用PE热熔胶膜制造胶合板带来的产业升级

杨 笠

随着人们环保意识的增强，居住环境对健康的影响越来越得到关注，各国对人造板甲醛释放量指标要求日益严格，对胶黏剂的环保性能提出更高的要求。新标准、新的市场要求推动着胶黏剂不断向低醛化、低碳环保的方向发展，因此研究开发无甲醛无其他有害物质排放的胶黏剂成为行业内人们努力的目标。

1 开发应用PE无醛热熔胶膜的必要性

传统的醛基类胶黏剂的生产原料中均含有甲醛，甲醛是强致癌物，是严重污染环境、损害公众健康的污染物。在我国目前的人造板行业结构里，醛基类胶黏剂的使用比例高达90%以上。由于胶合板产业结构相对小，利润相对低，产品质量堪忧；消费者受甲醛的危害事件屡屡发生，对环保板材的需求日益增强。因此，多年来众多的科研院校和企业都在探索无醛胶黏剂的发展方向。

目前无醛胶黏剂产业化发展的3个方向：

1）生物类蛋白胶（例如大豆胶）；

2）含异氰酸脂成份的聚氨脂胶；

3）热塑性树脂胶黏剂。

由于这3个方向的胶黏剂应用在胶合板生产过程中，有的因为涂胶后胶水固化时间太快导致工艺调整复杂，有的因为胶合强度不够导致板材质量不达标，有的是在生产过程中有其他有毒物质释放，因此没有在胶合板领域大规模使用，其最主要的原因在于，相对于脲醛胶来说，上述无醛胶黏剂的成本都相对较高；脲醛胶价格普遍在1 000～3 000元/t，而无醛胶黏剂的成本普遍在4 000～7 000元/t，甚至更高。在国内胶合板这个利润率已经非常低的行业，生产企业没有足够的动力去投入更高成本生产无醛级板材。因此，出现了尽管业内人士都认为无醛胶是发展趋势，但是国内生产无醛级板材的企业仍是廖廖无几的局面。在目前这个竞争极其激烈的胶合板行业内，离开成本和效率来追求更低的甲醛释放标准，无醛胶黏剂和低醛级板材的发展就受到了极大的限制。

不是企业不想制造更环保的板材，所有的企业都明白甲醛的危害。但是企业面临的生存压力并不小，提高成本意味着带来的是价格层面的竞争力的下降，并且企业还要去承担无醛概念的推广成本，这就不是生产企业能够负担得了的。目前绝大部分的企业持一种观望的态度。

因此寻求胶合强度高、工艺简单高效，最重要的是成本能比脲醛胶还低、生产效率更高、产品质量更好、利润空间更大的无醛胶黏剂尤为迫切。笔者要介绍的改性PE无醛热熔胶膜可认为是胶合板行业从有醛时代升级到无醛时代的有效途径。

2 改性PE无醛热熔胶膜的胶合原理

胶黏剂的胶合作用主要可以分为物理吸附作用和化学键作用。物理吸附作用主要是指木材和胶黏剂的分子间结合足够紧密，在界面上相互吸附而形成物理吸附力；还有就是胶黏剂渗透到木材表面的凹陷处，以及由于毛细管的张力作用胶液从单板表面敞开的管孔浸透到内部固化后形成胶钉，产生机械胶合。化学键作用是指胶黏剂与木材通过分子间发生化学反应，形成高强度的化学键结合，强化学键的作用力超过物理吸附作用力。一般来说胶黏剂的胶合作用中，物理和化学作用都兼而有之，但是如果形成的化学键作用力较弱的胶黏剂就需要采用比较大的施胶量来增大其物理作用力，例如脲醛树脂胶。而具有强化学键作用的胶黏剂以较小的施胶量却能拥有更高的胶合强度。

目前国内部分企业使用的与PE无醛热熔胶膜相类似形态的热塑性树脂，其形成的化学键作用力不够强，为了增大胶合强度，通过增加单位面积施胶量，胶膜太厚，因此成本依旧居高不下，热压温度太高，这也是上述热塑性树脂没有得到大规模使用的主要原因。

而清芯无醛胶膜则是通过对PE进行改性，在PE（聚乙烯）上接枝极性基团，从而与木材里的羟基形成了很强的化学键作用力，因此能够以很小的施胶量获得很高的胶合强度。目前笔者所在单位对PE的接枝改性技术已经获得了几项国家发明专利。利用改性PE无醛热熔胶膜制成的板材通过了SGS、国家林产品质量检测中心等机构对甲醛释放和胶合强度的检测，产品不仅是无醛的，同时达到国家I类耐气候胶合板的胶合强度要求。

3 改性PE无醛热熔胶膜的产品优势

改性PE无醛热熔胶膜和之前所用的脲醛树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂、甲醛树脂胶黏剂这3种常用的胶黏剂相比，具有最重要的四大优势：

1）无甲醛、无污染

一种绿色的胶黏剂应该是在其生产过程中无任何有害物质排放，利用其生产的板材产品无任何有毒排放。热固性胶黏剂在生产过程中多少都存在废水、废气和TVOC排放的污染。而改性PE无醛热熔胶膜在其生产和使用过程中不添加任何含有醛类、苯类、氰类成分物质，未使用任何溶剂，不仅不含甲醛，也不含其他挥发性有害物质，从生产过程到使用过程无废水废气的排放污染；胶膜经过SGS的检测，也不含任何有害物质，因此不仅对消费者无毒，而且对生产环境和产业工人的健康都有了良好的保障，是真正严格意义上的绿色胶黏剂。

2）高强度

利用改性PE无醛热熔胶膜制成的胶合板胶合强度远超过II类普通胶合板国家标准；胶膜厚度为0.03～0.04 mm时胶合强度通过I类耐气候胶合板的测试，浸渍剥离试验可以经得起5次以上耐“沸水煮+烘干”的循环测试。

3）高效率

利用PE无醛热熔胶膜的特性，制板工艺上通过配置单板拼接覆膜装置、自动化组坯装置以及自动进出板热/冷压机组，可实现胶合板的高效自动化生产，大大减少人工用量，提高生产效率。

膜状的胶黏剂，在制板工艺上与传统胶黏剂的使用的差别主要是在排板组坯和热压工艺方面。

在排板上主要是要将膜铺设在单板之间，目前采用两种工艺：

a）利用自动排板线工艺，将成卷的胶膜对应胶层数量铺设在排板线上，利用皮带传动自动地将胶膜铺设到单板之间，然后锯切成需要的尺寸，无需冷压，固定后送入压机（见图1）。

b）利用热熔胶膜加热快速熔融冷却、快速固化的特点，开发了单板自动拼接覆膜机，在拼板机拼接好单板后，将胶膜通过压贴装置快速压覆在单板上，然后再将覆好膜的拼接单板剪切成需要的规格尺寸。这种自动拼板覆膜机械依靠单板覆上膜后的良好强度，解决了纵拼单板整张化拼接的难题。然后将覆好胶膜的整张化横向和纵向拼接单板利用机械手进行自动组坯后送入压机（见图2）。

图1 连续排板线排板Fig.1 Plate layout in continuous row plate line

图2 单板纵横拼接覆膜、高效自动化组坯Fig.2 Veneer vertical and horizontal jointing and coating,eff i cient and automatic assembly

这一工艺解决了困扰胶合板业排板和组坯效率低下的问题，完全实现了排板和组坯的自动化生产，适合以国内小径速生材单板为主要材料的生产企业，极大地提高了胶合板生产的效率。

利用PE无醛热熔胶膜制造胶合板的压板工艺：由于热熔胶的性质，压机由一套加热/冷却压机系统组成，即2台压机+全自动进出板架系统。第一台多层压机，只需要很小的压力，主要用于蒸发已组坯好的板材单板中的水份，并且让胶膜升温熔融，可用150～170 ℃的高温快速升温，在较短的时间内使板芯达到胶膜熔融所需的温度（约130 ℃），即可用自动进板架系统将板坯推送到后一台多层水循环冷压机上，然后在多层冷压机上保持较高的压力使板坯冷却固化，即完成压板的全部过程。这个过程实际上是分两段独立进行的，第一阶段热压时间为0.75～1 min/mm，可以比传统的胶黏剂制板减少一半的热压时间，第二阶段冷压时间大致为0.3～0.5 min/mm，总制板时间以热压时间计算，缩短了整个工艺时间。冷压工艺还节约了晾板和板材陈化时间。

4）节能、低成本

在前述胶合原理中提到PE无醛热熔胶膜使用很小的施胶量就能获得很好的胶合强度，目前已经可以做到以单面15 g/m2极小的施胶量就能够超过II类普通胶合板胶合强度的要求。胶膜厚度在0.15 mm左右，一层9 m×12 m板材幅面，单面的胶膜成本不足1元，甚至低于使用E2级脲醛胶的综合成本。

同时由于胶膜不含水份，因此在制板热压过程中热量损失小，低碳节能，而且不添加面粉，节约了粮食。

由于胶膜在常温下是固态的，因此方便储存和运输，没有保质期限的限制，在排板生产上也不会受到胶膜固化时间限制，可以随做随停，操作灵活方便。另外对单板的含水率要求不高，同时热压时间大幅减少，板材可以经过反复热压，不会产生泡板的缺陷。胶膜固化条件简单，板材质量非常稳定。

以上是笔者所在公司使用PE无醛热熔胶膜的制板生产工艺过程及产品优势。较传统的胶合板生产工艺，这一整套工艺改造投资很小，却能带来显著的成本和效率优势。

4 结语

脲醛胶应用于人造板生产已有几十年，虽然有甲醛的污染，但以低廉的价格，较好的胶合强度迅速占领木材胶黏剂的绝大部分市场。但是随着时代的发展，市场需要一种更低的成本、更高的效率、更好强度的无醛胶黏剂来升级胶合板行业。

目前，对于胶膜制板理论上的深入研究和完善，笔者所在公司正在和中国林科院木材工业研究所、福建省林科院等科研机构进行合作。在福建已经建成并投产胶合板生产线一年多，生产的板材得到了当地众多下游企业的认可，也已经和山东、江苏、浙江、广东的一些厂家展开了合作，在家具板材、地板基材、建筑模板等领域的企业都开始投产生产线，相信很快产品就能大规模投放市场，真正满足消费者对质优价廉的绿色板材的需要。