在环保压力和市场需求的双重驱动下，水性化成为聚氨酯行业重要的技术创新和市场拓展方向。水性聚氨酯主要源自20世纪60年代，经过几十年的发展，已经成为涉及涂料、胶粘剂及国民经济和人民生活各个方面的主要材料。近日，在中国聚氨酯工业协会水性材料专委会主办的第四届水性聚氨酯科研技术交流大会上，与会专家认为，聚氨酯产业水性化转型已是大势所趋，但还面临诸多难题，亟待技术创新。
水性替代是方向
水性聚氨酯主要包括水性聚氨酯涂料、水性聚氨酯胶粘剂、水性聚氨酯皮革等，广泛应用于涂料、胶粘剂、汽车等多个行业，而这些行业也正是我国VOCs削减的重点领域。
“降低VOCs排放的较好方式就是从源头开始控制，而目前最有效的源头控制方法就是水性材料的原料替代。”生态环境部环境工程评估中心专家沙莎说。
工信部和财政部发布的《重点行业挥发性有机物削减行动计划》提出，涂料行业重点推广水性涂料等绿色涂料产品；胶粘剂行业加快推广水基型等绿色产品；合成革行业重点推进水性与无溶剂聚氨酯，替代有机溶剂树脂制备人造革、合成革、超纤革；汽车行业涂装环节推进水性涂料等工艺。而这些工艺及产品的替代都离不开水性聚氨酯的发展。
“聚氨酯水性化产品以水代替有机溶剂，从源头上减少了化学污染。随着环保政策的趋严，以及民众生活质量水平的提升，整个产品链对涂料、胶粘剂、皮革等聚氨酯产品水性化的市场需求很强烈。”中国聚氨酯工业协会秘书长吕国会告诉记者。
技术水平存差距
然而，吕国会也指出，目前我国关键助剂和水性化技术与国外先进水平相比仍有较大的差距。
据上海华峰材料科技研究院院长助理崔燕军博士介绍，水性聚氨酯树脂生产工艺主要有丙酮法、预聚体法和机械分散法。其中，丙酮法为均相体系扩链，可以得到分子量较大的交联结构，工艺易于控制；乳液粒径从几十纳米到100微米可控，但是溶剂的精制难度大，不能连续化生产。预聚体法能避免大量有机溶剂的使用，能实现高含量乳液的生产，且能连续化生产，生产工艺简单；但由于是在非均相体系中扩链，工艺控制难度大，对有机组分的黏度有限制。机械分散法全过程没有有机溶剂的使用，可以实现连续化生产；但是难以实现高分子量聚合物的分散。
“合成中要提高水分散体系的稳定性，提高固体分含量；应用中要提高水性产品的总体性能，加快水的挥发速度等，这些都是水性产品开发的重点和难点。”中国聚氨酯工业协会水性材料专委会主任、奥斯佳材料科技有限公司董事长张浩明说。
在北京化工大学张军营教授看来，与溶剂型产品相比，水性胶粘剂产品存在的主要问题是固化速度慢、初黏力差、耐水性不好，冬季储运容易结冰引起产品报废，而使用成膜助剂引起VOCs升高；另外还存在对湿敏基材溶胀、金属基材腐蚀等问题，导致发展受限。
崔燕军介绍说，在合成革工业中，水性聚氨酯产品主要包括表面涂饰剂、超纤合成革水性含浸树脂、非超纤合成革产品。由于技术和成本的问题，目前水性聚氨酯应用的比例还非常低，在生产工艺上还不够成熟。
“成本是另一个重要因素。水性聚氨酯产品生产成本要明显高于溶剂型产品。在环保压力下，很多东部沿海省份的合成革企业有意向转向生产水性产品，但是一些西部企业由于环保压力相对较小，依然采用溶剂型产品。水性产品缺乏市场竞争力，因此行业整体推进速度较慢。”崔燕军说。
领军企业有成果
“这些年水性聚氨酯概念很热，同时也要看到，水性化对生产设备和生产技术的要求都提高了不少，必须连通上下游推动整个产业链紧密协助，不断优化生产工艺，共同推动行业的水性化进程，实现绿色环保转型。”中国聚氨酯工业协会副秘书长韩宝乐说。
记者了解到，科思创、万华、华峰等一些聚氨酯领军企业，在水性化技术创新和产品开发方面，已经取得了突出的成果。
据万华化学集团股份有限公司胶粘剂技术服务主管张慧辰介绍，目前万华水性聚氨酯产品在粘合剂、纺织涂层、工业漆、建筑涂料、个人护理等方面都有较为广泛的应用。
“万华的水性产品可以提供优异的粘接强度，在鞋材、服装、汽车内饰方面均有很好的附合相配性，能为交通业、鞋服包装类、体育用品类、建筑类等多个领域提供良好的解决方案。”张慧辰表示。
崔燕军介绍说，目前华峰合成革领域已经不再继续扩产溶剂型产品，重点转型环保型产品。去年3月，华峰水性聚氨酯生产项目在温州开工，计划于今年下半年投产。一期环保产能预计替代原有溶剂型产能的30%，包括合成革用聚氨酯水性树脂5万吨/年、封闭型无溶剂树脂5万吨/年、开放性无溶剂树脂6万吨/年。
专家表示，聚氨酯要向水性化发展，还需要相关企业在技术上下功夫，攻克技术难关，研发出既满足环保需要、具备优异性能，又具有价格竞争力的产品。（来源：中国化工报）
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