植物纤维素基胶黏剂在纤维板生产中的应用

刘池伟¹，方肖华¹，鲍洪玲²，李明侠²

1.阜阳大可新材料股份有限公司；2.山东蔚枫生物科技有限公司

摘要：探讨了利用农业加工剩余物为原料，经接枝/氧化反应后得到植物纤维素基胶黏剂，制备高密度纤维板。与低物质量比的三聚氰胺改性脲醛树脂胶相比，植物纤维素基胶黏剂的固化温度稍高，在连续压机相同的热压速度下，两种胶压制的高密度纤维板的内结合强度、表面结合强度、吸水厚度膨胀率指标基本相近，能够满足GB/T 31765—2015《高密度纤维板》的要求。

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。一般农业加工剩余物如稻壳、玉米芯等，其纤维素占30%～45%，还有20%～35%的半纤维素和15%～30%的木质素。农业加工剩余物来源丰富，价格低廉，因此利用农业加工剩余物做原料，用于工业生产，具有十分重要的经济和社会价值^［1］。

目前，我国利用纳米纤维素或微晶纤维素开发高附加值凝胶类材料的研究较多，主要用于医药或特殊应用领域，纤维素作为胶黏剂原料用于生产人造板的研究较少。然而纤维素作为胶黏剂原料对于降低对石化基胶黏剂依赖、减少甲醛释放具有重要意义。人造板作为一种低成本、广泛应用的基础建材，对胶黏剂的性能和适用性要求较高，胶黏剂成本需要控制在较低水平。因此开发来源广、成本低、性能稳定的植物纤维素基胶黏剂具有重要现实意义^［2］。

本文以稻壳、玉米芯等农业加工剩余物为原料，以水为溶剂，经磨粉、氧化、接枝处理后，得到植物纤维素基胶黏剂，在连续压机上压制4.75 mm厚度高密度纤维板并进行性能测试，验证其应用可行性。

1  材料与方法

1.1 材料

植物纤维素基胶黏剂（以下称CBA胶黏剂），山东蔚枫生物科技有限公司生产，原料为稻壳粉，经过研磨、筛分、预处理、氧化改性和酯化接枝制得的稳定水溶性黏稠胶体；木材，安徽省阜阳市周边杨杂枝丫材；三聚氰胺改性脲醛树脂（MUF）胶，物质量比F/（M+U）=0.95，阜阳大可新材料股份有限公司生产。

1.2 试验设备

研磨机，60B，江阴市新安粉体设备有限公司；高压均质反应釜，5 L，山东蔚枫科技有限公司自行设计加工；30 m³反应釜，阜阳大可新材料股份有限公司；连续压机，宽8英尺、长28.8米，德国辛北尔康普（Siempelkamp）公司；万能力学试验机，YCDW-10E，济南永测工业设备有限公司；热重分析仪，TGA-601，普欧仪器科技有限公司。

1.3 制备工艺

1）植物纤维素基胶黏剂制备工艺。

稻壳粉研磨→催化剂预处理软化→高压均质反应釜（氧化处理）→离心机水洗→高压均质反应釜（酯化反应）→pH调整→出胶→检验→罐装。

2）高密度纤维板制备工艺。

木材备料→削片→筛选/水洗→预蒸煮→热磨→施胶/防水剂/固化剂等辅料→干燥→铺装成型→预压→热压→冷却翻板降温→养生→砂光/锯切→检验包装。

1.4 性能测试

1.4.1 差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）

先将植物纤维素基胶样进行真空冷冻干燥除水后再进行DSC测试，胶样在真空冷冻干燥条件下处理48 h，取10 mg冻干胶样置于样品槽中，完成准确称重后密封样品槽，最后在DSC设备中进行扫描。温度扫描区间为40～200 ℃，温度变化速度为10 ℃/min。根据其测试结果判断CBA胶的固化温度，在连续压机中应用时，依此设定连续压机的热压温度参数。

1.4.2 理化性能

分别以工厂自产的E0级MUF胶黏剂和CBA胶黏剂生产4.75 mm厚度高密度纤维板。按照GB/T 31765—2015《高密度纤维板》，检测内结合强度（IB）、表面结合强度（SS），24 h吸水厚度膨胀率（24 h TS）、甲醛释放量等几项重要性能并进行对比，为后续CBA胶黏剂的性能改进提供参考。

2  结果与讨论

2.1 植物纤维素基胶黏剂性能

按GB/T 14074—2017《木材工业用胶粘剂及其树脂检验方法》，对三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂和植物纤维素基胶黏剂进行检测，结果如表1和表2所示。

表1 三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂指标

表2 CBA胶黏剂指标

2种胶黏剂的DSC检测结果如图1和图2所示，植物纤维素基胶黏剂的固化温度要比三聚氰胺改性脲醛树脂固化温度稍高，因此热压工艺设定时需要重点考虑。

图1 MUF胶的DSC曲线

图2 CBA胶的DSC曲线

2.2 高密度纤维板理化性能

基于DSC结论，植物纤维素基胶黏剂的固化温度要比三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂固化温度稍高，因此制备高密度纤维板时热压温度稍有差异，如表3所示。三聚氰胺改性脲醛树脂施胶量按液胶200～210 kg/m³，CBA施胶量按液胶140～150 kg/m³，其他控制参数基本一致。

表3　连续压机加热区温度设定

2种胶黏剂制备的高密度纤维板理化性能，如表4所示。与低物质量比的三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂相比，植物纤维素基胶黏剂应用于薄型高密度纤维板生产，成品板内结合强度、表面结合强度2项性能都能满足GB/T 31765—2015要求，且满足某企业内控标准要求。用植物纤维素基胶黏剂制备的高密度纤维板，吸水厚度膨胀率指标可以满足某企业内控标准要求，但与三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂制备的高密度纤维板相比，还需要继续改善。

甲醛释放量方面，根据国标GB/T 39600—2021《人造板及其制品甲醛释放量分级》判定，三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂制备的板材达到E1级要求，而植物纤维素基胶黏剂制备的板材甲醛释放量满足ENF级。

植物纤维素基胶黏剂是由富含纤维素的植物原料见图3，经高强度粉碎装置处理后，将粒径加工到20 um以下，确保原料颗粒比表面积，与催化剂和其他改性剂有充分接触。反应使用水作为唯一溶剂。反应在装有特制高速搅拌桨的高压均质反应釜内进行。植物纤维素基胶黏剂外观见图4。

表4　两种胶黏剂制备的4.75 mm厚度高密度纤维板性能检测结果

图3 植物纤维素原料

图4 植物纤维素基胶黏剂外观

反应后的纤维素分子表面引入了醛基、羧基、双键结构，具备了胶结木材的条件。在高温高压条件下，植物纤维素基胶黏剂与木材纤维发生反应^［3］，见图5，考虑到连续压机的生产速度较快，4.75 mm厚度纤维板的热压因子在6～7 s/mm，热压过程需要配以合适的催化剂，以促进木纤维与胶黏剂之间的快速交联，制备的纤维板具有良好的强度和一定的耐水性能。

图5 植物纤维素基胶黏剂与木材纤维交联反应的示意图

3  结论与建议

本文通过工业试验验证，利用植物纤维素基胶黏剂制备的高密度纤维板，具有良好的胶合性能和环保优势，尤其在降低甲醛释放方面表现突出。尽管其热压温度略高，耐水性能比三聚氰胺改性脲醛树脂略差，但可通过优化配方及催化体系进行调整。建议后续进一步提升其耐水性，并探索其在其他类型人造板生产中应用。同时，植物纤维素基胶黏剂的发展将为绿色低碳建材体系提供有力支撑，具备良好市场前景，特别适合应对欧盟等市场对生物基含量的法规要求。

参考文献：略

文章源自：《中国人造板》2025年第7期