木材胶粘剂用添加剂的技术发展及市场趋势

胶合板及单板层积材等木质复合材料所采用的胶粘剂一般是在较低压力下固化的。为了使胶粘剂和基材表面有足够的接触面积,提高胶合强度,通常采用在胶粘剂中添加填充剂和增量剂的方法来满足这一要求。据有关资料报道,添加剂的最大加入量可达15%。原材料市场的变化以及林产品加工技术的进步对添加剂提出了越来越高的要求。目前,国内外木材工业所使用的主要胶种是脲醛树脂胶,其年消耗量占木材胶粘剂总量的80%以上。国内外对这种胶粘剂,一般在调胶时都加入添加剂,一是可以克服胶合板透胶、缺胶和鼓泡等胶合缺陷;二是可以降低胶粘剂的成本。美国在添加剂的研究与开发方面做了大量的工作,并在此方面已经形成了稳定的产业,添加剂的年产值达1500万美元。

1.历史与现状

木材胶粘剂添加剂按用途可以分为两大类。一是填充剂,主要包括木质纤维素材料、糠醛剩余物及其它一些有机剩余物,还有无机材料,如粘土;二是增量剂,主要是蛋白质和淀粉类物质,诸如小麦粉、玉米粉以及淀粉等,实际生产中以淀粉类物质应用较多。但是填充剂与增量剂的界定不是十分严格的,按美国材料试验协会(ＡＳＴＭ)的规定,填充剂是一种非胶合性物质,其作用是改善胶粘剂性质,从而提高胶合性质和胶合质量;增量剂是具有某种胶合作用的物质,胶粘剂中加入此种物质可以减少胶粘剂用量。木质纤维素材料,如木粉及坚果壳粉等作为木材用合成树脂胶粘剂的填充剂大约已有五十年的历史。1950年,美国用于结构胶合板中填充剂主要是坚果壳粉,其次是花旗松树皮粉,1962年,又开发出桤木(Ａｌｎｕｓ)树皮粉做填充剂。与此同时开发的糠醛剩余物填充剂成为结构胶合板,特别是南方松胶合板用胶粘剂的主要填充剂。刨花板砂光粉尘(又称树脂化木粉)作为添加剂也有几十年历史。另外,也有人用松树、花旗松及一些阔叶树材的木粉做填充剂。坚果壳粉、木粉、粘土及其混合物在某些情况下也是经常采用的填充剂。目前,还有许多厂家用蛋白质、淀粉类物质作为木材胶粘剂的增量剂。我国胶合板工业主要采用面粉做增量剂;在美国,结构胶合板、层积材、阔叶树材胶合板以及装饰胶合板所用胶粘剂也主要采用面粉作增量剂。

2.市场与价格

我国添加剂的使用及市场情况未见详细报道,没有确切统计数字。在美国,添加剂主要用于塑料、胶粘剂及密封材料三大类产品。其中塑料工业的用量为258 7万吨,胶粘剂及密封材料中的用量为42 3万吨,木材胶粘剂中的用量为7 2万吨。美国1992年酚醛树脂所使用的添加剂的量占整个木材胶粘剂使用添加剂量的90%,其余的主要用于脲醛树脂胶、三聚氰胺甲醛树脂胶及间苯二酚树脂胶等。产值达数十亿美元的木材胶粘剂所用添加剂的产值大约是1500万美元。由于美国添加剂已形成专业化生产,因而环境变化可能对添加剂市场产生相应影响。如洪水及暴风使交通中断;原料产地的毁坏;病虫害的发生使坚果壳的产量降低等,都对市场产生一定影响。美国所采用的糠醛剩余物主要从亚洲进口,由于亚洲糠醛剩余物产量的增大而导致美国进口糠醛剩余物的价格降低了30%,从而使其本土的一家工厂因产品价格无竞争力而关闭。在中国,由于使用品种单一,基本采用面粉,因而上述环境变化对市场影响不大。添加剂的价格取决于原材料的类型、原材料的可利用性、生产成本、胶粘剂的要求及质量。1993年美国木材胶粘剂用添加剂的价格为170～270美元/吨。在中国,就主要使用的面粉来看,价格现已上升到2000～2500元/吨,上涨幅度较大,许多企业已不堪重负。

3.添加剂的各种性能指标

3.1　添加剂的理化特性

包括颜色、粒度、含水率、ｐＨ值和灰分等理化特性决定着胶粘剂的涂布方式。室内家具常采用浅色,如果做测试用可选用深颜色以利判断木破率情况。一般用于辊涂的胶粘剂,其添加剂粒度为200目左右,而喷涂或淋涂的胶粘剂则用325目左右。添加剂的含水率以7%～12%为宜。添加剂的ｐＨ值和缓冲容量对其与树脂的相容性至关重要,灰分的含量对刀具磨损起着重要作用。但添加剂的某些理化特性又是交互联系的,如各种添加剂在水、酒精及氢氧化钠溶液中的溶解和分散性能各异,而这些特性对胶合过程都有着重要影响。另外,同蛋白、淀粉类增量剂相比,填充剂的分子亲和性表现更加迟钝一些。在大多数应用场合下,添加剂是改善胶合性能,使胶合材料达到胶合标准的一个重要因子。某些添加剂,如核桃壳粉含有油性物质,在与胶粘剂混合过程中起着类似发泡剂的作用,而一般情况下,这些气泡对胶合作用有不良影响。

3.2　添加剂的成分对环境的影响