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技術百科
第236篇｜水性PU膠
第236篇｜水性PU膠
Waterborne Polyurethane Adhesive（Waterborne Polyurethane Adhesive）
⸻
一句話定義
水性PU膠（Waterborne Polyurethane Adhesive）是以聚氨酯分散體（Polyurethane Dispersion, PUD）為基礎，利用水作為分散介質所製成的接著系統，兼具優異柔韌性、耐磨耗性、耐水解性、環保性與高接著性能，廣泛應用於鞋材、紡織、汽車內裝、軟包裝、電子材料與功能膜貼合領域。
⸻
為什麼重要
聚氨酯（PU）長期被視為接著工程的重要核心材料。
其具備優異的：
• 接著力（Adhesion）
• 韌性（Toughness）
• 耐磨耗性（Abrasion Resistance）
• 耐疲勞性（Fatigue Resistance）
然而傳統溶劑型PU膠通常含有大量有機溶劑。
隨著環保法規持續趨嚴。
聚氨酯技術逐漸朝水性化發展。
目前高階鞋材、汽車內裝、紡織貼合與電子材料產業。
皆已大量導入PUD技術。
在高性能水性接著劑領域。
Waterborne PU被認為是最具技術含量的系統之一。
⸻
基本原理
水性PU膠的核心材料為：
Polyurethane Dispersion
（PUD）
⸻
其製備流程如下：
Polyol
• ●
Isocyanate
↓
Prepolymer Formation
↓
Neutralization
↓
Dispersion in Water
↓
Polyurethane Dispersion
↓
Waterborne PU Adhesive
⸻
最終形成奈米級聚氨酯粒子。
均勻分散於水中。
⸻
聚氨酯結構
PU主要由：
Soft Segment
軟鏈段
⸻
提供：
• 柔韌性
• 低溫性能
• 延伸率
⸻
Hard Segment
硬鏈段
⸻
提供：
• 強度
• 耐熱性
• 耐磨耗性
⸻
兩者共同構成：
Microphase Separation
（微相分離結構）
⸻
此結構是PU高性能的重要來源。
⸻
水性PU成膜機制
接著形成過程如下：
Water Evaporation
↓
Particle Packing
↓
Particle Deformation
↓
Coalescence
↓
Film Formation
↓
Adhesion Development
⸻
形成連續聚氨酯膜層。
⸻
此過程與水性壓克力相似。
但最終膜層性能通常更高。
⸻
PUD分類
依離子型態可分為：
Anionic PUD
陰離子型
⸻
目前市場主流。
⸻
Cationic PUD
陽離子型
⸻
適用特殊基材。
⸻
Nonionic PUD
非離子型
⸻
耐電解質性能佳。
⸻
依聚醇分類
Polyester PUD
聚酯型PU
⸻
高強度。
⸻
高耐磨耗。
⸻
Polyether PUD
聚醚型PU
⸻
高耐水解。
⸻
Polycarbonate PUD
聚碳酸酯型PU
⸻
高耐久性。
⸻
Bio-Based PUD
生質型PU
⸻
符合永續發展趨勢。
⸻
聚酯型與聚醚型比較
項目 Polyester PU Polyether PU
強度 高 中高
耐磨耗 高 中
耐水解 中 高
耐候性 中高 高
成本 中 中
⸻
水性PU與水性壓克力比較
項目 Waterborne PU Waterborne Acrylic
柔韌性 高 中
耐磨耗 高 中
韌性 高 中
耐候性 高 高
成本 較高 較低
⸻
水性PU與溶劑型PU比較
項目 Waterborne PU Solvent PU
VOC 極低
安全性 高
環保性 高
初期強度 中
項目 Solvent PU
VOC 高
安全性 中
環保性 較低
初期強度 高
⸻
交聯技術的重要性
許多高性能水性PU膠。
會搭配：
Isocyanate Crosslinker
異氰酸酯硬化劑
⸻
Carbodiimide Crosslinker
碳二亞胺硬化劑
⸻
Aziridine Crosslinker
氮丙啶硬化劑
⸻
提高：
• 耐熱性
• 耐水性
• 耐溶劑性
⸻
水性PU膠的優勢
高柔韌性
適合動態應力環境。
⸻
高耐磨耗性
適合鞋材與紡織。
⸻
優異耐疲勞性
適合反覆彎折。
⸻
耐水解性能佳
聚醚與聚碳酸酯型尤為突出。
⸻
VOC極低
符合環保法規。
⸻
可客製化設計
配方自由度高。
⸻
水性PU膠的限制
成本較高
高於EVA與PVAc系統。
⸻
乾燥速度較慢
受環境影響較大。
⸻
製程控制較複雜
需注意乾燥與成膜條件。
⸻
部分系統需搭配硬化劑
以提升耐久性能。
⸻
鞋材產業中的應用
Upper Lamination
鞋面貼合
⸻
Sole Bonding
鞋底接著
⸻
Functional Footwear
功能鞋材
⸻
紡織產業中的應用
Fabric Lamination
布料貼合
⸻
Outdoor Textile
戶外布料
⸻
Functional Garment
機能服飾
⸻
汽車產業中的應用
Interior Lamination
內裝貼合
⸻
Seat Assembly
座椅材料
⸻
Acoustic Material
隔音材料
⸻
電子材料中的應用
Flexible Film
功能膜
⸻
Display Material
顯示材料
⸻
Battery Material
電池材料
⸻
重要數據或表格
水性PU膠典型性能
項目 範圍
固成分 30~60%
粒徑 20~300 nm
VOC 極低
pH值 6~9
延伸率 200~1000%
⸻
性能評估
性能 表現
柔韌性 ★★★★★
韌性 ★★★★★
耐磨耗 ★★★★★
耐水解 ★★★★☆
耐候性 ★★★★☆
⸻
主要應用
領域 用途
鞋材 接著膠
紡織 貼合膠
汽車 內裝膠
電子 功能膜
軟包裝 複合膠
⸻
與接著工程的關係
Waterborne Polyurethane Adhesive與以下技術高度相關：
Polyurethane Dispersion
↓
Microphase Separation
↓
Film Formation
↓
Crosslinking
↓
Toughness
↓
Abrasion Resistance
↓
Durability
↓
Bond Strength
⸻
水性PU技術是高性能水性接著工程的重要代表。
⸻
常見應用
Footwear Adhesive
鞋材接著
⸻
Textile Lamination
紡織貼合
⸻
Automotive Interior
汽車內裝
⸻
Functional Film
功能膜
⸻
Electronic Material
電子材料
⸻
Flexible Packaging
軟包裝
⸻
Industrial Lamination
工業貼合
⸻
相關名詞
• Polyurethane Adhesive（聚氨酯接著劑）
• Polyurethane Dispersion（聚氨酯分散體）
• Polyester Polyol（聚酯多元醇）
• Polyether Polyol（聚醚多元醇）
• Polycarbonate Polyol（聚碳酸酯多元醇）
• Crosslinking（交聯）
• Film Formation（成膜）
• Abrasion Resistance（耐磨耗性）
• Toughness（韌性）
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
⸻
FAQ
Q1：水性PU膠是否能取代溶劑型PU？
許多應用已成功替代。
高端用途仍需依性能需求評估。
⸻
Q2：水性PU與水性壓克力最大的差異是什麼？
水性PU通常具有更高韌性與耐磨耗性。
⸻
Q3：水性PU需要硬化劑嗎？
部分高性能系統會搭配交聯劑使用。
⸻
Q4：水性PU適合鞋材嗎？
非常適合。
目前已成為運動鞋與功能鞋的重要接著技術。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，水性PU最大的技術價值來自性能平衡能力。
其兼具柔韌性、強度與耐久性。
因此能應對反覆彎折、衝擊與長期使用環境。
然而水性PU成功與否。
往往取決於成膜品質與交聯設計。
若乾燥條件不足。
即使樹脂性能優異。
仍可能產生耐水性不足、剝離強度下降或長期可靠度問題。
因此製程設計與配方設計同樣重要。
⸻
延伸閱讀
• 第070篇｜成膜（Film Formation）
• 第130篇｜交聯密度（Crosslink Density）
• 第180篇｜耐老化性（Aging Resistance）
• 第202篇｜水性接著劑（Waterborne Adhesive）
• 第216篇｜聚氨酯接著劑（Polyurethane Adhesive）
• 第217篇｜濕氣反應型PU接著劑（Moisture Cure PU Adhesive）
• 第223篇｜聚酯接著劑（Polyester Adhesive）
• 第224篇｜聚醚接著劑（Polyether Adhesive）
• 第225篇｜聚碳酸酯接著劑（Polycarbonate Adhesive）
⸻
參考文獻
1. ASTM D907 – Standard Terminology of Adhesives.
2. Handbook of Polyurethane Dispersions.
3. Waterborne Polyurethanes: Synthesis and Applications.
4. Polyurethane Dispersion Technology.
5. Advances in Waterborne Polyurethane Adhesives.
6. Journal of Adhesion.
7. International Journal of Adhesion and Adhesives.
8. Polymer.
9. Macromolecules.
10. Progress in Polymer Science.
Waterborne Polyurethane Adhesive（Waterborne Polyurethane Adhesive）
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一句話定義
水性PU膠（Waterborne Polyurethane Adhesive）是以聚氨酯分散體（Polyurethane Dispersion, PUD）為基礎，利用水作為分散介質所製成的接著系統，兼具優異柔韌性、耐磨耗性、耐水解性、環保性與高接著性能，廣泛應用於鞋材、紡織、汽車內裝、軟包裝、電子材料與功能膜貼合領域。
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為什麼重要
聚氨酯（PU）長期被視為接著工程的重要核心材料。
其具備優異的：
• 接著力（Adhesion）
• 韌性（Toughness）
• 耐磨耗性（Abrasion Resistance）
• 耐疲勞性（Fatigue Resistance）
然而傳統溶劑型PU膠通常含有大量有機溶劑。
隨著環保法規持續趨嚴。
聚氨酯技術逐漸朝水性化發展。
目前高階鞋材、汽車內裝、紡織貼合與電子材料產業。
皆已大量導入PUD技術。
在高性能水性接著劑領域。
Waterborne PU被認為是最具技術含量的系統之一。
⸻
基本原理
水性PU膠的核心材料為：
Polyurethane Dispersion
（PUD）
⸻
其製備流程如下：
Polyol
• ●
Isocyanate
↓
Prepolymer Formation
↓
Neutralization
↓
Dispersion in Water
↓
Polyurethane Dispersion
↓
Waterborne PU Adhesive
⸻
最終形成奈米級聚氨酯粒子。
均勻分散於水中。
⸻
聚氨酯結構
PU主要由：
Soft Segment
軟鏈段
⸻
提供：
• 柔韌性
• 低溫性能
• 延伸率
⸻
Hard Segment
硬鏈段
⸻
提供：
• 強度
• 耐熱性
• 耐磨耗性
⸻
兩者共同構成：
Microphase Separation
（微相分離結構）
⸻
此結構是PU高性能的重要來源。
⸻
水性PU成膜機制
接著形成過程如下：
Water Evaporation
↓
Particle Packing
↓
Particle Deformation
↓
Coalescence
↓
Film Formation
↓
Adhesion Development
⸻
形成連續聚氨酯膜層。
⸻
此過程與水性壓克力相似。
但最終膜層性能通常更高。
⸻
PUD分類
依離子型態可分為：
Anionic PUD
陰離子型
⸻
目前市場主流。
⸻
Cationic PUD
陽離子型
⸻
適用特殊基材。
⸻
Nonionic PUD
非離子型
⸻
耐電解質性能佳。
⸻
依聚醇分類
Polyester PUD
聚酯型PU
⸻
高強度。
⸻
高耐磨耗。
⸻
Polyether PUD
聚醚型PU
⸻
高耐水解。
⸻
Polycarbonate PUD
聚碳酸酯型PU
⸻
高耐久性。
⸻
Bio-Based PUD
生質型PU
⸻
符合永續發展趨勢。
⸻
聚酯型與聚醚型比較
項目 Polyester PU Polyether PU
強度 高 中高
耐磨耗 高 中
耐水解 中 高
耐候性 中高 高
成本 中 中
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水性PU與水性壓克力比較
項目 Waterborne PU Waterborne Acrylic
柔韌性 高 中
耐磨耗 高 中
韌性 高 中
耐候性 高 高
成本 較高 較低
⸻
水性PU與溶劑型PU比較
項目 Waterborne PU Solvent PU
VOC 極低
安全性 高
環保性 高
初期強度 中
項目 Solvent PU
VOC 高
安全性 中
環保性 較低
初期強度 高
⸻
交聯技術的重要性
許多高性能水性PU膠。
會搭配：
Isocyanate Crosslinker
異氰酸酯硬化劑
⸻
Carbodiimide Crosslinker
碳二亞胺硬化劑
⸻
Aziridine Crosslinker
氮丙啶硬化劑
⸻
提高：
• 耐熱性
• 耐水性
• 耐溶劑性
⸻
水性PU膠的優勢
高柔韌性
適合動態應力環境。
⸻
高耐磨耗性
適合鞋材與紡織。
⸻
優異耐疲勞性
適合反覆彎折。
⸻
耐水解性能佳
聚醚與聚碳酸酯型尤為突出。
⸻
VOC極低
符合環保法規。
⸻
可客製化設計
配方自由度高。
⸻
水性PU膠的限制
成本較高
高於EVA與PVAc系統。
⸻
乾燥速度較慢
受環境影響較大。
⸻
製程控制較複雜
需注意乾燥與成膜條件。
⸻
部分系統需搭配硬化劑
以提升耐久性能。
⸻
鞋材產業中的應用
Upper Lamination
鞋面貼合
⸻
Sole Bonding
鞋底接著
⸻
Functional Footwear
功能鞋材
⸻
紡織產業中的應用
Fabric Lamination
布料貼合
⸻
Outdoor Textile
戶外布料
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Functional Garment
機能服飾
⸻
汽車產業中的應用
Interior Lamination
內裝貼合
⸻
Seat Assembly
座椅材料
⸻
Acoustic Material
隔音材料
⸻
電子材料中的應用
Flexible Film
功能膜
⸻
Display Material
顯示材料
⸻
Battery Material
電池材料
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重要數據或表格
水性PU膠典型性能
項目 範圍
固成分 30~60%
粒徑 20~300 nm
VOC 極低
pH值 6~9
延伸率 200~1000%
⸻
性能評估
性能 表現
柔韌性 ★★★★★
韌性 ★★★★★
耐磨耗 ★★★★★
耐水解 ★★★★☆
耐候性 ★★★★☆
⸻
主要應用
領域 用途
鞋材 接著膠
紡織 貼合膠
汽車 內裝膠
電子 功能膜
軟包裝 複合膠
⸻
與接著工程的關係
Waterborne Polyurethane Adhesive與以下技術高度相關：
Polyurethane Dispersion
↓
Microphase Separation
↓
Film Formation
↓
Crosslinking
↓
Toughness
↓
Abrasion Resistance
↓
Durability
↓
Bond Strength
⸻
水性PU技術是高性能水性接著工程的重要代表。
⸻
常見應用
Footwear Adhesive
鞋材接著
⸻
Textile Lamination
紡織貼合
⸻
Automotive Interior
汽車內裝
⸻
Functional Film
功能膜
⸻
Electronic Material
電子材料
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Flexible Packaging
軟包裝
⸻
Industrial Lamination
工業貼合
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相關名詞
• Polyurethane Adhesive（聚氨酯接著劑）
• Polyurethane Dispersion（聚氨酯分散體）
• Polyester Polyol（聚酯多元醇）
• Polyether Polyol（聚醚多元醇）
• Polycarbonate Polyol（聚碳酸酯多元醇）
• Crosslinking（交聯）
• Film Formation（成膜）
• Abrasion Resistance（耐磨耗性）
• Toughness（韌性）
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
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FAQ
Q1：水性PU膠是否能取代溶劑型PU？
許多應用已成功替代。
高端用途仍需依性能需求評估。
⸻
Q2：水性PU與水性壓克力最大的差異是什麼？
水性PU通常具有更高韌性與耐磨耗性。
⸻
Q3：水性PU需要硬化劑嗎？
部分高性能系統會搭配交聯劑使用。
⸻
Q4：水性PU適合鞋材嗎？
非常適合。
目前已成為運動鞋與功能鞋的重要接著技術。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，水性PU最大的技術價值來自性能平衡能力。
其兼具柔韌性、強度與耐久性。
因此能應對反覆彎折、衝擊與長期使用環境。
然而水性PU成功與否。
往往取決於成膜品質與交聯設計。
若乾燥條件不足。
即使樹脂性能優異。
仍可能產生耐水性不足、剝離強度下降或長期可靠度問題。
因此製程設計與配方設計同樣重要。
⸻
延伸閱讀
• 第070篇｜成膜（Film Formation）
• 第130篇｜交聯密度（Crosslink Density）
• 第180篇｜耐老化性（Aging Resistance）
• 第202篇｜水性接著劑（Waterborne Adhesive）
• 第216篇｜聚氨酯接著劑（Polyurethane Adhesive）
• 第217篇｜濕氣反應型PU接著劑（Moisture Cure PU Adhesive）
• 第223篇｜聚酯接著劑（Polyester Adhesive）
• 第224篇｜聚醚接著劑（Polyether Adhesive）
• 第225篇｜聚碳酸酯接著劑（Polycarbonate Adhesive）
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參考文獻
1. ASTM D907 – Standard Terminology of Adhesives.
2. Handbook of Polyurethane Dispersions.
3. Waterborne Polyurethanes: Synthesis and Applications.
4. Polyurethane Dispersion Technology.
5. Advances in Waterborne Polyurethane Adhesives.
6. Journal of Adhesion.
7. International Journal of Adhesion and Adhesives.
8. Polymer.
9. Macromolecules.
10. Progress in Polymer Science.
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