<亞洲鞋業 9月號> 提高製鞋接著品質的關鍵 - 正確選擇與使用處理劑

<亞洲鞋業 9月號> 提高製鞋接著品質的關鍵 - 正確選擇與使用處理劑

撰文: 大東樹脂研發中心 郭尚鑫博士 製鞋業常要求接著劑廠商提供,操作性好,初期拉力強,黏性維持時間長,可使用時間長,安定性佳,耐熱好且又適用各種材質的萬用接著劑。但是在實際的情況中,由於各項材質的表面性質差異太大,實在無法僅靠一支接著劑產品就能將所有的材質成功黏著。也因此才會產生處理劑(primer)這項產品。處理劑主要是應用於各項材質的表面處理,使得材質可以與接著劑互相黏著。
一般而言表面處理對於接著效果影響很大,正確的表面處理才能確保預估之接著效果。表面處理大致可以分為兩種。分別是物理表面處理和化學表面處理。

物理表面處理:主要採用機器設備來處理材質表面。

  1. 打粗,使用打粗機或磨砂機將材質表面打粗,使表面的表面積增加,且製造孔洞以利接著劑的深入。
  2. 清潔,以溶劑或是清潔劑將表面污染物去除,如製鞋業常用的水洗機。
  3. 特殊機械,使用如火焰噴射,電漿,電暈等高能量方式在材質表面造成破壞,甚至是將高分子化學鍵打斷,產生新的官能基。是一種伴隨著一些化學反應的處理方式。

化學表面處理:以化學物質來處理材質表面。
  1. 氧化,使用氧化劑將材質表面氧化,產生能與接著劑反應的官能基。
  2. 表面接枝,使用化學物質在材質表面形成特殊官能基,以促進接著。
  3. 表面塗層,將一層化學物質塗在材質表面,透過熱活化或是UV光照的方式讓化學物質再表面反應形成一層膜,該層膜可以與接著劑有良好的黏著效果。

一般化學表面處理的方式會伴隨有腐蝕,清潔,反應等三種作用,可以比物理表面處理達到更佳的處理效果。處理劑主要是應用在鞋材的前處理,處理之後再塗佈接著劑就可以達到最佳的接著。簡單地說,處理劑就是材質在塗上接著劑之前,事先在材質上用來處理的一種化學藥劑。

處理劑的特色:
n 除了天然材質(如皮革)外,幾乎所有合成材質(如PVC、Rubber、EVA、TPR、Nylon等)在上膠前均需使用處理劑處理。各種不同材質,應使用各種不同性能之處理劑。
n 處理劑對接著效果之影響往往大於接著劑,若處理劑選擇錯誤或處理不當,接著劑就無法發揮其接著效果。
n 若僅使用處理劑處理仍無法達到良好之接著效果,必需利用其他物裡處理方法(如磨粗、包細布等)。

處理劑的效用
n 清潔、脫油脂。
n 擴大接著面積。
n 防止可塑劑移行 。
n 增進潤濕效果。
n 改變材質表面組織。
n 增長上膠後接著劑之黏性維持時間。
n 強化材質。
n 與材質化學結合。

傳統處理劑多半大量使用溶劑,因為溶劑在對於高分子材質上有極佳的表面清潔,腐蝕,增加潤濕性等功能。但是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。各家廠商也開始發展水性的處理劑。

水性處理劑的發展 水性處理劑的發展主要是為了降低溶劑的使用,以符合環保需求,一般化學表面處理技術的水性化之困難點有三:
  1. 尋找對材質有促進接著效果的水溶性物質: 表面處理中的化學處理即是使用特殊的化學成分去對高分子材質的表面進行改質工作。以橡膠處理劑為例,常使用氧化劑使橡膠的表面氧化,產生可接著的官能基,讓PU膠可以與橡膠表面形成氫鍵,達到接著的目的。唯大部分溶劑型處理劑所使用的化學物質在水中的溶解度不佳,因此需尋找適合在溶解在水溶液下的化學物質。
  2. 增加水性處理劑對高分子材質的潤濕性: 由於純水的極性與高分子材質差距很多,對於高分子材質潤濕性不夠,因此無法使有效成分可以分散至高分子表面。(參見圖一) 因此目前的水性處理劑仍皆含有15-30%有機溶劑,目的即是為了改善水性處理劑的潤濕性。
  3. 保持水性處理劑的安定性 由於添加15-30%的溶劑在水性處理劑的水溶液中,因此如何維持水溶液的穩定性便是另一項大課題,因為有機溶劑和水的極性差距大,就像油不溶於水一樣,溶劑會浮在水的表面,形成分層的現象。如何將溶劑相與水相混合達至平衡狀態,且保持安定性就是另一項課題。

<圖一> 純水在高分子上的接觸角都很大

<圖二>而經過設計的水性處理劑則可以輕易的潤濕高分子表面
Fig.1 純水和水性處理劑接觸角的差異性

透過大東樹脂的開發團隊的努力,目前應用於鞋類的大部分材質,均已設計開發出相對應的水性處理劑,且已商品化。使用之品牌有:NIKE,Adidas,及Payless等品牌使用。各項水性處理劑的商品,請參見下表一。
目前大東樹脂仍持續開發更多,處理效果更好的水性處理劑,也提供製鞋業一個對環境友善的「綠」色選擇。
 
表一. 大東各項商品化水性