聚氨酯材料类胶粘剂的现状及发展趋势

科学技术的进步使得新材料不断涌现，为传统的制鞋行业提供了许多有用之材，新材料的应用不但支持鞋类流行趋势的产生、功能的开发，也对胶粘剂的性能提出了新的要求。因此，随着制鞋工业的发展，也相应地促进了胶粘剂工业的技术进步与发展。 　　各种鞋用胶粘剂当中，以粘外底胶为至关重要，胶粘性能要求最高，也是制鞋企业、胶粘生产企业最为关注的的胶粘剂品种，应具备以下性能： 　　1、对异种材质具有足够的粘接强度，以适应新材料的应用； 　　2、适当的干燥速度，良好的初粘力，以适应高速生产的需要； 　　3、达到最终(最大)粘合强度的时间要短； 　　4、胶层(膜)有足够的耐弯曲性能、耐热性，耐水性、耐寒性，对用于浅色鞋的外底胶还要求具备耐黄变性，对于粘合PVC材料要求耐增塑剂； 　　5、较低毒性，以满足相关法律法规的要求； 　　6、施胶工艺简便，易于操作，使用周期灵活可调。 　　7、粘外底胶的发展 　　最早用于粘外底的胶粘剂是硝化纤维素胶，只能用于皮革鞋帮与皮革底的粘接。随着合成新材料应用于鞋类，硝化纤维素胶就不适应了。 　　聚氨酯胶粘剂 　　20世纪60年代初德国拜耳公司推出聚氨酯胶后，其增长速度很快，在欧美国家，聚氨酯胶迅速取代氯丁胶，其主要原因是聚氨酯胶对许多材质具有优良的粘接性。这种聚氨酯胶由于分子结构中含有-NCO极性基团，对各种材质都有较强的亲合力，再由于分子能形成H键，有较好的初粘力和较高的内聚力，耐磨性、耐寒性、柔软性(韧性)优，特别是它具有氯丁胶难以相比的抗油脂和抗增塑剂性。因此，在某种程度上比氯丁胶具有更高的粘接强度和更广的应用范围。 　　长期以来，我国制鞋行业主要使用氯丁胶而不使用聚氨酯胶粘外底，最主要的原因是聚氨酯胶价格太高，相当长时间聚氨酯胶的价格为氯丁胶的1~2倍。近几年聚氨酯胶的价格在不断降低，目前聚氨酯胶的价格仅比氯丁胶高出20%左右，这就为聚氨酯胶占领氯丁胶市场提供了条件。 　　聚氨酯胶的生产方式包括溶液法和固体树脂溶解法，在我国鞋用胶生产中，两法比例为2∶8。目前我国生产鞋用聚氨酯胶的企业有100余家，广东、福建、浙江等鞋类集中基地占近100家，其中有20余家规模大的企业，南光、霸力等公司的生产能力在万吨/年以上，基本上都是采用西班牙、德国、美国及台湾进口树脂进行溶解生产聚氨酯胶。鉴于鞋用胶生产企业众多，竞争越来越激烈，为了有技术和价格上的优势，一些大型胶粘剂厂已着手上溶液法生产聚氨酯胶，因此，溶解法聚氨酯胶的比例会降低。 　　目前常见粘鞋底用的聚氨酯胶也是溶剂型，同氯丁胶一样存在着毒性，污染环境的问题，近几年来陆续出现无“三苯”聚氨酯胶，即采用酮类、酯类等混合溶剂，毒性是降低了，但问题没有得到根本解决。 　　无溶剂反应型聚氨酯热熔胶 　　由于普通接触型热熔胶对被粘材质表面浸润性差，已被证实不能普遍适用于外底的粘合，因此，人们开发反应型热熔胶，经过最近10多年的努力，现在已有达到恰当低粘度和适宜温度条件下能够应用的产品。反应型热熔胶借助水份或热作用下交联，最后达到较好的粘合强度。使用无溶剂反应型聚氨酯热熔胶要求配套专门涂胶设备，操作工艺条件较严格，因此，推广应用有一定的难度。国外已有鞋厂在批量应用反应型聚氨胶热熔胶粘合鞋底，在我国也有研究单位开发此类胶粘剂，从报道看粘合强度不够高，仍处于实验室阶段。 　　水性聚氨酯胶 　　水性聚氨酯胶不含NCO基团，而含有羧基、羟基等基团，在适宜条件下，例如在水性异氰酸酯存在时，可使胶粘剂的分子产生交联反应。大多数水性聚氨酯胶是靠分子内极性基团产生内聚力和粘附力进行固化。水性聚氨酯具有极性基团，如氨酯键，脲键、离子键等，因此，对许多合成材料，尤其是极性材料、多孔性材料均具有良好的粘接性。 　　水性聚氨酯胶与溶剂聚氨酯胶比较，水性聚氨酯胶没有溶剂臭味，无毒、无污染、操作方便，残胶易清理，固体含量高，贮运安全方便，但是水性胶需较长的干燥时间和较高的干燥温度，干燥工艺条件要求严格，以保证水份的挥发彻底，水性胶对基材润湿能力差，胶粘剂中水溶性高分子增稠剂会降低耐水性，此外，目前尚未开发出配套使用的水性表面处理剂(处于实验室研阶段)仍需使用溶剂型表面处理剂，因此，即使使用水性大底胶目前仍不能做到根除有机溶剂。 　　水性聚氨酯胶的研究始于20世纪50年代，真正受到人们所重视的是在60—70年代，但当时的水性聚氨酯胶粘剂粘合强度不高，多用于包装用胶及一些低粘合强度的场合。70年代中期开始出现用于粘合鞋底的水性聚氨酯胶，因性能欠佳，加上环保法规不严格，到80年代末，基本上仍处于试验阶段。90年代初，欧美各国环保法规日趋严厉，对鞋厂VOC量开始控制，水性聚氨酯分散体合成和应用工艺的研究力度得到了加强，水性聚氨酯胶粘剂的性能基本上可以满足制鞋的要求。例如，拜耳公司生产的Dispercoll U配以Desmodur D在耐克、阿迪达斯等公司品牌运动鞋的使用已达到工业化规模。皮鞋生产使用水性聚氨胶仍处于批量试生产中，也是在一些皮鞋跨国公司中进行，例如，Bally公司、Bata公司、Clarks公司等均在批量试用，据说已取得重大进展。皮鞋用水性聚氨酯胶落后于运动鞋，其原因大致为：运动鞋鞋底基本上都是新材料，材质品质相对均一，运动鞋厂规模大，人员素质和设备水平在鞋业界均属上乘，而皮鞋底材质复杂，难以保证都用新材料，规模小，皮鞋产品较强调个性化，即使是大厂所生产的产品也不象运动鞋产品的批量那么大。 　　据拜耳公司介绍，1998年全球水性聚氨酯鞋底胶用量为数百吨规模，2000年达到500吨规模，到2001年则达到万吨左右，我国在水性聚氨酯大底胶的研究方面进展较慢，目前仅有几家机构开展此项工作。我国制鞋生产使用水性聚氨酯胶基本上是外资企业为国外名牌运动鞋加工按国外公司的要求而使用，2000年这些代工厂所用水性聚氨酯胶为2500~3000吨，2001年已达到4000吨左右，所使用的水性聚氨酯胶基本上来自于台商胶粘剂公司。 　　发展趋势 　　人类环保意识的日益增强，相关法律法规日趋严厉，这是大家的一致看法，因此，推广应用环境友好鞋胶这是必然的趋势。反应型聚氨酯热熔胶因施胶工艺及粘合性的缺陷，不太适合我国制鞋业低成本高效率的生产方式；反应型热熔胶借助水份或热作用下交联，最后达到较好的粘合强度。使用无溶剂反应型聚氨酯热熔胶要求配套专门涂胶设备，操作工艺条件较严格，因此，推广应用有一定的难度。国外已有鞋厂在批量应用反应型聚氨胶热熔胶粘合鞋底，在我国也有研究单位开发此类胶粘剂，从报道看粘合强度不够高，仍处于实验室阶段。 　　水性聚氨酯胶 　　水性聚氨酯胶不含NCO基团，而含有羧基、羟基等基团，在适宜条件下，例如在水性异氰酸酯存在时，可使胶粘剂的分子产生交联反应。大多数水性聚氨酯胶是靠分子内极性基团产生内聚力和粘附力进行固化。水性聚氨酯具有极性基团，如氨酯键，脲键、离子键等，因此，对许多合成材料，尤其是极性材料、多孔性材料均具有良好的粘接性。 　　水性聚氨酯胶与溶剂聚氨酯胶比较，水性聚氨酯胶没有溶剂臭味，无毒、无污染、操作方便，残胶易清理，固体含量高，贮运安全方便，但是水性胶需较长的干燥时间和较高的干燥温度，干燥工艺条件要求严格，以保证水份的挥发彻底，水性胶对基材润湿能力差，胶粘剂中水溶性高分子增稠剂会降低耐水性，此外，目前尚未开发出配套使用的水性表面处理剂(处于实验室研阶段)仍需使用溶剂型表面处理剂，因此，即使使用水性大底胶目前仍不能做到根除有机溶剂。 　　水性聚氨酯胶的研究始于20世纪50年代，真正受到人们所重视的是在60—70年代，但当时的水性聚氨酯胶粘剂粘合强度不高，多用于包装用胶及一些低粘合强度的场合。70年代中期开始出现用于粘合鞋底的水性聚氨酯胶，因性能欠佳，加上环保法规不严格，到80年代末，基本上仍处于试验阶段。90年代初，欧美各国环保法规日趋严厉，对鞋厂VOC量开始控制，水性聚氨酯分散体合成和应用工艺的研究力度得到了加强，水性聚氨酯胶粘剂的性能基本上可以满足制鞋的要求。例如，拜耳公司生产的Dispercoll U配以Desmodur D在耐克、阿迪达斯等公司品牌运动鞋的使用已达到工业化规模。皮鞋生产使用水性聚氨胶仍处于批量试生产中，也是在一些皮鞋跨国公司中进行，例如，Bally公司、Bata公司、Clarks公司等均在批量试用，据说已取得重大进展。皮鞋用水性聚氨酯胶落后于运动鞋，其原因大致为：运动鞋鞋底基本上都是新材料，材质品质相对均一，运动鞋厂规模大，人员素质和设备水平在鞋业界均属上乘，而皮鞋底材质复杂，难以保证都用新材料，规模小，皮鞋产品较强调个性化，即使是大厂所生产的产品也不象运动鞋产品的批量那么大。 　　据拜耳公司介绍，1998年全球水性聚氨酯鞋底胶用量为数百吨规模，2000年达到500吨规模，到2001年则达到万吨左右，我国在水性聚氨酯大底胶的研究方面进展较慢，目前仅有几家机构开展此项工作。我国制鞋生产使用水性聚氨酯胶基本上是外资企业为国外名牌运动鞋加工按国外公司的要求而使用，2000年这些代工厂所用水性聚氨酯胶为2500~3000吨，2001年已达到4000吨左右，所使用的水性聚氨酯胶基本上来自于台商胶粘剂公司。 　　发展趋势 　　人类环保意识的日益增强，相关法律法规日趋严厉，这是大家的一致看法，因此，推广应用环境友好鞋胶这是必然的趋势。反应型聚氨酯热熔胶因施胶工艺及粘合性的缺陷，不太适合我国制鞋业低成本高效率的生产方式；水性聚氨酯胶使用的工艺条件、粘合性能与溶剂胶基本相同，将是今后的发展方向，但是，因目前尚存在价格高(70~75元/kg，溶剂聚氨酯胶为16~18元/kg，前者固含量为后者的3倍，但价格却是4倍左右)应用工艺控制不够成熟，胶粘合格率低于溶剂胶，《鞋和箱包用胶粘剂》国家强制性标准只是对有害物质限量，因此，在未来2~3年内，水性聚氨酯胶大量取代溶剂型聚氨酯胶的可能性不大，此期间<