上篇我們已談及熱塑性彈性體的性質、加工與應用。本篇，我們將深入解析熱塑性彈性體的運用案例！
熱塑性彈性體的運用案例 (3/3)
一、 從天然橡膠到熱塑性彈性體
蔡宏斌 國立清華大學化工博士
國立宜蘭大學化材系教授
雅得近顯股份有限公司技術長
允拓橡皮擦的故事
允拓公司林建興先生[註]辦公室的白板上寫著兩行字：
沒有外犯，國恆亡。
沒有危機意識，就有存在問題。
這是歷史上常常出現的寫照。對著那兩行字，林先生問道：「蔡博士，你認為研究跟開發有什麼區別呢？」
「研究是要找尋產品或創造產品，而開發是設法讓產品商業化。」
林先生笑著說：「你的想法就是搔不到癢處。研究只是讓自己一個人高興，而開發卻是可讓很多人高興的。」
他提醒了我，研究開發離不開消費者的喜愛性。回憶起允拓公司開發橡皮擦的事件，心中不禁一陣溫暖。
事件的開始就是生存問題。那已是三十多年前的故事了。
林先生問道：「蔡博士，你知不知道賣什麼東西最好賺？」
我笑著說：「做晶片應該是最好賺吧！」
「不對，賣水最好賺！ 你知道嗎？ 我的朋友賣果汁產品，他從美國進口水果粉，每噸1-2萬，加水沖泡成10萬罐，每罐2-30元，你看多好賺！」
「同意。可是你不做飲料啊！」
「我發現還有一個可能很賺錢的東西，那就是石粉。碳酸鈣粉1公斤才5毛錢。」
註：林建興先生為允拓材料科技股份有限公司創辦人。
於是乎允拓公司啟動了使用到石粉的橡皮擦計畫。如之前所述，早期擦去鉛筆筆跡所用的材質為天然橡膠。天然橡膠為熱固性，加工成形性差。有人利用PVC(聚氯乙烯)加可塑劑以及碳酸鈣粉製成擦拭性優異的橡皮擦塊。這麼好又便宜的產品如何取代之？或許環保議題有機會。另一有競爭力的選項為加工成型性。所以明確的目標就是「可射出成型的非PVC橡皮擦」。碳酸鈣粉加上橡膠就可有鉛筆跡擦拭性，但不准使用軟質PVC，於是乎僅能選擇熱塑性彈性體(TPE)了。
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TPU性質廣泛，但太貴了，搞不出競爭力。離子聚合體，TPO，TPV，TPEE以及TPAE也不甚適合，那就只剩苯乙烯系段式共聚合體了。
那時，市面出現了一種有趣的玩具：魔術章魚。這是一種由高分子量SEBS粉與白蠟油混合加熱成溶液後灌進模具而製成。此種材質的黏性與變形後的緩慢回復性絕佳。有點像未硫化的天然橡膠。於是，允拓以此系統為基礎進行研發可射出成型的非PVC橡皮擦。鉛筆跡擦拭性可由SEBS、白蠟油與碳酸鈣的比例來調整。射出成型性就參考了TPO的概念，以聚烯烴與之摻合形成物理交連。這已然為多變數函數。這麼多變數，我直覺應該採用實驗計畫法或許比較有效率。
實驗計畫法還沒完善設計出來，林先生已興奮地展示出他所開發出的樣品：「我已試出不錯的配方了！不過禮拜天差點把家裡的廚房燒了。」
「怎麼回事？」
「煮太多鍋了。那天有點累了，打個盹，沒想到就燒起來了。」
唸書時，每做一次化學實驗往往戲稱煮了一鍋。以SEBS與白蠟油的配料來說，在高分子的實驗室裡所用的滾筒、混合機、燒杯、燒瓶與攪拌機等裝備確實不如以瓦斯爐燒不銹鋼平底鍋那麼方便，但有起燃的危險性。那時的許多小企業老闆都相當克難，林先生就是典型例子。
我不禁問道：「你到底煮了幾鍋？」
「不知道耶，反正就要找出擦拭性及成型性優異的配方，不好的重新煮就是了。」
於是乎第一代的雛型就出來了。用手工先割成橡皮擦塊，以環保訴求介紹給客戶。結果竟然沒人願意買單！既然配方已出來了，想辦法賣就是了。林先生就是典型的生意囝。其實，唯一問題點就是比較貴而已。找來找去，我們發現鉛筆的橡皮頭似乎是個標的物。其一，以軟質PVC製造橡皮頭不易且不甚划算。其二，傳統的硫化天然橡膠所製橡皮頭的擦拭性不佳。利用射出成型似乎可降低單顆橡皮頭的成本。所以允拓就開始製造模具，隨即量產非PVC橡皮頭。果然，便宜就是王道，再加上優異的擦拭性，允拓將非PVC橡皮頭的生意拓展到世界各地。初時，各廠家鉛筆的橡皮頭的尺寸或有不同；魔鬼都藏在細節裡！你不可能擁抱所有的廠家，但你可以讓多數廠家來擁抱你的產品。允拓也開發組裝鉛筆所用的鋁箍，其尺寸就是適用自己所生產的橡皮頭。當鉛筆製造商使用允拓的橡皮頭加上鋁箍，組裝的問題就少了。市場迅速拓展，1990年代，允拓已在(全球)橡皮頭市場的佔有率達到約80%。
靈感來自玩具材料，自家廚房煉成第一代配方，融合 SEBS 黏彈性與 TPO 射出性，打造非PVC環保橡皮擦新世代。
橡皮頭 / 皮頭
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橡皮擦的市場中，用量最大者為橡皮塊。運用原來的橡皮頭配方當然也可製造橡皮塊，問題是主要原料之一的SEBS，其價格太高。1990年代，台灣已有橡膠公司開始生產SBS，其價格相當具有競爭力。允拓開始以SBS取代部份SEBS來開發橡皮塊。沒多久，擦拭性與加工性的技術難點都解決了。可是，新配方出現了新問題：劣化與變色。無疑的，SBS的不飽和雙鍵是造成劣化與變色的主要原因。如何解決？添加抗氧化劑與紫外線安定劑就有機會解決。抗氧化劑比較便宜，用量多一點可接受。所以主要評估點就是紫外線安定劑含量對橡皮塊安定性的影響。
林先生：「蔡博士，怎麼評估安定性？」
「實驗室裡常用的是加速老化: 1. 把樣品放在高溫烘箱中一段時間後，再測試其性質，這樣可評估出熱安定性。2. 再以紫外線燈管照射樣品一段時間後，觀察顏色變化或測其光譜，概略可評估出光安定性。」
「曬太陽有效嗎？」
「其實，曬太陽比較接近實際評估。」
於是，林先生很快地準備了各式配方的橡皮塊，就放置在辦公室窗外曬太陽。
林先生問道：「蔡博士，橡皮擦要撐多久才算數？」
「你覺得一塊橡皮塊會用多久？」
「通路商說他們的橡皮塊擺貨期應不會超過兩年，一般消費者買了橡皮塊通常三年後不會再客訴。」
「由於橡皮塊大多處於室內環境。所以窗外曬太陽就像加速老化，以能撐過一兩年者就算過關。」
經一兩年的觀察，結果令人滿意。允拓也成功推出自己的橡皮塊產品。
「曬兩年才算過關！」—— 真實環境最誠實
為解決SBS橡皮塊變色問題，實測不同安定劑含量，辦公室窗外成了加速老化場，最終成功推出穩定耐用的配方。
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橡皮塊 / 切塊橡擦
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有了可射出成型的不含PVC橡皮擦配方，允拓也積極開發一些造型橡皮擦。一些加工廠常以他們所開的模具數自豪。林先生：「我們的模具雖然沒有太多，可是我們的組件有不同的顏色，所組成的產品數也是很多啊！」於是乎陸續開發出各種系列的造型橡皮擦。印象比較深刻的有恐龍系列，野生動物系列，足球，棒球系列，拼圖系列，蔬果系列等等。恍惚中，歲月已然過了三十多年。
期間，林先生還提了押出成型比射出成型所用的料更多。換言之，其產能可以更大。有些橡皮塊就利用押出成型後裁切而製成。若用多色押出再裁切，則可製造特別的造型橡皮擦，如下圖左邊產品便是。/003.png?3813)
造型橡皮擦
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握筆套材料與握筆器
有一天，林先生大發奇想：「允拓有運用外來的材料、有配製材料、有代理材料，可是好像沒有自己真正(註冊商標)的材料哩！」
「開發新材料可是個大工程！」
「蔡博士，你不要誤會。我們沒有要開發新樹脂。像Santoprene這種新製程所得的新材料是我們可以取法學習的。」
「允拓有許多配方，或許找出一種特殊應用產品，再調配好一點，然後去註冊商標，推廣出去就可成為自己的材料。」
「這個可行，許多文具廠反應現有的握筆套有些缺點: 橡膠製的尺寸常會跑掉，觸感不怎麼好。矽酮製的可透明，彈性感比較好，但是相當貴。」
「那就從透明的開始。其實，橡皮擦的材質與有些握筆套的觸感類似，只要不用碳酸鈣，就有機會調成透明。」
允拓進入了自有材料的研發。有一天，林先生：「蔡博士，我發現一個有趣的現象。經過捏練，我們的材料變得更有彈性了！你知道這是怎麼回事？」
「這是個有趣的現象。捏練最早出現於天然橡膠的加工，初時，公認比較有效者為Banbury捏練機（Banbury mixer）。天然橡膠塊在捏練時，除了混入各種添加劑外，剪切力也將天然橡膠分子的聚合度降低，有利於後續的混合與成形。可是，還有一種截然不同的案例：以前有人利用PVC（聚氯乙烯）來押製浪板。浪板要求挺性，也就是剛性，他聽說DOP（鄰苯二甲酸二辛酯）可塑劑，會大幅降低PVC的硬度，於是在生產過程中大幅降低DOP用量。結果他押出的浪板沒用多久就塌平了。此因PVC還是需要一些DOP讓PVC粉有效的膠化。在加工時，DOP在剪切力的作用下可有效滲入PVC粉，使得押出物具有合理的物性。」
「所以捏練可讓白蠟油有效滲入SEBS中？」
「應該如是。其實，這還牽涉到另一項觀念：凝膠(gel)。有些凝膠中，高分子鏈有效糾纏，使其黏度無限大，以是形成彈性。SEBS在白蠟油中加熱可溶，但本身已然糾纏在一起。僅是加熱溶解，SEBS分子鏈往往不一定能完全展開。如若在加熱時予以捏練，白蠟油就有機會有效的讓分子鏈完全展開。」
「所以配料時要精準控制，不讓分子鏈斷裂，但讓其有效被展開。」
「沒錯！這是需要苦功的。」
「允拓的最大優點就是肯下功夫。」
於是，一系列性質廣泛的TPE配方材料出爐了，註冊商標為LINK-PLUS®。材質從透明到各種色系，從超軟(Shore A 15)到一般硬度如Shore A 80，以及各種觸感大都含括了。當然，多數客戶重視的是產品而非材料。允拓也曾經開發過墊子，墊圈等彈性體成品或零件。最成功的就是握筆套。
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本文謹獻給我的好朋友林建興先生。2025.06.24
