（制浆造纸工程专业论文）胶原纤维和植物纤维复合吸音材料制备和性能的研究.pdf

胶原纤维和植物纤维复合吸音材料制备和性能的研究 摘要 皮革固体废弃物的资源化利用是皮革工业可持续发展所面临的 一个重要问题，同时噪音污染也成为人们生活所面临的一个严峻的 问题，社会对新型经济实用的吸音材料的需求呈迅猛增长之势。本 论文在系统的研究废革屑打浆性能的基础上，将制得的胶原纤维与 植物纤维复合抄造，开发出一种复合吸音材料，以适应现代社会对 吸音材料的需求。论文对该复合材料物理性能及植物纤维和胶原纤 维结合机理进行了研究分析，并对该材料的应用进行了展望，为皮 革废料在造纸工业中有效利用提供了一定的理论和技术支持。 废革屑可以利用单纯机械打浆的方法得到分散的胶原纤维浆 料，较佳的打浆工艺条件为：打浆浓度为1 0 ，打浆转数为 4 0 0 0 8 0 0 0 r ，细浆得率可达8 4 以上。 废革屑利用化学机械相结合的方法打浆也可以得到胶原纤维， 同时可以缩短打浆时间，其较佳的工艺条件为：氧化镁处理温度：2 5 ，液比：1 ：9 ，处理时间：1 5 h ，p f i 磨浆机中打浆3 0 0 0 转。 胶原纤维浆与植物纤维浆料混合，可以明显提高植物纤维浆料 的z e t a 电位，有利于提高留着率，提高抄造性能。同时，使浆料的 滤水性能有所下降。 机械打浆胶原纤维和化学机械打浆胶原纤维对纸页抗张指数、 撕裂指数、耐破指数以及松厚度均有一定影响。加入胶原纤维后纸 页的表面接触角均有所增加，纸张的表面抗水性增强。同时随着胶 原纤维用量增加滤水时间变长。蛭石粉可以在胶原纤维和植物纤维 复合材料中保持较高的留着率，其用量保持在1 5 左右比较合适。 利用红外光谱仪、扫描电镜以及差式扫描量热仪对纸页进行分 析发现：胶原纤维使得纸页的物理强度发生改变，热稳定性得以提 高。其原因是胶原纤维和植物纤维之间发生了相互作用，除了氢键 结合外，还有离子键和共价键等的形成。 胶原纤维及胶原纤维材料具有特殊的三维螺旋结构，有微孔吸 音和共振吸音的双重特点。可以用作吸音材料。 胶原纤维和植物纤维可以配抄具有良好吸音性能的吸音材料， 其平均吸音系数可达0 5 以上，具有良好的中高频吸音性能和一定的 低频吸音能力，是一种良好的吸音材料。胶原纤维形态、不同处理 方法、用量以及纸页的松厚度和纸页结构特征对该吸音纸吸音性能 有较大影响。该吸音纸对不同频率声波的吸收能力不同。添加蛭石 粉在胶原纤维和植物纤维复合材料中，可以改善纸页的吸音性能， 使其吸音能力变得稳定。 利用胶原纤维和植物纤维制备吸音材料，可以有效处理大量的 皮革废料，充分利用自然资源，为造纸提供一种新型材料，促进了 造纸和皮革工业的可持续发展，具有很好的应用前景。 关键词：废革屑，打浆，胶原纤维，纸张性能，吸音系数，吸音材 料 s t u d yo np r e p a r a t i o na n dp r o p e r t r e so f c o m p o s i t es o u n d a b s o r p t i v em a t e r i a l s m a d eb yc o l l a g e nf i b e ra n dp l a n t f i b e r a bs t r a c t t h eu t i l i z a t i o no fl e a t h e rs o l i dw a s t er e s o u r c ei sam a jo rp r o b l e m t h a tt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h el e a t h e ri n d u s t r yf a c e s ，a n dt h e n o i s ep o l l u t i o nh a sb e c o m eas e r i o u sp r o b l e mf a c e db yp e o p l e sl i f e ，t h e n e e do ft h es o c i a lf o rt h ee c o n o m i ca n dp r a c t i c a ln e ws o u n d - a b s o r b i n g m a t e r i a li sar a p i dg r o w t hp o t e n t i a l i nt h i sp a p e r ，o nt h eb a s i so ft h e + s y s t e mr e s e a r c h i n g o nt h ew a s t e s h a v i n g s b e a t i n gp e r f o r m a n c e ， d e v e l o p i n g as o u n d a b s o r b i n gc o m p o s i t em a t e r i a lw i t ht h ec o l l a g e n - f i b e ra n dp l a n tf i b e r ，t oa d a p tt ot h en e e d so fs o u n d - a b s o r b i n gm a t e r i a l b ym o d e r nw o r l d a n dt h et h e s i sd o e ss o m er e s e a r c ha n da n a l y s i so n t h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t em a t e r i a la n dt h em e c h a n i s mo f p l a n tf i b e ra n dc o l l a g e nf i b e r ，a n dm a k eap r o s p e c tf o rt h ea p p l i c a t i o no f t h e m a t e r i a l ，a n dp r o v i d e s at h e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n dt e c h n i c a l s u p p o r tf o re f f e c t i v eu s i n g o ft h el e a t h e rw a s t ei nt h ep a p e r m a k i n g i n d u s t r y w ec a ng e td i s p e r s e dc o l l a g e nf i b e rs u s p e n s i o n sf r o mt h ew a s t e s h a v i n g sb yu s i n gp u r e l y m e c h a n i c a l b e a t i n g ，t h e b e t t e r b e a t i n g t e c h n o l o g y ：b e a t i n g c o n c e n t r a t i o no f 1 0 ，b e a t i n gt o af e wf o r 4 0 0 0 8 0 0 0 r ，t h ey i e l do fs c r e e np u l pi sa b o v e8 4 w ec a na l s or e c e i v ec o l l a g e nf i b e rf r o mw a s t es h a v i n g sb yu s i n ga c o m b i n a t i o nm e t h o do fc h e m i c a lm e c h a n i c a lb e a t i n g ，a tt h es a m et i m e t h i sw a yc a ns h o r t e nt h eb e a t i n gt i m e ，t h eb e t t e rp r o c e s sc o n d i t i o n s ： t e m p e r a t u r e ：2 5 o f t h e m a g n e s i u mo x i d e ，l i q u i d r a t i o ：1 ：9 ，t h e p r o c e s s i n gt i m e ：1 5h ，p f ir e f i n e r ：b e a t i n gt o3 0 0 0 r c o l l a g e nf i b e ra n dp l a n tf i b e rm i x e dp u l pc a nm a r k e d l yi m p r o v e t h e p l a n tf i b e rp u l p sz e t ap o t e n t i a l ，t h es y s t e mh e l p si m p r o v er e t e n t i o n ， i i i i n c r e a s i n gp a p e r m a k i n gp e r f o r m a n c e a t t h es a m et i m e ，t h e p u l p f i l t r a t i o np e r f o r m a n c eh a sd e c l i n e d m a c h i n e r yb e a t i n gc o l l a g e nf i b e ra n dc h e m i c a lm a c h i n e r yb e a t i n g c o l l a g e nf i b e rh a v ec e r t a i ni m p a c to nt h ep a p e rt e n s i l ei n d e x ，t e a ri n d e x ， b u r s ti n d e xa n da l s ot h eb u l kd e n s i t y a f t e ra d d i n gc o l l a g e nf i b e r ，t h e p a p e rs u r f a c ec o n t a c ta n g l ei n c r e a s e s ，a n dt h ep a p e r s u r f a c ew a t e r r e s i s t a n c ei n c r e a s e s a tt h es a m et i m ea st h ea m o u n to fc o l l a g e nf i b e r i n c r e a s i n ga n dt h ed r a i n a g et i m ei n c r e a s i n g v e r m i c u l i t ep o w d e rc a n m a i n t a i nar e l a t i v e l yh i g hr e t e n t i o ni nt h ec o l l a g e nf i b e ra n dp l a n tf i b e r c o m p o s i t em a t e r i a l ，i t sa m o u n tr e m a i n s a ta b o u t 1 5 b e i n gm o r e a p p r o p r i a t e i tc a nb ef o u n dt h r o u g hu s i n go fi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ，s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p ya n dd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t e rt h a tc o l l a g e n f i b e rc a nm a k et h ep a p e r sp h y s i c a l s t r e n g t hc h a n g e ，t h e t h e r m a l s t a b i l i t y c a nb e i m p r o v e d t h e r e a s o ni st h a t h a v i n gh a p p e n e d i n t e r a c t i n gb e t w e e nt h ec o l l a g e nf i b e r sa n dp l a n tf i b e r ，a n di na d d i t i o n t oh y d r o g e nb o n dc o m b i n e s ，s t i l lh a v i n gi o n i cb o n da n dc o v a l e n tb o n d s f o r m a t i o n c o l l a g e nf i b e ra n dc o l l a g e nf i b e rm a t e r i a lh a v es p e c i a ls t r u c t u r e ， a n dh a v et h ed o u b l ef e a t u r e so ft i n ys o u n d - a b s o r p t i v ea n dr e s o u n d i n g s o u n d a b s o r p t i v e t h e yc a nb eu s e da ss o u n d - a b s o r b i n gm a t e r i a l c o l l a g e nf i b e ra n dp l a n tf i b e rc a nb ec o p i e dw i t hs o u n d - a b s o r p t i v e m a t e r i a lw h i c hh a sag o o ds o u n d a b s o r p t i v ef u n c t i o n ；t h ea v e r a g es o u n d a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n ti sa b o v e0 5 ，h a sag o o dh i g h f r e q u e n c ya c o u s t i c p e r f o r m a n c ea n dac e r t a i na b i l i t yo fl o w - f r e q u e n c ya c o u s t i c ，w h i c hi s a g o o ds o u n d - a b s o r p t i v em a t e r i a l c o l l a g e n f i b e r sf o r m ，d i f f e r e n t t r e a t m e n tm e t h o d s ，a m o u n ta sw e l la st h ep a p e r sb u l kd e n s i t ya n dt h e s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i co ft h ep a p e rh a v ec o n s i d e r a b l ei n f l u e n c eo nt h e a c o u s t i c p e r f o r m a n c eo f t h e s o u n d a b s o r p t i v e m a t e r i a l t h es o u n d a b s o r p t i v ep a p e r h a sd i f f e r e n t a b s o r p t i o nc a p a c i t y t ot h ed i f f e r e n t f r e q u e n c ys o u n dw a v e a d d i n gv e r m i c u l i t ep o w d e ri nt h ec o l l a g e nf i b e r a n d p l a n t f i b e r c o m p o s i t em a t e r i a l ，t h i s c a n i m p r o v e t h e p a p e r s a c o u s t i c p e r f o r m a n c e ，m a k i n g i t s s o u n d - a b s o r p t i v ea b i l i t y b e c o m e i v s t a b l e u s i n g o f c o l l a g e n f i b e ra n d p l a n t f i b e rc a n p r o d u c e s o u n d _ a b s o r p t i v em a t e r i a l ，t h i s c a ne f f e c t i v e l yd e a lw i t hal a r g en u m b e ro f s c r a pl e a t h e r ，a n dm a k ef u l lu s eo fn a t u r a lr e s o u r c e s ，w h i c hp r o v i d e sa n e wt y p eo fp a p e rm a t e r i a l ，a n dp r o m o t e st h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o ft h ep a p e ra n dl e a t h e ri n d u s t r y ，h a v i n gg o o dp r o s p e c t s k e y w o r d s ：w a s t es h a v i n g s ，b e a t i n g ，c o l l a g e nf i b e r s ，p a p e rp r o p e r t y ， s o u n d a b s o r p t i v ec o e f f i c i e n t ，s o u n d a b s o r p t i v em a t e r i a l v 陕西科技大学硕十论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 查1 垂i 塾 日 期： 2 q q 墨生主旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文和；1 2 编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文 全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 美慧篓嚣嚣也e l 一衄旦 论文作者签名：刘卫铭导师签名：盅互兰当兰期：2qq ! 生! 旦 胶原纤维和植物纤维复合吸音材料制备和性能的研究 第1 章绪论 1 1 胶原纤维概述 1 1 1 胶原的结构特征 胶原是生皮中最重要的纤维蛋自，是组成细胞外闻质( e x t r ac e l l u l a rm a t r i x ， e c m ) 的最重要的功能蛋白，几乎存在于动物机体的一切组织中，主要富含于 皮、骨、肌腱、韧带、盘管及其它结缔组织。据统计，自然界从l 氐等的无脊椎 动物到高等的哺乳动物，总共大约有5 0 0 亿吨以上的胶原。迄今为止，已发 现2 7 种不同类型的胶原，其中最常见的是l 型、l l 型、珏l 型胶原。 i 型胶原是生皮中最丰富的胶原，其单体为原胶原，原胶原分子呈细棒状， 长2 8 0 n m ，童径1 5 n m ，相对分子质量约3 0 万。每一分子由三条肽链组成，两 条0 【( i ) 链，一条l o ( i i ) 链，c t ( i ) 链和( 3 t ( i i ) 链只是在氨基酸连接顺 序上孬在微小差异，两条伐链形成的二聚体瑟q8 一肽链，三条肽链弱q 了一肽链”，。 胶原与其它蛋白质一样，具有一、二、三、四级结构，结构图见图1 。1 。1 胶原的一级结构是指其程链特定的氨基酸顺序，胶原a 链最大特征是氨基酸呈现 g l y x y 周期性排列，( 3 t 链由1 0 5 2 个氨基酸残基构成，g l y p r o y 三肽占g l y x y 三肽总和的1 3 。g l y p r o y 三肽的存在使得q 链形成胶原特有的、紧密的左手 螺旋，从而构成胶原的二级结构。甘氨酸的存在又使得胶原特有的兰条左旋a 链相互缠绕形成一股紧密右手复合螺旋结构，形成胶原的三级结构，这一区段 称为螺旋区段，螺旋区的末端由两条短肽组成，分别叫c 一端肽和n 端肽“。 匪级结构一般是指原胶原分子按“四分之一错列 方式超分予聚集形成很稳定 的韧性很强的原纤维，原纤维进步聚集形成胶原纤维，胶原分子间聚集依靠 氢键、离子键和疏水作用藤形成，除这些作用外，分子内及分子阆的共价交 联赋予胶原高度的物理化学稳定性。此类共价交联一般认为随着年龄增长而增 加，致使皮肤、血管等变得缺乏弹性。 g 1 ) ，p r oyg炒x h y p r 疆 ， ：妙o o y 臣 一铲人 (。伊h h - k 一 ；眇0 0 一耿 一 、 融可。 一 r h 叉 陕两科技大学硕士论文 6 年7 0 r i m ： 胶原微纤维 月、irh7l p e 卜1 0 掘3 6 个氨糟残基、五舞厂 一腮球舭 ，、 么二。 墓豇一! 墨翩，k 、 甘一脯一y 一 甘一脯一羟脯甘一x 羟脯一甘一x 一羟赖一甘 b ) 图l 一1 胶原的结构 f i g 1 - 1t h es t r u c t u r eo fc o l l a g e n ( a p r e m i e ra m i n o p h e n o ls e r i a l ；b q u a r t e rs t a g g e rs t r u c t u r e ； c s u bl e f t h a n dh e l i xa n dt h i r dr i g h t h a n dh e l i x ) ( a 、首级氨基酸序列；b 、四分之一错位结构；c ，次级左手螺旋和第三右手螺旋) 胶原纤维为粘弹性体，有明显的滞后，应力松弛特性，很小的应变就会引 起很高的应力，刚性很强。在拉伸实验中，胶原纤维于开始稍有伸长，但随着 载荷增加，其强度迅速增大直至到达屈服点，其后就发生非弹性变形。正常情 况下，胶原纤维的变形范围为6 - - 8 ，破坏时的最大应变也只有1 0 1 5 ， 可见，胶原纤维韧性大，抗张力强，。各型胶原蛋白与胶原纤维力学特性的关 系尚无报道。胶原纤维的力学特性以其正常结构为物质基础。 1 1 2 国内外胶原的应用研究概况 胶原分子的天然独特骨架，使得动物皮被大量用于制革，而制革工业中只 有2 2 3 0 的胶原变成革，其余的都在制革过程中作为片、屑、沫和修边屑 等固体废弃物被扔掉。据资料，每年印度排出的制革废弃物约有1 5 万吨， 2 胶原纤维和植物纤维复合吸音材料制备和性能的研究 美国有6 万吨，而我国是制革大函，年加工投产1 7 亿张皮，有1 4 0 万吨凌弃 物产生，若丢弃数蹙如此臣大的废弃物，不仅造成严重环境污染，而且是资源 的极大浪费。对制革废弃物的处理和回收利用在1 9 2 8 年就有意大利入报道过， 几十年来国内外学者对此进行了广泛深入的研究，己在食品、饲料、化妆品、 肥料和鞣剂等领域得到一定程度的应用。 近2 0 年来，以美、因为首的国外研究者对制革废弃物中胶原蛋白的利用 进行了较多研究，这些研究涉及在食品、饲料、化妆品、肥料和生物医学领域 的应用，其中利用制革皮边角余料制造食品包装材料和食用胶原的报道最多 h - l a ，。且日本早已将胶原蛋白食品作为“健康食晶 推向市场了“。在美国， 牛皮产量的1 0 ( 二层灰皮或皮屑) 用于生产食用级胶原，牛皮灰皮碎料己成 为食用级胶原的主要来源。匿前美国东部农业中心又在进行从含铬废弃物中提 取工业用胶原的研究”。 融于胶原蛋自具有保护、支持人体组织及骨骼张力强度及粘稠性等特性， 使得胶原在生物医学材料领域有广阔的应用前景 1 0 - 1 8 ，。国外研究者对胶原基生 物材料的研究已有一段历史了。2 0 世纪8 0 年代后期d a v i s o n 率请了胶原蛋自 生物材料的专利，进入2 0 世纪9 0 年代，随着人们对胶原增殖细胞为首的生物 功麓的认识，国内外有关胶原基生物材料的研究报道曰益增多，报道表明胶原 蛋自在骨科、外科、皮肤科、心脏血管外科、神经外科、牙科及眼科等领域临 床应用前景较好，这些报道所溺的胶原蛋自多来自动物肌腱、心脏和软嚣等， 资源少，价格贵。利用制革皮边角余料制备胶原基医药品和生物材料的报道迄 今仅偶见国外的少数凡例，其中较有代表性的是园本学者冈树浩等的研究，该 课题组探讨了利用制革灰皮边角余料中提取的胶原蛋自制备手术线、人工皮肤 和高档化妆品的方法n ”1 9 。近年美国的c a b e z a 等又研究了从含铬废弃物中分离 出明胶制备微胶囊的方法，国内潘志娟等初步探讨了铬革屑提取的胶原蛋白 律创伤敷料的应用耱”。 囡内外对废革屑的利用大致可以分为两个方向：宏观物理性能，即它的 纤维性能。胶原纤维除具有一般纤维相同的机械强度外，还有独特的摩擦性、 耐热性、吸音性、吸水性和对其它物质的吸着性能引。因此在这个方向上，废 革屑主要被孀来枫械解纤后单独与撼、麻、丝等纤维混合生产再生革、无纺布、 人造革基底材料、混纺纤维等，或通过物化处理与草浆、木浆等一起用予造纸 。内在性能，即其所含胶原的生物功能上，如：促进细胞生长、止直、生 物相容性、生物降解性、低抗原性和营养性等。与此相适应，如何从废革屑中 最大限度地提取出离品质酌胶原蛋自产品便被放在首位。 3 陕西科技人学硕士论文 1 2 胶原在造纸中的应用概况 胶原在造纸上的应用，国外涉及较少，而国内则比较重视，已开展了多方 面的研究。胶原作为功能材料，既可以附着在纸上，也可以添加到纸内，或者 制备成多种添加剂改善纸张的性能。胶原是蛋白质，分子链上有相当多的活性 基团，如氨基、羟基、羧基等，具有特殊的反应性，能与纸张中的纤维素分子 上的羟基产生化学结合，使纸纤维之间的结合力增大，从而使纸张的物理强度 得以提高。胶原分子的亲水集团具有天然的保湿和导湿性，也会赋予纸张更好 的保湿性，如生产纸尿布、妇女卫生巾、纸内衣等使用的纸，在吸收了一定量 的水分后，并不会有潮湿的感觉。 现在造纸化学品种类很多，用量也很大，有相当一部分在环境中是不可降 解的，用胶原或改性胶原材料来代替，则可制造在环境中可降解的纸制品。 1 2 1 胶原纤维在造纸中的应用类别 胶原纤维在造纸中的应用按其成型物主要可以分为纤维形态和非纤维形 态两种。前者是在应用中尽量保持胶原的纤维形态，如制成纸类；而后者在应 用中则主要以胶原的非纤维形态，如粉体、膜材、施胶剂、涂饰剂、填加剂等。 如果按应用方法分，可以通过喷涂、浸渍将功能材料附着在纸上，从而赋予纸 张特殊的功能；也可以胶原纤维为原料制备纸张，保留胶原的纤维形态。根据 用途可分为干湿增强剂、助留助滤剂、涂饰剂、施胶剂、絮凝剂、保湿剂、 膜、纸等。根据实际需要分为改性胶原纤维和非改性胶原纤维，也可以根据胶 原纤维的来源分为含铬纤维和不含铬胶原纤维、猪牛羊等胶原纤维，还可以根 据皮革鞣制方法的不同，分为无机鞣胶原纤维、有机鞣胶原纤维及植物鞣胶原 纤维。按纤维形态产物的价值分为高附加值纸和普通纸。按纸的档次分为高档 纸和低档纸。按胶原纤维的外观分为液体胶原纤维和固体胶原纤维两种。另外， 也可以根据胶原纤维从动物组织的来源分为皮胶原纤维、骨胶原纤维、跟腱胶 原纤维、羊膜胶原纤维和胎盘胶原纤维等。总之，因胶原纤维的来源不同、产 物的用途不同，因而胶原纤维的分类方法较多。 1 2 2 研究现状 目前，在造纸中主要以非纤维形态的应用研究较多，未改性的胶原纤维主 要应用于涂饰和施胶剂，改性的主要应用于干湿增强剂、助留助滤剂、絮凝 剂、膜类等。以纤维形态加以利用的研究主要集中在鞣制过的胶原纤维，如含 铬皮革固体废弃物的利用。 4 胶原纤维和植物纤维复合吸音材料制备和性能的研究 1 2 2 1 以非纤维形态的应用研究 此类主要应用于造纸用的表面活性剂、涂饰、絮凝剂、施胶剂、干湿增 强剂、膜类等。 ( 1 ) 表面活性剂：表面活性剂的分子由性质完全相反的两部分组成，即 亲水性和憎水性的两种基团，两种基团的比例( h l b 值) 的大小决定表面活性剂 的亲水性和憎水性的强弱。h l b 值愈大，则亲水性愈强，憎水性愈弱。胶原 蛋白分子结构中既有氨基又有羧基，在不同的介质中呈现出双亲性；另外，胶 原分子中含有苯丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、甘氨酸等氨基 酸，从分子结构看，这些氨基酸分子的侧链上含有苯基、异丙基、异丁基，这 些氨基酸分子中的特殊的非极性侧链，在胶原纤维大分子的周围形成疏水区 域。而且在结构上有不对称性，故在一定程度上也有表面活性。又因为胶原具 有生物可降解性、无毒、无污染、对环境和生物无有害的影响。因此，无论从 结构上还是从性能上考虑，都符合表面活性剂的发展要求心“。早在1 9 6 3 年美 国就将胶原蛋白应于废新闻纸的脱墨，并与其它聚合物复配使用，使废纸白度 有明显的提高，其组成配方为5 - ：3 n a 2 s 0 3 + 0 5 t p p ( - _ 三聚磷酸钠) + 1 脂肪， 酸盐+ 0 2 胶原蛋白( 相对分子质量为1 0 0 0 0 ，等电点为5 ) ，能使新闻纸的白 度达6 0 i s o 。另外，用油酰氯改性胶原降解物可制成阴离子型表面活性剂“， 也可以应用于废纸脱墨。 ( 2 ) 涂饰：将胶原蛋白应用于造纸涂饰，不仅可提高纸的光泽度和不透 明度，而且可以大大提高纸张的平滑度。研究表明，用从皮革固体废物中提取 的胶原代替p v a 与淀粉中的淀粉，可提高纸张的光泽度和不透明度，并能使 纸张的平滑度增加7 4 ( s ) 幢“。杨宁似 等利用明胶代替干酪素用于铸涂纸涂料的 胶粘剂，在生产成本基本不变的情况下，车速可以提高1 倍，光泽度由3 0 提 高到3 9 。 ( 3 ) 絮聚剂：纸浆纤维带负电荷，纸浆中纤维颗粒的电荷和大分子间的 相互作用，直接决定纸浆的絮聚性能，而纸浆的絮聚性又直接影响纸浆的留着 率和滤水性。一般情况下，纸浆无论所带静电为正或是负，斥力之间的作用都 会使之稳定性增加而不发生沉降；当所带静电为零时，纸浆不稳定性增加，则 容易沉降，而沉降速率的大小直接关系到纸页的匀度。胶原纤维是两性聚电解 质，介质不同，分子带不同的电性。利用胶原纤维的这一特点，可以改善纸浆 的絮聚性，调节纸浆的沉降速率。为此，有必要研究胶原蛋白对纸浆沉降速率 的影响，研究表明胶原蛋白用量为浆量的1 ( w w ) ，纸浆的沉降速率就可以降 低2 9 。 5 陕踬科技大学颈士论文 胶原蛋白用量不同，调节的幅度也相差较大他”。将胶原纤维适当改性可以 用徽纸浆废水处理絮凝裁。例如，在胶原分子上接主适量的季铵盐型阳离子基 团，在胶原蛋白分子链上适当保黯部分羧基，制成阴阳两性电解质，絮凝效果 好妇”。铡焉胶原蛋蠡和壳聚糖的复配也可以调整纸浆的稳定性，霞壳聚糖是唯 一的天然碱性商聚物，可以在胶原和纤维素之间起桥键的作用，效果显薯 2 a o 此外，在造纸施胶中作为辅韵物保持帮的使用效果上，明胶比合成聚丙烯酰胺 具有更好的经济效益，虽然高质量的聚丙烯酰胺比明胶更为有效，但其成本却 院勃卢姆强度兔1 8 0 9 的鹱胶贵3 倍轴“。 ( 4 ) 干湿增强剂：胶原蛋怠是由许多a 氨基酸通过肽键构成的多肽链， 胶原分子的侧链上含有许多极性基团，纤维紊分子中含有大量的羟基和少量羧 基等基团。调节不同的介质可以使胶原纤维与纤维索大分予以氢键、离子键以 及共价键的形式结合，这些键的形成使褥纸纤维闻的结合力增大，键能升高， 从而使纸张的物理机械强度褥以提高“”，使纸的吸水性、透气性、紧度等抽川， 物理指标有所改善。另外，将胶原进行阳离子改性或阴离子改性，分别制成的 阴离子( 阳离子) 造纸增强剂，可以使提高裂断长增加2 7 ，撕裂指数提高 堇7 珏l ”1 ( 5 ) 膜类材料：以纤维素为支撑材料，以胶联纤维为功能材料，w 以制 成各种具有特殊性能的功畿膜类材料；3 9 , 4 0 ；用予化妆晶、组织工程等。另外，用 纤维素和胶原的水解物混合也可以制成农用膜忙”。 1 2 2 2 以纤维形态的应用研究 ， 主要将皮革圆体废弃携处理矮与纤维素混合抄造，这方面的研究旱在2 e 世纪3 0 年代德国己开始研究，之后臼本、美国、中国等相继进彳亍了不少的研 究。其褶溺之处是测耀了造纸酶成型方法，并用粘会荆使之结合，因丽几乎不 具备纸的性质，尤其是成品粗糙，利用价值低。近1 0 年来，随着生物科学与 技术的发展，对蛋自质酶结构与性质了解的越来越多，皮革固体废弃物的处理 技术也日益成熟。美国在铬的分离、胶原的提取技术上处于领先地位，网本的 皮革固体废料主要用于油脂、粘胶、明胶、腮料和皮制板材的生产，但鬣羚将 胶原纤维应用子造纸方面的研究，除了2 0 世纪9 0 年代初网本在喇叭纸箍、壁 纸酶研究报道外，之焉极少觅。我国在胶原的提取分离以及剃用方谣的基勰研 究领域的学术水平与国际水平的差距在逐渐缩小，尤其在造纸中的应用磷究方 面逅几年来处于优势地位。 6 胶原纤维和植物纤维复合吸音材料制备和性能的研究 1 2 3 存在的问题 目前胶原纤维在造纸中的应用研究，虽然已有较大的进展，但要在造纸中 得到广泛的实际性应用还存在一定的差距。根据付丽红等人 4 1 - 4 s 的研究，目前 的研究主要存在以下几方面的问题：( 1 ) 只重视胶原纤维的加入对纸张性能的 影响，而忽视了对制浆性能的影响，而胶原纤维的制浆与植物纤维的制浆具有 本质的不同。必须从纸的实际用途，结合蛋白质的结构和性能确定制浆工艺路 线和工艺条件。( 2 ) 制浆只注意了纤维的形态，而对不同方法得到的胶原纤维 大分子的化学组成以及侧链的环境情况考虑较少。( 3 ) 任何一种材料的加入都 将影响到纤维素大分子问的相互作用，而大分子间相互作用力的大小，直接影 响到纸的匀度，从而影响到纸的物理机械性能，所以分子间相互的影响以及表 征方法值得深入研究。( 4 ) 抄造性能差是目前阻碍胶原纤维应用于造纸的最主 要的原因之一。 1 3 胶原纤维在复合材料中的应用 1 3 i 复合化是材料发展的必然趋势 材料的复合化是材料发展的必然趋势之一，复合材料自从1 9 世纪末开始 进入工业化生产以来，由于高新技术的发展对材料性能的日益提高，单质材料 很难满足性能的综合要求，而复合材料因具有可设计性的特点受到发达国家的 重视而发展迅速，如今复合材料与金属、陶瓷、高聚物等并列为重要材料，甚 至有人预言，2 1 世纪即将进入复合材料的时代“”，在环境问题日益受到重视的 今天，利用固体废物制造复合材料不仅可以消除高额废物处理成本，而且由于 废物量大、来源丰富，具有广阔的前景。皮革固体废物主要成分为蛋白质，而 纸浆成分为纤维素，都属于可降解材料，经过复合形成具有特殊性能的材料， 又能在自然界中降解进入良性循环，这是一条制出与环境友善的“绿色复合材 料 的途径。但是，在目前利用制革固体废物制复合材料仅停留在理论研究阶 段，极少有工业化生产。 1 3 2 胶原纤维在复合材料中的应用现状 此类研究分为两个方面，一方面是利用一定的方法从废革屑、皮渣中提取 胶原蛋白，利用其优良的免疫性、生物相容性，与其他材料复合成组织工程材 料，将其应用于生物医学领域；另一方面则是从制革废物中提取再生纤维，主 要采用物理、化学、物理一机械联合方法处理将废革屑、皮屑分解成纤维，由 于胶原纤维具有诸多独特性能，如磨擦性、绝热性、吸音性、吸水性、柔韧性 7 陕西科技大学硕十论文 等，它能被广泛应用于各种工业领域。目前在这方面的研究报道并不多见。 1 4 噪音问题 1 4 1 噪音的危害” 声音带给人们各种信息。依靠语言声音的交流，人类的知识才能得以连续 地传递、积累和发展。和谐的声音，对人来说是一种美的享受。然而，有些声 音是人们不需要的，称为噪音。噪音影响人们的正常工作和休息，危害人体健 康。研究表明，噪音的危害是多方面的。 噪音污染已成为当代世界性的问题，它与空气污染和水污染是当代环境的 三大污染源。 1 4 1 1 噪音对听力系统的影响 人在较强噪声环境下暴露一定时间后，会出现听力下降。研究表明，长期 接触8 0 d b 以上的噪声，听力就有可能收损害，在大于8 5 d b 的环境中工作2 0 年，将有1 0 的人出现耳聋，大于9 0 d b 。耳聋的比例将超过2 0 。 人从高噪环境回到安静场所停留一段时间，听力还能恢复，叫暂时性听阈 偏移，也叫听觉疲劳。但常年累月地在强噪音环境中工作，长期不断地受高强 噪声刺激。听觉就不能复原，耳内感觉器官会发生器质性病变，导致所谓噪音 性耳聋或永久性听力损失。据统计，但今世界上有7 0 0 0 多万耳聋者，其中相 当部分是噪音所致。专家研究证明，家庭室内噪音是造成儿童聋哑的主要原因。 1 4 1 2 噪音对睡眠和休息的干扰 睡眠对人体是极为重要的，它能使人们的新陈代谢的到调节。人的大脑通 过睡眠得到充分休息，消除体力和脑力疲劳。 睡眠受噪音影响，在不同阶段有所不同。人的睡眠一般分为四个阶段：i 和i ( r e m ) 、i i 、i i i 、i v 。开始第1 阶段知识有些模糊、朦胧。第1 阶段进 一步r e m ，仍是朦胧并有眼球迅速转动。第1 i 阶段才入睡，但仍似睡似不睡， 有些模糊。第1 i i 阶段较熟，第阶段最熟。脑电波活动较少，入得到了休息。 一般年轻人，i 是5 m i n ，i ( r e m ) 要2 0 m i n ，这就入睡了。i i 约4 5 m i n ，熟 睡阶段i i i 、共约2 0 m i n ，以后就回到了i 或i ( r e m ) ，周而复始。每一个 周期大约是9 0 m i n 。年龄渐大，半睡状态增加，熟睡阶段缩短，做梦总是在 半睡状态i ( r e m ) 。噪声对睡眠的影响有两个方面。一是缩短熟睡阶段i i i 、 ，很快回到i 或i ( r e m ) ，甚至难以入睡。而是有时会惊醒，特别是噪声 有变化时，有时噪声并不大，稍有变化即惊醒。产生这些影响在声级为5 0 d b 8 胶原纤维和植物纤维复合吸音材料制备和性能的研究 时已比较严重，所以应以5 0 d b 作为最高限度。在有些工厂，工人受噪声损伤 十分严重，甚至引起神经衰弱、血压升高。其实在工作场所噪声随高，经过一 夜休息完全可以恢复。只是若夜间也得不到休息，虽然噪声只有6 0 7 0 d b ， 睡眠大受干扰，就严重。噪声级在3 0 d b 时，睡眠可不受干扰，对休息也是如 此。 在一般房间，关窗时室外噪音传入房间可降低1 0 d b ，所以城市噪音( 在 建筑物前l m 测量) 如果是5 0 7 0 d b ，晚间降低1 0 d b ，就可以满足白天工作、 晚间睡眠的需要。如果城市噪音达到7 0 - - 9 0 d b ( 如在繁华市街上) ，则必须采 取措施才能满足需求( 例如较好的门窗) 。 不要求把噪音彻底消除，只要求达到不发生伤害或干扰的最低值。人们不 习惯于无声的环境，真正无任何声音，反而使人不安。 1 4 1 3 噪音影响语言交流 通常情况下，人们相对交谈距离l m 时，平均声强级大约6 5 d b 。但是，环 境噪音会掩蔽语言声，是语言清晰度降低。噪音级比语言声级低很多时，噪音 对语言交谈机会没有影响。噪声级与语言声级相当时，正常交谈受到干扰。噪 音级高于语言声级1 0 d b 时，谈话声会被完全掩蔽，当噪音级大于9 0 d b 时， 即使大声叫喊也难以进行正常交谈。 语言频谱的范围大约是2 0 0 - - 6 0 0 0 h z ，这就是电话系统设计的要求，也是 破坏交谈最有效的频率范围。不过为了保密或免致影响邻居的隐蔽讲话( 对面 讲，或电话) ，2 5 0 2 5 0 0 h z 噪音最有效，有时就用具有大量谐波的5 0 0 h z 噪音， 最为简便。 1 4 1 4 噪音对人的生理和心理的影响 噪音对人的生理影响除前面介绍的听觉系统外，还涉及对人的心血管系 统、消化系统、神经系统和其他脏器的影响及危害。 美国匹兹堡一心里学家研究发现，在洛杉矶机场附近学校就读的孩子与在 较“安静 的学校就读的孩子相比，前者血压较高，数学作业速度较慢。不少 人认为，2 0 世纪生活中的噪声是造成心脏病的一个重要。 噪音能引起消化系统方面的疾病，早在2 0 世纪3 0 年底啊，就有人注意到 长期暴露在噪音环境下的工作者消化功能有明显的该变。在某些吵闹的工业行 业里，溃疡症的发病率比安静环境的发病率高5 倍。 神经系统方面，神经衰弱症是最明显的症状，噪音引起失眠、疲劳、头晕、 头痛、记忆力减退等症状。古代教会用钟声惩处异教徒，第二次世界大战期间， 9 陕西科技大学硕士论文 法西斯用噪音折磨战俘，就是利用噪声使受害者的神经错乱。 噪音引起的心理影响，主要是使人烦恼、激动、易怒甚至失去理智。因噪 音干扰发生