李文磊，赵玉梅，贺建梅

（甘肃省轻工研究院有限责任公司，甘肃兰州 730000）

制革固废物中约90%是胶原蛋白。提取胶原蛋白是制革固废物高值资源化利用的一项关键技术，其核心是寻找最佳的工艺技术和设计优化配方，采用正交设计技术能有效解决这一难题，满足生产实践的需求[1]。利用胶原蛋白复鞣坯革增厚明显，可赋予皮革粒面紧密、柔软丰满等优良性能。从制革固体废弃物中提取胶原多肽并制备复鞣剂、涂饰剂、加脂剂等应用于制革行业的研究近年来越来越受到重视。此外，胶原蛋白在造纸领域作为增强剂、胶黏剂、表面活性剂等也被广泛应用[2]。

该项研究是从几种提取工艺技术中优选确定较好的革屑水解工艺提取胶原蛋白[3]，利用正交实验对工艺步骤中各项参数进行了设计和优化，通过多因子多水平正交实验研究各因素对胶原蛋白水解提取率的相互影响，并最终得出通过制革固废物水解提取胶原蛋白的最佳工艺方案。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

废革屑、氧化镁、碱性蛋白酶、甲醛、亚硫酸氢钠、双氰胺、NaOH溶液、Na2S2O3溶液；烧瓶、搅拌器、水浴恒温振荡器、高速分离机。

1.2 实验内容及工艺技术研究

将预处理后的废革屑，加入MgO溶液，于70℃水浴振荡反应2h，然后加入碱性蛋白酶反应3h。在装有反应物溶液的烧瓶中，分别加入甲醛、双氰胺和Na2S2O3水溶液，调节pH，升温至85℃振荡反应2h。反应完成后降温出料，计算水解率。

1.3 配方设计与优化

选择五因子四水平的正交实验设计方案。五个影响因子分别为甲醛、双氰胺的摩尔比，磺酸基与双氰胺的摩尔比、胶原蛋白所占比例、pH以及反应温度；四个水平具体详见表1、表2。

表1 正交实验因素水平表

表2 正交实验设计表

2 结果与讨论

将反应生成的因素分别设定不同分值，见表3，最低为 1分，最高为 5 分。将表内所述稳定性、不溶物、甲醛含量、皮革增厚率、感官指标5项的得分相加得到综合得分，见表4。以综合得分为考核指标进行正交实验分析，见表5。由表3～表5可以得出，改性胶原蛋白复鞣填充剂的最优组合为A4B2C3D2E3，即具体因子为：甲醛和双氰胺的摩尔比为2∶1，磺酸基和双氰胺摩尔比为0.75∶1，胶原蛋白所占产品有效物质量比为20%，胶原蛋白反应的pH为8.5，反应温度为 85℃。实验证明，该组合反应生成物性能稳定良好，不溶物含量为0.49%，甲醛含量为0.88%，皮革增厚率为10.02%，复鞣填充效果为5分，综合得分为25分，为正交实验中所有组合实验各项指标值中的最优。

表3 对应分值表

表4 正交实验表

3 结语

1）通过正交实验得出了双氰胺改性胶原蛋白的最优组合A4B2C3D2E3，主次顺序为A ＞ B ＞ C ＞ D ＞ E；

2）复鞣填充后表明，改性蛋白具有与皮胶原良好的反应性，皮革舒适柔软无树脂感，其平均增厚率为10.02%，抗张强度较高，为24.62N/mm；

表5 正交处理表（极差分析法）

3）经实验验证和对实验结果测试分析，与正交设计相吻合，达到了配方研究的目的。