碘化铜纳米颗粒强化胶原纤维结构：解决皮革表面松弛问题的新策略

碘化铜纳米颗粒强化胶原纤维结构：解决皮革表面松弛问题的新策略

孟加拉国，此皮革产业，不但是当地经济关键支柱，更于全球市场慢慢树立起不错声誉。可是，这个以农产品副产品作根基的行业，长久以来被一棘手问题缠着，那便是皮革松面。这是因胶原纤维结构缺陷致使的质量问题，贯穿在皮革制造好些环节，每年会致使大概11%的皮革产品被丢弃，造成巨大经济损失。

松面皮革的产品质量颇低，极易出现开裂、撕裂以及快速磨损的状况，这着实更让人忧心，并且还会引发出一系列环境与健康方面的问题。制造商为了弥补结构上的缺陷，常常过度去使用化学处理剂，如此便增加了环境污染的程度，也让工人接触有毒物质（像铬盐和甲醛）的风险有所提高。有研究显示，制革这项工作跟工人以及周边社区癌症和呼吸系统疾病的较高发病率存在关联。面对这样的一个挑战，传统的填充剂和复鞣剂，要么环保性能欠缺，要么效果不太理想，所以迫切需要创新型且具备可持续性的解决办法。

正是处于这样的背景情形下着，来自达卡大学皮革工程与技术研究所的那个研究团队把目光投向了纳米技术领域。他们有所发现，尽管是已经有研究运用氧化锌、二氧化硅以及二氧化钛等无机纳米颗粒去强化皮革的表面性能，然而这些颗粒主要是停留在表面的层面上，很难深入到胶原基质的内部去解决纤维松散的结构性问题。受到无毒二氧化锰纳米颗粒成功处理松面皮革的启发之后，研究团队尝试去开发一种更具突破性的解决方案，也就是碘化亚铜纳米颗粒（CuI-NPs）。

纳米颗粒主要是改善表面耐久性，与之不同，CuI - NPs被设计成能穿透胶原基质，直接和羧基等官能团相互作用，这种分子水平的配位增强了胶原交联，有效改善了纤维内聚力，减少了松散度，此外，CuI固有的抗菌特性减少了对额外杀菌处理的需求，为可持续皮革加工提供了进一步的价值。

此项研究发表于《》，其目的在于探研CuI - NPs于重建松散胶原纤维微观结构网络时的有效性，进而给皮革制造业供给一种具有革命性的解决办法。

为开展此次研究，研究人员从孟加拉国坦纳里工业区，收集了因过度松面遭买家拒收的，铬鞣湿蓝革（牛皮）。他们把CuI溶解于乙腈，在含柠檬酸钠的温和酸性介质里，经超声处理与机械搅拌合成了CuI-NPs，还通过动态光散射（DLS），分析了纳米颗粒的流体动力学直径。

研究团队运用了好些技术手段，来剖析 CuI - NPs 跟皮革蛋白分子的包含以及凝聚情形，这其中涵盖了紫外 - 可见反射光谱，还有热重分析（TGA），以及扫描电子显微镜（SEM），包含衰减全反射 - 傅里叶变换红外光谱（ATR - FTIR）跟 X 射线衍射（XRD）。与此同时，他们针对处理过后的皮革展开了全方位的机械性能测试，比如说抗张强度、断裂伸长率、撕裂强度、耐屈挠性和粒面破裂抵抗力这些方面，试图去估量处理的效果。

3.1. CuI-NPs的表征

借助DLS分析手段，测定出CuI纳米颗粒的流体动力学直径是83纳米。CuI纳米颗粒所制备的样品呈现为云状白色，它和乙腈溶剂形成的溶液是黄色，pH值为5.5，呈现出酸性，这样的pH值对纳米颗粒在皮革里的均匀渗透颇为有利。

3.2. 优化处理溶液

借由测量不同处理溶液浸泡过后皮革样品的重量增加情况发觉，包含CuI - NPs以及柠檬酸钠的溶液（L - Cu - Na）处理过后的样品重量增加为最大范畴，达至3.664% ，所以选用L - Cu - Na当作最佳处理方案去开展后续试验行为。该研究还表明，纵然CuI - NPs完整浸出，其暴露水平依旧远低于毒性阈值部分，不会形成健康风险状况 。

3.3. 处理皮革的机械性能表征

若将其对标于未经过处理之作参考样品，那么经L - Cu - Na处理过后的皮革。其所有主要呈现出的机械性能得以显著改进提升。其中，具备抗张强度方面，增加幅度为46.38%。断裂伸长率这一路径上促使其涨幅达到24.16%。撕裂强度领域内，其上升比例已至84.22%。粒面破裂载荷范畴里，增长比例高达150%。耐屈挠性这一特性，也实现了从参考样品的“开裂”状态，于历经50,000次循环过后，提升至3/4等级。这些相关数值已然达至或已然超越了出口质量皮革所对应的商业标准。

3.4. 皮革样品的SEM分析

经SEM图像显示，相较于参考样品，L - Cu - Na处理后的皮革，其纤维结构更为致密，更为紧凑，有细小颗粒填充于纤维间的空隙，这些颗粒极有可能是CuI纳米颗粒，它们分布良好且嵌入胶原基质，经过填充微孔，收紧胶原网络进而增强整体结构后，处理皮革的机械强度得以提高。

3.5. 皮革样品的热重分析

TGA曲线显示，L - Cu - Na样品于加热进程里，释放出更为多的水以及挥发性化合物，这是因柠檬酸钠具吸湿性所致。L - Cu - Na样品的熔融相呈现在300°C处，稍微低于参考样品的315°C，这表明CuI纳米颗粒引发的胶原交联，或许致使基质变硬，稍微削减了热降解阻力，然而却增强了材料的强度并且减少了松散度。

3.6. 皮革样品的紫外-可见反射测量

从紫外 - 可见反射光谱能够看出，经过化学处理的皮革样品，于紫外 - 可见光所涵盖的范围之内，其反射率的百分比，跟未处理的样品基本上是一样的。这一情况意味着，所应用的颗粒深入到了皮革的内部，然而却并没有让皮革的外观特性发生改变，像是颜色或者光泽这些方面。

3.7. 皮革样品的ATR-FTIR光谱分析

ATR - FTIR光谱分析，呈现出成为成功浸渍关键证据的情况。于L - Cu - Na样品光谱里，在652 cm - 1处，冒出一个新吸收峰，此乃CuI特征峰。与此同时鉴于，皮革里在1339 cm - 1和1161 cm - 1处的两个吸收峰不见踪迹了，而且在1104 cm - 1和1634 cm - 1处的吸收峰，分别朝着1084 cm - 1和1637 cm - 1发生了位移。涵盖这些的变化，表明CuI成功浸渍至皮革基质内，并且同胶原纤维产生了相互作用。

3.8. 皮革样品的X射线衍射分析

能够为CuI - NPs的成功整合提供进一步证据的是，XRD图谱分析。参考皮革的XRD图谱，仅仅在2θ = 20.18°以及33.14°处显示出宽峰，这表明其呈现的是无定形结构。然而，经过L - Cu - Na处理后的皮革，在2θ = 21.10°、25.90°、42.70°还有52.23°处出现了尖锐的衍射峰，这些峰位和立方相CuI的特征峰位达成了一致，结果证实了CuI纳米颗粒已然成功嵌入皮革的胶原结构当中。处理后的样本里，33.14°的铬特征衍射峰，在参考样品中存在，居然消失不见了，还隐隐表明，改性基质当中的CuI - NPs占据了最为主要和关键的地位。

3.9. 经济性分析

经过研究所表明的是，该处理方法具备显著的经济潜力，在当地市场里，厚度大概是1.0毫米的松面皮革价格一般处于每平方米6.00至8.0中美元之间，而应用CuI-NPs基处理的成本估计仅仅是每平方米0.45美元，处理过后，皮革的功能以及美观特性获得改善，使得其能够与每平方米20.00至22.00美元的高品质皮革产品相媲美，潜在价值增长大约300%，具有极为显著的商业应用前景。

这本研究的机理剖析表明，经CuI - NPs处理过后的皮革，其能够实现机械强度得以提升以及松散度有所降低的情况，这种情况是归因于分子层面并且结构层面的双重作用机制在发挥作用。一方面而言，由CuI纳米颗粒所释放出来的Cu +离子，会跟胶原纤维当中的羧基以及氨基发生化学配位，进而形成离子交联，以此种方式增强了胶原网络。在FTIR光谱里，酰胺I带从1634 cm -1出现了位移，位移至1637 cm -1，这一现象对此种相互作用起到了支持作用。另一方面，SEM分析表明，CuI纳米颗粒嵌入胶原基质内部。，这减少了纤维间空隙。，其起到了物理增强作用。，进而提高了皮革的结构致密性。，同时，XRD分析也表明了这点。，柠檬酸钠的吸湿性增加了初始水分含量。，这在TGA中表现为更陡峭的初始重量损失。，不过整体的热行为表明纳米颗粒诱导的交联提高了基质刚性 。

此次研究成功证实了碘化亚铜纳米颗粒于修复松散皮革胶原纤维微观结构层面具备巨大潜力，凭借把CuI - NPs同柠檬酸钠结合运用，研究人员研发出一种可显著提升皮革机械性能的有效办法，多种表征技术证实纳米颗粒成功嵌入皮革基质且与之相互作用，进而达成了结构强化。此方法效果十分显著，成本更是低廉，每平方米的处理成本仅仅约为0.45美元，然而却可以带来约300%的价值提高，给皮革工业提供了一种经济上可行的松面处理办法，有助于将因松散度致使的生产损失降到最小，推动皮革制造业朝着更具可持续性的方向迈进。