皮革化學(xué)試驗：鞣透度、革質(zhì)及結(jié)合鞣質(zhì)的測定與分析

摘要
本文系統(tǒng)闡述了皮革化學(xué)分析中鞣透度、革質(zhì)及結(jié)合鞣質(zhì)三個關(guān)鍵指標(biāo)的檢測方法、原理、應(yīng)用范圍、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及所需儀器。這些指標(biāo)對于評價鞣制效率、皮革質(zhì)量及后續(xù)加工適應(yīng)性具有決定性意義。

一、 檢測項目與方法原理

1. 鞣透度的測定
鞣透度是衡量鞣劑在皮革橫斷面上滲透程度的核心指標(biāo)，直接反映了鞣制過程的均勻性與完整性。

• 檢測方法： 剖層觀察法與指示劑顯色法。

• 方法原理：

  • 剖層觀察法（物理法）： 從成品革或鞣制后的革坯上，垂直于皮面切取全厚度試樣。使用鋒利的切片刀或顯微切片機，從粒面至肉面依次剖層，獲得多個等厚的薄層。通過觀察各層革樣的顏色、質(zhì)地、硬度等物理性狀的變化，判斷鞣劑滲透的深度。通常，未鞣透部分顏色淺、質(zhì)地軟、收縮溫度低。

  • 指示劑顯色法（化學(xué)法）： 此方法基于特定化學(xué)試劑與未結(jié)合鞣質(zhì)或膠原游離基團的特異性反應(yīng)。常用的是鐵氰化鉀-氯化鐵指示劑。

    • 原理： 鞣制后的皮革中，未鞣透區(qū)域（即未與鞣劑結(jié)合的膠原）仍含有大量游離氨基等活性基團。當(dāng)?shù)渭予F氰化鉀-氯化鐵指示劑后，指示劑中的Fe³?會與這些游離氨基結(jié)合，生成普魯士藍(lán)沉淀，使未鞣透部分呈現(xiàn)藍(lán)色。而已鞣透部分因鞣劑已與膠原基團結(jié)合，不再發(fā)生顯色反應(yīng)。

    • 操作： 切取全厚度革樣，在其橫斷面上均勻滴加或涂抹指示劑溶液，靜置片刻后觀察斷面顏色分布。藍(lán)色區(qū)域的厚度與總厚度的比值，可用于量化鞣透程度。

2. 革質(zhì)與結(jié)合鞣質(zhì)的計算
革質(zhì)與結(jié)合鞣質(zhì)是量化皮革中不可揮發(fā)性組分及結(jié)合鞣劑含量的核心計算值。

• 檢測方法： 通過一系列化學(xué)分析，結(jié)合公式計算得出。

• 方法原理與計算步驟：

  • a. 水分的測定： 稱取一定質(zhì)量的革樣（m?），在（102 ± 2）℃的標(biāo)準(zhǔn)烘箱中烘至恒重（m?）。水分含量（X）計算公式為：
    X (%) = [(m? - m?) / m?] × 100

  • b. 二氯甲烷萃取物（油脂含量）的測定： 將測定水分后的干革樣（或另取試樣），使用索氏萃取器以二氯甲烷為溶劑進行回流萃取，直至萃取完全。萃取后革樣烘干至恒重（m?）。二氯甲烷萃取物含量（Y）計算公式為：
    Y (%) = [(m? - m?) / m?] × 100

  • c. 水溶物含量的測定： 將測定油脂后的革樣（m?）置于規(guī)定條件下用水振蕩萃取，過濾后，將濾渣烘干至恒重（m?）。水溶物含量（Z）計算公式為：
    Z (%) = [(m? - m?) / m?] × 100

  • d. 灰分含量的測定： 將測定水溶物后的革樣（m?）或另取試樣置于坩堝中，在高溫爐中于（550 ± 25）℃下灼燒至恒重（無機物殘留，m?）。灰分含量（A）計算公式為：
    A (%) = (m? / m?) × 100

  • e. 三氧化二鉻（Cr?O?）含量的測定（針對鉻鞣革）： 將測定灰分后的殘留物（或另取試樣灰化后）用酸溶解，采用氧化還原滴定法（如，硫酸亞鐵銨滴定法）或儀器分析法（如原子吸收光譜法）測定鉻含量，并換算為Cr?O?含量（C）。

  • f. 計算：

    • 革質(zhì)： 指皮革中除水分、二氯甲烷萃取物、水溶物以外的物質(zhì)，是構(gòu)成皮革實體的基礎(chǔ)。
      革質(zhì) (%) = 100 - X - Y - Z

    • 結(jié)合鞣質(zhì)： 指與膠原牢固結(jié)合的鞣劑占革質(zhì)的百分比。對于鉻鞣革，通常通過測定結(jié)合的三氧化二鉻來計算。
      結(jié)合鞣質(zhì) (%) = [C / (100 - X - Y - Z)] × 100
      其中，C為Cr?O?含量（%）。對于植物鞣革等，結(jié)合鞣質(zhì)可通過革質(zhì)與皮質(zhì)（膠原蛋白）的差值來估算，但皮質(zhì)測定較為復(fù)雜。

二、 檢測范圍與應(yīng)用需求

上述指標(biāo)的檢測廣泛應(yīng)用于皮革生產(chǎn)、質(zhì)量控制、貿(mào)易及科研領(lǐng)域。

1. 制革工藝優(yōu)化與過程控制： 在鞣制工序后檢測鞣透度，可及時調(diào)整鞣制工藝參數(shù)（如時間、溫度、pH值、機械作用）。革質(zhì)與結(jié)合鞣質(zhì)的數(shù)據(jù)用于評估鞣劑吸收率和固定率，指導(dǎo)化料添加與廢液管理。

2. 成品革質(zhì)量分級與驗收： 鞣透度不足會導(dǎo)致皮革扁薄、松面、物理機械性能下降。結(jié)合鞣質(zhì)含量直接影響皮革的收縮溫度、豐滿度、柔軟度及耐久性。這些指標(biāo)是買賣雙方進行質(zhì)量認(rèn)定和定價的重要依據(jù)。

3. 特定應(yīng)用領(lǐng)域的高要求檢測：

   • 汽車內(nèi)飾革： 要求極高的耐熱、耐光老化性能，嚴(yán)格的鞣透度和均勻的結(jié)合鞣質(zhì)是基礎(chǔ)。

   • 家具革與鞋面革： 要求良好的物理強度（抗張強度、撕裂強度）與耐用性，依賴于充分的鞣透與適量的結(jié)合鞣質(zhì)。

   • 高端服裝與配飾革： 要求柔軟、輕質(zhì)且手感一致，需要對革質(zhì)組分進行精確控制。

   • 特殊安全防護革： 如阻燃革，其性能與鞣制效果及革質(zhì)組成密切相關(guān)。

三、 檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法以確保檢測結(jié)果的一致性與可比性。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • ISO 5398-1: 皮革-化學(xué)試驗-氧化鉻含量的測定-第1部分：滴定法

  • ISO 4048: 皮革-化學(xué)試驗-二氯甲烷可溶物（油脂）的測定

  • ISO 5397: 皮革-化學(xué)試驗-水溶物、水溶無機物和水溶有機物的測定

  • ISO 3380: 皮革-物理和機械試驗-收縮溫度的測定（間接反映鞣制效果）

• 中國標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 22808- 系列標(biāo)準(zhǔn)：等同于或修改采用ISO標(biāo)準(zhǔn)，具體包括：

    • GB/T 22808 《皮革和毛皮 化學(xué)試驗 氧化鉻含量的測定》

    • GB/T 22805 《皮革和毛皮 化學(xué)試驗 二氯甲烷可溶物的測定》

    • GB/T 22806 《皮革和毛皮 化學(xué)試驗 水溶物、水溶無機物和水溶有機物的測定》

  • QB/T 2713- 系列標(biāo)準(zhǔn)（輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）：對鞣透度等有更具體的指導(dǎo)。

    • 鞣透度的測定通常參照行業(yè)共識方法或企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，這些方法多基于上述指示劑原理，并在QB/T系列標(biāo)準(zhǔn)的總體框架下執(zhí)行。

四、 檢測儀器

完成上述檢測需依賴一系列專用化學(xué)分析儀器。

1. 鞣透度測定：

   • 皮革切片機/厚度計聯(lián)用系統(tǒng)： 用于精確切割和測量皮革各層厚度。

   • 分析天平： 精度0.001g，用于稱量樣品。

2. 革質(zhì)與結(jié)合鞣質(zhì)測定：

   • 鼓風(fēng)干燥箱： 用于水分測定及樣品烘干，要求控溫精度在（102 ± 2）℃。

   • 索氏萃取裝置： 用于二氯甲烷萃取物（油脂）的測定，包括加熱套、萃取管和冷凝器。

   • 振蕩式萃取器： 用于水溶物的萃取。

   • 高溫馬弗爐： 高溫度不低于800℃，用于灰分測定，要求控溫精確（550 ± 25）℃。

   • 滴定管或自動電位滴定儀： 用于鉻含量的氧化還原滴定。

   • 原子吸收光譜儀或電感耦合等離子體光譜儀： 用于精確、快速地測定灰分溶液中的鉻及其他金屬元素含量。

結(jié)論
鞣透度、革質(zhì)及結(jié)合鞣質(zhì)的測定是皮革化學(xué)分析的核心內(nèi)容，構(gòu)成了評價皮革內(nèi)在質(zhì)量的技術(shù)基石。通過標(biāo)準(zhǔn)化的方法、精密的儀器以及對各行業(yè)應(yīng)用需求的深入理解，這些檢測為制革工業(yè)的技術(shù)進步、質(zhì)量提升和市場規(guī)范化提供了不可或缺的科學(xué)支撐。