人造板膠黏劑的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)

唐曉紅，毛雅君

(1.河南教育學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)院，河南 鄭州 451150)

人造板膠黏劑的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)

唐曉紅1，毛雅君2

(1.河南教育學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)院，河南 鄭州 451150)

闡述了人造板膠黏劑的起源、類(lèi)型及其應(yīng)用，總結(jié)了各類(lèi)人造板膠黏劑的優(yōu)缺點(diǎn)并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案.根據(jù)相關(guān)行業(yè)的要求，還對(duì)人造板膠黏劑的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了相應(yīng)的預(yù)測(cè)，期望能夠?yàn)槠涫褂煤桶l(fā)展提供借鑒.

人造板；膠黏劑；研究進(jìn)展；發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和人們生活水平的提高，無(wú)論在工業(yè)制造上還是生活用品及裝飾品中，膠黏劑在木材產(chǎn)品上的應(yīng)用范圍已經(jīng)越來(lái)越廣泛，我國(guó)也逐漸成為世界膠黏劑行業(yè)生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó). 在我國(guó)木材工業(yè)高速發(fā)展的帶動(dòng)下，人造板膠黏劑的出現(xiàn)在節(jié)省木制品原料和簡(jiǎn)化木制品加工程序等方面發(fā)揮了積極的作用，同時(shí)，人造板膠黏劑的不斷發(fā)展又反過(guò)來(lái)帶動(dòng)著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng). 人造板膠黏劑的合成技術(shù)在不斷地提高，膠黏劑使用的領(lǐng)域也更加廣泛，市場(chǎng)前景廣闊.

1 人造板膠黏劑的類(lèi)型及其應(yīng)用

人造板膠黏劑的類(lèi)型很多，而各種膠黏劑又有著各自的優(yōu)勢(shì)和缺陷. 以下將針對(duì)人造板膠黏劑中的脲醛(Urea-formaldehyde，UF)樹(shù)脂膠黏劑、酚醛(Phenol-formaldehyde ，PF)樹(shù)脂膠黏劑、三聚氰胺-甲醛(Melamine-formaldehyde，MF)樹(shù)脂膠黏劑以及聚氨酯(Polyurethane，PU)膠黏劑的應(yīng)用一一介紹.目前世界人造板的產(chǎn)量達(dá)到2.23×109m3[1]. 木材工業(yè)人造板三大用膠指的是脲醛樹(shù)脂膠黏劑、酚醛樹(shù)脂膠黏劑以及三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂膠黏劑，它們通常被簡(jiǎn)稱為三醛類(lèi)膠黏劑. 人造板膠黏劑除了上述中的三醛類(lèi)膠黏劑以外，還有熱塑性樹(shù)脂膠黏劑和聚氨酯類(lèi)膠黏劑.

1.1 脲醛(UF)樹(shù)脂膠黏劑

脲醛樹(shù)脂膠黏劑耗資不高，生產(chǎn)流程相對(duì)來(lái)說(shuō)也很簡(jiǎn)單，此外使用起來(lái)也很便捷， 而且顏色特別淺，不會(huì)污染到制品，膠接性能相對(duì)來(lái)說(shuō)也很優(yōu)良，因此它被認(rèn)為是目前應(yīng)用最廣泛的人造板膠黏劑. 盡管如此，在使用脲醛樹(shù)脂膠黏劑時(shí)也普遍存在著許多困難，其中有兩大突出問(wèn)題. 第一大問(wèn)題是使用過(guò)程中釋放出來(lái)的甲醛氣體嚴(yán)重污染了環(huán)境，甲醛的毒性較高可以致癌和致畸，在我國(guó)的有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上，居于第2位[2]. 甲醛對(duì)人體及環(huán)境造成的危害可謂非常嚴(yán)重，因此降低甲醛氣體的釋放量對(duì)研究者來(lái)說(shuō)已成為一個(gè)必備話題. 近年來(lái)研究者[3-5]對(duì)降低脲醛樹(shù)脂膠黏劑中甲醛氣體的釋放量進(jìn)行了更深一層的探索，并提出了以下解決方法：①降低甲醛與尿素含量的摩爾比值是使脲醛樹(shù)脂膠黏劑毒性降低最有效果的方法；②把三聚氰胺等與甲醛共縮聚，不僅能夠減少脲醛樹(shù)脂膠黏產(chǎn)品中游離甲醛的釋放量，同時(shí)也可以使其力學(xué)性能穩(wěn)定不變；③在脲醛樹(shù)脂膠黏劑的制備過(guò)程中，如果加入甲醛捕捉劑也能夠達(dá)到減少甲醛釋放量的目的. 第二大問(wèn)題是脲醛樹(shù)脂的耐水性差，其中在沸水中的性能特別差. 大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，可采用如下方法來(lái)提高其耐水性能：①加入改性劑并進(jìn)行共聚、共混以改變脲醛樹(shù)脂的耐水性能[6-9]；②在脲醛樹(shù)脂的制備過(guò)程中加入耐水性的化合物，比如苯酚等，也能夠增強(qiáng)脲醛樹(shù)脂的耐水性能；③向脲醛樹(shù)脂固化體系中加入疏水性分子鏈也能夠增強(qiáng)其耐水性；④脲醛樹(shù)脂的固化通常是在酸性條件下進(jìn)行的，因此在樹(shù)脂的固化體系中還殘存有過(guò)量的酸，而酸的存在將會(huì)使樹(shù)脂的水解速度加快，從而影響人造板的性能. 因此通過(guò)添加合適的固化劑可以達(dá)到降低殘存酸的含量且提高其耐水性能的目的. HIGUCHI和SAKATA[10]通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，將膠合板樣品浸入到有弱堿性的NaHCO3溶液中能夠顯著地提高樹(shù)脂的耐水性能. 他們還發(fā)現(xiàn)玻璃粉也能夠起到類(lèi)似的作用.

1.2 酚醛(PF)樹(shù)脂膠黏劑

酚醛樹(shù)脂膠黏劑生產(chǎn)原料很容易得到，同時(shí)耐火性也比較好. 但它也存在著很多的缺點(diǎn)，如熱壓溫度較高、顏色較深會(huì)污染到制品. 重要的是其固化后的膠層硬而且脆，故容易裂，且固化時(shí)所需要的時(shí)間也較長(zhǎng)，此外酚醛樹(shù)脂對(duì)板材含水率的要求也比較高. 不僅如此，其成本也比脲醛樹(shù)脂膠黏劑高很多. 以上所述缺點(diǎn)極大地限制了酚醛樹(shù)脂膠黏劑的應(yīng)用范圍. 為了降低合成酚醛樹(shù)脂膠黏劑的投資，同時(shí)又不減弱它的優(yōu)良性能，可以引入替代物. 研究發(fā)現(xiàn)：以蔗渣等為原料，先使苯酚液化然后再與甲醛進(jìn)行反應(yīng)，可以制備出替代率不相同的木材液化物酚醛樹(shù)脂膠黏劑[11]. 替代率為20%時(shí)產(chǎn)物的性能與純正的酚醛樹(shù)脂很類(lèi)似，而替代率為50%時(shí)制造出來(lái)的人造板仍然能夠符合相關(guān)產(chǎn)業(yè)的要求. 另外，降低固化溫度，提高固化速度也可以降低酚醛樹(shù)脂膠黏劑的成本，這也是目前酚醛樹(shù)脂膠黏劑研究的主要方向.

1.3 聚氨酯(PU)膠黏劑

聚氨酯膠黏劑屬于黏接性能十分優(yōu)良的膠黏劑類(lèi)型. 聚氨酯膠黏劑的優(yōu)點(diǎn)主要有：較高的反應(yīng)活性，在常溫下就能夠使其固化，膠膜十分堅(jiān)固因而耐沖擊性強(qiáng). 尤其是它的耐低溫性能，這是其他任何一種膠都無(wú)法超越的. 聚氨酯膠黏劑性能雖然很優(yōu)異，但價(jià)格太昂貴而導(dǎo)致它不能夠被廣泛地應(yīng)用. 從降低所需成本和增強(qiáng)膠黏劑的性能這兩個(gè)方面出發(fā)，研究人員進(jìn)行了大量的探究.DESAI等[12]利用馬鈴薯或淀粉類(lèi)物質(zhì)代替聚氨酯原料的一些成分，經(jīng)過(guò)酯化反應(yīng)來(lái)合成聚氨酯樹(shù)脂，這樣合成的膠黏劑具有良好的黏接性能和耐水性能. DECKER等[13]合成了聚氨酯低聚物，該聚合物以丙烯酸基團(tuán)為末端，這個(gè)反應(yīng)只需要在起始階段引發(fā)，在常溫下即可形成水基聚合物，既能夠耐水又能夠耐紫外線輻射.

1.4 三聚氰胺-甲醛(MF)樹(shù)脂膠黏劑

三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂膠黏劑也有其自身的優(yōu)點(diǎn)，如耐水耐熱性能優(yōu)良以及黏接性強(qiáng)等. 雖然其固化速度比酚醛樹(shù)脂膠黏劑要快很多，但三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂膠黏劑生產(chǎn)成本相當(dāng)高. 另外，它柔韌性不好，不能夠穩(wěn)定地貯存，故一般不直接將其應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)中. 科學(xué)研究者[14-18]在三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂膠黏劑中加入了改性劑等物質(zhì)，這樣不僅能夠降低它的生產(chǎn)成本，還能夠使其所制造的板材在貯存時(shí)保持其性能穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)減少游離甲醛的含量也有顯著的效果.

2 人造板膠黏劑的發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮，膠黏劑作為一種重要的黏接材料在木材行業(yè)中也得到了較快的發(fā)展，但仍然有很多嚴(yán)峻的問(wèn)題有待解決，如產(chǎn)業(yè)集中度不夠高、現(xiàn)代化生產(chǎn)和手工作坊生產(chǎn)并存，以及整體產(chǎn)品質(zhì)量堪憂等.國(guó)家明確提出，要依靠科技創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí). 將積極引導(dǎo)和推動(dòng)新材料、新產(chǎn)品和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域的研究，通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來(lái)不斷地提高相關(guān)產(chǎn)業(yè)的整體素質(zhì)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，加快構(gòu)建科技含量高、資源和能源消耗量低、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理的可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系.

2.1 產(chǎn)量預(yù)測(cè)

人造板膠黏劑的使用量仍將會(huì)在木材工業(yè)快速發(fā)展的帶動(dòng)下繼續(xù)保持一定的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)其年產(chǎn)量將達(dá)(1 400～1 560)kt，脲醛樹(shù)脂膠的比例將略有下降，其中脲醛樹(shù)脂膠產(chǎn)量約(1 250～1 400)kt，酚醛樹(shù)脂膠約(90～100)kt，三聚氰胺甲醛樹(shù)脂膠約(60～70)kt[19].

2.2 生產(chǎn)與裝備

目前國(guó)內(nèi)絕大部分工廠仍主要以人工操作為主，溫度控制及投料計(jì)量精度誤差較大，過(guò)程指標(biāo)檢測(cè)人為誤差明顯，產(chǎn)品質(zhì)量還很不穩(wěn)定. 隨著投料計(jì)量、溫度自動(dòng)控制以及pH計(jì)等檢測(cè)技術(shù)的提高，變得越來(lái)越精確，這將使人造板膠黏劑生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大. 生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)步將有效降低生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義.

2.3 科技創(chuàng)新

近年來(lái)，世界環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的重視程度也在不斷提高，再加上化學(xué)工業(yè)原料的價(jià)格在不斷攀升，尋找新的生產(chǎn)原料和開(kāi)發(fā)新生產(chǎn)工藝技術(shù)成為人造板膠黏劑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì). 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷改進(jìn)，更多的生物基材料將被引入到生產(chǎn)中來(lái)應(yīng)用，制造和應(yīng)用技術(shù)將會(huì)更緊密地結(jié)合在一起, 在工藝和技術(shù)等方面得到創(chuàng)新將會(huì)是木材工業(yè)膠黏劑發(fā)展的主流.

2.4 環(huán)保方面

伴隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題的高度重視，環(huán)保相關(guān)法規(guī)也在不斷完善，同時(shí)人們對(duì)環(huán)保的呼聲也越來(lái)越強(qiáng)烈，開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型的膠黏劑將逐漸成為膠黏劑行業(yè)發(fā)展的集中點(diǎn).

2.4.1 從溶劑型向水基型、無(wú)溶劑型轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的膠黏劑廣泛使用的是有機(jī)溶劑，如苯、甲苯等，而這些有機(jī)溶劑都是有毒有害且易揮發(fā)的物質(zhì)，因此通過(guò)有機(jī)溶劑制備出來(lái)的膠黏劑嚴(yán)重污染了環(huán)境，危害著人體的健康. 同時(shí)有機(jī)溶劑又是易燃易爆類(lèi)物質(zhì)，故隨時(shí)都存在著危險(xiǎn). 而水基型和無(wú)溶劑型膠黏劑的研發(fā)將在很大程度上避免傳統(tǒng)膠黏劑的缺陷，將成為人造板膠黏劑行業(yè)主要研究對(duì)象之一[20-21].

2.4.2 從低甲醛排放向零甲醛排放的轉(zhuǎn)變

甲醛對(duì)人體健康的危害非常大，盡管通過(guò)很多方法可以降低甲醛釋放，如加入甲醛捕捉劑、調(diào)整配料比或者改善聚合工藝等，但隨著科技的進(jìn)步，對(duì)新型材料的研究，甲醛縮合類(lèi)膠黏劑退出歷史的舞臺(tái)，被無(wú)毒無(wú)危害的產(chǎn)品代替，將會(huì)是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì).

2.4.3 無(wú)毒、無(wú)臭的“綠色”原料、助劑的選擇

選擇沒(méi)有毒性、沒(méi)有臭味的“綠色”清潔物質(zhì)作為原料和助劑，還可以通過(guò)提高膠黏劑生產(chǎn)行業(yè)從業(yè)人員工作環(huán)境的質(zhì)量來(lái)降低污染，這也將會(huì)成為人造板膠黏劑發(fā)展的方向和趨勢(shì).

2.4.4 采取單組分包裝

為了減少在制備過(guò)程中，膠黏劑的接觸次數(shù)和接觸時(shí)間，使用起來(lái)更加便捷，應(yīng)盡可能地采用單組分包裝[22-24].這種做法也能夠在一定程度上達(dá)到環(huán)保的要求.

3 結(jié)語(yǔ)

為了順應(yīng)人造板膠黏劑市場(chǎng)的最新需求，以達(dá)到搶占膠黏劑行業(yè)高端市場(chǎng)的目的，改變我國(guó)高檔質(zhì)量膠黏劑大量進(jìn)口的現(xiàn)狀，同時(shí)促進(jìn)我國(guó)相對(duì)落后膠黏劑的發(fā)展進(jìn)度，研制開(kāi)發(fā)高性能、功能化和特種化的“綠色”清潔膠黏劑產(chǎn)品已成為國(guó)內(nèi)人造板膠黏劑行業(yè)一個(gè)迫在眉睫的任務(wù). 人造板膠黏劑將朝著無(wú)毒無(wú)危害與其同時(shí)膠接性能更優(yōu)良的方向發(fā)展，這將是未來(lái)人造板膠黏劑不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì).

[1] 佚名. 2014年我國(guó)人造板產(chǎn)量[J]. 中國(guó)人造板, 2015(7):39-39.

[2] 李建章, 沈丹, 雷得定, 等. 高濃度甲醛與 UFC-人造板工業(yè)用脲醛樹(shù)脂原料的發(fā)展方向[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2007, 34(1): 48-51.

[3] 杜官本, 楊忠, 廖兆明, 等. 尿素-三聚氰胺-甲醛共縮聚樹(shù)脂應(yīng)用進(jìn)展[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2002, 29(4): 13-18.

[4] TOHMURA S, INOUE A, SAHARI S H. Influence of the melamine content in melamine-urea-formaldehyde resins on formaldehyde emission and cured resin structure[J]. Journal of Wood Science, 2001, 47(6): 451-457.

[5] MUKHERJEE S. Binder composition with low formaldehyde emission and process for its preparation: US4992519[P]. 1991.

[6] 程偉, 黃冠群, 賴廣輝,等. 有機(jī)改性低醛脲醛樹(shù)脂膠黏劑的制備[J]. 化工技術(shù)與開(kāi)發(fā), 2006, 35(11):30-32.

[7] 李來(lái)丙, 龔必珍. 氧化淀粉改性脲醛樹(shù)脂膠的研制[J]. 化學(xué)與粘合, 2001(6): 256-258.

[8] SCOPELITIS E, PIZZI A. Urea-resorcinol-formaldehyde adhesives of low resorcinol content[J]. Journal of Applied Polymer Science, 1993, 48(12): 2135-2146.

[9] KIM S, KIM H J. Effect of addition of polyvinyl acetate to melamine-formaldehyde resin on the adhesion and formaldehyde emission in engineered flooring[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2005, 25(5): 456-461.

[10] HIGUCHI M, SAKATA I. Studies on the improvement of urea-formaldehyde resin adhesives, 1: A possibility of water-resistance improvement[J]. Journal of the Japan Wood Research Society, 1979, 25: 496-502.

[11] KHAN M, ASHRAF S. Studies on thermal characterization of lignin: Substituted phenol formaldehyde resin as wood adhesives[J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2007, 89(3): 993-1000.

[12] DESAI S D, PATEL J V, SINHA V K. Polyurethane adhesive system from biomaterial-based polyol for bonding wood[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2003, 23(5): 393-399.

[13] DECKER C, VATAJ R, LOUATI A. Synthesis of acrylic polymer networks by electroinitiated polymerization[J]. Progress in Organic Coatings, 2004, 50(4): 263-268.

[14] 席雪冬, 雷洪, 杜官本, 等. 高質(zhì)量分?jǐn)?shù)甲醛增強(qiáng)冷固型三聚氰胺-尿素-甲醛樹(shù)脂性能[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào), 2016，33(2):300-305.

[15] 連海蘭, 趙麗艷, 洪樞, 等. 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂的聚合機(jī)理及其在液體耐磨技術(shù)中的應(yīng)用[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 42(8): 115-119.

[16] 鄒怡佳. 改性三聚氰胺樹(shù)脂的制備及其對(duì)竹材表面開(kāi)裂的影響[D]. 北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院, 2013.

[17] 劉建武, 郭成, 張躍, 等. 纖維板用微游離醛脲醛樹(shù)脂的制備工藝研究[J]. 常州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 28(1): 48-53.

[18] 方露. 高密度聚乙烯薄膜/楊木單板復(fù)合膠合板界面改性方法及機(jī)理研究[D]. 北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院, 2014.

[19] 中藍(lán)晨光化工研究設(shè)計(jì)院有限公司《塑料工業(yè)》編輯部. 2014—2015年世界塑料工業(yè)進(jìn)展[J]. 塑料工業(yè), 2016, 44(3):1-46.

[20] 尚曉嫻, 關(guān)賀, 李娟娟. 改性殼聚糖插層膨潤(rùn)土的合成及其對(duì)甲醛的吸附效果[J]. 化學(xué)世界, 2016, 57(5): 265-267.

[21] 趙瀟, 張墩明, 楊昌正. 無(wú)溶劑型雙組分聚氨酯膠黏劑的固化研究[J]. 聚氨酯工業(yè), 2016, 31(2):5-8.

[22] 杜洪雙, 黃瓊濤, 黃彥慧,等. API膠黏劑粘貼單板防粘熱壓板工藝研究[J]. 木材加工機(jī)械, 2016, 27(3):9-11.

[23] 本刊訊. 十三五時(shí)期聚氨酯行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的三個(gè)方向[J]. 粘接, 2015, 33(5):20-20.

[24] 牛琦, 紀(jì)良, 李英俊,等. 水性聚氨酯熱固化復(fù)合纖維板的制備方法: CN104290168A[P]. 2015.

Research Progress and Development Trend of Adhesives for Wood-based Panels

TANG Xiaohong1, MAO Yajun2

(1.DepartmentofChemistryandEnvironment,HenanInstituteofEducation,Zhengzhou450046，China;2.SchoolofPharmacy,ZhengzhouUniversityofIndustrialTechnology,Zhengzhou451150,China)

The origin, type and application of adhesives for wood-based panels were introduced. It also summed up the advantages and disadvantages of all kinds of adhesives for wood-based panels and put forward the corresponding improvement program. According to the relevant industry requirements, the corresponding prediction is carried out for the development trend of adhesives for wood-based panels. The reference for their use is provided and development is expected.

wood-based panels; adhesive; research progress; development trend

2016-10-21

河南省大中專(zhuān)畢業(yè)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)研究課題(JYB2013406)

唐曉紅(1977—)，女，重慶人，河南教育學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院副教授，主要研究方向：應(yīng)用化學(xué).

10.3969/j.issn.1007-0834.2017.01.006

O69

A

1007-0834(2017)01-0030-04