ІДЕНТИФІКАЦІЯ ХІМІЧНИХ ВЗАЄМОДІЙ В РЕЗУЛЬТАТІ МОДИФІКАЦІЇ КОЛАГЕНУ ДЕРМИ

М. П. Жалдак,  
аспірант, maryna070992@ukr.net;
О. Р. Мокроусова,
д.т.н., проф.
Київський національний торговельно-економічний університет,
Україна, olenamokrousova@gmail.com


ІДЕНТИФІКАЦІЯ ХІМІЧНИХ ВЗАЄМОДІЙ В РЕЗУЛЬТАТІ МОДИФІКАЦІЇ КОЛАГЕНУ ДЕРМИ

Під час дублення натуральних шкір широко застосовують хромовий дубитель, який в результаті комплексоутворення ефективно формує структуру дерми. При цьому значна частина сполук хрому залишається у відпрацьованих рідинах. Відповідно актуальним є пошук інших хімічних матеріалів або комплексів, які б сприяли скороченню кількості сполук хрому у виробництві шкіри [1]. Такій задачі також сприяє використання органічних дубителів та мінеральних наповнювачів (монтморилоніту, каоліну тощо) для подальшої і повної фіксації структури дерми [2].
Поетапна модифікації монтморилоніту, як наповнювача структури шкір, дозволяє змінити характер та заряд поверхні частинок мінералу та розробити мінеральні дисперсії з максимально диспергованими частинками.
Модифікацію проводили поетапно: карбонатом натрію у кількості 6 %, сульфатом хрому у кількості 5 % або алюмокалієвими галунами в кількості 8 % від маси сухого мінералу. Як підсумок, були отримані хром-модифіковані дисперсії (ММТСr) та алюміній-модифіковані дисперсії монтморилоніту (ММТAl).
Для оцінки хімічної взаємодії мінералу з колагеном дерми застосовували — технічний швидкорозчинний желатин кислотного способу отримання, амінокислотний склад якого близький до колагену, концентрацією білкової складової 5 %.
Ідентифікацію характеристичних смуг проводили для желатину (G), желатину обробленого хромовим дубителем (G+Сr), желатину обробленого алюмінієвим дубителем (G+Al), желатину обробленого модифікованими дисперсіями монтморилоніту (G+MMTCr), желатину обробленого модифікованими дисперсіями монтморилоніту (G+MMTAl), желатину обробленого хромовим дубителем та модифікованими дисперсіями монтморилоніту (G+Cr+MMTAl).
Аналіз смуг поглинання в спектрі желатину (G) дозволяє виділити найбільш характерні спектри (рис.1), які розташовані в інтервалі частот 3500-3100 см-1 і характеризують валентні коливання асоційованих NH2, NH та ОН- груп, що беруть участь в утворенні водневих зв’язків. В області спектру 1645-1532 см-1 спостерігаються деформаційні коливання зв'язків NH (Амід І) та (Амід ІІ), а в області  піків 1333-1201 см-1 – деформаційні коливання зв'язку О-Н та валентні коливання C–N груп в амідах (Амід III). В спектрі желатину G широка та менш інтенсивна смуга проявляється в діапазоні 873-550 см-1, що є притаманною деформаційним коливанням зв’язаних NH-груп з піками 873 см-1 (Амід V) та 550 см-1 ( Амід VΙ).


Рис. 1 Спектри поглинання G (1), G+Сr (2), G+Al (3), G+MMTAl (4) та G+Cr+MMTAl (5)

Після обробки желатину хромовим дубителем найбільш істотні зміни спостерігаються в областях, характерних для поглинання ОН-груп, карбоксильних та амінних груп. В інтервалі частот 3500-3200 см-1 та 1634-1034 см-1 на спектрах хромованого желатину (G+Сr), спостерігається найбільш характерне поглинання і дещо менш інтенсивне в області спектру 700-450 см-1 [3].  Водночас поява піку 592 і 534 см-1 Аміду VI, якому характерні деформаційні коливанням груп С=О і деформаційні коливання NH-груп може свідчити про взаємодії хрому з активними групами желатину.
Для желатину обробленого алюмінієм дубителем (G+Al), спостерігається характерна широка смуга при 3422 см-1, зумовлена валентними коливаннями зв’язку N–H у групах –NH2, які беруть участь в утворенні водневих зв’язків, і валентними коливаннями зв’язків у групах ОН при 3500-3200 см-1. Присутність інтенсивної смуги валентних коливань асоційованих карбонільних груп С=О (Амід I), при 1663 см-1 пояснюється взаємодією функціональних груп желатину з сульфатним комплексом алюмінію.
Аналізуючи спектри G+Al можна припустити, що в результаті взаємодії дубильних сполук алюмінію утворюються комплекси з сульфат-іоном у внутрішній сфері, а зв'язування комплексу з білком відбувається за допомогою зв'язку алюмінію і аміногруп желатину.
Спектри G+MMTAl (рис.1) мають відмінності від спектрів G+Al в області валентних ‒NH коливань азотовмісних груп желатину та валентних коливань структурних гідроксильних груп Al3+−ОН MMTAl3+. Поява піків 525 см-1 та 426 см-1, що характеризують деформаційні коливання С=О-груп, О-Sі-О та валентні Al-О, можливо свідчать про утворення водневих зв’язків між функціональними групами желатину та MMTAl типу Sі-О....H-N з NH  групами білка та  Sі-О....H-С з СНгрупами білка [4].
Попередньо хромований желатин в спектрі G+Cr+MMTAl має більше активних координаційних зв’язків між хромом та ОН-групами протеїну, про що свідчить інтервал спектру 1667-1242 см-1, який характеризує присутність валентних груп Амідів I, II і III, та смуги 1119-1041 см-1, що відповідають коливанням C-N валентних груп,  NH та NH3+ деформаційних коливань, а також сульфогрупам хромового та алюмінієвого комплексів [4]. Водночас присутність попередньо хромованого желатину в G+Cr+MMTAl сприяє більшому структуруванню желатину, що забезпечує вищу гідротермічну стійкість зв’язкам С–N. Як наслідок, відіграє позитивну роль у фіксації сполук алюмінію з желатином.
Представлені результати хімічних взаємодій вказують на утворення водневих, іонних і ковалентних зв’язків, що може позначатись на ефективності структурування дерми під час дублення.

Список використаних інформаційних джерел

1. Данилкович А. Г. Інноваційні технології виробництва шкіряних і хутрових матеріалів та виробів монографія / А. Г. Данилкович, І. М Грищенко, В. І. Ліщук, В. П. Плаван, Е. Є. Касьян та ін.; за ред. А. Г. Данилковича. – К.: Фенікс, 2012. – 344 c.
2. Данилкович А. Г. Технологія і матеріали виробництва шкіри : навчальний посібник. - 1-е видання / А. Г. Данилкович, О. Р. Мокроусова, О. А. Охмат. - К. : Фенікс, 2009. - 580 с.
3. Михайлов А. Н. Коллаген кожного покрова и основы его переработки / Михайлов А. Н. ‒М.: Легкая индустрия, 1971. ‒528 с.
4. Беллами Л. Новые данные по ИК-спектрам сложных молекул / Беллами Л. – М. : Мир, 1974. –444 с.