PU合成皮製程
原料替代
無溶劑濕式反應PU熱熔膠接著劑(乾式適用)
PU合成皮製程中，以貼合製程之溶劑污染最大，解決溶劑污染又不致降低生產速率之方法為濕式硬化無溶劑貼合製程。因不含溶劑，不會產生揮發性溶劑排放問題。
特性
熱熔膠之特點為不含溶劑，室溫為固態，使用時加熱至其熔點（110～120℃），將其塗佈於物體表面時，藉空氣中的濕氣而再進行交聯反應，硬化後形成塗膜層。空氣中的濕度愈高或氣溫高時，硬化時間愈快。
由於不需第二段（貼合）烘箱進行烘烤過程，合成皮可快速生產，生產速率提高，原生產線仍可延用，貼合烘箱不須加熱即可，此一設計特點為安裝容易，惟第一段烘箱乾燥速度不高，生產速率會降低，且第二段（貼合）烘箱未能有效利用。較佳方式為將塗佈、貼合機與原生產線分離，原貼合烘箱則用於製作皮膜層。可將整體生產速率提高25～95％，降低成本。
資料來源：經濟部工業局，工業減廢技術手冊(7)PU合成皮工業，民國86年。
- 技術條件
- 因熱熔膠對濕氣很敏感，故須注意正確處理程序及可用的有效時間，在高濕度地區，反應時間較短。為了增加乾燥速率，可用適當的催化劑。
成本分析
- 不需第二段（貼合）烘箱，合成皮熱能節省1 元/碼。
- 離型紙耐用性增加，高溫對離型紙傷害最大，無溶劑貼合製程不需經過貼合部烘烤過程，合成皮節省2 元/碼。
- 生產速率提高，不需第二段（貼合）烘箱烘烤過程，無溶劑貼合製程之最高生產率可達50 m/min，以最高速率50％運轉，即可將整體生產速率提高25％，相當於合成皮製造成本降低2.5元／碼。
- 接著劑(binder)成本，傳統合成皮之糊膠成本4.8元/碼，熱熔膠每碼合成皮成本則增加5.1元/碼。
- 設備購置成本，須增加之投資為熱融機及塗佈機，前者費用約200 萬元，後者費用約500 萬元，及5年折舊，每碼合成皮成本增加0.24元/碼。
- 烘箱熱能，每碼合成皮節省能源成本1元/碼。
- 稀釋糊料溶劑，合成皮節省0.2元/碼。
- 維修操作成本，熱融機及塗佈機每年之維修費用合成皮成本增加0.03元/碼。
資料來源：經濟部工業局，PU合成皮業資源化應用技術手冊，民國91年。
綜上所述，總計合成皮製造成本節省0.33元/碼，合成皮工廠製造230萬碼合成皮即可回收熱融機及塗佈機台設備費用。若以每條月生產量50萬碼合成皮工廠，約5個月即可回收。
表1 無溶劑貼合製程成本變動統計表
| 成本項目 | 成本變動(元/碼) |
|---|---|
| 熱溶膠(binder) | +5.1 |
| 設備 | +0.24 |
| 烘箱熱能 | -1 |
| 離型紙 | -2 |
| 稀釋溶劑 | -0.2 |
| 生產速率 | -2.5 |
| 維修操作 | +0.03 |
| 總計 | -0.33 |
- 資料來源：國際清潔生產技術與永續經營研討會
單一溶劑(DMF)PU皮膜層技術(乾式適用)
特性
單一溶劑(DMF)PU樹脂係指僅溶解於DMF溶劑中之PU樹脂，簡稱水性PU。DMF之水溶性高，溶解度高達98克DMF/100克水，製程使用溶劑水洗(solvent scrubber)系統，將溶劑蒸氣回收再使用，溶劑在製程中循環使用，溶劑消耗量得以大幅降低。
技術條件
DMF沸點較高，生產速率會降低。
成本分析 - 水洗回收塔
-
水洗回收塔
- 電力： 1～1.3 元／公斤DMF
- 水： 0.05 元／公斤DMF
- 人力： 0.08 元／公斤DMF
- 蒸餾費用：3.6～5.6 元／公斤DMF
- 設備投資成本：600萬元(未含蒸餾設備)
- 投資回收時間：投資回收時間依據工廠之生產速度及DMF濃度而定，一般約1年即可回收，最長為1年3個月。
水性油墨印刷製程(乾式及濕式適用)
特性
- 油墨組成中丁酮(MEK)、甲苯及異丙醇(isopropyl alcohol, IPA)等溶劑約佔80％，須再經過烘乾處理，將所有溶劑揮發，造成大量VOCs污染，如改用水性油墨印刷可大幅降低溶劑排放污染。
- 以水性樹脂取代溶劑型樹脂，其溶劑含量僅佔5％，VOC 減量達到90％以上。
技術條件
水性油墨製程遭遇的最大問題為乾燥速度低，印刷生產速率約降低至原來生產速率之1/2，主要原因係水的蒸發潛熱較其他溶劑為高，各類溶劑之蒸發熱量參考表2.3-2。
表2 各類溶劑之蒸發熱量
|
沸點℃ (760mmHg) |
蒸發潛熱 (cal/g) |
相對蒸發速度 (g/hr) |
表面張力 (dyne/cm 20℃) |
|
|---|---|---|---|---|
| 水 | 100.0 | 540 | 40 | 73 |
| 甲苯 | 110.6 | 86 | 190 | 29 |
| 間位二甲苯 | 139.1 | 83 | 70 | 29 |
| 甲醇 | 64.5 | 263 | 370 | 23 |
| 丙醇 | 82.3 | 162 | 200 | 23 |
| 正丁醇 | 82.3 | 139 | 45 | 24 |
| 醋酸乙脂 | 117.7 | 88 | 410 | 24 |
| 醋酸正乙脂 | 77.1 | 74 | 100 | 25 |
| 丙酮 | 56.2 | 120 | 550 | 24 |
| 丁酮 | 79.6 | 165 | 370 | 25 |
| 甲基丁基酮 | 115.9 | 85 | 150 | 26 |
資料來源：經濟部工業局，工業減廢技術手冊(7)PU合成皮工業，民國86年。
DMF廢液回收技術
濕式合成皮製造過程中，於凝結槽中幾乎所有DMF 溶劑會脫出樹脂而溶於水中，當槽液中DMF濃度達到某一程度時（視產品加工特性而異）即須排出，此含有5～20％高濃度DMF 廢水若直接排放，不僅有惡臭氣味及污染環境外，更是高價值之DMF 溶劑的浪費。由於市場競爭及溶劑價格高漲，回收DMF 對降低成本、提高獲利效益明顯。目前回收DMF 因極具經濟價值，業界願意依DMF濃度計價收購處理未設回收設備工廠之DMF廢水。
特性
DMF 是一種用途廣泛的溶劑，於常溫下呈液體狀、透明無色、略帶胺味，與水可完全互溶，DMF性質如表2.3-3所示，針對不同濃度之DMF水溶液純化的一般性原則分述如下：
- DMF水溶液10～99％，以蒸餾法回收較經濟。若設計適當，回收率可達99％。
- DMF濃度在10％以下或含有較高之固形份或鹽類時，則以溶劑萃取法較經濟。
限制
目前商業化之回收設備都以蒸餾法濃縮，且基於能源的考慮，都使用真空精餾，但如有微量的酸或鹼，DMF會分解生成二甲基胺(dimethyl amine, DMA)與甲酸，溫度愈高，分解速率愈快，130℃時DMF分解速率為70℃之20 倍。應儘量降低溫度，並縮短液體的滯留時間，回收效益如表2.3-4所示。
表3 DMF性質
| 外觀 | 無色液體 | ||
|---|---|---|---|
| 分子量 | 73.09 | ||
| 沸點(760mmHg)，℃ | 153 | ||
| 凝固點，℃ | -61 | ||
| 比重 | 0℃/4℃ H2O | 0.9683 | |
| 25℃/4℃ H2O | 0.9445 | ||
| 密度(20℃),kg/l | 0.9487 | ||
| 折射率(25℃)，ND | 1.4269 | ||
| 蒸氣壓(25℃)，mmHg | 3.7 | ||
| 黏度(25℃)，cP | 0.802 | ||
| 表面張力(25℃)，dyne/cm | 35.2 | ||
| 比熱(25℃,液體)，kcal/kg℃ | 0.49 | ||
| 蒸發熱，kcal/kg | 137.8 | ||
| 熱傳導係數(23.5℃)，kcal/sec cm℃ | 440 | ||
| 閃火點，℃ | 67 | ||
| 空氣中之可燃限制，vol％ | 2.2～15.2 | ||
| 共沸物 | DMF(18.7wt％),對二甲苯(81.3％)at 135.1℃,760mmHg | ||
| DMF(69wt％),甲酸(31％)at 162.4℃,760mmHg | |||
| DMF(7wt％),四氯乙烯(93％)at 117.5℃,760mmHg | |||
資料來源：經濟部工業局，PU合成皮業資源化應用技術手冊，民國91年。
表4 DMF回收再利用效益
| 項次 | 項目 | 單位費用 | 費用(千元) |
|---|---|---|---|
| 初設成本 | DMF回收設備 | 83,248,000元/台 | 83,248 |
| 合計 | 83,248 | ||
| 每年操作維護費用 |
電費(130kw) 蒸氣(6T/hr) 軟水(20m3/hr) 維護費 勞力(14,400hr/y) |
2.4元/kw.hr 364元/T 10元/m3 總初設費用10% 390元/hr |
2,435 15,734 1,498 8,325 5,619 |
| 合計 | 33,611 | ||
| 每年投資費用 |
設備折舊 總操作維護費用 |
CRF=0.148 |
12,350 33,611 |
| 合計 | 45,961 | ||
| 每年可節省費用 | 回收DMF3,600噸 | 37元/kg | 134,862 |
| 合計 | 134,862 | ||
| 每年節省淨額=134862千元-45961千元=88,901千元 | |||
| 回收期=83248千元/(134,862-33,611)千元/年≒1年 | |||
- CRF(設備投資還原因子)=i(1+i)n/[(1+i)n-1]，i(年利率)=7.9%，n(設備使用年限)=10年
- 資料來源：經濟部工業局，PU合成皮業資源化應用技術手冊，民國91年。
氣態廢溶劑回收技術
PU合成皮業乾式製程每年使用之丁酮、DMF 及甲苯(toluene)等溶劑，回收純化這些溶劑再利用，將成為必須的且符合經濟效益的工作。可行之回收技術主要分為3種：
- 以濕式洗滌回收廢氣中的DMF、丁酮洗滌後之尾氣再以焚化方式處理。
- 以吸收劑吸收處理含丁酮、甲苯、DMF之廢氣並將其回收。
- 以流體化床活性碳吸脫附同時處理回收含DMF、丁酮及甲苯3種有機溶劑之廢氣。
濕式洗滌及以吸收劑吸收含溶劑之廢氣，其原理主要在於DMF、丁酮與水之互溶性佳，使用水為吸收劑，將其吸收至水溶液中，再利用分餾技術將其分離回收而流體化。
流體化床活性碳吸脫附之回收技術，主要利用活性碳為吸附劑，將氣態溶劑吸附後，再利用蒸氣或加熱之氮氣將活性碳中之氣態溶劑脫附，再經冷凝回收溶劑。