PUF树脂胶黏剂及其在竹帘胶合板上应用的研究

氰酸酯共混，该胶用于胶合板等木质材料的复合。表

现出优异的黏接强度（甚至在室温）和耐水性，适用期

可达６—８ｈ，黏度可根据需要调节。

乙烯基聚氨酯永乳液胶黏剂是７０年代初，由日本

株式会社及光样产业公司开发，主要用于木材的黏

接，迄今已有数国十多个公司购买其专利技术，据报

道。１９８５年左右，日本此类胶黏剂的年产量已达ｌ万

ｔｏ我国对该黏结齐Ｊ的研究和开发也取得了一定的

进展，如冉全印等成功地研制了ＳＲ一８０木材拼接胶

和ＳＲ一１００木材结构胶。陈丽娟等以改性聚醋酸乙

烯乳液为主剂，聚氨酯预聚物为交联剂，以柞木为试

验材，采用双循环沸腾法测定成品胶的耐水性，试件

的湿剪切强度可达到６．５—７．５ＭＰａ。

３．３．２其他杂合水乳液型异氰酸酯价格较高是限

制其规模应用的一个重要原因。水性ＵＦ、ＰＦ是人们

所熟悉的、普遍使用的木材胶黏剂，价格低廉且生产

工艺成熟，它们可被改性到甲醛释放可被忽略的程

度，但必须用于含水量低的木质材料的复合，否则复

合温度需升高、热压时间需加长。若将异氰酸酯与水

性ＵＦ、ＰＦ复合使用，则可降低成品胶成本，另一方面

异氰酸酯与ＵＦ、ＰＦ及ＭＦ复合，异氰酸酯可迅速地与

ＵＦ、ＰＦ、ＭＦ中的羟甲基（一Ｃ心ＯＨ）反应，形成网络结

构，该杂合胶黏剂可用于较高含水量的木质复合材料

的胶合。赋予复合板材较高的结构强度。

但水性酚醛树脂与未改性的异氰酸酯不相溶，两

者共混后很快分层。而且因碱的催化导致异氰酸酯更

快地与水反应生成不溶脲，所以，异氰酸酯须经过ｐＨ

值调节或经相容稳定化处理。为解决共混带来的异

氰酸酯过早反应问题，Ｈｓｅ等采用分别施胶。为解决

分别施胶带来的工艺复杂问题，Ｍｉｌｌｅｒ等先将聚异氰

酸酯用羟基苯甲醛肟或羟基苯甲酮肟封闭，使其成为碱水可乳化的组分。再与水性酚醛树脂复合。热压时

异氰酸酯基解离。该单组分胶黏荆可用于定向结构

板和刨花板等。Ｈｓｕ等认为优化的方法是采用异氰酸

酯与醛树脂乳液在线乳化，树脂乳液包括热固性树脂

如ＰＦ、ＵＦ、ＭＦ、间苯二酚一甲醛、改性木质素磺酸盐、

尿素一糠醛等水性树脂。异氯酸酯可以是芳香族的、

脂肪族的或者是脂环族的，聚合异氰酸酯官能度应大

于２，当量值在１３２—１３５；可适用的复合板材包括刨花

板、碎科板、华夫板、纤维板和定向结构板等；纤维原

料可以是木纤维、木刨花、单板、锯末等，还可以是农

业剩余物玉米秆、麦秸、稻草、甘蔗渣等非木质纤维原

料。ｂＩＤＩ和水性ＰＦ胶用静态在线混合乳化制得的华

夫板，物理性能比单用ＭＤＩ好。Ｐｉｚｚｉ等为了加快反应速度，将少量交联反应促进剂——单宁与水性酚醛树

脂、ＭＤＩ及水等杂合，该杂合胶对各种类型的木材均表

现出优异的黏接效果，可用于室外结构用集成材胶黏剂，这是酚醛树脂难以达到的。

４发展趋势异氰酸酯水乳液胶黏剂因其独特的结构特点，使

用性能，黏接木质复合产品优异的物理性能，使得该

研究方兴未艾，以上所讨论的几种乳化技术以及价廉

和实用的内脱膜荆的开发是异氰酸酯水乳液胶黏齐ｊ

开发的重点。在线乳化技术以及相应乳化设备的开

发应用潜力巨大。目前，日本、美国和德国等国家已

将异氰酸酯水乳液胶黏剂部分取代了污染严重的。三

醛树脂”，并在我国申请了部分专利。

随着科技工作者研究的深入，异氰酸酯水乳液胶

黏剂必将在我国木质复合材料中发挥更大的作用。

５参考文献（略）

ＰＵＦ树脂胶黏剂及其在竹帘胶合板上应用的研究

韩健

（中南林业科技大学，长沙４ｌｏ００４）

酚醛树脂（ＰＦ）是目前国内外普遍使用的一种重

要的人造板胶黏剂。酚醛树脂具有很高的胶合强度

和高度的耐水性等优良性能。但其生产成本高、固化

速度慢、游离酚、游离醛含量较高。这使酚醛树脂的应

・１０４・用受到了一定的限制。针对酚醛树脂存在的月题，国

内外对酚醛树脂进行了多方面的改性研究，其中将脲

醛树脂与酚醛树脂进行共混和用尿素与苯酚、甲醛进

行共聚是两种重要的改性方法。将脲醛树脂与酚醛树脂进行共混，虽然在提高脲醛树脂性能、降低酚醛

树脂成本方面有一定的作用。但由于这两种树脂的固

化行为和固化条件不同，因此这种改性方法受到了一

定的限制。将尿素与苯酚、甲醛进行共聚。树脂产物

具有与脲醛树脂和酚醛树脂不同的分子结构和固化

．一行为。可以获得更好的改性效果。作者按此原理，通

过共聚方式，开展了用尿素与苯酚、甲醛合成ＰＵＦ树

脂胶黏剂并将此胶黏剂在竹胶合板上进行应用的研

究。

１试验材料与方法

１．１化工原料

苯酚（ｃ‘Ｈ，ＯＨ），纯度９８％，汕头市华光化学厂生

产；甲醛（Ｃ心０）质量分数３７％‘，长沙安泰精细化工实

业有限公司生产；尿素［ＣＯ（ＮＩ－１２）：］纯度９８％，长沙安

泰精细化工实业有限公司生产；烧碱（ＮａＯＨ）质量分数

３０％，天津市化学试剂三厂生产。

１．２竹材与木材原料

木单板（枫木）：幅面规格４００ｍｎｌ×４００ｒａｍ，平均厚

度１．６ｍｍ，干燥后含水率８％一１２％；竹帘（毛竹）：竹

篾规格４００ｒａｍｘ（１０—２０）ｍｍ×（１．０—１．５）ｍｘｎ，竹帘用

混纺线绞接编织而成。竹帘幅面规格４００ｍ．ｔｎ×４００１＇１１１１１，

厚度１．０．１．５ｍｍ，竹帘干燥后含水率１０％一１５％。

１．３试验设备与仪器

制胶设备（电动调速搅拌器、控温仪、温度计、

２０００ｍＬ四口玻璃反应釜等）、电子分析天平（感量

０．１ｍｇ）、涂一４杯黏度计、ＤＹ００２×２／２型微机控制万能实验压机、１０１—３型电热恒温控制箱、ＳＴ一８５型数

字式木材测湿仪等。

１．４试验方法

本研究分三步进行，首先，用目前竹胶合板生产

中普遍使用的酚醛树脂配方与合成工艺为基础．用部

分尿素取代苯酚，并根据树脂合成原理，对原合成工

艺进行一定调整，分别合成不同配方的ＰＵＦ树脂。第

二步，以不同配方合成的ＰＵＦ树脂为胶黏剂，按一定

工艺条件进行覆木竹帘胶合板压制。第三步，参照有

关标准对制品性能进行检测，通过对检测结果的比较

优化，确定尿素的最佳配比，并对优化方案进行重复

试验。

１．４．１树脂合成配方与工艺

配方（摩尔比）：苯酚：尿素：甲醛：烧碱：水＝ｌ：Ｘ：

１．７５：０．３：７．５

Ｘ＝０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８，０．９、１．０合成工艺：将熔化的苯酚、烧碱和水加入反应釜。搅拌均匀，加入甲醛。，在６０—７０ｍｍ内升温至８２—

８５℃，再用３０ｒａｉｎ升温至（９２±２）℃，保持一段时间后

降温至８２—８３℃，加入甲醛２。用５０ｍｍ升温至９２—

９５℃。并在此温度下保持到合适的终点。

按上述配方和工艺合成的ＰＵＦ树脂分别标记为

ＰＵＦ—Ｘ（Ｘ＝０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８，０．９、

ｌ。０）１．４．２施胶

竹帘施胶采用浸胶法，竹帘浸入固体含量为２５％

的胶液中２。３ｒａｉｎ，取出后滴去竹篾表面多余的胶液。

再转入温度９０℃以下的恒温干燥箱中进行干燥，干燥

后的竹帘含水率在１８％以下。木单板施胶采用涂布

法，胶液固体含量为３５％，涂胶时用毛刷将胶液均匀

涂布于木单板的一个表面，涂胶量为１００９／ｍ＝左右，木单板涂胶后在９０℃以下的恒温干燥箱中干燥至含水

率１０％一１５％。

１．４．３组坯

组坯时以竹帘为芯层材料，木单板为表层材料，

竹帘与木单板共１１层，设计板厚为１０ｍｍ。每一种配方

的ＰＵＦ树脂胶黏剂均压制二块板，板坯的结构如图１

所示。

图１板坯结构示意图１．４．４热压

热压工艺参照目前竹帘胶合板生产中采用的“冷

—热一冷”工艺，单位面积压力３．０ＭＰａ、热压温度

１４０。Ｃ、热压时间ｌｍｉｎ／ｍｍ，热压曲线如图２所示。

压时同（ｒａｉｎ）

图２热压曲线１．５制品检测

制品检测参照标准ＪＧ／Ｔ１５６－－２００４进行。根据实

际情况，检测的项目主要包括：密度、静曲强度、弹性

模量、保存强度、冲击强度。

・１０５・２检测结果与分析

２．１检测结果

制品检测结果如表１所示。

表ｌ制品检测结果

表中数据均为四个试件检测结果的平均值。。ＩＩ：板的长度方向，上：板的宽度方向。２．２检测结果分析

从检测结果可见，按不同配方合成的ＰＵＦ树脂胶

黏剂压制的竹胶合格制品，它们的静曲强度、弹性模

量、冲击强度和保存强度，总体上都呈随尿素与苯酚

的摩尔比增加而下降的趋势，如图３、４、５、６所示。但

具体对制品的每一项力学性能指标，尿素与苯酚的摩

尔比对它们具有不同影响。

２．２．１对制品静曲强度、弹性模量和冲击强度的分析

就制品静曲强度而言。按不同的尿素与苯酚的摩

尔比合成的ＰＵＦ树脂胶黏剂，压制的竹帘胶合板制品

的静曲强度（ＭＯＲ），在长度和宽度方向上都达到了

标准规定的指标（标准规定，板长度方向７０—９０ＭＰａ、

宽度方向５０—６０ＭＰａ），如图３所示。当尿素与苯酚的

摩尔比小于０．５时，制品弹性模量（ＭＯＥ）的检测结

果都达到了标准的要求，而当超过０．５时．有部分结果

达不到标准的要求（标准规定，板长度方向６．５—７．５

×１０，ＭＰａ，宽度方向４．５—５．５×１０３ＭＰ８），如图４所示。

・１０６・对应不同配方的ＰＵＦ树脂，制品的冲击强度基本上达

到了标准的要求（标准规定为５０—６０ｋＪ／ｍ２），但冲击

强度和尿素与苯酚的摩尔比之间的关系规律不太明显，如图５所示。

围６不同ＰＵＦ对应制品的保存强度富田在对ＰＵＦ树脂的研究中．发现苯酚对羟甲基

和邻羟甲基都可以与尿素发生缩合反应，并确定了共聚

物中尿素的比例、共聚合比例和共聚度等。杜官本等人

用廿Ｃ．ＮＭＲ对ＰＵＦ树脂结构进行研究时。发现廿Ｃ—

ＮＭＲ图谱中．在６＝４１．５和ａ＝４４．８处都有吸收峰出

现，这两处吸收峰源于。一ＰｌＩ—Ｃ墁一ＮＨＣＯ一和Ｐ—Ｐｈ

—Ｃｌｉ２一ＮｔｔＣＯ一．共缩聚亚甲基桥键一Ｃ心一ＮＨＣＯ一

的存在，表明苯酚、尿素和甲醛三者之间发生了共缩聚，

树脂中含有羟甲基脲和羟甲酚的缩合物。这些研究说

明ＰＵＦ树脂不是酚醛树脂和脲醛树脂的简单混合，而

是苯酚、尿素和甲醛共聚合的产物，既具有酚醛树脂的

特性，也具有脲醛树脂的特性，哪方面特性表现更突出，

与尿素的加量有密切关系。由于酚醛树脂和脲醛树脂

都具有良好的胶合强度，因此，按不同尿素与苯酚的摩

尔比合成的ＰＵＦ树脂的胶合强度是可以肯定的。竹胶

合板的力学性能主要决定于竹材本身的性能、胶黏剂的

胶合性能和制品的密度。竹材本身的性能是不会因为

作为胶接物质的胶黏剂的种类而改变的，在我们的研究

中，各组分制品的密度均超过了０．８５９／ｃｍ＇，而制品的静

曲强度（ＭＯＲ）、弹性模量（ＭＯＥ）和冲击强度都是在

于状条件下检测的，制品由于没有受到水分的作用和影

响，因此制品在干状条件下可以达到较高的力学性能指

标。同时，对ＰＵＦ树脂的热效应研究表明，ＰＵＦ树脂的

缩聚起始峰明显小于酚醛树脂，放热峰向较低温度方向

移动，因此按照酚醛树脂竹胶合板的热压工艺，ＰＵＴ树

脂的固化会更完全，这也有利于提高竹胶合板的干状力

学性能。

２．２。２对制品保存强度的分析

当尿素与苯酚的摩尔比小于０．５时，制品的保存

强度能达到标准的要求，但随尿素比例的增加，制品

的保存强度迅速下降，当尿素与苯酚的摩尔比超过

０．６后，制品在煮沸过程中大都已经开胶，其保存强度

己无法检测．如图６所示。由此可见，尿素加量对ＰＵＦ

树脂的保存强度影响很大，这种影响主要是由于随着

尿素加量的增加，树脂耐水性急剧下降而产生的。竹

材是一种亲水性较强的材料，对竹胶合板来说，当它

们接触到水分时，体积小、极性强的水分子会沿着竹

材向胶接界面渗透，破坏界面胶黏剂与竹材表面形成

的氢键。使胶黏剂与竹材表面的作用力降低。究其原