木材膠粘劑
正文
將木材與木材或其他物體的表面膠接成為一體的材料。隨著新型膠粘劑的出現，以及使用膠粘劑的方法不斷改進，膠粘劑的定義也在不斷發展。木材加工工業的產品，如膠合板、刨花板、中密度纖維板、層壓製品、裝飾覆面板及細木工板等的生產都需要不同性能的膠粘劑。膠粘劑的出現，不僅對節約木材及簡化生產工藝具有重要作用，還可把金屬或塑膠等不同性能的材料與木質材料膠粘，製成各種性能的複合材料，從而發揮木材的獨特功能，提供某些特殊的用途。
概況 人類使用木材膠粘劑的歷史久遠。17～18世紀歐美國家已建立膠粘劑工廠，19世紀初歐洲有了商品酪素，膠粘劑的商品化生產漸趨發達。19世紀末20世紀初，人工合成樹脂進入膠粘劑領域。30年代木材工業開始使用酚醛及脲醛樹脂膠，導致木材製品的製作在工藝上和結構上的深刻變化，以後又促進了人造板，特別是刨花板工業的發展。70年代以來，世界合成樹脂膠產量占膠粘劑總量的80％以上，其中木材工業用膠粘劑尤占重要地位。70年代日本的木工用膠占膠粘劑生產總量的75％，1978年美國用於木材工業的脲醛及酚醛樹脂占熱固性樹脂總產量的37％。
特性 木材膠粘劑的基本功能要求其具備下列特性：①極性。木材系極性物質，其表面具有部分不飽和狀態的極性基因，膠粘劑只有也帶極性基因，才能造成異性基因相互吸引而對木材表面產生牢固的膠合力。②適當的潤濕性，即對木材等物體表面的粘附和擴散作用。膠液潤濕性與其表面張力、內聚力大小有關，表面張力越小，內聚力越小，其粘附、擴散作用越大。反之則越小。但潤濕性過大，易被木材吸收而造成缺膠及耗膠量過大。不同的膠合材料應採用相應的濃度和粘度。③適當的酸鹼度(pH)。強酸強鹼性的膠粘劑都會損害木材的力學性質，強酸尤甚。④適當的分子量與分子量分布。針對膠粘劑的不同用途調整（或設計）所要求的分子量範圍及分子量分布，可以提高膠粘強度和加速固化。
分類 按膠粘劑的原料來源可分為天然膠粘劑和合成膠粘劑；按膠液受熱的物態可分為熱固性膠（常溫呈液態、遇熱凝固固化），熱塑性膠（常溫呈固態，遇熱變形呈流體）和熱熔性膠(固體，加熱熔化，冷卻固化)；按耐水性可分為耐水性膠(如酚醛樹脂膠)，一般耐水膠(如血膠)和非耐水性膠(如聚醋乙烯酯乳液膠等)。天然膠粘劑包括：①澱粉類。②蛋白膠類。其中動物性蛋白膠有骨膠、皮膠、魚(膘)膠、以可溶性血蛋白製成的血膠和以動物乳汁中酪蛋白製成的酪素膠。植物蛋白膠有大豆膠和花生膠。③天然橡膠。④無機膠粘劑。包括矽酸鈉、氯氧化鎂、水泥等。合成膠粘劑有：①熱固性樹脂，包括酚醛樹脂膠、間苯二酚、環氧樹脂、呋喃樹脂和氨基樹脂膠(包括脲醛、三聚氰胺甲醛)。②熱塑性樹脂膠。包括聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、醇酸酯、聚乙烯醇等。③合成橡膠類，包括氯丁橡膠、丁腈橡膠等。
此外還有隨著木材加工新工藝的發展而被採用的相應的新品種，分述如下。
豆膠 由大豆豆粕粉碎成100～300目的豆粉製成。其蛋白含量為40～50％。豆蛋白是球蛋白，其蛋白分子內含有極性基因,在分子內部結合為氫鍵,使分子成螺鏇狀。制膠時應加入少量氫氧化鈉溶液以破壞其氫鍵，使蛋白分子帶有游離極性基因而分散於水中，當膠層水分蒸發後即達到膠粘。加入水玻璃可以控制膠液的粘度並延長膠的可用時間。加入氫氧化鈣使之與蛋白反應成為不可逆性物質，可改進膠的耐水性。將丁苯或丁腈乳液與豆膠混合，可得到耐水、粘性、韌性的膠層，並可縮短加壓時間。豆膠主要用於冷壓含水率為15～20％的單板。無臭、無味，適用於膠合食品包裝材料，如茶葉箱等。
血膠 動物血液中的蛋白含量以豬、牛血為最高，可達17～18％。屠宰時攪拌血液除去其中血纖維蛋白後餘下的血清蛋白及球蛋白，經噴霧乾燥成粉狀出售，也可直接用鮮血液調膠。血粉由於乾燥條件不同分為可溶解級（80～95％溶解）、部分溶解級(15～80％)和不溶解級(15％以下)，後者只能作為肥料。調膠時加鹼可製成10～30％固體含量的膠料。血膠耐水性比豆膠好，但色深。用於冷壓、熱壓均可。
蛋白膠可加交聯劑改性，以提高其耐水性。各種蛋白原料可作為合成樹脂膠的填充劑以提高膠層的韌性。
氨基樹脂膠 尿素及三聚氰胺與甲醛反應所得的樹脂都屬於氨基樹脂。脲醛樹脂是由尿素與甲醛縮聚反應而製成。由於具備原料成本低、色淺、熱壓時間較短以及能防霉、防菌等優點，在膠合板、刨花板、細木工板、家具、夾心門等生產中用量最大。脲醛樹脂製備中的主要因素為尿素與甲醛的克分子比、反應液的pH值和濃度、反應溫度及時間。通過變化這些因素以控制樹脂縮聚程度，可製得不同性能的樹脂，滿足不同的需要。反應所得聚合物須進行真空脫水達到固體含量60～70％。用高濃度的甲醛(40～50％)製成的樹脂則因能達到要求的固體含量，而不必進行脫水。也可在生產濃甲醛液時加入一定量的尿素，在鹼性條件及50～55℃下反應，製成樹脂的預聚體，使用時再按要求再加入尿素，使達到所要求的尿素與甲醛的克分子比，然後經加熱攪拌而製成高濃度的甲醛液。預聚體貯存穩定，便於運輸，並可省去脫水工藝。用脲醛樹脂膠進行膠合板預壓工藝，可在脲醛樹脂反應時加入少量聚乙烯醇以提高其初粘性能，也可在一般脲醛樹脂中加入較大量的麵粉等增量劑。脲醛樹脂在酸性下能加速固化，所以使用時要加入一定量的硬化劑如氯化銨或硫酸銨等。脲醛樹脂含有一定量的未反應的游離甲醛，有的在加壓過程中放出，引起環境污染，可通過加入一部分三聚氰胺以及改進縮聚工藝條件等途徑加以防止。三聚氰胺甲醛樹脂或經過改性的樹脂大量用於裝飾紙浸漬，製備三聚氰胺裝飾板或直接復貼在木質基材上，其耐磨、耐熱、硬度及光澤等性能均屬優良。
酚醛樹脂膠 酚類(主要是苯酚、間苯二酚、甲酚)與甲醛進行縮聚反應而成的樹脂。木材加工中所用主要是熱固性酚醛樹脂。由於催化劑不同，所製成的樹脂性能也不同。如用氫氧化銨為催化劑，可製得醇溶性樹脂，主要用於浸漬硫酸鹽紙作為膠膜；如用氫氧化鈉為催化劑,則製成水溶性樹脂；氫氧化鈉用量不同,製成的樹脂分子量也不同。反應溫度和反應時間對樹脂的性能也有影響。酚醛樹脂膠耐沸水及耐候性能良好，其製品屬於高耐水性室外型的一類產品，用於飛機、船舶、建築構件。主要用熱壓(溫度125～150℃)，加壓時間比脲醛樹脂膠長，但通過加間苯二酚或堅木栲膠或加一些血粉以及改進制備工藝等措施可縮短加壓時間。如在鹼性下縮聚然後在酸性下再縮聚便得到高分子量的樹脂，不溶於水，再加天然樹脂或聚乙烯醇等可使之成為乳狀液。酚醛樹脂也大量用於浸漬裝飾板底層用的牛皮紙，為了使浸漬紙具有韌性，一般加甲酚或二甲酚與苯酚及甲醛共縮聚。間苯二酚甲醛樹脂膠能在中性及室溫下固化，用冷壓,其耐沸水及耐候性能最好,膠粘工藝簡便，多用於膠粘厚的木材或板材如橋樑、枕木及室外用的構件。氨基樹脂及酚醛樹脂固化後,膠層發生收縮而帶有脆性,加入增量劑或填料使膠層具有一定的塑性，可以提高其耐老化性能。
熱熔膠粘劑 簡稱熱熔膠，是一種熱塑性樹脂的混合物。全是固體，在高溫下具有一定的流動性，潤濕被粘物的表面冷卻後即成為固態而達到膠粘。膠粘快，能源消耗少，並無溶劑污染。在膠合板生產中用於單板拼接、補洞或部分人造板封邊。熱熔膠主要成分為聚合樹脂、增粘劑、增量劑、增塑劑、填料及抗氧劑。木工用熱熔膠以乙烯－醋酸乙烯共聚物為主，其次為聚醯胺或聚乙烯等。熱熔膠耐熱性能較差，且不耐油和有機溶劑，其性能及所使用的設備有待改進。
木質素及單寧膠粘劑 木質素是具有再生性的植物性木工膠粘劑。近年來由於石油資源日趨短缺而受到重視。造紙廢液中的大量木質素也可被利用作為膠粘原料。現在，用木質素代替部分酚醛樹脂已獲成功。含單寧的植物種類很多，但所含組分不同。利用黑荊樹的單寧與甲醛反應可製成中溫固化的膠粘劑。
此外，近年來使用的聚異氰酸酯，用於製造刨花板時可降低用膠量並縮短加壓時間,製品可用於室外,其耐久性及耐候性稍差於酚醛樹脂膠；也用於改性或與其他膠種混合使用以提高耐水性。加拿大試製成功的具有高固體含量的酚醛樹脂(70～90％)，特別適用於稻草、稻殼、麥稈等材料的膠合，效果優於普通酚醛樹脂。木材二次加工、細木工及木材複合材料的膠合可使用氯丁膠、丙烯酸酯及其共聚乳液，醋酸乙烯均聚及醋酸乙烯與乙烯等共聚乳液。
總之，正確選用膠粘劑，既能達到良好的膠粘作用，又能提高經濟效益。
參考書目
汪錫安、胡寧先編：《粘合劑及其套用》，上海科技文獻出版社，上海，1981。
Antomio Pizzi, Wood adhesives, Marcel Dekker Inc.,New York,1983.
