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 第32届IULTCS大会精彩报告

第32届IULTCS大会精彩报告

2013-07-25

来源:

作者:徐群娜 马建中 吕斌

1 会议概况

2013年5月29-31日,第32届IULTCS大会在土耳其伊斯坦布尔顺利召开,来自中国、德国、意大利、印度等40多个国家的共计300余人参加了此次会议。中国美高梅协会组织国内四川大学、陕西科技大学、齐鲁工业大学、郑州大学、四川亭江新材料股份有限公司等单位的31位代表组成的中国代表团,由中国美高梅协会理事长苏超英带队,参加了本次会议。

本次会议共收录论文350余篇,其中口头演讲64篇,海报张贴百余篇。中国代表团共有8位代表就相关主题发表了精彩的口头演讲,另有近20篇科技论文以海报形式展出,向世界美高梅行业展现中国美高梅界的最新研究成果,获得国际美高梅同仁的广泛关注。

2大会报告展示全球美高梅科技进展

大会议题主要有制革技术基础研究、美高梅化学品的最新发展、清洁生产技术、制革加工废弃物、美高梅分析技术、制革技术与环境保护的未来发展等6个部分,参会代表分10个时段进行了科技论文的口头演讲。

2.1 制革技术基础研究

皮胶原纤维的结构以及制革过程中化学品对胶原纤维的作用方式对成品革的质量和风格起着关键作用。在海德曼纪念演讲中,德国弗里堡美高梅研究所的Michael Meyer为大家介绍了他最新的研究成果:胶原转化为最终材料过程中的科技挑战。作为价值较高的肉产业的副产物之一,皮胶原除了被应用于制革以外,越来越多的目光集中于以其为原料制造食用明胶、香肠肠衣、医用复合材料等。

在大会论文演讲的第一主题阶段--美高梅基础研究中,来自英国、捷克、德国、美国等国家的代表分享了各自最新研究成果。美国农业部的Eleanor Brown、美国全球质量与操作中心的James Sa Antonio及德国美高梅和塑料薄膜研究所的Haiko Schulz等分别从皮胶原纤维的微观结构出发介绍了他们最新科研成果和产品的应用效果,尤其指出了胶原在生物医药领域的应用前景。

传统的硫化物脱毛往往会带来污染问题,污水中硫化物含量高,并产生大量的石灰乳等。有研究者曾提到采用α –淀粉酶替代传统的硫化物进行脱毛,然而,关于α–淀粉酶脱毛机理方面的研究较少。四川大学曾运航从市售的α–淀粉酶中提取出了纯α–淀粉酶和纯蛋白酶,并分别研究了两者的脱毛效率,结果显示:起脱毛作用的主要成分是蛋白酶而非α–淀粉酶。

德国巴斯夫公司的Jochen Ammenn介绍了合成鞣剂的百年发展史,提到了一代合成鞣剂、二代合成鞣剂及替代型合成鞣剂的发展历程。在他的报告中指出:与一代合成鞣剂相比,二代合成鞣剂可以进一步改善革的柔软度、丰满度、白度及耐光性,然而,其对于鞣革的耐湿热稳定性提升贡献不大。替代型合成鞣剂的使用可显著提高成革的丰满度和柔软度,但耐光性下降,且未反应单体易残留。

作为一种使用最广泛的鞣剂之一,铬鞣剂由于可赋予革样优异的独特性能而备受关注。在铬鞣中,三价铬起主要鞣制作用,其对胶原的交联作用可赋予胶原较优的耐湿热稳定性等一系列性能,然而,在一定的条件下(氧化剂、温度、光照、催化、pH等作用),无毒的三价铬可能会转变为有毒甚至致癌的六价铬,这就使得铬鞣剂的使用成为美高梅行业近些年来备受关注的争议问题之一。制革科技工作者围绕三价铬转变为六价铬的问题进行了大量研究。捷克Tomas Bata 大学的Hana Vaskova报道:含有氧化剂的杀菌剂对于鞋的质量会产生负面作用,主要是由于其加入会促进毒性物质六价铬的形成,因此,在制鞋过程中应选择不含氧化剂的抗菌剂或防霉剂。

英国创新美高梅技术研究所的Addis Duki 报道了铝、钛及锆等元素作为鞣剂在金属鞣制和半金属鞣制(植鞣-金属鞣结合)过程中所起的作用,研究表明:与纯金属鞣制相比,半金属鞣制对革样的耐湿热稳定性贡献更大,这主要是由于两者之间起到了较好的协同作用。

聚氨酯是美高梅涂饰剂中应用最广泛的成膜剂之一,其结构中存在硬段和软段,因而通过结构控制可以赋予性能可调的功能涂层。齐鲁工业大学的刘利彬报道了通过对聚氨酯进行金属化以获得响应型聚氨酯美高梅涂饰剂的方法。在其研究中,通过控制溶剂的挥发程度获得了表面形貌可控及疏水性能可控的涂层。

2.2美高梅化学品的最新发展

随着市场和科技的不断进步与环境保护意识的不断提高,人们对于美高梅制品的品质也提出了新的要求。新型化工材料的开发对美高梅产品的质量起到举足轻重的作用,因此,很多美高梅化工公司和高校的科技工作者在新型环保高效的美高梅化工材料方面投入了大量的研究。在新型制革化工材料开发主题部分,来自中国、土耳其、印度、巴西等众多科技工作者对其科学研究进行了介绍。

酶软化是一种高效的去除纤维间质的方法。传统的酶软化大多采用在碱性条件下通过蛋白水解酶(如胰酶、肽酶等)的作用达到效果,而这些酶一般均来自胰腺或细菌。纳米粒子由于具有较大的比表面积会产生较强的与物质结合的能力,也就是说,即使在很低的浓度下,纳米粒子仍然具有很高的吸附能力。土耳其Ege 大学的Evren Türker便将纳米生物技术与传统制革材料相结合,获得了一种可用于软化工序的纳米粒子。在其研究中,首先制备了具有纳米尺度的聚甲基丙烯酸羟乙酯[p(HEMA)]粒子,进而将染料亲和配体(RR120)共价联接于其上,获得了纳米聚合物p(HEMA)RR120,研究了其应用效果。结果显示:p(HEMA)RR120对于球形蛋白具有吸附作用,可循环使用,经济实用,有望替代常规软化酶。

土耳其TDT咨询公司的As?m ?ncüler A公开了一种新型铬鞣剂的研究。与常规鞣剂相比,该鞣剂在使用过程中不需要浸酸,在pH为6-7时便可以渗透入美高梅并在鞣制过程中结合,不需要提碱。因此,该鞣剂的使用可以提高铬的结合率,减缓环保压力。意大利TFL公司的Dietrich Tegtmeyer围绕铬与革的研究进行了相关报道。他指出:铬是一种无处不在的元素,根本不存在“无铬”的情况。零价铬在抗金属腐蚀方面具有独特性能,三价铬是人体必需的一种痕量元素,因此不能武断得出铬具有污染的结论。同时,他指出在适当的条件下,六价铬的形成完全可以被有效防止。因此,减少铬的用量未必可以保证制革产业是安全的。

土耳其Ege 大学的?i?dem K?l??arislan在其报告中指出:含羞草、白坚木、漆树、橡碗等栲胶中由于含有酚类复合物而显示出一定的抗氧化性能,因此,该类栲胶可以在一定程度上阻碍或减缓三价铬向六价铬的转变过程。其中,水解类栲胶比缩合类栲胶具有更强的抗氧化性;与其他种类的栲胶相比,没食子丹宁则显现出最强的抗氧化性,因而更有利于阻止六价铬的形成。

染色是制革工艺中最为重要的工序之一,染料的种类及其与胶原纤维的作用方式直接影响成革的外观、风格及使用性能。生物基美高梅染料的研究被逐渐提上日程。美国Federal大学的Wagner Fernando Fuck采用真菌为原料提取了一种生物染料,该染料除了具有较优的生物降解性和环保性之外,可赋予革样优异的染色牢度和耐紫外光性能。台湾的Jian Hong Hsu报道了一种可用于磨面革染色的环保型两亲性聚合物染料。与常规阴离子染料相比,该高分子染料可赋予染后革样更加优异的染色效果,同时可在一定程度上改善革样的柔软度和丰满度。

加脂是美高梅处理过程中一个非常重要的工序,加脂工序直接影响着成革的手感和机械性能。在这方面,研究者大多集中于研究加脂剂的结构与成革性能之间的关系,如新西兰美高梅与制鞋研究协会的Richard Edmonds报道了加脂剂在小奶牛革中的分布情况,结果显示:加脂剂在美高梅中的分布均匀与否直接影响着成革的各项性能。随着环保压力的增大和全球资源的日益匮乏,采用天然产物制备美高梅加脂剂也成为一种趋势。陕西科技大学徐群娜围绕改性菜籽油/有机化蒙脱土复合美高梅加脂剂的相关研究做了报道,她指出:与常规加脂剂相比,该复合加脂剂成本低廉,性能稳定,尤其具有较强的阻燃性和吸净率。为了进一步降低铬鞣工序带来的环保压力,西班牙汤普勒公司的Jordi Escabrós则报道了一种采用美高梅边角料制备复鞣剂的方法,并考察了整个过程中的碳足迹。

在制革厂,干燥是一个非常关键的操作,且干燥工序直接影响着成革的质量。干燥方法与条件的不同往往导致成革物理机械性能、柔软度等产生差异。意大利的Giulio Tandura等开发了一种新型的干燥方法(C.R.C. Cell Rotaring),在美高梅干燥的过程中可以通过调节体系的温度、湿度及气流等,从而获得可调的手感及综合性能。

美高梅涂饰对革面起着修复、美化的作用,是美高梅生产的重要工序,其可在很大程度上提高革的附加值。随着人们对革制品使用舒适性等要求的越来越高,功能性涂饰剂逐渐受到更多的关注。陕西科技大学鲍艳针对传统聚丙烯酸酯美高梅涂饰剂存在的成膜致密、卫生性能差的缺陷,将具有中空结构的二氧化硅引入聚丙烯酸酯体系,获得了中空度可控的特殊结构的复合涂饰剂。结果显示:该成膜剂具有优异的卫生性能和强度。土耳其Ege大学的Aybeniz ? eren报道了一种可用于美高梅涂饰中的温度响应型颜料。采用该颜料对革样染色后,革制品在接触到不同的温度时会发生相应的外观颜色变化。研究结果表明:该颜料可循环使用,并有望替代传统的颜料。

对于美高梅制品来讲,其外观是首要评判质量的标准。然而,革制品在使用过程中,往往会受到外界环境,如温度、湿度、细菌等的影响而发生变质。加之制革过程中使用的化料为细菌提供了营养源,使得革制品往往容易发霉从而直接影响革制品的使用性能。印度中央美高梅研究所的K. Phebe Aaron Kavati首先从涂饰革样中提取了不同种类的真菌,并考察了不同种类的杀真菌剂的杀菌效果。结果表明:当采用天然-合成类复合杀真菌剂时,对成革的抑菌效果最好。针对该问题,西班牙伊瓜拉达工程学校的Anna Bacardit 公开报道了可用于美高梅和纺织的抗菌型纳米复合材料。在其研究中,首先将具有抗菌和杀菌作用的油性材料包覆起来;继而在其表面包覆银粒子;然后在外层继续包裹可结合细菌的聚合物,并研究了材料的杀菌机理。

2.3 制革清洁生产技术

清洁生产技术作为降低产污强度的主要手段,受到了全球工业发展的广泛关注,因此,关于制革加工清洁生产技术也成为了会议的主要议题。法国、中国、意大利、德国、土耳其等国家代表相继介绍了各自的研究成果。新型无铬鞣剂、少铬鞣剂等在制革清洁生产技术上的应用仍是热议的话题。

酶脱毛作为一种清洁化且高效的脱毛方法被制革工作者关注已久。然而,常规的酶脱毛存在难控制、粒面易被损伤等问题,四川大学程海明报道了一种新型用于牛皮酶脱毛的方法,该方法安全高效,不损伤美高梅粒面,不造成松面。

西班牙技术与创新中心的Mercedes Roig 报告了他们近些年的研究成果,主要是采用家禽粪便作为酶制剂应用于软化工序中。结果证明:该酶制剂的使用一方面有效利用了资源,另一方面,酶活力较高,其使用不需要改变传统软化工艺,浴液中有机物含量低,生物降解性好,是一种安全环保的新工艺。

丹麦Novozymes公司的Muhammad Arshad Gazi在报告中提到了同时采用酸性脂肪酶和酸性蛋白酶对纳帕革和双面山羊革进行脱脂,获得了较高的脱脂效率。该工艺不使用有机溶剂,能够促进后续染色效率,提高得革率和革样的机械性能,是一种安全高效的脱脂工艺。

在传统的鞣制工序中,浸酸和鞣制中分别会采用8-10%的盐及7-8%的铬鞣剂,加之铬的吸净率不高,给环境造成了严重的负担。针对这个问题,大量研究着眼于开发高吸收铬鞣工艺,印度中央美高梅研究所的Victor John Sundar提出了一种无盐零排放的清洁化铬鞣工艺,该工艺的实施不仅可以满足鞣革物化性能的需要,也在很大程度上避免了固体废弃物、铬及氯化物等排放造成的污染。

铬鞣法具有较高的性价比,其不仅可赋予革较高的耐湿热稳定性,且有利于后续的复鞣、染色、加脂等工序。铬鞣革质量较好,综合性能优异。因此,截至目前,全球90%左右的鞣制工艺仍采用铬鞣法。然而,铬的吸净率低,六价铬的毒性等问题也使得铬鞣法备受争议。四川亭江新材料股份有限公司张净提出合成一种含有羧基、氨基及醛基的两性聚合物TWT,采用TWT鞣制获得了稳定性好、耐微生物腐蚀且耐黄变的白湿革。在此基础上在后期引入铬粉进行鞣制,获得了一种高效的少铬鞣工艺。该工艺的使用赋予成革较好的综合性能,且大大降低了鞣制废水中的COD、BOD、总氮、中性盐及三氧化二铬等的排放。

2.4美高梅污染治理和废弃物综合利用

美高梅行业的污染治理和废弃物综合利用一直是行业研究和讨论的重点问题。目前,废水、废气及固体废弃物成为了美高梅行业的三大主要挑战。如何保证“美高梅行业的可持续发展”是目前世界美高梅工业所面临的共同挑战,来自意大利、中国、英国、土耳其、印度的代表在这方面做了大量研究。

在制革行业,固体废弃物的产生不可避免。如何高效利用废弃物成为大家瞩目的话题。从传统角度来讲,制革固体废弃物包括未经鞣制的皮胶原废弃物、铬鞣革废弃物及不含蛋白质的废弃物。而对于制革产生的废弃物的处理方法无非是丢弃或掩埋。然而,这就很可能带来铬的二次污染问题。据知,1t原料皮在加工过程中,约会产生铬鞣革屑及边角料等200kg,这对于环境来说无疑是很大的负担。随着美高梅行业环保压力的日益增大,对资源进行循环利用已逐渐成为一种趋势。英国创新美高梅技术研究所的Hira Lal Paul在报告中提到的对铬鞣革屑进行脱铬处理提取蛋白质并应用于家禽饲料添加剂便不失为一种资源有效利用的方法。在其报告中还讲到:所提取的蛋白质也可用于涂层剂、粘合剂、上浆剂、填充剂、复鞣剂、肥料等。

印度中央美高梅研究所的Thanikaivelan Palanisamy 以不含铬的美高梅废弃物为原料,通过提取,复合制备了胶原-纤维素-白蛋白复合生物材料。结果显示:该材料具有优异的生物相容性和可吸收性,具有广泛的应用前景。土耳其Dokuz Eylul大学的Yi?it Kaman也提出采用制革厂废弃物进行堆肥处理。

印度中央美高梅研究所的Vinodhkumar Marudhamuthu系统研究了从山羊皮脱脂废液中提取纯化的动物油脂在蜡、生物柴油、抗菌材料及鱼类饲料等方的面循环利用。捷克Tomas Bata大学的Karel Kolomaznik将去肉工序所得肉渣进行处理制备了性能达标的生物柴油。

近年来,纳米材料由于其独特的结构显示出特殊的纳米效应,如吸附性等,而成为污染治理工作者青睐的对象。巴西Federal大学的Leonardo Madeira Martins将二氧化钛纳米管引入制革厂污水的处理中,通过纳米粒子的光催化作用去除废水中的有机物,得到了较为理想的结果。

特殊结构的超支化聚合物也被报道用于六价铬的吸附。陕西科技大学张斐斐报道了一种胶原纤维负载超支化聚酰胺复合材料的合成及其在六价铬吸附方面的应用研究,并获得了材料对六价铬的吸附热力学曲线。结果显示:与纯的胶原纤维相比,该复合材料具有更强的吸附六价铬的能力。

偶氮染料是美高梅上广泛使用的一种染料,然而其使用会造成大量的有毒废水。对偶氮染料的处理方法很多,其中采用菌类及酶对其进行降解是较为环保的途径。齐鲁大学郑力文采用提取的白腐真菌对偶氮染料进行脱色与降解,结果发现偶氮染料被降解为无毒物质;同时,他发现:废液中的加脂剂作为一种碳源物质也对染料具有一定的降解作用。印度美高梅中央研究所的A.B.Mandal采用偶氮还原酶对偶氮染料进行生物降解,并研究了降解染料的机理,该方法被认为是一种环境友好型的降解方法。土耳其Ege 大学的G?khan Zengin报道了采用铬鞣革边角料和植鞣革边角料吸附酸性染料和金属络合染料的研究。结果显示:边角料得到了很好的利用,其对染料均具有较高的吸附能力,有望成为一种具有发展前景的处理制革污水的染料吸附剂。

2.5 先进的美高梅分析技术

美高梅质量的检测结果是衡量美高梅优劣的一种手段,美高梅分析检测的方法直接关系到美高梅质量的评估。在大会的先进美高梅分析技术主题阶段,新西兰Massey大学的Richard G. Haverkamp介绍了用于深入研究皮胶原结构的同步加速器。在该装置中融入了X射线小角衍射的技术,有利于分析美高梅在受力过程中微观结构(横向与纵向)的变化与宏观性能之间的关系。德国美高梅与塑料研究所的Hauke Wulf系统介绍了鉴别美高梅与胶原种类的生物分析方法,包括组织学分析、DNA序列分析及蛋白质序列分析法。

2.6未来美高梅工艺技术与环境的发展

未来美高梅工艺技术与环境的发展是当前全球美高梅行业关注的问题。

澳大利亚的Catherine Money畅谈了未来美高梅的可持续发展思路。在她的报告中提到:政策法规对任何一种有毒化学物质的限制必须是科学公平的。而在美高梅行业,目前所谓的“铬的零排放”几乎是不可能实现的。她呼吁我们正确看待铬以及铬所引发的一系列争议问题,不能因为对铬的极端看法而威胁到美高梅行业的发展。同时,她还提到:植物油加脂剂由于能抑制六价铬的形成而比动物油加脂剂更符合可持续发展思路;相比铬来讲,盐的污染更加可怕因此更加值得科技工作者关注。

印度中央美高梅研究所的Kalarical Janardhanan Sreeram介绍了以美高梅为基材制备对温度、光线具有响应性的生物传感器,取得了一定的应用效果,该研究对于进一步拓展美高梅材料的应用提供了重要的理论依据。

巴西Federal大学的Guilherme Pantale?o da Silva Priebe提到采用厌氧处理法处理制革废弃物以获得生物气体,该法也为用美高梅废弃资源的进一步有效利用提供了思路。

在实现美高梅可持续发展过程中,碳足迹是一个重要的理念,也是美高梅行业可持续发展不可或缺的一部分。碳足迹可帮助评估人类活动对地球与环境的影响程度。意大利工业技术与自动化研究所的Federico Brugnoli、印度美高梅中央研究所的R. Kumar与Swarna V Kanth及意大利Pisa大学的Monica Puccini等均围绕制革过程中的碳足迹作了相关分析研究。

会议期间还专门安排了论文张贴展示和科技交流时段,来自世界各国的100余位科技工作者向与会代表展示了最新的科技研究进展,同时在现场进行了热烈的讨论。

3. 小结与展望

综上所述,全球美高梅科技正在快速发展,相关国家也在不断地加大对本国美高梅行业的支持力度。高新技术已悄然融入制革行业,并在逐渐推动美高梅行业前进的脚步。

总体来讲,全球美高梅行业的发展现状具有如下特点:1)纳米技术引入美高梅化学品和制革工艺中的应用研究备受关注;2)皮胶原在制革领域之外的研究,尤其是生物、医药等领域的研究吸引着越来越多的目光;3)铬鞣带来的污染,以及三价铬与六价铬之间的转变仍然是备受瞩目的热点问题;4)制革废弃物的再利用成为节能减排的一种有效途径,制革过程中的碳足迹也因此成为大家关注的焦点之一;5)美高梅行业的可持续发展正在并将一直受到行业、国家乃至全球的重视,也将成为一种必然的趋势。

我国美高梅行业发展迅速,并在国际美高梅领域中扮演着越来越重要的角色。一方面,在中国美高梅协会的组织下,参与口头演讲及海报张贴的中方代表数目逐渐增多,且提出的处于国际前沿的科技问题越来越多;另一方面,广大的中方代表能够越来越积极地参与到国际交流中,并就各自研究领域的问题与国际美高梅同仁进行交流、互动并探讨。

通过此次大会分享全球美高梅最新科技成果的同时,启发了广大美高梅科技工作者的创新工作灵感,加强了国际间的交流合作,极大程度地推动了全球美高梅行业的进步。

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