合成革用水性聚氨酯CPU)树脂具有优良的物化性能和环境友好性。介绍了合成革用水性PU树脂的历史沿革，以及制约其研发的因素。阐述了水性PU树脂的研发现状及其发展趋势。
关键词：合成革；水性聚氨酯树脂；现状；发展趋势
0引言
合成革用水性聚氨酯树脂广义上讲，是异氰酸醋的加成物。在反应生成物的预聚体中加入亲水基团，成款后加水乳化，即得到聚氨酯乳液。它具有优良的物理化学性能和环境友好性能，是近年来发展最快的水性树脂品种之一。
目前水性生态合成革定义包括4方面内容：一是制革所用的原材料无毒无害；一是制革过程是清洁生产；二是加工过程清洁环保；四是革制品具有生物可降解性。因此，水性生态合成革是真正意义上的环保产品。
1 合成革用水性PU树脂的历史沿革
习惯上，把PVC聚氯乙烯)涂层产品或PVC压延黏合产品称之为人造革，而把以PU聚氨酯)树脂为原料生产的涂层产品称之为合成革。从这个意义上来说，PU合成革始于20世纪70年代，发展于20世纪90年代。
我国合成革用水性树脂的研究及应用相对起步较晚。进入2000年，仅有张家港佳宝和中大化学安庆科技有限公司，以及温州寰宇进行合成革用水性聚氨酯的研究。2001年温州华峰树脂)开始试制合成革用水性PU树脂。但由于受技术、原材料、观念上的各种因素制约，初期研究工作进展十分缓慢。直到2007年3月，张家港佳宝公司的水性PU合成革在美国Sappi公司的支持下，首先在香港皮革展展出后，才引起了国内外同行的高度重视。2007年5月，德国拜耳公司派专人到张家港共商合成革用水性PU发展事宜。同年9月，在上海国际皮革展上，张家港佳宝公司和德国拜耳公司展出了水性PU合成革，标志着我国合成革领域全面应用水性PU的正式开始。与此同时，我国各有关企业、高等院校、科研院所等纷纷加大投入、加强合作，对水性PU在合成革上的研发和应用进行重点攻关，国外同行也密切关注我国水性PU的研发进程。
这个时期取得的进展有：2007年10月，浙江建德化工助剂厂同中国科大合作，试制成有机硅改性水性PU树脂，用于合成革；2008年2月，中大化学安庆科技有限公司在安庆建立万吨级水性PU树脂生产线；2008年3月，以四川大学为主体技术的博士达高分子材料有限公司在浙江丽水建立水性PU树脂生产线；2008年6月，张家港佳宝公司同浙江尤尼克集团合作，在浙江丽水建立优耐克水性树脂科技有限公司。与此同时，广州中山、福建宝利特、温州大宝等化工生产企业生产的PVC合成革用水性树脂贴布胶，也相继开始进入市场化应用。另外，大批溶剂型树脂生产企业，如青岛宇田、山东华大树脂、江苏金冠等也转向致力于水性树脂的研究。温州的华峰树脂厂、寰宇高分子材料有限公司研制的部分合成革用水性
树脂产品也随后试用性地进入市场，扩大应用示范。然而，由于各厂家生产的水性PU产品的性能不同，加上缺乏行业统一标准，应用推广上更缺乏科学的程序，导致市场应用出现了反复多变的态势。个别水性树脂生产企业在对自己产品毫无认知的情况下，自日宣传，自日推广，以致在2008年下半年，以温州地区为代表的制革界又出现了对水性树脂能否用于合成革的高度怀疑，直接阻碍了我国水性树脂在合成革中的推广应用进程。
可喜的是，国外一些知名公司，如日本旭化成公司、可乐丽公司，美国陶氏化工，德国Bayer,Basf公司，荷兰Stah1，以及韩国、我国台湾地区的化工企业等等在这个时期推动了生态环保革的发展，特别是德国Bayer公司的产品在国际市场推广应用面较广，引领了国际生态合成革的发展，这对推动我国合成革产业的升级换代起到关键的作用。
更为可喜的是，国家环保部、科技部以及中国塑料工业协会等政府部门和行业协会，十分关注水性树脂及生态合成革的研发生产。2007年10月，国家环保局专题讨论了合成革行业的污染治理和水性树脂的应用问题；2008年3月，国家科技部中国技术市场协会向张家港佳宝环保树脂材料有限公司授予了合成革用水性树脂优秀项目金桥奖；同年10月，在中国塑料工业协会的推荐下，合成革用水性树脂项目以及生态合成革项目被国家发改委立入鼓励类项目，进入产品发展指南日录；2009年1月，在中国塑料工业协会以及合成革协会的组织下，在浙江丽水召开了中国水性树脂及水性生态合成革研发中心成立大会。这一系列工作的展开标志着这一产业发展的鼎盛时期即将到来。
2 水性生态合成革加工的研究现状
水性生态合成革加工采用水性聚氨酯树脂代替溶剂型树脂为原料，通过制革生产线制得革成品。水性树脂不含有毒的有机化学溶剂，生产过程中挥发出来的卞体是水蒸气，对人体、环境无危害，极大地降低了环境污染的治理费用。另外，采用水性树脂生产的合成革成品中没有任何毒性物残留，完全可以达到合成革环保的高要求。在物理性能上，水性聚氨酯高分子链中存在氨基甲酸酷基、脉基甲酸酷基、脉基酷基、醚基、酮基、苯环等一系列多功能基团，从而使水性树脂具有耐水性、耐溶剂性、耐磨性、耐刮性、耐皱折性，透湿、透气性能，及与真皮一样的手感。相对于传统的溶剂型合成革，水性生态革是真正意义上的高科技环保产品。
但是，日前采用水性聚氨酯树脂生产水性生态合成革的研发仍受技术、设备和生产工艺所制约。
2.1技术上的限制
水性树脂在离型纸上的应用，是日前合成革生产的主流形式，也是水性树脂推广过程中必须突破的技术门槛。水性树脂在离型纸上的应用能否成功，是水性树脂能否代替溶剂型树脂的关键所在。
水性树脂与溶剂型树脂的区别：首先，水性树脂一端亲水，一端亲油，而溶剂型树脂是疏水的亲油树脂，一者的成膜机理不同，对离型纸的要求也不同；其次，由于水的表面张力较大，难于在平面纸上铺展，而溶剂型树脂则儿乎不存在类似的问题；其二，水的蒸发能高，通常为溶剂型树脂的1.5倍。因此，在烘干过程中，水性树脂要适当提高其烘干温度，这对离型纸有较高的要求。日前，优耐克水性树脂己初步实现了在离型纸上的平衡，实现了较好的铺展效果和良好的十燥性能。
日前，走在比较前沿的德国拜耳公司产品的固含量达60%，易于烘干，物性较好，可制作高档合成革。但缺点是成本太高，不适宜我国的合成革产业市场。我国的温州环宇高分子材料有限公司、华峰树脂以及安徽安庆化工材料公司均能生产不同性能的水性树脂产品，但由于受水性聚氨酯本身的物性以及在离型纸上应用性能的限制，日前还未见批量应用的产品，特别是在半PU革上还没有见到成功应用的先例。
2.2设备上的限制
在同等制革条件下，采用水性树脂比采用溶剂型树脂产合成革需要更多的能量来烘干革制品。传统合成革干法生产线（以水蒸气或导热油为烘干介质的热空气对流法）针对溶剂型树脂生产合成革的要求而设计。它烘干效率低，能耗过大，目自动化程度较低，控温操作人员若操作失当很容易导致温度过高而引起火灾。因此，迫切需要一种全新的高效、低能耗制
革生产线来代替传统的制革生产线，适用于用水性树脂生产生态合成革的生产技术要求。
2.3生产工艺的限制
日前，国内外聚氨酯合成革用树脂绝大多数仍为溶剂型聚氨酯树脂。生产人造革、合成革工艺主要分为干法和湿法两种。
经过多年的研究和发展，到日前为止，水性树脂己经成功应用到合成革中，并在技术上取得了重大突破。但就合成革生产工艺而言，水性树脂日前主要在干法工艺上取得了进展，湿法工艺上还在不断研究中。合成革用“贝斯”仍需要采用溶剂型聚氨酯树脂通过湿法工艺制得。这样就出现了两个问题：一是虽然合成革己经使用水性树脂，但由于制革工艺的缺陷
仍然只能部分达到环保要求，无法彻底解决行业生产过程中的“二高”问题；一是导致革制品无法全面达到环保要求，无法从根本上提高我国合成革的档次。因此，采用一种全新的制革工艺来代替传统的干法、湿法合成革生产工艺，是水性生态合成革生产企业所探索的目标。
3 水性PU树脂的应用现状
优耐克集团作为合成革用水性树脂和水性生态合成革的生产商，近年来投入大量的人力、物力和则力用于合成革用水性树脂和水性生态合成革的研究。在技术上，优耐克集团公司分别同全球四大离型纸厂商，特别是美国Sappi离型纸公司达成了长期的合作意向，参与水性树脂的开发研究工作，并拥有了所有美国离型纸均可加工水性PU树脂的最佳方案。本公司以安徽大学化学化工学院为技术依托单位开展科研项目研究，2007年成功开展了“水性树脂用于合成革面料的技术研究”项目的合作；2008年开展了“合成革用水性树脂合成技术”的研究，现己进入中试阶段。目前公司己拥有整套合成革用水性树脂的研发经验和成果，拥有水性合成革用聚氨酯树脂、水性半PU革专用聚氨酯树脂，以及水性PU纯干法用聚氨酯树脂等不同品牌多个品种的生产技术，部分产品己进入专业化生产领域。
在设备上，优耐克集团公司与张家港市元鸿机械有限公司合作研究出一套采用中波红外烘干系统的水性生态合成革干法生产线，并于2009年底通过国内专家鉴定。这一设备的研制成功，基本上解决了水性生态合成革生产过程中的烘干、节能和安全问题。
在生产工艺上，优耐克集团公司采用水性发泡纯干法工艺来代替传统的湿法、干法工艺。该工艺采用水性聚氨酯树脂生产的发泡树脂代替湿法生产的“贝斯”，简化制革工艺，大幅降低制革成本，所得的革制品实现真正意义上的全环保。
技术、设备和生产工艺二大瓶颈问题的解决，是水性生态合成革研发与生产史上的一个里程碑。2009年，优耐克集团公司所属的“生态合成革研发中心”成功开发出包括汽车座椅专用革（生态超纤皮）；生态型防污耐脏性沙发革；高耐磨、高透气仿真干式PU服装革；仿真皮全环保PU服装革；仿真皮高耐磨箱包革；耐刮防水雨披革；耐磨透气鞋内革；生态型仿真皮鞋革；耐黄变仿真皮运动鞋革；耐磨透气高尔夫手套革；耐磨抗刮半PU座椅革；耐脏防污半PU沙发革；耐脏耐磨半PU汽车革等13种生态合成革。
4 合成革用水性PU树脂及水性生态合成革的发展趋势
随着国际市场一体化的进程，产品的高品质和低污染将会越来越提升到一定的高度。我国众多科研单位的联合攻关，科技型企业的不断介入，各种高性能合成革用水性PU树脂必将成为主流产品，最终替代溶剂型产品。因此，合成革用水性PU树脂的研究还需不断深化。
4.1水性PU树脂要体现多样化、功能化和时尚性
合成革产业在我国的发展历史不足15年，由于合成革制品具有多样化、功能化和时尚性特点，发展十分迅速，平均每年都有儿十个新品种推向市场，因此，水性PU树脂必须适应合成革的发展步伐。
多样化要求：目前合成革制品己应用到人们日常生活的各个领域，如鞋革、服装革、箱包革、沙发革、手套革、汽车革等，合成革制品的多样性十分明显。这些不同领域的合成革，性能各不相同，因此，必须要有对应的水性PU树脂来与之相适应。
功能化要求：不同领域或同一领域不同的革制品，均具有不同的性能特点，这就是品种的差异化，反映在革制品的功能要求不同。比如，鞋革需要耐磨、耐酸碱，但浅色革还需要耐黄变；服装革不仅需要低温柔软，还需具有真皮一样的手感，目需透气透湿性；家居革需要耐磨耐脏，还需要防火阻燃等。不同的合成革具有不同的功能特点，绝大多数要靠水性聚氨酯的功能化来实现。
时尚性要求：每年至少数十个，上白个合成革产品被推向市场。有的合成革产品，每儿年翻新一次，有的儿乎每年、每季度翻新一次，特别象女性用手袋、}I}}i帽，儿乎天天在变，时尚性极强。那么水性PU树脂开发也必须顺应这种潮流，在变化中求生存，在变化中求发展。
4.2水性PU树脂要共有价格优势
从理论上讲，水性PU树脂应该比溶剂型PU树脂更具价格优势，因此，摸索低价优质的水性PU树脂，始终是研发的主题。这可以从以下4方面入手：
一是进一步筛选合成树脂用原料，选择性价比较高的原材料，应用到树脂生产过程中。比如，当前TDI(甲苯一异氰酸酷)原料价格上涨很猛，可以选用MDI(_苯基甲烷一异氰酸酷)原料来代替，这样，在不影响性能的情况下，使产品价格下降。
一是改变合成工艺路线。水性聚氨酯生产过程相对溶剂型产品复杂得多，设备工艺要求更为严格。生产工艺和路线不同，也导致生产水性树脂的成本不一样，那么选择优化的生产工艺和路线，也是水性聚氨酯生产企业的研究重点。
二是开发高性能助剂。往往生产水性聚氨酯时，必须采用功能助剂。因此，树脂生产厂家必须进行助剂的研发，只有这样，才能降低价格。
四是尽快形成水性树脂生产、应用产业链，降低原材料生产和采购成本。加强原材料研发，减少依赖进日局面，从而真正实现水性树脂低成本化。
4.3水性PU树脂应共有史优良的生态性
实现水性PU树脂发展的主要因素来自其环保性和生态性。据预测，用水性聚氨酯加工的合成革，可以做成按摩椅、草式床垫，由于它具有真皮一样的手感和透气、透湿性，易擦洗，更防污，性能更优于普通床单，广受人们的青睐。用水性树脂加工的合成革还可以用于家居内饰装演。日前，高档宾馆己开始应用合成革装饰，随着未来的发展，必将走入普通百姓家庭。
当然，这要求合成革用水性聚氨酯具有更好的无毒环保性。首先，要降低或消除水性聚氨酯中的重金属元素，防止过量的重金属元素对人体造成危害；其次，要努力减少水性聚氨酯合成中的溶剂用量，力争实现无溶剂生产，即便使用溶剂也一定要选用对人体无毒的溶剂；其二要严格控制助剂、色浆的用量，选择安全、环保的助剂和色浆。确保合成革的生态性，才能使合成革应用领域得到更大的拓展。
4.4水性PU树脂应具有更好的工艺操作性
合成革产量每年有数十亿米，合成革的加工完全是机械化作业，因此，合成革用水性聚氨酯必须具有更好的工艺操作性：一是调浆方便，通常水性树脂必须加入色浆后才能上机使用，那么调浆必须简单、方便、易行、快捷。一是上机好操作，水性树脂浆料必须符合上机作业要求，黏度易于控制，应用时不会产生流挂、结块或分层。二是易烘干，尽竹水的挥发速率较慢，水性PU树脂成膜吸收能量大，但可以通过技术改造，实现树脂易十燥，从而适应于制革厂旺季提升产能的要求。
当然，合成革用水性聚氨酯的发展，必须顺应水性生态合成革的发展，顺应终端市场的需求。因此，整个水性生态合成革行业的发展不可能一贼而就，这需要广大聚氨酯研究工作者，广大制革应用工程技术人员的紧密配合，顽强努力，艰苦工作才能实现。相信不久的将来，环保、生态的水性聚氨酯以及水性生态合成革一定会成为行业主流。
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