CC BY
19
А. И. Салимова, И. Ш. Абдуллин, В. А. Сысоев
ВОЗДЕЙСТВИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ НА СТРУКТУРИРОВАНИЕ КОЛЛАГЕНА
ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ АЛКИЛЕНКАРБОНАТАМИ
Ключевые слова: полифункциональные алкиленкарбонаты, лапролат, плазменная обработка, хромовое дубление, коллаген.
Исследовалась возможность использования полифункциональных циклокарбонатных соединений в качестве структурирующего агента коллагена. Показано, что технология, сочетающая плазменную обработку и дубление с использованием лапролата, позволяет достичь требуемой температуры сваривания, исключая хромовое дубление.
Keywords: multifunctional alkylenecarbonates, laprolate, plasma processing, chromic tanning,
collagen.
Possibility of use multifunctional alkylenecarbonates connections as the structuring agent of collagen was investigated. It is shown that the technology combining plasma processing and tanning with use laprolate, allows to reach the excepting chromic tanning.
Создание доступных, нетоксичных дубящих соединений, обеспечивающих требуемые свойства кожевенного и мехового полуфабриката представляет научный и практический интерес. Поэтому были проведены исследования в области получения полифункцио-нального органического дубителя в качестве возможной альтернативы хромовому дублению.
Циклокарбонаты (ЦК) способны химически взаимодействавать с аминными группами белка при высокой степени их ионизации в условиях дубления. Это доказано химическим, вискозиметрическим, хроматографическим и потенциометрическим методами, в которых в качестве моделей белка использовали желатин и аминокислоту а-валин, а в качестве модели полифункционального ЦК, использовали - пропиленкарбонат [1]. Поэтому полифункциональный циклокарбонат может являться самостоятельным структурирующим агентом коллагеновых волокон.
Соединениями, содержащими более двух ЦК групп на молекулу, являются лапрола-ты - продукты химической модификации оксипропилированных полиспиртов [2].
Указанные соединения способны взаимодействовать при умеренных температурах с аминогруппами коллагена по реакции уретанообразования [3].
Аминолиз алкиленкарбонатов относится к реакциям нуклеофильного присоединения и протекает в достаточно мягких условиях по схеме:
-СН - СН2 - О(СО) + H2N- ^ СНз - СН(ОН) - С(0)0 - NH -1----- О -------1
Выявлено, что повышение функциональности реагирующих соединений приводит к увеличению общей скорости взаимодействия. Это подтверждают результаты кинетических
исследований аминолиза монофункциональных (пропиленкарбонат и октиламин) и ди-функциональных(гексаметилендиамин и дициклокарбонат) моделей.
Эффективность дубления кожевой ткани во многом определяется скоростью диффузии структурирующего агента в ее внутренние слои. Поскольку лапролат не является водорастворимым олигомером, для решения поставленной задачи исследовалось несколько способов его введения в толщу кожевой ткани [4].
Кроме того, был синтезирован полностью водорастворимый продукт на основе по-лиэтиленполиамина (ПЭПА) и лапролата марки 630М.
Установлено, что в системе, состоящей из равных количеств диметилформамида (ДМФА) и воды, лапролат хорошо растворяется и поглощается кожевой тканью. Использовался также эмульсионный способ введения без органического растворителя. Добавка 10% органического растворителя типа бутилцеллозольва (БЦ) позволяет эмульсию перевести в коллоидный раствор, из которого лапролат легко диффундирует в кожевую ткань. Проведенные исследования показали, что самостоятельное использование немодифициро-ванных лапролатов в качестве дубителей не приводит к требуемой степени структурирования коллагеновых волокон кожевой ткани. Температура сваривания образцов, выдубленных в этих системах уступает контрольному хромовому, о чем свидетельствуют данные таблицы 1.
Таблица 1 - Температура сваривания образцов различных видов дубления
Вариант дубления Температура сваривания, 0С
после дубления после дубления с применением НТП
Хромовое дубление 73 -
Лапролат + ДМФА 70 79
Лапролат + ПАВ 64 68
Лапролат + ПАВ + БЦ 69 69
Лапролат +ПЭПА 80 -
На рисунке 1 представлены кинетические кривые процесса структурирования коллагена. Причем, на начальном этапе дубления скорость процесса превосходит аналогичный показатель для контрольного образца, однако недостаточная функциональность не позволяет достичь более высокой степени структурирования.
Поэтому решено было провести обработку кожевой ткани шкуры низкотемпературной газоразрядной плазмой, которая как было отмечено ранее [5], приводит к ее структурным изменениям, способствующим интенсификации протекания жидкостных процессов, в основном за счет ускорения диффузии компонентов раствора во внутренние слои обрабатываемого материала. Кроме этого, в рассматриваемом нами случае, электроны высокочастотной емкостной (ВЧЕ) плазмы должны нейтрализовать положительный заряд на аминогруппах белка, значительно повысив нуклеофильность азота этих групп. В совокупности оба этих фактора направлены на повышение степени структурирования коллагеновых волокон кожевой ткани.
Результаты обработки образцов меховой овчины ВЧЕ-разрядом в условиях динамического вакуума при выбранном режиме (мощность разряда 1,2 кВт; давление в камере 26,6 Па; время обработки 3 мин.) подтверждают выдвинутые предположения (табл. 1).
Время,ч
хромовое дубление ■ лапролат+ПАВ+БЦ лапролат+ПАВ м лапролат+ДМФА
лапролат+ПЭПА
Рис. 1 - Зависимость температуры сваривания от времени дубления
Очевидно, плазменная обработка снижает активационный барьер взаимодействия вторичных аминных групп с циклокарбонатными группами. Возможно, высокоэнергетическая обработка приведет и к увеличению скорости других возможных реакций структурирования коллагеновых волокон.
Таким образом, при исследовании возможности применения олигомерных полициклокарбонатов в качестве дубителей кожевой ткани показано, что технология, сочетающая плазменную обработку и дубление с использованием лапролата марки 630М, позволяет достичь требуемой температуры сваривания, исключая хромовое дубление, что характеризуется повышением температуры сваривания до 79 0С, что является успешной альтернативой традиционным методам хромового дубления.
Литература
1. Сысоев, В.А. Исследование взаимодействия мономерных циклических карбонатов с аминными группами белка /В.А.Сысоев, И.Ш. Абдуллин, А.И. Салимова, Е.А.Панкова // Вестник Казан. тех-нол. ун-та. -2003. - №1. - С.110-112.
2. Сысоев, В.А. Неизоцианатные полиуретановые покрытия на основе лапролатов /В.А.Сысоев, В.В.Михеев // ЛКМ и их применение. - 1996. - №12. - С.4-5.
3. Михеев, В.В. Взаимодействие органических карбонатов с аминами / В.В.Михеев, В.А.Сысоев, Н.В.Светлаков, Р.Х.Гумерова // ЖорХ, т.19, 1983, № 3.- С.498-500.
4. Сысоев, В.А. Применение полициклокарбонатов для структурирования коллагена /В.А.Сысоев, И.Ш. Абдуллин, А.И. Салимова // Вестник Казан. технол. ун-та . - 2004. - Ч.1.
5. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях / И.Ш.Абдуллин, В.С.Желтухин, Н.Ф.Кашапов // Теория и практика применения. - Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2000. -348 с.
© А. И. Салимова - канд. техн. наук, доц. каф. дизайна КГТУ, [email protected]; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; В. А. Сысоев - д-р техн. наук, проф. той же кафедры.
