顧繼友

（東北林業(yè)大學材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

中國木材膠粘劑的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

顧繼友

（東北林業(yè)大學材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

從木材加工業(yè)發(fā)展和技術進步角度，概述了我國木材膠粘劑的開發(fā)研究過程、實際應用狀況及急需解決的技術問題。并依據(jù)木材加工業(yè)的發(fā)展需求，闡述了木材膠粘劑的發(fā)展趨勢。

木材膠粘劑；發(fā)展趨勢；人造板工藝

木材加工業(yè)是膠粘劑使用量最大的行業(yè)，使用膠粘劑的主要制品有人造板、集成材、浸漬紙、地板、復合門、家具和木制品等，其中人造板消耗的膠粘劑量最大。2012年我國人造板產(chǎn)量已經(jīng)達到2.23億m3，產(chǎn)量占世界的60%。隨著木質(zhì)原料結(jié)構(gòu)的變化、環(huán)保要求的提高以及生產(chǎn)技術進步，木材加工業(yè)對膠粘劑的品種和質(zhì)量提出更高要求。

1 我國木材膠粘劑狀況

1.1 木材加工業(yè)膠粘劑用量

依據(jù)2012年人造板產(chǎn)量測算膠粘劑的使用量，人造板總產(chǎn)量2.23億m3，其中膠合板10 981萬m3、纖維板5 800.35萬m3、刨花板2 349.55萬m3、其他人造板3 205萬m3（其中細木工板1 888萬m3）。各種人造板膠粘劑用量，纖維板中高密度纖維板用膠量在180～240 kg/m3，中密度纖維板用膠量在150～190 kg/m3，平均以180 kg/m3計算，膠粘劑固體含量按50%計；刨花板中多層壓機用膠量在130～150 kg/m3，單層和連續(xù)壓機用膠量在90～120 kg/m3，平均以120 kg/m3計算，固體含量按65%計；膠合板用膠量以87.36 kg/m3，固體含量按50%計；細木工板用膠量以26 kg/m3計算，固體含量按50%計；其他人造板用膠量以120 kg/m3計算，固體含量按65%計。計算結(jié)果2012年僅人造板用膠量即達2 492.4萬t，折合成固體膠粘劑為1312.2萬t。

強化木地板產(chǎn)銷量2.11億m2，所用浸漬紙的用膠量中耐磨紙為100 g/m2左右、裝飾紙用膠量在70～80 g/m2，底層平衡紙用膠量在160～180 g/m2，合計每平方米地板用膠量在330～360 g/m2，取平均值350 g/m2，折合固體膠73 850 t。此外還有其他地板用膠，再加上集成材、復合門、家具和木制品用膠，木材加工業(yè)總用膠量遠遠超過1 400萬t。

在這些木材加工用膠粘劑中，纖維板和刨花板主要使用脲醛樹脂膠粘劑（UF）和三聚氰胺改性脲醛樹脂膠粘劑（三聚氰胺用量占尿素用量的1%～15%）（UMF）；膠合板和細木工板主要使用脲醛樹脂膠粘劑，其中多層實木復合地板基材和水泥模板使用三聚氰胺-尿素共縮合膠粘劑（MUF）；集裝箱底板和竹材膠接主要使用酚醛樹脂膠粘劑（PF）；集成材主要使用水性高分子異氰酸酯膠粘劑（API）；復合門、家具和木制品制造多使用聚醋酸乙烯酯（PVAc）和醋酸乙烯-丙烯酸共聚乳液膠粘劑，以及封邊用乙烯-醋酸乙烯類（EVA）熱熔膠粘劑。在這些膠粘劑中脲醛樹脂膠粘劑的用量在90%以上。

1.2 木材加工業(yè)使用膠粘劑品種及性能

脲醛樹脂是在合成樹脂中價格最低廉的品種，作為木材膠粘劑具有膠接性能優(yōu)良、工藝操作性能好、無色等特點，是室內(nèi)用膠接材料制品的主要膠種。脲醛樹脂的主要問題是膠接制品的耐水煮性能差，不適合建筑結(jié)構(gòu)材料膠接使用；膠接制品持續(xù)釋放游離甲醛問題，經(jīng)過多年的開發(fā)研究，環(huán)保型低甲醛釋放脲醛樹脂膠粘劑技術已成熟并在人造板生產(chǎn)中大面積推廣應用；脲醛樹脂存在的最大問題是其合成時工藝變異性大，當合成溫度和酸堿度稍有變化時所合成樹脂的性能即發(fā)生變化，為保持性能穩(wěn)定需要精準合成控制技術。

酚醛樹脂作為木材膠粘劑具有優(yōu)異耐環(huán)境老化性能，適合制造建筑與車船結(jié)構(gòu)材料，因甲醛和苯酚反應生成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，合成工藝控制相對于脲醛樹脂容易。酚醛樹脂存在的主要問題是傳統(tǒng)的酚醛樹脂游離酚、游離醛和堿含量高，游離酚的毒性遠大于甲醛，堿含量過高會招致木材老化；另外，傳統(tǒng)的酚醛樹脂固化溫度高、固化速度慢、對被膠接木材的含水率要求高（小于7%），固化溫度高和固化時間長，導致木材壓縮率大，影響出材率，還影響生產(chǎn)效率，木質(zhì)原料含水率過低其消耗的干燥能耗大。低分子質(zhì)量酚醛樹脂主要作為浸漬單板和木（竹）絲用，制造竹材人造板和增強改性木材。這類酚醛樹脂存在的主要問題是游離酚含量過高，環(huán)保性能不好，多為強堿性顏色深并影響處理材的尺寸穩(wěn)定性。

三聚氰胺-尿素共縮合樹脂因三聚氰胺的加入有效地解決了脲醛樹脂的耐沸水煮性能差和游離甲醛釋放問題，雖然多次循環(huán)耐濕熱老化性能不如酚醛樹脂，但能達到準耐水等級（28 h水煮-干燥-水煮），并且成本遠低于酚醛樹脂。近年來，在多層實木復合地板基材、水泥模板、實木拼接、模壓托盤、纖維模壓門皮等膠接制品中使用，提高了木材膠接制品的性能，拓展了木質(zhì)膠接材料的應用范圍，是非常具有發(fā)展前景的木材膠粘劑品種。

三聚氰胺樹脂具有優(yōu)異的耐熱性，主要用于浸漬紙的生產(chǎn)。因三聚氰胺樹脂固化后脆性大，作為浸漬紙用膠粘劑都要進行增韌改性，常用的改性劑有己內(nèi)酰胺、丙三醇、二甘醇、蔗糖、聚乙烯醇等，經(jīng)特殊增韌改性后用于預油漆紙（柔性裝飾紙）的制造。在制造低壓短周期浸漬紙時，為了降低成本，先浸漬脲醛樹脂，然后在其外部浸漬三聚氰胺樹脂。低壓短周期三聚氰胺浸漬紙是刨花板貼面和強化地板制造的主要覆面裝飾材料。

水性高分子異氰酸酯膠粘劑主要用于制造集成材，國內(nèi)實木制品所用的集成板材生產(chǎn)、集成方材和集成梁主要使用API膠粘劑。依據(jù)所用木材材質(zhì)不同以及耐水耐熱等級要求不同，主劑乳液的性能差異較大，還有固化交聯(lián)劑的異氰酸酯性能不同，加入量亦不同。存在的問題是適用期有待改進，還有適合于膠接高密度硬闊葉木材的品種不多。

聚醋酸乙烯酯乳液膠粘劑主要用于家具制造和裝飾貼面，產(chǎn)品性能和價格差異較大，既有高性能品種，也有淀粉改性固含量在20%左右的低端品種。用于薄木貼面時為了提高膠接性能與脲醛樹脂復合后使用，使用高性能乳液時還可加入30%～40%的面粉，以防止透膠。在復合門生產(chǎn)中用于聚氯乙烯裝飾薄膜膠貼的主要是丙烯酸改性乳液。

2 木材膠粘劑的發(fā)展趨勢

近30年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，木材加工業(yè)也獲得飛速發(fā)展。我國人造板生產(chǎn)量占到世界的60%，使用人造板的制品家具、地板和復合門大量出口，這些材料和制品都與膠粘劑密切相關。特別是我國木質(zhì)原料供應結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了根本變化，大量的速生材和小徑材靠傳統(tǒng)的機械加工手段已經(jīng)不能滿足使用要求，然而利用膠粘劑和膠接技術，將由這類原料制備的小木板方、單板、刨花、纖維及木絲等加工成大規(guī)格的方材、板材和模壓制品，有效地解決了木質(zhì)材料供應問題。因此，木質(zhì)膠接材料的生產(chǎn)、新產(chǎn)品的開發(fā)和技術進步極大地依托膠粘劑技術的進步。

2.1 木材膠粘劑開發(fā)研究及應用

我國自上世紀70年代末既開始開發(fā)低甲醛釋放脲醛樹脂膠粘劑，于80年代初成功開發(fā)出E2級刨花板用脲醛樹脂膠，如東北林業(yè)大學開發(fā)的DN-1號和中國林科院開發(fā)的NQ-80，到80年代末東北林業(yè)大學又推出E1級刨花板用低毒性脲醛樹脂膠DN-6號。80年代中期東北林業(yè)大學開發(fā)出F2級特種無臭膠合板用脲醛樹脂膠DN-2號，90年代后期推出E1極膠合板用脲醛樹脂膠JN-90。隨著我國干法纖維板生產(chǎn)的發(fā)展90年代末期東北林業(yè)大學推出E2和E1級纖維板用脲醛樹脂膠MN-90。2003年在總結(jié)前期各類低甲醛釋放脲醛樹脂膠應用工作的基礎上，結(jié)合國家自然基金項目和國際合作項目，推出系列低甲醛釋放脲醛樹脂膠如純尿素與甲醛合成的NQ-21、三聚氰胺改性的NQ-22、三聚氰胺改性低成本的NQ-23，以及與之配套的增強復合固化劑體系。這些脲醛樹脂膠粘劑的推廣應用以及技術擴散，有效地推動了我國人造板產(chǎn)品的環(huán)?；?。

隨著我國人造板產(chǎn)量的猛增，出現(xiàn)產(chǎn)品同質(zhì)化和應用面窄的問題，為了提高人造板產(chǎn)品性能，擴大應用范圍，東北林業(yè)大學于2005年推出系列三聚氰胺-尿素共縮合樹脂膠粘劑，如纖維板用MUF-D20、刨花板用MUF-B20和膠合板用MUF-J20，這類膠粘劑分別用于防潮刨花板、模壓托盤、多層實木復合地板基材、水泥模板、實木拼接與同質(zhì)薄木貼面、高性能纖維板生產(chǎn)。這類膠粘劑的推廣應用，提升了木質(zhì)原料膠接制品的性能，拓展了木質(zhì)膠接材料的應用范圍。

在國家“九五”攻關項目支持下，南京林化所開展了快速固化酚醛樹脂的開發(fā)研究，東北林業(yè)大學也推出低游離酚低游離醛中溫快速固化酚醛樹脂膠DPF。由于中國木質(zhì)膠接材料主要用于家具制造和建筑室內(nèi)裝飾裝修，酚醛樹脂用量不像國外以建筑結(jié)構(gòu)材為主那么大。在竹材膠接（竹膠合板、重組竹）和集裝箱底板制造中使用的酚醛樹脂依托跨國公司技術支撐的多。

經(jīng)過多年開發(fā)研究，東北林業(yè)大學開發(fā)出系列異氰酸酯類膠粘劑，如刨花板用異氰酸酯樹脂膠YQJ-A、濕固化異氰酸酯膠粘劑YQJ-S、可乳化異氰酸酯膠粘劑YQJ-E、水性高分子-異氰酸酯膠粘劑API-D、濕固化熱熔膠粘劑YQJ-R、水性高分子復合型膠粘劑WPC-N以及木材加工用異氰酸酯外脫膜劑YQT-W。這類非甲醛膠粘劑由于成本高，目前僅水性高分子-異氰酸酯膠粘劑API-D得到推廣應用。關于集成材用水性高分子-異氰酸酯膠粘劑在國內(nèi)應用，最早起源于跨國公司，后經(jīng)國內(nèi)研發(fā)和引進，已有一批企業(yè)在生產(chǎn)。API類膠粘劑產(chǎn)品性能差異較大，國內(nèi)絕大多數(shù)產(chǎn)品僅適合于軟質(zhì)木材膠接，另一問題是夏天適用期不到30 min。

乳液類膠粘劑高端產(chǎn)品集中在跨國公司，普通乳液國內(nèi)企業(yè)都能生產(chǎn)，應用量較大的是淀粉和聚乙烯縮醛改性聚醋酸乙烯酯乳液，還有醋酸乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、叔碳酸酯等多元共聚乳液的生產(chǎn)和應用也較多，高性能聚氨酯乳液和丙烯酸類乳液因價格貴應用量并不大。近來在國家自然基金支持下，東北林業(yè)大學研發(fā)的醋酸乙烯酯-苯乙烯核殼乳液膠粘劑膠接的木材可耐受2 h沸水煮沸。為應對化石資源銳減，考慮膠粘劑制備原料的可持續(xù)發(fā)展問題，自上個世紀80年代后美國首先開發(fā)研究將其豐富的大豆蛋白質(zhì)資源用作木材膠粘劑，日本和美國開發(fā)木質(zhì)纖維原料液化用作膠粘劑，美國2000年后為應對加利福尼亞州對醛類膠粘劑甲醛釋放限量問題而開發(fā)淀粉改性脲醛樹脂膠粘劑。我國自2000年后也相繼開展這方面的研發(fā)工作，已有大豆蛋白膠粘劑、淀粉改性膠粘劑和核桃殼等液化物膠粘劑推向市場。但是，大豆蛋白質(zhì)基和淀粉基木材膠粘劑還有很多關鍵技術沒有獲得突破，例如固體含量低僅為30%左右，導致熱壓時間長而影響生產(chǎn)效率，熱壓溫度高而影響板材出材率；黏度大，不適合刨花板和纖維板使用，僅用于膠合板；另外，我國的大豆蛋白資源并不豐富，淀粉還涉及糧食安全問題，因此這2類膠粘劑在近期內(nèi)不可能大面積推廣應用。來源于可再生生物質(zhì)資源的木材膠粘劑，作為未來確保木材膠粘劑的可持續(xù)發(fā)展具有潛在的開發(fā)應用前景。

2.2 木材膠粘劑的發(fā)展趨勢

木質(zhì)原料本身是可再生的綠色資源，經(jīng)過加工制造的木質(zhì)膠接材料理應具有綠色環(huán)保性能，為此木材膠粘劑的綠色環(huán)保性是其今后開發(fā)研究的主題。特別是將可再生的生物質(zhì)資源經(jīng)化學修飾和改性加工轉(zhuǎn)化成木材膠粘劑具有廣闊的發(fā)展前景。

提高木材膠粘劑的性能，解決其對不同膠接對象的膠接工藝適應性，拓展木材膠粘劑的功能，是我國今后木材膠粘劑開發(fā)研究需要努力解決的問題。

重視膠粘劑使用時的調(diào)配膠問題。通過膠粘劑的調(diào)配，可以調(diào)整膠粘劑對膠接工藝的適應性，如黏度、固含量、固化速度、預壓性能；還可以調(diào)整膠接性能，如膠接強度、防霉和膠接耐久性以及解決功能化問題。

脲醛樹脂膠粘劑在一定時期內(nèi)仍是木材膠粘劑的主流膠種，這是由其價格因素所決定的。針對脲醛樹脂膠粘劑在生產(chǎn)使用中存在的問題，以及開發(fā)新型木質(zhì)膠接材料需要提升其膠接性能拓展其功能問題，開展合成和共混改性研究，在保持相對低廉成本的前提下仍有很大發(fā)展空間。當前需要解決的突出問題是如何提高低甲醛釋放脲醛樹脂的固化速度，增加生產(chǎn)效率；開展精準合成工藝控制研究，解決其合成工藝變異性大的問題，提高合成樹脂的穩(wěn)定性，確保膠接制品的膠接性能穩(wěn)定；針對特定膠接對象開發(fā)適宜的膠粘劑產(chǎn)品。

總之，基于目前和未來木質(zhì)原料結(jié)構(gòu)特性，木質(zhì)膠接材料具有廣闊的發(fā)展前景和應用空間，作為木質(zhì)膠接材料制造必不可少的木材膠粘劑，不斷完善性能，開發(fā)新品種是其研發(fā)的方向。

TQ437

A

1001-5922（2015）02-0029-03

2014-09-02

顧繼友（1955～），男，教授，博士生導師。主要從事木材膠粘劑、人造板工藝和高分子材料的教學、科研、技術開發(fā)與成果推廣工作。

E-mail：dldgujy@nefu.edu.cn。