Применение уретановых олигомеров для матричной изоляции наноструктуры коллагена Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 547.495

А. Р. Гарифуллина, В. А. Сысоев

ПРИМЕНЕНИЕ УРЕТАНОВЫХ ОЛИГОМЕРОВ ДЛЯ МАТРИЧНОЙ ИЗОЛЯЦИИ НАНОСТРУКТУРЫ КОЛЛАГЕНА

Ключевые слова: Неизоционатный уретангликоль, наноструктура коллагена, бесхромовое дубление.

Для стабилизации наноструктуры расщепленного коллагена с целью повышения эффективности хромового дубления исследованы гидроксилсодержащие уретановые олигомеры.

Keywords: uretanglikol a neizocionat, nanostructure collagen, without hrom a tanning.

For the split collagen nanostructure stabilization, the efficiency of the chromium tanning to enhance, the hydroxyl containing urethane oligomers investigated.

Для ликвидации или уменьшения вредных последствий от использования хромовых соединений на предприятиях легкой промышленности одной из основных задач является поиск доступных нетоксичных дубящих соединений, обеспечивающих требуемые свойства кожевенного и мехового полуфабриката, и способных полностью или частично заменить хромовый дубитель [1].

Нерациональный расход дубящих комплексов хрома связан с низкой скоростью их диффузии в толщу кожевой ткани из-за наличия многочисленных взаимодействий между наноструктурными элементами коллагена. Эти элементы могут иметь размеры 10 нм и менее, и после продольного расщепления коллагена на предварительных стадиях обработки отличаться высоким уровнем поверхностной энергии. Последнее обстоятельство и определяет высокие энергии физических взаимодействий в расщепленном коллагене и необходимость создания существенных градиентов концентраций хромового дубителя. Для ускорения диффузионной составляющей процесса дубления путем матричной изоляции образующихся структур с активной поверхностью в работе [2], нами предложено использование мономерных неизоцианатных уретанов. В настоящей работе рассматриваются результаты применения для указанной цели олигомерных уретанов с повышенным содержанием метилольных групп (ОУ). Синтез ОУ описан нами в работе [3].

Повышенное содержание активных N-метилольных групп увеличивает вероятность более полного взаимодействия УО с белком, и, соответственно, позволяет предположить не только физический механизм изоляции, но и химического блокирования наиболее активных групп коллагена. Это подтверждается увеличением щелочной емкости (с 1,635 до 1,685 мэкв/г) и кислотного электрохимического эквивалента (с 1613 до 4000) кожевой ткани, сформированной с участием УО.

В результате реакции метилольных групп УО с ионизированными аминными группами белка, вместо ионизированной группы СОО-, образуется кислотная карбоксильная группа, обладающая более сильными кислотными свойствами, чем NH3+. Как следствие, щелочная емкость белка повышается. И, соответственно, снижение количества групп, являющихся акцепторами протонов -СОО- и NH2, будет способствовать понижению кислотной емкости белка.

Можно предположить, что свой вклад в формирование структуры кожевой ткани вносят и водородные связи, образованные метилольными группами УФО, не задействаванные по химическому механизму.

Полученные на основе проведенных исследований результаты по определению содержания оксида хрома в золе и выбираемости хрома из рабочего раствора показали эффективность использования УО для интенсификации процесса хромового дубления за счет глубокой диффузии хромовых комплексов в кожевую ткань меха и более равномерного их там распределения. Повышенное содержание дубителя в кожевой ткани приводит к увеличению прочностных характеристик мехового полуфабриката

С целью оптимизации режимов обработки меховой овчины уретановым олигомером нами было проведено планирование двухфакторного эксперимента. На основе полученных данных выведено уравнение регрессии и построены графики зависимости прочности кожевой ткани от рН среды (в которой обрабатывался образец) и концентрации УО. С аналитической точки зрения эксперимент представляет собой выявление связи отклика ”7”с рядом независимых переменных ”Х” и ”У”. Эта связь устанавливается с помощью уравнения регрессии, которое имеет вид

2=2,3697+1,4012Х+0,2044У, где 7 - прочность кожевой ткани;

X - рН среды;

У - концентрация УО.

Если все параметры правой части определены, мы располагаем полной информацией о виде и свойствах поверхности отклика, а это является предпосылкой для начала оптимизации функции ”7” т.е. прочности кожевой ткани.

Таким образом, исследованный в работе уретановый олигомер с повышенным содержанием метилольных групп способен стабилизировать наноструктуру расщепленного коллагена на стадии диффузии хромового дубителя и участвовать в структурировании наноструктуры коллагена, что повышает эффективность процесса хромового дубления и снижает количество хрома в сточных водах.

Литература

1. Панкова, Е.А. Повышение конкурентоспособности меховой продукции за счет применения новых химических материалов / Е.А.Панкова, В.А.Сысоев, И.Ш.Абдуллин // Сб.науч.стат. Междунар. науч.-прак.конф.студ. и мол.уч.: КГТУ, Казань, 2005. - С.44-66.

2. Сысоев, В. А. Матричная изоляция наноструктуры коллагена мономерными уретанами / В.А.Сысоев, А.Р.Гарифуллина // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №11. - С. 588-590.

3. Сысоев, В.А. Влияние уретанформальдегидного олигомера на процесс структурирования кожевой ткани при хромовом дублении / В.А.Сысоев, И.Ш.Абдуллин, А.И.Салимова, А.М.Семенов, Р.Г.Сафин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2005. - №2. - С. 291-295.

© А. Р. Гарифуллина - канд. техн. наук, инж. каф. плазмохимических и нанотехнологий высомолекулярных материалов КГТУ, gar.alf1984@rambler.ru; В. А. Сысоев - д-р техн. наук, проф. той же кафедры.