去除“室內(nèi)污染第一殺手”！「無醛人造板」的專利分析與前景趨勢

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供稿：方象知產(chǎn)研究院

原標題：無醛人造板專利是救命稻草？雙重危機下的人造板行業(yè)應(yīng)謀求突圍

甲醛對人體危害嚴重，潛伏期長，被稱為“室內(nèi)污染第一殺手”。家具中的甲醛主要來自板材中的粘合劑，目前市場上的板式或定制家具涉及使用粘合劑的主要包括刨花板、膠合板和纖維板等人造板材。其實國內(nèi)一些有前瞻性的企業(yè)在八十年代末就已經(jīng)開始向“無醛人造板技術(shù)”、“新型替代原料”等領(lǐng)域進行了探索。以“無醛人造板”的專利申請趨勢為例，這一領(lǐng)域?qū)＠暾埩康脑黾涌梢哉f是伴隨著消費者對家居環(huán)境安全意識的提升而逐漸增加的。

內(nèi)容提要：

新國標發(fā)布給人造板行業(yè)帶來什么影響？

人造板行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)僅是環(huán)保標準收緊嗎？

專利分析解讀無醛人造板技術(shù)的趨勢和前景。

引言

自2018年5月1日起，《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》（GB18580-2017）正式實施。這是甲醛釋放限量標準自2001年發(fā)布以來的首次修訂。

該標準是我國人造板及其制品行業(yè)關(guān)于甲醛釋放限量的唯一強制性國家標準。修訂后的國家標準提高了甲醛釋放量限量要求，統(tǒng)一甲醛釋放量限量值為0.124mg/m3，限量標志為E1，取消了原來的E2級別。對于人造板及其制品行業(yè)而言，此次國家標準修訂帶來的影響不亞于地震，整個行業(yè)在行政強制力驅(qū)動下面臨著一場“環(huán)保洗牌”。

新國標直指家具環(huán)保安全問題，而這一問題歸根到底是“甲醛問題”。甲醛對人體危害嚴重，潛伏期長，被稱為“室內(nèi)污染第一殺手”。家具中的甲醛主要來自板材中的粘合劑，目前市場上的板式或定制家具涉及使用粘合劑的主要包括刨花板、膠合板和纖維板等人造板材。

1、何為人造板？

根據(jù)GB/T 18259-2009《人造板及其表面裝飾術(shù)語》定義，人造板是指以木材或非木材植物纖維原料加工成刨花（或碎料），施加膠粘劑（和其他添加劑），組坯成型并經(jīng)熱壓而成的一類人造板材。我們生活所用的家具、廚具、工藝品以及與生活場所息息相關(guān)的地板、建筑裝飾、包裝材料等都是由人造板制作或組成的。利用人造板制造家具除節(jié)約木材外，還能減少刨平、刨光、拼縫、涂漆等操作時間。

因為人造板的這些優(yōu)點，我國人造板行業(yè)發(fā)展迅速，21世紀以來，我國人造板年均增長率超過20%， 2016年我國人造板產(chǎn)量高達30042.2萬立方米，同比增長4.8%，其中“三板（膠合板、 纖維板和刨花板的總稱）”占人造板總產(chǎn)量90%，其他還包括復合板、密度板、細木工板等表面裝飾板，共占10%。

圖1  2016年我國不同種類人造板產(chǎn)量分布占比圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

膠合板是由單板構(gòu)成的多層材料，通常按相鄰層單板的紋理方向大致垂直組坯膠合而成的板材；纖維板是指將木材或其他植物纖維原料分離成纖維，利用纖維之間的交織及其自身固有的粘結(jié)物質(zhì)，或者施加膠粘劑，在加熱和（或）加壓條件下，制成的厚度1.5mm或以上的板材。

表1 “三板”對比圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

從表1可知，“三板”在不同性能方面各有自身的優(yōu)劣勢，但是都有一個共同點，那就是都需要添加膠粘劑，這正是人造板甲醛的根源所在，也是整個人造板行業(yè)的軟肋。

2、人造板“危機”：國際收緊+原料難求

事實上，我國的“三板”制造生產(chǎn)歷史最早可以追溯到解放前，在當時的哈爾濱、上海等地就有數(shù)家膠合板廠。在經(jīng)歷了近一個世紀的發(fā)展后，2014年我國人造板產(chǎn)量已經(jīng)占全球總產(chǎn)量的近一半，可以說，我國現(xiàn)在已經(jīng)是世界人造板生產(chǎn)、消費、進出口貿(mào)易的第一大國。

圖2 我國“三板”產(chǎn)量及年增長率

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

雖然人造板市場前景巨大，但隨著消費者安全與環(huán)保意識的提高，以及國家供給側(cè)改革對環(huán)境保護要求的增強，甲醛問題已經(jīng)是整個人造板行業(yè)必須要去解決的問題。2001年，原國家質(zhì)檢總局、國家標準化管理委員會發(fā)布了我國第一項關(guān)于室內(nèi)裝修甲醛釋放限量的國家強制標準，即GB 18580—2001《室內(nèi)裝飾裝修材料 人造板及其制品中甲醛釋放限量》，其第一次規(guī)定了E1、E2兩個等級的限制標志，開創(chuàng)了我國在人造板甲醛釋放量規(guī)定方面的先河。

而今年“五一”正式開始實施的《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》（GB18580-2017），是甲醛釋放限量標準自2001年發(fā)布以來的首次修訂。

這一嚴苛的標準對于中小型的人造板生產(chǎn)企業(yè)來說，無異于一道難以逾越的鴻溝。這也意味著，在新標準實施后，必然會加速人造板行業(yè)洗牌，一大批技術(shù)力量薄弱的中小型生產(chǎn)企業(yè)將會從市場中消失。

不過，即使是我國最嚴格的人造板安全標準，與歐美和日本等發(fā)達國家的標準還存在著相當大的差距。在國際大環(huán)境的影響下我國人造板安全標準未來的修訂或?qū)②呌诟鼮閲栏瘛?br/>

以美國為例，其CARB (California air resources board)標準被認為是復合木制品甲醛釋放量的最嚴格標準之一。該法規(guī)規(guī)定的甲醛釋放量：硬質(zhì)膠合板(hwpw)必須小于0.05ppm/m3、刨花板(pb)必須小于0.09ppm/m3、中密度纖維板(mdf)必須小于0.11ppm/m3。

再看看我們的鄰國日本，它的F4星級優(yōu)于歐標。日本政府規(guī)定自2003年7月1日起，日本執(zhí)行新的F4星環(huán)保標準，要求所有進口的建筑材料環(huán)保必須達到F4級別，即甲醛釋放量≤0.3mg/L。F4星不僅僅停留在板材層面，對于生產(chǎn)板材的工廠也有嚴格的要求。工廠必須擁有日本國土交通大臣簽署的F4星環(huán)保標準的工廠認證書以及日本JIS標準檢測的檢測報告。目前，世界上只有極少數(shù)的幾家工廠通過日本國土交通省認證。

除了日益嚴格的國家標準，人造板行業(yè)還面臨著另一大挑戰(zhàn)——木材原料的稀缺。由于我國森林資源存在著諸如總量不足、質(zhì)量不高、結(jié)構(gòu)不合理等情況。為了應(yīng)對這些問題，2014年我國開始全面禁止自然林木的砍伐，而木材和紙產(chǎn)品消費的市場需求卻仍在不斷增長。面對市場的供求矛盾，國內(nèi)不少相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)都將目光瞄準了國外的木材資源。

圖3 我國木材產(chǎn)量、進口量及年增長率

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

但是，以外國的“大樹”為依托就真的好乘涼嗎？

圖3的數(shù)據(jù)給了我們否定的答案——雖然十幾年來，我國原木總量整體呈上升趨勢，但原木的進口量相對而言起伏大、不穩(wěn)定，過分依賴進口原木作為原材料不利于人造板行業(yè)的健康發(fā)展。

據(jù)統(tǒng)計，目前我國從全世界100多個國家和地區(qū)進口原木和鋸材，主要有歐美、非洲、南美、東南亞、俄羅斯等。然而，這扇海外木材原料的供應(yīng)“大門”也被越關(guān)越緊。

自2015年以來，全世界范圍內(nèi)越來越多的產(chǎn)材國提出禁止或限制原木出口政策；

2016年，老撾、泰國、柬埔寨、緬甸、莫桑比克等國接連宣布停止出口木材（或原木）；

這些木材禁令的頒布，讓我國的木材產(chǎn)品加工企業(yè)在爭奪生產(chǎn)資源的同時，也不得不考慮尋找新的替代原料。

由此可見，“降低甲醛釋放量”和“尋找新材料”已經(jīng)成為擋在國內(nèi)人造板企業(yè)面前的兩座“大山”。

3、新材料無醛人造板，任重道遠！

其實國內(nèi)一些有前瞻性的企業(yè)在八十年代末就已經(jīng)開始向“無醛人造板技術(shù)”、“新型替代原料”等領(lǐng)域進行了探索。

以“無醛人造板”的專利申請趨勢（圖4）為例，這一領(lǐng)域?qū)＠暾埩康脑黾涌梢哉f是伴隨著消費者對家居環(huán)境安全意識的提升而逐漸增加的。

1.中國無醛人造板專利申請趨勢及技術(shù)生命周期

圖4 無醛人造板生產(chǎn)工藝申請量趨勢圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

圖5 無醛人造板生產(chǎn)工藝生命周期圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

從數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，“無醛人造板”技術(shù)的發(fā)展大致分為兩個階段：

（1） 技術(shù)萌芽期（1989~2000年）：20世紀90年代，由美國大豆協(xié)會推動的大豆蛋白基膠粘劑研究，使生物質(zhì)膠粘劑領(lǐng)域成為新的研究熱點。我國的無醛技術(shù)則始于1989年王春雷研究廢塑料與植物纖維復合材料，隨后中國林業(yè)科學院研究了凝縮類栲膠為膠料制造硬質(zhì)纖維板的方法。但此時國人對于居室環(huán)境安全的意識還相當薄弱，需求方面的缺位讓“無醛人造板技術(shù)”一直處于摸索階段，相關(guān)專利申請量也很少。

（2） 技術(shù)成長期（2001年至今）：2001年，國家質(zhì)檢總局發(fā)布了我國第一項關(guān)于“室內(nèi)裝修甲醛釋放限量”的國家強制標準，自此，“無醛人造板”技術(shù)才由科研單位的實驗室，真正走進國人的視野。但由于基礎(chǔ)研究薄弱，直到2006年，脲醛樹脂固化技術(shù)、甲醛清除劑、大豆蛋白基膠粘劑的研發(fā)才真正得到市場的關(guān)注。

2.申請人分析

圖6 無醛人造板專利申請量排名前十位的標準申請人

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

通過對“標準申請人”的分析不難發(fā)現(xiàn)，無醛人造板的生產(chǎn)技術(shù)主要集中在高校、科研機構(gòu)及板材生產(chǎn)企業(yè)。

其中，南京林業(yè)大學以48項專利申請高居榜首，中國林業(yè)科學院、安徽百儀家具緊隨其后。

南京林業(yè)大學申請的專利以研究無膠、改性膠粘劑、甲醛清除劑、木材重組技術(shù)及阻燃功能為主，其中又以“改性膠粘劑”研究最多；中國林業(yè)科學研究院以研究甲醛清除、塑膜、新生產(chǎn)工藝技術(shù)改進、大豆蛋白膠粘劑為主，其側(cè)重點在新生產(chǎn)工藝的改進方面；

而作為一線生產(chǎn)企業(yè)的百儀家具，在2015年7月15日一次性的申請了33項專利。不過詳細分析這33項專利發(fā)現(xiàn)，專利主要是關(guān)于廢舊輪胎橡膠粉改性各種板材的制備。由此可見，申請人實際是希望通過大量的專利申請來進行行業(yè)布局，以保護其核心技術(shù)。

綜合以上分析，無膠生產(chǎn)工藝改進、甲醛清除等領(lǐng)域是行業(yè)研究熱點。為了驗證這種推斷，我們需要深入分析無醛人造板生產(chǎn)工藝的技術(shù)功效。

3.無醛人造板生產(chǎn)工藝分析

圖7不同無醛人造板生產(chǎn)工藝的氣泡圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

圖8 不同無醛人造板的性能功效圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

目前生產(chǎn)無醛人造板的技術(shù)有很多種，常見的有：使用無醛膠，采用甲醛清除劑，改進生產(chǎn)工藝少添加膠、甚至不添加膠等，每種方式各有利弊。經(jīng)過方象知產(chǎn)研究院的分析總結(jié)，形成了不同無醛人造板生產(chǎn)工藝的氣泡圖（圖7）和不同無醛人造板的性能功效圖（圖8）。

分析圖7、圖8發(fā)現(xiàn)，大量專利主要集中在纖維板、刨花板、膠合板及復合板的混合、干燥、熱壓等技術(shù)，特別注重防火、防水、保溫等性能的研發(fā)。然而在無醛人造板的生產(chǎn)流程中，甲醛的主要來源在施膠環(huán)節(jié)，而施膠環(huán)節(jié)研究較少，業(yè)界普遍認為在于無醛膠的研發(fā)難度較大、突破限制因素困難。例如，目前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的二苯基甲烷二異氰酸樹脂（MDI），不產(chǎn)生甲醛，但易與金屬產(chǎn)生很大粘合力，為了避免粘在墊板和熱壓板上，面層的刨花常用普通膠粘劑膠合或使用專門的脫模劑，而且MDI價格較高，2017年我國進口的純MDI平均價格為2852.63美元/噸，是普通脲醛樹脂膠的4~5倍；

另外無醛膠中研究較多的是大豆蛋白膠，這也是最早被市場化的一種無醛膠粘劑。作為一種生物基無醛膠粘劑，大豆蛋白膠以大豆粉、豆粕、大豆分離蛋白等為原料，以水為分散介質(zhì)，加入其它助劑制成的膠粘劑，但在分離大豆蛋白的過程中仍然存在環(huán)境污染的問題。

據(jù)國外相關(guān)資料顯示，經(jīng)過化學改性的大豆膠無論是耐沸水膠合強度，還是耐冷水膠合強度，均滿足國標中對膠粘劑膠合強度的要求。然而，通過酚醛改性雖然能跨越式的提高大豆基膠粘劑的耐水膠合強度，但酚醛類產(chǎn)品毒性較大，仍然對人體健康存在安全風險。近年來，國內(nèi)的不少企業(yè)都宣稱自己的產(chǎn)品使用了大豆膠類的“零甲醛”生物粘合劑，但相關(guān)監(jiān)管部門的調(diào)查結(jié)果卻并非如此。

以木地板為例，北京、天津、河北等28省市的消協(xié)（消委會、消保委）曾經(jīng)聯(lián)合中國室內(nèi)裝飾協(xié)會綠色家居環(huán)境技術(shù)工作委員會，依據(jù)國家標準GB18580-2001《室內(nèi)裝飾材料 人造板及其制品中甲醛釋放量限值》對市場上采集的35個主流品牌樣品開展了環(huán)保性能比較試驗。結(jié)果顯示，35個樣品的甲醛釋放量達標率為97.14%，但沒有一個地板不含甲醛。

雖然從理論和技術(shù)層面講，生物膠要達到完全沒有甲醛是可以做到的，但各企業(yè)的研發(fā)能力不同，有的企業(yè)的確是在做研究，而更多的則可能為了提高宣傳效果而混淆概念欺騙消費者。浙江省林產(chǎn)品質(zhì)檢站站長方崇榮表示，甲醛是增加膠水黏稠度、附著力的材料。當前技術(shù)條件下，復合地板的密度、吸水膨脹率的技術(shù)指標需要使用甲醛才能保證質(zhì)量穩(wěn)定。采用無醛粘合劑的地板產(chǎn)品首先成本更高，其次離開甲醛以后，地板的綜合性能難以穩(wěn)定，未必能夠達到人造板的國家標準要求（1）。

再進一步深入分析膠合板、纖維板和刨花板三種不同人造板的發(fā)展狀況：

4.中國無醛“三板”的專利申請趨勢及技術(shù)生命周期

圖9 “三板”專利申請趨勢圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

圖10 我國膠合板生產(chǎn)技術(shù)生命周期圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

圖11 我國纖維板生產(chǎn)技術(shù)生命周期圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

圖12 我國刨花板生產(chǎn)技術(shù)生命周期圖

數(shù)據(jù)來源：方象知產(chǎn)研究院整理

由于從提出專利申請到公開，需要一定時間，所以近幾年的數(shù)據(jù)只能作為參考。從申請量趨勢來看，“三板”的專利申請總體趨勢處于上升狀態(tài)。

三張技術(shù)生命周期圖顯示整體趨勢均為技術(shù)成長期，雖然發(fā)展過程各異，但關(guān)于生產(chǎn)工藝專利的技術(shù)生命周期與人造板的相近，這里不再贅述。

從相關(guān)專利的申請量趨勢圖中不難發(fā)現(xiàn)，板材生產(chǎn)的新技術(shù)呈爆發(fā)式增長，這與市場尤其是消費者對板材環(huán)保性能的高要求密不可分。

市場的需求、消費者的關(guān)注極大的推動了相關(guān)技術(shù)的研發(fā)速度，改進脲醛膠的配比、研制開發(fā)新型的非醛類膠粘劑等，但是由于材質(zhì)屬性、工藝水平、生產(chǎn)成本等因素的影響，目前市場上尚未出現(xiàn)能夠同時滿足大規(guī)模生產(chǎn)、工藝成熟，以及低成本產(chǎn)業(yè)化需求的粘結(jié)劑技術(shù)。

4、木材資源短缺，替代原料離我們還有多遠？

在對“無醛人造板”生產(chǎn)工藝探索的同時，我國的人造板生產(chǎn)企業(yè)還不得不面對原材料緊缺的問題。

雖然人造板產(chǎn)業(yè)有利于節(jié)約木材資源，緩解中國木材供需矛盾。伴隨建筑裝飾和家具業(yè)的高速發(fā)展，國內(nèi)木材需求量還在急劇增長，木材供應(yīng)的缺口越來越突出。尤其國內(nèi)外均出臺了嚴格限制森林砍伐與限制出口政策，這對于人造板生產(chǎn)企業(yè)來說，無異于嬰兒斷奶、打破了飯碗！

當下，中國的人造板企業(yè)不但要面對突破“無醛人造板”的技術(shù)瓶頸，還必須盡快尋找適合的木材替代原料。這些看似無法破解的危機，卻讓那些善于思考，勇于創(chuàng)新的企業(yè)看到了機會。

面對國內(nèi)外日益嚴苛的木材砍伐和出口限制政策，國內(nèi)人造板企業(yè)亟需尋找木材的替代原料。我國幅員遼闊，自然資源豐富，其實能夠完美替代木材的原料就在我們身邊，它就是小小的竹子。

然而，我國的竹材產(chǎn)量雖然豐富，但面對龐大的市場需求，單憑小小的竹子能應(yīng)付的了嗎？

此外，竹子的衍生品“竹炭”以其強大的吸附能力，在凈化空氣、消除異味、吸濕防霉、抑菌驅(qū)蟲等多個方面被廣泛應(yīng)用。那么在面對市場對“無醛”需求愈加嚴格的挑戰(zhàn)時，這種竹材衍生品又能否獨當一面呢？

參考文獻：

（1）摘自中國質(zhì)量新聞網(wǎng)2017年10月25日的報道《無醛地板真的沒甲醛嗎》

發(fā)布：IPRdaily中文網(wǎng)（IPRdaily.cn）

供稿：方象知產(chǎn)研究院

編輯：IPRdaily趙珍          校對：IPRdaily縱橫君

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