木工用接着剤

動物性接着剤、特に蹄接着剤と皮接着剤は、何世紀にもわたり、家具や弦楽器製作など、多くの種類の木工において主要な接着剤として選ばれてきました。動物の皮（皮）や蹄から抽出したコラーゲンから製造されます。化学的には食用ゼラチンに似ており、摂取しても無毒です。皮接着剤は、楽器（弦楽器製作）、レプリカ家具、アンティーク木工品の保存修復など、特殊な用途で今日でも使用されています。皮接着剤はゲル強度に基づいて測定され、10 °C (50 °F)で 12.5% タンパク質溶液に 1/2 インチ (13 mm) のプランジャーを4 mm ( 0.16インチ)押し込むのに必要な力のグラム数で測定されます。接着剤は、32 ～ 512 グラム (1.1 ～ 18.1オンス)の標準グレードで製造されています。木工では192グラム（6.8オンス）の強度が最も一般的です。楽器製作では通常251グラム（8.9オンス）が最高強度で、一般的な木工では135グラム（4.8オンス）が最低強度です。250グラム（8.8オンス）以上の強度の接着剤は過剰に希釈する必要があり、接合部に接着剤が少なすぎて効果的な接着ができないため、あまり使用されていません。現在では液状の動物性接着剤も入手可能です。通常、室温で接着剤を液状に保ち、乾燥時間を延長するために尿素が添加されています。液状の動物性接着剤の例としては、Old Brown GlueやTitebond Liquid Hideなどがあります。動物性接着剤はクリープしません。動物性接着剤で接合した部分は、加熱して動物性接着剤を追加するだけで簡単に修理できます。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}           

尿素ホルムアルデヒド樹脂接着剤は、実効コストが低く、硬化温度が低く、微生物や摩耗に対する耐性があり、色が淡いのが特徴です。クリープがなく、エポキシで補修できます。高温多湿の環境では急速に劣化し、ホルムアルデヒド（発がん性物質）を放出します。^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} 細かい白色粉末として供給され、使用時にはその重量の半分の冷水と混合します。混合された接着剤は、温度にもよりますが、約3時間使用可能です。乾燥した状態で保管すれば、未使用の粉末は最長1年間保存できます。この接着剤は、不適合な部品間の隙間を埋める能力があります。1930年代から、航空機製造用の合板を接着するためにエアロライトとして製造されています。

温室効果ガス排出量は、尿素ホルムアルデヒド接着剤_1kg あたり2.04kg CO2換算である。^{[ 13 ]}

レゾルシノールホルムアルデヒド樹脂接着剤は非常に強力で耐久性があります（沸騰水、弱酸、塩水、溶剤、カビ、菌類、紫外線などへの浸漬に耐えます）。歴史的に、屋外用合板の製造や木製航空機の製造において主流の接着剤でした。使用前に混合する必要があり（液体樹脂と粉末触媒）、有毒であり^{[ 14 ]} 、硬化後は濃い紫色になるため、用途によっては受け入れられない場合があります。長年にわたり、連邦航空局（FAA）は、「レゾルシノールは、木製航空機構造での使用が推奨および承認されている唯一の既知の接着剤であり、認証航空機に必要な強度と耐久性の要件を完全に満たしている」 ^{[ 10 ]}と述べています。しかし実際には、ここ数十年で製造された木製航空機の大部分（主にアマチュアが製作した航空機）は、代わりに他の種類の接着剤（主にエポキシ樹脂システム）を使用しており、これらはより高い強度を提供し、さらに重要なことに、完璧な塗布技術に対する厳密性がはるかに低くなっています。最新の接着剤のほとんどは、レゾルシノールに比べて、一般的な製造ミス（部品間の小さな隙間や位置ずれなど）に対する耐性がはるかに高い。レゾルシノールは、こうした日常的な製造状況に対してほとんど耐性がない。これは、特に複雑な組み立てにおいて大きな問題となる可能性がある。しかしながら、レゾルシノールは今でも一部の製造業者や修復業者によって使用されており、ビンテージ航空機でよく見られる。

フェノールホルムアルデヒド樹脂は、防水合板の製造によく使用されます。高温高圧下で硬化され^{[ 10 ]}、ベニヤ板の層間に挟むための乾燥フィルム（Tegoフィルム）としても入手可能です。温室効果ガス排出量は、PF接着剤1kgあたり2.88kg CO2相当_です [ ^{13 ] 。}

尿素ホルムアルデヒド接着剤の製造に伴うエネルギー消費量と温室効果ガス排出量は、フェノールホルムアルデヒド接着剤よりも少ない。しかし、尿素ホルムアルデヒド接着剤は、主に製造工程における酸性排出物のため、フェノールホルムアルデヒド接着剤よりもライフサイクルへの影響が約50%高いと判断されている。 ^{[ 15 ] [ 13 ]}

リグニン-フェノール-ホルムアルデヒド樹脂接着剤は、一般的に、単離されたリグニン（例えば、クラフトリグニン、ソーダリグニン、またはバイオリファイナリーリグニン）とフェノールの混合物をアルカリ条件下でホルムアルデヒドと反応させることによって合成されます。^{[ 16 ]}リグニン-フェノール-ホルムアルデヒド樹脂接着剤は、尿素-ホルムアルデヒド樹脂接着剤やフェノール-ホルムアルデヒド樹脂接着剤よりも粘度が高く、色が濃く、より厳しい硬化条件を必要とします。^{[ 17 ]}

リグノセルロース系バイオマスでは、リグニンはセルロースとヘミセルロースを効果的に結合することで細胞壁に強度を与える接着剤として機能します。^{[ 18 ]}穏やかな条件下で分離されたリグニン、またはアルデヒドやケトンで保護されたリグニンを使用して調製された、粉砕木材リグニン（MWL）、ホルムアルデヒド保護リグニン（FPL）、およびアセトン保護リグニン接着剤は、190  °C、1.5 MPaで8分間のホットプレス後に妥当な接着強度を示しました。乾燥接着強度と湿潤接着強度の両方が、0.7 MPaの最小要件を満たしました。結果から、異なる供給源からのわずかに凝縮または保護されたリグニンは、追加の物理的または化学的処理なしで木材接着剤として直接使用できることがわかりました。^{[ 19 ]}これらの接着剤の接着性能は、凝縮度の低下とともに向上し、ホットプレス温度の上昇とともに増加しました。リグニン接着剤を使用した多層合板製品は、さまざまな分野での用途の機械的要件を満たしました。^{[ 19 ] [ 20 ]}

他のアルデヒド（例えば、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、フルフラール）で保護されたリグニンから作られたリグニン接着剤は、0.7 MPaを超える優れた接着性能を示した。^{[ 21 ] [ 22 ]}

リグノセルロース系バイオマスからリグニン系木材接着剤を製造することは、環境に優しい接着剤の利用を促進し、収益性の高いバイオリファイナリー事業の発展に貢献する。これは持続可能な接着剤技術分野における重要な進歩であり、合板製造業界に好影響を与える可能性を秘めている。

ポリウレタン接着剤（商品名にはGorilla GlueやExcelなどがある）は、他国で長年使用されてきた後、米国でますます人気が高まっている。木材に加えて、繊維、金属、プラスチック、ガラス、砂、セラミック、ゴムにも接着する。ポリウレタン木材接着剤は通常、イソシアネート基で末端が修飾されたプレポリマーである。水分にさらされると、イソシアネートが水と反応して接着剤が硬化する。そのため、1液型ポリウレタン接着剤は湿気硬化型ポリウレタンとも呼ばれる。さらに、ポリウレタンと木材ポリマー間の相互作用は、接着性能に大きな影響を与える可能性がある。^{[ 23 ]}ポリウレタン接着剤は硬化時に膨張し、密着していない部分の接着性を向上させる。PVA接着剤とは異なり、木口の接着にも使用できる。しかし、水飽和試験では、ポリウレタン接着は「ダグラスファーとイエローバーチの両方において、レゾルシノール接着よりもはるかに耐久性が低かった」。^{[ 24 ]}

近年、高含水率の生木を接着するために、新しいポリウレタン系樹脂が使用されている。^{[ 25 ]}

エポキシ樹脂は、通常2液混合システムとして、他の接着剤よりも広い温度範囲と水分含有量で硬化し、硬化中に圧力を必要とせず、優れた隙間充填特性を持っています。非常に小さな隙間のあるほぼ完璧な接合部は、実際には弱い結合を生み出します。エポキシの使用には、2つの成分の混合比に細心の注意を払う必要があります。ほとんどの硬化した木工用接着剤（PVAを除く）に接着します。^{[ 26 ]} 2液エポキシ接着剤は塩水に対して非常に耐性があり、ほとんどのエポキシは177 ℃（351 °F）までの耐熱性があり、粉末金属とゴムまたは可塑剤を含む配合物は非常に丈夫で耐衝撃性があります。最も一般的なエポキシ樹脂は、エピクロロヒドリン（ECH）とビスフェノールAを反応させて、ビスフェノールAジグリシジルエーテル（一般にBADGEまたはDGEBAとして知られる）として知られる別の化学物質を生成することに基づいています。ビスフェノールA系樹脂は最も広く市販されている樹脂ですが、他のビスフェノール類もエピクロロヒドリンと類似の反応を起こします。例えばビスフェノールFなどです。エポキシ樹脂は過剰に曝露すると長期的な過敏症（アレルギー）を引き起こす可能性があり、高価な場合が多いです。^{[ 27 ]}  

シアノアクリレート（クレイジーグルー、スーパーグルー、CA、CyA）は、主に小さな補修、特に木工旋盤作業に使用されます。皮膚にも瞬時に接着します。硬化したCAは基本的にプラスチック材料です。狭い接合部にも浸透できるものの接着強度が低いタイプ（多くが垂れ落ち、多くが木材に染み込むため、接着面に残る量が非常に少なくなるため）や、非常に小さな隙間を埋めることができ、接合部から流れ出ず、木材にそれほど速く染み込まない粘度の高いタイプ（ゲル）があります。粘度の低いシアノアクリレート接着剤は、木材に使用した場合、ゲルタイプよりも接着が速くなったり、ポリマー鎖が短くなったりすることはありません。木材の化学的性質により、シアノアクリレートの重合が著しく遅延します。木材の接合部で最終的に重合すると、粘度の低いタイプよりも接着力を高めるのに十分なゲルが残ります。ゲルを使用する場合、接着剤が多すぎると接着力が弱くなります。同様に、粘度の低いスーパーグルーを塗布する量が少なすぎると、木材の接合部に接着剤がほとんど残らず、接着力が弱くなるか、まったく接着しなくなります。発泡体にも安全なバージョンも入手可能です（通常のCAはほとんどのプラスチックフォームを溶解します）。これらは通常、低臭性としても販売されています。シアノアクリレートは硬いですが、せん断強度が低い（脆い）ため、通常の木材の曲げによって、用途によっては接着が切れることがあります。多くの場合、接着剤を塗りすぎると、接着力が大幅に低下します。CAは、バルサ材の模型製作において、その強度が基材をはるかに上回るため、急速に主流の接着剤となっています。

カゼイン接着剤は乳タンパク質から作られています。初期の航空業界では、丈夫で頑丈な接合部を作るために使用され、エルマーズ・グルーオールなどの「白い接着剤」として広く普及していましたが、細菌による腐食を受けやすいため、次第に使われなくなりました。

ポリ酢酸ビニル（PVA）は、「白ボンド」「ホビー・クラフト用ボンド」「学校用ボンド」とも呼ばれ、無毒性、中性pH、安価で使いやすいため、最も一般的に使用されている木工用ボンドです。接合部はしっかりと密着させ、硬化中はクランプで固定することで最大の強度が得られます。ただし、PVAは硬化後も柔軟性があり、継続的な荷重がかかるとクリープ現象を起こします。PVAで接着された接合部は、ほとんどの接着剤（PVA自体を含む）が硬化したPVAボンドにうまく接着しないため、修復が難しい場合があります。PVAボンドは防水ではありませんが、タイプ2のPVAは耐水性があります。

脂肪族樹脂は、「大工用接着剤」や「黄色い接着剤」とも呼ばれ、淡い黄色でクリーム状の質感を持つ合成接着剤（この場合は脂肪族化合物）で、主に木材の接着に使用されます。他の接着剤と比較して、臭いや引火性が低く、接着強度が高く、耐湿性も中程度です。ポリ酢酸ビニルの「白い」接着剤よりも耐熱性、耐水性が高く、粘度が高いため垂れにくく、10℃以上43 ℃以下の温度で硬化しますが、屋外での使用には適していません。白い接着剤よりも硬化時間が短いため、複雑なプロジェクトでの使用は難しい場合があります。約24時間で硬化し、半透明、淡い黄褐色、または琥珀色の接着線ができます。硬化する前は、水道水で洗い流すことができます（白い接着剤と同様）。白接着剤とは異なり、硬化後の耐熱性と硬度が高いため、研磨は可能ですが、その上に塗布された木材用ステインを吸収しません。ステインを塗布する前に、余分な樹脂を研磨するか、その他の方法で除去する必要があります。 ^{[ 28 ]} 白接着剤よりも「クリープ」（クランプ中に滑る）傾向が低いです。^{[ 29 ]} 脂肪族樹脂は、PVAと同様の使用プロファイルと相対的な最終強度を持っています。2つの接着剤は、初期硬化前のグリップ特性が異なり、PVAは組み立て中に滑りやすく、黄色の接着剤は初期グリップが優れています。ブランドには、TitebondとLepageがあります。    

木材用接着剤のバイオベースオプションに関する研究には、バイオマスの芳香族成分であるリグニンを石油由来樹脂の部分的または完全な代替物として使用することが含まれます。リグニンは、フェノール系およびエポキシ系に組み込むか、改質形態（例：リグニン-グリオキサール）で使用して、木製パネルおよびラミネート用の熱硬化性接着剤を製造することができます。^{[ 30 ] [ 31 ]} 性能はリグニンの構造と配合に依存します。研究では、優れた乾燥接着強度が報告されていますが、湿潤耐久性には多くの場合、さらなる改質または架橋剤が必要です。^{[ 32 ]} 実験室評価では、木材接合部の靭性と接着線挙動を定量化するために、二重片持ち梁や端部ノッチ曲げなどの破壊力学試験（モードIおよびモードII）が一般的に使用されます。^{[ 33 ] [ 34 ]}

木製化粧板用接触接着剤。

一時的な用途にはホットグルーを使用してください。