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，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 試驗設備

HD-1B冷等離子體改性設備，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中的相關規定進行。

2 結果與分析

經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，傳統的人造板企業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。

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可以降低游離甲醛含量。但其生產成本高。生產過程也比較復雜，實際應用效果有限。

人造板生產工藝的調整。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，生產成本增加，大規模生產的應用是不可能的，經濟效益太差。

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，可以產生很多化學反應，而且根據等離子體工藝參數的不同，反應形式也不同。因此可以通過改變等離子體的工藝參數來實現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，激發態的原子、分子等活性粒子。粒子類型電子亞穩態粒子離子紫外/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換成甲醛分子的內能，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 結論

經冷等離子體處理后，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，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，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。