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、類型及其應(yīng)用，總結(jié)了各類人造板膠黏劑的優(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)展又反過來帶動(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 人造板膠黏劑的類型及其應(yīng)用

人造板膠黏劑的類型很多，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)樹脂膠黏劑、酚醛(Phenol-formaldehyde ，PF)樹脂膠黏劑、三聚氰胺-甲醛(Melamine-formaldehyde，MF)樹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脂膠黏劑、酚醛樹脂膠黏劑以及三聚氰胺-甲醛樹脂膠黏劑，它們通常被簡(jiǎn)稱為三醛類膠黏劑. 人造板膠黏劑除了上述中的三醛類膠黏劑以外，還有熱塑性樹脂膠黏劑和聚氨酯類膠黏劑.

1.1 脲醛(UF)樹脂膠黏劑

脲醛樹脂膠黏劑耗資不高，生產(chǎn)流程相對(duì)來說也很簡(jiǎn)單，此外使用起來也很便捷， 而且顏色特別淺，不會(huì)污染到制品，膠接性能相對(duì)來說也很優(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，在使用脲醛樹脂膠黏劑時(shí)也普遍存在著許多困難，其中有兩大突出問題. 第一大問題是使用過程中釋放出來的甲醛氣體嚴(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)研究者來說已成為一個(gè)必備話題. 近年來研究者[3-5]對(duì)降低脲醛樹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在脲醛樹脂膠黏劑的制備過程中，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. 第二大問題是脲醛樹脂的耐水性差，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、共混以改變脲醛樹脂的耐水性能[6-9]；②在脲醛樹脂的制備過程中加入耐水性的化合物，比如苯酚等，也能夠增強(qiáng)脲醛樹脂的耐水性能；③向脲醛樹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脲醛樹脂的固化通常是在酸性條件下進(jìn)行的，因此在樹脂的固化體系中還殘存有過量的酸，而酸的存在將會(huì)使樹脂的水解速度加快，從而影響人造板的性能. 因此通過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脂的耐水性能. 他們還發(fā)現(xiàn)玻璃粉也能夠起到類似的作用.

1.2 酚醛(PF)樹脂膠黏劑

酚醛樹脂膠黏劑生產(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，其成本也比脲醛樹脂膠黏劑高很多. 以上所述缺點(diǎn)極大地限制了酚醛樹脂膠黏劑的應(yīng)用范圍. 為了降低合成酚醛樹脂膠黏劑的投資，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脂很類似，而替代率為50%時(shí)制造出來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脂膠黏劑的成本，這也是目前酚醛樹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物質(zhì)代替聚氨酯原料的一些成分，經(jīng)過酯化反應(yīng)來合成聚氨酯樹脂，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)樹脂膠黏劑

三聚氰胺-甲醛樹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脂膠黏劑要快很多，但三聚氰胺-甲醛樹脂膠黏劑生產(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)的開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域的研究，通過調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來不斷地提高相關(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，脲醛樹脂膠的比例將略有下降，其中脲醛樹脂膠產(chǎn)量約(1 250～1 400)kt，酚醛樹脂膠約(90～100)kt，三聚氰胺甲醛樹脂膠約(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，世界環(huán)境污染問題日益突出，人們對(duì)環(huán)境問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)保的呼聲也越來越強(qiáng)烈，開發(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)，因此通過有機(jī)溶劑制備出來的膠黏劑嚴(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物質(zhì)，故隨時(shí)都存在著危險(xiǎn). 而水基型和無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，甲醛縮合類膠黏劑退出歷史的舞臺(tái)，被無毒無危害的產(chǎn)品代替，將會(huì)是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì).

2.4.3 無毒、無臭的“綠色”原料、助劑的選擇

選擇沒有毒性、沒有臭味的“綠色”清潔物質(zhì)作為原料和助劑，還可以通過提高膠黏劑生產(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

為了減少在制備過程中，膠黏劑的接觸次數(shù)和接觸時(shí)間，使用起來更加便捷，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毒無危害與其同時(shí)膠接性能更優(yōu)良的方向發(fā)展，這將是未來人造板膠黏劑不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì).

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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