用PE熱熔膠膜制造膠合板帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)

楊 笠

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，居住環(huán)境對(duì)健康的影響越來(lái)越得到關(guān)注，各國(guó)對(duì)人造板甲醛釋放量指標(biāo)要求日益嚴(yán)格，對(duì)膠黏劑的環(huán)保性能提出更高的要求。新標(biāo)準(zhǔn)、新的市場(chǎng)要求推動(dòng)著膠黏劑不斷向低醛化、低碳環(huán)保的方向發(fā)展，因此研究開(kāi)發(fā)無(wú)甲醛無(wú)其他有害物質(zhì)排放的膠黏劑成為行業(yè)內(nèi)人們努力的目標(biāo)。

1 開(kāi)發(fā)應(yīng)用PE無(wú)醛熱熔膠膜的必要性

傳統(tǒng)的醛基類(lèi)膠黏劑的生產(chǎn)原料中均含有甲醛，甲醛是強(qiáng)致癌物，是嚴(yán)重污染環(huán)境、損害公眾健康的污染物。在我國(guó)目前的人造板行業(yè)結(jié)構(gòu)里，醛基類(lèi)膠黏劑的使用比例高達(dá)90%以上。由于膠合板產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)小，利潤(rùn)相對(duì)低，產(chǎn)品質(zhì)量堪憂(yōu)；消費(fèi)者受甲醛的危害事件屢屢發(fā)生，對(duì)環(huán)保板材的需求日益增強(qiáng)。因此，多年來(lái)眾多的科研院校和企業(yè)都在探索無(wú)醛膠黏劑的發(fā)展方向。

目前無(wú)醛膠黏劑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的3個(gè)方向：

1）生物類(lèi)蛋白膠（例如大豆膠）；

2）含異氰酸脂成份的聚氨脂膠；

3）熱塑性樹(shù)脂膠黏劑。

由于這3個(gè)方向的膠黏劑應(yīng)用在膠合板生產(chǎn)過(guò)程中，有的因?yàn)橥磕z后膠水固化時(shí)間太快導(dǎo)致工藝調(diào)整復(fù)雜，有的因?yàn)槟z合強(qiáng)度不夠?qū)е掳宀馁|(zhì)量不達(dá)標(biāo)，有的是在生產(chǎn)過(guò)程中有其他有毒物質(zhì)釋放，因此沒(méi)有在膠合板領(lǐng)域大規(guī)模使用，其最主要的原因在于，相對(duì)于脲醛膠來(lái)說(shuō)，上述無(wú)醛膠黏劑的成本都相對(duì)較高；脲醛膠價(jià)格普遍在1 000～3 000元/t，而無(wú)醛膠黏劑的成本普遍在4 000～7 000元/t，甚至更高。在國(guó)內(nèi)膠合板這個(gè)利潤(rùn)率已經(jīng)非常低的行業(yè)，生產(chǎn)企業(yè)沒(méi)有足夠的動(dòng)力去投入更高成本生產(chǎn)無(wú)醛級(jí)板材。因此，出現(xiàn)了盡管業(yè)內(nèi)人士都認(rèn)為無(wú)醛膠是發(fā)展趨勢(shì)，但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)無(wú)醛級(jí)板材的企業(yè)仍是廖廖無(wú)幾的局面。在目前這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)極其激烈的膠合板行業(yè)內(nèi)，離開(kāi)成本和效率來(lái)追求更低的甲醛釋放標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)醛膠黏劑和低醛級(jí)板材的發(fā)展就受到了極大的限制。

不是企業(yè)不想制造更環(huán)保的板材，所有的企業(yè)都明白甲醛的危害。但是企業(yè)面臨的生存壓力并不小，提高成本意味著帶來(lái)的是價(jià)格層面的競(jìng)爭(zhēng)力的下降，并且企業(yè)還要去承擔(dān)無(wú)醛概念的推廣成本，這就不是生產(chǎn)企業(yè)能夠負(fù)擔(dān)得了的。目前絕大部分的企業(yè)持一種觀望的態(tài)度。

因此尋求膠合強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單高效，最重要的是成本能比脲醛膠還低、生產(chǎn)效率更高、產(chǎn)品質(zhì)量更好、利潤(rùn)空間更大的無(wú)醛膠黏劑尤為迫切。筆者要介紹的改性PE無(wú)醛熱熔膠膜可認(rèn)為是膠合板行業(yè)從有醛時(shí)代升級(jí)到無(wú)醛時(shí)代的有效途徑。

2 改性PE無(wú)醛熱熔膠膜的膠合原理

膠黏劑的膠合作用主要可以分為物理吸附作用和化學(xué)鍵作用。物理吸附作用主要是指木材和膠黏劑的分子間結(jié)合足夠緊密，在界面上相互吸附而形成物理吸附力；還有就是膠黏劑滲透到木材表面的凹陷處，以及由于毛細(xì)管的張力作用膠液從單板表面敞開(kāi)的管孔浸透到內(nèi)部固化后形成膠釘，產(chǎn)生機(jī)械膠合?；瘜W(xué)鍵作用是指膠黏劑與木材通過(guò)分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成高強(qiáng)度的化學(xué)鍵結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)鍵的作用力超過(guò)物理吸附作用力。一般來(lái)說(shuō)膠黏劑的膠合作用中，物理和化學(xué)作用都兼而有之，但是如果形成的化學(xué)鍵作用力較弱的膠黏劑就需要采用比較大的施膠量來(lái)增大其物理作用力，例如脲醛樹(shù)脂膠。而具有強(qiáng)化學(xué)鍵作用的膠黏劑以較小的施膠量卻能擁有更高的膠合強(qiáng)度。

目前國(guó)內(nèi)部分企業(yè)使用的與PE無(wú)醛熱熔膠膜相類(lèi)似形態(tài)的熱塑性樹(shù)脂，其形成的化學(xué)鍵作用力不夠強(qiáng)，為了增大膠合強(qiáng)度，通過(guò)增加單位面積施膠量，膠膜太厚，因此成本依舊居高不下，熱壓溫度太高，這也是上述熱塑性樹(shù)脂沒(méi)有得到大規(guī)模使用的主要原因。

而清芯無(wú)醛膠膜則是通過(guò)對(duì)PE進(jìn)行改性，在PE（聚乙烯）上接枝極性基團(tuán)，從而與木材里的羥基形成了很強(qiáng)的化學(xué)鍵作用力，因此能夠以很小的施膠量獲得很高的膠合強(qiáng)度。目前筆者所在單位對(duì)PE的接枝改性技術(shù)已經(jīng)獲得了幾項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。利用改性PE無(wú)醛熱熔膠膜制成的板材通過(guò)了SGS、國(guó)家林產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心等機(jī)構(gòu)對(duì)甲醛釋放和膠合強(qiáng)度的檢測(cè)，產(chǎn)品不僅是無(wú)醛的，同時(shí)達(dá)到國(guó)家I類(lèi)耐氣候膠合板的膠合強(qiáng)度要求。

3 改性PE無(wú)醛熱熔膠膜的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

改性PE無(wú)醛熱熔膠膜和之前所用的脲醛樹(shù)脂膠黏劑、酚醛樹(shù)脂膠黏劑、甲醛樹(shù)脂膠黏劑這3種常用的膠黏劑相比，具有最重要的四大優(yōu)勢(shì)：

1）無(wú)甲醛、無(wú)污染

一種綠色的膠黏劑應(yīng)該是在其生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)任何有害物質(zhì)排放，利用其生產(chǎn)的板材產(chǎn)品無(wú)任何有毒排放。熱固性膠黏劑在生產(chǎn)過(guò)程中多少都存在廢水、廢氣和TVOC排放的污染。而改性PE無(wú)醛熱熔膠膜在其生產(chǎn)和使用過(guò)程中不添加任何含有醛類(lèi)、苯類(lèi)、氰類(lèi)成分物質(zhì)，未使用任何溶劑，不僅不含甲醛，也不含其他揮發(fā)性有害物質(zhì)，從生產(chǎn)過(guò)程到使用過(guò)程無(wú)廢水廢氣的排放污染；膠膜經(jīng)過(guò)SGS的檢測(cè)，也不含任何有害物質(zhì)，因此不僅對(duì)消費(fèi)者無(wú)毒，而且對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)工人的健康都有了良好的保障，是真正嚴(yán)格意義上的綠色膠黏劑。

2）高強(qiáng)度

利用改性PE無(wú)醛熱熔膠膜制成的膠合板膠合強(qiáng)度遠(yuǎn)超過(guò)II類(lèi)普通膠合板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；膠膜厚度為0.03～0.04 mm時(shí)膠合強(qiáng)度通過(guò)I類(lèi)耐氣候膠合板的測(cè)試，浸漬剝離試驗(yàn)可以經(jīng)得起5次以上耐“沸水煮+烘干”的循環(huán)測(cè)試。

3）高效率

利用PE無(wú)醛熱熔膠膜的特性，制板工藝上通過(guò)配置單板拼接覆膜裝置、自動(dòng)化組坯裝置以及自動(dòng)進(jìn)出板熱/冷壓機(jī)組，可實(shí)現(xiàn)膠合板的高效自動(dòng)化生產(chǎn)，大大減少人工用量，提高生產(chǎn)效率。

膜狀的膠黏劑，在制板工藝上與傳統(tǒng)膠黏劑的使用的差別主要是在排板組坯和熱壓工藝方面。

在排板上主要是要將膜鋪設(shè)在單板之間，目前采用兩種工藝：

a）利用自動(dòng)排板線(xiàn)工藝，將成卷的膠膜對(duì)應(yīng)膠層數(shù)量鋪設(shè)在排板線(xiàn)上，利用皮帶傳動(dòng)自動(dòng)地將膠膜鋪設(shè)到單板之間，然后鋸切成需要的尺寸，無(wú)需冷壓，固定后送入壓機(jī)（見(jiàn)圖1）。

b）利用熱熔膠膜加熱快速熔融冷卻、快速固化的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了單板自動(dòng)拼接覆膜機(jī)，在拼板機(jī)拼接好單板后，將膠膜通過(guò)壓貼裝置快速壓覆在單板上，然后再將覆好膜的拼接單板剪切成需要的規(guī)格尺寸。這種自動(dòng)拼板覆膜機(jī)械依靠單板覆上膜后的良好強(qiáng)度，解決了縱拼單板整張化拼接的難題。然后將覆好膠膜的整張化橫向和縱向拼接單板利用機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)組坯后送入壓機(jī)（見(jiàn)圖2）。

圖1 連續(xù)排板線(xiàn)排板Fig.1 Plate layout in continuous row plate line

圖2 單板縱橫拼接覆膜、高效自動(dòng)化組坯Fig.2 Veneer vertical and horizontal jointing and coating,eff i cient and automatic assembly

這一工藝解決了困擾膠合板業(yè)排板和組坯效率低下的問(wèn)題，完全實(shí)現(xiàn)了排板和組坯的自動(dòng)化生產(chǎn)，適合以國(guó)內(nèi)小徑速生材單板為主要材料的生產(chǎn)企業(yè)，極大地提高了膠合板生產(chǎn)的效率。

利用PE無(wú)醛熱熔膠膜制造膠合板的壓板工藝：由于熱熔膠的性質(zhì)，壓機(jī)由一套加熱/冷卻壓機(jī)系統(tǒng)組成，即2臺(tái)壓機(jī)+全自動(dòng)進(jìn)出板架系統(tǒng)。第一臺(tái)多層壓機(jī)，只需要很小的壓力，主要用于蒸發(fā)已組坯好的板材單板中的水份，并且讓膠膜升溫熔融，可用150～170 ℃的高溫快速升溫，在較短的時(shí)間內(nèi)使板芯達(dá)到膠膜熔融所需的溫度（約130 ℃），即可用自動(dòng)進(jìn)板架系統(tǒng)將板坯推送到后一臺(tái)多層水循環(huán)冷壓機(jī)上，然后在多層冷壓機(jī)上保持較高的壓力使板坯冷卻固化，即完成壓板的全部過(guò)程。這個(gè)過(guò)程實(shí)際上是分兩段獨(dú)立進(jìn)行的，第一階段熱壓時(shí)間為0.75～1 min/mm，可以比傳統(tǒng)的膠黏劑制板減少一半的熱壓時(shí)間，第二階段冷壓時(shí)間大致為0.3～0.5 min/mm，總制板時(shí)間以熱壓時(shí)間計(jì)算，縮短了整個(gè)工藝時(shí)間。冷壓工藝還節(jié)約了晾板和板材陳化時(shí)間。

4）節(jié)能、低成本

在前述膠合原理中提到PE無(wú)醛熱熔膠膜使用很小的施膠量就能獲得很好的膠合強(qiáng)度，目前已經(jīng)可以做到以單面15 g/m2極小的施膠量就能夠超過(guò)II類(lèi)普通膠合板膠合強(qiáng)度的要求。膠膜厚度在0.15 mm左右，一層9 m×12 m板材幅面，單面的膠膜成本不足1元，甚至低于使用E2級(jí)脲醛膠的綜合成本。

同時(shí)由于膠膜不含水份，因此在制板熱壓過(guò)程中熱量損失小，低碳節(jié)能，而且不添加面粉，節(jié)約了糧食。

由于膠膜在常溫下是固態(tài)的，因此方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸，沒(méi)有保質(zhì)期限的限制，在排板生產(chǎn)上也不會(huì)受到膠膜固化時(shí)間限制，可以隨做隨停，操作靈活方便。另外對(duì)單板的含水率要求不高，同時(shí)熱壓時(shí)間大幅減少，板材可以經(jīng)過(guò)反復(fù)熱壓，不會(huì)產(chǎn)生泡板的缺陷。膠膜固化條件簡(jiǎn)單，板材質(zhì)量非常穩(wěn)定。

以上是筆者所在公司使用PE無(wú)醛熱熔膠膜的制板生產(chǎn)工藝過(guò)程及產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。較傳統(tǒng)的膠合板生產(chǎn)工藝，這一整套工藝改造投資很小，卻能帶來(lái)顯著的成本和效率優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

脲醛膠應(yīng)用于人造板生產(chǎn)已有幾十年，雖然有甲醛的污染，但以低廉的價(jià)格，較好的膠合強(qiáng)度迅速占領(lǐng)木材膠黏劑的絕大部分市場(chǎng)。但是隨著時(shí)代的發(fā)展，市場(chǎng)需要一種更低的成本、更高的效率、更好強(qiáng)度的無(wú)醛膠黏劑來(lái)升級(jí)膠合板行業(yè)。

目前，對(duì)于膠膜制板理論上的深入研究和完善，筆者所在公司正在和中國(guó)林科院木材工業(yè)研究所、福建省林科院等科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作。在福建已經(jīng)建成并投產(chǎn)膠合板生產(chǎn)線(xiàn)一年多，生產(chǎn)的板材得到了當(dāng)?shù)乇姸嘞掠纹髽I(yè)的認(rèn)可，也已經(jīng)和山東、江蘇、浙江、廣東的一些廠家展開(kāi)了合作，在家具板材、地板基材、建筑模板等領(lǐng)域的企業(yè)都開(kāi)始投產(chǎn)生產(chǎn)線(xiàn)，相信很快產(chǎn)品就能大規(guī)模投放市場(chǎng)，真正滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的綠色板材的需要。