制革化学关键基础问题研究——皮革胶原结构特征分析及其运动规律

摘要

皮革是一种具有多尺度结构的胶原基材料，研究和探索皮革加工、胶原纤维结构和皮革性能三者间的关系是制革化学领域研究的核心内容。在应力作用下胶原纤维存在两种不同尺度的运动形式，一种是胶原分子层面的运动，另外一种是较大尺度胶原纤维层面的运动。分子运动是建立材料结构与性能关系的桥梁，要正确建立皮革结构与性能间的相互关系，有两个关键基础问题需要明确:一是胶原分子的运动规律及影响因素;二是胶原纤维的运动规律及影响因素。围绕这两个问题，本文进行了研究。
　　对胶原纤维的结构特征进行分析，提出胶原纤维的凝聚态结构具有疏堆砌、取向态、体型结构和结晶态特征。对应力作用下胶原纤维的运动行为进行分析，指出胶原纤维的形态结构（卷曲状态）、取向结构（胶原纤维间的排列方式)纤维间质的物理性质及纤维与纤维间质间的界面作用等织态结构特征是影响胶原纤维运动的主要因素。
　　基于胶原纤维的结构特征，研究发现其热收缩转变遵循以下过程:取向结晶态胶原(N)→部分收缩取向无定形态胶原(D1)→非取向无定形态胶原(D2)→熔化非体型结构胶原(M)。
　　采用TEM、SEM、XRD、DMA、DSC和FTIR表征了胶原纤维的湿-干热收缩过程。TEM、SEM分析表明胶原纤维具有疏堆砌、取向态、体型结构特征，胶原纤维的收缩是种逐步收缩过程;TEM、SEM和XRD分析表明胶原纤维的热收缩是一种“原位”收缩，源于胶原分子所受横向平衡共价键力和轴向非平衡熵力的共同作用;DMA分析表明胶原纤维存在取向结晶态向取向无定形态、取向无定形态向非取向无定形态转变的两阶段解取向收缩和体型结构向非体型结构的粘流化转变。
　　对聚丙烯酸(PAA)与胶原纤维的相互作用过程进行研究发现，PAA主要是在湿-干态转变过程中影响胶原纤维的织态结构。从纤维运动角度分析了胶原纤维织态结构的湿-干态转变行为，表明胶原纤维的聚集存在相互靠近和结合的两个阶段，有序聚集和无序聚集两种趋势，毛细管压差作用力、纤维间氢键作用力和毛细管流粘附作用力是影响纤维运动的主要因素。
　　采用SEM、XRD、TEM和应力-应变分析表征了PAA填充革织态结构的湿-干态转变行为，表明:(a)毛细管压差作用力趋向于使胶原纤维有序聚集，在无毛细管压差作用力作用下，胶原纤维趋向于保持原有的分离状态;(b)胶原纤维间氢键作用力是影响胶原纤维聚集的重要因素，在无氢键作用力的情况下，胶原纤维趋向于保持原有的分离状态;(c)毛细管流是PAA与胶原纤维相互作用的载体，PAA填充后胶原纤维间形成了一种新的结合方式，毛细管流对胶原纤维的粘附作用;(d)随毛细管流粘附作用力的增加，胶原纤维无序聚集趋势增大。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

2 文献综述

2．1 引言

2．2 胶原纤维湿热变性／收缩研究进展

2．3 胶原纤维千热收缩／转变研究进展

2．3．1 胶原纤维干热转变研究进展

2．3．2 胶原纤维干热收缩研究进展

2．4 丙烯酸树脂鞣剂研究进展

2．4．1 丙烯酸树脂鞣剂与皮胶原纤维相互作用机制研究进展

2．4．2 丙烯酸树脂鞣剂结构与性能关系研究

2．5本文研究思路及内容

3 胶原基组织凝聚态结构特征分析

3．1 前言

3．2 胶原基组织的凝聚态结构特征分析

3．2．1 均相体系凝聚态结构特征分析

3．2．3 非均相体系织态结构特征分析

3．3 结论

4 胶原纤维湿热变形/收缩机制研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 分析测试方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 胶原纤维热收缩和热稳定机制分析

4．3．2 胶原纤维热收缩行为分析

4．3．3 湿热收缩对胶原纤维不同尺度结构的影响

4．4 结论

5 胶原纤维干热转变机制研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 实验材料

5．2．2 分析表征方法

5．3 结构与讨论

5．3．1 干热处理对胶原纤维不同尺度结构的影响

5．3．2 动态热机械分析(DMA)

5．3．3 变性绵羊皮胶原的DMA分析

5．3．3 示差扫描热量分析(DSC)

5．4 结论

6 胶原纤维织态结构湿--千态转变行为及P从作用机制

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 实验材料

6．2．2 聚丙烯酸鞣剂(PAA)的制备

6．2．3 PAA复鞣填充实验

6．2．4 结构表征

6．3 结果与讨论

6．3．1 PAA与胶原纤维相互作用过程分析

6．3．2 织态结构的湿--干态转变行为分析

6．3．3 胶原纤维聚集行为影响研究

6．4 结论

7 总结与展望

7．1 论文主要研究结论

7．2 论文主要创新电

7．3 展望

参考文献