<亞洲鞋業 6月號 2009>水性化和熱熔膠產品對鞋業以及環保的影響

<亞洲鞋業 6月號 2009>水性化和熱熔膠產品對鞋業以及環保的影響

大東樹脂 研發中心 郭尚鑫 博士 撰文

鞋用接著劑在鞋業的重要性
在製鞋業中,鞋用接著劑不啻是一種重要的發明也是目前鞋子中廣泛應用的產品,雖然它的重量只佔不到鞋子的百分之二,但是它的性能表現卻影響了鞋子的整體功能。不論是鞋面針車前固定,大底中底加工,鞋面和鞋底的成型等都需要使用到鞋用接著劑。且一旦接著劑出現問題,整雙鞋子則面臨退貨客訴的危機。接著劑在鞋子中就是扮演這種舉足輕重連接異己的關鍵角色。

在二次大戰之前的鞋子,絕大部分是以天然的鞋材所製作,鞋面與鞋底的結合是透過人工縫線。在1940-1960年代,以酚醛樹脂和氯丁橡膠為主的溶劑型接著劑開始進入鞋業界,從那時起,接著劑便開啟了在鞋業使用的歷史。直至今日,各式各樣的鞋用接著劑,黃糊(氯丁橡膠CR),藥水糊(接枝CR-grafted),聚氨基甲酸酯膠(PU polyurethane),熱熔膠(Hot melt adhesive)等,被大量的使用在鞋業的接著上。

溶劑在鞋用接著劑所扮演的角色
早期的接著劑,以黃糊為例,即是靠著接著劑本身的溶劑濕潤、滲透和表面侵蝕,以及固成分的投錨效應來達到接著的目的。這對天然的材質是非常有效的,因為天然材質的表面孔隙多且富含各種官能基。這也是黃糊被稱為萬用接著劑的由來。

隨著製鞋工業的進步,材質由原來的天然材質轉變為人工合成的材質,如PVC合成皮,EVA中底等材料大量出現,使得黃糊的使用受到限制。首先是可塑劑的影響,由於PVC材質內含有可塑劑,可塑劑移形(migration)之後,會使得黃糊軟化,這時候開始出現以甲基丙烯酸單體接枝的氯丁橡膠接著劑,稱為藥水糊。藥水糊和黃糊在鞋用接著劑使用了相當長的一段時間。

而在西元1937年,德國拜耳公司的奧托拜爾博士(Dr. Otto Bayer)發明了PU之後,直到在1980年代溶劑型PU膠因為在顏色外觀透明不黃變,對於PVC材質的親合性,加上極為出色的初期拉力,才導致鞋業在成型部分上開始大量使用為PU膠。

溶劑在鞋用接著劑中有很重要的地位,在接著劑中,溶劑有溶解高分子原料,促進與其他材質的濕潤性,增加滲透性,表面侵蝕等作用。而用在處理劑上,則有表面清潔,腐蝕,增加潤濕性等功能。對於以高分子合成材料為主的鞋材來說,溶劑的確是促進接著的好幫手。 然而溶劑的揮發對於人體卻是有傷害的,在許多的文獻都又提到吸入過多溶劑可能會造成的危害。包括高濃度時急性的中毒抑制神經系統使人喪失意識,低濃度則慢性累積在肝臟或腎臟,而含鹵素的溶劑揮發到空氣中之後,更有機會因光反應破壞臭氧層。也因此各國也訂出相關的規定,限制使用一些對人體和環境影響較大的溶劑。
為了避免造成操作人員健康上的危害,大東樹脂研發無三苯接著劑,不含甲苯、苯、二甲苯等溶劑,降低化學物質對環境和人體的影響,而整個鞋用接著劑的發展趨勢如圖一,由圖中可以看出環保的趨勢是從溶劑型產品走向低毒性,最後再走向不含溶劑的水性化產品和熱熔膠。


圖一 鞋用接著劑的發展趨勢
 
接著劑產品水性化的挑戰
也因為溶劑對人體和環境的影響頗巨,因此接著劑廠商在面對對溶劑的限制,開始發展各項的水性化產品。而水性化的挑戰,第一項最重要需要克服的就是水與高分子材料親合性的問題,也就是潤濕性的改善。 水與一般高分子材質的親合性很差,因為水與高分子材質的接觸角(如圖二所示)較大,接觸角越大表示材料越疏水,而對於接著劑來說,如何把對接著有效的化學物質平均的帶到被接著物表面,並在表面形成有效的塗層,便是一個重要的課題。如圖三所示,一般使用水性產品,容易遇到分散不均情況。因此在很多情況,水性化接著劑產品在使用時仍是先塗上一層溶劑型處理劑來改善材質表面的親水性。 而身為全球最大鞋用接著劑的大東樹脂,及早意識到製鞋業面臨到溶劑型PU接著劑含有80%溶劑揮發對人體和環境的危害。因此,大東樹脂以自有技術研發出水性PU接著劑上市,是台灣第一家以接著劑低污染產品提出環保標章申請,取得環境保護產品第二類產品之認證登錄。同時也成功的開發出改善材質表面的各項水性處理劑(如圖四所示),包括水性橡膠處理劑,水性皮革處理劑以及水性UV照射EVA處理劑。
圖二 液體對固體的接觸角
 
圖三 溶劑與水溶性物質在疏水性表面上的分散情況
圖四 大東水性環保產品的潤濕性


熱熔膠產品的特色
熱熔膠是不含溶劑的接著劑,其特性在於低溫為固體,高溫時則為低黏度流體,因此可在冷卻時迅速提供接著力。熱熔膠的發展起源來自使用熱熔的臘接著物品,而當接著強度不能滿足人們的需求後,100%熱可塑性的塑膠被導入這個系統。今日,熱熔膠以應用在各種產業,包括書本裝訂,產品組裝,包裝業等
大東樹脂研發之熱熔膠產品在製鞋業中以鞋面,攀鞋,折邊居多。使用在鞋面主要成分為APAO非結晶型聚烯烴,TPE感壓型。攀鞋多以polyester聚酯型和Polyamide聚醯胺型為主,折邊則是可以使用EVA型熱熔膠。上述各種熱熔膠由於本身物性的關係,所提供的拉力並不適用於大底成型。而反應型的PU熱熔膠PUR (Polyurethane reactive)或稱為溼氣硬化型熱熔膠HMMC(Hot melt moisture cured),利用過量的聚異氰酸鹽所產生的反應性,在含水氣的環境中可以持續反應,所得到拉力與現在目前使用在成型的PU膠相同,且耐水解的效果更佳。唯目前僅應用在平面材質,在3D的使用上仍需克服過量噴膠或是噴塗不均的問題。

總結
總體來說,水性膠和熱熔膠都可以有效的降低揮發性溶劑的使用,對人體和環境的危害也因此得到保護。鞋用接著劑推動環保化產品的趨勢非常的明顯,如何推廣水性化產品和熱熔膠勢必為目前製鞋業重要課題。大東樹脂結合自有技術的研發人力開發各項符合環保趨勢的產品,也提供製鞋業一個全新的「綠」色選擇。