環保膠合板用膠黏劑的制備與性能

范德輝

（廣東金毅玩具材料有限公司，廣東東莞 523900）

近年來，隨著經濟發展和社會進步，人們的環保和健康意識顯著提升，越來越關注其居住環境對健康的影響。膠合板是家具常用材料之一，是由木段旋切成單板或由木方刨切成薄 木，再用膠黏劑膠合而成的三層或多層的板狀材料。國內膠合板使用的膠黏劑主要是以脲醛樹脂、酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂為主[1-2]。這幾種膠黏劑均為醛類膠黏劑，其最突出 的問題是釋放出甲醛，而甲醛是強致癌物，對人們的身體健康有相當大的危害[3-4]。因此，膠合板中甲醛釋放問題受到人們的密切關注。同時，國家對人造板的甲醛含量要求也愈發嚴格[5]。已 經廢止的國標GB 18580—2001《室內裝飾裝修材料人造板及其制 品中甲醛釋放限量》將膠合板的環保等級分為E1、E2兩個級別。新版強制性國標GB 18580—2017《室內裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》于2018年5月1日正式實施，取消了E2級的限量標識，僅保留E1級限量標識，對膠合板的環保性能提出了更高的要求[6]。因此，解決甲醛釋放量問題和生產環保綠色膠合板產品關系到膠合板產業的生存和發展。

1 技術路線

膠黏劑的黏結作用主要依靠物理吸附和化學反應。膠合板中的物理吸附作用主要是黏結樹脂薄膜受熱融化，嵌入木板的縫隙中，產生“鉚釘效應”，形成機械膠合；膠合板中的化學反應是指膠黏劑中的羧基和木材中的羥基發生化學反應，形成高強度的化學鍵。因此，在膠黏劑的黏結作用中，同時存在物理吸附和化學反應，兩者相輔相成。聚乙烯為非極性材料，為了改善其黏結性能，使用不飽和單體對聚乙烯進行接枝改性；為了改善聚乙烯的浸潤性，引入彈性體和在聚乙烯分子鏈上引入極性基團的方法進行改性；提高了聚乙烯的極性和浸潤性。因此，本研究的思路就是在膠黏劑中加入改性聚乙烯，在體系中引入聚烯烴類彈性體和聚氨酯，來達到提高膠黏劑的黏結強度和持黏性的目的[7]。

2 實驗方法

2.1 主要原料與儀器設備

實驗用到的主要原料與儀器設備如表1和表2所示。

表1 的主要原料

表2 主要儀器與設備

2.2 樣品制備

2.2.1 官能化改性聚乙烯的制備

（1）稱取78.3%w的高密度聚乙烯，20%w低密度聚乙烯，1.5%w馬來酸酐單體（不飽和接枝單體），0.2%w雙-2，5-己烷（引發劑），加入到雙螺桿擠出造粒，充分混合。上述低密度聚乙烯為乙烯和a-烯烴的共聚物，密度為0.91~0.94g/cm3，熔融指數為2~18g/10min。

（2）雙螺桿擠出機的溫度控制為160~230℃，螺桿轉速控制為250~450r/min，螺桿長徑比L∶D≥40∶1，官能化改性聚乙烯經過反應型雙螺桿擠出機造粒而成，其接枝率0.5%~1.4%w。

2.2.2 黏結劑的制備

（1）稱取55%w低密度聚乙烯、30%w官能化改性聚乙烯，攪拌反應20min以上。

（2）在上述物料中加入5%w聚氨酯，再加入10%w聚烯烴類彈性體，它的組分中乙烯單體含量大，密度為0.85~0.89g/cm3，攪拌反應30min。

（3）在上述物料中加入0.1%w受阻酚型季戊四醇酯。

（4）上述原料充分反應30min，采用雙螺桿擠出機實施塑化共混工藝擠出造粒。其雙螺桿擠出機的溫度控制為130~230℃，螺桿轉速控制為280~420r/min，螺桿長徑比L∶D≥40∶1。

黏結劑的制備工藝流程，如圖1所示。

圖1 黏結劑的制備工藝流程圖

2.2.3 環保膠合板制備

（1）將制作桉木單板，其尺寸為：

厚×長×寬=1.8mm×350mm×350mm，含水率10%。

（2）制作黏結劑薄膜，其尺寸為：

厚×長×寬=0.045mm×350mm×350mm。

（3）取一張桉木單板為底板，鋪上一張上述步驟（2）制得的黏結劑薄膜。

（4）取第二張桉木單板，選取纖維與底板纖維垂直的方向鋪裝，再鋪上一張上述步驟（2）制得的黏結劑薄膜。

（5）取第三張桉木單板，選取纖維與第二張單板纖維垂直的方向鋪裝，鋪裝完畢，進行熱壓成型。熱壓條件：溫度160℃；壓力0.6MPa；時間5min；冷壓條件：溫度25℃；壓力0.2MPa；時間2min。

（6）熱壓后所得膠合板在室溫下進行5~8h陳放。

2.2.4 對比膠合板制備

為了便于對比，使用國內膠合板使用的膠黏劑按照2.2.3的步驟制備對照樣板進行對比測試。對照樣板的膠黏劑使用聚乙二醇木質塑膠黏劑與脲醛樹脂膠黏劑按1：1混合制備得到。

3 結果與討論

按照GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》的標準進行制樣，并測試環保膠合板和對照樣板的膠合強度、靜曲強度、浸漬剝離、彈性模量、冷熱循環膠合強度、甲醛釋放量。測試結果，如表3所示。

表3 膠合板性能檢測結果

由表3可看出，使用本方法合成的黏結劑制成的膠合板其膠合強度遠超Ⅱ類普通膠合板國家標準；其冷熱循環膠合強度通過耐氣候Ⅰ類測試，浸漬剝離也遠超Ⅰ類膠合板的標準；靜曲強度和彈性模量性能良好。而甲醛釋放量為0，達到國家E0標準，甲醛釋放量明顯由于對照樣。同時，黏結劑合成過程中未使用任何溶劑，也不含其他有害的揮發性物質。

本方法合成的黏結劑其黏結強度高、黏結持久、耐水耐熱性能優異。這是由于膠黏劑引入的聚烯烴類彈性體，能有效地降低黏結樹脂的內聚能，從而提高對木材的浸潤性，因此能有效提高其黏結速度和初黏強度。特別的，配方中同時引入的聚氨酯大分子結構中必定有異氰酸酯端基、酯基或醚鍵、氨基甲酸酯基、取代脲基、脲基甲酸酯基和縮二脲基，這些強極性基團能夠與木材中纖維素上的羥基發生反應，能極大地提高其黏結強度和黏結持久性。

4 結束語

本方法合成的黏結劑，改進其生產工藝，避免了生產過程中溶劑和紫外光對人體的危害，簡化了生產工藝，降低了生產周期和成本；通過改進配方，提高了聚乙烯的浸潤性，聚氨酯的加入更加提高了其黏結性能和黏結持久性。使用合成的黏結劑制備的膠合板黏結強度高、黏結持久、耐水耐熱性能優異、無甲醛釋放，為膠合板領域提供了一種兼具社會和經濟效益的黏結材料，為產業化提供了優異的技術方案。