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四川大学制革清洁技术国家工程实验室合成革研究中心范浩军教授

简介

范浩军，博士（后），教授，博士生导师，四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室主任、制革清洁技术国家工程实验室副主任、四川大学合成革研究中心负责人。教育部新世纪优秀人才，教育部创新团队和四川大学“985工程”绿色化学与清洁生产技术创新平台学术骨干，第三批四川省学术和技术带头人，四川省有突出贡献专家，四川省皮革协会常务副理事长。承担科研项目多次获得国家科技进步奖、教育部科技进步奖、四川省科技进步奖、中国高校科技进步奖等等多个奖项，在国内外核心刊物发表论文200余篇，有多项专著及专利面试，是合成革行业的权威专家。

主要研究方向：制革清洁生产技术；合成革清洁生产关键材料及技术；高分子材料。

——四川大学制革清洁技术国家工程实验室合成革研究中心范浩军教授专访

【福建宝利特讯】概要：日前获悉，合成革行业污染物排放标准将要升级，新标准预计于年内出台。分析人士认为环保约束将限制合成革行业整体开工率。针对这一情况，合成革皮革信息专刊有幸请到了四川大学的范浩军教授，就合成革清洁生产等问题进行了探讨。

《合成皮革信息》：我们了解到，贵实验室在高物性制革用高分子材料领域一直坚持进行探索研究，并赢得了业界一致的好评，作为高物性制革用高分子材料领域的领头者，请您介绍一下在这方面开发上所取得的成就？

范教授：近年我们团队研究工作的中心主要集中在合成革清洁生产关键材料的开发及其推广应用。概括一下主要集中在以下几个方面：

1、低成本、高固含水基聚氨酯的开发与产业化。水性树脂由于水的汽化潜热高、饱和蒸汽压高，其干燥速度比油性树脂慢，故开发高固含水性树脂是提高水性树脂干燥速度的有效途径。国内外如拜耳公司等开发的高固含量（≥60%）聚氨酯主要以脂肪族的IPDI（异氟尔酮二异氰酸酯）为原料，尽管制备过程易于控制，但产品价格过高，市场无法接受；而价格相对低廉的TDI（甲苯二异氰酸酯）、MDI（二苯甲烷二异氰酸酯）型芳香族异氰酸酯因分子链对称性较高，活性高（芳环的吸电子作用），对原材料水份含量要求高，制备时预聚体粘度高，不易乳化，制备过程不易控制等原因，很难制备高固含量聚氨酯。我们团队采用特殊的互穿网络技术首次成功制备固含≥50%的芳香族水基聚氨酯并产业化，解决了水性聚氨酯的干燥速度和成本问题。该项技术已申请国家发明专利（一种芳香族高固含水基聚氨酯的制备方法，201310026511.6）。

2、高物性水性胶粘剂的开发与产业化。包括静电植绒胶、PVC底胶、PVC压延胶、全水性服装革底胶和鞋用胶等。我们开发并产业化的水性胶粘剂固含量高、耐水、耐溶剂、耐寒、耐水解、耐增塑剂迁移，已在丽水40余家人造革、合成革企业获推广应用，高物性、水性粘胶剂及其粘接技术为合成革的全水性化奠定了基础。

3、特殊光学特性的水基聚氨酯的开发。为满足合成革涂层特殊光学性能如高光、高雾、高透的需要而开发的水基聚氨酯，主要用于高光表处、雾面表处、雾面刮刀、烫亮、抛光等，获得特殊的潮流效应。

4、具有特殊功能的水基聚氨酯的开发及产业化。包括隔音、减震、阻燃、防油、防污水基聚氨酯、羊巴树脂、染色树脂、水洗树脂等的开发。具有阻尼特性（隔音、减震）水基聚氨酯可广泛用于汽车、高铁、船舶、高档宾馆、会所、影院的内饰革和墙纸革的制造。我们和德美博士达公司联合开发的阻燃聚氨酯和防水、防油、防污聚氨酯、羊巴树脂和染色树脂、水洗树脂，其性能获得了用户的广泛好评。

5、与水性树脂配伍的关键助剂的开发。目前我们开发的低温固化交联剂和增稠剂已实现产业化，低温固化交联剂具有与水性树脂相容性好，交联温度低（40℃），固化时间短的特点；水基增稠剂增稠效率高，对阳离子、阴离子、非离子体系均具有增稠作用，流平性好、温敏性小，是解决水性浆料触变性问题的关键助剂。

6、纳米复合浆料的开发与产业化。主要利用无机纳米粒子的特性来提高合成革的透气、透湿性、抑菌防霉性，其核心技术是在合成革涂层中原位生产无机纳米粒子，很好地解决了外添加无机纳米粒子不易分散、易于团聚的技术问题。该技术制备纳米合成革已在浙江五洲实业有限公司产业化，其社会和经济效益明显。

7、环境友好增塑剂的开发及产业化。我国每年增塑剂的需求量达160万吨/年。其中邻苯二甲酸酯类是用途最广、用量最大、性能最优的增塑剂（占市场的88%）。但由于自身的毒性已被欧盟、美国、日本、韩国、泰国等国相继禁用或限用，开发替代型、环境友好增塑剂势在必行。我们四川大学和河北金谷油脂化学公司经过多年合作，开发的环氧脂肪酸酯系和环氧大豆油系环保增塑剂，具有环氧值高、耐迁移性好、闪电高和增塑效率高等优点，替代度可达40%以上，目前的年销售量达8-10万吨。

8、人造革用低温发泡剂计发泡技术。传统的人造革发泡温度高（210-220℃）、能耗高、增塑剂易挥发、PVC易分解和老化。针对上述技术缺陷，我们最近成功开发出一款新的发泡剂，其发泡温度195℃，与AC发泡剂相比，与树脂相容性相当，发泡气量相当，发泡倍率略低，但优点明显，一是成革颜色纯白（AC发黄），适合白色革和浅色革的制造；二是发泡温度比AC降低20℃，经成都众信塑胶有限公司应用证明，综合节能20%以上。

《合成皮革信息》：我国是最大合成革出口国家。但是，这个行业仍存在废水、废渣、废气污染的问题，请范教授简单介绍一下贵团队在合成革清洁生产技术的引领作用？

范教授：合成革、人造革生产的各个环节均有可能产生污染（包括废水、废气、废渣），但污染的源头主要在于有机溶剂。合成革的清洁生产方向就是如何避免或消除这些溶剂的生产。

目前，大部分的合成革企业将节能、减排的重点放在废气、废水的回收、循环利用上，例如干、湿法生产线的密封、配料、供料系统的密封，湿法生产线DMF、废水回收利用等，尽管这些均是改善劳动者就业环境或是合成革清洁生产的重大举措，但不是解决合成革清洁生产的根本途径，从所周知，只要采用溶剂型浆料，就不可避免地要造成对环境的永久性伤害。

关于用水性树脂制造合成革的起源应追溯到2007年7月13日。本人应丽水市政府、开发区管委会邀请第一次做了“合成革清洁生产”的可行性论证，与会企业40余家。在这次论证会上，我们首次提出合成革清洁生产理念和构想，它标志着合成革行业应用水性树脂的新纪元的开始，可以说，具有里程碑式的意义。

首先，这次座谈会是政府组织召开的，这就表达了一个强烈的信号：政府要引导合成革行业走上应用水性树脂的道路。既然政府在引导，那么，政府必然还会出台系列的政策，来促进这项事业的发展。所以论证会引起了丽水40余家合成革企业的高度重视。

其次，座谈会也传递出这么一个信息：合成革行业应用水性树脂的时机不管在技术上，还是成本上都已逐步成熟，至少在部分工段是如此，比如后处理工段。

第三，产学研在一起进行座谈合成革行业水性树脂的应用，在国内合成革历史上，还是第一次。

紧接着，在丽水市政府的经费支持下，我们完成了合成革清洁生产的第一个丽水市重大科研项目“PU革后整理水性材料应用工艺研究”，2008年8月项目通过验收，并形成如下验收意见：

（1）用水性材料替代或大部分替代溶剂材料制造不同风格和类型的PU革是完全可行的，工艺简单，关键技术已得到有效解决，所开发的后整理技术及工艺适合大部分合成革品种的生产；

（2）与传统的后整理工艺相比，采用水性浆料不会增加制革厂成本；采用水性材料干燥和压花时温度更低，因此能耗更低；

（3）对于常规的合成革品种，从底层到表层全部可采用水性材料；对于一些花色品种特殊的革类如高光革，潮流效应要求较高品种，可采用水性底浆＋油性面浆相结合的方式，综合计算，采用水性材料的后整理工艺能将有机溶剂的排放量减少65-85%；

（4）传统的后整理机械设备基本能满足水性材料整理的要求；

（5）采用水性材料制造的PU革的综合性能优于传统油性材料制备的PU革的性能；（6）采用水性浆料进行合成革的后整理，能大幅度降低有机溶剂的排放，能耗低，成革性能优良，该项成果在国内首创，达到世界先进水平。

为了进一步推广该清洁生产技术，丽水市经济开发区管委会出台优惠政策，引进了德美博士达和优耐克2家水性树脂企业专业生产合成革用水性树脂；2009年四川大学和浙江德美博士达公司合作，建立了第一条年产5万吨/年合成革用水性树脂生产线，生产水性树脂及助剂30余钟，并在水阁工业区40余家企业全面推广；2013年四川大学和浙江五洲实业有限公司合作，建立了第一条年产3000万米“水性及生态合成革”生产线；2013年又相继成立了“四川大学制革清洁技术国家工程实验室—德美博士达水性聚合物研发中心”和“四川大学制革清洁技术国家工程实验室—浙江五洲水性及生态合成革研发中心”，在水性树脂和生态合成革制造两个方面，在国内建立了首个产学研示范基地。

由于在行业的引领作用，四川大学制革清洁技术国家工程实验室参与制订了多项合成革行业清洁生产标准，包括“中华人民共和国国家环境保护标准 聚氨酯合成革 节能环保技术要求 2011-2458T-GB”及“聚氨酯合成革清洁生产工艺技术规范 2010-2623T-QB”等。

根据我们的研究成果，国家发改委制定新的产业结构调整目录，将“水性和生态型合成革及后整饰材料”列为鼓励类发展项目。

水性树脂和合成革清洁生产技术的推广才刚刚开始，后面还有许多工作要做。作为该清洁技术的倡导者和发起人，我们有决心和有能力将这项利国利民的工作进行到底。　

《合成皮革信息》：最近，我们看到范教授与浙江凯伦特种材料有限公司合作研发水性合成革专用离型纸，请您谈谈具体设想？

范教授：合成革行业是一个有污染的行业，随着人们对合成革行业清洁生产的重视，合成革由水性树脂代替油性树脂是不可避免的发展趋势。但合成革行业清洁生产是一个系统工程，如果要从源头上进行控制，那么包括设备、材料、工艺技术等各个环节都要适应水性合成革生产线要求。

而在人造革、合成革生产流水线上，离型纸是转移涂层不可缺少的载体材料，人造革、半PU革、干法合成革以及后整理阶段的改色、贴面等均离不开离型纸。在离型纸开发上，外国对我国进行技术封锁，目前离型纸制造技术掌握在美国沃沦公司、英国维金斯公司、意大利宾达公司、日本创研株式会社、旭辊株式会社、大日本印刷株式会社等等少数几家企业手中。据了解，市场上存在的离型纸大多针对传统油性合成革，仅有美国1-2种离型纸能够在水性合成革生产线上使用，而且存在着使用寿命低，成本高等问题。

人造革、合成革制造对离型纸要求较高，如强度高、耐高温、耐折、耐水、耐溶剂、表面张力可调、表面光雾度可调、花纹定型性好，使用寿命长等。目前，国内能生产离型纸的企业凤毛麟角，浙江凯伦特种材料有限公司是其中的佼佼者。四川大学有全国唯一的皮革国家重点实验室、华南理工大学有全国唯一的造纸国家重点实验室，凯伦公司是我国离型纸制造的先驱者，因此我们三家单位强强合作，攻克水性树脂用离型纸的关键技术，让离型纸也能适应水性合成革清洁生产工艺，这是我们这次合作的目的。

“我们对你们‘心仪’很久了，这次总算有机会聚到一起谈合作了。”凯伦公司董事长历建华先生难掩内心激动。据历总介绍，目前凯伦公司每年在研发上投入的资金占了全年销售额的3成以上，公司新的研发大楼也将于2013年年底前建成，“尽管如此，但单靠我们自己研发，力量毕竟很有限。两位专家团队的加入，会大大增加我们前进的速度。我们十分渴望，也很欢迎你们的加入。” 除了在关键技术方面达成合成意向外，两所高校的国家重点实验室也和凯伦公司在科研项目、人才培养上进行合作达成协议，拟联合培养一批造纸技术人才和产业化人才。一方面壮大公司研发团队，帮助公司积极申报专利、行业标准、申报高新企业；另一方面，以此为基础建立博士后流动站、院士工作站，打造产学研合作基地。　　

《合成皮革信息》：请您对水性合成革未来的发展前景、发展趋势进行一下预测?

范教授：在现有聚氨酯合成革清洁生产技术中，大多数的清洁生产技术都是先污染后治理，而并不是从源头上消除污染。生态合成革的开发离不开清洁生产技术，而水性合成革制造技术是从源头消除污染、实现合成革清洁生产有效的途径。

使用水性聚氨酯是一种从源头上消除污染、从严格意义上制造生态合成革的新技术。水性聚氨酯不使用溶剂，不易燃、易爆，安全环保，无需溶剂回收，无釜残、无废气产生，并且水性聚氨酯制得的合成革手感、透气、透湿性等方面甚至优于溶剂型聚氨酯。

水性树脂与传统的油性树脂其机械设备具有很好的配伍性，无需大的设备改造和投资，无需溶剂回收，投资更小，能耗更低。水性树脂适合干法工艺、湿法贝斯的改色、表处、半PU革的制造等多种工艺，目前还不适合湿法工艺。

水性树脂替代溶剂型树脂是合成革产业的一次革命，但这个过程不可能一蹴而就。水性树脂的推广需解决一些关键的技术问题，如：

（1）干燥速度问题。由于水性树脂汽化潜热、饱和蒸汽压都比较高，干燥温度一般比较慢15-20m/min(130℃ )，可通过开发高固含（≥50%）水性树脂或增加烘箱排风量或延长烘箱长度进行解决；

（2）干法工艺中的发泡问题。一般来说油性树脂采用化学发泡，泡孔稳定、均匀；对于水性树脂目前尚无与水性材料配伍的有机发泡剂，而无机发泡剂有盐类残留；中空微球发泡，价格贵，国内无此技术；目前，拜耳公司等推出机械发泡工艺已建立示范生产线，其前提条件是树脂需高粘、高固（≥45%），但泡孔稳定性、均匀性以及涂层经水揉后花纹保型、定型性、回弹性尚待提高；

（3）效应表处剂及助剂缺乏问题。对于油性体系，其溶剂型助剂、表处剂种类多，配套全；各类助剂与溶剂型树脂相容性好，均相，能生产各种潮流效应革；而在水性体系中，与水性树脂配伍的水性助剂匮乏，与水性树脂相容性（如珠光粉、消光粉、绒毛粉、羊巴粉等、变色粉等）差，品质不稳定，故目前只能实现部分潮流效应；

（4）成本问题。这也是业内人士普遍关心的问题。以芳香族聚氨酯为例，从固体物的角度，油性树脂比水性树脂价格便宜，这是因为，油性树脂主要用的异氰酸酯为MDI，而水性的为TDI，MDI价格相对便宜；扩链剂油性树脂主要为1,4-丁二醇类，而水性树脂为二羟甲基丙酸类，1,4-丁二醇价格便宜；但从溶剂的角度，油性树脂70%为有机溶剂，而水性树脂70%为水，即使溶剂能部分回收，但能耗很高，设备投资大，故油性树脂更贵。油性树脂合成可规模化，产量高，风险小，而水性树脂合成难度较大，单位时间产出偏低，会相应增加成本。因此要计算成本，需综合核算，当水性树脂规模化生产和使用后，应该说，水性树脂更有成本优势（不考虑安全、环保、工作环境和社会效益等因素）。

使用清洁生产技术是合成革产业可持续发展的必然趋势，企业老总、工程师及从业人员须与时俱进，敢于面临挑战。特别是工程技术人员，不要因循守旧和自以为是，要充分认识油性树脂和水性树脂的一些主要差别，如：

（1）配料方法不同（水性浆料不能随意稀释、不宜高速搅拌，不能随意混料）；

（2）慎选上浆设备（直涂、滚涂、贴面、三版需考虑浆料粘度及粘接强度）；

（3）上浆速度不同（流平性、触变性存在差异—水性浆料上浆速度不能太快）；

（4）干燥温度和速度不同（成膜机理差异-水性树脂不宜高温、快速干燥）；

（5）干燥设备不同（水性树脂需及时排湿，可加长烘箱长度）；

（6）设备的清洗方法不同（水性树脂可用水清洗）；

（7）发泡方法和发泡工艺不同；

（8）能耗不同，等等。

有比较，才有鉴别，有挑战，才能进步。

目前，采用低能耗、环境友好的水性浆料制备绿色生态合成革是全球科学家们竞相研究的热点。这项技术被公认为是消除合成革制造过程中有机溶剂所造成的环境污染的最有效的技术，是未来合成革行业可持续发展的关键。在水性材料用于合成革的制造方面，丽水合成革产业已走在了世界的前列，德美博士达公司、科天公司、烟台万华公司、优耐克公司在水性聚氨酯的开发方面作了大量的前瞻性工作，为我国合成革产业的清洁生产和可持续发展提供了关键材料，也为生态合成革的开发，奠定了坚实的基础。　

《合成皮革信息》：非常感谢范教授在百忙之中抽出时间接受我们的采访，您亲切的言谈，和善的话语，富有高度的见解，我们感受到范教授对学术研究矢志不渝的坚持和探索，收获了智慧的指引和深深的感动！