Kleje obuwnicze. Cz. I.Podział, właściwości, przeznaczenie

S letA tM tertty nr 1 styczeń-luty 1998 r. TOM 2

Bogusław Woźniak*

Kleje obuwnicze. Cz. I.

Podział, właściwości, przeznaczenie

P rze d sta w io n o o g ó ln e z a s a d y p o d z ia łu k le jó w sto s o w a n y c h w obuwnictwie:

1. ze wzglądu na zastosowanie: do czynności pom ocniczych i do montażu, 2. ze wzglądu na form ą: topliwe, rozpuszczalnikowe i dyspersyjne.

Stw ierdzono, że n a jw a żn iejsze i n a jp o p u la rn iejsze są na da l kleje rozpuszczalnikow e, stanow iące ok. 78 % w szystkich środków łączących stosowanych w obuwnictwie.

Opisano dokładnie kleje do montażu obuwia. D ecydują one o trwałości połączenia spodu z wierzchem, a wiąc bezpośrednio w pływ ają na ja ko ść gotowego wyrobu. Podano różnice w zakresie stosowania dwu głównych grup klejów montażowych - polichloroprenowych oraz jed no - i dwuskładnikowych poliuretanowych.

Słowa kluczowe: obuwnictwo, kleje pomocnicze, kleje montażowe, topliwe, dyspersyjne, rozpuszczalnikowe

Shoe adhesives - dividing, properties, using

The purpose o f this paper is to revise the specific properties o f shoe adhesives and their general dividing:

1. auxiliary and main bonding, based on fie ld s o f application, 2. hot-melt, dispersion and solvent born based on physical form .

The main application fie ld s f o r adhesives in the shoe industry it is upper and bottom bonding. It is shown that a major p a rt o f the bonding agents in the shoe industry (near 78 %) are still with solvents. The jo in t quality has the influence at the whole shoe quality and durability. Today one or two component P U andpolychloroprene adhesives are used. The difference between them are also described.

Key words: shoes, auxiliary adhesives, bonding adhesives, hot-melt, dispersions, solvent adhesive

TOM 2 styczeń-luty 1998 r. S fa & tw te r ty nr 1

Produkcja obuwia jest przykładem w ykorzysta­

nia zjawiska adhezji, będącego podstaw ą klejenia ele­

mentów. Wiele prac poświęcono zgłębieniu tego zja­

wiska. Z literatury znanych jest kilka teorii tłum aczą­

cych zachodzące procesy, z których najważniejsze to:

teoria m echaniczna [1], adsorpcyjna [2, 3, 4], elek­

tryczna [5, 6], dyfuzyjna [7], kontaktowa [8, 9] i che­

miczna. Jednak żadna z nich nie ujm uje całościowo i wyczerpująco zjawiska adhezji. N atom iast widoczny jest znaczący postęp w technologii procesu łączenia.

Lata stosowania klejów um ożliw iły praktyczne roz­

w iązanie w iększości problem ów w ystępujących w obuwnictwie.

Podczas produkcji obuwia następuje połączenie wielu elementów, często bardzo różniących się od sie­

bie. Cholewka buta m oże zawierać jednocześnie ele­

menty ze skóry naturalnej, syntetycznej, tkanin, pian­

ki PU, tworzyw sztucznych, wtórnej skóry. Podeszwa natomiast m oże być wykonana z dwu, trzech różnych polimerów, np. kopolim eru etylenu i octanu winylu (EVA), gumy, poliuretanu.

Tak więc zagadnienie łączenia je st w przem yśle obuwniczym niezw ykle istotne. N ajczęściej jest to zszywanie lub sklejanie, przy czym w nowoczesnych maszynowych technologiach produkcji znaczenie kle­

jenia jest bardzo ważne. W ynika z tego także duży udział klejów w procesie produkcji obuwia. Służą one zarówno do czynności pom ocniczych, jak i do m onta­

żu. Jest to pierwsze, ogólne kryterium ich klasyfika­

cji.

■ Do klejów pomocniczych zaliczam y te, któ­

rych zadaniem jest jedynie chwilowe połączenie ele­

mentów przed dalszymi operacjami, np. przeszyciem, czy przybiciem. Jakość klejenia nie decyduje w tym przypadku o wytrzym ałości połączenia. Przykładem zastosowania klejów pom ocniczych są operacje w y­

konywane w wydziałach szwalni przy szyciu chole­

wek. Kleje wykorzystywane są do podklejania pod­

szewek, sklejania brzegów poszczególnych elem en­

tów, wklejania wzmocnień, zamków błyskawicznych i tym podobnych elementów. M uszą one spełniać sze­

reg istotnych warunków:

• łączyć bez aktywacji termicznej i przy docisku ręcz­

nym w szerokim zakresie czasów suszenia,

• nie powodować zabrudzeń i zaplamień m ateriałów cholewki,

• być obojętnymi dla stopy, również po zmoczeniu przez pot podczas użytkowania.

■ Kleje do montażu przede wszystkim służą

do łączenia cholewek i spodów. W tym przypadku w y­

trzymałość połączenia jest bardzo ważna, nie pow in­

na ulegać obniżeniu w czasie użytkowania i m agazy­

nowania. Kleje do montażu nanoszone są zwykle ręcz­

nie na odpowiednio przygotow ane do klejenia po­

wierzchnie.

Sposób przygotowania powierzchni jest jednym z najistotniejszych czynników wpływających na jakość połączenia. W zależności od rodzaju m ateriału stosu­

je się wiele różnych metod jej przygotowania. Są one zarówno czysto mechaniczne, jak i chemiczne. M eto­

dy m echaniczne polegają na ścieraniu zewnętrznej warstwy m ateriału w celu usunięcia litej warstwy lub zwiększenia porowatości i um ożliw ienia penetracji kleju w głąb struktury materiału. M etody chemiczne polegają na zmyciu powierzchni odpowiednio dobra­

nym rozpuszczalnikiem lub środkiem modyfikującym w celu oczyszczenia jej z substancji utrudniających klejenie lub chemicznej modyfikacji.

Technologia klejenia określa szczegółowe zasa­

dy przygotowania materiałów.

Podstawowe czynności są następujące:

• skóra naturalna, guma pełna, mikroporowata, PU - mechaniczne zdrapanie powierzchni środkami ście­

rającymi,

• PVC - chemiczne zmywanie powierzchni rozpusz­

czalnikiem,

• kauczuk termoplastyczny - chemiczne zmycie i m o­

dyfikacja pow ierzchni roztw orem halogenizują- cym,

• m ateriały tekstylne i sztuczne skóry - bez specjal­

nego przygotowania.

Łączenie wierzchów i spodów wymaga:

• nanoszenia kleju na obie łączone powierzchnie, przy czym na powierzchnię chłonną, np. skórę, wskaza­

ne jest nanoszenie dwukrotne,

• wysuszenia - zwykle 1 0 - 1 5 minut,

• aktywacji termicznej (niezbędnej dla klejów PU),

• ściskania - prasowania pod odpowiednim dociskiem.

Prawidłowe wykonanie wszystkich tych czynno­

ści jest niezbędne, aby połączenie spełniało wym aga­

nia jakościowe. Ze względu na znaczenie, klejom do montażu poświęca się najwięcej uwagi, opracowuje nowe technologie łączenia i dąży do ciągłego podno­

szenia jakości samych klejów [10, 11].

W przem yśle obuwniczym stosuje się kleje o różnych postaciach. Ogólnie można je podzielić na trzy główne grupy, będące drugim kryterium klasyfikacji klejów obuwniczych:

• topliwe

S ta & fo n teru f, nr 1 styczeń-luty 1998 r. TOM 2

• dyspersyjne

• rozpuszczalnikowe.

Przybliżony udział różnych grup klejów w pro­

dukcji obuwia pokazano na rys. 1.

4 %

Rys. 1. Udział różnych grup klejów w produkcji obuwia

powierzchni błony polimeru. Połączenie powstaje w wyniku zetknięcia błon polim erów na obu łączonych powierzchniach. Zwykle w ytrzym ałość początkowa złącza nie jest wysoka. Jako polim ery klejące stosuje

[D topliwe

0 dyspersyjne

EH) rozpuszczalnikowe

Kleje topliwe

W norm alnych warunkach są one w postaci sta­

łej. Nanosi się je po stopieniu w temperaturze 150°- 250°C. Połączenie powstaje w wyniku zastygania po­

limeru klejowego z ewentualnymi dodatkami substan­

cji m odyfikujących.

Jako polim ery podstawowe używane są przede wszystkim poliamidy, poliestry, czasem polietylen i kopolim ery EVA [12, 13]. Nanoszone są za pom ocą specjalnych maszyn. Służąprzede wszystkim do ćwie­

kowania obuwia (łączenia boków, czubków i pięt cho­

lewki z podeszw ą), zaw ijania brzegów i pasków, a czasami do sklejania elem entów cholewki [14] oraz do prac pom ocniczych w wydziale szwalni. Ich w aż­

ną zaletą jest brak toksycznych i palnych rozpuszczal­

ników organicznych.

Ponieważ zastyganie polim erów przebiega bar­

dzo szybko - zwykle kilka sekund, kleje topliwe łączą w sposób praktycznie natychmiastowy, a powstająca spoina ma od razu dużą wytrzymałość.

Kleje dyspersyjne

Są to dyspersje wodne polim erów z dodatkiem środków stabilizujących, konserwujących i m odyfiku­

jących. Po naniesieniu na m ateriał w ym agają w ysu­

szenia w celu odparow ania wody i utworzenia na jego

się najczęściej dyspersje polioctanu winylu, lateks kauczuku naturalnego, czasami także dyspersje akry­

lowe i butadienowo-styrenow e [15, 16].

Obecnie kleje dyspersyjne stosowane są najczę­

ściej jako kleje pomocnicze. N iezbyt wysoka wytrzy­

małość spoiny nie stanowi w tym przypadku istotnej wady kleju. Natomiast poważniejszą przeszkodą w ich rozpowszechnianiu jest ograniczona możliwość sto­

sowania. Dobrze łączą one bowiem elementy z m ate­

riałów naturalnych (skóra, tkaniny), natomiast na ogół m ają bardzo złą adhezję do coraz powszechniej stoso­

wanych m ateriałów syntetycznych (skóry sztuczne, powlekane tkaniny). Zaletą klejów dyspersyjnych jest brak toksycznych i palnych rozpuszczalników orga­

nicznych.

Kleje rozpuszczalnikowe

Jest to najliczniejsza i najbardziej rozpowszech­

niona grupa klejów obuwniczych (patrz rys. 1). Sąone roztworami różnych polim erów i substancji m odyfi­

kujących w zestawie odpowiednio dobranych rozpusz­

czalników organicznych. Po naniesieniu (ręcznym lub m aszynowym) w ym agają odparowania rozpuszczal­

ników, aby utworzyć na powierzchni łączonych m ate­

riałów błonę polimeru. Połączenie powstaje w wyni­

ku zetknięcia się błon na obu (lub czasami tylko na jednej) łączonych powierzchniach. Uzyskiwane w y­

trzym ałości zależne są od rodzaju środka łączącego i m ogą się znacznie różnić. Kleje te stosowane są za­

równo do czynności pomocniczych, jak też do łącze­

nia zasadniczego. Jako pom ocnicze używane są kleje kauczukowe, będące benzynowym roztworem kauczu-

TOM 2 styczeń-luty 1998 r. S tew tM t& U f nr 1

ku naturalnego. D ają one zadowalające w ytrzym ało­

ści połączeń, sąprzy tym niemalże uniwersalne. M ogą służyć zarówno do łączenia m ateriałów naturalnych, jak też syntetycznych, przy bardzo zróżnicow anych

czasach suszenia [17].

Do łączenia wierzchów i spodów używane są kle­

je poliuretanowe i polichloroprenowe. Łączenie wierz­

chów i spodów zdominowały kleje rozpuszczalnikowe, praktycznie tylko one są obecnie do tego celu stosowa­

ne. Wynika to z ich wyjątkowo korzystnych cech - dużej uniwersalności, znacznych wytrzymałości i trwałości połączeń. Przybliżony udział klejów rozpuszczalniko­

wych w produkcji obuwia pokazano na rysunku 2.

33 %

Kleje poliuretanowe są niezbędne przy łącze­

niu PVC, PU, kauczuku termoplastycznego, również w przypadku podeszew formowanych bezpośrednio na cholewce m etodą wtrysku lub nalewania. Stosowane są zarówno kleje jednoskładnikow e, jak i dwuskład­

nikowe, wym agające dodatku 3-5% izocyjanianowe- go środka sieciującego. Środki dwuskładnikowe dają zwykle połączenia odporniejsze na działanie czynni­

ków starzących, bowiem chemiczne sieciowanie łań­

cuchów przez grupy izocyjanianowe daje silną i po­

w iązaną strukturę. Kleje poliuretanowe po w ysusze­

niu dają nieklejący film na powierzchni, który musi zostać poddany termicznej reaktywacji bezpośrednio przed łączeniem i prasowaniem.

Choć wieloletnie doświadczenia w stosowaniu

ES Kleje pomocnicze- 4 5 % kauczukowe

B Kleje montażowe- polichloroprenowe

□ kleje poliuretanowe

22 %

Rys. 2. Udział klejów rozpuszczalnikowych w produk­

cji obuwia

Kleje rozpuszczalnikowe do łączenia wierzchów i spodów są najważniejsze dla przem ysłu obuwnicze­

go - one bowiem decydują o jakości wyrobu. Do więk­

szości produkowanego obuwia stosowane są obecnie kleje poliuretanowe. W ynika to z ich uniwersalności.

M ogą być stosowane do układów m ateriałow ych po­

danych w tabeli 1.

tych klejów pozwoliły rozwiązać większość proble­

mów i opracować optym alną technologię ich stoso­

wania, nadal prowadzi się prace nad ich udoskonale­

niem. Przede wszystkim dąży się do obniżenia tem pe­

ratury lub zupełnego wyeliminowania reaktywacji ter­

micznej oraz do poprawy jakości klejów jednoskład­

nikowych [18, 19, 20].

Drugi rodzaj środków łączących wierzchy i spody to kleje polichloroprenowe. Znajdują one zastoso­

wanie w przypadku układów materiałowych podanych w tabeli 2.

Tabela 1. Zakres zastosowania rozpuszczalnikowych klejów poliuretanowych

Wierzch Materiał spodowy

skóra naturalna guma pełna lub mikrokomórkowa skóra syntetyczna PVC - podeszwy formowane lub

bezpośredni wtrysk

PU - podeszwy formowane lub bezpośrednio nalewane kauczuk termoplastyczny

Tabela 2. Zakres zastosowania klejów polichloropre- nowych

Wierzch Materiał spodowy

skóra naturalna skóra naturalna tekstylia gumy pełne i porowate

Kleje tej grupy są mniej uniwersalne niż poli­

uretanowe. D ają także nieco mniejsze wytrzymałości, zwłaszcza końcowe, ale są chętnie stosowane ze wzglę­

du na nieco mniej skom plikowaną technologię prze­

S ta A tw t& lty nr 1 styczeń-luty 1998 r. TOM 2

twórstwa. Powstaj ąca po wysuszeniu błona ma bowiem właściwości klejące i m ożliwe jest łączenie i praso­

wanie elem entów bez reaktywacji termicznej. I te kle­

je sąprzedmiotem badań. Prowadzone prace m ająna celu poprawę ich uniwersalności, zwiększenie wytrzymało­

ści, dalsze ułatwienia w technologii stosowania [21,22].

Podsumowanie

Opracowane technologie łączenia wierzchów i spodów nie w ym agałyby w zasadzie istotnych zmian środków łączących, gdyby nie względy ochrony śro­

dowiska. Jeżeli jednak dokonać oceny emisji rozpusz­

czalników podczas produkcji obuwia, problem zanie­

czyszczania środowiska nabiera dużej wagi. Uwzględ­

niając jedynie proces łączenia wierzchów i spodów otrzymuje się blisko 1 800 ton rozpuszczalników emi­

towanych rocznie do atmosfery. W ynika to z prostego rachunku: średnia zawartość rozpuszczalników wynosi około 80% masy kleju. Do wyprodukowania 1 000 par obuwia potrzeba około 25 kg kleju, co oznacza emisję do atmosfery około 20 kg rozpuszczalników. Przy pro­

dukcji około 80 m in par obuwia rocznie daje to w spo­

m nianą wielkość emisji. Zrozumiałe jest więc coraz większe zainteresowanie łączącym i środkami bezroz- puszczalnikow ym i.

Od końca lat 80. prowadzone są przez różne fir­

my badania m ające na celu opracowanie środka speł­

niającego wym agania przem ysłu obuwniczego. Bra­

ne pod uwagę były kleje topliwe, reaktywne kleje to- pliwe i dyspersje poliuretanowe [23, 24, 25]. Pomimo znaczących osiągnięć, do tej pory nie udało się speł­

nić wymagań producentów obuwia i zaproponować im klej bezrozpuszczalnikow y w pełni zastępujący znane kleje rozpuszczalnikowe. W ystępują różne trudności technologiczne w łączeniu poszczególnych rodzajów materiałów, w ustaleniu odpow iednich param etrów procesu klejenia, ja k też w uzyskaniu odpowiedniej

relacji nowych klejów w porównaniu z dotychczas sto­

sowanymi rozpuszczalnikowymi. Czynniki te zostaną omówione w oddzielnym opracowaniu.

Literatura

1. Barth P, Adh. Age, 1972, 28

2. Weyl W A., Glass Ind., 1946, 12, 26, wg Dieriagin W. B. “A dgiezja”, Wyd. Akademia Nauk, ZSRR, Mo­

skwa, 1949

3. De Bruyne N. A., J. Appl. Chem., 1956, 6, 303 4. Bancroft M. D., Appl. Coli. Chem., Wyd. Mc Graw

Hill, New York, 1926, str. 81

5. Dieriagin W. B., <(A d g iezja ”, Wyd. Akademia nauk, ZSRR, Moskwa, 1945

6. Dieriagin B. W, ((K rotowaH . A.: Doki. Akad. Nauk ZSRR, 1948, 6 1 849

7. Wojucki S. S., “Autogezja i adgezja wysokopolime- ro w ” - Wyd. Nauk.-Techn. Literatury RSFSR, M o­

skwa, 1960

8. A n andJ. N , I. Adhesion, 1973, X 265

9. A na nd J. N , I. J. Inst. Rubb. Ind., 1973, Z 242 10. Schuhtechnik, 1992, Z 86

11. Dausmann P, Schuhtechnik, 1983, 5-6. 87 12. Satra B u li, 1978, 12

13. Adh. Age, 1993, L 69 14. Schuhtechnik, 1991, Z 95

15. Arend G., Schuhtechnik, 1993, 1 2 87

16. Aleksandrów K. M., Kozev. Obuv. Prom., 1977, 6 17. Elias Z., Koiarstvi, 1987, 6, 35

18. Bagalova K. M., Kozev. Obuv. Prom. 1979, 7 19. Berdnikova R. A. Kozev., Obuv. Prom., 1979, 7 20. Adh. Age, 1978, 12, 30

21. Lisicina L. I , Kozev, Obuv. Prom., 1978, 4 22. Izv. Vyss. Uceb. Zaved., 1987, 6, 180 23. Milne R., Adh. Age, 1992, 3

24. Koza Obuca, 1985, 9, 34

25. Pechal M., Kożźarstvi, 1991, 3, 41