低極性基材用水性樹脂技術：材料世界網

王君庭 / 長興材料工業股份有限公司

全球環保意識高漲，材料供應商不斷地改良所使用的材料。水性化樹脂是塗料發展中重要的一環，PU因為使用範圍廣泛，所以水性PU的發展更是受到重視。然而，由於水性化的影響，使水性PU在不同基材的應用時，也因其極性問題而備受挑戰。本文將說明密著的各種原理，以及水性PU如何製備，並利用實例介紹樹脂技術。

【內文精選】

樹脂對基材的接著特性

1. 密著理論

塗料用途不同，物性要求也不一樣，唯獨對底材的密著是塗料的共同標準，但近年來塗裝用底材更加複雜及多樣化，讓樹脂/塗料配方設計者的挑戰更大。現在有很多物理或化學表面處理的技術，可提高密著性，物理方法如用溶劑或鹼洗清除表面的油脂污染、砂磨或噴砂提高表面的粗糙，以增加接觸表面積，提高密著強度；而化學方法則是在表面先經過磷酸鹽皮膜處理後再塗裝，可顯著提高密著性及耐蝕性。

水性聚氨酯樹脂

1. 分類及製程

水性聚氨酯係包括了聚氨酯水溶液、水分散液以及水乳液三種，是以水為介質的二元膠態體系，聚氨酯粒子分散於連續的水相中，通稱為水性PU。

聚氨酯是聚氨基甲酸酯(Polyurethane) 的簡稱，一般定義為高分子分子鏈中含有重複的氨基甲酸酯基團(-NHCOO-)，通常由二或多元的異氰酸酯與含有兩個或多個活潑氫化合物通過逐步聚合反應而成。而達成此一聚合反應較為廣泛的製程方式，又可分為有溶劑法(丙酮法)與預聚法。溶劑法為將含有異氰酸的聚氨酯預聚體分散在溶劑(丙酮)中後，與含有親水基團的擴鏈劑進行鏈延長反應形成離聚體(Ionomer)，經過高速攪拌下慢慢地加入水，利用強剪切力分散於水中，之後將丙酮去除轉成水溶液狀態即成為水性PU。溶劑(丙酮)法工藝較複雜，缺點是效率較低，須有良好的溶劑回收設備方能降低成本；但具有粒徑大小可變範圍大、批次再現性好等優點。

水性聚氨酯的應用

水性PU分散體已在通用溶劑型PU所覆蓋的領域大量使用，成功地應用於輕紡、皮革加工、塗料、木材加工、建築、造紙、印染和膠黏劑等行業。各行業所使用基材大相逕庭，由高極性至低極性皆有，長興所研發出的水性PU，即可分別針對不同基材，開發出合適之樹脂。

1. 天然/人工皮革

皮革加工中，用PU乳液塗飾後的皮革具有光澤度高、手感好、耐磨耗、不易斷裂、彈性好、耐低溫性、耐撓曲性能優良等特點，克服了丙烯酸類樹脂塗飾劑「熱黏冷脆」的缺陷。天然皮革的應用中，長興提供了底、中、面三種樹脂，其中，底及面即是水性PU體系。因天然皮革濕潤性相對好，所以此類水性PU的設計，主要以濕潤性易被覆於天然皮上為其理念，加上PU本身具柔軟特性，在天然皮革上作為塗飾劑時，其密著及常溫、低溫耐曲折特性可發揮明顯。

2. 纖維織物

在織物塗層製程裡，網印為最泛用之基本加工方式，而網印膠漿在使用時為提高附著力，同時也為達到更好的洗水牢度和乾濕擦性能，一般會添加固化劑使用。但膠漿在添加固化劑後必須在限定時間內使用，如未使用完久置後會導致死漿，不僅造成經濟上的損失，死漿的回收處理也是極大的困擾。ETERANE 89125水性印花膠漿，即為改善此現象的一液型水性聚氨酯樹脂，可賦予印花優異的手感、附著力、耐水洗性及回彈性。重點特色在使用時無須添加架橋劑，在多種布料上即可有優異牢度、耐水洗性、乾濕擦性、抗熱壓回黏性。

ETERANE 126/226為高固含、低黏度水性聚氨酯樹脂，其成膜快、易增稠，可減少使用時的烘烤時間，且烘烤溫度低，達到節能減排的目的。ETERANE 89126及ETERANE 89226即為專門開發用於成衣及製鞋行業的塗層，其具有優異的柔軟性，並在低溫環境下能持續保持柔軟的特性，非常適合用於各式運動用品(圖十四)。

圖十四、紡織印花膠漿應用與規格比較

3. 軟性包裝膜材

ETERANE 89710結構屬脂肪族水性PU樹脂，具有良好的成膜性、顏料及墨水相容性，且對PET濕潤性良好，所以89710在無需添加密著促進劑下，對PET即可產生極佳的密著力；也因此一特性，ETERANE 89710之色層經過熱壓後，可直接提供層間接著，無需再額外使用貼合膠。ETERANE 89712則為聚醚型水性PU，其官能基之特性，可與低極性基材OPP/CPP膜產生良好密著，進而應用在軟包裝油墨上(圖十五) ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。