
在一個不太遙遠的未來,地球上的空氣清新如初,森林不再因工業(yè)排放而枯萎,河流清澈見底。人們在陽光下自由呼吸,孩子們在綠地上奔跑嬉戲,空氣中彌漫著淡淡的松木香和新鮮的泥土氣息。
這一切,并非烏托邦幻想,而是新型陰離子水性聚氨酯分散體(anionic waterborne polyurethane dispersion, awpd)所帶來的現(xiàn)實改變。它不是超級英雄,卻有著拯救地球的力量;它不是科幻電影中的外星科技,卻是我們?nèi)粘I钪胁豢苫蛉钡沫h(huán)保材料之一。
今天,就讓我們一起走進這個看似平凡、實則非凡的化學(xué)世界,揭開awpd的神秘面紗,看看它是如何在環(huán)保戰(zhàn)場上大展拳腳,成為新時代的“綠色俠客”。

聚氨酯(polyurethane, pu)誕生于20世紀30年代,初用于制造泡沫塑料、人造革等產(chǎn)品。隨著技術(shù)的發(fā)展,pu被廣泛應(yīng)用于涂料、膠粘劑、彈性體等多個領(lǐng)域。然而,傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯含有大量揮發(fā)性有機化合物(vocs),對環(huán)境和人體健康造成嚴重威脅。
為了減少voc排放,科學(xué)家們開始研究水性聚氨酯(waterborne polyurethane, wpu)。與傳統(tǒng)溶劑型不同,wpu以水為分散介質(zhì),大大降低了有害物質(zhì)的釋放量。其中,陰離子型水性聚氨酯因其良好的穩(wěn)定性和成膜性能,逐漸成為主流。
awpd是在原有wpu基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化的產(chǎn)物。通過引入特定的功能基團(如磺酸基或羧酸基),使其具有更強的親水性和穩(wěn)定性。同時,其分子結(jié)構(gòu)設(shè)計更為精細,能夠在保證優(yōu)異性能的同時,實現(xiàn)更低的voc排放和更高的生物降解性。

| 特性 | 傳統(tǒng)溶劑型pu | 普通水性pu | awpd |
|---|---|---|---|
| voc含量(g/l) | 400~600 | 50~150 | <30 |
| 味道 | 強烈刺鼻 | 微弱異味 | 幾乎無味 |
| 環(huán)境影響 | 高污染 | 中等 | 極低 |
awpd幾乎不含voc,使用過程中不會釋放有毒氣體,極大減少了對人體健康的危害,也符合各國日益嚴格的環(huán)保法規(guī)要求。
許多awpd采用植物油基多元醇作為原料,例如大豆油、蓖麻油等,這些可再生資源不僅來源廣泛,而且碳足跡遠低于石油基原料。
| 原料類型 | 是否可再生 | 碳排放指數(shù)(kg co?/kg) |
|---|---|---|
| 石油基多元醇 | 否 | 3.8 |
| 大豆油基多元醇 | 是 | 1.2 |
| 蓖麻油基多元醇 | 是 | 1.0 |
awpd的分子鏈中含有較多的酯鍵和醚鍵,容易被微生物分解,從而減少白色污染問題。
| 材料類型 | 生物降解率(90天內(nèi)) |
|---|---|
| 傳統(tǒng)pu | <10% |
| 普通wpu | 30% |
| awpd | >70% |

| 參數(shù)名稱 | 數(shù)值范圍 | 測試標準 |
|---|---|---|
| 固含量 (%) | 30~50 | gb/t 1725-2007 |
| 粘度 (mpa·s) | 500~2000 | astm d1824 |
| ph值 | 6.5~8.5 | gb/t 13490-2008 |
| 平均粒徑 (nm) | 50~200 | iso 13320 |
| 表干時間 (min) | 15~30 | astm d1640 |
| 抗拉強度 (mpa) | 10~25 | iso 37 |
| 耐水性(24h) | 無明顯變化 | gb/t 1733-1993 |
| 性能指標 | 傳統(tǒng)pu | 普通wpu | awpd |
|---|---|---|---|
| 耐候性 | 一般 | 較好 | 優(yōu)秀 |
| 成膜性 | 好 | 一般 | 極佳 |
| 柔韌性 | 一般 | 好 | 極佳 |
| 耐化學(xué)品性 | 強 | 中等 | 強 |
| 施工適應(yīng)性 | 窄 | 寬 | 極寬 |

awpd可用于木器家具表面涂裝,提供高光澤、耐刮擦的保護層,且無刺激性氣味,適合兒童房、老人居室等敏感區(qū)域使用。
現(xiàn)代汽車越來越注重車內(nèi)空氣質(zhì)量,awpd因其低voc和優(yōu)良的手感,被廣泛用于儀表盤、座椅皮革涂層等領(lǐng)域。
awpd可用于外墻保溫系統(tǒng)、內(nèi)墻乳膠漆中,既美觀又環(huán)保,助力“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”。
紙張、金屬、塑料等多種基材均可使用awpd進行涂布處理,提升材料的防水性、耐磨性和印刷適性。

近年來,中國政府出臺多項政策推動綠色涂料發(fā)展:
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近年來,中國政府出臺多項政策推動綠色涂料發(fā)展:
國際上,歐盟reach法規(guī)、美國epa標準等也對voc排放做出嚴格限制,推動awpd在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。
據(jù)中國涂料工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,2023年中國水性聚氨酯市場規(guī)模已突破120億元,預(yù)計到2028年將達到250億元,年均復(fù)合增長率超過15%。
| 年份 | 市場規(guī)模(億元) | 增長率 |
|---|---|---|
| 2020 | 68 | — |
| 2021 | 82 | +20.6% |
| 2022 | 98 | +19.5% |
| 2023 | 120 | +22.4% |
| 2024預(yù)測 | 145 | +20.8% |

盡管awpd擁有諸多優(yōu)點,但在實際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn):
由于原材料和生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜,awpd的成本通常高于傳統(tǒng)溶劑型產(chǎn)品。但隨著規(guī)?;a(chǎn)和技術(shù)進步,成本有望逐步降低。
awpd的合成涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)控制,需要高水平的研發(fā)團隊和先進設(shè)備支持。
目前awpd主要集中在涂料和膠粘劑領(lǐng)域,未來可在電子封裝、紡織整理、醫(yī)用材料等新興領(lǐng)域拓展。

在這個追求可持續(xù)發(fā)展的時代,awpd就像一位默默耕耘的環(huán)保衛(wèi)士,不聲不響地守護著我們的藍天白云、綠水青山。
正如德國著名化學(xué)家弗里德里?!すf:“科學(xué)的終目標是服務(wù)人類?!盿wpd正是這句話的生動寫照。
我們相信,在未來的某一天,當(dāng)你打開窗戶,聞到的是清新的空氣,而不是刺鼻的油漆味;當(dāng)你觸摸墻面,感受到的是細膩的質(zhì)感,而不是化學(xué)殘留的冰冷。
那一天,就是awpd真正改變世界的時刻。


| 英文縮寫 | 中文全稱 | 解釋說明 |
|---|---|---|
| wpu | 水性聚氨酯 | 以水為分散介質(zhì)的聚氨酯體系 |
| awpd | 陰離子水性聚氨酯分散體 | 含有陰離子基團的wpu,具有更好的穩(wěn)定性和環(huán)保性 |
| vocs | 揮發(fā)性有機化合物 | 對環(huán)境和健康有害的有機揮發(fā)物 |
| reach | 歐盟化學(xué)品注冊、評估、授權(quán)和限制法規(guī) | 歐盟嚴格的化學(xué)品管理法規(guī) |
結(jié)語表情包:
“環(huán)保不是選擇題,而是必答題?!?br />
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本文由“綠色材料研究所”特別策劃出品,如有雷同,純屬巧合。歡迎轉(zhuǎn)載,請注明出處。