 18.0 0,0639 0.0639 21D 21D 5,28 5.28 15 15 HX HX 20 20 11,1 11.1 29,2 29.2 0,0762 0.0762 22A 22A 4,35 4.35 15 15 II II 20 20 61 61 7,5 7.5 0,0503 0.0503 22B 22B 4,35 4.35 15 15 II II 20 20 20 20 51,2 51.2 0,0726 0.0726 22C 22C 4,35 4.35 15 15 II II 20 20 12 12 32,7 32.7 0,0455 0.0455 22D 22D 4,35 4.35 15 15 II II 20 20 21 21 6,0 6.0 0,0422 0.0422

15/2415/24

23A 23A 4,6 4.6 15 15 Illi Illi 20 20 8,5 8.5 19,0 19.0 0,0712 0.0712 23B 23B 4,6 4.6 15 15 Illi Illi 20 20 20,2 20.2 62,5 62.5 0,0885 0.0885 23C 23C 4,6 4.6 15 15 Illi Illi 20 20 17,8 17.8 59,0 59.0 0,0789 0.0789 23D 23D 4,6 4.6 15 15 Illi Illi 20 20 27,4 27.4 16,5 16.5 0,0901 .0901

(HKZ = Höchstzugkraft)(HKZ = maximum tensile force)

Die Angabe der Orientierung bezieht sich auf die Orientierung der Wollfasern bei der Herstellung des Komposits (X = gekreuzt, II = parallel)The indication of the orientation relates to the orientation of the wool fibers during the production of the composite (X = crossed, II = parallel)

Die nachgestellten Buchstaben bezeichnen die unterschiedlichen NachbehandlungenThe letters below indicate the different post-treatments

A: Behandlung der nassen Proben mit Öl (WD-40)A: Treatment of wet samples with oil (WD-40)

B: Behandlung der nassen Proben mit GlycerinB: Treatment of the wet samples with glycerin

C: Behandlung der trockenen Proben mit Öl (WD-40)C: Treatment of dry samples with oil (WD-40)

D: Behandlung der getrockneten Proben mit GlycerinD: Treatment of the dried samples with glycerin

Die Nachbehandlungsverfahren mit Glycerin im nassen Zustand, oder mit Öl (WD 40) in an getrocknetem Zustand erlauben die Herstellung eines lederartigen Zustandes.The aftertreatment processes with glycerin in the wet state or with oil (WD 40) in the dried state allow the production of a leather-like state.

Anwendungsbeispiel 2Example of use 2

In analoger Weise lassen sich auch lederartige Komposits durch Verdichtung von Kammzug Material mit Wollgeweben erzeugen.In an analogous manner, leather-like composites can also be produced by compressing roving material with woolen fabrics.

Arbeitsvorschrift: 6 g eines Sandwiches aus Wollstoff (oben) - Kammzug (Mitte) Wollstoff unten, wurde in einem Plastikbeutel mit 10 ml Standardlösungsmittel (30 g CaCI2x 2 H2O, 22 g H2O, 29 g Ethanol, 8 g Calciumthioglycolat und 12 ml Salzsäure 10 %Gew. (pH= 6,75, Redoxpotential = -464 mV, vs. Ag/AgCL, 3 M KCl)) imprägniert, 20 min bei 60° und 10 bar Druck in einer hydraulischen Presse gepresst, ausgewaschen und getrocknet.Working instructions: 6 g of a sandwich made of wool fabric (top) - crest (middle) of wool fabric bottom, was placed in a plastic bag with 10 ml standard solvent (30 g CaCl 2 x 2 H 2 O, 22 g H 2 O, 29 g ethanol, 8 g Calcium thioglycolate and 12 ml hydrochloric acid 10% by weight (pH = 6.75, redox potential = -464 mV, vs. Ag / AgCL, 3 M KCl)) impregnated, pressed for 20 min at 60 ° and 10 bar pressure in a hydraulic press, washed out and dried.

Im trockenen Zustand wurden die Muster in vier Teile geteilt und mit Lederöl, Spulenöl und WD 40 behandelt. Alle Proben wurden dadurch weniger spröde, flexibler. Die Höchstzugkraft ZK variiert von 50 N (Lederöl, Spulenöl), über 60 N (Schuhcreme) bis 65 N mit WD40.When dry, the samples were divided into four parts and treated with leather oil, coil oil and WD 40. This made all samples less brittle, more flexible. The maximum tensile force ZK varies from 50 N (leather oil, coil oil), over 60 N (shoe polish) to 65 N with WD40.

Anwendungsbeispiel 3Example of use 3

Ein 10 g eines Wollvlieses werden mit 20 ml Standardlösungsmittel (30 g CaCI2 x 2 H2O, 22 g H2O, 29 g Ethanol, 8 g Calciumthioglycolat und 12 ml Salzsäure 10 %Gew. (pH= 6,75, Redoxpotential = -464 mV, vs. Ag/AgCL, 3 M KCl)) imprägniert und 20 min bei 100° und 10 bar Druck in einer hydraulischen Presse gepresst.A 10 g of a wool fleece is mixed with 20 ml of standard solvent (30 g CaCl 2 x 2 H 2 O, 22 g H 2 O, 29 g ethanol, 8 g calcium thioglycolate and 12 ml hydrochloric acid 10% by weight (pH = 6.75, redox potential = -464 mV, vs. Ag / AgCL, 3 M KCl)) impregnated and pressed in a hydraulic press for 20 min at 100 ° and 10 bar pressure.

16/2416/24

Das Muster wird anschließend mit einer Mischung von verdünnter Zitronensäure (5 g/l) und Wasserstoffperoxid 30 % (5 ml/l) ausgewaschen.The sample is then washed out with a mixture of dilute citric acid (5 g / l) and hydrogen peroxide 30% (5 ml / l).

Das Muster wird anschließend geteilt und wie in Anwendungsbeispiel 1 mit den weichmachenden Stoffen behandelt, es wird ein lederartiger Charakter erreicht.The pattern is then divided and treated with the softening substances as in Application Example 1, a leather-like character is achieved.

Ohne Behandlung mit weichmachenden Stoffen weist das Komposite-Material einen spröden und harten Charakter auf.Without treatment with softening substances, the composite material has a brittle and hard character.

17/2417/24

Claims (10)

ANSPRÜCHEEXPECTATIONS 1. Verfahren zur Herstellung eines Lederersatzstoffes, umfassend die Schritte:1. A method for producing a leather substitute, comprising the steps: • Behandlung von Wolle in einer Mischung, welche Calciumchlorid, Wasser, Ethanol und ein Reduktionsmittel umfasst und einen pH von zwischen 6 bis 8 aufweist, wobei zumindest ein Teil des Keratins der Wolle aufgelöst wird, • Regenerieren des Keratins durch Zugabe eines Überschusses an Wasser • Formen des Keratins in die gewünschte Gestalt.Treatment of wool in a mixture which comprises calcium chloride, water, ethanol and a reducing agent and has a pH of between 6 and 8, at least part of the keratin of the wool being dissolved. Regeneration of the keratin by adding an excess of water. Form the keratin into the desired shape. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Mischung zwischen Calciumchlorid : Wasser : Ethanol 1 : 5 bis 7 : 1 bis 3, vorzugsweise 1:6:2 beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the molar mixture between calcium chloride: water: ethanol is 1: 5 to 7: 1 to 3, preferably 1: 6: 2. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel eine -SH Gruppe aufweist und vorzugsweise Mercaptoessigsäure oder ein Salz davon umfasst.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the reducing agent has an -SH group and preferably comprises mercaptoacetic acid or a salt thereof. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der Wolle aufgelöst wird und dass der nichtgelöste Teil der Wolle beim Regenerieren und Formen des Keratins in die gewünschte Gestalt in den Lederersatzstoff integriert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that only a part of the wool is dissolved and that the undissolved part of the wool is integrated into the desired shape in the leather substitute during regeneration and shaping of the keratin. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lederersatzstoff anschließend mit einem Weichmacher behandelt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the leather substitute is then treated with a plasticizer. 6. Lederersatzstoff erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 5.6. Leather substitute available according to one of claims 1 to 5. 7. Lederersatzstoff, umfassend regeneriertes Keratin aus Wolle.7. Leather substitute, including regenerated keratin from wool. 8. Lederersatzstoff nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Matrix aus Wolle, wobei die Matrix in das regenerierte Keratin eingebettet ist.8. Leather substitute according to claim 7, characterized by a matrix of wool, the matrix being embedded in the regenerated keratin. 9. Lederersatzstoff nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Nichtwoll-Matrix, wobei die Nichtwoll-Matrix in das regenerierte Keratin eingebettet ist.9. Leather substitute according to claim 7 or claim 8, characterized by a non-wool matrix, the non-wool matrix being embedded in the regenerated keratin. 10. Lederersatzstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch einen Weichmacher.10. Leather substitute according to one of claims 6 to 9, characterized by a plasticizer. 18/2418/24
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