Матричная изоляция наноструктуры коллагена мономерными уретанами Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 547.495

В. А. Сысоев

МАТРИЧНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ НАНОСТРУКТУРЫ КОЛЛАГЕНА МОНОМЕРНЫМИ УРЕТАНАМИ

Ключевые слова: коллаген, наноструктура, стабилизация, уретангликоль,

эффективность.

Изоляция наночастиц для сохранения особенностей наноструктуры объекта является актуальной задачей. Для стабилизации наноструктуры расщепленного коллагена с целью повышения эффективности хромового дубления исследованы гидроксилсодержащие уретановые мономеры.

Keywords: collagen, nanostructure, stabilization, urethanes, efficiency.

Nanoparticles isolation for the features of the object’s nanostructure to preserve is an urgent task. For the split collagen nanostructure stabilization, the efficiency of the chromium tanning to enhance, the hydroxyl containing urethane monomers investigated.

Коллаген является одним из наиболее распространенных в природе высокомолекулярных соединений. Это фибриллярный белок со сложной организацией, нерастворимые в воде формы которого образуют волокнисто-пористые структуры, являющиеся основным объектом переработки в кожевенной и меховой отраслях промышленности. Надмолекулярная структура коллагена представляет собой фибриллы, образованные из тропоколлагеновых частиц. Последние принято считать молекулами коллагена. Фибриллы имеют вид нитей диаметром от 50 до 100 нм, в которых чередуются кристаллические и аморфные участки с разной степенью полярности.

Зрелый коллаген представляет собой гликопротеин, содержащий сахариды, связанные с остатками гидроксилизина О-гликозидной связью [1]. Углеводные компоненты регулируют фибриллообразование, стабилизируют фибриллы, предотвращая их слипание и способствуя большей подвижности соединительной ткани дермы. Их удаление на подготовительных стадиях выделки кожи и меха приводит к разделению структурных элементов и расщеплению коллагена. При продольном расщеплении фибрилл могут образовываться субфибриллы, диаметром ~ 10 нм, филаменты - нити (4,5 - 5 нм) и полимерные макромолекулярные тяжи или ниточки (< 1,5 нм) [2].

Таким образом, в результате продольного расщепления коллагена мы имеем классические двумерные тела, дисперсность которых характеризуется двумя размерами, измеряемыми в нанометрах. Третий размер, определяющий макродлину волокна или нити, на дисперсность не влияет.

Стабилизация полученной в результате расщепления коллагена наноструктуры, отличающейся значительно большей поверхностью с некомпенсированной энергией имеет решающее значение для качественного проведения последующих операций. В частности, основные затруднения диффузии дубящих комплексов хрома в толщу кожевой ткани связаны с наличием многочисленных взаимодействий между цепями коллагена. Частично эта проблема решается в процессе пикелевания. Однако значительная часть групп коллагена,

ответственных за электростатические взаимодействия в условиях пикелевания не блокируется. К тому же при низких значениях рН аминные группы коллагена ионизированы, что является одной из основных причин уменьшения скорости диффузии хромового дубителя в дерму. В результате выбираемость хрома из рабочих растворов часто не превышает 50%. Переработка хромсодержащих отходов является сложной задачей. Они содержат токсичные химические вещества и имеют устойчивую к химическому воздействию молекулярную структуру.

Для повышения эффективности хромового дубления и снижения техногенного воздействия на окружающую среду в настоящей работе исследовано применение синтетического приема матричной изоляции двумерных наночастиц коллагена, образовавшихся после расщепления. Для этой цели были использованы описанные нами ранее [3,4] неизо-цианантные гидроксилсодержащие уретаны (НГУ) общей формулы:

СНз-СН-ОСО-ЫН-^ СН2(ОН) СН2(ОН)

I I I

СН2(ОН), где К - СН2ОН, ОСО-СН-СНз, СН2-1ЧН-ОСО-СН-СН3,

СН2-СН2-ОН,

соответственно НГУ-1, НГУ-2, НГУ-3, НГУ-4.

Высокая полярность и проникающая способность НГУ, а также особенности строения НГУ и близость значений когезионного взаимодействия уретановой группы (36,59 кДж/моль) и амидной (35,59 кДж/моль), составляющей пептидную связь, определяют высокую степень их сродства с коллагеном. Проведенные исследования показали, что пред-дубильная обработка кожевой ткани указанными соединениями обеспечивает не только более интенсивную и равномерную диффузию хромовых комплексов, но и непосредственное участие уретансодержащих компонентов в структурировании кожевой ткани. Температура сваривания опытных образцов по сравнению с контрольными повысилась с 760С до 81-970С (в зависимости от типа уретана); пористость выросла с 35,3% до 39,3-43,6%; показатель формирования объема вырос с 48% до 55,7-59,4%; усадка снизилась с 27,7% до 7,6-2,7%. Выбираемость хромового дубителя возрасла с 37% до 77% (для НГУ-2), а содержание его в рабочей ванне снизилась к концу процесса с 1,09 до 0,45 г/дм3. По всем физико-механическим показателям опытные образцы, превосходят полуфабрикат, выработанный по традиционной технологии.

Таким образом, исследованные в работе гидроксилсодержащие уретановые мономеры способны стабилизировать наноструктуру расщепленного коллагена, что повышает эффективность процесса хромового дубления, в результате возрастает качество дубления и снижается количество хрома в сточных водах.

Литература

1. Мари, Р. Биохимия человека / Р.Марри, Д.Греннер, П.Мейес, В.Родуэлл. Т.1. Пер. с англ.: - М: Мир, 1993. - 384 с.; Т2, - 415 с.

2. Михайлов, А.Н. Коллаген кожного покрова и основы его переработки. - М.: Легкая индустрия, 1971. - 528с.

3. Сысоев, В.А. Применение уретангликолей для увеличения эффективности дубления меховых овчин/ В.А.Сысоев, И. III. Абдуллин Е.А.Панкова // V Межрегион. науч.- практ. конф. - М -2003.-С .21-23.

4. Сысоев, В.А. Применение гидроксилсодержащих уретанов для создания экологически полноценных технологий дубления / В.А.Сысоев, И.Ш.Абдуллин, Е.А.Панкова // Сб.статей VII Меж-дунар.науч.-практ.конф. - Пенза. - 2004. - С.74-77.

© В. А. Сысоев - д-р техн. наук, проф. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ, [email protected].