低甲醛釋放木材膠粘劑研究進展

1、低甲醛釋放木材膠粘劑研究進展低甲醛釋放木材膠粘劑研究進展20095709:45作者：顧繼友(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黑龍江哈爾濱150040)摘要:我國已成為世界人造板生產(chǎn)大國木材膠粘劑年用量已超過400萬t其主要膠種為甲醛類合成樹脂膠粘劑。本文評述了木材膠接用甲醛類合成樹脂膠粘劑的開發(fā)研究、生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展重點綜述了低甲醛釋放的脲醛樹脂、三聚氰胺尿素共縮合樹脂和酚醛樹脂膠粘劑的研究進展和開發(fā)應(yīng)用情況并對其發(fā)展趨勢等進行了展望。關(guān)鍵

2、詞:低甲醛木材膠粘劑進展人造板是重要的木材加工產(chǎn)品人造板主要是由木質(zhì)和非木質(zhì)被膠接單元利用膠粘劑膠接形成的一種人造板材品種包括膠合板、纖維板、刨花板、細木工板等主要用于家具制造和室內(nèi)裝修同時作為車船制造、建筑模板、集裝箱底板、膠接木材等結(jié)構(gòu)類用材。目前我國人造板生產(chǎn)量已經(jīng)超過6000萬m3見表1。若纖維板生產(chǎn)耗膠量以180kgm3計(固體含量為50%)、刨花板以120kgm3計(固體含量為65%)、膠合板以87.36kgm3計(固體含量

3、為50%)、細木工板以26kgm3計(固體含量為50%)、其他人造板以120kgm3計(固體含量為65%)2005年人造板生產(chǎn)所用膠粘劑初步估算消耗液體膠粘劑716.4萬t折合成固體膠粘劑373.2萬t。此外還有人造板表面裝飾的浸漬紙用膠和薄木貼面等用膠因為絕大部分刨花板和纖維板都需貼面后方能使用膠合板(包括集成板材)也是靠膠粘劑膠接成板。由此估算木材加工行業(yè)的膠粘劑消耗量在400萬t以上。我國人造板產(chǎn)品絕大部分應(yīng)用于家具制造和室內(nèi)裝修

4、上因此各類室內(nèi)型人造板制造所用膠粘劑主要為脲醛樹脂(UF)膠粘劑。近年來由于防潮和防水板材需求量的增加三聚氰胺尿素共縮合樹脂(MUF)、酚醛樹脂(PF)和水性高分子異氰酸酯樹脂(API或EPI)膠粘劑的用量在不斷提高。人造板表面加工浸漬紙主要使用三聚氰胺樹脂(MF)膠粘劑也使用一定量的脲醛樹脂膠粘劑而薄木貼面多用脲醛樹脂聚醋酸乙烯酯復(fù)合膠粘劑。朱麗濱[11]通過對低甲醛釋放UF樹脂膠粘劑工藝優(yōu)化試驗確定了最佳的合成工藝合成了3種低甲醛U

5、F樹脂膠粘劑。并通過改性開發(fā)出一種低成本UF樹脂膠粘劑。倪榮超等[12]采用化學(xué)和紅外方法分析了樹脂的官能團并定性分析了幾種樹脂固化過程中的熱行為結(jié)合實驗現(xiàn)象分析了從弱酸性起始合成脲醛樹脂的工藝特點。研究證實從弱酸性條件起始可以在很寬泛的溫度范圍內(nèi)合成工業(yè)應(yīng)用的脲醛樹脂最初調(diào)整甲醛溶液pH值的物質(zhì)選擇非常重要必須考慮2次反應(yīng)的問題弱酸性反應(yīng)條件可能提高了尿素的有效官能度使產(chǎn)物的支鏈成分增加紅外譜圖沒有顯示Uron結(jié)構(gòu)的存在熱分析結(jié)果也表

6、明長的反應(yīng)時間并沒有相應(yīng)提高亞甲基含量可以通過多種手段實現(xiàn)對反應(yīng)速率的控制通過完善工藝能夠合成出適合于冷壓的木材膠粘劑。脲醛樹脂除合成方法和工藝研究之外其固化工藝和固化歷程的研究也取得重要進展。顧繼友等[13]分別利用扭辮分析法(TBA)和差示掃描量熱法(DSC)對不同固化體系、不同種類UF樹脂固化反應(yīng)過程中的動態(tài)黏彈性和固化特性進行了研究。結(jié)果表明樹脂合成配方不同其化學(xué)結(jié)構(gòu)明顯不同改性劑三聚氰胺與尿素產(chǎn)生共縮合。不添加固化劑時樹脂相對

7、剛性率在升溫過程中幾乎不增長當(dāng)溫度達到128℃時其相對剛性率急劇下降幾乎不發(fā)生縮聚反應(yīng)表現(xiàn)出熱塑性樹脂的特性在溫度超過135℃時才開始固化交聯(lián)。固化體系不同時UF樹脂的固化歷程也不同。相同升溫速率下不加任何改性劑的UF樹脂固化起始溫度稍低一些固化反應(yīng)比較劇烈放出熱量最多。加入三聚氰胺和改性劑M的2種樹脂固化反應(yīng)進行得比較平穩(wěn)放出的熱量較少。朱麗濱等[14]采用不同固化體系對6種低FU物質(zhì)的量比UF膠粘劑的固化速度、適用期及pH值變化進行

8、了研究。單組分固化體系中過硫酸銨固化速度最快烏洛托品對延長UF膠粘劑的適用期效果較好。降低脲醛樹脂的成本提高其膠接性能是生產(chǎn)企業(yè)一直關(guān)注的問題。朱麗濱等[15]通過引入電解質(zhì)開發(fā)出一種低成本改性脲醛樹脂膠。應(yīng)用膠體理論在樹脂合成過程中期加入3%的改性劑合成了性能良好的低毒改性脲醛樹脂膠使成本降低8%提高了貯存穩(wěn)定性。壓制的中密度纖維板甲醛釋放量達到了E1級。倪榮超等[16]采用FTIR、DSC等多種分析手段對一種可以有效降低生產(chǎn)成本的脲

9、醛樹脂活性劑進行了研究結(jié)論表明活性劑的主要成分是羥甲基脲?；钚詣┙档蜆渲砻鎻埩υ龃髮δ静牡臐櫇褡饔?。這種活性劑降低了脲醛樹脂固化反應(yīng)的活化能提高了脲醛樹脂的粘接性。電解質(zhì)的引入加快了反應(yīng)速度提高了粘接強度但也導(dǎo)致了膠接制品的濕強度下降該文從理論上對電解質(zhì)發(fā)生的作用機理進行了探索。Tomura等[17]利用13CCPMASNMR對不同pH值條件下合成的脲醛樹脂在不同固化溫度下對甲醛釋放量和熱穩(wěn)定性的影響進行研究。結(jié)果表明強酸性條件下合成