人造板胶黏剂的研究进展和发展趋势

唐晓红，毛雅君

(1.河南教育学院 化学与环境学院，河南 郑州 450046；2.郑州工业应用技术学院 药学院，河南 郑州 451150)

人造板胶黏剂的研究进展和发展趋势

唐晓红1，毛雅君2

(1.河南教育学院 化学与环境学院，河南 郑州 450046；2.郑州工业应用技术学院 药学院，河南 郑州 451150)

阐述了人造板胶黏剂的起源、类型及其应用，总结了各类人造板胶黏剂的优缺点并提出了相应的改进方案.根据相关行业的要求，还对人造板胶黏剂的发展趋势进行了相应的预测，期望能够为其使用和发展提供借鉴.

人造板；胶黏剂；研究进展；发展趋势

0 引言

随着国家经济的不断繁荣和人们生活水平的提高，无论在工业制造上还是生活用品及装饰品中，胶黏剂在木材产品上的应用范围已经越来越广泛，我国也逐渐成为世界胶黏剂行业生产大国和消费大国. 在我国木材工业高速发展的带动下，人造板胶黏剂的出现在节省木制品原料和简化木制品加工程序等方面发挥了积极的作用，同时，人造板胶黏剂的不断发展又反过来带动着我国经济的持续增长. 人造板胶黏剂的合成技术在不断地提高，胶黏剂使用的领域也更加广泛，市场前景广阔.

1 人造板胶黏剂的类型及其应用

人造板胶黏剂的类型很多，而各种胶黏剂又有着各自的优势和缺陷. 以下将针对人造板胶黏剂中的脲醛(Urea-formaldehyde，UF)树脂胶黏剂、酚醛(Phenol-formaldehyde ，PF)树脂胶黏剂、三聚氰胺-甲醛(Melamine-formaldehyde，MF)树脂胶黏剂以及聚氨酯(Polyurethane，PU)胶黏剂的应用一一介绍.目前世界人造板的产量达到2.23×109m3[1]. 木材工业人造板三大用胶指的是脲醛树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂以及三聚氰胺-甲醛树脂胶黏剂，它们通常被简称为三醛类胶黏剂. 人造板胶黏剂除了上述中的三醛类胶黏剂以外，还有热塑性树脂胶黏剂和聚氨酯类胶黏剂.

1.1 脲醛(UF)树脂胶黏剂

脲醛树脂胶黏剂耗资不高，生产流程相对来说也很简单，此外使用起来也很便捷， 而且颜色特别浅，不会污染到制品，胶接性能相对来说也很优良，因此它被认为是目前应用最广泛的人造板胶黏剂. 尽管如此，在使用脲醛树脂胶黏剂时也普遍存在着许多困难，其中有两大突出问题. 第一大问题是使用过程中释放出来的甲醛气体严重污染了环境，甲醛的毒性较高可以致癌和致畸，在我国的有毒化学品优先控制名单上，居于第2位[2]. 甲醛对人体及环境造成的危害可谓非常严重，因此降低甲醛气体的释放量对研究者来说已成为一个必备话题. 近年来研究者[3-5]对降低脲醛树脂胶黏剂中甲醛气体的释放量进行了更深一层的探索，并提出了以下解决方法：①降低甲醛与尿素含量的摩尔比值是使脲醛树脂胶黏剂毒性降低最有效果的方法；②把三聚氰胺等与甲醛共缩聚，不仅能够减少脲醛树脂胶黏产品中游离甲醛的释放量，同时也可以使其力学性能稳定不变；③在脲醛树脂胶黏剂的制备过程中，如果加入甲醛捕捉剂也能够达到减少甲醛释放量的目的. 第二大问题是脲醛树脂的耐水性差，其中在沸水中的性能特别差. 大量的实验研究表明，可采用如下方法来提高其耐水性能：①加入改性剂并进行共聚、共混以改变脲醛树脂的耐水性能[6-9]；②在脲醛树脂的制备过程中加入耐水性的化合物，比如苯酚等，也能够增强脲醛树脂的耐水性能；③向脲醛树脂固化体系中加入疏水性分子链也能够增强其耐水性；④脲醛树脂的固化通常是在酸性条件下进行的，因此在树脂的固化体系中还残存有过量的酸，而酸的存在将会使树脂的水解速度加快，从而影响人造板的性能. 因此通过添加合适的固化剂可以达到降低残存酸的含量且提高其耐水性能的目的. HIGUCHI和SAKATA[10]通过大量的实验研究发现，将胶合板样品浸入到有弱碱性的NaHCO3溶液中能够显著地提高树脂的耐水性能. 他们还发现玻璃粉也能够起到类似的作用.

1.2 酚醛(PF)树脂胶黏剂

酚醛树脂胶黏剂生产原料很容易得到，同时耐火性也比较好. 但它也存在着很多的缺点，如热压温度较高、颜色较深会污染到制品. 重要的是其固化后的胶层硬而且脆，故容易裂，且固化时所需要的时间也较长，此外酚醛树脂对板材含水率的要求也比较高. 不仅如此，其成本也比脲醛树脂胶黏剂高很多. 以上所述缺点极大地限制了酚醛树脂胶黏剂的应用范围. 为了降低合成酚醛树脂胶黏剂的投资，同时又不减弱它的优良性能，可以引入替代物. 研究发现：以蔗渣等为原料，先使苯酚液化然后再与甲醛进行反应，可以制备出替代率不相同的木材液化物酚醛树脂胶黏剂[11]. 替代率为20%时产物的性能与纯正的酚醛树脂很类似，而替代率为50%时制造出来的人造板仍然能够符合相关产业的要求. 另外，降低固化温度，提高固化速度也可以降低酚醛树脂胶黏剂的成本，这也是目前酚醛树脂胶黏剂研究的主要方向.

1.3 聚氨酯(PU)胶黏剂

聚氨酯胶黏剂属于黏接性能十分优良的胶黏剂类型. 聚氨酯胶黏剂的优点主要有：较高的反应活性，在常温下就能够使其固化，胶膜十分坚固因而耐冲击性强. 尤其是它的耐低温性能，这是其他任何一种胶都无法超越的. 聚氨酯胶黏剂性能虽然很优异，但价格太昂贵而导致它不能够被广泛地应用. 从降低所需成本和增强胶黏剂的性能这两个方面出发，研究人员进行了大量的探究.DESAI等[12]利用马铃薯或淀粉类物质代替聚氨酯原料的一些成分，经过酯化反应来合成聚氨酯树脂，这样合成的胶黏剂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，该聚合物以丙烯酸基团为末端，这个反应只需要在起始阶段引发，在常温下即可形成水基聚合物，既能够耐水又能够耐紫外线辐射.

1.4 三聚氰胺-甲醛(MF)树脂胶黏剂

三聚氰胺-甲醛树脂胶黏剂也有其自身的优点，如耐水耐热性能优良以及黏接性强等. 虽然其固化速度比酚醛树脂胶黏剂要快很多，但三聚氰胺-甲醛树脂胶黏剂生产成本相当高. 另外，它柔韧性不好，不能够稳定地贮存，故一般不直接将其应用到产业中. 科学研究者[14-18]在三聚氰胺-甲醛树脂胶黏剂中加入了改性剂等物质，这样不仅能够降低它的生产成本，还能够使其所制造的板材在贮存时保持其性能稳定，同时对减少游离甲醛的含量也有显著的效果.

2 人造板胶黏剂的发展趋势

随着国家经济的不断繁荣，胶黏剂作为一种重要的黏接材料在木材行业中也得到了较快的发展，但仍然有很多严峻的问题有待解决，如产业集中度不够高、现代化生产和手工作坊生产并存，以及整体产品质量堪忧等.国家明确提出，要依靠科技创新推动产业升级. 将积极引导和推动新材料、新产品和新技术的开发及应用领域的研究，通过调整和优化产业结构来不断地提高相关产业的整体素质和国际竞争力，加快构建科技含量高、资源和能源消耗量低、产品质量优良以及产业结构合理的可持续发展的产业体系.

2.1 产量预测

人造板胶黏剂的使用量仍将会在木材工业快速发展的带动下继续保持一定的增长，预计其年产量将达(1 400～1 560)kt，脲醛树脂胶的比例将略有下降，其中脲醛树脂胶产量约(1 250～1 400)kt，酚醛树脂胶约(90～100)kt，三聚氰胺甲醛树脂胶约(60～70)kt[19].

2.2 生产与装备

目前国内绝大部分工厂仍主要以人工操作为主，温度控制及投料计量精度误差较大，过程指标检测人为误差明显，产品质量还很不稳定. 随着投料计量、温度自动控制以及pH计等检测技术的提高，变得越来越精确，这将使人造板胶黏剂生产的规模不断扩大. 生产工艺技术和设备的进步将有效降低生产过程中对环境的污染，对行业的可持续发展及提高产品的竞争力具有重要意义.

2.3 科技创新

近年来，世界环境污染问题日益突出，人们对环境问题的重视程度也在不断提高，再加上化学工业原料的价格在不断攀升，寻找新的生产原料和开发新生产工艺技术成为人造板胶黏剂行业发展的必然趋势. 随着科学技术的不断改进，更多的生物基材料将被引入到生产中来应用，制造和应用技术将会更紧密地结合在一起, 在工艺和技术等方面得到创新将会是木材工业胶黏剂发展的主流.

2.4 环保方面

伴随着国家对环保问题的高度重视，环保相关法规也在不断完善，同时人们对环保的呼声也越来越强烈，开发环境友好型的胶黏剂将逐渐成为胶黏剂行业发展的集中点.

2.4.1 从溶剂型向水基型、无溶剂型转变

传统的胶黏剂广泛使用的是有机溶剂，如苯、甲苯等，而这些有机溶剂都是有毒有害且易挥发的物质，因此通过有机溶剂制备出来的胶黏剂严重污染了环境，危害着人体的健康. 同时有机溶剂又是易燃易爆类物质，故随时都存在着危险. 而水基型和无溶剂型胶黏剂的研发将在很大程度上避免传统胶黏剂的缺陷，将成为人造板胶黏剂行业主要研究对象之一[20-21].

2.4.2 从低甲醛排放向零甲醛排放的转变

甲醛对人体健康的危害非常大，尽管通过很多方法可以降低甲醛释放，如加入甲醛捕捉剂、调整配料比或者改善聚合工艺等，但随着科技的进步，对新型材料的研究，甲醛缩合类胶黏剂退出历史的舞台，被无毒无危害的产品代替，将会是不可逆转的趋势.

2.4.3 无毒、无臭的“绿色”原料、助剂的选择

选择没有毒性、没有臭味的“绿色”清洁物质作为原料和助剂，还可以通过提高胶黏剂生产行业从业人员工作环境的质量来降低污染，这也将会成为人造板胶黏剂发展的方向和趋势.

2.4.4 采取单组分包装

为了减少在制备过程中，胶黏剂的接触次数和接触时间，使用起来更加便捷，应尽可能地采用单组分包装[22-24].这种做法也能够在一定程度上达到环保的要求.

3 结语

为了顺应人造板胶黏剂市场的最新需求，以达到抢占胶黏剂行业高端市场的目的，改变我国高档质量胶黏剂大量进口的现状，同时促进我国相对落后胶黏剂的发展进度，研制开发高性能、功能化和特种化的“绿色”清洁胶黏剂产品已成为国内人造板胶黏剂行业一个迫在眉睫的任务. 人造板胶黏剂将朝着无毒无危害与其同时胶接性能更优良的方向发展，这将是未来人造板胶黏剂不可逆转的发展趋势.

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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

河南省大中专毕业生就业创业研究课题(JYB2013406)

唐晓红(1977—)，女，重庆人，河南教育学院化学与环境学院副教授，主要研究方向：应用化学.

10.3969/j.issn.1007-0834.2017.01.006

O69

A

1007-0834(2017)01-0030-04