Коллагенсодержащая композиция

Изобретение относится к способам переработки коллагенсодержащих отходов, а именно к получению волокнистого пористого материала на основе коллагенсодержащей композиции, и может найти свое применение в качестве теплоизоляционного материала, для промежуточных деталей обуви, в кожгалантерейной промышленности, в технике и т.п. Коллагенсодержащая композиция состоит из дубленых коллагенсодержащих отходов и продуктов растворения недубленого коллагена. Она дополнительно содержит ПАВ. В качестве дубленых коллагенсодержащих отходов используют кожевенный порошок, полученный из отходов кож хромового дубления обувного производства. Эти отходы предварительно измельчены в воздушно-сухом состоянии до размеров волокон 0,7-0,9 мм. Композиция имеет следующие соотношения компонентов, в мас.%: кожевенный порошок 12-15; продукты растворения коллагена 1,5-2,5; пАВ 0,02; вода - остальное.

Преимуществом полученного материала является простота состава коллагенсодержащей композиции, включающей, в основном, коллагенсодержащие отходы, что позволяет получить материал, по своему химическому составу близкий к натуральной коже. Полученный волокнистый пористый материал имеет повышенную прочность, оставаясь при этом натуральным и экологически безопасным. 2 табл.

 

Изобретение относится к использованию коллагенсодержащих отходов, а именно к получению волокнистого пористого материала на основе коллагенсодержащей композиции, и может найти свое применение в качестве теплоизоляционного материала, для промежуточных деталей обуви, в кожгалантерейной промышленности, в технике и т.п.

Известен способ получения коллагенсодержащего материала [1]. Сущность изобретения заключается в приготовлении коллагеновой дисперсии на основе недубленых кожевенных отходов и коллагеновой пасты из дубленых кожевенных отходов, добавлении сшивающего агента, замораживании, выдержке при отрицательной температуре, размораживании и выдержке на воздухе полученного материала, нагреве, охлаждении, обработке щелочно-солевым раствором до остаточной влажности 30-40%. Далее материал подвергают горячему прессованию, выдержке на воздухе и отделке.

Недостатками данного изобретения являются сложность его получения и высокие материальные затраты. Кроме того, операция горячего прессования не позволяет получить хорошую пористую структуру материала.

Ближайшим аналогом предложенного технического решения является способ получения волокнистого пористого материала [2], в состав которого входит коллагеновая дисперсия на основе дубленых кожевенных отходов или обувного лоскута, продукты растворения коллагена (ПРК), латекс и вода. Композицию замораживают до полного отверждения системы, размораживают при комнатной температуре, отжимают, сушат, отделывают при необходимости.

Недостатком указанного материала является многокомпонентность коллагеновой композиции, содержание в нем синтетического высокомолекулярного соединения - латекса; химический состав материала сильно отличается от состава натуральной кожи. Кроме того, он обладает малой прочностью, что сужает сферу его применения.

Техническим результатом изобретения является упрощение состава композиции, получение натурального коллагенсодержащего материала, близкого по химическому составу к натуральной коже, а также улучшение прочностных характеристик такого материала.

Данный технический результат достигается следующим образом. Коллагенсодержащая композиция, состоящая из дубленых коллагенсодержащих отходов, используемых в виде кожевенного порошка, полученного из отходов кож хромового дубления обувного производства, предварительно измельченного, и продуктов растворения недубленого коллагена, отличается тем, что она дополнительно содержит ПАВ, а кожевенный порошок измельчен в воздушно-сухом состоянии до размеров волокон 0,7-0,9 мм, при следующем соотношении компонентов коллагенсодержащей композиции, мас.%:

Кожевенный порошок 12-15

Продукты растворения коллагена 1,5-2,5

ПАВ 0,02

Вода остальное

Продукты растворения коллагена получают известным способом [3]. ПРК представляют собой полидисперсную систему, включающую продукты деградации коллагена с различной структурой.

Нерастворимый белок - коллаген - имеет многоуровневую структурную организацию и в процессе принудительного растворения согласно вышеназванной методике образует полидисперсную систему, содержащую агрегаты коллагеновых частиц, трехспиральные молекулы коллагена с молекулярной массой более 200 тыс.ед., способные к волокнообразованию; полипептидные цепи и их фрагменты с молекулярной массой не менее 100 тыс.ед., еще способные к пленкообразованию, а также компоненты с молекулярной массой 40 тыс.ед. и менее, обладающие клеющей способностью.

Кожевенный порошок получают путем измельчения в воздушно-сухом состоянии дубленых коллагенсодержащих отходов обувного производства: вырубка кожевенная, спуск кож, спилок кож, обрезь кож, шлифовальная пыль до размеров волокон 0,7-0,9 мм на полупромышленной роторно-ножевой мельнице РМ-120. В данной мельнице на выходе из камеры измельчения устанавливается сетка с определенным диаметром отверстий в зависимости от размера фракции, которую необходимо получить. В композиции используется фракция с размером волокон 0,7-0,9 мм.

Взаимодействие белковых компонентов полидисперсной системы ПРК, в т.ч. с молекулярной массой 40 тыс.ед. и ниже, соизмеримых с компонентами мездрового клея, и кожевенного порошка с размером волокон 0,7-0,9 мм обеспечивает процесс формирования структуры волокнистого пористого материала, что приводит к достижению заявленного технического результата.

Способ получения волокнистого пористого материала на основе коллагенсодержащей композиции состоит из следующих этапов: измельчение кожевенных отходов, диспергирование в воде с добавлением ПАВ, диспергирование с ПРК, замораживание, сублимационная и конвективная сушка.

Полученный кожевенный порошок смешивают с соответствующим количеством воды с добавлением ПАВ (например, полигексаметиленгуанидинхлорид). Для гомогенизации образовавшейся пасты используется емкость, снабженная лопастной мешалкой.

После получения гомогенной пасты в емкость в соответствующем количестве добавляют ПРК и смесь перемешивают до получения гомогенной массы.

При количестве ПРК менее 1,5 мас.% получаемый материал характеризуется низкой прочностью. Если же количество ПРК превышает 2,5 мас.%, то производство такого материала экономически не выгодно.

Полученную гомогенную массу помещают на поддоны и замораживают в течение 12 часов при температуре -20°С.

Сушку замороженного материала осуществляют в две стадии. Первая стадия - сублимационная сушка в течение 8 часов до влажности 30-35%. Вторая стадия - конвективная сушка при температуре 60°С до влажности материала 10-14%.

Примеры получения материала на основе коллагенсодержащей композиции следующие.

Вариант 1. Измельчают обувной лоскут хромового дубления до размеров волокон 0,9 мм. К 15 г полученного кожевенного порошка добавляют 35 мл воды и 0,02 г ПАВ (полигексаметиленгуанидинхлорид). Полученную дисперсию тщательно перемешивают. Затем добавляют ПРК в количестве 50 г с содержанием в нем 1,5 г сухого белка. Смесь перемешивают до получения гомогенной массы, распределяют в соответствующие формы в зависимости от размеров и толщины конечного продукта, который необходимо получить, замораживают, сушат.

Вариант 2. Измельчают обрезь кож хромового дубления до размеров волокон 0,7 мм. К 12 г полученного кожевенного порошка добавляют 23 мл воды и 0,02 г ПАВ (полигексаметиленгуанидинхлорид). Полученную дисперсию тщательно перемешивают. Затем добавляют ПРК в количестве 65 г с содержанием в нем 2,5 г сухого белка. Далее с композицией поступают так же, как описано в варианте 1.

Вариант 3. Измельчают обувной лоскут хромового дубления до размеров волокон 0,7 мм. Далее выполняют действия, описанные в варианте 1.

Вариант 4. Измельчают обрезь кож хромового дубления до размеров волокон 0,9 мм. Далее выполняют действия, описанные в варианте 2.

Физико-механические свойства, а также химический состав полученного волокнистого пористого материала представлены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Таблица 1
Показатель	Вар. 1	Вар. 2	Вар.3	Вар. 4	Прототип
Предел прочности при разрыве, МПа	1,05	0,85	1	0,95	0,08-0,15
Кажущаяся плотность, г/см3	0,38	0,39	0,38	0,39	-
Паропроницаемость, мг/(см2·ч)	2,6	2,5	2,6	2,5	-
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)	0,114	0,115	0,112	0,114

Таблица 2
Компонент, мас.%	Кожа хр. дубления	Коллагенсодержащая композиция
Гольевое вещество	75-80	78-80
Оксид хрома	4,5	3,6-4,3
Вещества, экстрагируемые органическим растворителем	3,5-5,0	3,2-3,6

Преимуществом полученного материала является простота состава коллагенсодержащей композиции, включающей, в основном, коллагенсодержащие отходы, что позволяет получить материал, по своему химическому составу близкий к натуральной коже. Полученный волокнистый пористый материал имеет повышенную прочность, оставаясь при этом натуральным и экологически безопасным.

Источники информации

1 Патент RU 2018540, С14С 13/00, 30.08.1994.

2. Патент RU 2198225, С14С 13/00, 10.02.2003.

3. Головтеева А.А., Куциди Д.А., Санкин Л.Б. Лабораторный практикум по химии и технологии кожи и меха. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1986, 310 с.

Коллагенсодержащая композиция, состоящая из дубленых коллагенсодержащих отходов, используемых в виде кожевенного порошка, полученного из отходов кож хромового дубления обувного производства, предварительно измельченного, и продуктов растворения недубленого коллагена, отличающаяся тем, что дополнительно содержит поверхностно-активные вещества (ПАВ), а кожевенный порошок измельчен в воздушно-сухом состоянии до размеров волокон 0,7-0,9 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кожевенный порошок	12-15
Продукты растворения коллагена	1,5-2,5
ПАВ	0,02
Вода	Остальное