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目前制革工业中使用的蛋白质成膜剂以改性酪素为主,酪素是从牛奶中提取的,成本较高。明胶是胶原蛋白的水解产物,可以从动物皮中提取得到,另外还可以在制革工业中产生的大量废屑中提取。明胶经过改性后也可以做蛋白质成膜剂使用,既充分利用了有限的蛋白资源,又减少了对环境的污染,而且成本很低。尽管如此,在制革工业中,在蛋白质成膜剂的市场里却难觅明胶的踪影。究其原因是由明胶的本身性能决定的,明胶成膜既硬又脆,吸水性强,不耐湿擦,机械性能差等,明胶的这些性能限制了其做成膜剂的应用。
针对明胶膜的上述缺陷,前人对明胶已经做了相关的改性研究,但是改性后的明胶依然不能达到做蛋白质成膜剂的要求。我们在借鉴前人对明胶改性的基础上,首次采用合成的己内酰胺低聚物,主要通过与明胶的氨基缩合的方法,对明胶进行了改性。
首先以金属钠为引发剂,以N-乙酰基己内酰胺为活化剂,以己二酸为分子质量调节剂,在通氮气的条件下,用阴离子聚合的方法使己内酰胺发生了聚合,合成了己内酰胺低聚物。用端基分析法测定了己内酰胺低聚物的数均分子量,并在红外光谱仪上对低聚物进行了检测。考察了影响己内酰胺转化率的因素:己二酸的质量分数、N.乙酰基己内酰胺的质量分数、钠的质量分数、温度和时间。结果表明,己内酰胺发生了阴离子聚合反应,最佳反应条件是:通氮气,己二酸的质量分数1.86%,N-乙酰基己内酰胺的质量分数3.54%,钠的质量分数0.349%,温度150℃,时间30min。在此条件下得到的己内酰胺低聚物的数均分子质量为2479道尔顿,红外光谱显示其具有典型的聚酰胺结构。
然后将制得的己内酰胺低聚物与明胶在二甲基亚砜中进行了缩合,制备出了改性明胶。采用GPC和IR对改性明胶进行了检测。考查了影响明胶改性程度的因素:己内酰胺低聚物的质量分数、温度和时间。结果表明,最佳反应条件是:己内酰胺低聚物的质量分数100%,温度70℃,时间20min。制备的改性明胶的数均分子质量为66552道尔顿,红外光谱显示该改性明胶除了具有典型的聚酰胺特征外,在2940.70cm<-1>处有中等强度的亚甲基的吸收峰。最后对改性明胶的应用性能进行了检测,研究了改性明胶与其它常用成膜剂和颜料膏的配伍性,改性明胶涂膜的抗张强度、规定负荷伸长率、断裂伸长率和溶胀率,经改性明胶涂饰后革的透气性、透水汽性、耐摩擦牢度、耐折牢度等性能。结果显示,该改性明胶与常用的其它成膜剂和颜料膏具有良好的配伍性。改性明胶可以单独形成柔软的薄膜。膜的抗张强度为13.4N/mm<2>,膜的规定负荷伸长率为153.2%,断裂伸长率为315.2%。膜在水中的溶胀率为208.02%,溶胀率较大,其防水性能有待提高;膜在甲苯中的溶胀率为0.16%,溶胀率很小,其防有机溶剂的性能较好。经该改性明胶涂饰后的革耐干湿擦性、透气性和透水汽性,与经过合成酪素4042涂饰后的革在这几方面的性能相当。涂饰结果表明该改性明胶可以在制革工业中作蛋白质成膜剂使用。