基本介紹
- 中文名：水性科技
- 外文名： waterborne Technology
發展歷史,水性高分子科普及發展,水性高分子技術的原理,水性科技行業發展,
發展歷史
自1907年，第一種純人工合成的高分子材料，酚醛樹脂問世以來，合成高分子材料已經走過100多年的歷程，高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同，已成為科學技術、經濟建設中的重要材料。在常溫下高分子材料多為固態，為了便於利用，多採用不同的有機溶劑進行溶解後使用。然而隨著科技發展和人們對安全環保的日趨重視，有機溶劑對環境的污染和對人體健康的危害性日益凸顯，在這種背景下，水性科技應運而生。
常見水性高分子材料包括水性聚氨酯、丙烯酸酯乳液、丁苯乳液、水性醇酸、水性環氧、水性氯丁等，其中最具代表性的是水性聚氨酯和丙烯酸酯乳液。水性高分子如水性聚氨酯樹脂和丙烯酸酯乳液不含有毒的有機溶劑，生產過程和產品中沒有有毒物質揮發和殘留，對人體、環境無危害，安全環保，降低環境污染的治理費用，節約能源。
由於水性高分子的形態、鏈段結構和成膜機理均與溶劑型產品不一樣，對水性高分子套用技術的研究也是水性科技重要內容。丙烯酸酯乳液在水性建築塗料上的套用研究進行了幾十年，已經基本替代了溶劑型塗料，在紡織方面的套用技術也很成熟。水性聚氨酯由於其優異的物理性能，對其套用研究更加廣泛，在木器塗料方面套用日臻成熟，在合成革方面的套用技術突破也很大，2012年科天水性貝斯的研製成功並成功產業化，標誌了合成革行業進入了一個歷史性階段。
經過幾十年，幾代研究人員的不懈努力，水性高分子材料性能多已達到溶劑型同類產品性能，套用技術也顯著進步，為替代溶劑型高分子材料做好了技術準備。這些綠色高新技術和先進環保工藝都已經實現大規模的產業化。涵蓋了塗料、牆紙、牆革、零甲醛板材、水性科技木皮、智慧型家居等綠色環保家裝材料的一系列產品。
水性高分子科普及發展
在一定條件下，大量的有機小分子，在布朗運動下相互碰撞，通過化學反應不斷聚合，最終變成一個分子量超過一萬甚至千萬的分子，我們稱之為高分子。大量高分子聚集就形成了高分子材料。高分子材料誕生100多年來，隨著科技的發展，已經套用在現代生活的方方面面，涵蓋了塗料、合成革、黏合劑等諸多領域。
常溫下的高分子材料多為固態，為便於使用，一般會製成溶液。DMF、甲苯、二甲苯、丁酮等有機小分子，能夠很好地溶解高分子材料，因此常用作有機溶劑。當高分子材料溶解於有機溶劑時，就形成了溶劑型高分子材料。
溶劑型高分子材料中，有機溶劑占比接近70%，容易揮發到環境中，和一些高分子材料中含有的其它容易揮發的有機化合物如甲醛等，統稱為有機揮發物。這些有毒的有機揮發物，持續不斷地揮發到空氣中，不但危害人體健康，而且污染大氣環境，是霧霾形成的主要原因之一。
最為知名的甲醛, 已經成為家庭裝修中談虎色變的化學物質。最熟悉的甲醛用途是俗稱福馬林的高濃度甲醛溶液，用於浸泡標本，防止腐爛。蛋白質接觸到甲醛後會發生變性，失去活性，這也是福馬林防腐的原理。如果人體器官接觸到甲醛，同樣會發生蛋白質變性， 從而對人體造成傷害，主要體現在致敏、刺激和致突變等，已經被世界衛生組織列為致癌和致畸形物質。
DMF（二甲基甲醯胺）也是一種套用較多、危害巨大的有機揮發物。可經呼吸道、皮膚和胃腸道吸收進人體，刺進皮膚和黏膜組織，損傷中樞神經和肝腎胃等重要臟器，尤其是可導致肝癌的發生。
甲苯與二甲苯等進入人體，經代謝後有部分會生成苯酚類物質。這種破壞性的突變誘發物質進入細胞後，與細胞核中的DNA結合， 會使染色體發生變化，發生基因突變，引發癌症。
其它如丁酮、乙二醇等，都對人體健康有不同程度的傷害。
有鑒於此，杜絕高分子材料中的有機揮發物就迫在眉睫，以水為溶劑來生產高分子材料的水性科技就應運而生。使用純淨無污染的水替代有機溶劑，從根本上杜絕了高分子材料中有機揮發物的產生。
水性高分子技術的原理
核心是給高分子材料嵌入親水基團，使高分子顆粒能夠懸浮在水中形成乳液，主要包括聚合和分散兩項技術原理。
聚合：將多種小分子按配比充分混合，其中部分小分子具有親水基團；小分子兩兩之間發生聚合反應，就像把很多短線頭打結成一條條長線頭一樣。反應完成後，就形成了帶有親水基團的高分子。
分散：將聚合好的高分子與水混合，採用專業設備強力分散，親水部分被水分子吸引到靠近水的外層，而其他不溶於水的鏈段則被水分子排斥蜷縮，從而形成一個個球狀顆粒，懸浮於水中形成穩定的乳液，這就是水性高分子乳液。
從生產原理可知，水性科技合成的高分子乳液不再含有有機揮發物，可揮發的僅有無害的水分子，因此真正擁有了無毒無害的優越性能。
水性科技行業發展
水性科技的發展，能夠徹底改變部分傳統高分子材料產品及生產過程中有毒有害，污染嚴重的現狀。
首先是塗料行業。傳統塗料以溶劑型高分子為基料，加入各種顏料和填料，經過攪拌分散，製得溶劑型塗料。由於使用的是溶劑型高分子，在製備過程中就會有溶劑揮發到空氣中，對人體和環境造成危害，尤其在使用時候，塗料中含量約為70%的有機溶劑均揮發到大氣中，每年排放到空氣中的有機溶劑超過500萬噸。水性塗料以水性高分子為基料，加入顏料和填料，按既定工藝逐步混合，就可以調配出滿足不同需要水性塗料，如乳膠漆、水性裝修漆，水性家具漆等。水性塗料使用不含有機揮發物的水性高分子製成，在生產與使用中，不含甲苯、丁酮等有機揮發物，僅僅揮發水分子，真正做到了安全環保，已經被廣泛套用。
其次是合成革行業。合成革是現代生活中套用非常廣泛的高分子複合材料，套用於服裝、家居、裝飾、鞋材等方面。傳統合成革是將溶劑型聚氨酯塗覆在基布上，通過水來置換溶劑型聚氨酯中的DMF製成合成革半成品，再使用含有大量DMF、甲苯、丁酮等有機揮發物的溶劑型聚氨酯對半成品進行表面處理，製造成合成革產品。溶劑型合成革生產過程中有機揮發物揮發嚴重，污染大氣環境；更嚴重的是殘留的有害物質將會持續危害使用者的健康。
而採用水性聚氨酯生產合成革，是通過水置換水的高新技術，製備成水性合成革半成品，再使用水性聚氨酯對半成品進行表面處理，製得水性合成革。因為水性聚氨酯乳液不含有機揮發物，自身安全無毒，生產過程不會產生任何毒害，也不會污染水和大氣，製成的合成革當然也不含有有害物質殘留，克服了傳統聚氨酯合成革對水的污染和對環境的危害，是傳統合成革的理想替代產品。
第三是人造板行業。將天然木材纖維或其加工過程中產生的邊角廢料，用膠粘劑混合到一起加熱壓縮，再進行切割貼邊等處理，就製成現代家庭中廣泛使用的各種板材。傳統人造板中大量使用的脲醛膠，是由尿素和甲醛反應製成，殘留含有大量甲醛，對生產工人的身體健康造成嚴重的危害；而且脲醛膠穩定性較差，會持續揮分解產生甲醛，是我們家居空間最大的污染源頭和隱形殺手，使用脲醛膠製作人造板，會造成長達幾十年的持續危害。
