氧冷等離子體處理對刨花板和纖維板甲醛釋放量的影響

王洪艷　李琴　張建　袁少飛　王輝　杜官本

摘 要：研究了氧冷等離子體處理纖維板和刨花板10min時，不同的處理功率對刨花板和纖維板甲醛釋放量的影響。結(jié)果表明，冷等離子體處理可以明顯降低刨花板和纖維板甲醛釋放量，最高可降低50%以上。甲醛釋放量減小的幅度與處理功率有關(guān)，氧冷等離子體處理10min時，功率80W時，刨花板和纖維板甲醛釋放量最小，效果最好。

關(guān)鍵詞：冷等離子體；刨花板；纖維板；甲醛釋放量

中圖分類號：O539 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161132212

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)備

HD-1B冷等離子體改性設(shè)備，中科院微電子研究所研制。

1.2 材料

刨花板，取自云南昆明新飛林人造板廠；厚度15mm。纖維板，購買自云南建材材市場，厚度10mm。

1.3 方法

分別將刨花板與纖維板制成20cm×20cm規(guī)格，放入冷等離子體反應腔中，進行處理，具體處理工藝為：真空度40Pa；反射功率0～1W；工作氣體O2；處理時間10min；功率分別用40W，60W，80W，100W。處理完以后，對板材進行甲醛釋放量的測試。甲醛釋放量測試參照國標GB/T17657-1999中的相關(guān)規(guī)定進行。

2 結(jié)果與分析

經(jīng)冷等離子體處理后的板材，無論是刨花板還是纖維板，甲醛釋放量都有明顯的降低，刨花板從未處理的6.8mg/100g到處理后最小達到3.1mg/100g，減小50%以上，而纖維板則從未處理的6mg/100g到處理后最小達到3.6mg/100g，減小了50%左右。在相同的處理時間下，隨著處理功率的增大，甲醛釋放量越低。

2.1 人造板甲醛釋放量的來源

人造板是由不同的尺度和不同形式的木材（如木材、單板、木材和木材纖維等）通過膠合板、木材或其他特殊材料組成的。然而，由于人造板的使用是由甲醛膠和木材復合材料加工的產(chǎn)品，因此含有一定量的甲醛，所以人造板甲醛釋放的主要來源與所采用的甲醛系的膠粘劑，傳統(tǒng)的人造板企業(yè)降低與控制甲醛釋放量主要有4種方法。

使用無醛膠或異氰酸酯膠的用途。不要用脲醛樹脂作為膠粘劑和甲醛類，從而消除源中產(chǎn)生的甲醛。德國自1975以來的初步應用，尚未被廣泛應用于工業(yè)。

適當降低所制備化合物的摩爾比。低摩爾比脲醛樹脂的使用是可能的，使人造板的甲醛釋放量達到標準。減少甲醛樹脂的用量，膠的性能會大大降低

使用共聚或改性樹脂和添加甲醛清除劑。以尿素、三聚氰胺、尿素和雙氰胺胺制備共聚樹脂，用這類人造板樹脂的生產(chǎn)可以降低游離甲醛含量。但其生產(chǎn)成本高。生產(chǎn)過程也比較復雜，實際應用效果有限。

人造板生產(chǎn)工藝的調(diào)整。減少纖維、木材或單板和膠的含水率，熱壓時間與熱壓溫度的時間較長，在熱壓過程中的方法，可以使人造板甲醛釋放量大大降低。過程是復雜的，生產(chǎn)成本增加，大規(guī)模生產(chǎn)的應用是不可能的，經(jīng)濟效益太差。

2.2 等離子體處理甲醛作用機理

等離子體與材料表面的反應是非常復雜的過程，可以產(chǎn)生很多化學反應，而且根據(jù)等離子體工藝參數(shù)的不同，反應形式也不同。因此可以通過改變等離子體的工藝參數(shù)來實現(xiàn)不同的等離子體反應，從而達到不同的等離子體改性效果。等離子體中主要含有大量的電子，離子，激發(fā)態(tài)的原子、分子等活性粒子。粒子類型電子亞穩(wěn)態(tài)粒子離子紫外/可見能量/eV0～200～200～23～40，甲醛分子中C—H鍵能為4.3eV，C=O 鍵能為7.7eVE，均<20eV，冷等離子體輝光放電時，工作氣體被電離成高能量的粒子，這些粒子與甲醛分子發(fā)生碰撞幾率大大增加，通過非彈性碰撞將能量傳遞給甲醛分子并轉(zhuǎn)換成甲醛分子的內(nèi)能，隨著電場強度的增加，反應器中的O3、O等離子體增加，反應器中被自由電子打開的各種甲醛自由基，在高能電子、O3、O等離子體的作用下氧化，發(fā)生一系列的等離子體化學鏈式反應，最終生成無害分子CO2和H2O[1]。

甲醛中C—H鍵斷裂所需能量為86.6 kCal·mol，約為3.77eV，而在冷等離子體中大多數(shù)高動能電子能量為1～10eV，這就使具有適宜動能的電子直接轟擊HCHO生成CHO成為可能，從而得到甲醛的高分解率。

3 結(jié)論

經(jīng)冷等離子體處理后，刨花板和纖維板的甲醛釋放量都有很明顯的降低，這是由于等離子體放電中產(chǎn)生的電子能破壞甲醛分子，活性基團和臭氧可和這些破壞后的甲醛分子發(fā)生一系列的物理化學反應，徹底分解甲醛分子。在同一處理時間下，氧等離子體處理人造板時，甲醛釋放量的降低與處理功率有關(guān)，一般來說，處理功率越大，甲醛釋放量越小，就本試驗而言，處理10min，功率在80W時，刨花板和纖維板的甲醛釋放量減小到最低，可減小50%左右。

參考文獻

[1]梁文俊，李堅.放電等離子體處理甲醛廢氣的研究[J].高電壓技術(shù)，2005，31（11）：31-33.

作者簡介：王洪艷（1984-），女，博士，助理研究員，湖北荊州人，主要從事人造板及膠黏劑的研究研究。