甲醛目前消費者比較擔心的一類化合物,特別是家具中,消費者對健康環保的家具需求激增,而傳統的生態板中甲醛釋放量很大,如何改進生產工藝,降低甲醛是否成為板材行業一大難題。而如今木質素,單寧,蛋白質和淀粉作為環保的粘合劑替代品,是值得嘗試的一個領域。
目前生態板行業中使用的粘合劑幾乎是合成的,來自石油衍生的熱固性粘合劑,主要基于甲醛與尿素,三聚氰胺,苯酚或共縮合物的反應。這些粘合劑成本低,使用方便,使得新的生物基替代品如木質素,單寧,淀粉,蛋白質難以進入市場。環保粘合劑不僅需要以低成本提供,而且還需要易于分配使用,具有一定強度,才能完全替代傳統粘合劑。
隨著消費者對甲醛釋放的關注,用于人造板制造不使用甲醛基合成樹脂,還需要嚴格的立法支持。甲醛如今已經從“可能的人類致癌物”歸類為“已知的人類致癌物”。人造板行業需要開發低排放三聚氰胺強化脲醛粘合劑,使用其他不含甲醛的合成粘合劑來替代。
作為揮發性有機化合物,大多數甲醛通常在生產過程中會排放出來。生產生態板時有兩種甲醛來源,主要為粘合劑中的甲醛和木質材料中的甲醛。通過使用甲醛清除劑降低甲醛基團的數量,可以減少排放。
目前生態板行業常用的清除劑是尿素。也可以使用其他化合物如氨和銨鹽,添加到合成樹脂中降低甲醛含量,一些有機清除劑,如單寧粉,小麥粉和木炭也可以減少甲醛排放。此外各種類型的基于碳納米材料如活性納米碳,碳納米管,膨脹石墨的納米顆粒也可以降低甲醛。
大多數可用的木質素都是制漿過程的副產品,這些木質素價值低,通常用作紙漿和造紙廠的回收燃料,它們的結構非常不均勻,結構單元高度退化,木質素的結構在交聯后發生變化,可以衍生粘合劑的粘合性能。
商業木質素類型分為兩大類,含硫木質素和非硫生物精煉木質素。含硫木質素主要是木質素和亞硫酸鹽合成的,非硫生物精煉木質素是木質素通過有機溶劑水解稀酸熱解精煉制成的。
木質素由交聯的酚單元組成,化學基團包括羥基,甲氧基,羰基和羧基基團。來自不同過程的木質素的性質和水溶性存在很大差異,來自無硫提取的木質素通常具有相對高的質量。具有比硫木質素更高量的基能團,木質素摻入酚醛粘合劑中,由于芳環的活化,酚羥基增加了木質素對甲醛的反應性,并提供形成醌甲基化物中間體的可能性。
單寧天然存在于植物的樹皮,木材,葉子和果實中,單寧用于各種工業應用,主要用于制造油墨,紡織染料和作為腐蝕抑制劑。單寧具有足夠高的濃度,可以從松樹,白樺,橡樹,栗子,荊樹,桉樹,桃金娘,楓樹,樺樹和柳樹中提取。
單寧根據其酚性質大致分為兩大類,縮合和可水解的單寧??s合單寧具有由羥基化酮制成的化學結構,其中形成類黃酮單元之間的鍵合的位點發生變化。在縮合單寧的基本結構中,具有對甲醛更高的反應性??扇苡跇O性溶劑中,縮合單寧的多環結構導致快速固化速率,粘度也很高。
可水解的單寧,是羧酸和糖的酯。易溶于水,產生苯甲酸衍生物和糖。
常見的蛋白質來源是油,大豆,棕櫚油,菜籽油,棉籽油溶劑萃取,蛋白質也可廣泛用作生物乙醇生產的副產品,大豆蛋白的粘合性能受顆粒大小,表面性質,蛋白質結構,粘度和pH的影響。大豆蛋白的高粘度是由于分子解開引起的分子間相互作用增加所致。離子環境削弱了靜電相互作用,因此用鹽或還原劑處理可以降低粘度而不影響粘合強度。此外高pH值會增加水解速率,從而提高粘合強度和耐水性,但會縮短使用壽命,粘度根據待粘合的材料而變化。
蛋白質是由氨基酸單體組成的復雜大分子,其化學連接在一起形成多肽鏈?;瘜W鍵主要是酰胺鍵,可以使用強酸降解。大豆蛋白是用于生態板粘合劑的主要蛋白質,其他蛋白質由于氨基酸組的不同組成,如油菜,小麥面,玉米,豌豆性質差別很大。不同的組合物使粘合劑性質不同,應用方面還有待研究。小麥面作為生物乙醇的淀粉生產的副產物獲得,如今已被研究作為人造板的粘合劑。
淀粉是源自植物的種子,葉多糖,可以在酸催化劑存在下干燥淀粉以形成糊精,糊精可溶于水,粘度比淀粉容易調節。淀粉由通過糖苷鍵連接的葡萄糖單元組成,淀粉粘合劑通常用于造紙行業,烹飪形成糊化淀粉粘合劑,這種膠凝淀粉形式具有大量分布在聚合物鏈上的糖苷和羥基,由于具有高的氫鍵能力,也非常親水,使得天然淀粉粘合劑的耐水性差。淀粉還具有相對低的粘合強度,適合部分生態板產品,但是需要高度改性或交聯。淀粉基粘合劑的主要改性類型是化學,物理,酶。主要的化學改性,氧化,酯化和醚化,由于高分子量大分子的纏結,淀粉粘合劑具有非常高的粘度。