Revista
Industrial Data 22(1): 7-22 (2019)
ISSN: 1560-9146 (Impreso) / ISSN: 1810-9993 (Electrónico) Cesar Puente
DOI: http://dx.doi.org/10.15381/idata.v22i1.16522
Facultad de Ingeniería Industrial -
UNMSM
Curtición de pieles bovinas con Caelsalpinia spinosa en combinación con
oxazolidina
César Arturo Puente Guijarro [1]
Recibido: 03/07/2018 Aceptado:
07/01/2019
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RESUMEN La curtición mineral (cromo III)
es la más utilizada a nivel mundial, produce efectos nocivos al ambiente no
solo en el proceso, sino también cuando los artículos han cumplido su vida
útil y deben ser desechados a los vertederos de basura. En ese lugar, el
contacto con agentes oxidantes puede producir la degradación del cromo
trivalente a hexavalente, el cual es un compuesto altamente contaminante. El
presente estudio tiene por finalidad determinar el efecto de una curtición con
Caelsalpinia spinosa (tara) en combinación con oxazolidina, para crear una
curtición agradable con el ambiente al reemplazar al cromo III. Como
conclusión se determina que, con la utilización de oxazolidina más
Caelsalpinia spinosa, se consiguen cueros con resistencias físicas elevadas
que superan los estándares de calidad de las normas técnicas, así como una
apreciación sensorial muy atractiva para el juez tanto en los cueros como en
los artículos de marroquinería. Palabras-claves: Curtición; cromo; tanino vegetal; oxazolidina; tara. |
INTRODUCCIÓN
Es
conocido que una actividad ancestral efectuada por millares de familias en todo
el mundo es la curtición de las pieles de animales no solo domésticos, sino
salvajes, para producir cuero. Este recurso, en manos de artesanos de nuestro
país, se trasforma en artículos de cuero únicos, manteniendo a la industria
curtidora junto con diseñadores en la producción de artículos de cuero no
sustituibles por productos sintéticos. De esta forma, el cuero como materia
prima sirve para elaborar artículos para marroquinería, calzados e
indumentarios, bajo las tendencias mundiales de moda y como respuesta a la gran
necesidad de puestos de trabajo y competitividad extranjera. Los requerimientos
ambientales que se están adoptando a nivel mundial son cada vez más exigentes;
por ello, las industrias curtidoras, desde las curtiembres pequeñas de tipo
artesanal hasta las de la gran industria curtidora, deben cumplir las
normativas de cada país. Existe entonces una obligación de realizar cambios y
adoptar nuevas tecnologías de producción que garanticen una eficaz y eficiente
gestión de la industria curtidora, tomando como meta la sostenibilidad
medioambiental, social y económica. Así, las curtiembres que no vayan de
acuerdo al desarrollo de nuevas tecnologías limpias estarán destinadas a
desaparecer, por lo que se requiere que la información deba estar a disposición
de los dueños de pequeñas y medianas curtiembres (Mayta y Mayta, 2017).
El cuero, como producto final del proceso de curtición de pieles, presenta
características únicas que no son sustituidas por productos sintéticos; es
posible citar el porcentaje de absorción de humedad, la elasticidad y la
maleabilidad que presentan, entre otras propiedades. En la presente investigación
se pretende producir un cuero libre de cromo utilizando una tecnología que
consiste en la obtención de pieles exentas de metales con aspecto y cualidades
adecuadas. Esto será logrado mediante la sustitución de los productos
curtientes habituales (sales básicas de cromo trivalente) por oxazolidina en
combinación con agentes curtientes sintéticos o vegetales, empleando
formulaciones semejantes a las habituales y realizando el proceso de curtición
en las mismas instalaciones y equipos (Reissig, 2006). En otras palabras, lo
que se busca es producir pieles más biodegradables, con aspecto y propiedades
adecuadas para la fabricación de calzado y otros artículos de piel.
METODOLOGÍA
1.
Tipo y diseño de investigación
Tomando en
cuenta que experimentar es una modalidad de aprendizaje a través de una
sistemática variación de condiciones y obtención de efectos, se va a trabajar
bajo la influencia de variables en condiciones controladas para determinar los
resultados al manipular las concentraciones de los nuevos curtientes. Para este
caso, se trata de obtener o mantener un cuero de alta calidad (variable
dependiente) después de aplicar la oxazolidina en combinación con la tara
(variable independiente), realizando diferentes experimentos en el laboratorio
y manipulando las cantidades de concentración de esta última variable, para
luego compararlos con una curtición tradicional como es el cromo.
2.
Diseño de la investigación
Para
efectuar el ensayo del presente estudio se procedió a evaluar la calidad
física, sensorial y mecánica del cuero bovino, así como su comportamiento en el
artículo confeccionado (portafolios). Además, se dividió el trabajo
experimental en tres fases: la primera utilizó 15 pieles; la segunda, 30
pieles; y, finalmente, la tercera consistió en la comparación de los mejores
niveles tanto de la primera como de la segunda fase.
2.1. Primera fase
Para evaluar una
curtición con diferentes niveles de sulfato de cromo (5%, 6% y 7%), para la
confección de artículos de marroquinería, se manipularon 15 pieles vacunas en
total, distribuidas en 3 tratamientos, con 5 repeticiones por tratamiento. Los
resultados experimentales de las pruebas fisicomecánicas fueron analizados bajo
un Diseño Completamente al Azar (DCA), pues cumple con los principios de este
tipo de proyecto. En la Tabla 1 se representa el esquema de la
experimentación que fue utilizado en la investigación.
En la Tabla
2 se representa el esquema del análisis de varianza utilizado en la
investigación.
2.2. Segunda fase
Unidades experimentales segunda fase
Las
unidades experimentales de la curtición con diferentes niveles (12%, 15% y 18%)
de Caelsalpinia spinosa (tara) en
combinación con 5% de oxazolidina (segunda fase), fueron 30 pieles vacunas de
animales adultos adquiridas a introductores de ganado de la ciudad de Ambato.
Tratamiento y diseño experimental segunda fase
Para la
segunda fase de investigación se evaluó la curtición con diferentes
concentraciones de Caelsalpinia spinosa
(12%, 15% y 18%), mezclada con 5% de concentración de oxazolidina, las cuales
fueron seleccionadas para cuero de marroquinería. Además, se utilizaron 30
pieles vacunas distribuidas en 3 concentraciones (tratamientos) con 10
repeticiones cada una. En el procesamiento de datos los resultados fueron
distribuidos con un Diseño Completamente al Azar (DCA) simple. En la Tabla 3 se
representa el esquema del experimento que fue utilizado en la investigación.
En la Tabla 4
se detalla el esquema del análisis de varianza utilizado en la investigación.
Tabla 1. Esquema del experimento.
Fuente: Elaboración propia. Tabla 2. Análisis de varianza.
Fuente: Elaboración propia. |
2.3. Tercera fase
La tercera
fase de la investigación fue constituida por la comparación entre los resultados
del tratamiento más alto de la primera fase versus los resultados más altos de
la segunda fase. Asimismo, para su tabulación se utilizó una estadística
descriptiva, en la cual se utilizaron medidas de tendencia central, como la
media, la mediana y la moda. Además, medidas de dispersión, como la varianza y
la desviación estándar. Finalmente, se utilizó la prueba de contraste t de
Student para determinar si existen o no diferencias.
3. Técnicas de análisis de datos
Los resultados físicos, mecánicos y sensoriales
del cuero y producto confeccionado se tabularon utilizando el programa
estadístico Infostat (versión 10) y la hoja de cálculo estadístico Excel 2013.
Por otro lado, para el caso de las estadísticas descriptivas, también se
utilizarán gráficos para visualizar los resultados.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
1.
Primera fase
1.1. Valoración de las calificaciones físicas de los cueros vacunos curtidos
con diferentes niveles (5%, 6% y 7%) de cromo
1.1.1.
Resistencia a la tensión
Los resultados de la resistencia a la tensión
de los cueros vacunos determinaron diferencias altamente significativas
(P<0,05) por efecto de la curtición con diferentes niveles de cromo. A
partir de ello se establecieron los resultados, los cuales fueron más altos con
7% de cromo (T3), alcanzando los 2057,37 N/cm2; mientras que descendieron al
utilizar 6% de cromo (T2), llegando a los 1887,53 N/ cm2. En
otras palabras, los resultados más altos se obtuvieron al utilizar mayores
niveles de cromo, ya que se consiguió el fortalecimiento del entretejido
colagénico, de tal manera que las fibras de colágeno soporten fuerzas
multidireccionales a las que son sometidas en el momento del armado o del uso
diario que impiden su ruptura prematura y, con ello, la vida útil del cuero
disminuya, así como su calidad y precio (Silvateam, s. f.).
1.1.2.
Porcentaje de elongación
Los
resultados del porcentaje de elongación de los cueros vacunos determinaron
diferencias altamente significativas por efecto de la curtición con diferentes
concentraciones de cromo. Asimismo, se establecieron las mejores respuestas en
el tratamiento T3 (7%) con 94,38%, seguido de los valores alcanzados en el lote
de cueros del tratamiento T2 (6%) con elongaciones de 80,50%. Mientras que los
resultados más bajos fueron reportados por los cueros del tratamiento T1 (5%),
alcanzando el 56,90%. Es decir, al curtir con mayores niveles de cromo se
mejoró la elasticidad del cuero, lo que, según INESCOP (2011), hizo lograr un
alargamiento adecuado para que se traslade fácilmente de la forma espacial a la
multidireccional al adoptar la estructura del artículo que se confecciona.
1.1.3.
Resistencia al desgarro
La evaluación
de la resistencia al desgarro determinó los resultados más elevados en los
cueros del tratamiento T3 (7%), obteniendo 55,85 N, seguido de los valores
alcanzados por los cueros del tratamiento T1 (5%), que registraron promedios de
54,35 N. Asimismo, los resultados más bajos fueron determinados en el
tratamiento T2 (7%), llegando a valores de 53,67 N, como se indica en la Tabla
5.
Tabla 3. Esquema del experimento.
Fuente: Elaboración propia. Tabla 4. Esquema del ADEVA.
Fuente: Elaboración propia. |
1.2. Evaluación de las calificaciones sensoriales del cuero vacuno curtido con
diferentes concentraciones de cromo
1.2.1.
Llenura
Los valores
de llenura de los cueros vacunos registraron diferencias estadísticas. Según la
prueba de Kruskal-Wallis, se estableció que los resultados más altos se dan al
utilizar en la curtición 7% de cromo (T3), ya que las respuestas son de 4,80
puntos, considerado por Hidalgo (2017) como una calificación excelente. Por
otro lado, las respuestas bajas fueron determinadas en los cueros obtenidos con
niveles bajos de cromo, es decir, con 5% (T1), pues las ponderaciones fueron de
3,20 puntos.
1.2.2.
Finura de flor
El análisis
de la finura de flor determinó diferencias altamente significativas (P<0,01)
por efecto de la inclusión de diferentes concentraciones de cromo. Además, se
establecieron los resultados más altos en los cueros del tratamiento T3 (7%),
alcanzando los 4,60 puntos, lo cual Hidalgo (2017) considera una calificación
excelente. A continuación, se ubicaron los registros alcanzados en los cueros
del tratamiento T2 (6%), cuyos valores fueron de 4,20 puntos, la cual es una
calificación muy buena de acuerdo con Hidalgo (2017). Finalmente, en la
separación de medias, a través de la prueba de Tukey (ANOVA), se reportó la
finura de flor expuesta en el tratamiento T1 (5%), logrando resultados de 2,80
puntos y calificación baja.
1.2.3.
Redondez
La redondez
presentó diferencias altamente significativas (P<0,01). Así, se
establecieron las mejores respuestas en los cueros del tratamiento T3 (7%),
obteniendo valores de 4,80 puntos y una calificación excelente por Hidalgo (2017).
Luego, en forma descendente, la redondez reportada en los cueros del
tratamiento T2 (6%) alcanzó los valores de 4,20 puntos y ponderación de muy
buena. Por el contrario, los resultados más bajos fueron registrados en el
tratamiento T1 (5%), logrando respuestas de 3,0 puntos y calificación buena.
2.
Segunda fase
2.1. Valoración de las resistencias físicas de los cueros vacunos curtidos
con 5% de oxazolidina más diferentes niveles (12%, 15% y 18%) de tara 2.1.1.
Resistencia a la tracción
Los valores
de la resistencia a la tracción no determinaron estadísticamente diferencias
(P<0,05) por efecto de la inclusión de diferentes niveles de Caelsalpinia spinoza (tara), en
combinación con 5% de oxazolidina. De esta forma, se establecieron los
resultados más altos en el tratamiento T2 (15%), obteniendo 2855,15 N/cm2,
seguido de los reportes del tratamiento T3 (18%), logrando respuestas de
2717,64 N/cm2. Por otro lado, los valores más bajos fueron reportados en los
cueros del tratamiento T1 (12%), alcanzando medias de tracción de 2501,54 N/cm2.
2.1.2.
Porcentaje de elongación
El
porcentaje de elongación en el análisis de varianza no determinó diferencias
estadísticas (P>0,05) entre las medias de los tratamientos por efecto de la
inclusión de diferentes niveles de tara en combinación con oxazolidina. De este
modo, se estableció el mayor porcentaje de elongación en el tratamiento T3
(18%), logrando respuestas de 61,54%, las cuales descendieron a 59,55% en los
cueros del tratamiento T1 (12%). Por el contrario, los resultados más bajos de
elongación fueron reportados por el tratamiento T2 (15%), obteniendo respuestas
de 56,93%.
Resistencia al desgarro
La evaluación de la
resistencia al desgarro no determinó diferencias estadísticas (P>0,05) entre
tratamientos por efecto de la aplicación de diferentes niveles de tara en
combinación con oxazolidina.
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Tabla 5. Evaluación de las valoraciones físicas de los cueros vacunos curtidos con diferentes niveles (5%, 6% y 7%) de cromo (primera fase).
Fuente: Elaboración propia. |
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Así, se
establecieron las respuestas más altas en el tratamiento T3 (18%), obteniendo
117,78 N (ver Tabla 6), es decir, a mayores niveles de tara combinada con
oxazolidina, se consiguió una mayor resistencia al desgarro de los cueros
vacunos. En ese sentido, Vargas y Amurrio (2017) indican que al frotar las
superficies sea entre sí o con cuerpos extraños no se producen daños, ni en la
superficie de la piel, ni en su estructura interna, lo cual implica que se
trata de un cuero muy rígido que al mínimo estiramiento se romperá. Por lo
tanto, se considera que al alcanzarse una mayor resistencia del cuero a
rasguños con su propia superficie o con cuerpos extraños que debilitan el entretejido
fibrilar, se provocan fisuras que terminan en un envejecimiento prematuro (Casa
Química Bayer, 2007).
2.2. Valoración de las calificaciones sensoriales de los cueros vacunos
curtidos con 5% de oxazolidina más diferentes niveles (12%, 15% y 18%) de tara
2.2.1.
Llenura
La valoración de llenura determinó
diferencias altamente significativas (P<0,01) según la prueba de
Kruskal-Wallis, pues se establecieron las respuestas más altas en el
tratamiento T3 (18%), obteniendo 4,80 puntos y condición excelente.
2.2.2.
Finura de flor
La
evaluación de la finura de flor determinó diferencias altamente significativas
(P<0,01) por efecto de la inclusión a la fórmula del curtido de diferentes
niveles de tara más 5% de oxazolidina. De esta forma, se determinaron las
respuestas más altas al utilizar 18% de tara (T3), alcanzando respuestas de
4,70 puntos (ver Tabla 7) y calificación excelente según Hidalgo (2017).
2.2.3.
Redondez
El análisis
de la redondez reportó diferencias altamente significativas (P<0,01), según
el criterio de la prueba de Kruskal-Wallis, por efecto de la utilización de
diferentes niveles de tara en combinación con 5% de oxazolidina. Así, se
establecieron las respuestas más altas al utilizar 12% de tara (T1), ya que los
resultados fueron de 4,70 puntos y calificación excelente según Hidalgo (2017).
A continuación, se apreciaron los resultados alcanzados en el lote de cueros
curtidos con 15% de tara (T2), pues las respuestas fueron de 3,90 puntos y
calificación muy buena. Por otro lado, la redondez más baja se apreció en los
cueros curtidos con 12% de tara con ponderaciones de 3,40 puntos y condición
buena.
2.2.4.
Plenitud
Las medias obtenidas de los
resultados de la plenitud de los cueros vacunos registraron diferencias
|
Tabla 6. Evaluación de las resistencias físicas de los cueros vacunos curtidos con 5% de oxazolidina más diferentes niveles (12%, 15% y 18%) de tara.
Fuente: Elaboración propia. Tabla 7. Valores de las calificaciones sensoriales de los cueros vacunos curtidos con 5% de oxazolidina más diferentes niveles (12%, 15% y 18%) de tara.
Fuente. Elaboración propia. |
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Altamente
significativas (P<0,01) por efecto de la aplicación de diferentes niveles de
tara en combinación con oxazolidina, aplicado a la formulación del curtido, se
evidenció una optimización de la plenitud ante niveles más bajos de tara. De
este modo, se registró en el tratamiento T1 (12%) las puntuaciones más altas,
cuya media fue de 4,50 puntos, con una ponderación de excelente entre la escala
propuesta por Hidalgo (2017), y que descendió en las respuestas de los cueros
del tratamiento T2 (15%) a una media de 3,60 puntos y ponderación de muy buena.
3.
Tercera fase
3.1. Comparación de las resistencias físicas de los cueros vacunos curtidos
con 7% de cromo versus la curtición con 18% de tara en combinación con 5% de
oxazolidina
3.1.1.
Resistencia a la tracción
La
evaluación de la resistencia a la tracción no determinó diferencias
estadísticas (P>0,05) al comparar la curtición con cromo versus diferentes
niveles de tara más oxazolidina. De esta forma, se reportaron valores más altos
al utilizar la curtición con tara (T2), obteniendo valores de 2214,49 N/cm2 en comparación
con la curtición con cromo (T1), logrando respuestas de 2057,37 N/cm2. Además,
el error típico fue de 55,62 y 201,98 para los tratamientos T1 (cromo) y T2
(tara), respectivamente. Los valores de las medianas registraron tensiones de
2000,00 y 2177,07 N/cm2, incluso se apreció que no existió
ningún valor repetido, es decir, no hubo moda; sin embargo, la desviación
estándar fue alta, alcanzando cada uno de ellos resultados de 124,36 N/cm2 y 451,63
N/cm2.
3.1.2.
Porcentaje de elongación
Los
resultados del porcentaje de elongación de los cueros bovinos determinaron
diferencias altamente significativas (P>0,05). Así, se establecieron
resultados más altos en el tratamiento T1(tara), ya que las respuestas fueron
de 94,38% y la mediana de 80.50,%. Por otro lado, en
los cueros del tratamiento T1(cromo) las respuestas fueron de 94.38% y 56.90%,
siendo necesario resaltar que los resultados en el tratamiento T2 es de
80.50%.
3.1.3.
Resistencia al desgarro
La
evaluación de la resistencia al desgarro de los cueros vacunos reportó
diferencias altamente significativas. De este modo, se establecieron los
resultados más altos en el tratamiento T3 (tara), obteniendo 117.78 N y una
mediana de 101,36 N, mientras que al utilizar una curtición con cromo los
resultados medios fueron de 55,85 N y la mediana de 54,35 N. Según Chávez
(2010), es necesario combinar la curtición junto a oxazolidina y recurtientes
vegetales para alcanzar mayores temperaturas de contracción y obtener pieles de
calidad comparable a las curtidas con cromo.
3.2. Valores de las calificaciones sensoriales de las pieles vacunas curtidas
con cromo versus la curtición con diferentes concentraciones de tara en
combinación con 5% de oxazolidina
3.2.1.
Llenura
Los valores
de llenura de los cueros vacunos reportaron diferencias estadísticas
(P<0,05). Así, se registraron respuestas más efectivas al utilizar la
curtición con tara (T2), ya que los resultados fueron de 4,80 puntos en
comparación con los cueros curtidos al vegetal que lograron 3,80 puntos, y
cuyas calificaciones son de excelente y muy buena, respectivamente, según
Hidalgo (2017). Lo cual es corroborado, de acuerdo con Hoinacki (2009), a
través del efecto negativo que tiene la curtición con sales de cromo, sobre
todo, por la trasformación de cromo trivalente a hexavalente.
3.2.2.
Redondez
La
calificación de la redondez del cuero vacuno no reportó diferencias
estadísticas por efecto de la comparación de la curtición tradicional (cromo)
con la vegetal (tara). De esta forma, se establecieron respuestas más altas en
el tratamiento T2 (tara), puesto que sus valores medios fueron de 4,80 puntos y
condición excelente, en comparación con la curtición con cromo, que registró
valores de 3,60 puntos y condición muy buena. En otras palabras, los resultados
en las dos curticiones son similares; sin embargo, desde el punto de vista
ambiental, la mejor alternativa es trabajar con curtientes vegetales en
combinación con oxazolidina, por su bajo poder contaminante (Córdova et al.,
2013).
3.2.3.
Finura de flor
Los
resultados reportados por la finura de flor de los cueros vacunos determinaron
diferencias estadísticas (P>0,05). Así, se estableció un valor promedio de
4,80 y 3,40 puntos para el tratamiento T1 (cromo) y T2 (tara), respectivamente,
y calificaciones que fueron de excelente a buena, es decir, que al cutir con
cromo se aprecian mejores respuestas de finura de flor. En ese sentido, Cotance
(2004) señala que la finura de flor se debe a que la combinación del grupo
carboxílico del colágeno de una fibra con el cromo es muy alta, la cual forma
un enlace bastante fuerte que atrae a la fibra adyacente, lo que da como
resultado que el folículo piloso se cierre, dando lisura a la superficie de la
flor.
Por otro
lado, Bacardit (2005) menciona que la curtición mantiene las propiedades más
deseadas de la piel, es decir, la resistencia al desgaste, a la humedad y a la
flexibilidad. Además, su aspecto exterior agradable al tacto y a la vista es
logrado por los diferentes tipos de enlace con el colágeno retícula sin cambiar
la estructura de las fibras naturales, permitiendo que el material esté
disponible en diferentes espacios y tiempos de tal manera que se pueda
satisfacer con la demanda del consumidor.
4.
Comportamiento del cuero en la
confección de artículos de marroquinería
4.1. Pespunte
La
valoración sensorial de los artículos confeccionados con cuero curtido con
diferentes niveles de Caelsalpinia
spinosa (tara) determinó entre las medias diferencias altamente
significativas que las mayores puntuaciones se lograron al elaborar los
portafolios con cuero del tratamiento T3 (18%), ya que la calificación
alcanzada fue de 4,80 puntos y condición excelente, según la ponderación de
Santillan (2017). Además, se redujo a 4,30 puntos en los artículos
confeccionados con cueros del tratamiento T2 (15%), donde la ponderación fue de
4,30 puntos y condición muy buena. Por el contrario, las puntuaciones más bajas
fueron registradas en los artículos del tratamiento T1 (12%), logrando una
puntuación de 3,60 puntos y una calificación buena. Asimismo, Soler (2004)
indica que el pespunte es el ensamble de las piezas del corte mediante
operaciones de costura, pegado, colocación de adornos y herrajes, etc., y que
el cuero debe presentar una resistencia adecuada para soportar esta etapa del
proceso industrial, que muchas veces es fuerte, puesto que se debe evitar
arrugas o deformaciones que desmejoran la presentación del calzado.
4.2. Corte
La variable corte del cuero
determinó diferencias altamente significativas por efecto de la curtición con
diferentes concentraciones de Caelsalpinia
spinosa más 5% de oxazolidina. Así, se establecieron las calificaciones más
altas al utilizar mayores niveles de tara (T3), ya que la calificación,
declarada por el juez, determinó puntuaciones de 4,90 puntos y condición
excelente, que descendieron a 4,30 puntos y condición muy buena. Por otra
parte, las respuestas más bajas fueron registradas en el tratamiento T1 (12%),
ya que la calificación fue de 3,90 puntos y condición buena.
RECOMENDACIONES
• Al curtir las pieles bovinas con
oxazolidina y Caelsalpinia spinosa se
consigue elevar su clasificación, disminuir los defectos, mejorar las
propiedades físicas, sensoriales y conseguir una elevada estabilidad del cuero
frente a los procesos de fabricación y el paso del tiempo, eliminando la
presencia de cromo III.
• La proporción de oxazolidina
empleada (5%) en combinación con 12% de Caelsalpinia
spinosa mejora el aspecto y las
propiedades físicas del cuero vacuno. También se alcanza una temperatura de
contracción de 80 ºC, lo que además economiza el proceso, donde los réditos económicos
son mayores y superan ampliamente las ganancias generadas al curtir con cromo.
• La utilización de la oxazolidina
como agente curtiente en combinación con Caelsalpinia
spinosa permite obtener pieles de
calidad que pueden ser utilizadas por las industrias de marroquinería. Así lo
demuestran los resultados de las pruebas físicas y sensoriales y, sobre todo,
la calificación de los artículos confeccionados.
• Al curtir con oxazolidina en
combinación con Caelsalpinia spinosa, se encuentra un pequeño incremento
de la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) y la Demanda Química de Oxígeno (DQO),
el cual no cumple con las normativas del Texto Unificado de Legislación
Secundaria (TULSMA). Al realizar el tratamiento se consiguió que este valor
fuera menor al límite permisible.
•
La
evaluación del comportamiento del cuero, frente a las condiciones de confección
de marroquinería más representativas, determinó que los mejores resultados de
pespunte y corte del cuero se aprecian al utilizar 18% de tara en combinación
con 5% de oxazolidina (T3), ya que las calificaciones van de 4,80 puntos y 4,90
puntos, respectivamente y condición excelente.
CONCLUSIONES
• Aplicar la combinación de Caelsalpinia spinosa (tara) con
oxazolidina, como un sustituto ecológico del cromo en el proceso de curtición
de pieles bovinas, va de acuerdo a la legislación ambiental, pues el uso del
cromo en la curtición está prohibido por los efectos negativos que ocasiona al
ambiente al transformarse en cromo hexavalente, incluso después de ser
desechado el artículo final (Hoinacki, 2009).
• Utilizar la combinación de 12% de Caelsalpinia spinosa (tara) más el 5% de
oxazolidina para fabricar cueros que cumplen los estándares de calidad en las
pruebas físicas y sensoriales, el cual está recomendado para la fabricación de
diferentes artículos de piel, así como bajo los criterios establecidos en la
obtención de la ecoetiqueta europea del cuero.
•
Investigar
la utilización de la combinación de Caelsalpinia
spinosa más oxazolidina en otro tipo de pieles como ovinas, caprinas o
especies menores como aves, pescado, conejos, entre otras, para validar la
tecnología creada y de esa manera suplir la necesidad de materia prima que
tiene un costo más bajo (Chávez, 2010).
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[14] Soler, J. (2004). Procesos de curtido. Barcelona, España:
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[15] Vargas, D. y Amurrio, D. (2017).
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Nova, 8(1), 3-30.
Revista Industrial
Data 22(1): 7-22 (2019)
ISSN: 1560-9146 (Impreso) / ISSN: 1810-9993 (Electrónico)Cesar Puente
DOI: http://dx.doi.org/10.15381/idata.v22i1.16522
Facultad de Ingeniería Industrial – UNMSM
Cowhide Tanning using Caelsalpinia spinosa combined with
Oxazolidine
César Arturo
Puente Guijarro [2]
Received: 03/07/2018 Accepted:
07/01/2019
|
ABSTRACT Mineral tanning (chromium III) is the most
used tanning method worldwide, causing harmful environmental effects not only
during production, but also after the goods have completed their lifespan and
are discarded into landfills. There, contact with oxidizing agents may result
in the degradation of trivalent chromium into hexavalent chromium, a highly
contaminating compound. This study attempts to determine the effect of
tanning using Caelsalpinia spinosa
(tara) combined with oxazolidine, to create an environmentally friendly
tanning method by replacing chromium III. In conclusion, it is determined
that the use of Caelsalpinia Spinosa
combined with oxazolidine produces tanned hides with high physical strength
properties that exceed technical regulatory quality standards, as well as a
sensory appreciation that is attractive for the user of both tanned hides and
leather goods. |
Keywords: Tanning;
chrome; vegetable tannin; oxazolidine; tara.
INTRODUCTION
It is well
known that hide tanning, of both domestic and wild animals, to produce leather
is an ancestral activity performed by thousands of families worldwide. In the
hands of artisans from our country, this resource is transformed into unique
leather goods, therefore, supporting the tanning industry and designers of
leather goods that cannot be replaced by synthetic items. Thus, leather as raw
material is used to produce leather accessories, footwear and apparel in line
with international trends, responding to the need for employment and
international competitiveness. Environmental regulations that are being adopted
worldwide are increasingly more demanding; as a result, tanning enterprises, from small-scale
artisanal tanneries to large-scale tanneries, must comply with national
regulations. Therefore, an obligation exists to make changes and adopt new
production technologies that guarantee the effective and efficient management
of the tanning industry, in order to achieve environmental, social and economic
sustainability goals. Tanneries that fail to comply with the implementation of
new clean technologies are destined to disappear, thus, information should be
available to the owners of small and medium size tanneries. (Mayta & Mayta,
2017).
Leather, as
the final product of the hide tanning process, has unique characteristics that
cannot be replaced by synthetic products such as the percentage of humidity
absorption, elasticity, and malleability, among other properties. This study
attempts to produce a chrome-free leather using technology that enables the
production of metal-free leather with adecuate appearance and properties.This is achieved by replacing the usual tanning
agents (simple trivalent chromium salts) with oxazolidine combined with
synthetic or vegetable tanning agents, using formulations similar to those
usually used and conducting the tanning process in the same facilities using
the same equipement (Reissig, 2006). In other words, the objective is to
produce more biodegradable leathers that maintain the appearance and properties
required for leather footwear and other goods.
METHODOLOGY
1. Research type and design
Considering
that experimentation is a form of learning through systematic variation of
conditions and achieved results, this research studies two variables under
controlled conditions to determine results obtained after manipulating the
concentrations of the new tanning agents. In this case, the objective is to
achieve or maintain a good quality leather (dependent variable) after the
application of oxazolidine combined with tara (independent variable),
conducting several laboratory experiments and manipulating the concentration
amounts of the independent variable, to be later compared with a traditional
chrome tanning method.
2. Research design
Physical,
sensory and mechanical qualities of cowhide leather were evaluated in this
study, as well as its behavior after it had been transformed into a
manufactured item (briefcase). In addition, the experimental work was divided
into three stages: the first stage used 15 hides; the second, 30 hides; and the
third stage consisted on comparing the highest values obtained in both, the
first and second stage.
2.1. First stage
To evaluate a tanning method using different chromium sulfate
concentrations (5%, 6% and 7%) for the manufacture of leather goods, a total of
15 cowhides were prepared, distributed in three groups subjected to three
different treatments with five repetitions per treatment. The findings of the
physico-mechanical experiments were analyzed using a completely randomized design
(CRD), which satisfies the criteria of this type of project. Table 1 shows the
experiment scheme used in the study.
Table 2 shows the scheme of the analysis of variance used in the study.
2.2. Second stage
Experimental units – Second stage
The experimental units used for
tanning using different concentrations of Caelsalpinia
spinosa (tara) (12%, 15% and 18%) combined with 5% oxazolidine (second
stage) were 30 cowhides of adult animals purchased from cattle dealers from the
city of Ambato.
Treatment and experimental design – Second stage
For the second stage of the study, tanning using different
concentrations of Caelsalpinia spinose
(12%, 15% and 18%) combined with 5% oxazolidine was evaluated. A total of 30
cowhides, selected for leather goods, distributed in three groups exposed to
different concentrations (treatments) with 10 repetitions per treatment were
used. The findings were distributed using a completely randomized design (CRD)
during the data processing. Table 3 shows the experiment scheme used in the
study.
Table 4 shows the scheme of the
analysis of variance used in the research.
2.3. Third stage
The third stage of the study consisted of
comparing the highest values obtained in the treatments of the first and second
stage. A descriptive statistic, including measures of central tendency such as
media, median and mode, was used to tabulate the results. Measures of
statistical dispersion such as variance and standard deviation were used as
well. Finally, Student’s comparison t-test was used to determine whether or not
there were differences.
Table 1. Experiment scheme.
Source: Prepared by the author. Table 2. Analysis of variance.
Source: Prepared by the author. |
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3. Data analysis
techniques
The physical, mechanical and sensory results of
leather and manufactured product were tabulated by means of the statistical
software InfoStat (version 10) and statistical spreadsheet Excel 2013.
Conversely, charts were used to visualize the results for descriptive
statistics.
RESULTS AND DISCUSSION
1. First stage
1.1.
Evaluation of the physical
properties of cowhides tanned using different concentrations of chromium (5%,
6% and 7%)
1.1.1 . Tensile strength
Highly significant differences were determined
for tensile strength of the cowhides subjected to tanning using different
concentrations of chromium.
Highly significant differences (P<0.05) regarding tensile strength of
cowhides were determined, as a result of tanning using different concentrations
of chromium. The highest values were obtained from tanning using 7% chromium
concentration (T3), producing results of 2057.37 N/cm2; whereas
values decreased when using 6% chromium concentration (T2), producing results
of 1887.53 N/cm2. In other words, the highest results were
obtained using higher concentrations of chromium, because interwoven collagen
fibers were strengthened enabling them to withstand multidirectional forces to
which these fibers are subjected during the assembly process or daily use, thus
preventing premature rupture of leather as well as preventing its useful life
of leather from decreasing, along with its quality and price (Silvateam, n.d.).
1.1.2. Percentage of elongation
Highly
significant differences regarding elongation percentage of cowhide leathers
were determined, as a result of tanning with different concentrations of
chromium. Likewise, the best results were obtained by the group of hides
subjected to treatment T3 (7%) with elongation values of 94.38%, followed by
the group subjected to treatment T2 (6%) with elongation values of 80.50%;
whereas the lowest results were obtained by the group subjected to treatment T1
(5%), with values of 56.90%. This is to say tanning using higher chromium
concentrations enhanced leather elasticity, which, according to INESCOP (2011),
made it possible to achieve adequate stretching that transfers easily into
multidirectional shapes when conforming to the shape of the object being
produced.
1.1.3. Tear strength
The highest values regarding tear strength
were determined in the group of hides subjected to treatment T3 (7%), obtaining
55.85 N, followed by the group of hides subjected to treatment T1 (5%),
achieving values of 54.35 N; whereas the lowest results were obtained by the
group of hides subjected to treatment T2 (7%), with values of 53.67 N, as shown
in Table 5.
Table 3. Experiment scheme.
Source: Prepared by the author. Table 4. ANOVA scheme.
Source: Prepared by the author. |
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1.2. Evaluation of Sensory Attributes of cowhide
leather tanned using different chromium concentrations
1.2.1. Fullness
Statistical
differences regarding fullness were found in the cowhide leathers. According to
the Kruskal-Wallis test, the highest values were obtained using 7% chromium in
tanning (T3), given that results are equal to 4.80 points, an “excellent”
rating as per Hidalgo (2017). Additionally, the lowest values were obtained by
the hides tanned using low chromium concentrations, namely, 5% (T1),
considering that results are equal to 3.20 points.
1.2.2 . Fineness of grain
Highly
significant differences (P<0.01) regarding fineness of grain were
determined, as a result of tanning using different concentrations of chromium.
Likewise, the highest results were obtained by the hides subjected to treatment
T3 (7%), achieving 4.60 points, an “excellent” rating as per Hidalgo (2017).
Next were the results of hides subjected to treatment T2 (6%), achieving 4.20
points, a “very good” rating according to Hidalgo (2017). Finally, the fineness
of grain of hides subjected to treatment T1 (5%) obtained the lowest results,
achieving 2.80 points in means separation using the Tukey test (ANOVA).
1.2.3 . Roundness
Highly significant differences
(P<0.01) regarding roundness were determined. Thus, the best results were
found in the hides subjected to treatment T3 (7%), achieving 4.80 points, an
“excellent” rating as per Hidalgo (2017). Next, in descending order, roundness
reported in the hides subjected to treatment T2 (6%) achieved 4.20 points and a
“very good” rating. In addition, leathers subjected to treatment T1 (5%)
reported the lowest results, achieving 3.0 points and a “good” rating.
2. Second stage
2.1. Evaluation of Physical Resistance of cowhide leathers tanned using 5%
oxazolidine combined different tara concentrations (12%, 15 % and 18% )
2.1.1.
Tensile strength
No
statistical differences (P<0.05) regarding tensile strength were determined,
as a consequence of tanning using different concentrations of Caelsalpinia spinoza (tara) combined
with 5% oxazolidine. Thus, the highest values were found in the hides subjected
to treatment T2 (15%), producing results of 2855.15 N/cm2;
followed by the values of hides in treatment T3 (18%), producing results of
2717.64 N/cm2. In addition, hides subjected to treatment T1
(12%) reported the lowest values, achieving tensile strength values of 2501.54
N/cm2.
2.1.2.
Percentage of elongation
No
statistical differences (P>0.05) regarding the percentage of elongation were
determined in the analysis of variance between the means of treatments, as a
result of tanning using different concentrations of tara combined with
oxazolidine. Thus, the highest percentage of elongation was reported in
treatment T3 (18%), producing values of 61.54%, which descended to 59.55% in
hides subjected to treatment T1 (12%). In addition, hides subjected to
treatment T2 (15%) reported the lowest percentage of elongation results,
achieving values of 56.93%.
2.1.3.Tear strength
No significant
differences regarding tear strength were determined (P>0.05) between the
treatments, as a result of tanning using different concentrations of tara
combined with oxazolidine. The highest results were found in treatment T3
(18%), with 117.78 N (see Table 6), that is, greater tear strength of cowhide
leathers was obtained using higher concentrations of tara combined with
oxazolidine. In that respect, Vargas and Amurio (2017) state that
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Table 5. Evaluation of Physical Properties of cowhide leather tanned using different chromium concentrations (5%, 6% and 7%). First stage.
Source: Prepared by the author. |
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When no
damage is produced on the leather surface nor in its internal structure after
rubbing the leather pieces together or against foreign bodies, it is implied
that it is a very rigid leather that even the slightest stretch will break. It
is therefore determined that achieving greater resistance of leather to
scratches caused by friction against its own surface or foreign bodies that
weaken the interwoven fibers, provokes the appearance of cracks, leading to a
premature aging of the leather (Casa Química Bayer, 2007).
2.2. Evaluation of Sensory Attributes of cowhide leather tanned using 5%
oxazolidine combined with different concentrations of tara (12%, 15% and 18%)
2.2.1.
Fullness
The Kruskal-Wallis test determined highly
significant differences (P<0.01) regarding fullness; the highest values were
found in treatment T3 (18%), obtaining 4.80 points and an “excellent” rating.
2.2.2.
Fineness of grain
Highly
significant differences (P<0.01) regarding fineness of grain were
determined, as a result of tanning using different concentrations of tara
combined with 5% oxazolidine. Thus, the highest values were obtained using 18%
tara (T3), achieving values of 4.70 points (see Table 7) and an “excellent”
rating as per Hidalgo (2017).
2.2.3.
Roundness
The
Kruskal-Wallis test determined highly significant differences (P<0.01)
regarding roundness, as a result of tanning using different concentrations of
tara combined with 5% oxazolidine. Thus, the highest results were obtained
using 12% tara (T1), achieving 4.70 points and an “excellent” rating as per
Hidalgo (2017). Next were the results obtained by the lot of hides tanned using
15% tara (T2), achieving 3.90 points and a “very good” scoring. In addition, the
lowest results for roundness were obtained by the group tanned using 12% tara,
achieving 3.40 points and a “good” rating.
2.2.4.
Suppleness
Highly significant differences
(P<0.01) regarding suppleness of cowhide leather were obtained as a result
of tanning using different concentrations of tara combined with oxazolidine.
Leather suppleness improvement was observed when said material was exposed to
lower concentrations of tara. The highest results were found in treatment T1
(12%), achieving 4.50 points and an “excellent” scoring as per Hidalgo (2017);
whereas, values descended in treatment T2 (15%) to 3.60 points and a “very
good” rating.
|
Table 6. Evaluation of physical resistance of cowhide leathers tanned using 5% oxazolidine combined with different concentrations of tara (12%, 15% and 18%)
Source: Prepared by the author. Table 7. Values of sensory attributes of cowhide leathers tanned using 5% oxazolidine combined with different concentrations of tara (12%, 15% and 18%).
Source: Prepared by the author. |
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3. Third stage
3.1. Comparison of the physical properties of cowhide leathers tanned using
7% chromium versus tanning using 18% tara combined with 5 % oxazolidine
3.1.1.
Tensile strength
No
statistical differences (P>0.05) regarding tensile strength were determined
upon comparing tanning using chrome versus tanning using different
concentrations of tara combined with oxazolidine. Thus, the highest values were
reported by tanning using tara (T2), obtaining values of 2214.49 N/cm2,
compared to chrome tanning (T1), which achieved values of 2057.37 N/cm2. The
typical error was 55.62 and 201.98 for treatments T1 (chromium) and T2 (tara),
respectively. Mean tensile values equal to 2000.00 and 2177.07 N/cm2 were
registered and no repeated values were observed, indicating the absence of
mode; however, standard deviation values were high, achieving values of 124.36
N/cm2 and 451.63 N/cm2.
3.1.2.
Percentage of elongation
Highly
significant differences (P>0.05) regarding the percentage of elongation of
cowhide leathers were determined. Thus, the highest results were reported by
treatment T1 (tara), achieving values of 94.38% and a median of 80.50%. In
addition, leathers subjected to treatment T1 (chrome) registered values of
94.38% and 56.90%. It should be noted that the values found in treatment T2 were
80.50%.
3.1.3.
Tear strength
Highly
significant differences regarding tear strength of cowhide leathers were found.
Thus, the highest results were reported by treatment T3 (tara), obtaining
117.78 N and a median of 101.36 N; whereas the results obtained using chrome
tanning were 55.85 N and a median of 54.35 N. According to Chávez (2010), it is
necessary to combine oxazolidine with vegetal tanning agents in order to
achieve higher shrinking temperatures and obtain leather of a similar quality
to those tanned using chrome.
3.2. Evaluation of sensory attributes of cowhide leathers tanned using Chrome
versus tanning using different concentrations of tara combined with 5%
oxazolidine
3.2.1.
Fullness
Statistical
differences (P<0.05) regarding fullness values of cowhide leather were
found. Thus, more effective results were found in leathers tanned using tara
(T2), because the results obtained were 4.80 points, compared to leathers
tanned using vegetal tanning agents, which obtained 3.80, and excellent and
very good ratings as per Hidalgo (2017), respectively. According to Hoinacki
(2009), this is corroborated by the negative effect of tanning with chromium
salts, mainly because trivalent chromium is degraded into hexavalent chromium.
3.2.2.
Roundness
No
statistical differences regarding roundness of cowhide leather were reported as
a result of the comparison of traditional tanning (chromium) with vegetable
tanning (tara) methods. Thus, the highest values were found in treatment T2
(tara), achieving mean values of 4.80 points and excellent ratings, compared to
chrome tanning that registered values of 3.60 points and very good ratings. In
other words, results are similar in both tanning methods; however, as far as
the environment is concerned, the best alternative is to work with tanning agents
combined with oxazolidine due their lower pollution output (Córdova et al.,
2013).
3.2.3.
Fineness of grain
Statistical
differences (P>0.05) regarding fineness of grain of cowhide leathers were
determined. Thus, mean values of 4.80 and 3.40 points were established for
treatment T1 (chromium) and T2 (tara), respectively, as well as excellent and
good ratings. In other words, the best results in fineness of grain are
obtained using chrome tanning. In that regard, Cotance (2004) indicates that
the fineness of grain is due to the combination of chrome and the carboxyl
group of collagen, which forms a very strong bond that attracts the adjacent
fiber, causing hair follicle closure and thus giving smoothness to the grain
surface.
In
addition, Bacardit (2005) mentions that tanning maintains the most desired
properties of hide, namely, wear and humidity resistance as well as
flexibility. Moreover, the variety of links formed between tanning agents and
cross-linked collagen present in hides makes the leather external appearance
pleasant to the touch and sight without changing its natural fibers structure;
thus, enabling the availability of the material in different places regardless
of weather conditions so as to satisfy consumer demand.
4. Behavior of leather in the manufacture of leather goods
4.1. Stitching
Sensory testing performed on leather
goods made with leathers tanned using different concentrations of Caelsalpinia spinosa (tara) determined,
among the mean highly significant differences, that the highest values were found
in briefcases manufactured with leathers subjected to treatment T3 (18%), with
4.80 points and excellent ratings as per the scale established by Santillan
(2017). The values decreased in the items manufactured with leathers subjected
to treatment T2 (15%), which obtained 4.30 points and a very good rating. In
contrast, the lowest values were found in the items manufactured with leathers
subjected to treatment T1 (12%), which obtained 3.60 points and a good rating.
Also, Soler (2004) indicates that stitching consists on the assembly of leather
pieces by means of operations such as sewing, gluing, accessories and metal
fittings placement, etc., thus, to endure this stage of the industrial process,
which is often intense, leather must have adequate strength in order to prevent
creases and deformations that deteriorate the appearance of footwear.
4.2. Cut
Highly significant differences regarding the
variable leather cut were determined as a result of tanning using different
concentrations of Caelsalpinia spinose
combined with 5% oxazolidine. Thus, the highest results were obtained using
higher concentrations of tara (T3), considering that the judge determined
values of 4.90 points and excellent scoring, which descended to 4.30 points and
very good scoring. Whereas the lowest values were reported by treatment T1
(12%), with 3.90 points and a good rating.
RECOMENDATIONS
• Tanning cowhides using oxazolidine
and Caelsalpinia spinosa improves
hide classification, reduces defects, enhances physical and sensory properties,
and provides hides with high stability to endure manufacturing processes and
time, eliminating the presence of chromium III.
• The concentration of oxazolidine
(5%) combined with 12% Caelsalpinia
spinosa enhances the appearance and physical properties of cowhide leather.
In addition, shrinkage temperature is reached at 80°C, economizing the process,
where the economic returns are greater and greatly exceed profits generated by
tanning with chromium.
• The use of oxazolidine combined with
Caelsalpinia spinosa as a tanning
agent makes it possible to obtain quality leathers that can be used by leather
goods businesses.
This is
demonstrated by the physical and sensory testing results and, primarily, the
manufactured goods rating.
• There is a small increase in the
Biological Oxygen Demand (BOD) and Chemical Oxygen Demand (COD) as a result of
tanning using oxazolidine combined with Caelsalpinia
spinosa that does not comply with the regulations set in the Texto
Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente (TULSMA)
[Unified Text of Secondary Legislation of the Ministry of the Environment]. It
was possible to reduce this value to below the permissible limit when
conducting the treatment.
• The evaluation of leather behavior
under the most representative manufacturing conditions determined that the best
results regarding leather stitching and cutting were obtained using 18% tara
combined with 5% oxazolidine (T3), scoring 4.80 and 4.90 points, respectively,
and excellent rating.
CONCLUSIONS
• Using a combination of Caelsalpinia spinosa (tara) with
oxazolidine as an ecological substitute of chromium in the tanning process of
cowhides complies with environmental regulations, as the use of chromium in
tanning is banned due to the negative effects it has on the environment upon
degrading into hexavalent chromium, even after the end-product has been
discarded (Hoinacki, 2009).
• Use a combination of 12% Caelsalpinia spinosa (tara) and 5%
oxazolidine to produce leathers that meet the quality standards in physical and
sensory testing, which are recommended for the manufacture of various leather
goods, as well as European Ecolable criteria, for leather.
• Conduct research the use of Caelsalpinia spinosa combined with
oxazolidine in different types of hides, such as sheep and goat hides or of
minor species such as birds, fish, rabbits, among others, to validate the new
technology, addressing at the same time the need for raw material at a lower
cost (Chávez, 2010).
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[12] Mayta, R. & Mayta, J. (2017).
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[13] Santillán, A. (2017). Escala de apreciación de las características
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[14] Soler, J. (2004). Procesos de curtido. Barcelona, Spain:
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[15] Vargas, D. & Amurrio, D. (2017).
Alternativa de proceso de curtido con alto agotamiento de Cromo para las
curtiembres tradicionales de la ciudad de Cochabamba. Acta Nova, 8(1), 3-30.
[1] Magíster en Protección Ambiental por la Universidad Nacional Mayor de
San Marcos. Actualmente, es docente de la Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo, Chimborazo, Ecuador. E-mail:
cuerosalce@yahoo.com
[2] Master’s in Environmental
Protection from the Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Currently working
as Professor at the Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Chimborazo,
Ecuador. E-mail: cuerosalce@yahoo.com