我国已成为世界人造板生产大国,木材胶粘剂年用量已超过400万t,其主要胶种为甲醛类合成树脂胶粘剂。本文评述了木材胶接用甲醛类合成树脂胶粘剂的开发研究、生产应用及发展,重点综述了低甲醛释放的脲醛树脂、三聚氰胺-尿素共缩合树脂和酚醛树脂胶粘剂的研究进展和开发应用情况,并对其发展趋势等进行了展望。

关键词

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低甲醛;木材胶粘剂;进展

　　人造板是重要的木材加工产品,人造板主要是由木质和非木质被胶接单元利用胶粘剂胶接形成的一种人造板材,品种包括胶合板、纤维板、刨花板、细木工板等,主要用于家具制造和室内装修,同时作为车船制造、建筑模板、集装箱底板、胶接木材等结构类用材。

　　目前我国人造板生产量已经超过6000万m3。若纤维板生产耗胶量以180kg/m3计(固体含量为50%)、刨花板以120kg/m3计(固体含量为65%)、胶合板以87.36kg/m3计(固体含量为50%)、细木工板以26kg/m3计(固体含量为50%)、其他人造板以120kg/m3计(固体含量为65%),2005年人造板生产所用胶粘剂,初步估算消耗液体胶粘剂716.4万,t折合成固体胶粘剂373.2万t。此外,还有人造板表面装饰的浸渍纸用胶和薄木贴面等用胶,因为绝大部分刨花板和纤维板都需贴面后方能使用;胶合板(包括集成板材)也是靠胶粘剂胶接成板。由此估算木材加工行业的胶粘剂消耗量在400万t以上。

　　我国人造板产品绝大部分应用于家具制造和室内装修上,因此各类室内型人造板制造所用胶粘剂主要为脲醛树脂(UF)胶粘剂。近年来,由于防潮和防水板材需求量的增加,三聚氰胺-尿素共缩合树脂(MUF)、酚醛树脂(PF)和水性高分子异氰酸酯树脂(API或EPI)胶粘剂的用量在不断提高。人造板表面加工,浸渍纸主要使用三聚氰胺树脂(MF)胶粘剂,也使用一定量的脲醛树脂胶粘剂,而薄木贴面多用脲醛树脂-聚醋酸乙烯酯复合胶粘剂。

　　从可提供的胶粘剂合成技术及应用技术角度来讲,我国的胶粘剂完全可以满足环保人造板产品生产的需求,但目前环保型木材胶粘剂的应用还不够广泛。本文从低甲醛释放木材胶粘剂的研究进展及其开发应用角度,对木材加工用合成树脂胶粘剂进行综述。

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低甲醛释放脲醛树脂胶粘剂

　　在我国脲醛树脂胶粘剂用量约占木材胶粘剂的60%~70%,主要是因为其成本低廉,使用工艺性能好,胶接性能好,具有一定的耐水性,特别适于室内环境用胶接制品制造。

　　脲醛树脂存在的最大问题,是当F/U物质的量比高时,在人造板生产过程及使用过程中释放游离甲醛,污染环境。另外,脲醛树脂胶粘剂的耐湿热、耐老化性能差,属2类室内环境用胶种,不能用于潮湿及直接接触水汽的环境。由于我国人造板主要用作家具制造和室内装修,因此脲醛树脂胶粘剂成为木材加工行业使用量最大的胶种。

　　1.1脲醛树脂的合成改性研究

　　脲醛树脂于1844年首次合成,1929年IG公司研发出一种叫“KauritLeim”的常温固化用于胶接木材的脲醛树脂预聚体,引起广泛的注意。其后脲醛树脂作为胶合板与刨花板生产用胶粘剂而迅速发展。但由木材胶接制品散发出的游离甲醛已成为社会和环境问题,自20世纪60年代起开始了减少游离甲醛的研究。

　　脲醛树脂胶粘剂实用化以来,在合成工艺上一直没有突破性改进,直到开始研究降低脲醛树脂游离甲醛时才获得巨大进步。

　　对游离甲醛的分析方法有氯化铵法、碘量法、磷酸分解法等。关于树脂的化学构造,采用传统的滴定分析方法能够测定甲醛在树脂中的结合形式,这种分析方法是根据树脂加水分解的程度,在不同阶段变化各种酸或碱的强度进行的,对树脂中以不同方式结合的甲醛很难完全分离开来。然而使用13CNMR谱即使是与水共存的状态也可以测定,脲醛树脂中不同结合方式甲醛的碳原子的谱线能够很好地分离开,可以直接对脲醛树脂的结构进行定量分析。如果在抑制核极化效应并考虑纵向缓和时间的条件下可以得到定量分析的数据。特别是由于可以直接比较尿素羰基的碳原子数量和各种结合方式甲醛的数量,所以能够详细把握树脂构造标准化的状态。

　　顾继友等采用13CNMR核磁共振方法,对3种典型的脲醛(UF)树脂合成方法合成UF树脂进行研究,并对其性能、化学构造、胶接性能、甲醛释放量及固化历程进行了研究。证明UF树脂的胶接性能、固化历程、甲醛释放量与UF树脂的化学构造直接相关,尤其是树脂中羟甲基含量与结合方式、亚甲基的构造对树脂性能影响最大。

　　朱丽滨通过对低甲醛释放UF树脂胶粘剂工艺优化试验,确定了最佳的合成工艺,合成了3种低甲醛UF树脂胶粘剂。并通过改性开发出一种低成本UF树脂胶粘剂。

　　倪荣超等采用化学和红外方法分析了树脂的官能团,并定性分析了几种树脂固化过程中的热行为,结合实验现象分析了从弱酸性起始合成脲醛树脂的工艺特点。研究证实,从弱酸性条件起始,可以在很宽泛的温度范围内合成工业应用的脲醛树脂;最初调整甲醛溶液pH值的物质选择非常重要;必须考虑2次反应的问题;弱酸性反应条件可能提高了尿素的有效官能度,使产物的支链成分增加;红外谱图没有显示Uron结构的存....