生物质胶粘剂 研究与应用新进展
中国林业科学研究院木材工业研究所 张亚慧 于文吉
生物质胶粘剂是一种以可再生的、来源于生物的有机资源为原料制成的胶粘剂，其主要包括淀粉类、大豆
蛋白类、单宁类以及木质素类胶粘剂。在重视绿色、环保的今天，生物质胶粘剂能够降解、原料能够再生的优势是
合成胶粘剂无法比拟和替代的，将成为胶粘剂产品的发展方向。由于传统生物质胶粘剂胶接强度低，耐热及耐腐蚀
性能差，特别是耐水性差，现阶段主要是通过对生物原料进行改性、共聚或共混来改善其性能。
改 性
对于淀粉类生物质胶粘剂主要是通过加入各种交联剂、氧化剂、增塑剂等物质对其性能进行改善。Syed H Imam
以聚乙烯醇为基准物质，加入玉米淀粉、聚氰氨树脂(交联剂)合成胶粘剂。在弱酸条件下，聚氰氨树脂中的6个甲
氧基与聚乙烯醇、玉米淀粉及木板中的羟基发生转醚化反应形成6个醚键。这6个醚键提供了高效的交联网络，使
得胶粘剂有很好的粘接性，并具抗菌能力。张琨等将淀粉在一定温度下糊化后与聚乙烯醇、磷酸和氢氧化钾反应制
备改性淀粉胶粘剂，并选择沙拐枣为研究对象，通过改变原料有效地解决了沙拐枣种子丸粒化与发芽的矛盾。
通过对海蚌粘结蛋白质的研究，Kaichang Li发现起粘结作用的主要是3, 4-二羟基苯丙氨酸（DOPA）、胱氨酸
等基团，并利用多巴胺对大豆蛋白质进行改性，成功开发出环境友好型木材胶粘剂。当多巴胺含量为8.95%时，改
性蛋白胶的干强度为未改性蛋白胶的2倍，且经过3个浸泡周期后力学强度仍没有明显变化，胶接性能和耐水性能
得到很大改善。Cheng Enzhi采用尿素、nBTPT、柠檬酸、磷酸二氢钠、硼酸和NaOH等多种试剂配制改性剂，经改
性修饰后豆胶压制的麦秸刨花板获得了很大的力学强度和耐水性，线性膨胀率降到1%，但厚度膨胀率仍居高不下。
青岛科技大学的周学林等研制了聚乙烯醇改性干酪素标签胶粘剂，可应用于啤酒瓶封口金属标签及商标标签，经实
践证明性能已达到进口酪素胶指标。
Claus Felby用氧化还原酶来氧化木质素制取木材用胶粘剂，通过虫漆酶含苯氧基促进剂的偶联来催化木质素
的聚合，该产品可与脲醛树脂相媲美。Schneider利用糠醇、木质素、马来酸酐等混合制成耐水性能良好的木材胶
粘剂，其中木质素质量分数为22%。
共聚或共混
生物质胶粘剂通过与合成胶粘剂共聚或共混的方法也可以提高其耐水性和胶接强度。利用这种方法主要是在不
影响合成树脂胶粘剂的性能或提高其性能的基础上，通过添加生物质组分减少其有毒挥发物质的释放或降低成本，
从而生产出共聚或共混生物质胶粘剂。
将玉米淀粉糊与聚乙烯醇混合加热溶解，然后利用过硫酸钾氧化制备出聚乙烯醇接枝玉米淀粉胶粘剂主剂，再
以多异氰酸酯(PAPI)为交联剂合成淀粉改性API胶。该胶在温度为115℃、压力为2MPa、时间为5min的热压条件
下湿强度比脲醛树脂（UF）稍低，但仍可以达到国家标准要求，干强度基本相同，所以可以代替脲醛树脂作为木材
工业用胶粘剂，但成本高于脲醛树脂。蒲艳玲等制备了淀粉改性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂，该胶粘剂应用于煤堆及垃
圾地覆盖，具有初粘性强、耐水性好、储存稳定、制备和使用简便等优点，但由于含有游离态甲醛，会对环境造成
污染。
2002年以来美国大豆协会重点开发和推广4种大豆基胶粘剂: ①一种豆蛋白/苯酚-间苯二酚-甲醛的双组分胶
粘剂用于生材指接；②可替代酚醛胶的抗水性增强型大豆基胶粘剂；③用于胶合板的发泡胶粘剂；④可替代脲醛胶
的耐水性增强型大豆基胶粘剂。In Yang研究了中性酚醛大豆蛋白胶粘剂和碱性酚醛大豆蛋白胶粘剂，并将其应用
于南方松3层胶合板和薄片刨花板。结果表明，胶合板符合1-95产品标准规定的建筑和工业胶合板要求；薄片刨
花板符合CSA标准规定的室外薄片刨花板的要求。美国的一个研究小组研究了以大豆为原料的MUF胶粘剂,并用4
种分别包含24%、20%、17%和15%三聚氰胺的MUF胶粘剂为对照,合成了4种相应的以大豆为基料的三聚氰胺尿素甲
醛(SMUF)胶粘剂,这些胶粘剂包括50%的MUF和50%的大豆粉水解物。使用MUF树脂的木板达到美国标准的160级
MDF(室外)的标准，而使用SMUF树脂能达到130级MDF(室内)的标准。和MUF树脂比较起来，SMUF树脂能用于生产
具有更好的防水性、更少的甲醛释放量的装饰板材。
采用亚硫酸钠作用于黑荆树单宁，消去其中憎水醚环醚的基团、导入磺酸基和羟基可使单宁的粘度降低并增加
其溶解度，然后与三聚氰胺-尿素-甲醛预缩液、甲醛混合合成改性单宁胶粘剂，在热压温度为170～190℃条件下
压制的板，沸腾试验后板的内结合强度较高。从而克服了中密度纤维板生产中常用的防水性胶粘剂酚醛树脂固化速
度慢、需要较高热压温度和较长热压时间的缺点。
用造纸黑液在碱性和高温条件下与苯酚反应制备的木质素改性酚醛树脂，产品性能满足甚至超过了CSA和ASTM
的相关要求。磺化木质素改性脲醛树脂胶粘剂表明磺化木质素加入量为30%时，拉伸强度最大可达到8.67MPa；磺
化木质素的加入量为40%时，游离甲醛含量最小为0.18%。在苯酚和甲醛反应过程中，加入木质素使其活性羟基及
醛基同时参与反应，在醛基与羟甲基苯酚发生反应的同时也在树脂中引入较大的取代基团，减少了酚醛树脂间的缩
聚作用，提高了树脂的贮存稳定性，同时降低了游离酚、游离醛的含量。在热压条件为130～135℃下，胶粘剂具
有较好的剪切强度，且达到国家标准I类板的要求。
应用进展
随着人类环境意识的逐渐增强、可持续发展的需要以及石油资源的有限性，生物质胶粘剂作为一种环保型胶粘
剂，势必会迎来光明的发展前景。近年来，生物质胶粘剂的工业化应用步伐正在不断加快。
时君友等利用半酯化玉米淀粉与脲醛树脂混合在40℃条件下反应一段时间制备胶合板用改性淀粉胶，在热压
温度100℃、时间1.2min/mm及一定压力条件下压制的板材，经国家人造板质量监督检测中心测试，胶合板各项物
理力学指标均达到II类标准要求，甲醛释放量为1.2mg/L，达E1标准。
Kaichang Li等利用大豆粉与聚酰胺环氧氯丙烷树脂混合，并已成功商业化应用于胶合板生产。另外，他以环
氧化合物与聚氨基酰胺和聚氨基酰胺-表氯醇树脂作为交联剂，与木质素混合制备无甲醛木材胶粘剂，其性能符合
美国国家标准局推荐性标准PS 1-95要求，具有高强度和高抗水性的优良性能。
张齐生等将落叶松树皮栲胶替代苯酚制备单宁酚醛树脂胶粘剂，用于制造胶合板和集装箱底板并成功在全国
17个省市100多家企业中得到推广应用，在2005年获得了国家技术发明二等奖。
应用前景
淀粉、蛋白质、单宁以及木质素等作为可再生的天然聚合物，来源丰富，而且具有各种功能基团，这些功能基
团为能够与其他胶粘剂物质进行交联改良提供了可能。目前国内生物质胶粘剂的研究与开发刚刚起步，要使其达到
现在广泛使用的合成树脂的功能还存在一些亟待解决的问题。在通过科技手段解决若干难题的同时，我们也应针对
生物质胶粘剂的性能特点扬长避短开发推广相对应的产品。对于生物质胶粘剂来说，其胶粘剂的性能有不同于合成
树脂的特点，因此原有针对合成树脂胶粘剂所制订的一系列国标应做适当调整，这样更有利于生物质胶粘剂的发展。