Effects of Dehydration Methods on the Characteristics of Fibrous Networks from Un-tanned Hides

Abstract

To improve prospective markets and to secure a viable future for the hides and leather industries, it is important to develop new uses and novel biobased products from hides. We hypothesize collagen fiber networks derived from untanned hides can be utilized to prepare high performance green composites and air filters, of which both have a great market potential. Collagen fiber networks were obtained from split hides that have been processed to remove the noncollagenous materials through liming, hair removal and bating steps. This study was devoted to understand the effects of a key processing step--dehydration on the morphology and physical properties of the resultant fiber networks, which will be the starting material for constructing air filters and green composites. Five dehydration methods were investigated and observation showed solvent- and freeze- drying yielded the lowest apparent density indicating a higher degree of separation in the fibrous networks that will be favorable for further processing into useful products. ESEM observations also confirmed the fibers were more separated from solvent- and freeze-drying than those from the other dehydration methods. Mechanical testing showed the lower apparent density led to lower tensile strength, greater elongation at break, lower Young’s modulus, and higher toughness. The results of this research could be useful to the production of high quality fibrous products such as high efficiency air filters or fiber-reinforced green composites. RESUMENPara mejorar los mercados de futuros y asegurar un futuro viable para las industrias de la piel y el cuero, es importante desarrollar nuevos usos y nuevos productos de base biológica a partir de las pieles. Planteamos la hipótesis de las redes de fibras de colágeno derivados de pieles sin curtir se puede utilizar para preparar compuestos ecológicos de alto rendimiento y filtros de aire, de los cuales ambos dos tienen un gran potencial de mercado. Las redes de fibras de colágeno se obtuvieron a partir de cueros divididos que han sido procesados para eliminar los materiales no colágenicos a través del pelambre, la eliminación del pelo y el proceso de rendido. Este estudio se dedica a comprender los efectos de un paso clave de procesamiento: la deshidratación en la morfología y las propiedades físicas de las redes de fibra resultante, que será el material de partida para la construcción de filtros de aire y los compuestos verdes. Cinco métodos de deshidratación fueron investigados y la observación mostró que el secado con solvente y por congelación resulta en la menor densidad aparente, que indica un mayor grado de separación de las redes de fibra lo que será favorable para su posterior transformación en productos útiles. Observaciones ESEM también confirmó que las fibras se separan más secados con solventes y por congelación que los de los otros métodos de deshidratación. Las pruebas mecánicas demostraron la menor densidad aparente llevó a una menor resistencia a la tracción, mayor alargamiento a la rotura, menor módulo de Young y una mayor dureza. Los resultados de esta investigación podrían ser útiles para la producción de productos de alta calidad de fibra, tales como filtros de aire de alta eficiencia o de compuestos verdes de fibras reforzadas.