近年來,隨著環保法規的出台以及人們健康意識的增強,國家對縮醛類膠黏劑中遊離甲醛揮發量的限製越來越嚴格。目前,木材加工領域普遍使用的“三醛膠”(即脲醛樹脂、酚醛樹脂和三聚氰胺甲 醛樹脂膠黏劑)在生產和使用的過程中釋放出大量的甲醛,導致環境汙染並危害公眾健康。因此, 開發無毒環保型木材膠黏劑將是今後的研究重點。
        澱粉類膠黏劑作為環境友好型天然膠粘劑已經越來越受到廣大學者的關注。由於澱粉具有天然的大分子、活性的官能團以及能適應環保要求的突出特性,人們再次把目光轉移到澱粉膠黏劑上,這主要有三個原因:首先,澱粉本身具有作為膠黏劑的潛力。澱粉及其衍生物具有良好的粘接性和成膜性, 是優良的天然資源膠黏劑;其次,澱粉是一類來源廣泛、價格優廉、對環境友好的的天然高分子材料,具有無毒、無異味、無汙染的特點;再次,在強調可持續發展戰略的今天,隨著石油資源的日益減少,以石油為原料的化工產品必將被可再生的天然高分子物質所代替。“三醛膠”等木材膠黏劑是由不可再生資源石油的單體所合成,因而促使國內外研究學者競相尋求“三醛膠”的替代品,在諸多木材膠黏劑的開發項目中,澱粉基膠黏劑成為最具開發潛力的天然膠黏劑之一。但同時澱粉膠黏劑在用於木材粘接時 仍有一些技術問題亟待解決。
        澱粉稀溶液或澱粉糊在低溫下靜置一定的時間,溶解度減少,混濁度增加,在稀溶液中會有沉澱析出,如果冷卻速度快,特別是高濃度的澱粉糊,甚至會變成凝膠體,這種現象稱為澱粉的凝沉現象。凝沉本質是糊化的澱粉分子在溫度降低時由於分子運動減慢,澱粉分子趨向於平行排列,互相靠攏,彼此以氫鍵結合,重新組成混合微晶束。其結構與生 澱粉粒的結構很相似,但不成放射狀,而是零亂地組合。由於其所得的澱粉糊分子中氫鍵很多,分子間締合很牢固,水溶解性下降,如果澱粉糊的冷卻速度 很快,特別是較高濃度的澱粉糊,直鏈澱粉分子來不及重新排列結成束狀結構,便形成凝膠體。若澱粉膠黏劑的穩定性能改善不利,膠液在一定時間內慢慢發生凝沉現象,還會縮短澱粉膠黏劑的貯存期。另外,由於澱粉類天然高分子易產生黴變現象,也使膠黏劑具有一定的時效性。然而澱粉膠黏劑的貯存穩定性是決定它有無商品價值的重要因素。
        澱粉膠黏劑的流動性直接影響到生產過程中的施膠問題,澱粉膠黏劑應具有適宜的流動性和黏度, 對木材表麵具有良好的潤濕性,這樣才有利於快速施膠,縮短生產周期。影響澱粉膠黏劑流動性的主要因素就是澱粉乳液的凝沉性,凝沉性越嚴重,膠黏劑的流動性也越差。
        澱粉膠黏劑還有黴變現象,澱粉分子中不但存在微生物所必需的營養成分還存在自由水,這種狀態的水被保留在澱粉團粒間或孔隙內,仍具有普通 水的性質。這種水與吸附它的澱粉隻是表麵接觸, 它具有生理活性,可被微生物利用。這便為微生物的生長提供了有利的條件,隻要環境溫度和濕度適宜,細菌和黴菌便會大量繁殖,從而破壞了膠黏劑的原有性能。
        另外,澱粉膠黏劑初黏力不強,自然幹燥速度慢。由於膠黏劑本身的固含量僅為18%~25%, 而水分高達75%~82%,膠黏劑中的水分容易向木板內滲透,對生產工藝有一定的要求,在生產時,單板塗膠後應盡快完成預壓操作。
        澱粉用作木材膠黏劑的研究現狀。質量好的澱粉膠黏劑,外觀為無沉澱、不分層、均勻的液體,有適當的黏度,穩定性好,貯存期長,調膠後活性期能滿足工藝要求,膠合強度高。以上 類膠黏劑的性能表現也並不是單一的,通常都是 彼此緊密聯係的,在改善某一性能的同時其他性能 也會改善。因此,綜合考慮以上各個因素,在對木材粘接的物理力學性能影響不是很顯著的同時,可有目的的針對某些性能進行改善。
        改善澱粉膠黏劑的穩定性,可在澱粉膠黏劑中加入穩定劑(水溶性高聚物如聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛等),可使膠液貯存期延長。穩定劑的分子鏈中既有親水基團也有憎水基團,溶於水中後起到保護膠體作用,使水-膠體複合體吸附在澱粉顆粒上形成外殼,使澱粉小顆粒屏蔽起來,達到顆粒之間羥基的“隔離”作用,賦予分散體係以穩定性。通常使用的方法還有在膠液中添加醋酸乙烯酯和聚乙烯醇縮甲醛膠,醋酸澱粉與氧化澱粉混用等。
        使用二元酸與玉米澱粉在堿性條件下進行酯化反應,製成半酯化玉米澱粉懸浮液, 再加入水溶性高聚物作為穩定劑,製成玉米澱粉膠黏劑主劑。使用時進行調膠,加入異氰酸酯作為交聯劑和工業麵粉作為填充劑,得到耐水性無臭玉米澱粉膠黏劑,用其生產的膠合板能滿足Ⅱ類膠合板的要求,凝沉穩定性得到明顯改善。這主要是因為酯化反應抑製了玉米澱粉結構中-OH基團的“締合”,使玉米澱粉易於在水中懸浮而不沉澱,穩定劑自身黏度較小,加入後可降低玉米澱粉懸浮液的黏度,同時還利於調膠。
         用玉米澱粉為原料,以高錳酸鉀為氧化劑製成氧化澱粉,配以脲醛樹脂、催化劑、催幹劑、防腐劑等,研製出用於瓦楞紙板的高穩定型氧化澱粉膠黏劑,有效地解決了澱粉穩定性差、貯存期短的問題。
         澱粉膠液的流變學性能對澱粉的加工工藝過程以及生產應用過程都有重要的意義。原澱粉不具冷水溶解性以及流動性較差,不能滿足工業上各種特定需要。若將澱粉進行改性,其黏度可明顯提高,流動性有較大的改善,因此需根據不同的使用要求對澱粉進行改性。
        采用高錳酸鉀為氧化劑,使澱粉乳液在酸性條件下氧化5~6h,加入硼砂絡合,再與脲醛樹脂膠(UF)或聚乙烯醇和膨潤土共混,最後加入交聯劑三羥甲基苯酚,製得滿足Ⅱ類膠合板標準的澱粉膠黏劑。加入UF或PVA能使得其與澱粉中羥基發生縮醛化反應,改善耐水性及膠的流動性。而三羥甲基苯酚則進一步提高其耐水性及膠合性能。
        近幾年來,研究學者針對澱粉膠黏劑的特點和不足已經進行了不同的研究和改進。玉米澱粉膠黏劑的一個顯著弱點是自然幹燥速度慢,改進 其性能的一個重要措施是加入一些無機填料如鈉型 改性的膨潤土、高嶺土等催幹劑,加速膠的成膜速度,縮短幹燥時間;潤滑劑為碘化蓖麻油、碘化醇和肥皂等,能在不同氣候條件下保持膠膜的柔軟性,但隻能少量使用,因為有降低黏合力的不利影響;加入 交聯劑如硼砂等,通過交聯反應可提高澱粉膠的粘接強度、耐水性和防腐性能;加入防腐劑如苯酚等物質可提高澱粉膠的抗黴防腐性能,延長貯存期和防止膠製品的黴變。
        木材膠黏劑的發展以節能源、低成本、無公害、高黏性和無溶劑為目標。澱粉膠黏劑由於無毒環保,室內環境使用對其耐水性、耐候性要求不高,可用於生產人造板。進一步提高澱粉膠黏劑的耐水性,貯存穩定性,防潮防黴性能將極大促進它在木材粘接中的應用。澱粉膠黏劑作為綠色環保的木材膠黏劑,必將具有廣闊的發展前景。