材料技术篇
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大豆基无醛胶合板胶黏剂
日期:2011-07-19
    我国属于少林国家,天然的木材资源十分缺乏,使用大径级别的天然林实木为主要的木材资源已不能满足我国经济建设和保护环境的需求。为了解决这一供需矛盾,我国一直大力发展速生林资源和人造胶合板工业(见下表),以抚育间伐材和速生丰产林的小径材为原料制备具有较高附加值的木质产品。人造胶合板板工业是利用胶接技术,将不同规格、不同性质的单板进行胶接、重组及复合加工,生产出适用于不同使用要求的板材。这些产品都离不开胶合板胶接工艺和胶黏剂。为此,胶合板胶接工艺和胶黏剂在木材加工领域中的地位就显得更为重要。
2002—2010年我国胶合板产量统计
 
产量(万m3
同比增长(%)
2002
1252.28
14.15
2003
1317.74
17.57
2004
1621.43
30.91
2005
2419.41
28.30
2006
2919.18
32.16
2007
4054.40
35.34
2008
5691.58
40
2009
6578.93
18.55
2010
8523.06
31.82
 
胶合板胶接工艺即为胶合板的制备工艺流程(见下图),制备工艺设计的合理与否将直接影响胶合板的性能。将干燥后一定含水率的单板涂胶,按照相邻单板纹理垂直的方式组坯后在冷压机中预压使得胶黏剂在单板中渗透,预压好的板坯在热压机中经过很短的时间迅速固化,即可能到性能优良的半成品,再经过一系列加工处理即可得到成品。

 

             胶合板成品制备工艺流程

  从以上制备工艺可以看出,胶黏剂起到了连接木皮,并进一步“组坯成材”的关键作用。目前我国用于胶合板的胶黏剂主要为脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺—甲醛树脂(简称“三醛胶”),它们虽各有优缺点,但均以甲醛为原料且甲醛不能反应完全,板材生产成型后,还不断地从板材中挥发出危害人们身体健康的气体且长达3~15年之久。甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病、细胞核的基因突变、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病,引起青少年记忆力和智力下降。在所有接触者中,儿童和孕妇对甲醛尤为敏感,危害也更大。为此,人们对于无醛胶黏剂的需求越来越迫切。

室内家具甲醛含量超标及危害

 甲醛的危害及不同含量下的症状

 

 

无醛木材胶黏剂主要包括烯类高聚物胶黏剂(聚乙酸乙酯乳液胶黏剂、丙烯酸酯类胶黏剂)、聚氨酯胶黏剂、环氧树脂胶黏剂、天然胶黏剂等。其中,烯类高聚物胶黏剂粘结性能较差,聚氨酯胶黏剂与环氧树脂胶黏剂成本高,根本不可能被应用胶合板的生产,同时受世界性能源危机的影响使得以再生资源为原料的环保型天然胶黏剂再次成为研究热点。
 天然胶黏剂种类繁多,历史久远。我国早在北魏贾思勰所著的《齐民要术》中就记载了用动物皮“煮胶”工艺。同时,天然胶黏剂价格低廉、制备简单且使用方便,可作为一般家庭胶黏剂使用。其中,以无醛大豆胶黏剂在木材胶黏剂行业中的使用最多广泛。1923年,Otis Johnson研制出以脱脂大豆粉为基料的胶黏剂,并申请了专利。随着豆胶胶黏剂性能不断改进,大豆胶黏剂开始应用在胶合板的制备上。但由于其稳定性、耐生物腐蚀性差和耐水性差等缺点,在上个世纪石油基产品大量发展之后,逐渐被“三醛胶”取代。近年来,由于人们环保意识的不断增强,大豆胶黏剂的研究再次得到重视。为了改善大豆胶黏剂的耐水胶合性能,人们进行了大量的改性研究,其中包括物理改性、尿素改性、酸碱盐改性、接枝共聚共混改性、晶须、纳米改性等,虽取得了一系列的研究进展,但效果仍不佳。

材料所高分子事业部生物基高分子研究团队创造性的将高分子复合材料与胶接机理结合,以形成硅酸盐/蛋白纳米复合结构为原理,极大地改善了蛋白胶的初粘性和预压效果,率先解决了无醛大豆胶黏剂的胶接强度低和耐水性差的问题。本研究团队制备的无醛大豆胶黏剂不但性能优良而且可利用原有三醛胶合板的设备工艺制备此种大豆无醛胶合板。经过国家人造板与木制品质量监督检验中心测定,大豆无醛胶合板胶已经达到了国家Ⅱ类板材的要求,即63℃水煮3h,湿态强度高于0.7MPa;沸水煮4h试验样条不开裂,同时大豆无醛胶合板的甲醛含量远低于E0标准(≤0.5mg/L),检测结果仅为≤0.1mg/L。相信此种无醛大豆胶黏剂、胶合板将成为新一代家庭装修的健康、环保替代产品。