憂心地球生態- 環保法規為合成革產業帶來的「危機」與「轉機」

May 14,2020

        人造合成革的發展已經超過半個世紀,從第一代PVC聚氯乙烯人造革、第二代PU聚氨酯合成革、第三代的超細纖維PU合成革(高性能聚氨酯樹脂)到近期市場所提倡的水性聚氨酯環保合成革,都是為了取代動物皮革而廣泛使用。在全球時尚議程和波士頓諮詢集團發布的《2017年時尚產業脈搏報告2017 PULSE OF THE FASHION INDUSTRY》(註一)明確指出合成革的生產對環境的破壞性較小,促使時尚產業的利益相關者轉向更多的生態選擇,包括合成革。        由於傳統PVC人造革在整個生命週期持續產生嚴重的環境汙染及健康危害,近幾年的發展已經受限,市場趨勢逐漸轉向友善環境的PU、TPU材料以及製程與工藝的發展,合成革市場競爭日趨激烈。


(圖片來源:piqsels)
 

        賽瑞研究暨新材料在線®《2020年聚氨酯(PU)行業研究報告》指出,2018年中國聚氨酯產量達1306萬噸,占全球總產量45%,其中用於合成革產業的聚氨酯占16%左右(約210萬噸)。2015年中國《重點行業揮發性有機物削減行動計畫》中提到,石油煉製與石油化工、塗料、油墨、膠粘劑、農藥、汽車、包裝印刷、橡膠製品、合成革、傢俱、制鞋等行業,排放VOCs占工業排放總量的80%以上,並且大部分通過水和空氣排放到周邊的河流和空氣中,對生活環境以及人體健康均構成重大威脅。

        環境氣候變遷所帶來的生態憂患已成為全球各地最關注的議題之一,多數國家對進口產品不斷提升環保門檻,未來世界各國的相關規範將更趨嚴格,企業如不改變將會造成不同層次的衝擊。為了完全取代動物皮革,合成革在各產業中的需求量大幅提升,產生的廢棄物與日俱增;並且大部分皮革產品皆與人體有直接接觸,因此在合成革的發展上,往環境友善及無毒材料發展將是重要趨勢。

註一、報告確實表明,在時裝業使用的所有材料中,動物皮革排名第三,是全球變暖的主要原因。合成革對環境的影響約只有牛皮的三分之一。因此,生產替代材料(包括合成革)可以直接改善產品的生態足跡。

 

一、PVC人造革

        PVC是聚氯乙烯的簡稱,英文為Polyvinylchloride,是五大泛用塑膠(PE、PVC、PP、PS、ABS)中唯一的含氯塑膠,被國際綠色和平組織稱為「毒塑膠」,因為其整個生命週期,從原料合成→成品製造→終端使用→廢棄處理的所有階段,皆會對環境與人體健康造成危害。

  • 原料合成:由於PVC對光與熱的安定性很差,必須添加安定劑來避免PVC產品在陽光或高溫下釋出氯的自由基導致材質裂解,安定劑通常含有鉛、鎘、鋅等長期接觸可危及腦部、肺部、腎臟甚至破壞骨質的重金屬。

  • 成品製造與使用:PVC合成後需依據產品所需要的柔軟度去添加不同含量的塑化劑,並隨著時間及溫度影響,塑化劑逐漸遷移到產品表面,致使消費者直接接觸或誤食。市場上泛用塑化劑以DEHP(註二)(註三)最多,已證實可造成細胞異常並危害生殖力,也可能引起血栓傷及肝、肺。

  • 廢棄處理:廢棄PVC經燃燒即會產生大量鹽酸與世紀之毒-戴奧辛(Dioxin)。包覆於電纜外層的塑膠皮即為含氯的碳氫化合物-PVC,在電線主成分-銅的催化下,氯化物與碳氫化合物混合燃燒後形成容易累積在人體脂肪內的戴奧辛,已證實會引發白血病及癌症,並且在燃燒過程中產生大量刺鼻的鹽酸氣體,不但傷害呼吸道也加速工廠管線設備的腐蝕,因而提高企業維修成本甚至有毒物外洩的可能性。 

註二、歐盟RoHS指令 (2011/65/EU)已於2015年6月4日正式公告禁用鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)( 0.1%)。

註三、歐盟REACH 法規附件 17(ANNEX XVII)限制清單中公告2020 年 7 月 7 日後,成品中,單項或多項鄰苯二甲酸酯類之組合,在成品的塑化材料中濃度大於或等於0.1%(by weight)時,不得置於市場。製程及產品質量未達環保標準的企業將大幅度限縮其海內外市場,面臨工廠關停危機而被市場淘汰。

 

二、普通PU合成革

        普通PU合成革發源於上世紀40年代,具有光澤柔和、手感柔軟、真皮感強、耐寒性能好等優點,廣泛應用於服裝、傢俱和中高檔鞋領域。但是生產過程使用的有機溶劑佔整個聚氨酯成份60%以上,對人體及環境皆會造成很大的危害。
以「濕法」(註四)生產的PU合成革手感柔軟,其原理是利用DMF與水的混溶特性,與水發生互換後樹脂內DMF含量降低,置換過程會產生許多微孔並使樹脂凝固,最後得到擬真手感的PU合成革。此生產工藝已經非常成熟,但存在數個環境污染問題和缺點而逐漸被淘汰:

  • 空氣汙染:有機溶劑揮發令工廠車間VOCs濃度(註五)居高不下,進行內部生產的工人健康受到危害,排放到環境中的有毒物質也會造成嚴重的空氣污染。

  • 水質汙染:如回收處理設備不夠精良,含有大量DMF的廢水排放到環境中會造成水質污染、破壞生態平衡。

  • 溶劑殘留:因DMF與水無法達到100%置換,靠後處理去除將耗費更多的水資源及能源,並且實際上許多PU合成革的成品仍有少量DMF殘留。

  • 法規限制:DMF具有毒性,被認定會對人體生殖系統造成危害,歐盟規範成品中DMF含量不得高於1ppm(註六),大幅限制了傳統濕式PU合成革的發展。

註四、根據台灣及韓國的學術機構研究,在濕式合成革廠中,有超過三成的工人體內DMF含量是超過法令規範,對於勞工安全造成非常大的威脅。

註五、美國職業安全衛生署(Occupational Safety and Health Administration, OSHA) 對DMF 於作業環境空氣中八小時日時量平均容許濃度(Permissible Exposure Limits, PELs)值為10 ppm。

註六、2012年5月15日,歐盟公佈法規 (EU) No 412/2012,修訂REACH 法規的附錄十七,限制富馬酸二甲酯(Dimethylfumarate, DMF)在成品或是任何部件中,濃度超過 1ppm不得在市面上販售。


三、超細纖維PU合成革 

        纖維超細化研究的源頭可以追溯到20世紀40年代,直至80年代後,超細纖維受到消費者的歡迎,形成了人工麂皮熱潮。超細纖維PU合成革,簡稱"超纖革",因為超細纖維毛底的關係,與表層的貼合力十分強。超纖革具有耐化學性、抗皺性、耐磨性、質量均一性等性能,而且容易打理。其表面的束狀膠原纖維結構和真皮的網狀層極其相似,整體重量則比真皮輕15%-50%,手感也較真皮柔軟,已被定義為高檔合成革,在國際精品、傢俱皮件、汽車內裝、透氣服飾以及鞋類...等產品應用,需求不斷增加。現今可採用水性乾式塗佈技術生產,排除溶劑汙染疑慮,材料可回收利用進而延長使用之生命週期,以達到環境永續的目標。

 
四、環保水性PU合成革

        雖然水性合成革技術已經大大減少了有機溶劑帶來的各種危害,然而新型水性聚氨酯合成革的生產工藝和設備還不夠普及,因此還是存在著技術和成本瓶頸有待解決:
        在國際市場上,水性合成革正在逐步替代溶劑型合成革成為行業發展趨勢,尤其歐盟很多國際品牌已承諾2020年將實現合成革產品水性化,加速了對合成革行業的轉型。若該項技術被廣泛採用,那麼每年消耗數百萬噸的有機溶劑將得到節省,直接消除有機溶劑帶來的廢水、廢氣汙染,並且每年減少40%用於回收DMF的煤耗,可有效促進環境的永續發展。
        在環保規範和市場需求的雙重壓力驅動下,無溶劑產線成為聚氨酯行業重要的技術創新和市場拓展方向,水性PU合成革的生產技術因此應運而生。依買家需求調整配方的客製化產品適用於各種產業,具有耐磨、耐水解、剝離好、耐寒、耐曲折、透氣、保暖好等優異性能,並且成品上沒有溶劑殘留,無毒無味,確保使用者的健康。
  • 市場壟斷:目前市場應用不夠普及,多集中在國內外規模實力強大的企業進行生產,具有一定程度的市場壟斷性,導致產品價格偏高。

  • 能源消耗:比起傳統溶劑型,水性聚氨酯合成革在烘乾過程中需要更高的溫度,同時塗布使用的離型紙也需具備較高的品質,整體產線即會消耗較多能源。

  • 市場需求:因政策法規限制添加有機溶劑,造成傳統製程產量下降,相對的,無溶劑環保合成革產能須再提升10%以上,才能滿足全球市場的需求。

五、環保TPU壓延合成革

採用壓延工藝生產之TPU合成革,完全解決傳統PVC人造革/ PU合成革的環境污染問題與缺點並且具有以下五個優勢:

(1)環境友善材料:

TPU(熱可塑聚氨酯,Thermoplastic Polyurethane)具有物性佳,生物可分解,無毒及無塑化劑等優點,是取代PVC的最佳選項,以TPU生產合成革一直是皮革廠力求開發的重點項目。

(2)製程友善且合格率高:

製程環保,產品中無溶劑殘留,能有效解決VOCs排放問題,並可直接取代現有合成革產品,解決當下企業所面臨的環保困境。生產過程之原料皆可適度回收,整體生產良率趨於穩定,可大幅降低環保皮革生產成本。

(3)不必重複投資,沿用現有壓延設備:

經多家廠商驗證,擁有壓延設備皮革廠可用最低成本進行產線升級,透過配方研究,以相似的加工條件即可沿用,不須重新投資。

(4)可替代PVC人造革/PU合成革:

TPU壓延合成革生產技術與PVC人造革相同,同樣可進行混煉、壓延、貼合、發泡、壓花及收捲等製程,可直接替代PVC原料與製程生產客製化產品。TPU合成革採乾式生產技術,無溶劑殘留,是取代PU合成革的最佳產品。

(5)轉型升級,提升品牌價值:

TPU壓延合成革以高值化先進環保材料製成,用於高端產品可進一步增加消費者認同並提升品牌形象,轉型為無毒環保皮革供應商,免除被市場淘汰之命運。在提升產品性能的同時也為地球環境永續盡一份力。
 

        根據Global Market Insight的最新報告指出,全球PU、TPU合成革市場規模態勢看漲。到2024年,由於人們的環保意識與生活形態轉變導致真皮市場縮減,進而推動全球合成革製品市場將可能突破950億美元,增幅超過5%。自2015年起合成革幾乎由傳統PU為基底進行生產,後來無溶劑水性PU合成革及TPU壓延合成革因其製程不含甲苯、DMF等有機溶劑污染,材料又可以回收再利用,成為業內重點推廣的項目。特別是純電汽車行業在減輕車體重量和提升燃油效率的綜合考量下,汽車儀錶板、安全氣囊、座椅內飾和車門等部件,已逐步選用TPU材料替代。然而,石化原料在生產過程中仍有諸多挑戰,當前國內、外市場競爭激烈,企業生產經營成本不斷上升,可能導致市場價格高,供應不足,進而對合成革市場規模產生負面影響。從企業的角度來看,在追求經濟成長的同時,也必須掌握趨勢脈動,以永續發展為目標積極投入高值化產品轉型,企業才能穩健經營不易被市場所淘汰。
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