РАЗРАБОТКА СОСТАВА ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ И ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С КОЛЛАГЕНОМ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены разработки водорастворимых полимерных композиций на основе поличетвертичных солей для обработки натуральных кож. Изучением физико-химических свойств водных растворов полимерной композиции определен её оптимальный состав, отвечающий требованиям, предъявляемым к растворам, применяемым в процессе отделки натуральных кож, также изучены физико-механические, структурные, технологические и эксплуатационные свойства модифицированных натуральных кож.

ABSTRACT

The article presents the development of water-soluble polymer compositions based on the polyquaternary salts for the treatment of natural leather. The study of the departments of the physicochemical properties of aqueous solutions of the polymer composition determined its appearance, the properties to be tested for the solution used in the processing of natural leather, as well as the study of the physico-mechanical, structural, technological and operational properties of modified natural leather.

Ключевые слова: полимерная композиция, натуральная кожа, пропитка, четвертичная соль, модификация.

Keywords: polymer composition, genuine leather, impregnation, quaternary salt, modification.

В связи с особенностью климатических условий и методов консервирования кожи, получаемые из сырья, заготавливаемого в среднеазиатских республиках  в значительной степени подвержены отмину и отдушистости, имеют низкие прочностные свойства лицевого слоя и т.д. Скопление жира в дерме, особенно на границе сетчатого и сосочкого слоев и наличие пустот приводит к разрыхлению ткани, что обуславливает пониженную прочность шкур, а выработанные из них кожи обычно очень низкого качества и по физико-механическим показателям не соответствуют требованиям производства. Вопросы повышения качества и удлинения срока службы изделий из натуральных кож, как известно, решаются использованием в технологии их производства синтетических полимеров. Особую значимость при этом приобретают такие высокомолекулярные соединения, которые устраняют сырьевые дефекты, сохраняют гигиенические свойства кожи и ее исходную мягкость [1-4]. Из известных в литературе водорастворимых полимеров одним из наиболее перспективных являются акриловые полимеры, обладающие комплексом ценных свойств. Однако, как свидетельствует литературные данные, взаимодействие коллагена с акриловыми полимерами происходит в основном за счет образования водородных связей. Образование между коллагеном и полимером более прочных химических связей должно способствовать большему улучшению прочностных показателей кожи с одновременным увеличением срока их эксплуатации [5-7]. В связи с этим представляло интерес разработка эффективных композиций для отделки кож, содержащих полимерную четвертичную соль N, N-диметиламиноэтилметакрилата c аллилобромидом. Наличие в макромолекуле соли функционально-активных групп должно способствовать образованию прочной структуры «коллаген-полимер» и способствовать приданию коже устойчиво-высоких физико-механических показателей [8-10].

В основу выбора исходных материалов для создания полимерной композиции был положен принцип, предусматривающий предельную возможность дальнейшей практической реализации результатов исследований в кожевенной промышленности. Выбор полимерных композиций для обработки кожи проводился по следующим требованиям:

- растворимость в воде для исключения использования вредных органических растворителей, а также отсутствие запаха, горючести, летучести;

- простота осуществления процесса синтеза полимера для получения полимерной композиции.

Полимерная четвертичная аммониевая соль отвечает вышеуказанным требованиям.

Следует отметить, что наличие в структуре полимерной соли различных функциональных групп позволяет ему выполнять функцию   модификатора, образуя на поверхности кожи тонкую пленку.

Полиолы введенные в состав полимерной композиции способствует сохранению влажности, а также является хорошим пластификатором для коллагена и придает его макромолекулам дополнительные эластические свойства, что должно способствовать равномерному распределению композиции по всему объему кожи и улучшению его физико-механических свойств.

Полимерная композиция была приготовлена механическим смешиванием всех компонентов в соответствующей емкости при комнатной температуре: необходимое количество полимерной композиции наносилось на поверхность натуральной кожи специальным устройством. Затем обработанная кожа оставлялась на некоторое время для равномерной пропитки раствора по всей топографической поверхности кожи, после чего обработанная полимерной композицией кожа подвергалась испытаниям. Для подбора оптимального состава полимерной композиции нами были исследованы физико-химические свойства водорастворимой композиции в зависимости от количества глицерина и полимерной соли. Концентрация глицерина в растворе полимерной композиции изменялась от 1 до 10 % (табл.1). Как видно из приведенных данных, с увеличением количества глицерина в композиции увеличивается вязкость раствора, значение же поверхностного натяжения снижаются, что может оказать отрицательное влияние на процесс обработки натуральной кожи полимерными композициями. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к растворам, применяемым для обработки натуральных кож, оптимальной концентрацией глицерина в растворе композиции установлена 10% концентрация.

Таблица 1.

Физико-химические показатели полимерной композиции, в зависимости от концентрации глицерина. Содержание поличетвертичной соли-2,0%.

Изучено влияние концентрации полимерной соли на физико-химические показатели водных растворов композиции. Концентрация соли в композиции изменяли от 1,0 до 3,0 % (масс) при постоянной концентрации глицерина равной 10% (таблица 2).

Таблица 2.

Физико-химические показатели полимерной композиции в зависимости от концентрации полимерной соли

Как видно из полученных данных, увеличение концентрации соли в растворе полимерной композиции также способствует повышению вязкости раствора и уменьшению поверхностного натяжения.

На основании проведенных исследований выбран следующий оптимальный состав полимерной композиции, (% масс): поличетвертичная соль - 2,0; глицерин -  10, вода 88.

На основании данных спектроскопических исследовании, и учитывая литературные данные, предполагаем следующий механизм взаимодействия поличетвертичной аммониевой соли с коллагеном натуральных кож:

Предполагаемый механизм взаимодействия подтверждается адгезионными свойствами полимерной композиции по отношению к натуральной коже (табл.3).

Таблица 3.

Адгезионные свойства полимерной соли на основе диметиламиноэтилметакрилата с аллилбромидом к натуральным кожам

Повышение адгезионных свойств натуральных кож как козлины, так и бычины, обработанных полимерной композицией на основе диметиламиноэтилметакрилата с аллилбромидом подтверждает  образование прочных химических связей между взаимодействующими компонентами.

Таким образом, показано, что при обработке натуральных кож разработанной полимерной композицией на основе поличетвертичной соли N,N-диметиламиноэтилметакрилата с аллилбромидом  улучшается прочность при растяжении кожи бычины вдоль хребтовой линии на 6 % и поперек хребтовой линии на 8,2%, кожи козлины как вдоль хребтовой линии, так и поперек хребтовой линии на 10-12%, а также увеличивается разрывная нагрузка, прочность лицевого слоя.

Список литературы:

1. Энциклопедия полимеров. Изд. «Сов. энциклопедия», М., 1977, т.3, с. 89-101.
2. Гаврилова О.Е. Особенности проектирования и изготовления изделий легкой промышленности из современных комплексных полимерных материалов // Вестник технологического университета. - 2013. - №18 - С.136-140.
3. Covington A/D/ Theori on mechanism of tanning: present thinking and future implications for industry // J. Amer. Leather Chem. Assoc., 2002, v.97, N 2. -P.93.
4. Tomaselli M., Romagnuolo M., Naviglio B. Comparison among different systems of tanning: environmental and production aspects // J. Amer. Leather Chem. Assoc., 2002, v.97, N 1. -P.47.
5. Нарзуллаева А.М., Каримов М.У. Использование высших жирных спиртов в качестве сырья для органических добавок к синтетической коже из поливинилхлорида и исследование методов их получения // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 5(86). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11809
6. Никитина Л.Л. Обзор развития и состояния производства искусственных кож для изделий легкой промышленности // Вестник технологического университета. - 2013. - №21 - С.184-187.
7. Sellamuthu Nagappan Jaisankar, Sathya Ramalingam, Hariharan Subramani, Ranganathan Mohan, Palanivel Saravanan, Debasis Samanta, and Asit Baran Mandal . Cloisite-g-Methacrylic Acid Copolymer Nanocomposites by Graft from Method for Leather Processing. Industrial & Engineering Chemistry Research 2013. - №52 (4), 1379-1387. https://doi.org/10.1021/ie300290g
8. Исмаилова Р.М., Нигматова Ф.У., Аскаров М.А. Разработка полимерной композиции N,N-диметиламиноэтилметакрилата для улучшения некоторых свойств кожи  // Журнал композиционные материалы. 2001. -№ 2. -С. 31-33.
9. Исмаилова Р.М., Нигматова Ф.У., Аскаров М.А. Создание и исследование водорастворимой полимерной композиции на основе поличетвертичной соли N,N- диметиламиноэтилметакрилата для пропитки натуральных кож // Докл. АН РУз. 2001. -№ 10-11. -C. 49-51.
10. Исмаилова Р.М., Нигматова Ф.У. Разработка полимерной композиции для улучшения свойств кожи // Молодые ученые-развитию текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. Международн.  научно-техн. конф. - Иванова (Россия). 2001. -С.273-274.