前　言
　　2002年1月国家颁布ＧＢ18580-2001《室内装饰材料、人造板及其制品中甲醛释放量》,作为强制标准,并于2003年7月执行,但到目前为止,市场上销售的人造板仍然大部分属于不合格产品,其游离甲醛的含量仍然远远超标。尽管部分生产厂家使用了低毒性脲醛树脂胶粘剂,但游离甲醛释放对室内环境污染及对人体健康的危害始终存在。水性异氰酸酯胶粘剂属于不含甲醛系的胶粘剂,从根本上彻底地解决了人造板甲醛释放的问题。
　　水性高分子异氰酸酯胶粘剂(ＡＰＩ)的研究在20世纪60、70年代才开始发展。1985年实现产品系列化和标准化,美、日、德等国的水性异氰酸酯胶粘剂产品已从试验阶段发展为实际生产和应用,已部分取代了甲醛系胶粘剂,而我国对ＡＰＩ的研究起步很晚,还没将其大量应用于人造板的生产。目前木材加工行业仍采用“三醛树脂”制造复合板材,此类胶粘剂对木材的水分含量有一定要求,需要经过干燥处理,耗能大;并且“三醛树脂”释放的游离甲醛危害很大。而ＡＰＩ胶粘剂以水为分散介质,对木材的水分含量要求不高,属于非甲醛系的胶粘剂,避免了“三醛树脂”缺点,固化快,耐水性、耐热性和耐老化性能优异。
1 水性高分子异氰酸酯形成机理
　　水性高分子异氰酸酯ＡＰＩ胶粘剂是在醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、丁苯胶乳液或聚乙烯醇、羟甲基纤维素的水溶液中,将多异氰酸酯的有机溶液分散而成的水性胶粘剂,又称为水性乙烯基聚氨酯胶粘剂。ＡＰＩ胶粘剂分主剂和交联剂两部分。主剂主要由以水性高分子、乳胶、填料为主要成分,交联剂是多官能度的异氰酸酯为主要成分的交联剂。使用时二者按一定比例混合反应产生三维交联,同时又可与木材自身的部分官能团发生反应,交联成大分子而固化。
　　(1)与多元醇的反应:
　　Ｒ—ＮＣＯ+ＨＯ—Ｒ′—ＯＨ→Ｒ—ＮＨ—ＣＯ—ＯＲ′
　　Ｒ—ＮＣＯ+Ｒ—ＮＨ—ＣＯＯＲ′→ＲＮＨＣＯ—ＮＲ—ＣＯＯＲ′
　　异氰酸酯与羟基的反应是生成氨基甲酸酯基团的基本反应,并可看作是链的增长过程。
　　(2)与水反应固化:
　　ＯＣＮ—Ｒ—ＮＣＯ+Ｈ2Ｏ→Ｈ2Ｎ—Ｒ—ＮＨ2+ＣＯ2
　　Ｈ2Ｎ—Ｒ—ＮＨ2+ＯＣＮ—Ｒ—ＮＣＯ→—ＮＨ—ＣＯ—ＮＨ—Ｒ—ＮＨ—ＣＯ—ＮＨ—
　　水是含有活泼氢的化合物,异氰酸酯与水反应脱出二氧化碳形成胺,胺进一步反应生成聚脲,从而形成大分子结构,有利于木材的粘接。这也是此胶对原料水分含量要求不高的原因。
(3)与木材反应
　　与木材中纤维素的烷羟基和木质素的酚羟基反应
　　木材—ＯＨ+ＯＣＮ—Ｒ—ＮＣＯ→木材—ＯＣＯ—Ｒ—ＮＣＯ→木材—ＯＣＯ—Ｒ—ＮＣＯＯ—木材
　　异氰酸酯和木材组分中的羟基反应在木材与胶层之间生成聚脲,有利于木材的粘结,首先,增大了胶粘剂分子的相对分子质量及其分布,产生了较好的填隙性能;另外酰胺基团及其进一步与异氰酸酯反应生成氨酯基团将加速固化反应,木材与异氰酸酯反应共同构成一个自催化体系,从而在胶接面产生强有力的化学键连接。
2　试验部分
2.1 实验主要原料
　　聚乙烯醇(ＰＶＡ)、醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液、异氰酸酯、淀粉、硼砂等。
2.2 制胶工艺
　　将ＰＶＡ与水加入三口烧瓶加热溶解。将完全溶解的ＰＶＡ降温至40℃,加入淀粉、硼砂,调整ｐＨ值为弱碱性,在一定的温度下搅拌一段时间。在常温下加入醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液,搅拌混匀。即制得主剂。将主剂与交联剂按一定比例充分搅拌混匀。
3胶粘剂性能
　　参照ＧＢ/Ｔ14074-1993规定的胶粘剂的要求进行检测,主要检测外观、粘度、固含量、适用期、贮存稳定性等。外观:乳白色乳胶固含量(%):大于45粘度(25℃):20～40ｓ(涂-4杯)ｐＨ值:7～8贮存稳定期:大于六个月
3 结果讨论
　　主剂采用水性高分子聚乙烯醇(ＰＶＡ)为连续相,橡胶乳液,改性淀粉为分散相,由此主剂含有多种活性氢基团:—ＯＨ,—ＮＨ2,—ＮＨ—,—ＣＯＯＨ,—ＮＨＣＯＯ,—ＣＨ2—,—ＣＨ=ＣＨ—等,木材本身也有酚羟基、脂肪族羟基等活性基团[4]。主剂和木材中的这些活性氢基团与异氰酸酯发生反应,形成交联的网状结构,产生胶接强度。
3.1 淀粉对胶粘剂的影响
　　淀粉加入,一是降低成本,二是它属于水溶液高分子,具有一定的粘合性、成膜性。淀粉加入胶层后,既因淀粉的填充作用可降低胶层的体积收缩,从而减少因体积收缩而产生的应力,适当地削弱收缩力,延缓胶层开裂的时间,还可减少因胶液的渗透而出现的胶层孔隙。另外,淀粉分子间的羟基联结在一起,使其强度增加。如图1



　　由图1可以看出,在交联剂一定的情况下,淀粉含量在一定的范围内,随着淀粉的增加,胶粘剂的胶合强度增加,提高了胶液的性能。但淀粉不宜过多否则会降低了胶粘剂的性能,这里选择10%为宜。
3.2 乳胶对胶粘剂性能的影响
　　　　乳胶的选用,一是其本身就是一种橡胶类的胶粘剂,有一定的粘结性能,另外异氰酸酯与乳胶中的双键作用,发生硫化反应,形成一种网状结构较疏松的聚合物,提高了胶的耐热性,增加其拉伸强度。结果如图2所示:



　　从图2,我们可以看出随着乳胶的增加,胶粘剂的胶合强度增加,但到了一定范围胶合强度变化不大,综合考虑成本因素,我们选用乳胶对胶粘剂的比为30∶100为宜。
3.3 交联剂与主剂的配比
　　多异氰酸酯具有较高反应活性,能与主剂的任一组分发生反应,因此胶粘剂的粘结性能与交联剂的用量有很大的关系。经过试验发现,胶粘剂的性能与二者的配比呈曲线关系,如图3:

　　

　　由图3可知,在一定范围内,随着交联剂的用量增加,适用期降低,胶合强度显著增加,但是当交联剂用量过多时,胶合强度反而下降。这是因为多异氰酸酯使线性分子间发生交联,使得聚合物分子间次价力被主价力代替,就使得热塑性线性聚合物变成坚韧的网状结构,从而提高了胶层内聚力,提高了粘结强度。但是,当交联剂过量时,交联点增多,交联距离缩短,交联点化学键内旋转作用丧失,交联聚合物变脆,使得粘合强度下降。
5　结束语
　　(1)ＡＰＩ胶粘剂的合成工艺简单,对设备要求较低,完全满足现有生产工艺要求。用ＡＰＩ胶粘剂生产无醛人造板工艺与脲醛树脂相同。
　　(2)通过试验,选择胶粘剂的最佳配比,所制得的人造板物理性能完全达到ＧＢ/Ｔ17657—1999国家标准。
　　(3)ＡＰＩ胶粘剂为无醛系胶粘剂,彻底解决了“三醛树脂”胶粘剂游离甲醛释放问题,属于环保型胶粘剂。