楊 笠

隨著人們環(huán)保意識的增強，居住環(huán)境對健康的影響越來越得到關(guān)注，各國對人造板甲醛釋放量指標(biāo)要求日益嚴(yán)格，對膠黏劑的環(huán)保性能提出更高的要求。新標(biāo)準(zhǔn)、新的市場要求推動著膠黏劑不斷向低醛化、低碳環(huán)保的方向發(fā)展，因此研究開發(fā)無甲醛無其他有害物質(zhì)排放的膠黏劑成為行業(yè)內(nèi)人們努力的目標(biāo)。

1 開發(fā)應(yīng)用PE無醛熱熔膠膜的必要性

傳統(tǒng)的醛基類膠黏劑的生產(chǎn)原料中均含有甲醛，甲醛是強致癌物，是嚴(yán)重污染環(huán)境、損害公眾健康的污染物。在我國目前的人造板行業(yè)結(jié)構(gòu)里，醛基類膠黏劑的使用比例高達90%以上。由于膠合板產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對小，利潤相對低，產(chǎn)品質(zhì)量堪憂；消費者受甲醛的危害事件屢屢發(fā)生，對環(huán)保板材的需求日益增強。因此，多年來眾多的科研院校和企業(yè)都在探索無醛膠黏劑的發(fā)展方向。

目前無醛膠黏劑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的3個方向：

1）生物類蛋白膠（例如大豆膠）；

2）含異氰酸脂成份的聚氨脂膠；

3）熱塑性樹脂膠黏劑。

由于這3個方向的膠黏劑應(yīng)用在膠合板生產(chǎn)過程中，有的因為涂膠后膠水固化時間太快導(dǎo)致工藝調(diào)整復(fù)雜，有的因為膠合強度不夠?qū)е掳宀馁|(zhì)量不達標(biāo)，有的是在生產(chǎn)過程中有其他有毒物質(zhì)釋放，因此沒有在膠合板領(lǐng)域大規(guī)模使用，其最主要的原因在于，相對于脲醛膠來說，上述無醛膠黏劑的成本都相對較高；脲醛膠價格普遍在1 000～3 000元/t，而無醛膠黏劑的成本普遍在4 000～7 000元/t，甚至更高。在國內(nèi)膠合板這個利潤率已經(jīng)非常低的行業(yè)，生產(chǎn)企業(yè)沒有足夠的動力去投入更高成本生產(chǎn)無醛級板材。因此，出現(xiàn)了盡管業(yè)內(nèi)人士都認(rèn)為無醛膠是發(fā)展趨勢，但是國內(nèi)生產(chǎn)無醛級板材的企業(yè)仍是廖廖無幾的局面。在目前這個競爭極其激烈的膠合板行業(yè)內(nèi)，離開成本和效率來追求更低的甲醛釋放標(biāo)準(zhǔn)，無醛膠黏劑和低醛級板材的發(fā)展就受到了極大的限制。

不是企業(yè)不想制造更環(huán)保的板材，所有的企業(yè)都明白甲醛的危害。但是企業(yè)面臨的生存壓力并不小，提高成本意味著帶來的是價格層面的競爭力的下降，并且企業(yè)還要去承擔(dān)無醛概念的推廣成本，這就不是生產(chǎn)企業(yè)能夠負(fù)擔(dān)得了的。目前絕大部分的企業(yè)持一種觀望的態(tài)度。

因此尋求膠合強度高、工藝簡單高效，最重要的是成本能比脲醛膠還低、生產(chǎn)效率更高、產(chǎn)品質(zhì)量更好、利潤空間更大的無醛膠黏劑尤為迫切。筆者要介紹的改性PE無醛熱熔膠膜可認(rèn)為是膠合板行業(yè)從有醛時代升級到無醛時代的有效途徑。

2 改性PE無醛熱熔膠膜的膠合原理

膠黏劑的膠合作用主要可以分為物理吸附作用和化學(xué)鍵作用。物理吸附作用主要是指木材和膠黏劑的分子間結(jié)合足夠緊密，在界面上相互吸附而形成物理吸附力；還有就是膠黏劑滲透到木材表面的凹陷處，以及由于毛細(xì)管的張力作用膠液從單板表面敞開的管孔浸透到內(nèi)部固化后形成膠釘，產(chǎn)生機械膠合?；瘜W(xué)鍵作用是指膠黏劑與木材通過分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成高強度的化學(xué)鍵結(jié)合，強化學(xué)鍵的作用力超過物理吸附作用力。一般來說膠黏劑的膠合作用中，物理和化學(xué)作用都兼而有之，但是如果形成的化學(xué)鍵作用力較弱的膠黏劑就需要采用比較大的施膠量來增大其物理作用力，例如脲醛樹脂膠。而具有強化學(xué)鍵作用的膠黏劑以較小的施膠量卻能擁有更高的膠合強度。

目前國內(nèi)部分企業(yè)使用的與PE無醛熱熔膠膜相類似形態(tài)的熱塑性樹脂，其形成的化學(xué)鍵作用力不夠強，為了增大膠合強度，通過增加單位面積施膠量，膠膜太厚，因此成本依舊居高不下，熱壓溫度太高，這也是上述熱塑性樹脂沒有得到大規(guī)模使用的主要原因。

而清芯無醛膠膜則是通過對PE進行改性，在PE（聚乙烯）上接枝極性基團，從而與木材里的羥基形成了很強的化學(xué)鍵作用力，因此能夠以很小的施膠量獲得很高的膠合強度。目前筆者所在單位對PE的接枝改性技術(shù)已經(jīng)獲得了幾項國家發(fā)明專利。利用改性PE無醛熱熔膠膜制成的板材通過了SGS、國家林產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心等機構(gòu)對甲醛釋放和膠合強度的檢測，產(chǎn)品不僅是無醛的，同時達到國家I類耐氣候膠合板的膠合強度要求。

3 改性PE無醛熱熔膠膜的產(chǎn)品優(yōu)勢

改性PE無醛熱熔膠膜和之前所用的脲醛樹脂膠黏劑、酚醛樹脂膠黏劑、甲醛樹脂膠黏劑這3種常用的膠黏劑相比，具有最重要的四大優(yōu)勢：

1）無甲醛、無污染

一種綠色的膠黏劑應(yīng)該是在其生產(chǎn)過程中無任何有害物質(zhì)排放，利用其生產(chǎn)的板材產(chǎn)品無任何有毒排放。熱固性膠黏劑在生產(chǎn)過程中多少都存在廢水、廢氣和TVOC排放的污染。而改性PE無醛熱熔膠膜在其生產(chǎn)和使用過程中不添加任何含有醛類、苯類、氰類成分物質(zhì)，未使用任何溶劑，不僅不含甲醛，也不含其他揮發(fā)性有害物質(zhì)，從生產(chǎn)過程到使用過程無廢水廢氣的排放污染；膠膜經(jīng)過SGS的檢測，也不含任何有害物質(zhì)，因此不僅對消費者無毒，而且對生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)工人的健康都有了良好的保障，是真正嚴(yán)格意義上的綠色膠黏劑。

2）高強度

利用改性PE無醛熱熔膠膜制成的膠合板膠合強度遠(yuǎn)超過II類普通膠合板國家標(biāo)準(zhǔn)；膠膜厚度為0.03～0.04 mm時膠合強度通過I類耐氣候膠合板的測試，浸漬剝離試驗可以經(jīng)得起5次以上耐“沸水煮+烘干”的循環(huán)測試。

3）高效率

利用PE無醛熱熔膠膜的特性，制板工藝上通過配置單板拼接覆膜裝置、自動化組坯裝置以及自動進出板熱/冷壓機組，可實現(xiàn)膠合板的高效自動化生產(chǎn)，大大減少人工用量，提高生產(chǎn)效率。

膜狀的膠黏劑，在制板工藝上與傳統(tǒng)膠黏劑的使用的差別主要是在排板組坯和熱壓工藝方面。

在排板上主要是要將膜鋪設(shè)在單板之間，目前采用兩種工藝：

a）利用自動排板線工藝，將成卷的膠膜對應(yīng)膠層數(shù)量鋪設(shè)在排板線上，利用皮帶傳動自動地將膠膜鋪設(shè)到單板之間，然后鋸切成需要的尺寸，無需冷壓，固定后送入壓機（見圖1）。

b）利用熱熔膠膜加熱快速熔融冷卻、快速固化的特點，開發(fā)了單板自動拼接覆膜機，在拼板機拼接好單板后，將膠膜通過壓貼裝置快速壓覆在單板上，然后再將覆好膜的拼接單板剪切成需要的規(guī)格尺寸。這種自動拼板覆膜機械依靠單板覆上膜后的良好強度，解決了縱拼單板整張化拼接的難題。然后將覆好膠膜的整張化橫向和縱向拼接單板利用機械手進行自動組坯后送入壓機（見圖2）。

圖1 連續(xù)排板線排板Fig.1 Plate layout in continuous row plate line

圖2 單板縱橫拼接覆膜、高效自動化組坯Fig.2 Veneer vertical and horizontal jointing and coating,eff i cient and automatic assembly

這一工藝解決了困擾膠合板業(yè)排板和組坯效率低下的問題，完全實現(xiàn)了排板和組坯的自動化生產(chǎn)，適合以國內(nèi)小徑速生材單板為主要材料的生產(chǎn)企業(yè)，極大地提高了膠合板生產(chǎn)的效率。

利用PE無醛熱熔膠膜制造膠合板的壓板工藝：由于熱熔膠的性質(zhì)，壓機由一套加熱/冷卻壓機系統(tǒng)組成，即2臺壓機+全自動進出板架系統(tǒng)。第一臺多層壓機，只需要很小的壓力，主要用于蒸發(fā)已組坯好的板材單板中的水份，并且讓膠膜升溫熔融，可用150～170 ℃的高溫快速升溫，在較短的時間內(nèi)使板芯達到膠膜熔融所需的溫度（約130 ℃），即可用自動進板架系統(tǒng)將板坯推送到后一臺多層水循環(huán)冷壓機上，然后在多層冷壓機上保持較高的壓力使板坯冷卻固化，即完成壓板的全部過程。這個過程實際上是分兩段獨立進行的，第一階段熱壓時間為0.75～1 min/mm，可以比傳統(tǒng)的膠黏劑制板減少一半的熱壓時間，第二階段冷壓時間大致為0.3～0.5 min/mm，總制板時間以熱壓時間計算，縮短了整個工藝時間。冷壓工藝還節(jié)約了晾板和板材陳化時間。

4）節(jié)能、低成本

在前述膠合原理中提到PE無醛熱熔膠膜使用很小的施膠量就能獲得很好的膠合強度，目前已經(jīng)可以做到以單面15 g/m2極小的施膠量就能夠超過II類普通膠合板膠合強度的要求。膠膜厚度在0.15 mm左右，一層9 m×12 m板材幅面，單面的膠膜成本不足1元，甚至低于使用E2級脲醛膠的綜合成本。

同時由于膠膜不含水份，因此在制板熱壓過程中熱量損失小，低碳節(jié)能，而且不添加面粉，節(jié)約了糧食。

由于膠膜在常溫下是固態(tài)的，因此方便儲存和運輸，沒有保質(zhì)期限的限制，在排板生產(chǎn)上也不會受到膠膜固化時間限制，可以隨做隨停，操作靈活方便。另外對單板的含水率要求不高，同時熱壓時間大幅減少，板材可以經(jīng)過反復(fù)熱壓，不會產(chǎn)生泡板的缺陷。膠膜固化條件簡單，板材質(zhì)量非常穩(wěn)定。

以上是筆者所在公司使用PE無醛熱熔膠膜的制板生產(chǎn)工藝過程及產(chǎn)品優(yōu)勢。較傳統(tǒng)的膠合板生產(chǎn)工藝，這一整套工藝改造投資很小，卻能帶來顯著的成本和效率優(yōu)勢。

4 結(jié)語

脲醛膠應(yīng)用于人造板生產(chǎn)已有幾十年，雖然有甲醛的污染，但以低廉的價格，較好的膠合強度迅速占領(lǐng)木材膠黏劑的絕大部分市場。但是隨著時代的發(fā)展，市場需要一種更低的成本、更高的效率、更好強度的無醛膠黏劑來升級膠合板行業(yè)。

目前，對于膠膜制板理論上的深入研究和完善，筆者所在公司正在和中國林科院木材工業(yè)研究所、福建省林科院等科研機構(gòu)進行合作。在福建已經(jīng)建成并投產(chǎn)膠合板生產(chǎn)線一年多，生產(chǎn)的板材得到了當(dāng)?shù)乇姸嘞掠纹髽I(yè)的認(rèn)可，也已經(jīng)和山東、江蘇、浙江、廣東的一些廠家展開了合作，在家具板材、地板基材、建筑模板等領(lǐng)域的企業(yè)都開始投產(chǎn)生產(chǎn)線，相信很快產(chǎn)品就能大規(guī)模投放市場，真正滿足消費者對質(zhì)優(yōu)價廉的綠色板材的需要。