浸酸清洁生产技术

五、浸酸清洁生产技术

浸酸是指用酸溶液来处理毛皮的操作。浸酸可以降低生皮的pH,封闭胶原侧链上的羧基,进一步除去非纤维蛋白质,打开通道,为鞣制创造有利条件;进一步分离和松散皮胶原纤维,增加皮胶原的反应活性基,从而增加鞣剂分子与皮胶原的结合点;终止酶的作用;此外,浸酸也是原皮保存的一种方法。

由于生皮在普通的酸溶液中会发生膨胀,因而浸酸时常需要加入食盐来防止“酸肿”的发生。常见的浸酸体系包括H2SO4—NaCl、H2SO4—HCOOH—NaCl、HCl—NaCl和无盐浸酸体系。硫酸对毛鳞片层“侵蚀”剧烈;盐酸膨胀剧烈,挥发性强,易造成酸雾,成革身骨扁薄;甲酸则较为温和;故常采用混合浸酸,高档毛皮可适当采取有机酸浸酸。研究表明,当浸酸液中NaCl的浓度达到1mol/L或溶液中含6%的食盐时,生皮在任何酸量的情况下都不会发生膨胀。毛皮浸酸过程中,约加入60g/L的中性盐,加之毛皮生产液比偏大,造成了严重的中性盐污染。

1.浸酸废液的循环利用

大部分企业毛皮浸酸液已实现循环使用。浸酸液中可能溶解大量蛋白质、油脂、降解产物、污物,随着循环次数的增加,这些杂质不断累积,pH调整困难,影响产品质量。细杂皮(如水貂、狐狸等)和低档次产品的浸酸操作液可长期重复使用;而多脂皮(绵羊皮)往往只能循环4~5次,就累积了大量蛋白质、油脂和化工材料,操作液变成乳黄色的悬浊液,必须排放更换,否则严重影响生产。毛皮对甲酸吸收量一般不超过20%,每次回用补加新液用量的60%;对氯化钠的吸收量不超过5%,循环过程中,每次补加新液使用量约27%的氯化钠时,可满足工艺要求。随着循环次数增加,操作液的CODcr呈现上升趋势,如不加处理浸酸液最多可用四次。采用PAC和VN730H以160.0+2.5mg/L配合使用,在pH为3.5的条件下处理浸酸废液,对浊度去除率可达到90%左右,对CODcr的去除率可达到60%,处理后水体清透,可以满足毛皮生产的工艺要求。该方法既可以增加循环使用次数,节约水和化工原料,减少污水排放,又可以减少后续综合废水的处理成本。

2.无盐浸酸

无盐浸酸是指在浸酸时不使用中性盐(食盐),通过加入助剂,而不引起生皮膨胀的过程。在酸性条件下,胶原的羧基被封闭,胶原呈阳电荷NH3+—Col—COOH,阳电荷间相互排斥,从而引起膨胀。常规浸酸主要是在溶液中引入大量可扩散离子(NaCl),从而在生皮内外形成一个可扩散离子的浓度差,产生渗透压,使水分子难以从皮外向皮内渗透,以达到抑制膨胀的目的。无盐浸酸不膨胀的理论基础是静电排斥理论:如果加入能够封闭胶原氨基的材料,大大减少氨基的数量,就可以避免胶原上的氨基与氢离子形成正电荷,防止由于静电排斥造成的生皮膨胀,这就是无盐浸酸的基本原理。实现无盐浸酸的基本条件如下:

(1)保证在无盐浸酸的条件下裸皮不会发生膨胀。

(2)用无盐浸酸材料处理后能达到常规浸酸的目的。

(3)无盐浸酸的工艺应尽量与常规浸酸工艺相同。

(4)无盐浸酸铬鞣成革与常规浸酸铬鞣成革性能相当。

(5)无盐浸酸材料不会造成新的污染。单志华等采用萘、苯酚、脲等经缩聚反应得到相对分子质量和分子结构不同的聚合物作为无盐浸酸助剂,使用2.5%~2.7%的浸酸助剂,不仅可以免去食盐的使用,而且可以较好地分散纤维;同时增加铬的吸收,减少中性盐及铬的排放,蓝湿革的性能良好。王鸿儒等采用4%的醛酸鞣剂预鞣软化后裸皮,可使收缩温度提高15~20℃,铬鞣后废液中Cr2O3含量降低至0.120g/L。李书李书卿等将Ⅰ型唑烷作为无盐浸酸预鞣剂,当用量达到2%时,可以完全抑制后续浸酸工序中的膨胀,增加皮对铬的吸收。由无盐浸酸的原理可知,浸酸助剂无论是与氨基的单点结合,还是多点结合;无论是可逆的暂时封闭,还是牢固的共价结合,只要能够降低氨基的含量,就可能成为无盐浸酸的助剂。实际上,有机鞣中的大部分鞣剂,都具有这种性质,换句话说,有机鞣剂都有望成为无盐浸酸的助剂。在时间节点上,有机鞣剂应在软化之后,浸酸之前加入。即采用有机鞣剂进行预鞣,就完全可能达到目的。有机鞣剂主要与胶原的氨基结合,一般在碱性条件下结合性能较好,生皮经软化后,pH还不低,此时加入有机鞣剂,可以达到预鞣的目的,预鞣结束后,再进行浸酸,即可能实现无盐浸酸。常用的铝鞣剂预鞣,就兼具食盐和预鞣的双重功效,可节省食盐用量,已广泛应用于制革和毛皮生产。在实际应用时,还需要无盐浸酸考虑对后续鞣制的影响(如促进铬鞣的吸收、对成革综合性能的影响等)。目前无盐浸酸在制革方面研究和应用较多,而在毛皮方面有待加强,还要不断地优化工艺,使经济效益、社会效益达到最佳。

3.不浸酸鞣制

传统的浸酸工序,是为了满足金属离子鞣制技术的需要,有利于金属鞣剂的渗透,防止表面过鞣。就毛皮而言,部分毛皮产品并不需要很高的收缩温度,完全可以不采用金属鞣(特别是铬鞣),而采用醛鞣、油鞣及其他有机鞣法。这些有机鞣剂主要与皮胶原上的氨基结合,往往在碱性条件下的鞣性更佳,因而完全可以不用浸酸。可以选择和研发出一些在弱酸和弱碱性条件下,就能与皮胶原牢固结合的鞣剂,在该pH下,生皮尚未发生膨胀,不需要加入中性盐,从而直接鞣制。这就可以避免需要过度的浸酸或浸碱来调节pH,以及强酸或强碱下配套引入的抑制膨胀的中性盐,从而实现不浸酸的鞣制。随着环保意识的增强,消费者将会逐渐接受这些收缩温度虽然不高,但使用性能不受影响的绿色毛皮产品。