鞋材粘接總結(jié)與各種膠水介紹
現(xiàn)代制鞋工業(yè)中,關(guān)鍵部位鞋底和鞋幫絕大多數(shù)以膠黏劑(可簡(jiǎn)稱“膠”)連接,以實(shí)現(xiàn)制品美觀輕質(zhì)、舒適耐穿;且制作簡(jiǎn)便,可自動(dòng)化和連續(xù)化操作。第二次世界大戰(zhàn)初,以氯丁橡膠作制鞋膠黏劑,因性能欠佳,使用不廣泛。l957年,拜耳公司推出快速結(jié)晶型氯丁橡膠后,因分子結(jié)構(gòu)中含有高極性氯原子而賦予極性材料良好的膠粘性能,且因其快速結(jié)晶又提高了初粘性,使氯丁膠黏劑得以大量應(yīng)用。后經(jīng)幾代人的改性,應(yīng)用效果逐步提升,成為制鞋業(yè)的主導(dǎo)膠黏劑。
由于鞋材的不斷更新,現(xiàn)多采用合成革、橡塑和軟質(zhì)聚氯乙烯(PVC)材料。以普通氯丁橡膠膠黏劑膠粘鞋靴,膠粘強(qiáng)度不高,經(jīng)常開膠,已不能滿足要求。20世紀(jì)70年代研發(fā)了接枝氯丁橡膠,提高鞋靴的膠粘性能和耐穿牢度。后又引入其他丙烯酸類單體和聚合物進(jìn)行多元接枝共聚,使接枝氯丁橡膠的性能更能適應(yīng)制鞋要求。但是,氯丁橡膠對(duì)增塑的PVC、充油量大的丁苯橡膠、含油或潤(rùn)滑脂量高的皮革、橡膠等鞋材的膠粘性能不夠理想;且分子中所含的氯易水解釋放出氯化氫,具有腐蝕和損害人體健康等弊端,因此阻礙了氯丁橡膠在現(xiàn)階段鞋業(yè)中的應(yīng)用。為了保證鞋靴質(zhì)量以及降低環(huán)境污染和改善人身安全,歐美發(fā)達(dá)家已于20世紀(jì)80-90年代,逐步使其鞋用膠黏劑由氯丁橡膠向聚氨酯轉(zhuǎn)化。
引入無機(jī)納米微粒可提高膠黏劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,即提高耐熱性;納米粒表面的羥基可以氫鍵或化學(xué)鍵形式與有機(jī)高分子鏈上的極性基團(tuán)作用,形成內(nèi)交聯(lián),提高膠粘強(qiáng)度。微米無機(jī)微粒的加入,可改善膠黏劑的流動(dòng)性和施膠涂刷性,使膠黏劑涂敷均勻,上膠量也得以減少;它還可增大膠黏劑和被粘物表面之間的作用力,使二者緊密結(jié)合。兩類添加劑在膠黏劑中起協(xié)同效應(yīng),常用納米有機(jī)蒙脫土和微米二氧化硅、納米和微米二氧化硅,所得膠黏劑可良好膠粘PU、PVC、EVA、橡膠和皮革等鞋材。
采用助劑
水性聚氨酯鞋用膠是以水為介質(zhì),具有環(huán)保性;但水對(duì)疏水性被粘體材質(zhì)表面的溶解度和潤(rùn)濕能力差,且水的表面張力又大,其膠質(zhì)較難滲透進(jìn)入材質(zhì)細(xì)孔。水的揮發(fā)度比溶劑低得多,干燥時(shí)間長(zhǎng);若采取加溫干燥,當(dāng)膠粘時(shí),尤其膠粘多孔性鞋材時(shí),基材吸收與干燥不協(xié)調(diào),會(huì)導(dǎo)致膠層出現(xiàn)不連續(xù)和不均勻現(xiàn)象,極大地了影響膠粘效果。因此提高膠黏劑本體的膠粘性很重要,但滲透問題不解決,始終影響水性聚氨酯膠的順利應(yīng)用。
一直以來,有機(jī)溶劑型聚氨酯膠粘劑生產(chǎn)和應(yīng)用中產(chǎn)生嚴(yán)重的安全衛(wèi)生和環(huán)保問題,有機(jī)溶劑的著火、爆炸、毒性需要增加生產(chǎn)和應(yīng)用工藝中的安全防護(hù)措施,同時(shí)必須采取回收裝置才能防止VOC向環(huán)境散發(fā)等。現(xiàn)在世界各國(guó)都在加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和工業(yè)衛(wèi)生立法,限制有機(jī)溶劑用量形勢(shì)越來越嚴(yán)峻。(如歐洲對(duì)膠粘劑的VOC限量即將規(guī)定到35克/升;美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)、歐盟的EU901/128以及德國(guó)BgVV都明確提出用于食品藥品包裝的膠粘劑等,只要沒有規(guī)定的化學(xué)品一律禁止使用。因此發(fā)達(dá)國(guó)家使用的溶劑膠粘劑復(fù)合包裝已從10年前的80%降到目前的30%。向歐、美等國(guó)家出口的高檔旅游鞋(耐克、阿迪達(dá)斯、銳步等)均不準(zhǔn)使用溶劑型膠粘劑。)因此聚氨脂膠粘劑的非有機(jī)溶劑化特別是水性化就成了當(dāng)今世界各國(guó)努力的方向。
使用無毒害粘接技術(shù)實(shí)行無害化生產(chǎn),已廣為社會(huì)所提倡,這也是適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展要求,它體現(xiàn)了企業(yè)的社會(huì)責(zé)任感。當(dāng)越來越多制鞋工人意識(shí)到他們?nèi)狈Π踩w面的工作環(huán)境時(shí),或以犧牲身體健康來換取生活必需品,他們對(duì)制鞋工業(yè)不會(huì)有太多地好感。如何為工人提供一個(gè)安全的工作環(huán)境,也越來越引起整個(gè)行業(yè)的重視。拜耳材料科技很早將綠色粘結(jié)技術(shù)帶入制鞋工業(yè),其水性PU膠粘劑是對(duì)人和環(huán)境無害的產(chǎn)品,而使用水性膠可以有效地避免因?yàn)E用溶劑型膠粘劑所產(chǎn)生的毒害,改善工作環(huán)境的衛(wèi)生狀況,有助于提高并改善企業(yè)的形象和競(jìng)爭(zhēng)力。
對(duì)于占全世界制鞋產(chǎn)量一半以上的中國(guó),將會(huì)引起綠色的安全生產(chǎn)的革命,將會(huì)使更多的人知道如何避免有毒化學(xué)品的傷害,做到對(duì)鞋子的消費(fèi)者和生產(chǎn)者承擔(dān)徹底的安全責(zé)任。水溶性膠呈乳白色乳液狀,經(jīng)干燥和紅外活化,沒有任何顏色,呈透明狀,而且不會(huì)有任何黃變。拜耳水性PU膠粘劑及氯丁CR膠粘劑可應(yīng)用于鞋加工中的各個(gè)粘合工序上,例如用于鞋跟后套、成型、EVA / Phylon 中底、底加工、鞋面針車、橡膠大底的涂膠粘合。最大限度地降低了VOC(有機(jī)揮發(fā)成分),避免了對(duì)員工身體的傷害和對(duì)周邊環(huán)境的損害。
涉及溶劑帶來的危險(xiǎn) 由于大多數(shù)有機(jī)溶劑具有可燃性,而且大多數(shù)有機(jī)混合物會(huì)造成空氣污染及煙霧的生成。當(dāng)有機(jī)溶劑充分揮發(fā), 在空氣中含量到達(dá)一定程度時(shí),有機(jī)溶劑揮發(fā)氣體就會(huì)被引燃或?qū)е卤āR虼嗽谫A藏有機(jī)溶劑時(shí),防火是至關(guān)重要的。此外,這些揮發(fā)性潛在危險(xiǎn)危害物可通過眼接觸、皮膚吸入、口或鼻吸入等途徑侵入人體,對(duì)健康造成影響。以下列出了常見有毒溶劑的特性及其對(duì)人體的危害。高強(qiáng)度聚合物的粘結(jié)完全滲入到材質(zhì)表面,當(dāng)作破壞性拉力測(cè)試時(shí),即使材質(zhì)破損膠合面也仍沒開脫。
*苯
芳香氣味的無色液體,很快蒸發(fā)到空氣中或少量地溶解在水里。高含量的苯會(huì)致死,一段時(shí)間地使用會(huì)引起嗜睡、頭昏眼花、心跳過速、頭痛、抽搐、神經(jīng)紊亂、及神智模糊。長(zhǎng)期經(jīng)受(365天或更長(zhǎng))苯作用的情況下,會(huì)引起骨髓損壞并導(dǎo)致貧血癥或出血癥,引發(fā)免疫系統(tǒng)受損,增加受感染的機(jī)會(huì),人類健康保護(hù)部門已認(rèn)定:苯是致癌物質(zhì)。
*亞甲基氯化物
帶有淡甜氣味的亞甲基氯化物又叫做二氯甲烷,常用做工業(yè)溶劑和油漆清除劑。大量的亞甲基氯化物會(huì)引起身體搖擺不定、頭暈、惡心、手指、腳趾刺痛和麻木,少量會(huì)使眼睛與手的動(dòng)作配合性變差。世界衛(wèi)生組織認(rèn)定亞甲基氯化物會(huì)引起癌癥。
*甲苯
甲苯是一種無色透明并帶有獨(dú)特氣味的液體,甲苯可從原油提煉到汽油的過程中得到。甲苯會(huì)直接影響到神經(jīng)系統(tǒng),即使是低至有節(jié)制的水平,也會(huì)引起疲勞、紊亂、衰弱,呈醉狀、失意、惡心、食欲不振、及聽、視覺喪失。短時(shí)間高劑量的吸入甲苯,會(huì)感到輕微頭痛、頭暈、嗜睡,也可能引起昏迷、致死。高劑量的甲苯還會(huì)影響腎臟,但通過對(duì)人類和動(dòng)物的研究表明,甲苯不會(huì)引起癌癥。水性PU膠(PUD)與溶劑PU膠在PVC表面粘結(jié)的初期、后期剝離強(qiáng)度對(duì)照。
*丁酮
丁酮是一種無色液體并帶有刺鼻的酸味,丁酮被大量地制造,其中近一半的耗量在油漆和涂料,它易于很快揮發(fā)到空氣中并且能夠溶解許多物質(zhì)。其清洗的作用被用來作為膠水里面的表面清潔劑。暴露在丁酮下對(duì)健康的影響是刺激鼻腔、喉嚨、皮膚和眼睛。單獨(dú)的吸入丁酮不會(huì)導(dǎo)致死亡、人類健康服務(wù)部門尚未把它列入致癌物之列。
*丙酮
丙酮是一種無色并帶有刺激性氣味的液體。易揮發(fā)、燃燒且溶于水。丙酮被用于制造塑料、纖維、藥物和其它化學(xué)品,也用于溶解其他物質(zhì)。短時(shí)間吸入中、高劑量的丙酮會(huì)引起鼻、喉、肺和眼部受到刺激。為減輕地面臭氧生成和減輕溶劑的危險(xiǎn),據(jù)歐盟指引EU Directive 1999/13/EC對(duì)揮發(fā)性有機(jī)溶劑排放的限定要求,在相關(guān)制鞋方面,確定排放量限度為每年溶劑耗用量在5t以內(nèi),所有部件總釋放限量(VOC)為25g/雙。而且確定了降低有機(jī)溶劑釋放量時(shí)間表,要求在今年10月底實(shí)現(xiàn)37。5g(即可以高于目標(biāo)釋放限量的50%),2007年10月底則要求完全達(dá)到目標(biāo)釋放限量 (即每雙鞋voc25g)。
中國(guó)制鞋工業(yè)用膠現(xiàn)狀:
作為勞動(dòng)力密集型的制鞋產(chǎn)業(yè),溶劑型鞋用膠水在國(guó)內(nèi)仍占主導(dǎo)地位。而且女性員工承擔(dān)了主要的角色,在揮發(fā)溶劑的環(huán)境下,心智疲乏和患病更加容易,讓有身孕的女工和胎兒增加了危險(xiǎn),大部分工人沒有定期檢查身體,頻密的加班,使情況變得更加糟糕。整個(gè)行業(yè)仍普遍處于不良的工作環(huán)境下,加上使用溶劑,導(dǎo)致更嚴(yán)重的職業(yè)病時(shí)常發(fā)生。福建地區(qū)有2千多家鞋廠,20多萬工人,有近800條成型線及近2000個(gè)家庭作坊,產(chǎn)量達(dá)4億雙各類涼鞋、運(yùn)動(dòng)鞋、休閑鞋。但溶劑型膠水在福建省普遍使用,有約近3萬工人接觸到有害化學(xué)品,許多患職業(yè)病的工人負(fù)擔(dān)不了醫(yī)治費(fèi)用,惡劣的工作環(huán)境正引起工人的流失,勞工短缺現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,造成了一系列的社會(huì)問題。而福建僅僅是一個(gè)例子。為改善工作環(huán)境,一些工廠加大投入,配備抽風(fēng)及通風(fēng)裝置、洗塵水塔、塔式輸送帶、防火花橡膠地板、面具、碳化口罩等等,但工人仍然置留在毒性高、揮發(fā)性強(qiáng)的溶劑釋放環(huán)境中。另一方面,為減少有毒及刺激性溶劑的污染,配置抽風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)施也帶來了高額的附加成本。
水性與溶劑膠應(yīng)用的剝離強(qiáng)度對(duì)照試驗(yàn)
隨著水性膠性能的提高及其鞋業(yè)應(yīng)用研發(fā)的進(jìn)步,用簡(jiǎn)單的水性系統(tǒng)替代溶劑膠,的確是去除那些有毒、揮發(fā)、刺激的溶劑的一項(xiàng)優(yōu)化解決方案。可喜的是,福建的鴻星爾克最近引入了拜耳公司水性膠粘貼技術(shù),這是在國(guó)內(nèi)同行中首家引進(jìn)該技術(shù)的本土鞋廠。隨著鞋業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,尤其是打入國(guó)際市場(chǎng)的鞋品,必將面臨各種嚴(yán)格指標(biāo)要求,其中環(huán)境友好產(chǎn)品將會(huì)越加受到歡迎,相信會(huì)有越來越多的國(guó)內(nèi)鞋企選擇這一環(huán)保技術(shù),環(huán)保鞋底膠粘劑的普及應(yīng)用將是大勢(shì)所趨。
水性PU膠及其應(yīng)用
全球首次PU分散體粘合劑開發(fā)于1965年,在交聯(lián)劑的作用下,更會(huì)有非常強(qiáng)的初期強(qiáng)度,被應(yīng)用在橡膠大底和制鞋生產(chǎn)中。從上世紀(jì)九十年代中期開始,制鞋強(qiáng)國(guó)廣泛采用并積極使用水性PU膠在運(yùn)動(dòng)鞋、休閑類皮鞋進(jìn)行生產(chǎn),對(duì)VOC在生產(chǎn)中的降低,對(duì)先進(jìn)膠粘技術(shù)地推動(dòng), 作出了積極貢獻(xiàn)。
*水性PU/CR膠與溶劑PU/CR膠性能對(duì)比
真正起到粘接作用的固成分在溶劑中和水基中的分布狀態(tài)不同,在溶劑體系中,聚合物分子是溶解于溶劑中的,而在水性體系中,聚合物微粒是分散在水中的,因此,Bayer水性膠做到了比溶劑膠有更高的固含量。盡管目前水性膠每公斤價(jià)格較高,但由于其有較高的固含量,每雙鞋用水性膠量會(huì)較溶劑膠低,并且只需要一次涂刷。表2數(shù)據(jù)說明了應(yīng)用水性膠帶來每雙鞋的直接成本與溶劑膠是相同的,甚至還會(huì)低一些。
在底部貼合流程中應(yīng)用水性膠可減少涂刷步驟
*水性PU膠的表現(xiàn)
1、在帆布材料上的耐候性表現(xiàn) 以添加3%硬化劑的水性PU膠和添加3.75%硬化劑的溶劑膠作對(duì)照,測(cè)試其剝離強(qiáng)度,時(shí)間為4周。
存貯條件為:溫度70℃,相對(duì)濕度95%。實(shí)驗(yàn)表明,剝離強(qiáng)度隨著時(shí)間的推移有相同的變化趨勢(shì),但水性膠的耐候性明顯較好。
2、不同種類的皮料和底料選用二層皮、羊皮和油皮料,底料分別為SBR1、SBR2、TR和PVC進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)雙組份水性膠與雙組份溶劑膠的粘著強(qiáng)度會(huì)因材料不同而有所差異。
3、水性膠在底加工中的使用 選用硬度A型55±3度的橡膠大底和硬度C型55±3度的EVA中底作為底部組件。底部組合前,與傳統(tǒng)施膠前處理過程一樣,首先要對(duì)大底進(jìn)行處理,即將橡膠大底打粗、清洗,EVA中底邊緣輕微打粗、清洗、然后干燥UV照射處理。現(xiàn)行的清洗采用超聲波水洗,可極大提高勞動(dòng)效率,降低生產(chǎn)成本。需要說明的是,EVA中底出模后,清除表面脫模劑的工作,是至關(guān)重要的,否則會(huì)造成粘合不牢的現(xiàn)象。
*底部貼合流程
應(yīng)用水性膠,底部貼合流程的操作與傳統(tǒng)施膠方式一樣,但可實(shí)現(xiàn)一次涂刷。由于材料的差異性,建議仍對(duì)大底與中底進(jìn)行前處理與干燥。而傳統(tǒng)的前處理方式,也不會(huì)因使用水性膠而改變,不過,針對(duì)不同的材料,應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)奶幚韯允拐辰舆_(dá)到最佳效果。前處理后干燥溫度基本設(shè)定在55℃,但仍要根據(jù)不同材質(zhì)作適當(dāng)調(diào)整。然后即可進(jìn)行涂刷工序,水性膠涂刷于中底與大底時(shí),涂層表面要均勻且盡可能薄一些。涂膠后仍可用傳統(tǒng)烘箱,不需要添加或改變?cè)O(shè)備。但要調(diào)慢輸送帶速度,以使組件充分干燥,為使單位時(shí)間的產(chǎn)量不受影響,輸送帶上的組件密度可以增大。經(jīng)萬能壓底機(jī)后,即可冷凍定型,條件為:溫度設(shè)定為0-7℃,時(shí)間約3-3.5分鐘。熱活化后,面與底通過壓機(jī)加壓貼合在一起,但時(shí)間比溶劑膠略長(zhǎng)1-2秒。
4、如何提高水性膠粘著效果?
*攪拌配制水性膠
為提高水性膠粘接效果,在配制水性膠時(shí),采用氣動(dòng)攪拌器,邊攪拌邊添加固化劑。攪拌條件為:濕度90%以下時(shí),硬化劑含量5%、攪拌時(shí)間300秒;濕度在90%以上時(shí),硬化劑含量6%、攪拌時(shí)間300秒。值得注意的是,應(yīng)盡可能均勻,上下左右各處攪拌,直到有小氣泡出現(xiàn)。而且攪拌后的水性膠應(yīng)在4小時(shí)內(nèi)用完。
*材料打粗
刷膠,對(duì)鞋面和大底粘著力很重要,而在刷膠前,皮面需經(jīng)前期打粗處理,磨掉皮面表層可實(shí)現(xiàn)最佳的粘著效果。試驗(yàn)表明,打粗的程度對(duì)后期拉力影響很大。皮料輕微打粗后水性膠粘接的剝離強(qiáng)度與皮料經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)打粗后的剝離強(qiáng)度相比,前者剝離強(qiáng)度較低。
*其它因素
此外,是否使用處理劑對(duì)大底和皮面進(jìn)行預(yù)處理和打粗,在涂刷時(shí)面和底的膠層是否薄而均勻,干燥是否完全等也是重要的影響因素。水性膠涂刷后,在70-80℃下,干燥3分鐘,使水分蒸發(fā)后,分散到材質(zhì)中的微粒將形成牢固的聚合物膜,充分的干燥能夠避免黏著不良。其實(shí),面、底兩部分刷膠干燥后,仍要經(jīng)加熱活化,通常采用紅外燈照射,可使PU膠延時(shí)結(jié)晶,膠膜將會(huì)變得更有粘性。熱活化后,將貼好的底、面放入壓底的位置,在4Bar、15秒鐘內(nèi)產(chǎn)生粘著力,面和底經(jīng)壓機(jī)加壓粘合在一起。在脫楦前,鞋子一定要經(jīng)過冷卻,膠粘劑結(jié)晶。
*水性膠的合成本
水性膠由于其高強(qiáng)度的粘結(jié)性能和不黃變特性,加上無溶劑危險(xiǎn)和火災(zāi)隱患,衛(wèi)生與健康的工作環(huán)境和高的工作安全性等生態(tài)友好特性,而在國(guó)際上深受先進(jìn)制鞋企業(yè)的歡迎。采用水性膠,可在多方面降低成本。首先不必投入資金安裝溶劑回收和危險(xiǎn)防爆裝置;其次可降低存貯和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用;再者,由于其高固含量及低粘稠度且可實(shí)現(xiàn)一次涂刷,因而具有良好的可操作性和減少勞力成本。更重要的是,不需要承擔(dān)使用溶劑帶來的火災(zāi)和健康危害等潛在風(fēng)險(xiǎn)成本。水性膠為工作安全提供了保障,使用水性膠,采用與環(huán)境協(xié)調(diào)的生產(chǎn)工藝,既有利于新一代的勞工健康和權(quán)益,也有益于樹立更好的企業(yè)形象,適應(yīng)國(guó)際社會(huì)現(xiàn)實(shí),提高企業(yè)及產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。可以預(yù)見,水性膠取代溶劑膠將是一個(gè)大趨勢(shì)。更多濾芯膠請(qǐng)?jiān)L問s1l6e.cn
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