近日，學院劉公巖教授團隊在環境科學與生態學國際權威期刊Journal of Cleaner Production發表題為“Effective and cleaner Zr (IV) tanning process based on the inert-surface modification of skin collagen by PEGylated epoxy copolymers”的研究。這項工作探究了聚乙二醇化的多環氧基二元共聚物對皮膠原纖維的表面惰化改性及其對傳統鋯鞣劑快速水解、配聚的抑制作用，并通過上述兩種效應的協同增效實現均勻、高效的清潔化鋯鞣。通訊作者為劉公巖教授，第一作者為我院2021級博士研究生王俊超。該研究工作得到“四川大學無鉻皮革制造技術工科特色團隊”項目的支持。上述方法已提交專利申請并已受理（CN202211723990.2）。
圖1. 膠原表面惰化改性策略的高效鋯鞣技術
鋯鞣劑由于其具有與傳統鉻鞣劑相當交聯能力以及相對環保的特性，被認為是目前鞣制性能僅次于鉻鞣劑的金屬鞣劑。然而，鋯離子在水中極易水解、配聚并形成多核大分子配合物，從而使其在鞣制初期的滲透階段就能夠與皮膠原纖維上的活性基團產生相互作用并沉積在皮革表面，進而抑制鋯鞣劑在皮中的均勻滲透，最終導致表面過鞣、鞣制不均勻等問題，使鋯鞣劑難以有效取代傳統鉻鞣劑實現清潔化鞣制技術。因此，如何有效減弱鋯鞣劑在鞣制初期與皮膠原之間的反應性并抑制其形成大分子絡合物，將有效促進鋯鞣劑在綠色制革領域的應用。
圖2. 清潔化鋯鞣技術以及鋯鞣劑在皮中的均勻分布
在前期的研究工作中，已經證明含有聚乙二醇鏈段的多元共聚物對于金屬鞣劑具有惰化保護作用（ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 8660?8669; J. Clean. Prod. 2020, 277, 123278; Mater. Horiz. 2022, 9, 1309）。本研究針對上述鋯鞣劑存在的問題，在已有研究的基礎上通過逆向思維，采用聚乙二醇化的多環氧基共聚物對皮進行鞣前預處理，以達到惰化膠原表面，減弱皮膠原與鋯鞣劑間相互作用的目的。與此同時，通過與處理在皮膠原纖維中引入能與鋯離子產生配位作用的羥基和羰基，從而緩解水合鋯離子之間的過度配位絡合，促進鋯鞣劑在皮中的均勻滲透。研究結果表明，與常規鋯鞣相比，基于該惰性表面改性策略的鋯鞣技術能夠實現高效均勻的鞣制效果，能夠全面提高坯革的性能。通過該方法制備的坯革，其熱穩定性、物理和機械性能與鉻鞣坯革相當。此外，由于多環氧基共聚物通過共價交聯封閉了皮膠原氨基，能夠避免在浸酸過程中使用中性鹽，從而實現無鹽浸酸。綜上，本研究提出的膠原表面惰化改性策略有效解決了鋯鞣劑易于在皮革表面沉積的問題，有助于推動鞣制技術向更為高效、清潔的方向發展，促進傳統鋯鞣劑在綠色制革領域的進一步應用。
文章信息：
連接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652623005218
DOI：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136363
