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热塑性弹性体面面观

3. 热塑性弹性体的运用案例

蔡宏斌  国立清华大学化工博士

             国立宜兰大学化材系教授

             雅得近显股份有限公司技术长

允拓橡皮擦的故事

允拓公司林建兴先生[注]办公室的白板上写着两行字：

没有外犯，国恒亡。

没有危机意识，就有存在问题。

这是历史上常常出现的写照。对着那两行字，林先生问道：「蔡博士，你认为研究跟开发有什么区别呢？」

「研究是要找寻产品或创造产品，而开发是设法让产品商业化。」

林先生笑着说：「你的想法就是搔不到痒处。研究只是让自己一个人高兴，而开发却是可让很多人高兴的。」

他提醒了我，研究开发离不开消费者的喜爱性。回忆起允拓公司开发橡皮擦的事件，心中不禁一阵温暖。

事件的开始就是生存问题。那已是三十多年前的故事了。

林先生问道：「蔡博士，你知不知道卖什么东西最好赚？」

我笑着说：「做晶片应该是最好赚吧！」

「不对，卖水最好赚！ 你知道吗？ 我的朋友卖果汁产品，他从美国进口水果粉，每吨1-2万，加水冲泡成10万罐，每罐2-30元，你看多好赚！」

「同意。可是你不做饮料啊！」

「我发现还有一个可能很赚钱的东西，那就是石粉。碳酸钙粉1公斤才5毛钱。」

注：林建兴先生为允拓材料科技股份有限公司创办人。

于是乎允拓公司启动了使用到石粉的橡皮擦计画。如之前所述，早期擦去铅笔笔迹所用的材质为天然橡胶。天然橡胶为热固性，加工成形性差。有人利用PVC(聚氯乙烯)加可塑剂以及碳酸钙粉制成擦拭性优异的橡皮擦块。这么好又便宜的产品如何取代之？或许环保议题有机会。另一有竞争力的选项为加工成型性。所以明确的目标就是「可射出成型的非PVC橡皮擦」。碳酸钙粉加上橡胶就可有铅笔迹擦拭性，但不准使用软质PVC，于是乎仅能选择热塑性弹性体(TPE)了。

TPU性质广泛，但太贵了，搞不出竞争力。离子聚合体，TPO，TPV，TPEE以及TPAE也不甚适合，那就只剩苯乙烯系段式共聚合体了。

那时，市面出现了一种有趣的玩具：魔术章鱼。这是一种由高分子量SEBS粉与白蜡油混合加热成溶液后灌进模具而制成。此种材质的黏性与变形后的缓慢回复性绝佳。有点像未硫化的天然橡胶。于是，允拓以此系统为基础进行研发可射出成型的非PVC橡皮擦。铅笔迹擦拭性可由SEBS、白蜡油与碳酸钙的比例来调整。射出成型性就参考了TPO的概念，以聚烯烃与之掺合形成物理交连。这已然为多变数函数。这么多变数，我直觉应该采用实验计画法或许比较有效率。

实验计画法还没完善设计出来，林先生已兴奋地展示出他所开发出的样品：「我已试出不错的配方了！不过礼拜天差点把家里的厨房烧了。」

「怎么回事？」

「煮太多锅了。那天有点累了，打个盹，没想到就烧起来了。」

念书时，每做一次化学实验往往戏称煮了一锅。以SEBS与白蜡油的配料来说，在高分子的实验室里所用的滚筒、混合机、烧杯、烧瓶与搅拌机等装备确实不如以瓦斯炉烧不锈钢平底锅那么方便，但有起燃的危险性。那时的许多小企业老板都相当克难，林先生就是典型例子。

我不禁问道：「你到底煮了几锅？」

「不知道耶，反正就要找出擦拭性及成型性优异的配方，不好的重新煮就是了。」

于是乎第一代的雏型就出来了。用手工先割成橡皮擦块，以环保诉求介绍给客户。结果竟然没人愿意买单！既然配方已出来了，想办法卖就是了。林先生就是典型的生意囝。其实，唯一问题点就是比较贵而已。找来找去，我们发现铅笔的橡皮头似乎是个标的物。其一，以软质PVC制造橡皮头不易且不甚划算。其二，传统的硫化天然橡胶所制橡皮头的擦拭性不佳。利用射出成型似乎可降低单颗橡皮头的成本。所以允拓就开始制造模具，随即量产非PVC橡皮头。果然，便宜就是王道，再加上优异的擦拭性，允拓将非PVC橡皮头的生意拓展到世界各地。初时，各厂家铅笔的橡皮头的尺寸或有不同；魔鬼都藏在细节里！你不可能拥抱所有的厂家，但你可以让多数厂家来拥抱你的产品。允拓也开发组装铅笔所用的铝箍，其尺寸就是适用自己所生产的橡皮头。当铅笔制造商使用允拓的橡皮头加上铝箍，组装的问题就少了。市场迅速拓展，1990年代，允拓已在(全球)橡皮头市场的占有率达到约80%。

灵感来自玩具材料，自家厨房炼成第一代配方，
融合 SEBS 黏弹性与 TPO 射出性，打造非PVC环保橡皮擦新世代。

 

橡皮头 / 皮头

 

 

橡皮擦的市场中，用量最大者为橡皮块。运用原来的橡皮头配方当然也可制造橡皮块，问题是主要原料之一的SEBS，其价格太高。 1990年代，台湾已有橡胶公司开始生产SBS，其价格相当具有竞争力。允拓开始以SBS取代部份SEBS来开发橡皮块。没多久，擦拭性与加工性的技术难点都解决了。可是，新配方出现了新问题：劣化与变色。无疑的，SBS的不饱和双键是造成劣化与变色的主要原因。如何解决？添加抗氧化剂与紫外线安定剂就有机会解决。抗氧化剂比较便宜，用量多一点可接受。所以主要评估点就是紫外线安定剂含量对橡皮块安定性的影响。

林先生：「蔡博士，怎么评估安定性？」

「实验室里常用的是加速老化: 1. 把样品放在高温烘箱中一段时间​​后，再测试其性质，这样可评估出热安定性。2. 再以紫外线灯管照射样品一段时间后，观察颜色变化或测其光谱，概略可评估出光安定性。」

「晒太阳有效吗？」

「其实，晒太阳比较接近实际评估。」

于是，林先生很快地准备了各式配方的橡皮块，就放置在办公室窗外晒太阳。

林先生问道：「蔡博士，橡皮擦要撑多久才算数？」

「你觉得一块橡皮块会用多久？」

「通路商说他们的橡皮块摆货期应不会超过两年，一般消费者买了橡皮块通常三年后不会再客诉。」

「由于橡皮块大多处于室内环境。所以窗外晒太阳就像加速老化，以能撑过一两年者就算过关。」

经一两年的观察，结果令人满意。允拓也成功推出自己的橡皮块产品。

「晒两年才算过关！」—— 真实环境最诚实
为解决SBS橡皮块变色问题，实测不同安定剂含量，办公室窗外成了加速老化场，最终成功推出稳定耐用的配方。

 

橡皮塊 / 切塊橡擦

 

有了可射出成型的不含PVC橡皮擦配方，允拓也积极开发一些造型橡皮擦。一些加工厂常以他们所开的模具数自豪。林先生：「我们的模具虽然没有太多，可是我们的组件有不同的颜色，所组成的产品数也是很多啊！」于是乎陆续开发出各种系列的造型橡皮擦。印象比较深刻的有恐龙系列，野生动物系列，足球，棒球系列，拼图系列，蔬果系列等等。恍惚中，岁月已然过了三十多年。

期间，林先生还提了押出成型比射出成型所用的料更多。换言之，其产能可以更大。有些橡皮块就利用押出成型后裁切而制成。若用多色押出再裁切，则可制造特别的造型橡皮擦，如下图左边产品便是。

造型橡皮擦

 

 

握笔套材料与握笔器

有一天，林先生大发奇想：「允拓有运用外来的材料、有配制材料、有代理材料，可是好像没有自己真正(注册商标)的材料哩！」

「开发新材料可是个大工程！」

「蔡博士，你不要误会。我们没有要开发新树脂。像Santoprene这种新制程所得的新材料是我们可以取法学习的。」

「允拓有许多配方，或许找出一种特殊应用产品，再调配好一点，然后去注册商标，推广出去就可成为自己的材料。」

「这个可行，许多文具厂反应现有的握笔套有些缺点: 橡胶制的尺寸常会跑掉，触感不怎么好。矽酮制的可透明，弹性感比较好，但是相当贵。」

「那就从透明的开始。其实，橡皮擦的材质与有些握笔套的触感类似，只要不用碳酸钙，就有机会调成透明。」

允拓进入了自有材料的研发。有一天，林先生：「蔡博士，我发现一个有趣的现象。经过捏练，我们的材料变得更有弹性了！你知道这是怎么回事？」

「这是个有趣的现象。捏练最早出现于天然橡胶的加工，初时，公认比较有效者为Banbury捏练机（Banbury mixer）。天然橡胶块在捏练时，除了混入各种添加剂外，剪切力也将天然橡胶分子的聚合度降低，有利于后续的混合与成形。可是，还有一种截然不同的案例：以前有人利用PVC（聚氯乙烯）来押制浪板。浪板要求挺性，也就是刚性，他听说DOP（邻苯二甲酸二辛酯）可塑剂，会大幅降低PVC的硬度，于是在生产过程中大幅降低DOP用量。结果他押出的浪板没用多久就塌平了。此因PVC还是需要一些DOP让PVC粉有效的胶化。在加工时，DOP在剪切力的作用下可有效渗入PVC粉，使得押出物具有合理的物性。」

「所以捏练可让白蜡油有效渗入SEBS中？」

「应该如是。其实，这还牵涉到另一项观念：凝胶(gel)。有些凝胶中，高分子链有效纠缠，使其黏度无限大，以是形成弹性。SEBS在白蜡油中加热可溶，但本身已然纠缠在一起。仅是加热溶解，SEBS分子链往往不一定能完全展开。如若在加热时予以捏练，白蜡油就有机会有效的让分子链完全展开。」

「所以配料时要精准控制，不让分子链断裂，但让其有效被展开。」

「没错！这是需要苦功的。」

「允拓的最大优点就是肯下功夫。」

于是，一系列性质广泛的TPE配方材料出炉了，注册商标为LINK-PLUS®。材质从透明到各种色系，从超软(Shore A 15)到一般硬度如Shore A 80，以及各种触感大都含括了。当然，多数客户重视的是产品而非材料。允拓也曾经开发过垫子，垫圈等弹性体成品或零件。最成功的就是握笔套。

 

本文谨献给我的好朋友林建兴先生。 2025.06.24