皮革固体废弃物的超微粉碎、表面改性及其应用研究

摘要

本文以皮革固体废弃物为原料，利用超微粉碎技术，将其制备成超微皮革粉体，并先后以马来酸酐(MAH)、丙烯酸（AA）为改性剂对其表面改性，然后将超微皮革粉体和改性后的超微皮革粉体应用于合成革基布浸渍和皮革涂饰中，并对它们的应用性能进行了考察。通过探讨皮革固体废弃物的种类、超微粉碎前的预处理、超微粉碎机的参数等方面，确定了适合制备超微皮革粉体的条件。通过正交试验分别对MAH和AA改性超微皮革粉体的条件进行了优化。考察改性产品在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水中的悬浮稳定性，并对改性产品进行了粒径分布、红外光谱(IR)和同步热分析（TGA/DSC）的表征。将超微皮革粉体和改性后的产品应用在合成革基布浸渍中，对比了其应用性能；将最终改性产品应用在皮革涂饰中，研究了其应用性能。
　　 制备超微皮革粉体时，综合考虑研磨难易程度和收集到的粉体粒径，选择自然水分状态下、染色后羊皮服装革固体废弃物为原料，粉碎前使用酸或碱进行浸泡预处理，并处理成0.1mm～0.5mm的粗粒料；调整超微粉碎机的主机变频、风机变频和研轮调整杆装置，可以得到超微皮革粉体。
　　 以接枝率为指标，综合考虑经济效益，选择DMF为溶剂，采用正交试验，得到MAH改性超微皮革粉体的最优条件：使用没有经过干燥处理的超微皮革粉体10g，MAH用量为5g，反应温度为80℃，反应时间是3h。此条件下得到改性产品的接枝率为7.24％。以接枝率为指标，选择AA为接枝单体、过硫酸铵为引发剂，采用正交试验，得到AA再次改性超微皮革粉体的最佳条件：反应温度为90℃，加入AA为15g（皮粉用量为10g），引发剂占单体用量的2％，反应1h。该条件下AA的接枝率为39.7％。MAH改性的超微皮革粉体在DMF中悬浮稳定性变好，在水中稳定性也有所增加；AA接枝改性的产品在水中悬浮稳定性提高的不多。通过激光衍射粒度分析仪测定改性前后超微皮革粉体在水中的粒度分布，表明两次改性后皮粉在水中的分散效果有很大提高，粒径分布向小颗粒方向移动。IR和TGA/DSC分析结果表明，MAH和AA确实在皮粉上发生了反应，并导致其热性能发生改变。
　　 得到的超微皮革粉体和改性后产品及木粉用在合成革基布浸渍中，应用性能测试表明，加入15％MAH改性皮粉时的聚氨酯膜与加入同样量皮粉和木粉的聚氨酯膜及纯聚氨酯膜相比，具有优良的性能：透水汽性、饱和湿度下吸湿性能均比后三者高；抗张强度与纯聚氨酯膜的抗张强度相差不大，大于其他两种聚氨酯膜的抗张强度；断裂伸长率小于纯聚氨酯膜的断裂伸长率，但大于其他两种聚氨酯膜的断裂伸长率；24h吸水率远低于其他三种类型的膜，抗水性好；丙酮和乙酸丁酯中2h溶胀率均低于其他三种类型的膜，有一定的耐溶剂性。
　　 经MAH和AA改性后的超微皮革粉体应用在皮革涂饰中，成膜性能测试显示：加入改性皮粉的涂饰剂成膜的透水汽性有很大提高，饱和湿度下吸湿性能良好，抗张强度和断裂伸长率稍有下降；当加入量不超过20％时，各方面性能优良，适合用于皮革涂饰。