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Everything You Wanted to Know about Collagen Models -- But Were Too Afraid to Ask! 
by David Rabinovich
Volume: 106      Number: 8     Page: 242-254     Year: 2011
Collagen is a wonderfully complex starting material for making leather, which we are now only beginning to understand! Practical tannery recipes arose out of the craftsmanship developed by multiple successive generations of artisan tanners that obtained, by trial and error, the rules of thumb that eventually converted into a technical folklore. Leather chemists then tried to interpret this technology according to the scientific theories of the day, whereas tanners retained the technology that seemed to work best. Although Colloidal Chemistry has developed tremendously in the last century, some of its principles are not any longer agreeable to the leather sector in general, and are regarded with great mistrust. Some of these colloidal concepts can be very useful if properly applied and can be used to produce better leather in better ways; such then should be the ultimate goal of any working chemical model employed by tanners to be guided in the actual processing of leather. Resumen El colágeno es una maravillosa, pero compleja, materia prima para la elaboración del cuero que solo estamos empezando a comprender. Recetas empíricas surgieron através de múltiples generaciones de curtidores artesanales que dieron a luz por fuerza de prueba a unas reglas que se fueron convirtiendo en un folklore técnico. Químicos curtidores entonces trataron de interpretar esta tecnología en términos de teorías científicas del día, mientras los curtidores retuvieron las tecnologías que les parecieron que dieran los mejores resultados. Aún que la Química Coloidal ha tenido tremendos desarrollos durante el último siglo, algunos de sus principios ya no son bienvenidos por el sector del cuero en general y son considerados con mucha desconfianza. Muchos de estos conceptos coloidales son útiles y aplicables a la producción de mejor cuero con mejores procedimientos. Tal debería ser el objetivo de cualesquier modelo químico empleado por curtidores deseando ser guiados en el procesamiento del cuero.
 
 
Utilization of Chromium-tanned Leather Solid Wastes in Microencapsulation 
by B. Ocak, A. Aslan and G. Gulumser
Volume: 106      Number: 7     Page: 232-238     Year: 2011
In this research, solid collagen-based protein hydrolysate was isolated from chromium-tanned leather wastes and its chemical properties were determined. After that, the use of collagen hydrolysate (CH) was investigated as a polymeric wall material in the microencapsulation process. The effects of variations in concentrations of CH, lavender oil (LO) and glutaraldehyde (GA), which were used during the microencapsulation process, on the oil load of microcapsules, oil content, encapsulation efficiency and release rate of oil were determined. The morphological structure of the microcapsules was investigated using optical and scanning electron microscopes (SEM). It was determined by FTIR studies that there was no evidence for any significant interaction between CH and LO. RESUMEN En esta investigación, un hidrolizado colágenico sólido se aisló de desechos de cuero al cromo y sus propiedades químicas fueron determinadas. Luego, el uso del hidrolizado colágenico (CH) fue investigado como un material polimérico para utilizarse como componente estructural en los procesos de micro-encapsulación. Los efectos atribuibles a la variaciones en concentraciones de CH, aceite [esencial] de Lavanda (LO) y glutaraldehído (GA) que se utilizaron en el proceso de micro-encapsulación, sobre la carga aceitosa presente en las micro-cápsulas, el contenido de aceite, la eficiencia en encapsulación, y la velocidad de descarga del aceite fueron determinadas. La estructura morfológica de las micro-cápsulas se investigó por medio de microscopia electrónica por barrido (SEM). Se determinó también por medio de estudios FTIR que no hubo apreciable evidencia de interacción entre CH y LO.
 
 
The Further Investigation of Tanning Mechanisms of Typical Tannages by Ultraviolet - Visible and Near Infrared Diffused Reflectance Spectrophotometry 
by Junling Guo, Xin Huang, Chao Wu, Xuepin Liao and Bi Shi
Volume: 106      Number: 7     Page: 226-231     Year: 2011
The ultraviolet-visible and near-infrared diffuse reflection (UV-Vis-NIR DR) spectroscopy was employed for further understanding the mechanisms of three kinds of classical tannages, including aldehyde tanning, vegetable tanning and mineral tanning. The NIR DR spectra of glutaraldehyde tanned leather exhibited a decreased peak intensity of amino group at 1475 nm, suggesting that the main reaction groups of collagen in aldehyde tanning are amino groups. Comparing the NIR DR spectra of pickled pelt and vegetable tamed leather, it was proved that the vegetable tanning is based on the mechanism of multiple hydrogen binding interaction, where the amino groups, carboxyl groups and peptide chains are involved in. As for mineral tannages, the tanning mechanisms of chromium sulfate, zirconium sulfate, ferric sulfate, titanium sulfate and aluminum sulfate were investigated. Based on UV-Vis-NIR DR analysis in the wavelength range of 200 to 2070 nm, it was confirmed that the main reactions involved in mineral tanning are the chelating interactions of metal ions with both the carboxyl groups and the amino groups of collagen, although the reactivity of metal salts toward carboxyl groups is higher than toward amino groups. The reactivity of metal salts toward carboxyl groups of collagen follows the sequence of chromium salt > zirconium salt > ferric salt > titanium salt > aluminum salt. However, the reactivity of metal salts to amino groups of collagen is in the sequence of zirconium salt > chromium salt > ferric salt > titanium salt > aluminum salt. Meanwhile, the peptide chain of collagen was also found to play an important role in fixation of metal ions during tanning process. RESUMEN La espectroscopia por reflección difusa de [radiación] ultravioleta-visible e infrarroja cercana (UV-Vis-NIR DR) fue empleada para la mejor comprensión de los mecanismos de los tres tipos de curtidos clásicos que constan del curtido al aldehído, curtido al vegetal y curtido mineral. Los espectros NIR DR del cuero al gluteraldehído señalaron una intensidad disminuida del grupo amino a 1475 nm, sugiriendo que los grupos principales en la curtición por aldehído son los mismos grupos aminos. Por comparación de los espectros NIR DR de piel piquelada con la de cuero curtido al tanino, se demostró que el mecanismo del curtido al tanino se basa en múltiples interacciones por medio de uniones a través de puentes de hidrógeno, donde los grupos aminos, grupos carboxilos y las mismas cadenas peptídicas están involucradas. En cuanto a curtidos minerales, los mecanismos del curtido con sulfato de cromo, sulfato de circonio, sulfato férrico, sulfato de titanio y sulfato de aluminio fueron investigados. En base al análisis por medio UV-Vis-NIR DR en la región de 200 a 2070 nm se confirmó que las reacciones principales involucradas en el curtido mineral son por interacción de quelación entre iones metálicos con ambos los grupos carboxílicos y los aminos del colágeno, aunque la reactividad hacia los carboxilos es mayor que la ocurrida hacia los grupos aminos. La reactividad de sales metálicas hacia los grupos carboxilos del colágeno siguen la secuencia de sal de cromo>sal de circonio>sal férrica> sal de titánio> sal de aluminio. Sin embargo, la reactividad de las sales metálicas hacia los grupos aminos del colágeno sigue la secuencia sal de circonio> sal de cromo> sal férrica> sal de titánio> sal de aluminio. Adicionalmente, la cadena peptídica del colágeno juega un importante papel en la fijación de iones metálicos durante el proceso de la curtición.
 
 
Chromium (III) Pigments: Use of Leather Wastes as Alternative Starting Material 
by K. Sreeram, J. Rao and B. Nair
Volume: 106      Number: 7     Page: 219-225     Year: 2011
Chromium containing leather wastes poses potentially significant challenges to the ecosystem when disposed of in landfills or when incinerated in the open. An attempt to recover chromium from such leather wastes so as to reduce the chromium that ends up in the landfill was studied. A method of recovery of the chromium in chromium tanned leathers by controlled closed furnace incineration and by employing the protein matrix as an energy source as well as a template for chromium(III) oxide synthesis is detailed. This method provides the advantage of reducing the chromium residues from the leather industry while producing chromite ore ultimately useful in the preparation of pigmented coatings. The dry pigment obtained was green colored and could be further processing and formulating as a pigmented coating (paint). When the chrome shavings were mixed with iron sulfate and then incinerated, a brown colored paint coating was achieved. The best conditions for zero generation/discharge of hazardous chromium(VI) were determined. The pigments developed were characterized in detail by XRD and SEM-EDAX. Photon correlation spectroscopy measurements indicate that the calcined pigments prior to further size reduction were in the range of 300-400 nm. RESUMEN Residuos de cuero que contengan cromo presentan significantes potenciales retos al ecosistema cuando sean dispuestos en rellenos sanitarios o incinerados al aire libre. Un intento de recuperación del cromo de tales desperdicios de cuero se estudio para así lograr reducir el cromo que termina en tales rellenos. Un método de recuperación de cromo del cuero al cromo por medio de una incineración controlada en un horno cerrado y empleando la misma matriz proteínica como la fuente energética, así como un molde de síntesis del óxido de cromo (III) es detallado. Este método provee la ventaja de reducir los residuos de la industria del cuero mientras produce el mineral de cromita, útil al fin y al cabo, en la preparación de pinturas pigmentadas. El pigmento seco obtenido era verde y podría ser adicionalmente procesado y formulado como un acabado pigmentado (pintura). Cuando las rebajaduras se mezclaron con sulfato de hierro y luego incineradas, se obtuvo una pintura color pardo. Las óptimas condiciones para obtener cero producción/descarga del peligroso cromo (VI) se determinaron. Los pigmentos desarrollados se caracterizaron detalladamente por medio de XRD y SEM-EDAX. Espectroscopía por correlación de fotones determinó que los pigmentos calcinados, antes de moler, tenían un rango [de dimensión] de 300-400 nm.
 
 
Soaking Formulations that can Soften Hardened Bovine Manure 
by M. Aldema Ramos, Z. Muir, R. Ashby and C-K. Liu
Volume: 106      Number: 7     Page: 212-218     Year: 2011
Many of the damaging problems in hides and leather industry, such as grain damage and weakening of the leather product, can originate from putrefaction due to microbial contamination and mechanical stress due to the heaviness and pressure of hard to remove adobe type manure on bovine hides. New washing methods are urgently needed to effectively clean raw hides for their storage and shipments. The amphiphilic property of detergents and the capability of glycerol to insert into the detergent micelles were investigated in the formulation of an ideal washing solution. Since the softening of the hardened manure is the key to its removal during the demanuring process, the initial experiments presented in this report were designed such that the changes in hardness of the manure balls were monitored using a texture analyzer. The work needed to cause the same amount of deformation on the manure sample was measured and compared before and after soaking in the respective formulations. Various detergent types such as anionic (SDS), nonionic (Tween 20 and TritonX-114) and zwitterionic (LDAO) are evaluated and compared to the biodegradable surfactant, sophorolipid (SL). The sophorolipid with the addition of recycled crude glycerol was observed to be more effective in softening the hardened manure samples and will be further studied for “adobe” type manure removal. Resumen Muchos de los problemas en daños en las pieles y consecuentemente en la industria del cuero, tales cómo daños a la flor y su debilitamiento en el cuero producido, pueden provenir por la putrefacción debida a contaminación bacteriana y distorsiones mecánicas debidas al peso y presión causada por el adobamiento del estiércol adherido a las pieles bovinas. Nuevos métodos de lavado son urgentemente requeridos para efectivamente limpiar las pieles crudas para su almacenamiento y envío. La característica anfifílicas de los detergentes y la capacidad de la glicerina en insertarse dentro de las micelas formadas por los detergentes fueron investigadas en la formulación de una solución ideal para el lavado. Ya que el ablandamiento del estiércol endurecido es clave en su mismo proceso de remoción, los experimentos iniciales en este informe fueron diseñados tales que los cambios en la dureza en las bolas de estiércol fueron monitoreados por medio de un analizador de textura. El trabajo requerido para causar la misma cantidad de deformación en la muestra de estiércol se determinó y se comparó antes y después de remojar en las respectivas formulaciones. Varios tipos de detergentes tales como aniónicos (SDS), no-iónicos (Tween 20 y Triton X-114) así como zwitteriónicos (LDAO) fueron evaluados y comparados con un detergente biodegradable, Sophorolipid (SL). El Sophorolipid con la adición de glicerina recuperada, se observo ser el más efectivo en el ablandamiento de las muestras y será investigado en un futuro para usarse en la remoción de estiércol adobado.
 
 
Influence of Microbial Transglutaminase Modified Gelatin-sodium Caseinate, as a Filler, on the Subjective Mechanical and Structural Properties of Leather 
by Q. Liu, L. Liu, J. Li, D. Zhang, J. Sun, G. Du and J. Chen
Volume: 106      Number: 6     Page: 200-207     Year: 2011
This work investigated the influence of the “filling” process, using gelatin-sodium caseinate modified by microbial transglutaminase (MTG) on the subjective, mechanical, and structural properties of leather. The results indicate that in comparison with the control (without filling process), the MTG modified gelatin-sodium caseinate as the fillers improved the subjective properties such as grain tightness, grain smoothness, and fullness, but did not significantly affected the mechanical properties such as tensile strength, elongation at break, and tongue tear. The scanning electron microscopic analysis indicates that the micro-structure of the leather treated with the fillers became more regular and tighter compared with the control. The results obtained here may be useful for the application of MTG in the leather processing in improving certain subjective and structural properties of leather. Resumen Este trabajo investigó la influencia del proceso de "relleno", utilizando gelatina-caseinato de sodio modificado por transglutaminasa microbiana (MTG) en las propiedades subjetivas, mecánicas y estructurales del cuero. Los resultados indican que en comparación con la muestra de control (sin proceso de relleno), la gelatina-caseinato de sodio modificada por MTG como rellenante mejoró las propiedades subjetivas tales la firmeza de flor, la lisura de la flor, y la plenitud, pero no afectó significativamente las propiedades mecánicas, tales como la resistencia a la tracción, la elongación a la rotura, y al desgarro. El análisis microscópico de barrido electrónico indica que la micro-estructura de la piel tratada con el relleno se hizo más regular y más compacta con respecto al testigo. Los resultados obtenidos aquí pueden ser útiles para la aplicación de MTG en el tratamiento del cuero en la mejora de ciertas propiedades subjetivas y estructurales del cuero.
 
 
Henna-Aluminum Combination Tannage: A Greener Alternative Tanning System 
by A. Musa, R. Aravindhan, B. Madhan, J. Rao and B. Chandrasekaran
Volume: 106      Number: 6     Page: 190-199     Year: 2011
Development of cleaner technologies for leather manufacture is imperative for the sustenance of the tanning industry. In the present study, a combination tanning system based on a henna-aluminum tannage for the production of upper leathers as a cleaner alternative is presented. Extract from the leaves of widely distributed Lawsonia inerims (Henna) from Sudan has been evaluated for its tanning characteristics in a combination tanning system based on henna and aluminum sulfate. Aluminum-henna (Al-henna) leathers tanned using 2% Al2O3; followed by 20% henna resulted in shrinkage temperature above 95oC. The uptake of henna in henna-Al tanning system with henna (20%) followed by aluminum (2% Al2O3) has been found to be better than the tanning system of Al-henna. These leathers showed compact fiber structure, indicating that the tanning process did not bring about any major change or destruction on the fiber structure of the leathers. Surface color values of henna-Al leathers resulted in darker shades with less red and more yellow components in the crust leathers. The combination tanning system provides significant reduction in the discharge of total dissolved solids in the wastewater. Henna-Al combination tanning system resulted in leathers with good organoleptic and strength properties. The work presented in this paper established the use of henna and aluminum combination tanning system as an effective alternative cleaner tanning methodology. Resumen El desarrollo de tecnologías más limpias para la fabricación de cuero es imprescindible para la sustentabilidad de la industria del curtido. En el presente estudio, un sistema combinado de curtido henna-aluminio para la producción de cueros de capellada como alternativa más limpia se presenta. Extracto de las hojas de Lawsonia inerims (Henna), ampliamente difundida en El Sudán, ha sido evaluado por sus características de curtido basado en Henna y Sulfato de Aluminio. Los cueros curtidos Aluminio-henna (Al-henna) empleando 2% Al2O3, seguido de 20% de henna resultan en temperaturas de contracción por encima de 95oC. La admisión de henna en el sistema de curtido henna-Al con henna (20%), seguido por el aluminio (2% Al2O3) se ha encontrado mejor que el sistema de curtido de Al-henna. Estos cueros mostraron una estructura compacta de fibra, lo que indica que el proceso de curtido no produjo ningún cambio importante o destrucción de la estructura de la fibra del cuero. Los valores del color de la superficie de cueros Al-henna resultaron en tonos más oscuros con menos componente rojo y más componente amarillo en los cueros semiterminados . El sistema de curtido combinado proporciona una reducción significativa en la descarga de sólidos totales disueltos en las aguas residuales. El sistema combinado de curtido de henna-Al resultó en cueros con buenas propiedades organolépticas y físicas. El trabajo presentado en este documento estableció el uso del sistema de combinación de curtido de henna y aluminio como una metodología alternativa efectiva de curtido más limpia.
 
 
Two Stage Leather Dyeing - A Novel Approach to Minimize the Dye Discharge in the Effluent 
by N. Vedaraman and C. Muralidharan
Volume: 106      Number: 6     Page: 184-189     Year: 2011
Large quantities of synthetic dyes are used in tanneries for coloring leathers. A significant portion of the dyes offered do not fix to the leather and the un-utilized dye is discharged in the effluent, which may be environmentally harmful as it may require a long time for degradation. Depending upon the wastewater treatment methods adopted, sometimes these dyes may generate several highly toxic compounds. These dyes, when discharged into water bodies or land, may also cause severe environmental and health problems. Up to 10% (weight/weight of leather) dye is used in the dyeing process of conventional leather making. There are several physiochemical methods reported for treatment of dyes in effluent, which mainly degrade and remove the dye in effluent and do not aim for recovery and reuse of dye. In the present study an attempt has been made to modify the dyeing process in such a way that minimum dye is discharged in the effluent. Most of the un-utilized dye is recovered and recycled or re-utilized in subsequent dyeing. The visual and instrumental examination of the dyed leathers with this modified dyeing method led to encouraging results. This approach has not only reduced the dye discharge after dyeing but also facilitated substantial reduction in dye input by reuse thereby providing economic benefit to the tanners. The study was carried out for a specific synthetic acid dye and should also be easily extended to other class of dyes. Resumen Grandes cantidades de colorantes sintéticos se utilizan en las curtiembres para colorear cueros. Una parte significativa de los colorantes que se ofrecen no se fijan al cuero y el colorante no utilizado se descarga en el efluente, lo que puede ser dañino para el ambiente, ya que puede requerir mucho tiempo para su degradación. Dependiendo de los métodos de tratamiento de aguas residuales adoptados, a veces estos colorantes puede generar varios compuestos altamente tóxicos. Estos colorantes, cuando se descargan en los cuerpos de agua o tierra, también puede causar graves problemas ambientales y de salud. Hasta un 10% (peso / peso de cuero) del colorante se utiliza en el proceso de teñido en la fabricación convencional del cuero. Hay varios métodos físico-químicos reportados para el tratamiento de los colorantes en los efluentes, que degradan y eliminan principalmente el colorante en los efluentes y no tienen como objetivo la recuperación y reutilización de colorante. En el presente estudio un intento se ha hecho para modificar el proceso de tintura de tal manera que una mínima cantidad del colorante se descarga en el efluente. La mayoría de los colorantes no utilizados se recupera y se recicla o reutiliza en posteriores tinturas. El examen visual e instrumental de los cueros teñidos con este método de tintura modificada ha dado resultados alentadores. Este enfoque no sólo ha reducido la descarga de colorante después del teñido, sino también facilitó la reducción sustancial de la oferta de colorantes por la reutilización de tal modo que proporciona beneficios económicos a los curtidores. El estudio se llevó a cabo para un colorante ácido sintético específico y debería también extenderse fácilmente a otra clase de colorantes.
 
 
Determination of Fatty Spew on Leather by GC-MS 
by Y. Wang, X. Liao, Q. He and B. Shi
Volume: 106      Number: 6     Page: 179-183     Year: 2011
The composition of fatty spew on leather was determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Meanwhile, the volatile substances in the fogging test of leather were identified by GC-MS. With the combination of all the data obtained, it was found that the predominant components of fatty spew were palmitic acid methyl ester, oleic acid methyl ester and stearic acid methyl ester, and their relative content ratio is approximately 8: 1: 1. An interesting phenomenon was that no fatty acids were detected in fatty spew although they are commonly regarded as the origin of this defect. These facts strongly suggest that the fatty acid methyl esters existing in fatliquors are the main origin of fatty spew defect in leather, and also one of the probable contributions to fogging. Resumen La composición de la exudación de grasa en el cuero fue determinada por cromatografía de gases y espectrometría de masas (GC-MS). Mientras tanto, las sustancias volátiles en la prueba de empañamiento (Fogging) del cuero fueron identificados por GC-MS. Con la combinación de todos los datos obtenidos, se comprobó que los componentes predominantes de la exudación grasa fueron el éster metílico del ácido palmítico, éster metílico del ácido oleico y el éster metílico de ácido esteárico, y su relación de contenido relativo es aproximadamente 8: 1: 1. Un fenómeno interesante es que no se detectaron ácidos grasos en la exudación grasa a pesar de que comúnmente se los considera como el origen de este defecto. Estos hechos sugieren que los metil-ésteres de ácidos grasos que existen en los engrases son el principal origen del defecto en la exudación grasa en el cuero, y también una de las probables contribuciones para el empañamiento (Fogging).
 
 
EVALUATION OF ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF LAWSONIA INERMIS (HENNA) AGAINST MICROBIAL STRAINS ISOLATED FROM GOAT SKIN/LEATHER 
by A.E MUSA, A. TAMIL SELVI, R. ARAVINDHAN, B. MADHAN, J. RAGHAVA RAO AND B. CHANDRASEKARAN
Volume: 106      Number: 5     Page: 170-175     Year: 2011
In the present work, antimicrobial activity of the aqueous extract from leaves of Lawsonia inermis (henna) has been evaluated. Two gram positive and five gram negative bacterial strains isolated from raw goat skins and three fungal species isolated from finished leathers have been utilized for the antimicrobial studies using aqueous extract from henna leaves. Gram positive bacteria have found to be completely inhibited by henna at concentrations of 650 ppm and gram negative bacteria have been inhibited by henna concentration between 780 to 910 ppm. Growths of all fungal strains isolated have been inhibited by henna extract at a concentration of 1300 ppm. This study clearly demonstrates that henna offers good antimicrobial activity against the bacterial and fungal species. Resumen En el presente trabajo, la actividad antimicrobial del extracto acuoso de las hojas de Lawsonia inermes (jena) ha sido evaluada. Dos cepas bacterianas gram positivas, así como cinco gram negativas aisladas de pieles caprinas crudas, y tres especies micóticas obtenidas de cueros terminados, han sido utilizadas para estudios antimicrobiales utilizando extractos acuosos de hojas de jena. Bacterias gram positivas fueron completamente inhibidas por jena a concentraciones de 650 ppm, mientras que las bacterias gram negativas fueron inhibidas por concentraciones de jena entre 780 a 910 ppm. Crecimientos de todas las cepas micóticas aisladas fueron inhibidas por el extracto de jena a concentración de 1300 ppm. Este estudio claramente demuestra que jena ofrece buena actividad anti-microorganismos contra especies de bacterias y hongos.