更佳的豆類粘合劑

1、更佳的豆類粘合劑甲醛是一種極其廣泛使用的工業(yè)原料，但人們很早就知道它在某種情況下會造 成環(huán)境健康問題。膠合板、碎木板等工程木材使用的粘合劑尿素甲醛樹脂、苯酚甲 醛樹脂會釋放甲醛，人體甲醛暴露的主要途徑從呼吸道吸入。雖然居住在用人造木 構(gòu)建新居的居民，在剛?cè)胱r常常會出現(xiàn)各種不適，但是建筑工人的甲醛暴露量顯 著高于一般人。室內(nèi)空氣中的甲醛，已經(jīng)確認(rèn)或疑心能導(dǎo)致小到眼睛刺激大到腫瘤 等各種健康危害。目前人們可以對大豆蛋白進(jìn)行加工處理，產(chǎn)生類似使蚌類附著于巖石的蛋白， 這是一種新型豆類蛋白粘合劑，一些廠家使用這種粘合劑可以生產(chǎn)出不含甲醛的人 造木。位于科瓦利斯的俄勒岡州立大學(xué)木材科學(xué)與工程學(xué)系副教授

2、李開暢創(chuàng)造了這 種粘合劑，這種粘合劑無毒、經(jīng)濟實惠而且可以重復(fù)使用，能解決長期存在的環(huán)境 衛(wèi)生問題，故受到很多人的盛贊。甲醛簡介大豆粘合劑并不是新事物，早在 20世紀(jì) 20年代它已用于商業(yè)木材制品中。但象 其他植物類粘合劑一樣，他們均為水溶性且具有化學(xué)不穩(wěn)定性，不能經(jīng)久使用。 20 世紀(jì)30年代，人們從石油和天然氣中提煉出尿素甲醛、苯酚甲醛粘合劑。尿素甲 醛、苯酚甲醛粘合劑經(jīng)加熱、加壓處理后，它們的粘合效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)時大豆粘合 劑，受到建筑業(yè)和木制品業(yè)的青睞。根據(jù)國家毒理學(xué)? 2004年致癌物報告，第 11版? 2004 Report on Carcinogens, 11th Edition,

3、 ROC，在過去的75年間，甲醛的生產(chǎn)量穩(wěn)步增加，到1998年這是目 前最新可查找的數(shù)據(jù)美國甲醛的生產(chǎn)量是 1 1 3億磅。在2002年6月1 2日的?化學(xué)周 刊?Chemical Week中，一篇有關(guān)甲醛市場的綜述認(rèn)為木材粘合劑中甲醛的使用 量占了全部甲醛生產(chǎn)量的一半。職業(yè)平安和衛(wèi)生研究所NOISH有關(guān)甲醛的“現(xiàn)況簡報認(rèn)為，有超過 180萬的美國工人在作業(yè)場所接觸甲醛。尸體防腐作業(yè)人員、實驗室工作人員和生產(chǎn)免熨 燙織物的紡織工人是甲醛的最高暴露人群，木材行業(yè)工人甲醛暴露的水平也很高。根據(jù)ROC的報告，一般人群中，有220萬人居住在人造木建造的移動房屋中，他們是最大的甲醛暴露群。由于這些建筑比

4、傳統(tǒng)住宅的氣密性好，室內(nèi)有害氣體更 容易聚集，且不易揮發(fā)。而且，與移動房屋相比，傳統(tǒng)住宅多會使用實木。由于 20世紀(jì)70年代隔熱材料中使用尿甲醛泡沫，一些傳統(tǒng)住宅的居民也曾經(jīng)有高濃度甲 醛暴露史。 80年代初已停止使用這種泡沫材料，但這些材料中的甲醛需要很長時間 才能完全揮發(fā)。許多消費品如指甲油清洗劑、免熨燙織物和除臭劑中均含有甲 醛。消費者產(chǎn)品平安委員會報告?甲醛最新情況， 1997年修訂版?認(rèn)為，室內(nèi)外空 氣中，自然和人為來源的甲醛濃度大約為 0.03 ppm。這個數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于職業(yè)平安與 衛(wèi)生管理局OSHA制定的工人8小時甲醛接觸限值0.75 ppm和15分鐘接觸限值 2.0ppm。個體對

5、甲醛的敏感度有很大差異。國際癌癥研究中心 1995年的木塵與甲醛的專 著研究報告認(rèn)為甲醛濃度超過0.51.0 ppm會引起眼睛、皮膚、鼻、喉和下呼吸道 刺激病癥。急性暴露或長期慢性接觸可能引起其它健康問題。大鼠吸入高濃度甲醛 能導(dǎo)致嘔吐和呼吸困難等健康問題，一篇發(fā)表在 2000年6月19日的?人類和實驗毒 理學(xué)?Human and Experimental Toxicology的綜述認(rèn)為人類吸入甲醛能導(dǎo)致胃 腸道腐蝕，引發(fā)大出血及心血管痙攣與循環(huán)衰竭。嚙齒類動物研究已確立了甲醛暴露和鼻腔腫瘤之間的關(guān)系；人類流行病學(xué)研究 也發(fā)現(xiàn)了甲醛和鼻咽癌、鼻、前列腺、肺、胰腺腫瘤以及白血病之間的聯(lián)系，雖然

6、其他研究并不一定都得出這樣的結(jié)果。盡管存在著一定的差異，但甲醛對人體健康的潛在風(fēng)險促使許多醫(yī)療機構(gòu)寧可 謹(jǐn)慎行事。ROC于2004年將甲醛列為 有理由預(yù)料引起癌癥的物質(zhì)，而國際癌癥研 究中心在 2004年將甲醛從原先的“人類可能致癌物提升為“人類致癌物。尋求更佳粘合劑為了滿足工業(yè)界需求，在使植物蛋白具有足夠的粘著力和防水性能的研究中， 李教授研制的大豆粘合劑化學(xué)結(jié)構(gòu)獨特，成為人們尋求的最高目標(biāo)。在2002年9月?大分子快訊?Macromolecular Rapid Communication中發(fā)表的文章中，李教授 指出海洋生物粘合型蛋白質(zhì)如那些使蚌類牢固地附著于船殼、威脅船只平安的蛋 白質(zhì)和大

7、豆蛋白質(zhì)間存在良好的互補特點。海洋生物粘合蛋白質(zhì)使蚌類非常牢固 地粘附于潮濕、不規(guī)那么物體的外表且極少降解，但這種蛋白合成困難、生產(chǎn)價格昂 貴；與之相比，大豆蛋白資源豐富、可再生、價格低廉但粘附力弱、易降解。采用蚌類粘合方式，李教授巧妙地將大豆蛋白與粘合劑中第二主要成分一種 特有的樹脂Kymene交叉連接，這樣就獲得兩種粘合劑的優(yōu)點。交叉連接使大分 子組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將李教授新配方大豆粘合劑涂抹在木制制品后，經(jīng)過一定的物 理、化學(xué)處理過程，粘合劑成分交叉連接形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。他說，該粘合劑的交叉 連接極其牢固，甚至連續(xù)沸煮數(shù)小時都不會變性。俄勒岡州立大學(xué)已為市場上商用配方申請了專利，并授權(quán)給德拉華

8、威爾明頓的Hercules公司，該公司是生產(chǎn)Kymene的樹脂制造商。哥倫比亞森林產(chǎn)品，一家位于俄勒岡州波特蘭的薄板核心硬木膠合板生產(chǎn)商，是第一家采用不含甲醛的 大豆粘合劑生產(chǎn)工藝的木制品生產(chǎn)商，這兩家公司與俄勒岡州立大學(xué)合作研制了該 大豆粘合劑的商業(yè)配方。全能科技國際咨詢公司商業(yè)化部門經(jīng)理、美國大豆委員會參謀 Charles Grabiel 說，“在本錢方面，大豆粘合劑與尿素甲醛、苯酚甲醛粘合劑相近。而且大豆種 植農(nóng)民也建議美國農(nóng)業(yè)部應(yīng)當(dāng)通過各種方式提高美國大豆制品的利用率。優(yōu)化創(chuàng)新到目前為止，因為哥倫比亞森林產(chǎn)品只生產(chǎn)室內(nèi)裝飾用硬木膠合 板，故采用新粘合劑的商業(yè)化只影響了龐大的人造木市場的

9、極小的一局部。但俄勒 岡州立大學(xué)正積極促使獲得專利的無甲醛木材粘合劑商業(yè)化，用于生產(chǎn)碎木板、中 密度纖維板、外裝飾層板和膠木板的生產(chǎn)。Grabie說；“雖然外裝飾木制品中仍然使用苯酚甲醛樹脂做粘合劑，由于其甲醛釋放率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于尿素甲醛樹脂，因此制造商不是很有必要使用新配方粘合劑； 而且，外裝飾木制品的粘合劑必須符合由工業(yè)組織例如人造木聯(lián)合會認(rèn)證的更嚴(yán)格 的防濕標(biāo)準(zhǔn)。李教授的大豆配方已證實其強度與防水性能，因此獲準(zhǔn)用于外部裝飾產(chǎn)品估 計會很順利。但是，Grabiel說，木制品的類型不同，使用粘合劑的方法亦不一樣。 以膠木板為例，在軋板加壓之前，給其上膠水；但用小木板或木屑制造復(fù)合產(chǎn)品 時，粘合劑必

10、須重新配伍以便噴涂均勻一致。Grabie估計，如果外裝飾品和其它復(fù)合產(chǎn)品也不含甲醛，可能至少需要兩年時間來解決這些生產(chǎn)上的問題。要推廣新產(chǎn)品，就有可能會產(chǎn)生“新產(chǎn)品會不會比老產(chǎn)品更糟糕 這樣的疑問。現(xiàn)在還沒有直接的跡象說明大豆粘合劑與其前輩一樣會產(chǎn)生相同的或更大的健 康威脅。一個潛在的擔(dān)憂是過敏。豆類制品會對有些人造成消化道、呼吸道和 皮膚的過敏反響主要是嬰兒。大豆也含有植物激素，進(jìn)入人體后仍能保持其生 物活性。但經(jīng)過深度加工處理，這些化合物不可能再以單體的形式存在于蛋白粘合 劑中。根據(jù)美國大豆委員會“以大豆為原料的木制品粘合劑和環(huán)境宣傳資料，大 豆粘合劑中使用的大豆蛋白在處理前是非揮發(fā)性的，

11、不是有害空氣污染物，工作時 只要使用根本防護(hù)用品如手套和平安眼鏡即可。Grabie進(jìn)一步說，“樹酯中的大豆 蛋白相互之間以及與木板之間緊密相聯(lián)，所以不易變性。大豆粘合劑最后的降解產(chǎn) 物與大豆粉的降解產(chǎn)物一樣。 雖然許多木器和樹脂粘合劑生產(chǎn)商大幅度地減少甲醛使用量，工業(yè)界也在想 方設(shè)法尋找替代品，但并不是每個廠家都使用無甲醛粘合劑。全球最大的甲醛樹脂 生產(chǎn)商Dynea North America公司市場應(yīng)用部資深副總裁 Rob Schmid說，“我們不 考慮轉(zhuǎn)型無甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)。 “從毒性或本錢效益的角度來看，我們認(rèn)為沒有必 要考慮轉(zhuǎn)型無甲醛生產(chǎn)，Schmidt說，“因為使用甲醛粘合劑的危害性微缺

12、乏道?？磥?，工業(yè)方面甲醛使用的便捷性與其健康效應(yīng)之間的“拔河比賽還會繼 續(xù)下去，直到進(jìn)一步的研究說明這種高效化合物對生理的影響。與此同時，大豆粘合劑的擁護(hù)者們也在不斷尋找豆類用于木制品生產(chǎn)的新方 法。一家公司正在使用一種大豆蛋白和苯酚間苯二酚甲醛的交聯(lián)粘合劑，以未 干的綠樹枝為原料生產(chǎn)指形接合狀木制品。Grabie I說，在粘合劑中使用大豆蛋白能減少甲醛使用量的一半。另外，與傳統(tǒng)的粘合劑相比，在使用前，對大豆蛋白粘合 劑的預(yù)處理所需的時間和能耗更少。許多化學(xué)品生產(chǎn)商也在采用類似的化學(xué)處理方 法，使用諸如小麥、玉米、酪蛋白(乳品中的蛋白)和胚芽膠質(zhì)等其它替代成分制 造粘合劑。VaIerie J.Brown 譯自 EHP 113:A538-A54 (2005) 圖片說明：貝殼的游戲：貝殼使用強力粘合劑緊緊地粘附在巖石、船殼、碼頭上， 這種粘合劑具有抗水性，并能黏附在不規(guī)那么物體的外表。在蚌類強力粘附力的啟發(fā) 下，人們使用價廉，可再生的大豆蛋白合成了具有貝類粘合劑特點的新型粘合劑。 Suggested ReadingLiu Y, Li K. 2002. ChemicaI modification of soy protein for wood adhesives. MacromoI Rapid Com mun 23:739742.NationaI Cancer Ins