濕氣硬化型聚氨酯熱熔膠(PUR)之發展趨勢與應用

 

刊登日期:2018/1/5
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傳統的聚氨酯膠黏劑含有機溶劑,易造成環境污染。為了滿足人們對膠黏劑使用安全、環保等方面的新要求,濕氣硬化型聚氨酯熱熔膠則是在傳統熱熔膠基礎上發展起來的一類新型膠黏劑。其不僅有傳統熱熔膠初期強度好和與濕氣反應後固化性能優的特點,且針對多種基材皆有優良的黏接性能,具有廣闊的應用前景。

本文將從以下大綱,分別對PUR應用於紡織業、鞋業、及電子行業舉例說明。
‧前言
‧PUR膠黏劑合成方法與設計
‧PUR膠黏劑組成及應用
 1. 紡織業 2. 鞋業 3. 電子業
‧展望

【內文精選】
前言
全球濕氣硬化型聚氨酯熱熔膠黏劑(簡稱PUR)的市場,2016年達到9億4,982萬美元,估計2021年達14億7,406萬美元的規模,2016~2021年的年均複合成長率(CAGR)預估達到7.6%;其市場潛力龐大,在各地區中,依序為北美、歐洲、亞太地區市場規模都變大(1)。PUR熱熔膠黏劑,因為比其他的熱熔膠黏劑(Polyolefin/EVA/SBR)晚開發,除了更強的黏合力之外,在現今全球環保意識高漲的局勢下,因PUR熱熔膠黏劑是無溶劑的固體化合物,與溶劑型膠黏劑相比,具有可忽略的或無揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds; VOCs),不僅環保,同時也具有傳統熱熔膠(Hot-melt Adhesive)快速的初期強度,經由濕氣反應交聯固化後,能達到一定的接著強度,以達到貼合所需的目標。

PUR膠黏劑合成方法與設計
濕氣硬化(Moisture-curing)型聚氨酯熱熔膠黏劑的化學合成方法,是指異氰酸酯與多元醇類化合物加成聚合反應而成的端異氰酸酯預聚物,其反應方程式如圖一。膠黏劑的設計是以獲得最終使用性能為目的,因此要考慮到所製成的PUR膠黏劑之施工性、可操作性、固化條件及黏接強度、耐熱性、耐化學藥品性、耐久性等性能要求。

圖一、預聚物合成反應
圖一、預聚物合成反應

PUR膠黏劑組成及應用
濕氣硬化型聚氨酯熱熔膠黏劑,主要由聚醚或聚酯多元醇與二異氰酸酯等進行反應,生成端異氰酸酯(-NCO)預聚物,當NCO含量達到某一設定值時,加入不與NCO反應的熱塑性樹脂、增黏樹脂、填料以及抗氧劑、催化劑等助劑配製而成。由於聚氨酯(Polyurethane; PU)的組成結構多變性和性能調節範圍大的優點,形成比傳統熱熔膠更強的膠黏劑,除了有卓越的靈活性外,可以承受更大的溫度範圍,對多種基材具有優良的黏接性。茲舉幾個行業為例作說明。

2. 鞋業
在製鞋業中,鞋用膠黏劑是一種重要的發明,也是目前鞋子中廣泛應用的產品,雖然它的重量只占不到鞋子的2%,但是其性能表現卻影響了鞋子的整體功能。依重量來看,選擇RB橡膠鞋底最重,PU次之,EVA最輕;依材料價格考量則是PU較貴,PVC最便宜;依工藝來說,TPR做出來是一體成型,PVC則另外要加工。整個鞋用接著劑的發展趨勢如圖三,在目前的製鞋業中,為了符合各國對揮發性有機化合物VOCs控制的規定,並符合歐盟廢氣排放標準,以降低VOCs含量,製鞋中之接著製程大部份都朝水性化、環保型及濕氣硬化型聚氨酯熱熔膠黏劑發展。

圖三、鞋用膠黏劑發展趨勢
圖三、鞋用膠黏劑發展趨勢

由於PUR近年來的迅速發展,再加上工業4.0的推動,自動化整合能力及設備商積極配合製鞋業製程開發,目前進展最快的莫過於愛迪達公司。根據愛迪達的預計,在Speedfactory投入生產後,未來每年透過機器人可生產出100萬雙球鞋,雖然只占了總生產量的一小部分(因為2016年愛迪達總共生產了3.6億雙運動鞋),就目前情況來看…...以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:蘇崇仁/長興材料工業股份有限公司
★本文節錄自「工業材料雜誌」373期,更多資料請見下方附檔。


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