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皮革中存在六价铬的问题已经成为整个行业的心腹之患。在世界范围内,皮革中六价铬的问题仍处于探索阶段。关于皮革中六价铬成因,最难以克服的,也是研究的焦点集中在皮革生产中很难回避的不饱和加脂剂。本论文采用新的实验方法研究了不饱和油脂对三价铬氧化为六价铬的影响及氧化机理,同时对三价铬Cr(Ⅲ)在皮革中的存在状态对六价铬产生的影响作了较为系统的研究。
在以往的研究中都是采用传统的制革工艺,在皮革加工过程中寻找可能影响六价铬Cr(Ⅵ)生成的各种因素。由于在制革过程中干扰条件多,在研究中往往难以找到确切、直接的原因,因此本论文针对以上存在的问题,在实验手段和内容上进行了创新,同时得出了具有创新意义的结论:
(1)在实验选材上,打破了传统的以皮革为对象进行研究的框架,而选择海绵代替皮革,让铬液和油脂等化学物质在海绵这种载体上进行反应。因为海绵作为一种多孔物质,比表面积大,这与皮坯的物理结构有些相似,可以增大与空气的接触面积,使油脂能够较为充分的氧化。实验中所用的海绵是普通海绵,它是一种软质聚氨基甲酸脂,化学成分较为单一,而且在实验条件下它的性质较为稳定,因而对实验不会造成影响。
(2)在实验手段上,打破了传统的皮革加工过程中寻找六价铬影响因素的老思路,而是模拟制革中油脂与Cr(Ⅲ)所处的环境,让铬液与油脂等化学材料以海绵为介质直接进行反应,控制反应的温度、湿度、pH值等条件,定期测定油脂的过氧化值和碘值,以及体系中生成的六价铬的含量。这种实验方法,摆脱了制革过程中各种复杂因素的干扰,使研究更为明确,实验结果也更加可靠。
(3)将研究的焦点集中在油脂的双键上,不是推测可能发生的化学反应,而是用实验的手段揭示油脂双键及其周围所发生的化学反应。不但定期测定Cr(Ⅵ)的量,同时测定与之相应的油脂的碘值和过氧化值的变化,并用红外光谱测定油脂在化学反应前后的结构变化。这样有助于了解不饱和油脂与Cr(Ⅲ)相互作用的过程及反应机理。
(4)应用络合剂EDTA代替皮胶原蛋白的羧基,把它与铬液以不同比例直接进行混合,以海绵为介质进行反应,控制一定的反应条件,观察三价铬被氧化的情况,定期测定六价铬的生成量以及油脂的过氧化值和碘值,进一步明确三价铬的存在状态对六价铬生成的影响。
(5)用对比的方法研究了对六价铬影响最大的亚硫酸化鱼油加脂剂,亚硫酸化植物油加脂剂以及生鱼油的碘值和氧化时油脂过氧化值的大小对皮革中六价铬生成的影响,以油脂氧化的自由基理论为基础,阐明了油脂过氧化值与六价铬生成量的关系。
(6)通过以上实验初步得出如下结论:①温度、氧气、pH值和紫外光照射对三价铬的氧化有很大影响,高温、高pH值以及紫外光照射都可以大大促进六价铬的生成。②不饱和油脂的存在对六价铬Cr(Ⅵ)的生成有促进作用。不饱和油脂的氧化反应主要是发生在与双键相连的a-H上;③各种油脂发生氧化时,其过氧化值都是先增大,当达到一个最大值后就开始呈现下降的趋势。④游离状态的三价铬Cr(Ⅲ)和络合状态下的三价铬Cr(Ⅲ)对油脂的氧化都有一定的催化作用,可以加速油脂的氧化。⑤铬Cr(Ⅲ)的存在状态对三价铬氧化为六价铬Cr(Ⅵ)有重要影响。游离状态下的三价铬Cr(Ⅲ)较容易被氧化为六价铬,络合状态下的三价铬即使在环境条件很适宜的情况下也很难被氧化为六价铬。⑥体系中游离自由基的存在可以大大促进三价铬的氧化,而并不是油脂氧化时过氧化值越大,生成的六价铬就越多。
本论文所采用的实验方法与以往的皮革加工中的对比实验相比,排除了制革过程中的众多干扰因素,能更直观、更有效地观察到不饱和油脂对六价铬生成的影响以及在氧化过程中油脂结构的变化,但是这种研究方法在模拟相关条件时需要解决不少问题,这在国内外的相同研究中是首次。