CN102492998B - 一种从制革下脚料中提取胶原纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从制革过程产生的下脚料中提取胶原纤维的方法。目前对皮革下脚料采用的化学处理法，虽然产品附加值较高，但存在处理复杂、成本高、二次污染和下脚料利用率低的缺陷，造成了大量皮革废弃物一直没有得到有效利用。本发明从制革下脚料中挑选块状蓝湿皮废料，首先，采用碱液浸泡蓝湿皮废料36-48小时，将溶胀的蓝湿皮废料用超声波设备处理20-30分钟；然后，将蓝湿皮废料缓慢通过高压水射流装置；接着进行烘干，最后经过梳棉机的进一步打击和开松，使胶原纤维之间彻底产生分离，获得胶原纤维。本发明主要采用物理机械的方法，不会产生三价铬向有毒六价铬的转变，对环境无污染，对胶原纤维的提取率高，达到70%左右。
Description
技术领域
本发明涉及制革过程产生的皮革废弃物处理，特别是一种从制革过程产生的下脚料中提取胶原纤维的方法。
背景技术
我国传统的制革工业以片蓝皮工艺为主，在整个制革生产过程中，被制成的最终成品仅占原皮重50%左右，其他均为大量制革下脚料。我国作为制革大国，每年约产生140多万吨的皮革边角废弃物(包括含铬皮革废弃物)，几乎占世界的二分之一，因此长期以来一直存在着制革业迅速发展的同时，制革固体废弃物数量也在不断增长的现象，废弃物中大部分是蓝皮修边、削匀等加工时产生的皮渣及皮屑，其主要成分是胶原蛋白，如果不加利用的丢弃，不但浪费资源，且对环境污染严重。
现有利用方式主要有物理法和化学法：物理法最早用于生产再生革，由于大量使用粘合剂做加固手段，造成极大二次污染；也有将细小皮革废弃物（革屑）用作肥料和饲料，因含氮量比化肥还低，经济价值低；近几年研究是作为橡胶填充料和木浆联合抄造纸张，但对下脚料利用率较低。化学法主要采用酸、碱、酶和氧化法，主要用作提取明胶、胶原蛋白和制备复鞣剂、涂饰剂和加脂剂、蛋白填充剂等，虽然产品附加值较高，但存在处理复杂、成本高、二次污染和下脚料利用率低的缺陷，造成了大量皮革废弃物一直没有得到有效利用。
发明内容
针对上述现有皮革废弃物再利用方法存在的不足，本发明提供一种从制革下脚料中提取纺织和无纺可用胶原纤维的方法，其从皮革废弃物中提取合适线密度和长度的胶原纤维，生产高附加值产品，以达到大批量利用皮革废弃物的目的，且对环境不造成第二次污染。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种从制革下脚料中提取胶原纤维的方法，其步骤如下：从制革下脚料中挑选块状牛皮或猪皮的蓝湿皮废料，首先，采用碱液浸泡蓝湿皮废料36-48小时，使其产生一定程度的溶胀，并溶解掉部分纤维间结合的间质；将溶胀的蓝湿皮废料用超声波设备处理20-30分钟，利用超声波高频振荡所产生的空化作用对蓝湿皮废料进行冲击，进一步减缓纤维之间的结合力；然后，将蓝湿皮废料缓慢通过高压水射流装置，在高压水的射流力作用下，构成下脚料的胶原纤维互相之间产生初步分离；接着烘干，最后经过梳棉机的进一步打击和开松，使胶原纤维之间彻底产生分离，获得长度为20-40mm、线密度1.5-3.3dtex的胶原纤维。
本发明主要利用物理方法从蓝湿皮废料中提取胶原纤维，是一种对制革下脚料利用率高、对环境污染小的生产高附加值胶原纤维的方法。
本发明的原料来源是制革厂在鞣制猪皮或牛皮成品过程中，削边所产生的形状不规则的块状蓝湿皮废料。由于铬鞣剂鞣制后胶原纤维之间已经结合的非常牢固，这种结合力远大于胶原单纤维或胶原束纤维本身的断裂强力，因而采用普通的物理或化学法在提取时，纤维首先发生断裂而不是纤维彼此被分离开来，并不能获得具有良好使用细度和长度的胶原纤维，是导致多年来制革下脚料并未得到很好利用的原因。
本发明的具体提取过程如下：首先，采用一定浓度的碱液浸泡蓝湿皮废料，所述的碱液由碱、助溶剂和表面活性剂组成，其中碱是NaOH、Ca(OH)2、Na2(CO3)以及氨水中的一种，使用量为0.1%-0.6%（占废料质量比）；助溶剂是水杨酸钠、甘油、尿素、乙二醇中的一种，使用量为0.5%-1.2%（占废料质量比）；表面活性剂为乙氧基化烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、JFC和平平加O中的一种，使用量为0.1%-1%（占废料质量比），经浸泡36-48小时，使废料产生一定程度的溶胀，并溶解掉部分纤维间结合的间质，减轻和降低纤维之间的结合力，为最终提取纤维奠定第一步基础。
其次，超声波设备所选用超声波振荡频为33-80KHZ，额定功率为300-900W，利用超声波高频振荡所产生的空化作用进行冲击，进一步减缓纤维之间的结合力，为最终提取纤维奠定第二步基础。
然后，将经过超声波震荡后的蓝湿皮废料缓慢通过高压水射流装置，高压水射流装置采用三排水刺头对蓝湿皮废料进行冲击，三排水刺头所用压力分别为：20-30bar、35-50bar、60-80bar，所用水针板孔径为1-2mm，射流孔密度为10-18孔/cm，所用脱网底帘目数为70-80目，蓝湿皮废料通过高压水射流装置的速度为5-10米/分，在高压水的射流力作用下，废料中胶原纤维互相之间产生初步分离，为最终提取纤维奠定第三步基础。
接着，将通过高压水射流装置初步分离的胶原纤维进行烘干，使纤维中含水率达到20-30%之间，最后将其经过梳棉机的进一步打击和开松，梳棉机的梳棉锡林表面针布中钢针长度为25-30mm，直径为8-10mm，钢针分布密度为10000-15000个/立方米，这种钢针配置的开松辊只会对初步分离的胶原纤维产生拉拽和分梳作用，而不会对纤维造成割裂和损伤，进而使胶原纤维之间彻底产生分离。
本发明具有的优点：
1.从制革厂蓝湿皮下脚料提取具有一定线密度和长度的胶原纤维，整个加工过程主要采用物理机械的方法，不会产生三价铬向有毒六价铬的转变，对环境无污染，对胶原纤维的提取率高，达到70%左右。
2.采用三段式物理机械的方法从蓝湿皮下脚料中提取纤维。首先利用超声波高频振荡所产生的空化现象，由此产生的空化泡破灭时产生强大的冲击波，对溶胀的蓝湿皮废料有较大的穿透力，纤维之间结合间质的一部分在冲击波作用下被分散和剥离，最终造成脱落，通过振荡频率和功率的合理选择更能加速纤维间质的脱落和松动，减轻纤维之间的结合力。其次，利用高压水射流的冲击，利用高压水流的柔和机械、摩擦和剪切作用，使在超声波空化气泡冲击下已经松动的纤维产生初步分离，避免了直接用钢针撕扯和纯机械手的打击可能对胶原纤维所造成的损伤。最后，对现有梳棉机进行改进，将钢针换成直径更大、更长的钢丝，降低钢针的排列密度，使其对纤维的拉拽和分梳作用更加柔和，在改进型梳棉机的轻柔作用下，进一步解离纤维，最终制成具有一定长细度和强度的胶原纤维。
3.由于提取胶原纤维的过程中主要以物理机械的方式为主，而碱液浸泡时使用助剂量较小且浸泡液还可以回用，因此整个提取过程不会对环境造成二次污染，所提取的胶原纤维完全可用作纺织和无纺使用，具有很好的应用前景和环境保护性能。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明的生产工艺流程为：从制革厂废料中筛选块状的蓝湿皮削边下脚料→碱液浸泡、蓝湿皮溶胀→超声波震荡→高压水射流冲击→烘干→改进型梳棉机分梳→胶原纤维成品。
实施例1
从制革厂产生的固体废弃物中挑选形状不规则的块状、大小不一的牛皮或猪皮蓝湿皮削边废料，首先浸泡蓝湿皮废料36小时，浸泡液由碱、助溶剂和表面活性剂组成，其中碱是氨，使用量为0.3%（占废料质量比），助溶剂是水杨酸钠，使用量为0.5%（占废料质量比），表面活性剂为乙氧基化烷基硫酸钠，使用量为0.3%（占废料质量比）。然后，将溶胀的下脚料用超声波设备进行处理30分钟，所用频率为40KHZ，功率300W。然后缓慢通过高压射流装置，采用三排水刺头对废料进行冲击，三排水刺头所用压力分别为：28bar,35bar,60bar，所用水针板孔径为1mm，射流孔密度为16孔/cm，所用脱网底帘目数为76目，废料通过射流装置的速度为8米/分。将通过射流装置初步分离的胶原纤维进行烘干，使纤维中含水率达到25%之间，然后由改进型梳棉机的进一步打击和开松，改进型梳棉机主要由喂棉罗拉、梳棉锡林、引棉辊组成，其中梳棉锡林表面针布中钢针长度为25mm，直径为8mm，钢针分布密度为15000个/立方米，最终获得分离的胶原纤维。
由于提取的胶原纤维呈三维卷曲态，因而其线密度和长度的测量分别按照FZ50009.1-1998和FZ／T 50009.2-1998规定的标准进行。
长度测定时，首先用手扯法将纤维梳理整齐，称量试样50g，再从该样品中称量100-150mg，用梳子梳理使纤维束一端整齐，将纤维束放在切断器上切取中段纤维，保持刀口与纤维束垂直，称量切下的中段和两端纤维的的重量。按照公式L=LC(WC+WT)/WO计算，其中L为纤维的平均长度，WO为纤维试样质量，WC中段纤维质量，LC中段纤维长度，WT两端纤维质量。经测试和计算所得提取胶原纤维平均长度为21.6mm。
细度测定时，取出纤维约10g作为线密度试验样品，按照上述方法测定10g纤维的平均长度，随机取出三束纤维（每束约150根），准确数出每束纤维的根数，并分别称其质量（精确到0.01mg），按照公式T=(G/L*n)*10000计算平均线密度，其中T为一束纤维平均线密度（dtex），G为一束纤维的质量(mg)，L为纤维的平均长度，n为一束纤维的根数，以三束纤维的测定值取为平均值，经测试和计算所得提取胶原纤维的平均线密度为2.1dtex。
纤维强力测试采用GB/T 14337-2008标准，采用XQ-1A型纤维强伸度仪进行测试，总共测试50根，然后取平均值。经测试和计算所得提取胶原纤维的平均强力为2.3(g/d)。
实施例2
从制革厂产生的固体废弃物中挑选形状不规则的块状、大小不一的牛皮或猪皮蓝湿皮削边废料，首先浸泡蓝湿皮废料28小时，浸泡液由碱、助溶剂和表面活性剂组成，其中碱是NaOH，使用量为0.2%（占废料质量比），助溶剂是尿素，使用量为0.3%（占废料质量比），表面活性剂为JFC，使用量为0.5%（占废料质量比）。然后，将溶胀的下脚料用超声波设备进行处理30分钟，所用频率为60KHZ，功率600W。然后缓慢通过高压射流装置，采用三排水刺头对废料进行冲击，三排水刺头所用压力分别为：30bar,40bar,65bar，所用水针板孔径为2mm，射流孔密度为16孔/cm，所用脱网底帘目数为76目，废料通过射流装置的速度为8米/分。将通过射流装置初步分离的胶原纤维进行烘干，使纤维中含水率达到25%之间，然后由改进型梳棉机的进一步打击和开松，改进型梳棉机主要由喂棉罗拉、梳棉锡林、引棉辊组成，其中梳棉锡林表面针布中钢针长度为25mm，直径为8mm，钢针分布密度为10000个/立方米，最终获得分离的胶原纤维。
分别按照FZ50009.1-1998和FZ／T 50009.2-1998规定的标准测试提取胶原纤维的平均长度和线密度。
长度测定时，首先用手扯法将纤维梳理整齐，称量试样50g，再从该样品中称量100-150mg，用梳子梳理使纤维束一端整齐，将纤维束放在切断器上切取中段纤维，保持刀口与纤维束垂直，称量切下的中段和两端纤维的的重量。按照公式L=LC(WC+WT)/WO计算，其中L为纤维的平均长度，WO为纤维试样质量，WC中段纤维质量，LC中段纤维长度，WT两端纤维质量。经测试和计算所得提取胶原纤维平均长度为32.8mm。
细度测定时，取出纤维约10 g作为线密度试验样品，按照上述方法测定10g纤维的平均长度，随机取出三束纤维（每束约150根），准确数出每束纤维的根数，并分别称其质量（精确到0.01mg），按照公式T=(G/L*n)*10000计算平均线密度，其中T为一束纤维平均线密度（dtex），G为一束纤维的质量(mg)，L为纤维的平均长度，n为一束纤维的根数，以三束纤维的测定值取为平均值，经测试和计算所得提取胶原纤维的平均线密度为1.8dtex。
纤维强力测试采用GB/T 14337-2008标准，采用XQ-1A型纤维强伸度仪进行测试，总共测试50根，然后取平均值。经测试和计算所得提取胶原纤维的平均强力为2.5(g/d)。
实施例3
从制革厂产生的固体废弃物中挑选形状不规则的块状、大小不一的牛皮或猪皮蓝湿皮削边废料，首先浸泡蓝湿皮废料48小时，浸泡液由碱、助溶剂和表面活性剂组成，其中碱是碳酸钠，使用量为0.25%（占废料质量比），助溶剂是乙二醇，使用量为0.4%（占废料质量比），表面活性剂为平平加O，使用量为0.2%（占废料质量比）。然后，将溶胀的下脚料用超声波设备进行处理30分钟，所用频率为40KHZ，功率300W。然后缓慢通过高压射流装置，采用三排水刺头对废料进行冲击，三排水刺头所用压力分别为：25bar,40bar,60bar，所用水针板孔径为1.5mm，射流孔密度为16孔/cm，所用脱网底帘目数为76目，废料通过射流装置的速度为5米/分。将通过射流装置初步分离的胶原纤维进行烘干，使纤维中含水率达到20%之间，然后由改进型梳棉机的进一步打击和开松，改进型梳棉机主要由喂棉罗拉、梳棉锡林、引棉辊组成，其中梳棉锡林表面针布中钢针长度为30mm，直径为10mm，钢针分布密度为12000个/立方米，最终获得分离的胶原纤维。
分别按照FZ50009.1-1998和FZ／T 50009.2-1998规定的标准测试提取胶原纤维的平均长度和线密度。
长度测定时，首先用手扯法将纤维梳理整齐，称量试样50g，再从该样品中称量100-150mg，用梳子梳理使纤维束一端整齐，将纤维束放在切断器上切取中段纤维，保持刀口与纤维束垂直，称量切下的中段和两端纤维的的重量。按照公式L=LC(WC+WT)/WO计算，其中L为纤维的平均长度，WO为纤维试样质量，WC中段纤维质量，LC中段纤维长度，WT两端纤维质量。经测试和计算所得提取胶原纤维平均长度为35.6mm。
细度测定时，取出纤维约10 g作为线密度试验样品，按照上述方法测定10g纤维的平均长度，随机取出三束纤维（每束约150根），准确数出每束纤维的根数，并分别称其质量（精确到0.01mg），按照公式T=(G/L*n)*10000计算平均线密度，其中T为一束纤维平均线密度（dtex），G为一束纤维的质量(mg)，L为纤维的平均长度，n为一束纤维的根数，以三束纤维的测定值取为平均值，经测试和计算所得提取胶原纤维的平均线密度为2.8 dtex。
纤维强力测试采用GB/T 14337-2008标准，采用XQ-1A型纤维强伸度仪进行测试，总共测试50根，然后取平均值。经测试和计算所得提取胶原纤维的平均强力为3.2 (g/d)。
实施例4
从制革厂产生的固体废弃物中挑选形状不规则的块状、大小不一的牛皮或猪皮蓝湿皮削边废料，首先浸泡蓝湿皮废料36小时，浸泡液由碱、助溶剂和表面活性剂组成，其中碱是氢氧化钙，使用量为0.35%（占废料质量比），助溶剂是水杨酸钠，使用量为0.4%（占废料质量比），表面活性剂为JFC，使用量为0.5%（占废料质量比）。然后，将溶胀的下脚料用超声波设备进行处理30分钟，所用频率为60KHZ，功率600W。然后缓慢通过高压射流装置，采用三排水刺头对废料进行冲击，三排水刺头所用压力分别为： 30bar, 50bar,70 bar，所用水针板孔径为2mm，射流孔密度为16孔/cm，所用脱网底帘目数为76目，废料通过射流装置的速度为5米/分。将通过射流装置初步分离的胶原纤维进行烘干，使纤维中含水率达到30%之间，然后由改进型梳棉机的进一步打击和开松，改进型梳棉机主要由喂棉罗拉、梳棉锡林、引棉辊组成，其中梳棉锡林表面针布中钢针长度为30mm，直径为10mm，钢针分布密度为10000个/立方米，最终获得分离的胶原纤维。
分别按照FZ50009.1-1998和FZ／T 50009.2-1998规定的标准测试提取胶原纤维的平均长度和线密度。
长度测定时，首先用手扯法将纤维梳理整齐，称量试样50g，再从该样品中称量100-150mg，用梳子梳理使纤维束一端整齐，将纤维束放在切断器上切取中段纤维，保持刀口与纤维束垂直，称量切下的中段和两端纤维的的重量。按照公式L=LC(WC+WT)/WO计算，其中L为纤维的平均长度，WO为纤维试样质量，WC中段纤维质量，LC中段纤维长度，WT两端纤维质量。经测试和计算所得提取胶原纤维平均长度为26.5mm。
细度测定时，取出纤维约10 g作为线密度试验样品，按照上述方法测定10g纤维的平均长度，随机取出三束纤维（每束约150根），准确数出每束纤维的根数，并分别称其质量（精确到0.01mg），按照公式T=(G/L*n)*10000计算平均线密度，其中T为一束纤维平均线密度（dtex），G为一束纤维的质量(mg)，L为纤维的平均长度，n为一束纤维的根数，以三束纤维的测定值取为平均值，经测试和计算所得提取胶原纤维的平均线密度为2.8dtex。
纤维强力测试采用GB/T 14337-2008标准，采用XQ-1A型纤维强伸度仪进行测试，总共测试50根，然后取平均值。经测试和计算所得提取胶原纤维的平均强力为2.65 (g/d)。
实施例5
从制革厂产生的固体废弃物中挑选形状不规则的块状、大小不一的牛皮或猪皮蓝湿皮削边废料，首先浸泡蓝湿皮废料48小时，浸泡液由碱、助溶剂和表面活性剂组成，其中碱是氢氧化钠，使用量为0.5%（占废料质量比），助溶剂是水杨酸钠，使用量为0.55%（占废料质量比），表面活性剂为乙氧基化烷基硫酸钠，使用量为0.25%（占废料质量比）。然后，将溶胀的下脚料用超声波设备进行处理30分钟，所用频率为68KHZ，功率900W。然后缓慢通过高压射流装置，采用三排水刺头对废料进行冲击，三排水刺头所用压力分别为：25bar,40bar,70bar，所用水针板孔径为2mm，射流孔密度为16孔/cm，所用脱网底帘目数为76目，废料通过射流装置的速度为5米/分。将通过射流装置初步分离的胶原纤维进行烘干，使纤维中含水率达到30%之间，然后由改进型梳棉机的进一步打击和开松，改进型梳棉机主要由喂棉罗拉、梳棉锡林、引棉辊组成，其中梳棉锡林表面针布中钢针长度为30mm，直径为10mm，钢针分布密度为15000个/立方米，最终获得分离的胶原纤维。
分别按照FZ50009.1-1998和FZ／T 50009.2-1998规定的标准测试提取胶原纤维的平均长度和线密度。
长度测定时，首先用手扯法将纤维梳理整齐，称量试样50g，再从该样品中称量100-150mg，用梳子梳理使纤维束一端整齐，将纤维束放在切断器上切取中段纤维，保持刀口与纤维束垂直，称量切下的中段和两端纤维的的重量。按照公式L=LC(WC+WT)/WO计算，其中L为纤维的平均长度，WO为纤维试样质量，WC中段纤维质量，LC中段纤维长度，WT两端纤维质量。经测试和计算所得提取胶原纤维平均长度为38.6mm。
细度测定时，取出纤维约10 g作为线密度试验样品，按照上述方法测定10g纤维的平均长度，随机取出三束纤维（每束约150根），准确数出每束纤维的根数，并分别称其质量（精确到0.01mg），按照公式T=(G/L*n)*10000计算平均线密度，其中T为一束纤维平均线密度（dtex），G为一束纤维的质量(mg)，L为纤维的平均长度，n为一束纤维的根数，以三束纤维的测定值取为平均值，经测试和计算所得提取胶原纤维的平均线密度为2.8dtex。
纤维强力测试采用GB/T 14337-2008标准，采用XQ-1A型纤维强伸度仪进行测试，总共测试50根，然后取平均值。经测试和计算所得提取胶原纤维的平均强力为3.5(g/d)。
Claims (5)
1.一种从制革下脚料中提取胶原纤维的方法，其步骤如下：从制革下脚料中挑选块状蓝湿皮废料，首先，采用碱液浸泡蓝湿皮废料36-48小时，使其产生溶胀，并溶解掉部分纤维间结合的间质；将溶胀的蓝湿皮废料用超声波设备处理20-30分钟，利用超声波高频振荡所产生的空化作用对蓝湿皮废料进行冲击，进一步减缓胶原纤维之间的结合力；然后，将蓝湿皮废料缓慢通过高压水射流装置，在高压水的射流力作用下，胶原纤维互相之间产生初步分离；接着进行烘干，最后经过梳棉机的进一步打击和开松，使胶原纤维之间彻底产生分离，获得长度为20-40mm、线密度为1.5-3.3dtex的胶原纤维；
所述的碱液由碱、助溶剂和表面活性剂组成，所述的碱为NaOH、Ca(OH)2、Na2CO3或氨水中的任一种，使用量为蓝湿皮废料质量的0.1%-0.6%；所述的助溶剂为水杨酸钠、甘油、尿素、乙二醇中的任一种，使用量为蓝湿皮废料质量的0.5%-1.2%；所述的表面活性剂为乙氧基化烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚，使用量为蓝湿皮废料质量的0.1%-1%；
所述梳棉机的梳棉锡林表面针布中钢针长度为25-30mm，直径为8-10mm，钢针分布密度为10000-15000个/立方米。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的表面活性剂为JFC或平平加O。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超声波设备选用的超声波振荡频率为33-80KHz，额定功率为300-900W。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高压水射流装置采用三排水刺头对蓝湿皮废料进行冲击，三排水刺头所用的压力分别为：20-30bar、35-50bar、60-80bar，所用水针板孔径为1-2mm，射流孔密度为10-18孔/cm，所用脱网底帘目数为70-80目，蓝湿皮废料通过高压水射流装置的速度为5-10米/分。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的烘干使纤维中含水率达到20-30%之间。
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