【 Coating R & D center 】A Whole New Material! Total Solution of TPU Calendering Synthetic leather

December 03,2015
高鼎集團成立近30年,一直以”綠色企業”為集團願景,致力於為社會大眾創造一個優質生活環境與打造更安全、更環保的生活型態而努力!在這樣的前提之下,同時也兼顧為保護地球盡一份心力!因此,我們對於開發各種綠色產品義不容辭,且有感於各種不良物質對環境與地球的破壞,在2010年即投入研究TPU壓延合成革技術,更在2014年推出全新TPU壓延環保產品,此為全面綠色產品,本文即以TPU壓延加工技術為主軸,闡述TPU壓延技術的優點與特性,並針對TPU製程做各方面的分析。相信此類綠色型產品的問世能大幅提升我們的生活品質!

一、PVC的危害

PVC製品無時無刻都在釋放酸性氣體 HCl。PVC本身光熱安定性不佳,製程需要混入大量的重金屬安定劑(包含鉛、鎘、鋅、鋇、錫)防止製程中PVC降解。研究報告指出35℃以上甚至常溫中PVC製品的氯離子會微量游離(0.1~10ppm),而氯離子也是一種自由基,過往在PVC材料依靠重金屬安定劑進行氯離子的捕捉,礙於各國重金屬限制標準,安定劑必須減量或僅能挑選捕抓效力極差的非重金屬安定劑。是否為了成本考量將自身暴露在酸性氣體或自由基所迷漫的環境之中,是值得省思或探討的議題。


二、PVC製品塑化劑的表面遷移

軟質PVC可塑劑添加量超過30%以上,更甚者因為製程需要在配方中加入超過100%的份量,相較於PVC的巨大分子量而言可塑劑屬於高度自由的小分子,隨著時間變化PVC分子必定排擠可塑劑造成可塑劑在PVC製品上的表面遷移,PVC可塑劑使用於亞洲地區以鄰苯二甲酸酯(Phthalate)系列,其使用量在可塑劑市場依然高達80%,而DOP、DEHP更高達60%的市場占有率,這是令人憂心數字,美國環保署提警告可塑劑具有影響生殖與發育也就是環境賀爾蒙,對發育中的男性生殖系統有很大的影響,其中幼兒所受的威脅要較成人更高。(資料來源:National Center for Biotechnology Information, USA.),而食品級的可塑劑如檸檬酸酯系列可作為代替品,但是如此一來製成品的成本將大幅提升。


三、PVC、油性PU優勢不在

繼德國提出「工業4.0」後,在2015年中國提出中國版的「工業4.0」,也就是「中國製造2025」,內容針對綠色製造、智能生產視為產業轉型的核心。而在綠色製造有更進一步解釋,從原料選擇、生產工藝、綠色消費與循環利用。全文中也提到綠色工廠使用無害原料、潔淨生產等,而「綠色」、「環保」一詞一再重覆提出。
  • 原料選擇
  1. REACH法案更限縮PVC製成品重金屬含量
  2. 溶劑型PU所含的DMF、DMAC、TOL更是明確的不具綠色環保精神
  3. PVC將居於劣勢,在RoHS 2.0中明令禁止含”6P”可塑劑的PVC製品輸入
  • 潔淨生產
  1. 政府推動五水共治法案
  2. PU、PVC的生產一定會有大量的VOC產生
傳統PU與PVC還能持續生存?從三廢(廢水、廢氣、廢固)的角度來看傳統生產製革技術必定式微。然TPU的可回收性、無廢氣、無廢水、無可塑劑、無重金屬,將是第三代合成革的最佳選擇。


四、為何選擇TPU

早期壓延級TPU缺陷在於可加工範圍狹隘,包括以往TPU材料塑煉困難,加工時容易因材料內部溫度快速上升導致材料裂解而黏輥,或因熔體強度太差而難以牽引取膜,前述缺陷在近年我司已取得重大突破。高鼎TPU材料易加工性(無需再投資新設備)、易著色性、易貼合、各種材質的容許包覆性佳,眾多特質使TPU合成革能創造更多的可能。


五、TPU與PVC製程上的差異

通常在使用PVC進行塑煉時需要添加可塑劑、填充劑、色料、熱安定劑等數種配合劑,而可塑劑要先與填充劑混合,或與色粉混合後再投入密煉機,備料上工序過於複雜。若選擇高鼎壓延級TPU,無需如此繁複的工藝, TPU無需額外添加可塑劑與熱安定劑即可生產,以下針對TPU合成革BASE層與PVC人造革BASE層之間的生產上差異進行製程工藝探討。


六、塑煉功率峰值
在同一硬度規格下TPU塑煉功率瞬間峰值會高於PVC 約5~15%,原因在於TPU屬於結晶性材料,塑煉時依靠材料間摩擦生熱,溫度上升促使TPU轉變為熔體狀態,TPU材料黏度會隨溫度上升而快速變化,而PVC屬於非結晶性材料,溫度上升時材料黏度是緩慢上升。


 
  • 解決方向: 塑煉時加入無機填料(EX:滑石粉、碳酸鈣等)
  • 優點:降低塑煉峰值 成本可再更進一步的控制 TPU本身異材質包容性極高,允許絕大多數的填料塑料摻配混合
  • 注意: 摻入填料後,無可避免的在各項物性上有可能會在摻混後因填料特性而有所變異
  • 操作溫度
  • 通常壓延工藝中會有塑煉(密煉)、精煉(開煉)、壓延。
TPU材質升溫曲線極明顯,經過塑煉後出料至開煉機時熔體溫度已高於TPU本身的熔點,所以開煉機溫度須盡量設定在低於熔點溫範圍,使TPU材料在精煉時一邊精煉一邊緩慢降溫,較能有效的防止TPU熔體溫度因長時間維持在高溫狀態造成材料的降解,如下表(Fig2-1)所示,塑煉機設定90℃~150℃,經過塑煉後出料熔體溫度介於約120℃~170℃,此時進入精煉製程因為精煉機在精煉時雙輥間之滯料區熔體溫度會持續提升,而為了避免料溫過高導致材料黏輥,需控制材料溫度而設定在材料熔點以下為較佳。

 
TPU前段製程-實驗室模擬
  塑煉機 精煉機A 精煉機B
溫度設定 90℃~150℃ 100℃~155℃ 100℃~155℃
材料實際溫度 120℃~170℃ 115℃~165℃ 110℃~150℃






七、TPUPVC發泡常見差異

常見於相同發泡爐的溫度條件下,PVC發泡倍率會高於TPU,這是因為PVC通常會混合重金屬安定劑,而PVC常用的發泡劑屬偶氮或疊氮體,重金屬類安定劑在高溫發泡爐內會先與發泡劑相互反應形成金屬螯合物,此時發泡劑會因結構上的不穩定性大幅降低發泡劑的分解溫度。


八、TPU合成革可以更環保
  • 全TPU皮革(包括面層、面層接著層、BASE層、基布接著層)
  • 全TPU皮革&無接著工藝
  • 水性PU接著層及水性PU面層
TPU與TPU之間更具良好附著性,可選用TPU製作發泡層搭配TPU面層,在工藝上更為簡易,基布、發泡層、面層之間可不上膠,基布與TPU發泡層熱壓後進入發泡爐發泡而取得之BASE層手感將更為柔軟(與油性PU膠對比),而BASE層與TPU面層也可以直接熱壓達成無接著工藝。




高鼎精密材料一直以來針對環保材料的開發及應用都相當深入的著墨並發展,期許自身成為環保材料的領航者願景,從原料選擇到產品應用、回收、丟棄都有詳盡的規劃。而除了環保外也更加注重材料的友善特性,高鼎精密材料推出之壓延級TPU可達成設備零投資、低能耗、生產無廢氣廢水排放、直接替換PVC達成產品再升級。
 
高鼎集團1988年成立,於2015年正式更名為『高鼎精密材料股份有限公司(Coating P. Materials Co., Ltd.)』,深耕聚氨酯(Polyurethane)行業,專業生產TPU膠粒、PU樹脂/PU接著劑等環保材料,各系列產品廣泛應用於食衣住行育樂各種日常生活用品,從食品包裝、功能性紡織加工、傢(廚)俱建材加工、汽車零件組裝、運動用品材料、電線電纜至醫療材料應用等。高鼎一直是客戶的忠實夥伴,除了為國際知名品牌企業提供環境友善的化學材料,並以專業技術支援與共同開發的模式協助客戶品牌企業,提昇產品品牌與企業價值。我們的產品發展與社會責任和環境友善相結合,透過不斷研究發展與創新,協助我們的客戶滿足當前及未來市場對環境友善材料的需求。
 
以上文章刊登於《人造革合成革信息》雜誌11月刊,高鼎精密始終以開發環保產品為己任,在研發環保材料上不遺餘力,同時亦因應全球環保趨勢,目前已成功開發TPU壓延產品,並且有顯著成果,可廣泛應用於合成皮革類相關製品、各類生活用品與家居品項,未來高鼎將秉持著同樣的信念,努力研發更優質的產品,以滿足廣大客戶與產業的期待!
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