黎健民 刘定之

脲醛树脂的甲醛释放量问题一直是困扰和阻碍我国人造板工业发展的绊脚石，也是当前国内人造板巿场与世界接轨的最棘手问题。20世纪60—70年代生产者普遍釆用高摩尔比制造人造板，板材强度高、耐水，几十年经久耐用，然而甲醛释放量高的问题不容忽视。根据GB 18580—2001《室内装饰装修材料 人造板及其制品中甲醛释放限量》规定：E2级小于30 mg/100g，E1级小于9 mg/100g （中纤板）。在环保问题日益凸显的今天，E2板将逐渐退出历史舞台。

1 人造板胶黏剂使用及研究现状

当今人造板生产所使用的胶黏剂品种繁多，包括脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂、酚醛树脂、改性豆粉胶、聚氨树脂和异氰酸脂等。脲醛系列占有很大比重，达70%以上，然而甲醛释放量问题却阻碍了脲醛树脂胶在人造板工业上的进一步发展。

近几十年，国内外专家学者为解决人造板甲醛释放量的问题做了大量工作，发表了许多论文和专著，并用于指导生产，取得了一定的经济效益和社会效益。现有的研究成果，其焦点都是围绕脲醛树脂胶本身的结构，让脲醛树脂胶游离甲醛降到最低。具体采用的方法：一是低摩尔比，二是添加各种助剂，如三聚氰胺，聚乙烯醇，淀粉等。其结果是：虽然甲醛释放量有所降低，但板材的理化性能（静曲强度，内结合强度，耐水性等）并不理想，甚至胶黏剂在热压过程中无法从可溶状态（热塑性）转变成不可逆的不溶不熔固态（网状结构的热固性树脂）。产生这种现象的主要原因是：较低摩尔比（小于1∶1.02）和较低游离甲醛必将产生大量低分子羟甲基和游离尿素，从而阻碍胶黏剂分子结构的变化，致使生产周期长，内结合强度低，耐水性差。目前国内许多大型人造板厂已开始使用无甲醛添加胶黏剂，如聚氨脂，异氰酸酯，令人困扰的则是工艺和生产成本的问题。德国率先提出一种脲醛树脂胶制备的新思维，新概念：用高摩尔比将脲醛树脂胶迅速从热塑性转化为热固性网状立体结构，摩尔比大于1.15∶1；然后用氨气处理板内残余游离甲醛，但是由于其工艺复杂、成本高、不环保而被淘汰。

近期，巴斯夫开发出一种具有特殊结构的异氰酸脂，该材料可以融合在脲醛树脂胶中，当脲醛树脂胶在高温高压下迅速固化后，它与板内游离甲醛进行化学反应和吸附，从而获得强度高、耐水、绿色环保的人造板。我国中科院过程工程研究所也对此进行了大量研究。这种先固化后捕杀游离甲醛的思维模式将几十年来单一的降低胶黏剂游离甲醛的固有思维彻底推翻，称为“双层结构工艺”，也叫“夹心技术”。这种新工艺已经在许多工业领域中被采用，如“微胶囊工艺结构”，“纳米核壳理论”等。

2 实验材料和方法

2.1 材料

脲醛树脂胶，双层结构材料（巴斯夫长江公司提供，以下统称AB-P树脂），调节水，潜伏性固化剂（自制），刨花（番禺刨花板厂废单板料）。

2.2 方法

实验分为A、B、C、D 4组进行：A组为传统E2刨花板工艺；B组为传统E1刨花板工艺； C组为新思维E2刨花板工艺；D组为新思维E1刨花板工艺。

1）A组：传统E2刨花板工艺。

脲醛树脂胶：摩尔比1.25∶1，加入0.03%聚乙烯醇，固体含量50.4%，固化速度51 s，游离甲醛0.36%。刨花：拌胶前胶黏度24 s（25 ℃，涂4杯），拌胶前刨花含水率4.2%。操作方法：将表胶加入5%自来水，施胶量平均131 kg/m3。

2）B组：传统E1刨花板工艺。

脲醛树脂胶：摩尔比1.04∶1，加入3%三聚氰胺和0.03%聚乙烯醇。固体含量51.3%，固化速度124 s，游离甲醛0.05%。刨花：拌胶前胶黏度25 s （25 ℃，涂4杯），拌胶前刨花含水率4.2%。操作方法：芯胶加1%复合固化剂（磷酸，硫酸铵，氯化铵和水），表胶加入5%自来水，施胶量平均126 kg/m3。

3）C组：新思维E2刨花板工艺。

脲醛树脂胶：摩尔比1.3∶1，AB-P树脂（G型，白色粉末）。调节水：普通自来水；固体含量51.5%，固化速度54 s，游离甲醛0.15%。操作方法：芯胶在调胶车间加入调节水9%与AB-P树脂3%。拌胶前胶黏度45 s（25 ℃，涂4杯），拌胶前刨花含水率4.2%。表胶加8%调节水，3%AB-P树脂，施胶量平均118 kg/m3。

4）D组：新思维E1刨花板工艺。

脲醛树脂胶：摩尔比1.15∶1 ，加入2%三聚氰胺，AB-P树脂（G型，白色粉末）。调节水：普通自来水，潜伏性固化剂（磺酸，过硫酸铵，氯化铵，缓冲剂和水），固体含量51.3%。固化速度85 s，游离甲醛0.13%。操作方法：芯胶加入调节水 9%与AB-P树脂3%和1%潜伏性固化剂。拌胶前胶黏度43 s（25 ℃，涂4杯），拌胶前刨花含水率4.2%。表胶加8%调节水，3%AB-P树脂，施胶量平均115 kg/m3。

4组均采用相同热压曲线和16 mm规格板材，陈放48h后，检测理化性能，如表1。

表1 4组实验结果理化性能对比Tab.1 The physical and chemical performance contrast of 4 test group results

通过实验证明:1）采用新思维的 “双层结构”工艺可以获得更为理想的高品质板材；2）从总成本核算，新工艺比传统工艺低；3）从A、B、C、D 4组胶黏剂游离甲醛含量分析，加入AB-P对胶黏剂固化速度影响不大，从而保证了胶黏剂在热压过程中快速从热塑性树脂转变成不可逆的立体网状结构热固性树脂；4）新工艺胶黏剂与传统胶黏剂最明显的差别在于：新工艺胶黏剂黏度大，有效避免胶黏剂的渗透，从而节约了施胶量并且提高了板材强度。

3 “双层结构工艺”在人造板领域的应用

骏龙木业是年产10万m3的中密度纤维板生产企业，原料为枝杈材，板材规格以25～28 mm为主，产品有E2板以及用三聚氰胺改性脲醛树脂生产的E1板。2016年与江门蓬江化工研究所共同研发，采用“双层结构”工艺替代老工艺生产中纤板获得成功，实现了“高质、高产、低成本”的目标。

采用25 mm规格的E2板和E1板，分别使用了传统工艺和“双层结构”新工艺进行生产对比。

1）传统E2工艺。

脲醛树脂胶：摩尔比1.24∶1，固体含量50.5%，固化速度50 s，游离甲醛0.21%，黏度17s（25 ℃，涂4 杯），施胶量平均150 kg/m3。

2）传统E1工艺。

脲醛树脂胶：摩尔比1.08∶1，加入3%三聚氰氨，固体含量51.2%，固化速度126 s，游离甲醛0.08%，黏度17 s（25 ℃，涂4杯），复合固化剂（过硫酸铵，氯化铵，硫酸铵和水），施胶量平均148 kg/m3。

3）新思维E2工艺。

脲醛树脂胶：摩尔比1.4∶1，AB-P树脂3% ，调节水15%，固体含量48.5%，固化速度53 s，游离甲醛0.15%。黏度19 s（25 ℃，涂4 杯），施胶量平均146 kg/m3。

4）新思维E1工艺。

脲醛树脂胶：摩尔比1.15∶1，加3%三聚氰铵，AB-P树脂 3% ，调节水15%，潜伏性固化剂1%（过硫酸铵，氯化铵，硫酸铵，缓冲剂和水），固体含量49.2%，固化速度95 s，游离甲醛0.1%，黏度20 （s25 ℃，涂4杯），施胶量平均145 kg/m3。4组工艺均釆用相同热压曲线和25 mm规格板材，陈放48 h后检测理化性能，结果如表2。

实验证明： 1）釆用“双层结构工艺”生产的板材，表面光滑，坚硬，匀质。其理化性能均达到或超过国家标准；2）釆用“双层结构工艺”总成本比传统工艺低；3）新工艺热压周期缩短，相同规格板材（25 mm,18层）日产量由460 m3提高到490 m3；4）甲醛释放量低，利于改善生产环境，减少环境污染。

表2 4组实验结果理化性能对比Tab.2 The physical and chemical performance contrast of 4 test group results

4 前景和展望

釆用脲醛树脂胶生产人造板，除来自于木材本身的甲醛，最主要是脲醛树脂胶在制造过程中不可避免生成的一羟甲基，二羟甲基及醚基，其在树脂从热塑性转变成热固性的过程中会生成游离甲醛。因此，单一依靠控制制胶工艺来获得理想的高品质人造板是不可能的，根除人造板成品的游离甲醛才是当前要解决的首要任务。

从以上实验和应用中发现，脲醛树脂胶中带入人造板的游离甲醛是完全可以根除的。釆用“双层结构工艺”生产无甲醛添加人造板已是指日可待。

[1]GB 18580—2001 室内装饰装修材料 人造板及其制品中甲醛释放限量[S]. 北京:中国标准出版社, 2002.

[2][日]绀户朝治. 微胶囊化工工艺学[M]. 北京:轻工业出版社, 1989.

[3]沈钟,王果庭. 胶体与表面化学[M[.北京:化学工业出版社, 1997:208-212.

[4]王惠忠,斐梅山,吕金环,等.脲醛树脂胶粘剂改性的研究[J].中国胶粘剂:1995,4(6):33-34,37.