Opalanie (skóra) - Tanning (leather)
Garbowanie jest sposób obróbki skór i skór z zwierząt i tworzy się skóry . Garbarni jest miejsce, w którym skóry są przetwarzane.
Garbowanie skóry w skórę to proces, który trwale zmienia strukturę białkową skóry, czyniąc ją bardziej trwałą i mniej podatną na rozkład , a także ewentualnie zabarwiając ją.
Przed garbowaniem skóry są odwłoszone, odtłuszczone, odsolone i moczone w wodzie przez okres od sześciu godzin do dwóch dni. Historycznie proces ten był uważany za szkodliwy lub „zapachowy handel” i spychany na obrzeża miasta.
Historycznie w garbowaniu stosowano taninę , kwaśny związek chemiczny, od którego proces garbowania czerpie swoją nazwę, pochodzący z kory niektórych drzew. Alternatywną metodą, opracowaną w XIX wieku, jest garbowanie chromowe, w którym zamiast naturalnych garbników stosuje się sole chromu.
Historia
Angielskie słowo oznaczające garbowanie pochodzi od średniowiecznej łaciny tannāre , pochodnej tannum ( kora dębu ), od francuskiego tan (tanbark), od staro-kornijskiego tann (czerwony dąb). Terminy te są związane z hipotetycznym praindoeuropejskim * dʰonu oznaczającym „jodła”. (To samo słowo jest źródłem staro-wysokoniemieckiej tanny oznaczającej „ jodło ”, spokrewnionej ze współczesnym Tannenbaumem ). Pomimo zamieszania językowego między całkiem różnymi drzewami iglastymi i dębami, słowo tan, odnoszące się do barwników i rodzajów konserwacji skór, pochodzi z galijskiego użycia i odnosi się do kory dębów (pierwotnego źródła garbników), a nie do jodeł.
Starożytne cywilizacje używały skóry do produkcji bukłaków , toreb, uprzęży i uprzęży, łodzi, zbroi , kołczanów , pochwy , butów i sandałów . Garbowanie prowadzone było przez mieszkańców Mehrgarh w Pakistanie między 7000 a 3300 p.n.e. Około 2500 rpne , że Sumerowie zaczęli używać skóry umieszczane przez miedzianymi ćwiekami , na rydwan kół .
Dawniej garbarstwo było uważane za szkodliwy lub „zapachowy handel” i było spychane na peryferie miasta, wśród ubogich. Rzeczywiście, garbowanie starożytnymi metodami ma tak nieprzyjemny zapach, że garbarnie są nadal odizolowane od miast, w których stosowane są stare metody. Skóry zazwyczaj trafiały do garbarni, wysuszone, sztywne i brudne od ziemi i krwi. Po pierwsze, starożytni garbarze moczyli skóry w wodzie, aby je oczyścić i zmiękczyć. Następnie tłukli i szorowali skórę, aby usunąć resztki mięsa i tłuszczu . Włosy usuwano mocząc skórę w moczu , malując ją alkaliczną mieszanką wapna lub po prostu pozwalając skórze gnić przez kilka miesięcy, a następnie zanurzając ją w roztworze soli. Po rozluźnieniu włosów garbarze zeskrobali je nożem. Po usunięciu włosów garbarze „ubijali” (zmiękczali) materiał, wbijając łajno w skórę lub mocząc skórę w roztworze mózgów zwierzęcych. Bating był procesem fermentacyjnym, który opierał się na enzymach wytwarzanych przez bakterie znajdujące się w łajnie. Wśród powszechnie stosowanych rodzajów łajna były psy i gołębie.
Historycznie rzeczywisty proces garbowania wykorzystywał garbowanie roślinne. W niektórych odmianach tego procesu olej cedrowy , ałun lub garbniki nakładano na skórę jako środek opalający. W miarę rozciągania skóry traciła wilgoć i wchłaniała środek.
Po przyjęciu w medycynie moczenia szwów jelitowych w roztworze chromu (III) po 1840 r. odkryto, że ta metoda może być również stosowana w przypadku skóry i dlatego została przyjęta przez garbarzy.
Przygotowanie
Proces opalania rozpoczyna się od uzyskania skóry zwierzęcej. Kiedy skóra zwierzęca ma być garbowana, zwierzę jest zabijane i oskórowane, zanim ciepło ciała opuści tkanki. Może to zrobić garbarz lub pozyskując skórę w rzeźni, gospodarstwie lub u lokalnego handlarza futrami.
Przygotowanie skór rozpoczyna się od peklowania ich solą, aby zapobiec gniciu kolagenu w wyniku rozwoju bakterii w czasie od dostarczenia skóry do momentu jej obróbki. Peklowanie usuwa wodę ze skór i skórek przy pomocy różnicy ciśnienia osmotycznego. Zawartość wilgoci w skórach i skórkach jest znacznie zmniejszona, a ciśnienie osmotyczne wzrasta do tego stopnia, że bakterie nie są w stanie się rozwijać. Podczas solenia na mokro skóry są mocno solone, a następnie prasowane w opakowania przez około 30 dni. W procesie peklowania solanką skóry miesza się w kąpieli solankowej przez około 16 godzin. Peklowanie można również przeprowadzić poprzez konserwowanie skór i skórek w bardzo niskich temperaturach.
Operacje Beamhouse
Etapy produkcji skóry między suszeniem a garbowaniem są zbiorczo określane jako operacje warsztatowe. Obejmują one kolejno moczenie, wapnowanie , usuwanie tkanek obcych (odwłaszanie, mizdrowanie i mizdrowanie), odwapnianie , wapnowanie lub puing , moczenie i marynowanie.
Moczenie
Podczas moczenia skóry moczy się w czystej wodzie, aby usunąć sól pozostałą po peklowaniu i zwiększyć wilgotność, aby można było poddać dalszej obróbce skóry lub skórki.
Aby zapobiec uszkodzeniu skóry przez rozwój bakterii w okresie moczenia , można stosować biocydy , zazwyczaj ditiokarbaminiany. Fungicydy, takie jak 2-tiocyjanometylotiobenzotiazol, można również dodać w dalszej części procesu, aby chronić mokre skóry przed rozwojem pleśni. Po 1980 r . zakazano stosowania biocydów na bazie pentachlorofenolu i rtęci oraz ich pochodnych.
Wapnowanie
Po namoczeniu skóry są traktowane mlekiem wapiennym (środek zasadowy) zwykle uzupełniony „środkami ostrzącymi” (reduktorami disiarczkowymi) takimi jak siarczek sodu , cyjanki , aminy itp.
Ten:
- Usuwa włosy i inne zrogowaciałe substancje
- Usuwa niektóre międzyfibrylarne rozpuszczalne białka, takie jak mucyny
- Pęcznieją i rozszczepiają włókna w pożądanym stopniu
- Usuwa w pewnym stopniu naturalny tłuszcz i tłuszcz
- Sprowadza kolagen w skórze do odpowiedniego stanu dla satysfakcjonującego garbowania
Osłabienie włosów jest uzależnione od rozpadu mostka dwusiarczkowego aminokwasu cystyny , który jest charakterystyczny dla keratynowej klasy białek, które nadają włosom i wełnie wytrzymałość (keratyna zazwyczaj stanowi 90% suchej masy włosa) . Atomy wodoru dostarczane przez środek ostrzący osłabiają wiązanie cząsteczkowe cystyny, przez co kowalencyjne wiązania dwusiarczkowe są ostatecznie rozrywane, osłabiając keratynę. W pewnym stopniu ostrzenie również przyczynia się do odwłaszania, ponieważ ma tendencję do rozkładania białek włosowych.
Punkt izoelektryczny kolagenu (białka wzmacniającego tkankę niezwiązanego z keratyną) w skórze również jest przesunięty do pH około 4,7 z powodu wapnowania.
Wszelkie włoski pozostałe po wapnowaniu są usuwane mechanicznie poprzez zeskrobanie skóry tępym nożem w procesie znanym jako scudding.
Odwapnianie i mrugnięcie
pH kolagenu jest następnie obniżane, aby enzymy mogły na niego oddziaływać w procesie znanym jako odwapnianie. W zależności od końcowego zastosowania skóry, skóry mogą być poddawane działaniu enzymów w celu ich zmiękczenia, w procesie zwanym batingiem. W nowoczesnym garbowaniu enzymy te są czynnikami oczyszczonymi, a proces ich wytwarzania nie wymaga już fermentacji bakteryjnej (jak w przypadku moczenia łajna w wodzie).
Marynowanie
Po zakończeniu kąpieli skóry i skórki są traktowane najpierw solą kuchenną (chlorkiem sodu), a następnie kwasem siarkowym , w przypadku konieczności garbowania mineralnego. Ma to na celu obniżenie pH kolagenu do bardzo niskiego poziomu 2,8-3,0, aby ułatwić wnikanie mineralnego środka opalającego w podłoże skóry. Proces ten jest znany jako marynowanie. Sól penetruje skórę dwukrotnie szybciej niż kwas i tłumi efekt pęcznienia spowodowany nagłym spadkiem pH.
Proces
Opalanie chromowe
Siarczan chromu(III) ([Cr(H 2 O) 6 ] 2 (SO 4 ) 3 ) od dawna uważany jest za najskuteczniejszy i najskuteczniejszy garbnik. Związki chromu(III) w rodzaju stosowanych w garbowaniu są znacznie mniej toksyczne niż chrom sześciowartościowy , chociaż ten ostatni powstaje w wyniku nieodpowiedniego przetwarzania odpadów. Chromu (III) rozpuszcza się siarczan otrzymując hexaaquachromium (III) kation, [Cr (H 2 O) 6 ] 3+ , które przy wyższych pH ulega procesów zwanych olacją aby dać polychromium (III), związki, które są aktywne w garbarstwie, będąc sieciowanie podjednostek kolagenowych. Chemia [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ jest bardziej złożona w kąpieli garbującej niż w wodzie ze względu na obecność różnych ligandów. Niektóre ligandy obejmują anion siarczanowy, grupy karboksylowe kolagenu, grupy aminowe z łańcuchów bocznych aminokwasów oraz środki maskujące. Czynnikami maskującymi są kwasy karboksylowe , takie jak kwas octowy , stosowane do hamowania tworzenia łańcuchów polichromu(III). Substancje maskujące pozwalają garbarzowi na dalsze zwiększenie pH w celu zwiększenia reaktywności kolagenu bez hamowania penetracji kompleksów chromu(III).
Kolagen charakteryzuje się wysoką zawartością glicyny , proliny i hydroksyproliny , zwykle w powtórzeniu -gly-pro-hypro-gly-. Te pozostałości dają początek spiralnej strukturze kolagenu. Wysoka zawartość hydroksyproliny w kolagenie umożliwia sieciowanie poprzez wiązania wodorowe w strukturze spiralnej. Zjonizowane grupy karboksylowe (RCO 2 − ) powstają w wyniku działania wodorotlenku. Ta konwersja zachodzi podczas procesu wapnowania, przed wprowadzeniem garbnika (sole chromu). Później, podczas trawienia, grupy karboksylowe kolagenu są tymczasowo protonowane w celu szybkiego transportu jonów chromu. Podczas etapu bazowania garbowania, grupy karboksylowe są zjonizowane i koordynują się jako ligandy do centrów chromu(III) klastrów okso-wodorotlenkowych.
Garbowanie zwiększa odstępy między łańcuchami białkowymi w kolagenie od 10 do 17 Å. Różnica jest zgodna z usieciowaniem przez gatunki polichromii, rodzaju powstającego w wyniku olacji i oksolacji.
Przed wprowadzeniem podstawowych gatunków chromu do garbowania konieczne jest wykonanie kilku kroków w celu wytworzenia skóry nadającej się do garbowania. Aby zapewnić, że kompleksy chromu są wystarczająco małe, aby zmieściły się między włóknami i pozostałościami kolagenu, pH musi być bardzo kwaśne, gdy wprowadza się chrom. Po osiągnięciu pożądanego poziomu wnikania chromu w substancję, pH materiału ponownie podnosi się, aby ułatwić proces. Ten krok jest znany jako podstawa. W stanie surowym skórki garbowane chromem są szaroniebieskie, dlatego określane są jako mokre niebieskie . Garbowanie chromowe jest szybsze niż garbowanie roślinne (zajmuje mniej niż jeden dzień na tę część procesu) i daje rozciągliwą skórę, która doskonale nadaje się do stosowania w torebkach i odzieży.
Po zastosowaniu środka chromowego kąpiel poddawana jest działaniu wodorowęglanu sodu w procesie alkalizacji w celu podwyższenia pH do 3,8–4,0, indukując sieciowanie chromu i kolagenu. Wzrostowi pH zwykle towarzyszy stopniowy wzrost temperatury do 40 °C. Zdolność chromu do tworzenia takich stabilnych wiązań mostkowych wyjaśnia, dlaczego jest uważany za jeden z najskuteczniejszych związków garbujących. Skóra garbowana chromem może zawierać od 4 do 5% chromu. Skuteczność ta charakteryzuje się zwiększoną stabilnością hydrotermiczną skóry oraz jej odpornością na kurczenie się w podgrzanej wodzie.
Garbowanie roślinne
Garbowanie roślinne wykorzystuje garbniki (klasa polifenolowych substancji chemicznych o właściwościach ściągających), które naturalnie występują w korze i liściach wielu roślin. Taniny wiążą się z białkami kolagenu w skórze i pokrywają je, powodując, że stają się mniej rozpuszczalne w wodzie i bardziej odporne na atak bakterii. Proces ten powoduje również, że skóra staje się bardziej elastyczna. Głównymi szczeka przetwarzane w młynach kory i używane w dzisiejszych czasach są kasztan , dąb , redoul , tanoak , świerk kanadyjski , kwebracho , mangrowca , plecionka (Acacia patrz katechol ) i myrobalans z Terminalia spp., Takie jak Terminalia chebula . W Etiopii do obróbki mizdry skóry stosowano połączone oleje roślinne z nasion Nigru ( Guizotia abyssinica ) i siemię lniane . W Jemenie i Egipcie skóry leczono przez moczenie ich w kąpieli zawierającej pokruszone liście i korę akacji Salam (Acacia etbaica; A. nilotica kraussiana). Skóry rozciągnięte na ramach zanurzane są na kilka tygodni w kadziach o rosnącym stężeniu garbników. Skóra garbowana roślinnie nie jest zbyt elastyczna. Wykorzystywana jest do bagażu, mebli, obuwia, pasków i innych akcesoriów odzieżowych.
Alternatywne chemikalia
Wet white to termin używany dla skór produkowanych przy użyciu alternatywnych metod garbowania, które dają skórę w kolorze złamanej bieli. Podobnie jak wet blue, wet white jest również półproduktem. Mokrą biel można wytwarzać przy użyciu soli aldehydów , glinu, cyrkonu, tytanu lub żelaza lub ich kombinacji. Obawy o toksyczność i wpływ na środowisko chromu (VI), który może powstawać podczas procesu garbowania, doprowadziły do wzmożonych badań nad bardziej wydajnymi metodami mokrej bieli.
Opalanie naturalne
Warunki panujące na torfowiskach, w tym silnie kwaśna woda, niska temperatura i brak tlenu, przyczyniają się do zachowania, ale mocno opalonej skóry ciał torfowiskowych .
Tawing
Tawing to metoda wykorzystująca ałun i inne sole glinu, zwykle w połączeniu ze spoiwami, takimi jak żółtko jaja, mąka lub inne sole. Skórę tawuje się przez moczenie w ciepłym roztworze ałunu potasowego i soli o temperaturze od 20 do 30 °C. Proces ten zwiększa giętkość, rozciągliwość, miękkość i jakość skóry. Następnie skóra jest przez kilka tygodni suszona na powietrzu (crust), co pozwala na jej stabilizację.
Wykończenie po opalaniu
W zależności od pożądanego wykończenia, skóra może być woskowana, walcowana, smarowana, wtryskiwana olejem, dwojona, golona lub barwiona.
Wpływ na zdrowie i środowisko
W procesie garbowania wykorzystywane są związki chemiczne i organiczne, które mogą mieć szkodliwy wpływ na środowisko. Na etapie garbowania w procesie stosuje się środki takie jak chrom, garbniki roślinne i aldehydy. Substancje chemiczne stosowane w produkcji garbowanej skóry zwiększają poziom chemicznego zapotrzebowania na tlen i całkowitą ilość rozpuszczonych w wodzie ciał stałych, gdy nie są utylizowane w sposób odpowiedzialny. Procesy te również wykorzystują duże ilości wody i wytwarzają duże ilości zanieczyszczeń.
Garbarnia w León w Nikaragui również została zidentyfikowana jako źródło poważnego zanieczyszczenia rzek.
Gotowanie i suszenie na słońcu może utleniać i przekształcać różne związki chromu(III) stosowane w garbowaniu w rakotwórczy chrom sześciowartościowy lub chrom(VI). Ten spływ i resztki sześciowartościowego chromu są następnie spożywane przez zwierzęta, w przypadku Bangladeszu kurczaki (najczęstsze źródło białka w kraju). Aż 25% kurczaków w Bangladeszu zawierało szkodliwe poziomy sześciowartościowego chromu, co zwiększało obciążenie zdrowotne kraju.
Chrom nie jest wyłącznie odpowiedzialny za te choroby. Metyloizotiazolinon , który służy do ochrony mikrobiologicznej (rozrost grzybów lub bakterii), powoduje problemy z oczami i skórą. Antracen , który jest używany jako środek do garbowania skóry, może powodować problemy z nerkami i wątrobą, a także jest uważany za rakotwórczy . Formaldehyd i arsen, które są używane do wykańczania skóry, powodują problemy zdrowotne w oczach, płucach, wątrobie, nerkach, skórze i układzie limfatycznym, a także są uważane za czynniki rakotwórcze. Odpady z garbarni skórzanych są szkodliwe dla środowiska i ludzi w nim mieszkających. Wykorzystanie starych technologii ma duży wpływ na to, jak niebezpieczne ścieki zanieczyszczają środowisko. Jest to szczególnie widoczne w małych i średnich garbarniach w krajach rozwijających się.
Grupa Robocza ds. Skóry ONZ (LWG) „zapewnia protokół audytu środowiskowego, mający na celu ocenę obiektów producentów skóry” w celu „identyfikowalności, oszczędzania energii [i] odpowiedzialnego gospodarowania odpadami”.
Alternatywy
Jako alternatywę dla garbowania skóry mogą być suszone w celu uzyskania skóry surowej, a nie skóry.
Powiązane procesy
Resztki skóry były historycznie zamieniane w klej . Garbarze umieszczali skrawki skór w kadzi z wodą i pozwalali im niszczeć przez miesiące. Mieszanina była następnie umieszczana nad ogniem, aby zagotować wodę i wytworzyć klej.
Garbarnia może kojarzyć się z szlifiernią, pierwotnie osełką do ostrzenia noży i innych ostrych narzędzi, ale później mogła sprzedawać narzędzia i materiały szewskie .
Obecnie badanych jest kilka metodologii oczyszczania ścieków i ścieków, takich jak fermentacja beztlenowa odpadów stałych i osadów ściekowych.