ReLea: collagen-based chemically recycled leather for fashion goods

The fashion industry, and in particular the leather goods sector, is among the most polluting in the manufacturing industry. In response to this issue, governments and institutions are promoting initiatives to reduce its environmental impact and carbon emissions. The development of new materials derived from productive scraps, in these sectors, is an approach aimed at reintegrating them into the production cycle, thereby extending their lifecycle and considering them as new resources. Currently, materials developed from such scraps, primarily adopt regenerated leather processes, such as mechanical recycling, the integration of additives and binders, or alternatively, specifically developed technological processes. However, scientific literature highlights further possibilities through chemical recycling methods for leather, which can be explored to maximize the potential of scrap materials. The main objective of this thesis is to develop new materials by valorizing leather production scraps through mild chemistry processes. The developed materials aim to be reintegrated into the production cycles of the leather goods sector. Therefore, the research begins with an analysis of the leather industry and the identification of its physical and chemical properties, used as a basis for developing applications. Subsequently, it is presented a classification of waste generated in the various leather processing stages. Specifically, the project utilizes chrome shavings, the so-called leather powder, generated during the buffing phase. Two main applications have been designed for the footwear and accessory sectors. The performance criteria for these applications were defined and later used as a reference for the experimental phase. This phase follows mild chemistry methods, minimizing the use of additives and binders while maximizing the content of leather powder, from which the binder, collagen, is directly extracted. This led to the creation of ReLea: collagen-based chemically Recycled Leather for fashion goods. ReLea Core, developed for the accessory sector, is composed primarily of collagen and leather powder, preserving its aesthetic and tactile properties. ReLea Pulp, leveraging the thermal and breathability properties of leather, is designed for the footwear industry, specifically for insole production. It consists of a blend of leather powder, cardboard, collagen, and pectin. Tests were conducted to determine key mechanical properties, workability, moisture absorption, and fire reaction: essential aspects for assessing the suitability of these materials for the identified applications. Future developments envision close collaboration with industry companies for technology transfer from the laboratory scale to industrial production. Once its economic and environmental sustainability is validated, ReLea's integration into production cycles will involve testing the materials on currently used machinery and developing new morphologies, semi-finished products, and surface treatments. Through ReLea Core and ReLea Pulp, leather processing scraps have been elevated to resources for developing applications that can be reintegrated into the production cycle of the same sector.

Le industrie della moda ed in particolare della pelletteria sono tra le più inquinanti nel settore manifatturiero. In risposta a questa problematica, governi e istituzioni stanno promuovendo iniziative per ridurre il loro impatto ambientale e le emissioni di carbonio. Lo sviluppo di nuovi materiali a partire dagli scarti di tali settori, è un approccio per reimmetterli nel ciclo produttivo, estendendone così il ciclo di vita, elevandoli da scarti a risorse. Attualmente i materiali sviluppati da tali scarti adottano principalmente processi di rigenerazione della pelle, quali il riciclo meccanico, l'integrazione di additivi e leganti, o in alternativa processi tecnologici sviluppati ad hoc. Dalla letteratura scientifica emergono però ulteriori possibilità tramite metodi di riciclo chimico della pelle che è possibile esplorare per sfruttare al massimo le potenzialità dello scarto. L'obiettivo principale di questa tesi è lo sviluppo di nuovi materiali valorizzando gli scarti della pelle attraverso processi di chimica dolce. I materiali sviluppati mirano ad essere reintegrati in cicli produttivi del settore pelletteria. Pertanto, la ricerca inizia con un'analisi dell'industria della pelle e con l'identificazione delle sue proprietà fisiche e chimiche da usare come basi per lo sviluppo di soluzioni applicative. Successivamente, è presentata una classificazione degli scarti ottenuti nelle diverse fasi di lavorazione della pelle. In particolare, il progetto utilizza i chrome shavings, la cosiddetta polvere di pelle: generata durante la fase di smerigliatura. Sono state quindi ideate due principali applicazioni che coinvolgono l'ambito calzaturiero e dell'accessorio, di cui sono stati definiti i criteri che hanno successivamente costituito il riferimento prestazionale su cui basare l'attività sperimentale. La fase sperimentale segue metodi di chimica dolce, minimizzando l'utilizzo di additivi e leganti e massimizzando il contenuto di polvere di pelle da cui viene estratto direttamente il legante: il collagene. Nasce così ReLea: collagen-based chemically Recycled Leather for fashion goods. ReLea Core, sviluppato per il settore dell'accessorio, è composto principalmente da collagene e polvere di pelle, mantenendone le caratteristiche estetiche e percettive. ReLea Pulp, sfruttando le proprietà termiche e di traspirabilità tipiche della pelle prende come riferimento il settore calzaturiero per la produzione di solette ed è costituito da una miscela di polvere di pelle, cartone, collagene e pectina. Sono stati effetuati test per determinare le principali proprietà meccaniche, di lavorabilità, di assorbimento dell’umidità e di reazione al fuoco, aspetti fondamentali per valutarne l’idoneità rispetto alle applicazioni individuate. Futuri sviluppi prevedono uno stretto dialogo con le aziende del settore per il trasferimento tecnologico dalla scala di laboratorio a quella produttiva. L'introduzione di ReLea nei cicli produttivi, una volta validata la sua sostenibilità economica ed ambientale, prevede il testing dei materiali sui macchinari attualmente impiegati dalle aziende e l'eventuale sviluppo di ulteriori morfologie e semilavorati, nonchè di trattamenti superficiali. Attraverso Relea Core e Relea Pulp gli scarti di lavorazione della pelle sono quindi stati elevati a risorse per lo sviluppo di applicazioni da reimmettere nel ciclo produttivo del medesimo settore.