INFLUENCE OF RETANNING ON THE ADSORPTION CAPACITY OF WATER ON CATTLEHIDE COLLAGEN FIBERS

Abstract

There are an abundance of hydrophilic groups in the collagen fibers in leathers. Because the affinity between these hydrophilic groups and water molecules varies with changes in temperature and relative humidity, leathers will adsorb or de-adsorb water as these factors change; affecting strength, permeability, and thermal stability. Retanning is a key operation in leather making with the purpose of retanning is to obtain leathers with some special characteristics. The water content in leathers, often 15-20 wt%, is an amount that cannot be neglected. However, few reports are found on the interactions between collagen and water, particularly the influence of retanning on the interaction between water and collagen fibers. The state that water molecules exist in collagen fibers, the mechanism for collagen fibers to adsorb water, the de-adsorption kinetics for water molecules to escape from collagen fibers, and the influence of retanning on the adsorption of water on collagen fibers need to be studied to improve the leathermaking technology for controlling the structure and behaviors of leathers. In this study, after being chrome tanned, collagen fibers were retanned with chrome, glutaraldehyde, TGR retanning agent (proprietary acrylic based), and wattle extract, respectively, to obtain different retanned samples. The water adsorption isotherms of the samples were determined by using a gravimetric method, by which the influence of retanning on the equilibrium water adsorption capacity and the influencing mechanism were evaluated. Different retanned samples varied in water adsorption characterization and equilibrium adsorption capacity. The TGR retanning increased the equilibrium adsorption capacity, while glutaraldehyde retanning decreased it; likely related to differences in retanning mechanisms. For different relative humidity environments, leathers should be retanned with different retanning agents to get an optimum property. Based on the adsorption characterization and the equilibrium adsorption capacity for the samples, different mathematics models were used to describe the adsorption process and the adsorption mechanism. Six models were chosen to fit the experimental data, and it was found that the Bradley model was the best to describe the adsorption. RESUMENHay una abundancia de grupos hidrofílicos presentes en las fibras colagénicas en los cueros. Cómo la afinidad entre estos grupos hidrofílicos y moléculas de agua varía con cambios en temperatura y humedad relativa, cueros adsorberán o des-adsorberán agua a medida que estos factores cambien; afectando resistencia, permeabilidad, y la estabilidad térmica. El recurtido es una operación clave en la curtición pues el recurtido tiene por objeto obtener cueros con algunas características especiales. El contenido de humedad en cueros, a menudo de 15-20 % por peso, es una cantidad que no se puede despreciar. Sin embargo, pocos informes se encuentran acerca de las interacciones entre el colágeno y el agua, específicamente de cómo el recurtido influye sobre la interacción entre el agua y las fibras colagénicas. El estado en que las moléculas de agua existen dentro de las fibras del colágeno, así como el mecanismo que rige para que las fibras colagénicas adsorban el agua, la cinética de la des-adsorción para que moléculas de agua escapen de las fibras de colágeno, y la influencia del recurtido sobre la adsorción del agua sobre las fibras del colágeno, necesita ser estudiada para mejorar la tecnología en la fabricación del cuero para controlar la estructura y los comportamientos del cuero. En este estudio, luego de la curtición al cromo, fibras colagénicas fueron recurtidas con cromo, glutaraldehído, agente recurtiente TGR (producto comercial acrílico), extracto de mimosa, respectivamente para obtener muestras recurtidas. Las curvas isotérmicas de adsorción de humedad fueron obtenidas por un método gravimétrico, por lo cual la influencia de recurtición sobre la capacidad de adsorción bajo condiciones de equilibrio y el mecanismo que influye, fueron evaluados. Muestras con diferentes recurtidos variaron en sus cararacterísticas de adsorción de humedad y capacidad de adsorción bajo equilibrio. El recurtido por TGR aumentó la capacidad de adsorción bajo equilibrio, mientras que el recurtido por glutaraldehído la disminuyó; posiblemente debido a diferencias en los mecanismos de recurtición. Para diferentes ambientes en humedad relativa, los cueros deben recurtirse con diferentes agentes recurtientes para así obtener la propiedad óptima. Basados en las diferentes caracterizaciónes de adsorción y la capacidad de adsorción bajo equilibrio para las muestras, diferentes modelos matemáticos fueron empleados para describir el proceso de adsorción así como el mecanismo de adsorción. Seis modelos fueron seleccionados para acoplarse a los datos experimentales, y se encontró que el modelo de Bradley fue el superior en la descripción de la adsorción.