L’articolo che leggerete è la terza parte del contributo comparso sulla Leather Update #20/2022 ed è frutto della collaborazione tra il dottor Nogarole della SSIP e l’ingegner Pistorio.
Assorbimento d’acqua delle pelli e modello per la determinazione dell’acqua interagente – Parte III
Determinazione dell’acqua interagente presente nelle pelli
Con i dati sopra raccolti, è stato costruito un modello per simulare la ripartizione dell’acqua all’interno delle pelli in funzione della quantità di acqua assorbita. Le finalità del modello sono quelle di definire la quantità di acqua che può essere in grado di interagire con il bagno di lavorazione e che chiamiamo ACQUA INTERAGENTE (INTERACTING WATER).
L’acqua interagente può essere intesa come la frazione di acqua assorbita che ha la possibilità di interagire con i soluti disciolti nei bagni di lavorazione e la sua conoscenza può essere utile nello studio delle efficienze delle fasi di lavaggio. Come vedremo, la quantità di acqua interagente non dipende dai rapporti bagno impiegati, ma dipende ragionevolmente dai tempi di lavorazione. Quando i tempi sono sufficientemente lunghi, come nelle comuni operazioni, possiamo pensare che anche l’acqua posta in profondità abbia maggiori possibilità di avere una qualche interazione con i soluti presenti nei bagni di lavorazione. Quando i tempi sono più brevi, come nei lavaggi, le possibilità di interazione di quest’acqua sono inferiori. Un altro fattore che influenza la bagnabilità delle pelli è la temperatura dell’acqua perché è ragionevole pensare che temperature maggiori permettano diffusioni maggiori dell’acqua stessa.
Esempio per le fasi di riconcia
Pellame conciato
Per illustrare il modello proposto, usiamo un esempio immaginando di porre in riconcia 100 Kg di pelli conciate (wet
blue – wet white – vegetale). La percentuale d’acqua contenuta in questo materiale può essere considerata pari al
55% circa e le cui condizioni di partenza del conciato sono riassunte nella Tabella 3:
Peso del collagene e dell’acqua sono ricavati a partire dal contenuto d’acqua presente (UA). Come riporta la Tabella 3, il conciato trattiene una notevole quantità d’acqua, che è pari a 1,22 gAQ/gC.. Una volta definiti i dati iniziali, è possibile calcolare la ripartizione dell’acqua. Per farlo utilizziamo i dati riportati nell’articolo precedente. Benché conciato questi dati non interessino troppo, vengono riportati per conoscenza. L’acqua strutturale è pari a 0,032 Kg/KgP, quella legata (vincolata) totale è pari a 0,16 Kg/KgP mentre quella libera totale è pari a 0,36 Kg/KgP:
Il termmine KgP non è altro che il peso del pellame rasato. Possiamo passare a determinare le condizioni delle pelli una
volta poste nel bottale. Per fare questo, distinguiamo tra:
– Operazioni vere e proprie, che hanno durata sufficiente a fare in modo l’acqua del bagno abbia la possibilità di arrivare molto in profondità. Per profondità non si intende la struttura fibrosa delle pelli ma ci si riferisce ai livelli strutturali precedentemente
descritti;
– lavaggi o operazioni molto brevi (5-15 minuti), in cui è ragionevole ipotizzare che il bagno non abbia il tempo di diffondere in profondità ed il coinvolgimento delle frazioni di umidità presente è inferiore.
Per coinvolgimento intendiamo sempre le possibilità di scambio di soluti tra bagno di lavorazione ed acqua trattenuta dalle pelli.
Operazioni vere e proprie
Come abbiamo visto, non tutta l’acqua assorbita dalle pelli può essere considerata come acqua interagente perché parte di essa è strutturale e parte di essa è vincolata al collagene con forti limitazioni nella libertà di interazione.
Dato che non è possibile conoscere con esattezza le capacità di interazione di ciascuna frazione di acqua nelle pelli con i bagni di lavorazione, ci accontenteremo di stimarle, attribuendo alle diverse categorie di acqua un ipotetico potere di interazione percentuale rispetto alla capacità di interazione dell’acqua libera, che è del 100%:
– 0% per l’acqua strutturale;
– 50% per la frazione di acqua vincolata presente nell’acqua di Tipo II;
– 75% per la frazione di acqua vincolata presente nell’acqua di Tipo II’;
– 100% per la frazione di acqua libera presente nell’acqua di Tipo II’ e nell’acqua di Tipo III.
I risultati sono riassunti in Tabella 5:
Per mezzo della Tabella 5, ricaviamo la Tabella 6 che ci fornisce interessanti informazioni aggiuntive:
La prima riguarda la quantità di acqua assorbita dalle pelli conciate all’inizio delle lavorazioni che è pari a circa 0,65
lt/KgP. Il peso del materiale posto in bottale aumenta di un fattore pari a circa 1,65 ed il bagno scaricato è inferiore a quello caricato. La conoscenza di questo dato è importante nel calcolo degli inquinanti scaricati nelle fasi di rinverdimento (vedi paragrafo Errore. L’origine riferimento non è stata trovata.).
La seconda informazione che ricaviamo riguarda la quantità totale di acqua assorbita dalle pelli che è molto alta ed è pari a 2,7 grAQ/grC, ovvero pari a quasi tre volte il peso della proteina presente.
La terza informazione è che non tutta l’acqua di saturazione assorbita, che è pari a 1,22 lt/KgC, è disponibile ad interagire con il bagno di lavorazione perché questa quantità è inferiore ed è pari a 1,12 lt/KgC.
Lavaggi e operazioni brevi
I lavaggi post operazione hanno durate inferiori rispetto a quelle delle operazioni vere e proprie ed è plausibile ipotizzare che l’acqua aggiunta durante queste fasi abbia capacità di diffusione inferiori rispetto a quelle viste in precedenza e che sono così ipotizzate:
– 0% per l’acqua strutturale;
– 25% per la frazione di acqua vincolata presente nell’acqua di Tipo II;
– 50% per la frazione di acqua vincolata presente nell’acqua di Tipo II’;
– 100% per la frazione di acqua libera presente nell’acqua di Tipo II’ e nell’acqua di Tipo III. I risultati sono riportati in Tabella 7 e ci permettono di costruire la Tabella 8:
La quantità di acqua interagente nei lavaggi è inferiore rispetto a quella che possiamo avere nelle operazioni ordinarie, e passa da 1,12 a 1,08 lt/KgP. Questo dato ci sarà utile nel calcolo delle efficienze di estrazione dei lavaggi stessi perché i volumi d’acqua coinvolti non sono quelli introdotti bensì quelli scambiabili, che sono inferiori e possono essere quelli che abbiamo appena calcolato.
Riferimenti
^ Interaction Of Water With Native Collagen – S. Nomura,A. Hiltner,J. B. Lando,E. Baer – First Published: February 1977;
^ From Collagen To Leather – The Theoretical Background – Prof. Dr. Gunter Reich – Filk, Forschungsinstitut Für Leder Und Kunststoffbahnen, Freiderg (2007);
^ Hydration Structure Of A Collagen Peptide – Jordi Bella, Helen M. Berman, Department Of Chemistry, Rutgers University, Piscataway, Nj 08855, Usa – Barbara Brodsky, Umdnj-Robert Wood Johnson Medical School, Piscataway, Nj 08854, Usa;
^ Tanning Chemstry:, The Science Of Leather – Antony D. Covingtonù,
^ Prof. Alberto Ballardin – Itte Galileo Galilei, Arzignano (Vi) – Appunti Di Lezione Aa 1996-1997
A cura di
Ing. Daniele Pistorio
in collaborazione con
Marco Nogarole, Responsabile del Trasferimento Tecnologico della SSIP