Contribució a l'estudi de la degradació i envelliment de la pell

Abstract

Leather is a natural material that can be used in different environments and often under aggressive environmental conditions that may cause premature ageing. Since upholstery leather is considered a very high-tech product, a long service life is expected by the costumer. According to different studies carried out on historical/ancient leathers by leather conservation centers and museums, leather also is strongly affected by these three main environmental parameters: temperature, relative humidity, and UV radiation. The aim of this work is to study the effect of the environment exposure, to identify the most important variables affecting this weathering process and to check for interactions among the three factors on the degradation and leather ageing on wet-blue and wet-white upholstery leather, applying the leather to natural weathering, tropical environmental exposure and finally a combination of the three critical factors. The tests were carried out on Spanish pickled cattle hides. Two types of tanned leather were tested: on the one hand, chrome tanned leather and on the other hand, wet-white tanned leather using tetrakishydroxymethylphosphonium sulphate (THPS) and silicate-phenolic synthetic and retanned with protein-amide polymer. Both types of leathers were finished using common industrial formulation. Firstly, the work was undertaken to better understand the effect of degradation of chrome tanned leather and wet-white leather and the physical and chemical processes occurring during long-term exposure to outdoor conditions. The samples were tested before and after 20, 40, 80, 120 and 180 days of exposure. Increasing the levels of the three critical weathering variables, the leathers were exposed to tropical environment using a climatic chamber at 70ºC and 95% relative humidity during 7, 14 and 21 days. Additionally half of the leathers were exposed to UV radiation for 4 days. Finally, the leathers were exposed to accelerating ageing test using a multilevel centralized factorial experimental design and an analysis of variance (ANOVA) with 3 variables and 2 levels (23). The evaluation of the leathers was carried out with physical, fastness, chemical and organoleptic properties of the leathers. With the natural weathering studies, wet-white leather and chrome-tanned leather show a different behavior to leather ageing. The loss in properties in chrome-tanned leather increases steadily until 40 days exposure, and after this point the leather stabilizes and no longer degrades. In wet-white leather, however, there is a progressive loss in properties but stabilization does not occur until a period of exposure of 80-120 days. Tropical environmental exposure causes physical and chemical degradation of both types of tanned leather. In chrome-tanned leather, the loss of all properties occurs progressively over time, in wet-white leather it occurs only after 7 days exposure, and is followed by carbonization of the leathers after 14 days exposure. Additionally, when wet-white samples are exposed for long periods at high relative humidity are attacked by fungi. Resistance and dimensional stability of wet-white leather both in accelerated ageing tests and natural weathering exposure is higher than that of chrome-tanned leather. However, these leathers have the disadvantage of not resisting simultaneous exposure to high temperatures and high relative humidity, that's to say, tropical environmental conditions. Results from experimental designs prove again that chrome-tanned leather and wet-white leather have a different ageing behavior. Whereas chrome-tanned leathers are strongly affected by UV radiation, wet-white leathers are strongly affected by relative humidity. Additionally, no correlation has been found between ageing caused by natural weathering and that caused under controlled conditions in the laboratory.

La pell és un material natural que pot ser utilitzat en diferents ambients i molt sovint pot ser sotmès a condicions ambientals agressives provocant el seu envelliment prematur. Segons diferents estudis portats a terme en pells històriques procedents de centres de conservació de la pell i museus, la pell es veu afectada pels tres paràmetres ambientals principals: temperatura, humitat relativa i radiació UV. L’objectiu d’aquest treball és estudiar l’efecte de l’exposició ambiental, identificar les variables més importants que afecten al procés d’envelliment i buscar les interaccions entre els tres factors, en la degradació i envelliment de la pell adobada al crom i pell adobada wet-white per tapisseria, sotmetent la pell a exposició directa a la intempèrie, exposició a ambient tropical artificial i finalment a una combinació dels tres factors crítics. Els assajos es porten a terme amb pell vacuna piquelada, es preparen dos tipus de pell: pell adobada al crom, i pell adobada wer-white utilitzant sulfat de tetrakishidroximetilfosfoni (THPS) i sintètic silicat-fenòlic readobat amb polímer de proteína-amida. Les pells s’acaben utilitzant una formulació industrial estàndard. Inicialment el treball pretén entendre millor l’efecte de la degradació de la pell adobada al crom i pell adobada wet-white, i els processos físics i químics que ocorren durant una exposició prolongada a les condicions ambientals exteriors. Les mostres s’analitzen abans i després de 20, 40, 80, 120 i 180 dies d’exposició. Incrementant els nivells de les tres variables crítiques d’envelliment, les pells s’exposen a un ambient tropical utilitzant una cambra climàtica a 70ºC i 95% d’humitat relativa durant 7, 14 i 21 dies d’exposició. Addicionalment la meitat de les pells s’exposen a radiació UV durant 4 dies. Finalment, les pells s’exposen a un test d’envelliment accelerat utilitzant un disseny experimental factorial centralitzat, com a eina estadística per estimar els efectes dels paràmetres es treballa amb un anàlisis de variància (ANOVA) amb 3 variables i 2 nivells cadascun. L’avaluació de les pell es porta a terme a través de l’anàlisi de propietats físiques, químiques i organolèptiques de les pells. En els estudis d’exposició natural les pells adobades al crom i les pells adobades wet-white mostren un comportament diferent a l’envelliment. Mentre que per la pell adobada al crom la pèrdua de propietats físiques es produeix als 40 dies d’exposició i després d’aquest punt la pell s’estabilitza i no es degrada més, en el cas de la pell adobada wet-white es produeix una pèrdua progressiva de les propietats però l’estabilització no es produeix fins als 80-120 dies. L’exposició a un ambient tropical artificial causa una degradació física i química en els dos tipus de pells. En la pell adobada al crom, la pèrdua de propietats ocorre progressivament en el temps, mentre que en la pell adobada wet-white això només succeeix després de 7 dies d’exposició, seguit d’una carbonització després de 14 dies d’exposició. A més, quan la pell adobada wet-white s’exposa a períodes llargs d’humitat relativa alta és atacada per fongs. La resistència i l’estabilitat dimensional de la pell adobada wet-white, tant en l’assaig d’envelliment accelerat com en l’exposició ambiental natural, és molt superior a la de la pell adobada al crom. Tanmateix, aquesta pell té la desavantatge de no resistir simultàniament l’exposició a elevada temperatura i elevada humitat relativa, condicions de l’ambient tropical. Els resultats dels dissenys experimentals demostren una altra vegada que la pell adobada al crom i la pell adobada wet-white tenen un comportament a l’envelliment molt diferent. Mentre que la pell adobada al crom es veu molt afectada per la radiació UV, la pell adobada wet-white està afecta per la humitat relativa. Addicionalment, no es troba cap correlació entre l’envelliment causat per exposició ambiental natural i el causat sota condicions controlades al laboratori.