基于废弃皮胶原蛋白造纸施胶剂的制备及生物降解性研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:tjhaixin2
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制革工业的快速发展,创造经济效益的同时产生了大量污染物。皮革废弃物的资源化利用不仅可以减轻废弃物对环境的污染,而且可产生一定的市场价值。本文以皮革废弃物中提取的工业胶原蛋白为原料,采用乙烯基单体改性胶原蛋白以及胶原蛋白改性聚氨酯的方法制备了两种造纸表面施胶剂,并对施胶剂的结构和性能进行了研究,具体如下:首先,对皮革废弃物中提取的胶原蛋白的结构进行了分析。采用凝胶渗透色谱仪(GPC)和氨基酸自动分析仪对胶原蛋白的相对分子质量及氨基酸组成和含量进行了检测,结果表明,胶原蛋白的重均分子量为1830,其所含17种氨基酸的总量为80.81%,且氨基酸的组成比较符合标准。其次,以胶原蛋白作为接枝主链,首先利用马来酸酐(MAH)对其进行预改性,然后与丙烯酸乙酯(EA)和苯乙烯(St)单体进行接枝共聚,水相合成出了乙烯基接枝胶原蛋白(VGC)施胶剂。通过单因素实验和正交实验优化出最佳合成条件为:MAH用量为胶原蛋白质量的15%,m(预改性胶原蛋白):m(总单体)为4:6,m(EA):m(St)为1:1,引发剂用量为单体总量的3%,反应时间为2.5h。利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射分析仪(XRD)、热重分析仪(TG)和差示扫描量热仪(DSC)对VGC乳液的结构、形貌、结晶性能和热稳定性进行了表征。结果表明,胶原蛋白与乙烯基单体发生了接枝反应,合成的VGC乳液粒径分布较窄,大约为350~400nm;改性后胶原蛋白的结晶趋势增加,热稳定性提高。将VGC乳液表面施胶于瓦楞原纸,实验结果表明,VGC的最优施胶量为8g/m2,施胶纸张的抗张指数、环压指数和抗水性分别比原纸提高了12.46%、36.82%和53.61%;将VGC分别与糊化淀粉和苯丙乳液(SAE)复配施胶,得出VGC与糊化淀粉的最优质量配比为4:6,与SAE的最优质量配比为2:8;对VGC施胶剂进行工厂中试应用,发现其在高强瓦楞纸和白板纸的表面施胶生产中应用效果良好。利用BOD5/CODCr、OECD-301B、ATP、OECD-310B和综合生物降解性评价5种方法从不同角度研究了VGC施胶剂的生物降解性。结果表明,VGC施胶剂的BOD5/CODCr值为0.36,CO2评价(IB)指数为138.82%,ATP评价指数为106.25,前14d的生物降解速率较快,生物降解率达64%,生物降解性评价(IW)指数为94.95,属于可生物降解有机物。最后,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃(PTMG)、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸(DMPA)等为原料,在聚氨酯制备过程中引入胶原蛋白,制备了一种胶原蛋白改性聚氨酯(CWPU)施胶剂,通过单因素实验优化出最佳合成条件为:n(-NCO):n(-OH)为4,DMPA用量为单体总质量的3.5%,胶原蛋白用量为单体总质量的10%。利用FT-IR、XRD和TG对CWPU的结构和性能进行了表征,结果表明胶原蛋白与聚氨酯发生了接枝反应,改性后的产物结晶趋势增加,耐热性增强。将CWPU施胶剂于瓦楞原纸上表面施胶,实验结果表明,CWPU的最优施胶量为6g/m2,施胶纸张的抗张指数、环压指数和抗水性分别比原纸提高了25.22%、14.89%和23.89%;将CWPU与糊化淀粉复配施胶,得出CWPU与糊化淀粉的最优质量配比为4:96,纸张的抗张指数和环压指数分别比原纸提高了26.85%和38.71%。利用BOD5/CODCr法研究了CWPU施胶剂的生物降解性,并探讨了胶原蛋白用量对CWPU生物降解性的影响。结果表明:最优条件下制备的CWPU的BOD5/CODCr值为0.32,属于可生物降解物质;随着胶原蛋白用量的增加,CWPU施胶剂的BOD5/CODCr值随之增大,生物降解性进一步提高。
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