忧心地球生态- 环保法规为合成革产业带来的「危机」与「转机」

2020-05-14

人造合成革的发展已经超过半个世纪,从第一代PVC聚氯乙烯人造革、第二代PU聚氨酯合成革、第三代的超细纤维PU合成革(高性能聚氨酯树脂)到近期市场所提倡的水性聚氨酯环保合成革,都是为了取代动物皮革而广泛使用。在全球时尚议程和波士顿咨询集团发布的《2017年时尚产业脉搏报告2017 PULSE OF THE FASHION INDUSTRY》(注一)明确指出合成革的生产对环境的破坏性较小,促使时尚产业的利益相关者转向更多的生态选择,包括合成革。由于传统PVC人造革在整个生命周期持续产生严重的环境污染及健康危害,近几年的发展已经受限,市场趋势逐渐转向友善环境的PU、TPU材料以及制程与工艺的发展,合成革市场竞争日趋激烈。


▲(图片来源:piqsels)

赛瑞研究暨新材料在线®《2020年聚氨酯(PU)行业研究报告》指出,2018年中国聚氨酯产量达1306万吨,占全球总产量45%,其中用于合成革产业的聚氨酯占16%左右(约210万吨)。2015年中国《重点行业挥发性有机物削减行动计划》中提到,石油炼制与石油化工、涂料、油墨、胶粘剂、农药、汽车、包装印刷、橡胶制品、合成革、家具、制鞋等行业,排放VOCs占工业排放总量的80%以上,并且大部分通过水和空气排放到周边的河流和空气中,对生活环境以及人体健康均构成重大威胁。
注一、报告确实表明,在时装业使用的所有材料中,动物皮革排名第三,是全球变暖的主要原因。合成革对环境的影响约只有牛皮的三分之一。因此,生产替代材料(包括合成革)可以直接改善产品的生态足迹。

环境气候变迁所带来的生态忧患已成为全球各地最关注的议题之一,多数国家对进口产品不断提升环保门坎,未来世界各国的相关规范将更趋严格,企业如不改变将会造成不同层次的冲击。为了完全取代动物皮革,合成革在各产业中的需求量大幅提升,产生的废弃物与日俱增;并且大部分皮革产品皆与人体有直接接触,因此在合成革的发展上,往环境友善及无毒材料发展将是重要趋势。

一、PVC人造革

PVC是聚氯乙烯的简称,英文为Polyvinylchloride,是五大泛用塑料(PE、PVC、PP、PS、ABS)中唯一的含氯塑料,被国际绿色和平组织称为「毒塑料」,因为其整个生命周期,从原料合成→成品制造→终端使用→废弃处理的所有阶段,皆会对环境与人体健康造成危害。

  • 原料合成:由于PVC对光与热的安定性很差,必须添加安定剂来避免PVC产品在阳光或高温下释出氯的自由基导致材质裂解,安定剂通常含有铅、镉、锌等长期接触可危及脑部、肺部、肾脏甚至破坏骨质的重金属。

  • 成品制造与使用:PVC合成后需依据产品所需要的柔软度去添加不同含量的塑化剂,并随着时间及温度影响,塑化剂逐渐迁移到产品表面,致使消费者直接接触或误食。市场上泛用塑化剂以DEHP(注二)(注三)最多,已证实可造成细胞异常并危害生殖力,也可能引起血栓伤及肝、肺。​

  • ​废弃处理:废弃PVC经燃烧即会产生大量盐酸与世纪之毒-戴奥辛(Dioxin)。包覆于电缆外层的塑料皮即为含氯的碳氢化合物-PVC,在电线主成分-铜的催化下,氯化物与碳氢化合物混合燃烧后形成容易累积在人体脂肪内的戴奥辛,已证实会引发白血病及癌症,并且在燃烧过程中产生大量刺鼻的盐酸气体,不但伤害呼吸道也加速工厂管线设备的腐蚀,因而提高企业维修成本甚至有毒物外泄的可能性

注二、欧盟RoHS指令 (2011/65/EU)已于2015年6月4日正式公告禁用邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)( 0.1%)。

注三、欧盟REACH 法规附件 17(ANNEX XVII)限制清单中公告2020 年 7 月 7 日后,成品中,单项或多项邻苯二甲酸酯类之组合,在成品的塑化材料中浓度大于或等于0.1%(by weight)时,不得置于市场。制程及产品质量未达环保标准的企业将大幅度限缩其海内外市场,面临工厂关停危机而被市场淘汰。

二、普通PU合成革

普通PU合成革发源于上世纪40年代,具有光泽柔和、手感柔软、真皮感强、耐寒性能好等优点,广泛应用于服装、家具和中高档鞋领域。但是生产过程使用的有机溶剂占整个聚氨酯成份60%以上,对人体及环境皆会造成很大的危害。
以「湿法」(注四)生产的PU合成革手感柔软,其原理是利用DMF与水的混溶特性,与水发生互换后树脂内DMF含量降低,置换过程会产生许多微孔并使树脂凝固,最后得到拟真手感的PU合成革。此生产工艺已经非常成熟,但存在数个环境污染问题和缺点而逐渐被淘汰:

  • 空气污染:有机溶剂挥发令工厂车间VOCs浓度(注五)居高不下,进行内部生产的工人健康受到危害,排放到环境中的有毒物质也会造成严重的空气污染。 

  • 水质污染:如回收处理设备不够精良,含有大量DMF的废水排放到环境中会造成水质污染、破坏生态平衡。

  • 溶剂残留:因DMF与水无法达到100%置换,靠后处理去除将耗费更多的水资源及能源,并且实际上许多PU合成革的成品仍有少量DMF残留。

  • 法规限制:DMF具有毒性,被认定会对人体生殖系统造成危害,欧盟规范成品中DMF含量不得高于1ppm(注六),大幅限制了传统湿式PU合成革的发展。

注四、根据台湾及韩国的学术机构研究,在湿式合成革厂中,有超过三成的工人体内DMF含量是超过法令规范,对于劳工安全造成非常大的威胁。

注五、美国职业安全卫生署(Occupational Safety and Health Administration, OSHA) 对DMF 于作业环境空气中八小时日时量平均容许浓度(Permissible Exposure Limits, PELs)值为10 ppm。

注六、2012年5月15日,欧盟公布法规 (EU) No 412/2012,修订REACH 法规的附录十七,限制富马酸二甲酯(Dimethylfumarate, DMF)在成品或是任何部件中,浓度超过 1ppm不得在市面上贩卖。

三、超细纤维PU合成革

纤维超细化研究的源头可以追溯到20世纪40年代,直至80年代后,超细纤维受到消费者的欢迎,形成了人工麂皮热潮。超细纤维PU合成革,简称"超纤革",因为超细纤维毛底的关系,与表层的贴合力十分强。超纤革具有耐化学性、抗皱性、耐磨性、质量均一性等性能,而且容易打理。其表面的束状胶原纤维结构和真皮的网状层极其相似,整体重量则比真皮轻15%-50%,手感也较真皮柔软,已被定义为高档合成革,在国际精品、家具皮件、汽车内装、透气服饰以及鞋类...等产品应用,需求不断增加。
现今可采用水性干式涂布技术生产,排除溶剂污染疑虑,材料可回收利用进而延长使用之生命周期,以达到环境永续的目标。

四、环保水性PU合成革

在环保规范和市场需求的双重压力驱动下,无溶剂产线成为聚氨酯行业重要的技术创新和市场拓展方向,水性PU合成革的生产技术因此应运而生。依买家需求调整配方的客制化产品适用于各种产业,具有耐磨、耐水解、剥离好、耐寒、耐曲折、透气、保暖好等优异性能,并且成品上没有溶剂残留,无毒无味,确保使用者的健康。
在国际市场上,水性合成革正在逐步替代溶剂型合成革成为行业发展趋势,尤其欧盟很多国际品牌已承诺2020年将实现合成革产品水性化,加速了对合成革行业的转型。若该项技术被广泛采用,那么每年消耗数百万吨的有机溶剂将得到节省,直接消除有机溶剂带来的废水、废气污染,并且每年减少40%用于回收DMF的煤耗,可有效促进环境的永续发展。
虽然水性合成革技术已经大大减少了有机溶剂带来的各种危害,然而新型水性聚氨酯合成革的生产工艺和设备还不够普及,因此还是存在着技术和成本瓶颈有待解决:

  • 市场垄断:目前市场应用不够普及,多集中在国内外规模实力强大的企业进行生产,具有一定程度的市场垄断性,导致产品价格偏高。

  • 能源消耗:比起传统溶剂型,水性聚氨酯合成革在烘干过程中需要更高的温度,同时涂布使用的离型纸也需具备较高的质量,整体产线即会消耗较多能源。

  • 市场需求:因政策法规限制添加有机溶剂,造成传统制程产量下降,相对的,无溶剂环保合成革产能须再提升10%以上,才能满足全球市场的需求。

五、环保TPU压延合成革

采用压延工艺生产之TPU合成革,完全解决传统PVC人造革/ PU合成革的环境污染问题与缺点并且具有以下五个优势:

  1. 环境友善材料:

    TPU(热可塑聚氨酯,Thermoplastic Polyurethane)具有物性佳,生物可分解,无毒及无塑化剂等优点,是取代PVC的最佳选项,以TPU生产合成革一直是皮革厂力求开发的重点项目。

  2. 制程友善且合格率高:

    制程环保,产品中无溶剂残留,能有效解决VOCs排放问题,并可直接取代现有合成革产品,解决当下企业所面临的环保困境。生产过程之原料皆可适度回收,整体生产良率趋于稳定,可大幅降低环保皮革生产成本。

  3. 不必重复投资,沿用现有压延设备:

    经多家厂商验证,拥有压延设备皮革厂可用最低成本进行产线升级,透过配方研究,以相似的加工条件即可沿用,不须重新投资。

  4. 可替代PVC人造革/PU合成革:

    TPU压延合成革生产技术与PVC人造革相同,同样可进行混炼、压延、贴合、发泡、压花及收卷等制程,可直接替代PVC原料与制程生产客制化产品。TPU合成革采干式生产技术,无溶剂残留,是取代PU合成革的最佳产品。

  5. 转型升级,提升品牌价值:

    TPU压延合成革以高值化先进环保材料制成,用于高端产品可进一步增加消费者认同并提升品牌形象,转型为无毒环保皮革供货商,免除被市场淘汰之命运。在提升产品性能的同时也为地球环境永续尽一份力。

根据Global Market Insight的最新报告指出,全球PU、TPU合成革市场规模态势看涨。到2024年,由于人们的环保意识与生活形态转变导致真皮市场缩减,进而推动全球合成革制品市场将可能突破950亿美元,增幅超过5%。自2015年起合成革几乎由传统PU为基底进行生产,后来无溶剂水性PU合成革及TPU压延合成革因其制程不含甲苯、DMF等有机溶剂污染,材料又可以回收再利用,成为业内重点推广的项目。特别是纯电汽车行业在减轻车体重量和提升燃油效率的综合考虑下,汽车仪表板、安全气囊、座椅内饰和车门等部件,已逐步选用TPU材料替代。然而,石化原料在生产过程中仍有诸多挑战,当前国内、外市场竞争激烈,企业生产经营成本不断上升,可能导致市场价格高,供应不足,进而对合成革市场规模产生负面影响。
从企业的角度来看,在追求经济成长的同时,也必须掌握趋势脉动,以永续发展为目标积极投入高值化产品转型,企业才能稳健经营不易被市场所淘汰。

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