PU產業知識

PU乃英文polyurethane一字的縮寫，屬一種高分子。PU合皮便是polyurethane合成皮革的簡稱，是用液態PU樹脂塗佈或貼合於一個載體（通常是布）所製作的人造皮革。塗佈PU、純素∕素食皮革、純素PU、合成皮革、人造皮革、人工皮革等，只要是PU塗佈或貼合在載體上的人造皮革構成物，皆可做為PU合皮的稱呼。

最上層：有著皮革紋路或客戶指定紋路的PU層，叫做「面層」或「面料」。
最底層：為上述PU與PU合皮（合成皮革）的載體，叫做「底層」、「基層」、「基材」、或「底布」，通常是布類，所以大多稱之為「底布」。
中間：有著微多孔結構的發泡體，因其泡體結構而稱作「泡層」。
PU合皮結構大抵分為面層+底布或面層+泡層+底布。後者的泡層提供更多厚度或更豐厚的手感。

  水性PU與溶劑型PU雖然都是PU合皮，但它們並不相同。這裡會根據PU合皮業界對兩者的區分做說明。附註：水性PU其實就是水性聚氨酯的簡稱，而英文上水性PU有許多說法，分別為water-based polyurethane、waterborne polyurethane (waterborne PU)、aqueous polyurethane (aqueous PU)、而有些時候通俗簡稱水PU。以學術研究而言，有時候也會稱為水性聚氨酯分散體（原因如下）。
  在PU合皮界，溶劑型PU是一種使用有機溶劑「二甲基甲醯胺」為溶劑將PU粒子，也就是聚氨酯粒子，溶解成為液態PU樹脂的系統（看PU樹脂）。二甲基甲醯胺英文為dimethylformamide，簡稱DMF或DMFA（CAS No. 68-12-2，看DMF 二甲基甲醯胺）。溶劑型系統在製作PU泡層的過程會耗用許多的水，而DMF溶劑則會混入這些水中，產生大量受DMF污染的工業廢水（看溶劑型PU合皮的濕式∕濕法製程與凝固成型）。反之，水性PU系統將PU粒子分散於水中做為乳化狀態的液態樹脂，所以沒有使用DMF，乃無DMF，也就是DMF-free的系統。水是無機、乾淨的液體，且水性PU的PU粒子是分散乳化於水中，並非溶解於水，所以水並非是有機溶劑。因此業界稱此種PU系統為水性PU，而非溶劑型PU，以便分辨。水性PU合皮的泡層不需許多水，也不需混入DMF有機溶劑的水來製作（看水性PU合皮）。

二甲基甲醯胺是一種有毒有機溶劑，英文為dimethylformamide，簡稱 DMF 或 DMFA（CAS No. 68-12-2）。它能損害人體器官，也可能造成生殖問題與癌症。同時，它也是一種VOC，也就是揮發性有機化合物，並可能導致TVOC超出某些客戶的標準安全值。

水性PU合皮的原料為液態、無DMF的水性聚氨酯樹脂，也就是水性PU樹脂（看PU樹脂）。 我們會先將液態的水性PU樹脂塗佈於離型紙上（看離型紙）並加以乾燥，使得離型紙的紋路在乾燥過程中得以定型在PU上，製成PU合皮的面層。接下來，我們透過機械將空氣與另一水性PU樹脂混合均勻，使得此PU擁有微多孔結構，也就是將水性PU樹脂做機械發泡，而後，將之塗佈於上述面層的背面，加熱乾燥形成一層類似薄海綿體的固體泡層。然後，我們會將一層底布基材貼合於泡層上，製作出有著面層+泡層+底布結構的PU合皮，並將這整個結構體自離型紙剝離（看PU合皮結構）。有時，根據客戶需求，產品並不需要太過豐厚的手感或厚度，所以我們便不製作泡層，而是直接將面層與底布貼合。在業界，這類面層+底布的結構自舊時溶劑型PU為主的年代便通稱「乾式PU」，因此在大洋塑膠的水性系統中，便稱之為「水性乾式PU」（看乾式∕乾法製程）。在此，我們的PU樹脂塗佈方式是「轉寫塗佈」。這是因為PU先被塗在離型紙上，再被貼合「轉」到底布上。同時，大洋塑膠的原料與製程皆不使用DMF，因此我們的PU產品不會有DMF揮發性有機化合物的VOC，也不會有殘存的DMF移行析出。並且，與傳統溶劑型PU濕式製程不同的是，我們的泡層製程也不使用水，不會產生如同溶劑型濕式製程的一槽槽工業廢水（看溶劑型PU合皮的濕式∕濕法製程與凝固成型）。也因此，我們免去了水槽水位維持、加溫、產品水洗的過程，與溶劑型製程相比，能源與水資源耗用大幅降低，更加永續環保。

市面上有另一種製程的水性PU合皮，類似傳統溶劑型濕式製程，使用水槽將PU凝固成型（看溶劑型PU合皮的濕式∕濕法製程與凝固成型），因而會產生工業廢水。此製程也使用液態水性PU樹脂做為原料。但是，因為此製程幾乎等同於溶劑型濕式PU的製程方式，所以應被稱為「濕式∕濕法水性PU」，或倒過來稱為「水性濕式∕濕法PU」。也有人稱它為「水性下水PU」。此類做法中的一種，是將鹼性的水性PU樹脂發泡，塗佈於底布上後，浸入含有酸的水槽。這樣，便會在水中產生酸鹼中和反應，將水性PU樹脂凝固成PU合皮的底布上那層固體PU泡層。酸鹼中和反應會在水槽中產生工業用鹽，而且反應時長有時可達5-10分鐘之久。再之，為了維持這些酸鹼中和水槽的pH酸鹼值以維持中和反應，製程中必須持續的補充槽中的水和酸。這會耗用大量的水資源與能源，並產生大量含有工業用鹽、非中性（酸鹼值不正常）的工業廢水。即使此類製程並無使用DMF或溶劑型PU樹脂，它仍對環境帶來了溶劑型PU所帶來的負面衝擊：工業廢水、水資源耗用、與能源耗用。另一種濕式水性PU製程則是將織物，也就是底布，含浸到液態水性PU樹脂中（看含浸），使得織物的組織結構充滿樹脂，而後將之加熱烘乾，再浸入腐蝕性溶液來移除多餘的PU樹脂。但此種方式也會產生工業廢水與腐蝕性溶液的問題。在大洋塑膠，我們不使用上述這些 “濕式＂製程：當我們朝著綠色、環保、純素、高功能、強物理性（業界通常稱為「高物性」）的PU解決方案邁進時，它們與我們的方向背道而馳。

在PU合皮產業，PU樹脂泛指將PU聚氨酯高分子鏈溶於溶劑或分散於水中的液態樹脂。前者為溶液狀態；後者為分散乳化液狀態。當我們將樹脂加熱烘乾，PU聚氨酯高分子鏈會互相連結（化學上稱為「交聯」），形成3D立體網狀的分子結構，成為固體PU層。承自1960-1970年代溶劑型PU的發展起源，前者溶液態樹脂的溶劑通常是有機、具毒性的DMF，也就是二甲基甲醯胺（CAS No. 68-12-2，看DMF二甲基甲醯胺）。在DMF溶劑型樹脂溶液中，PU是疏水性分子，組成了樹脂中20%-40%的固體含量，也稱為固成份或固含量（有時可看到的「固形分」則源自日文）。業界將此類樹脂稱為溶劑型PU、油性PU（疏水、與水相斥稱為「油性」）、而此類PU合皮則稱為濕式PU、濕法PU、下水PU、或下水凝固型PU（看溶劑型PU合皮的濕式∕濕法製程與凝固成型）。另一方，在較傳統溶劑型PU更為新穎的水性PU技術上，水性PU高分子擁有親水官能基，且PU樹脂粒子是類似乳化物分散於水中，而非溶於DMF溶劑內。業界將之稱為水性PU。業界也有其他種類PU樹脂。例如固含量高、溶劑含量較低、因此更加黏稠的「高固PU」。相較於傳統的溶劑型PU，高固PU的DMF有機溶劑比例較少，但將之加工成為PU合皮時，則有時需要以有機溶劑稀釋到能夠使用的黏度。大洋塑膠有類似高固PU的產品，但沒有如高固PU般的有機溶劑含量，所以固含量幾乎100%，且加工時無須使用DMF或溶劑；此大洋塑膠產品名為PPU。

乾式∕乾法製程乃一種PU合皮製程。廠商會將一層溶劑型或水性的液態PU樹脂塗佈於有著紋路的離型紙上，加熱烘乾，而PU樹脂便會在紙上乾燥交聯（看PU樹脂）。當PU樹脂在紙上乾燥，它會凝固成一層具有彈性的PU層，而離型紙的紋路則會定型在PU表面。這層PU便是「面層」或「面料」（看PU合皮結構）。在DMF溶劑型PU樹脂中，雖然DMF會隨著熱能揮發，但是仍會有些殘留於面層。在水性PU系統中，水會隨熱能蒸發，而且因為樹脂與製程本身並無使用DMF，PU面層不會有殘留的DMF溶劑。面層烘乾後，廠商會使用接著劑將面層與一載體或基材貼合，而載體通常便是紡織物，也就是底布。接下來，廠商會將PU面層+底布自離型紙剝離。這面層與底布結合的材料便是PU合皮。如上述描寫，此製程不使用水，因此被稱為「乾式」或「乾法」PU製程。而此製程製造的PU合皮便可稱為「乾式∕乾法PU」。雖然此種製程於溶劑型和水性PU系統中皆可使用，但因傳統溶劑型PU使用此製程歷史遠長，人們便習慣將「乾式∕乾法PU」用於面層+底布結構的DMF溶劑型PU。但大洋塑膠的「乾式∕乾法PU」則是水性PU。附註：因為PU乃先塗佈於離型紙上，後被轉貼至底布，此PU塗佈方式為「轉寫塗佈」。

PU業者自1960、1970年代起開始使用乾式製程（看乾式∕乾法製程）與濕式製程（看溶劑型PU合皮的濕式∕濕法製程與凝固成型）製造PU合皮。當時，PU合皮的主原料為溶劑型的液態PU聚氨酯樹脂，由疏水性 PU高分子鏈形成的粒子溶解於DMF有機溶劑中（看PU樹脂、DMF二甲基甲醯胺）。若將此液態樹脂加熱烘乾，DMF和其他揮發性有機化合物（VOC）便會揮發，而PU樹脂則形成一層溶劑型的固體彈性PU層（看PU樹脂）。 在溶劑型乾式製程中（看乾式∕乾法製程），業者會將此DMF溶劑型PU樹脂塗佈於離型紙上，加熱烘乾成一層固體PU面層，而後以溶劑型接著劑將此面層與底布貼合 （看PU合皮結構）。這種面層+底布結構便是PU合皮的一種，業界稱之為「乾式∕乾法PU」，而它在烘乾工序後，仍可能有些許殘留的DMF可被檢測出。有時，PU合皮需要更豐厚的手感或厚度，則業者便會透過所謂的「濕式製程」，亦或稱為「PU凝固成型法」，於面層與底布中間加入一層泡層（看溶劑型PU合皮的濕式∕濕法製程與凝固成型）。此製程不僅使用DMF溶劑型PU樹脂為PU合皮原料，也於製程本身使用大量的DMF，為溶劑型PU合皮的製程之一。

在濕式製程中，為製作溶劑型PU合皮的泡層（看PU合皮結構），業者會將DMF溶劑型PU樹脂溶液塗佈於底布上。因將液態樹脂直接的塗佈於底布上，此種PU塗佈方式被稱為「直接塗佈」，而非乾式製程的「轉寫塗佈」（看乾式∕乾法製程）。接下來，業者會將塗有這PU樹脂的底布浸入摻有15% DMF溶劑的加熱水槽。這會將DMF自PU樹脂中引導出，與水槽中的水做置換的動作：DMF會離開PU樹脂溶液層，透過濃度梯度差異的原理自DMF濃度高的PU樹脂塗層溶入DMF濃度較低的槽水中，失去DMF的PU樹脂層則會留下微小孔隙，而槽水則會自槽中進入這些孔隙將之填滿。 當這些DMF溶劑離開了這層PU樹脂溶液，因為溶劑的離開，這層PU樹脂便不再能維持溶液狀態，樹脂便會凝固成一層彈性固體PU層。在PU凝固成型後，這已凝固具有微小孔隙的PU層+底布所構成的材料便會被導入更多的加熱水槽，以便盡量水洗出殘留的DMF。接下來，廠商會將它加熱烘乾，以熱能盡量去除殘餘的DMF和VOC揮發性有機化合物。在水份蒸發後，當初水份所填滿的微小孔隙便留在凝固的PU層中，形成了一層微多孔構造的PU層，也就是溶劑型PU合皮的泡層。上述過程於凝固成型、材料水洗中使用了大量的水槽，因此被稱為「濕式∕濕法製程」，也有時被稱為「PU凝固成型製程」，但前者乃中文稱謂，後者通常是英語文獻中較為學術性的詞彙翻譯成中文時使用。透過此種製程製造底布+泡層結構的PU合皮便是所謂的「濕式∕濕法PU」，但也有人稱之為「下水PU」或「下水凝固型PU」。此製程所製作的PU層並無任何紋路，因此製造廠商必須將此泡層+底布結構做為乾式製程的載體，將一層PU面層與之貼合。這樣便透過面層的表面紋路製作出擁有面層紋路、含有濕式泡層、與底布的PU合皮。 因上述過程使用了大量的DMF溶劑，所以仍有DMF會殘留於PU合皮中，有時甚至超過500-1,000 PPM的濃度，奕是PU產品中的VOC或可能移行析出的DMF來源。再者，大量的DMF於過程中溶解至槽水中，產生大量的有毒工業廢水。並且，這許多加熱水槽也造成了大量水資源與能源的耗用。

「含浸」一詞於PU合皮業界乃一種工法或製程。「含浸」是將一基材或底布浸入液態樹脂，使樹脂得以滲透基材或底布的組織結構，形成一層樹脂為底布綁紗，或為濕式PU凝固成型的製程步驟做準備（看溶劑型PU合皮的濕式∕濕法製程與凝固成型）。「含浸」的正式英文為「impregnation」，但較為非學術性的通稱則是「dipping」。通常，含浸後，會將材料烘乾，或是送至下一階段的濕式PU凝固成型工序。

離型紙的功能反映在它的組成字上：將紙從固體化的樹脂層「剝離」開來時，同時將紙的表面紋路「定型」在樹脂表面上。這種紙的紋路來自壓紋工序，類似PU合皮的壓紋（看壓紋）。換言之，紙面上有來自壓紋過程所壓到紙上留下的紋路，從紙的側面角度觀察，便能看到紙的橫斷面有高低起伏的凹凸形狀，組成類似一層薄薄的3D立體紋路“模具＂。當液態PU樹脂塗佈到這離型紙上，就有如液態樹脂填充了凹凸紋路構造的紙上“模具＂。之後，當樹脂被烘乾形成一層固體PU層後，這層PU樹脂便如同在模具中固化了般，保有了離型紙的紋路。當然這並非唯一一種製作PU合皮表面紋路的方法，也有其他方式，例如壓紋等方式，各方式也有不同的技術門檻與考量。

PU合皮的表面紋路可以透過將PU樹脂塗佈於所需紋路的離型紙上進行，但也可使用其他方式。壓紋是將刻有所需紋路的金屬輪加熱後加壓到PU合皮的表面層，而將金屬壓紋輪的紋路壓印至PU合皮面層上。因為是透過熱壓，所以被稱為「壓紋」。

二榔皮是動物皮革橫削、橫剖為上下多層後的下層部份。此下層部份並非動物皮革上層表面，沒有真皮天然的動物皮革紋路，二榔皮廠商便將二榔皮與人工製作、帶有紋路的表面層貼合，而這層表面層通常是一層PU膜層。業界稱這層PU膜為「剝離皮」，則是透過接著劑樹脂貼合至二榔皮上。