中国木材胶粘剂的现状与发展趋势

顾继友

（东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

中国木材胶粘剂的现状与发展趋势

顾继友

（东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

从木材加工业发展和技术进步角度，概述了我国木材胶粘剂的开发研究过程、实际应用状况及急需解决的技术问题。并依据木材加工业的发展需求，阐述了木材胶粘剂的发展趋势。

木材胶粘剂；发展趋势；人造板工艺

木材加工业是胶粘剂使用量最大的行业，使用胶粘剂的主要制品有人造板、集成材、浸渍纸、地板、复合门、家具和木制品等，其中人造板消耗的胶粘剂量最大。2012年我国人造板产量已经达到2.23亿m3，产量占世界的60%。随着木质原料结构的变化、环保要求的提高以及生产技术进步，木材加工业对胶粘剂的品种和质量提出更高要求。

1 我国木材胶粘剂状况

1.1 木材加工业胶粘剂用量

依据2012年人造板产量测算胶粘剂的使用量，人造板总产量2.23亿m3，其中胶合板10 981万m3、纤维板5 800.35万m3、刨花板2 349.55万m3、其他人造板3 205万m3（其中细木工板1 888万m3）。各种人造板胶粘剂用量，纤维板中高密度纤维板用胶量在180～240 kg/m3，中密度纤维板用胶量在150～190 kg/m3，平均以180 kg/m3计算，胶粘剂固体含量按50%计；刨花板中多层压机用胶量在130～150 kg/m3，单层和连续压机用胶量在90～120 kg/m3，平均以120 kg/m3计算，固体含量按65%计；胶合板用胶量以87.36 kg/m3，固体含量按50%计；细木工板用胶量以26 kg/m3计算，固体含量按50%计；其他人造板用胶量以120 kg/m3计算，固体含量按65%计。计算结果2012年仅人造板用胶量即达2 492.4万t，折合成固体胶粘剂为1312.2万t。

强化木地板产销量2.11亿m2，所用浸渍纸的用胶量中耐磨纸为100 g/m2左右、装饰纸用胶量在70～80 g/m2，底层平衡纸用胶量在160～180 g/m2，合计每平方米地板用胶量在330～360 g/m2，取平均值350 g/m2，折合固体胶73 850 t。此外还有其他地板用胶，再加上集成材、复合门、家具和木制品用胶，木材加工业总用胶量远远超过1 400万t。

在这些木材加工用胶粘剂中，纤维板和刨花板主要使用脲醛树脂胶粘剂（UF）和三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂（三聚氰胺用量占尿素用量的1%～15%）（UMF）；胶合板和细木工板主要使用脲醛树脂胶粘剂，其中多层实木复合地板基材和水泥模板使用三聚氰胺-尿素共缩合胶粘剂（MUF）；集装箱底板和竹材胶接主要使用酚醛树脂胶粘剂（PF）；集成材主要使用水性高分子异氰酸酯胶粘剂（API）；复合门、家具和木制品制造多使用聚醋酸乙烯酯（PVAc）和醋酸乙烯-丙烯酸共聚乳液胶粘剂，以及封边用乙烯-醋酸乙烯类（EVA）热熔胶粘剂。在这些胶粘剂中脲醛树脂胶粘剂的用量在90%以上。

1.2 木材加工业使用胶粘剂品种及性能

脲醛树脂是在合成树脂中价格最低廉的品种，作为木材胶粘剂具有胶接性能优良、工艺操作性能好、无色等特点，是室内用胶接材料制品的主要胶种。脲醛树脂的主要问题是胶接制品的耐水煮性能差，不适合建筑结构材料胶接使用；胶接制品持续释放游离甲醛问题，经过多年的开发研究，环保型低甲醛释放脲醛树脂胶粘剂技术已成熟并在人造板生产中大面积推广应用；脲醛树脂存在的最大问题是其合成时工艺变异性大，当合成温度和酸碱度稍有变化时所合成树脂的性能即发生变化，为保持性能稳定需要精准合成控制技术。

酚醛树脂作为木材胶粘剂具有优异耐环境老化性能，适合制造建筑与车船结构材料，因甲醛和苯酚反应生成产物结构稳定，合成工艺控制相对于脲醛树脂容易。酚醛树脂存在的主要问题是传统的酚醛树脂游离酚、游离醛和碱含量高，游离酚的毒性远大于甲醛，碱含量过高会招致木材老化；另外，传统的酚醛树脂固化温度高、固化速度慢、对被胶接木材的含水率要求高（小于7%），固化温度高和固化时间长，导致木材压缩率大，影响出材率，还影响生产效率，木质原料含水率过低其消耗的干燥能耗大。低分子质量酚醛树脂主要作为浸渍单板和木（竹）丝用，制造竹材人造板和增强改性木材。这类酚醛树脂存在的主要问题是游离酚含量过高，环保性能不好，多为强碱性颜色深并影响处理材的尺寸稳定性。

三聚氰胺-尿素共缩合树脂因三聚氰胺的加入有效地解决了脲醛树脂的耐沸水煮性能差和游离甲醛释放问题，虽然多次循环耐湿热老化性能不如酚醛树脂，但能达到准耐水等级（28 h水煮-干燥-水煮），并且成本远低于酚醛树脂。近年来，在多层实木复合地板基材、水泥模板、实木拼接、模压托盘、纤维模压门皮等胶接制品中使用，提高了木材胶接制品的性能，拓展了木质胶接材料的应用范围，是非常具有发展前景的木材胶粘剂品种。

三聚氰胺树脂具有优异的耐热性，主要用于浸渍纸的生产。因三聚氰胺树脂固化后脆性大，作为浸渍纸用胶粘剂都要进行增韧改性，常用的改性剂有己内酰胺、丙三醇、二甘醇、蔗糖、聚乙烯醇等，经特殊增韧改性后用于预油漆纸（柔性装饰纸）的制造。在制造低压短周期浸渍纸时，为了降低成本，先浸渍脲醛树脂，然后在其外部浸渍三聚氰胺树脂。低压短周期三聚氰胺浸渍纸是刨花板贴面和强化地板制造的主要覆面装饰材料。

水性高分子异氰酸酯胶粘剂主要用于制造集成材，国内实木制品所用的集成板材生产、集成方材和集成梁主要使用API胶粘剂。依据所用木材材质不同以及耐水耐热等级要求不同，主剂乳液的性能差异较大，还有固化交联剂的异氰酸酯性能不同，加入量亦不同。存在的问题是适用期有待改进，还有适合于胶接高密度硬阔叶木材的品种不多。

聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂主要用于家具制造和装饰贴面，产品性能和价格差异较大，既有高性能品种，也有淀粉改性固含量在20%左右的低端品种。用于薄木贴面时为了提高胶接性能与脲醛树脂复合后使用，使用高性能乳液时还可加入30%～40%的面粉，以防止透胶。在复合门生产中用于聚氯乙烯装饰薄膜胶贴的主要是丙烯酸改性乳液。

2 木材胶粘剂的发展趋势

近30年来，随着我国经济的快速发展，木材加工业也获得飞速发展。我国人造板生产量占到世界的60%，使用人造板的制品家具、地板和复合门大量出口，这些材料和制品都与胶粘剂密切相关。特别是我国木质原料供应结构已经发生了根本变化，大量的速生材和小径材靠传统的机械加工手段已经不能满足使用要求，然而利用胶粘剂和胶接技术，将由这类原料制备的小木板方、单板、刨花、纤维及木丝等加工成大规格的方材、板材和模压制品，有效地解决了木质材料供应问题。因此，木质胶接材料的生产、新产品的开发和技术进步极大地依托胶粘剂技术的进步。

2.1 木材胶粘剂开发研究及应用

我国自上世纪70年代末既开始开发低甲醛释放脲醛树脂胶粘剂，于80年代初成功开发出E2级刨花板用脲醛树脂胶，如东北林业大学开发的DN-1号和中国林科院开发的NQ-80，到80年代末东北林业大学又推出E1级刨花板用低毒性脲醛树脂胶DN-6号。80年代中期东北林业大学开发出F2级特种无臭胶合板用脲醛树脂胶DN-2号，90年代后期推出E1极胶合板用脲醛树脂胶JN-90。随着我国干法纤维板生产的发展90年代末期东北林业大学推出E2和E1级纤维板用脲醛树脂胶MN-90。2003年在总结前期各类低甲醛释放脲醛树脂胶应用工作的基础上，结合国家自然基金项目和国际合作项目，推出系列低甲醛释放脲醛树脂胶如纯尿素与甲醛合成的NQ-21、三聚氰胺改性的NQ-22、三聚氰胺改性低成本的NQ-23，以及与之配套的增强复合固化剂体系。这些脲醛树脂胶粘剂的推广应用以及技术扩散，有效地推动了我国人造板产品的环保化。

随着我国人造板产量的猛增，出现产品同质化和应用面窄的问题，为了提高人造板产品性能，扩大应用范围，东北林业大学于2005年推出系列三聚氰胺-尿素共缩合树脂胶粘剂，如纤维板用MUF-D20、刨花板用MUF-B20和胶合板用MUF-J20，这类胶粘剂分别用于防潮刨花板、模压托盘、多层实木复合地板基材、水泥模板、实木拼接与同质薄木贴面、高性能纤维板生产。这类胶粘剂的推广应用，提升了木质原料胶接制品的性能，拓展了木质胶接材料的应用范围。

在国家“九五”攻关项目支持下，南京林化所开展了快速固化酚醛树脂的开发研究，东北林业大学也推出低游离酚低游离醛中温快速固化酚醛树脂胶DPF。由于中国木质胶接材料主要用于家具制造和建筑室内装饰装修，酚醛树脂用量不像国外以建筑结构材为主那么大。在竹材胶接（竹胶合板、重组竹）和集装箱底板制造中使用的酚醛树脂依托跨国公司技术支撑的多。

经过多年开发研究，东北林业大学开发出系列异氰酸酯类胶粘剂，如刨花板用异氰酸酯树脂胶YQJ-A、湿固化异氰酸酯胶粘剂YQJ-S、可乳化异氰酸酯胶粘剂YQJ-E、水性高分子-异氰酸酯胶粘剂API-D、湿固化热熔胶粘剂YQJ-R、水性高分子复合型胶粘剂WPC-N以及木材加工用异氰酸酯外脱膜剂YQT-W。这类非甲醛胶粘剂由于成本高，目前仅水性高分子-异氰酸酯胶粘剂API-D得到推广应用。关于集成材用水性高分子-异氰酸酯胶粘剂在国内应用，最早起源于跨国公司，后经国内研发和引进，已有一批企业在生产。API类胶粘剂产品性能差异较大，国内绝大多数产品仅适合于软质木材胶接，另一问题是夏天适用期不到30 min。

乳液类胶粘剂高端产品集中在跨国公司，普通乳液国内企业都能生产，应用量较大的是淀粉和聚乙烯缩醛改性聚醋酸乙烯酯乳液，还有醋酸乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、叔碳酸酯等多元共聚乳液的生产和应用也较多，高性能聚氨酯乳液和丙烯酸类乳液因价格贵应用量并不大。近来在国家自然基金支持下，东北林业大学研发的醋酸乙烯酯-苯乙烯核壳乳液胶粘剂胶接的木材可耐受2 h沸水煮沸。为应对化石资源锐减，考虑胶粘剂制备原料的可持续发展问题，自上个世纪80年代后美国首先开发研究将其丰富的大豆蛋白质资源用作木材胶粘剂，日本和美国开发木质纤维原料液化用作胶粘剂，美国2000年后为应对加利福尼亚州对醛类胶粘剂甲醛释放限量问题而开发淀粉改性脲醛树脂胶粘剂。我国自2000年后也相继开展这方面的研发工作，已有大豆蛋白胶粘剂、淀粉改性胶粘剂和核桃壳等液化物胶粘剂推向市场。但是，大豆蛋白质基和淀粉基木材胶粘剂还有很多关键技术没有获得突破，例如固体含量低仅为30%左右，导致热压时间长而影响生产效率，热压温度高而影响板材出材率；黏度大，不适合刨花板和纤维板使用，仅用于胶合板；另外，我国的大豆蛋白资源并不丰富，淀粉还涉及粮食安全问题，因此这2类胶粘剂在近期内不可能大面积推广应用。来源于可再生生物质资源的木材胶粘剂，作为未来确保木材胶粘剂的可持续发展具有潜在的开发应用前景。

2.2 木材胶粘剂的发展趋势

木质原料本身是可再生的绿色资源，经过加工制造的木质胶接材料理应具有绿色环保性能，为此木材胶粘剂的绿色环保性是其今后开发研究的主题。特别是将可再生的生物质资源经化学修饰和改性加工转化成木材胶粘剂具有广阔的发展前景。

提高木材胶粘剂的性能，解决其对不同胶接对象的胶接工艺适应性，拓展木材胶粘剂的功能，是我国今后木材胶粘剂开发研究需要努力解决的问题。

重视胶粘剂使用时的调配胶问题。通过胶粘剂的调配，可以调整胶粘剂对胶接工艺的适应性，如黏度、固含量、固化速度、预压性能；还可以调整胶接性能，如胶接强度、防霉和胶接耐久性以及解决功能化问题。

脲醛树脂胶粘剂在一定时期内仍是木材胶粘剂的主流胶种，这是由其价格因素所决定的。针对脲醛树脂胶粘剂在生产使用中存在的问题，以及开发新型木质胶接材料需要提升其胶接性能拓展其功能问题，开展合成和共混改性研究，在保持相对低廉成本的前提下仍有很大发展空间。当前需要解决的突出问题是如何提高低甲醛释放脲醛树脂的固化速度，增加生产效率；开展精准合成工艺控制研究，解决其合成工艺变异性大的问题，提高合成树脂的稳定性，确保胶接制品的胶接性能稳定；针对特定胶接对象开发适宜的胶粘剂产品。

总之，基于目前和未来木质原料结构特性，木质胶接材料具有广阔的发展前景和应用空间，作为木质胶接材料制造必不可少的木材胶粘剂，不断完善性能，开发新品种是其研发的方向。

TQ437

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1001-5922（2015）02-0029-03

2014-09-02

顾继友（1955～），男，教授，博士生导师。主要从事木材胶粘剂、人造板工艺和高分子材料的教学、科研、技术开发与成果推广工作。

E-mail：dldgujy@nefu.edu.cn。