鞋用水性胶粘剂的研究与应用可行性研究报告

鞋用水性聚氨酯胶粘剂的研究与应用可行性研究报告

一、项目背景和意义

我国是制鞋业大国,每年生产约100多亿双鞋,其中一半以上出口,主要分布在广东、福建、浙江、江苏等沿海地区。除了一次成型的塑料鞋外,其它各种鞋的生产几乎都离不开胶粘剂,特别是皮鞋和旅游鞋用胶量最多。制鞋过程中大量使用胶粘剂，不仅简化了生产工艺，还大大提高了成鞋品质。目前国内鞋用胶粘剂主要以溶剂型胶粘剂为主，包括氯丁胶（俗称黄胶或黄糊）、接枝氯丁胶（俗称药胶或接枝胶）、聚氨酯胶（俗称白胶、PU胶或优丽胶）、树脂胶（俗称汽油胶）等几大类数个品种，分别应用在绷帮、包头、折边、粘衬里、帮面复合、贴中底、粘大底等等工序中。这些胶的共同特点是80%以上的成分都是挥发性溶剂，主要包括甲苯、二甲苯、苯、正己烷、二氯乙烷、丙酮、丁酮、乙酸乙酯等等，而正是这些挥发性的溶剂，给制鞋企业带来的不少的麻烦：

1.溶剂型鞋胶对制鞋工人健康的危害

近年来随着胶粘剂的使用量增大，制鞋从业人员的职业病如癌症、白血病、呼吸道疾病、不育症和神经系统慢性损害等的发病几率逐年上升,给企业的效益带来很大的影响,并造成经济和社会效益方面诸多的负面效应。究其原因，溶剂是罪魁祸首：有机溶剂都会显著刺激人的呼吸系统，引起头晕、恶心等不适反应,同时也危害着人们的身体健康，如“三苯”和二氯乙烷易造成白血病和癌症，正己烷会造成中枢神经系统的慢性长期损害、酮类和酯类溶剂的致癌和肝脏损害等等。

另一点需要指出的是，目前一些胶粘剂厂家宣传的“环保型”溶剂胶，只是使用毒性相对较低的溶剂（如酮类和酯类溶剂）来减少“三苯”等高毒溶剂的用量，这并不能从根本上避免工人的健康损害。

2.溶剂型鞋胶的安全隐患和环境危害

溶剂型鞋胶使用的都是高挥发性溶剂，在空气中极易达到爆炸的临界浓度，这些溶

剂型胶粘剂的生产、运输、储存与使用的各个环节都存在着不小的安全隐患。为了避免着火和爆炸等事故的发生，鞋厂都要配备通风设备将涂胶过程中挥发的溶剂排向大气，这既消耗了大量的电能又污染了环境，以我国制鞋业每年消耗20万吨胶粘剂，就相当于向大气中排放了16万吨有毒溶剂，随着国内外的环保意识的不断增强，制鞋企业在环境污染方面受到的谴责与压力也逐年增大。

另一方面，使用溶剂型胶粘剂的鞋必定含有溶剂残留，这些残留的溶剂一般会渗入到鞋面、鞋底等多孔材料里，并缓慢持久的释放。以前此问题并未受到足够重视，但随着人们环保意识逐渐增强，新鞋的“气味”问题（实际是有毒溶剂的释放）越来越受各国关注，例如一些出口型制鞋企业就率先遇到外商对因为产品VOC（可挥发有机物）超标而退货的难题。国内关于成品鞋的有害物质释放的国家标准也正在制定中，该标准一旦实施，将像木材行业的甲醛释放量标准一样成为一道准入门槛，将给不少制鞋企业带来不小的压力。

使用不含溶剂成分的水性胶粘剂是鞋用胶的发展方向，世界各国都在大力研究、生产和推广这类彻底环保型的胶粘剂。我们团队根据多年开发水性胶粘剂的经验，吸取国内外先进的技术工艺，独创性的开发了一系列新型的鞋用胶粘剂产品，它具有以下一些特点：

1. 环保无毒，无味无污染

水性PU鞋胶以水为分散介质，环保无毒、无味无污染，且无残留NCO基团，彻底解决溶剂型胶粘剂的健康危害和环境污染问题。

2. 安全稳定，减少风险

水性PU鞋胶性能稳定、不燃，能减少火灾风险和储存隐患，简化及降低企业通风，水处理等方面的流程及成本等。

3. 提高效率，降低成本

由于水性PU鞋胶与油性胶有效成分的差异，使鞋厂在使用该产品时大大提高了可利用率，可利用率提高约200%—300%，同时，水性PU鞋胶只刷一次即可，可减少刷鞋工人数，降低用工成本。据有关专家统计，鞋厂在现阶段使用水性产品代替油性产品整体成本可下降15%-20%。

4. 粘接强度高，耐久性能好。溶剂型胶粘剂的固含量仅为15%左右，而该水性PU鞋胶固含量高达50%质，并能有效的与被粘物表面形成化学键，产生强力粘接，其粘接强度比一般氯丁胶提高2~3倍，比油性PU胶高1.5倍。同时，由于独特的化学键合能力，该胶粘接的产品抵御各种环境因素侵蚀的能力显著提高。

5. 施工简单，应用广泛

水性PU鞋胶施工简单，可以采用刷涂、滚涂、喷涂、刮涂等方式，残胶易清理，施工工具可用水清洗，方便快捷。由于水性PU鞋胶操作简单，性能稳定，它可广泛应用于橡胶、PU、PVC、真皮、布类、各种发泡材料等的粘合，并完全可用于各类鞋的制作当中去。

6. 综合用胶成本低。相比传统溶剂型胶，该胶目前虽然价格较高，但它不含溶剂，大幅度提高了成鞋的品质，也避免了溶剂挥发造成的损失和空气污染，为工厂节省了大量的施工通风换气设备和电力消耗，同时避免了施胶工人急性、慢性中毒和由此引发的纠纷。中、远期的综合成本更低。

二、国内外研究现状、发展趋势和市场前景

鞋用胶粘剂的发展是一个由低档次向高档次、由非环保向环保发展的过程。美国、日本和西欧等国家率先开发了不含溶剂的水性PU胶粘剂用于制鞋业，比如德国Bayer （拜耳）公司的Dispercoll? U 53、u54、u56系列水性PU胶粘剂可粘接的产品包括鞋材、织物、汽车内饰等，目前已经大量应用于addidas、nike等知名品牌的运动鞋生产上。Henkel(汉高)公司的水性系列胶粘剂也用于鞋鞋大底的粘结加工。2011年美国和欧盟该类新型水性PU胶的使用量近4万吨，已经占到所有鞋胶用量的40%以上，销售额已超过一亿美元；同时该类胶粘剂也是所有胶粘剂中增长速率最快的一种，08~09年受金融危机影响，在溶剂型鞋胶粘剂销量大幅萎缩40%以上的情况下，该类水性PU鞋胶销量仍能保持8%左右的增长，可见其在鞋胶领域的“换代”趋势。

随着国内制鞋年近几年的飞速发展，鞋胶的用量也以每年20%以上的速度递增，但是污染大，毒性高的溶剂型鞋胶还占绝对的主导地位。溶剂型鞋用胶粘剂的生产厂家

主要分布在广东的佛山和东莞地区，内资企业南海南光树脂厂、南海霸力化工有限公司、南海南兴树脂厂、广东多正化工科技有限公司和顺德东方树脂有限公司等，台资企业有东莞南宝树脂厂、东莞力宝树脂厂、广州大东树脂厂等。这些企业也在加大力度研发水性PU鞋胶，但目前还都没有推出高固含，储存稳定性好的产品。2010年我国鞋用胶粘剂产量约为30万吨，95%以上为溶剂型，其中氯丁胶、接枝氯丁胶和PU胶各占1/3份额。水性PU鞋用胶作为一种高技术含量的新产品，基本为国外胶粘剂公司所垄断，售价是溶剂型胶粘剂的3倍以上，较难为国内客户所接受，目前只在广东、福建、温州等一些大的制鞋企业中应用。一方面是进口水性PU鞋胶高昂的价格，一方面是用胶客户日益增大的环保压力，我们的新型鞋用水性PU胶粘剂选择这个时机切入市场，以高技术的产品解决了溶剂污染问题，又以自主研发、合理用料、优化工艺等途径大大降低了产品的成本，使该产品在各个方面具有和传统溶剂型鞋胶的竞争优势。随着环保法规的健全以及人们环保意识的增强，溶剂型鞋胶粘剂将会逐渐被环保型胶粘剂所取代。可以预见，新型鞋用水性PU胶粘剂在用量和经济效益上将非常可观。

三、开发内容和关健技术

本项目是浙江枧洋化工有限公司水性聚氨酯技术团队在研究高分子合成技术和粘合剂技术方面多年的经验积累、研究成果的基础上开发出的新型粘合剂。我们以水性聚氨酯胶粘剂的实验室合成为基础，以中试实验为重点，为实现这一新技术迅速成熟走向市场转化做了大量工作，具体内容如下：

(1)优化配方设计，引入自己研发的磺酸系乳化剂专业生产水性聚氨酯在粘接强度、储

存稳定性、耐候性等各种性能上的最优化。

(2)通过优化合成工艺，实现了实验室小试到反应釜中试的过度，合成过程各步骤

得到了量化的精确控制。

(3) 建立起一整套检测手段，对合成的各个环节进行分析检测，严格监控合成过程，保

证小试、中试和生产各个阶段产品的性能均一稳定。

(4)通过以上手段确定50%固含量水性聚氨酯胶粘剂稳定生产的生产工艺。

四、预期目标

在现有技术成果的基础上，通过鞋用水性PU胶粘剂的小规模生产形成完整的技术规范和批量生产的工艺流程的规范性文件，基于此文件可以产品的量产。同时根据桐乡本地制鞋业的特点，开发一套完整的施胶工艺技术流程，帮助客户更好的使用这一新技术产品。另外关于该技术相关的知识产权保护的工作已经开始渐行，已提出申请一项，拟申请两项。计划在一到三年内形成一个完整的自主知识产权保护体系，为企业的发展壮大打下坚实的基础。

技术指标：

该产品在粘接强度上对PVC≥4.5MPa;PU≥5.5MPa;TPR≥3.5 MPa; EVA≥4.5MPa

五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解

项目实施方案：

为了更好的将该项目尽快产业化，我们将以浙江枧洋化工有限公司近年来在粘合剂方面的研究成果、技术积累为基础，以粘合剂行业高性能和环保的需求为牵引，集中研究和转化有重要应用价值的新型粘合剂。坚持实验和理论并举、研发和市场并重，针对目前制鞋行业用胶特点，深入研究水性PU粘合剂的合成与生产技术工艺，实施过程中以中试为主体，使该项新技术形成具有一定规模的产品系列。在整个项目中我们将联合

嘉兴市皮毛和制鞋工业研究所及XX鞋业有限公司对产品的质量检测及流水线施胶工艺流程进行分工合作，以加快产品的完善及市场推介工作。

同时本项目将依托浙江枧洋化工有限公司完善的销售网络形成研发和销售两方面密切配合，力争新产品尽快产业化、进入市场形成竞争力。为桐乡本地乃至全国的制鞋企业带来更好的产品

技术路线：

文献调研→制定方案→实验室实验→品质检验→中试实验→正常量产

组织方式与课题分解：

该项目将采用取产研结合、同时推进的方式开展。将重新组建项目组，项目组着力于项目核心技术的研发和生产工艺改善，使该项新技术形成具有一定规模的产品系列。项目承担单位在对项目进行组织管理同时，也将进行该项目的市场推介工作，这两方面密切配合，力争新产品尽快产业化，进入市场形成竞争力。

本项目由浙江枧洋化工有限公司承担小试试验，中试、放量生产及产品改进，由XX鞋业有限公司负责产品应用及流水线工艺确定，由嘉兴市皮毛和制鞋工业研究所负责产品质量检测。确保项目按时、按质、高效完成。

六、计划进度安排

2013.3.20-2013.5.30，根据现有技术进行详尽地制定出水性PU鞋胶的初步放量工艺和计划；

2013.6.1-2013.8.31按照指定的工艺进行原材料的采购和中试设备的必要改造；2013.9.1-2013.12.31进行水性PU鞋胶的中试放量，通过试制过程修订工艺；

2014.1.1-2014.4.30 建立水性PU鞋胶全套性能检测规范，给出详尽的水性PU鞋胶性能数据，供市场推广用；

2014.5.1-2014.6.30 根据中试结果，编写详尽的生产工艺和产品质量控制的规范文件，

汇总和编制成果申报文件。

七、现有技术基础和条件

7.1雄厚的技术班底；本项目由浙江枧洋水性聚氨酯项目组承担，本项目组从事化学合成研发多年，并与韩国、台湾等知名专家多次交流；另外还有多年从事聚氨酯粘合剂研发和生产的技术人员。这个小组为本项目的顺利实施在技术上打下了坚实的基础。

7.2整套的实验室小样试验仪器；目前课题组已经完成水性PU鞋胶的配方实验，小试样品经检测，性能达到市场正在使用的拜耳公司Dispercoll?U 54型产品水平，而成本仅为其售价的1/3。

7.3先进的检测设备和完善的产品检测手段，依托嘉兴市皮毛和制鞋工业研究所进行产品检测和验证。

7.4三种型号的中试设备；目前已建成用于中试放量的50L、200L、500L反应釜各一台。

7.5已列出专项经费；项目承担单位已拿出170万元作为本项目的研发经费。

7.6基础好；本项目已经进行了数月，按照计划已进入了中试阶段。前期进展良好。