氧冷等离子体处理对刨花板和纤维板甲醛释放量的影响

王洪艳　李琴　张建　袁少飞　王辉　杜官本

摘 要：研究了氧冷等离子体处理纤维板和刨花板10min时，不同的处理功率对刨花板和纤维板甲醛释放量的影响。结果表明，冷等离子体处理可以明显降低刨花板和纤维板甲醛释放量，最高可降低50%以上。甲醛释放量减小的幅度与处理功率有关，氧冷等离子体处理10min时，功率80W时，刨花板和纤维板甲醛释放量最小，效果最好。

关键词：冷等离子体；刨花板；纤维板；甲醛释放量

中图分类号：O539 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20161132212

1 材料与方法

1.1 试验设备

HD-1B冷等离子体改性设备，中科院微电子研究所研制。

1.2 材料

刨花板，取自云南昆明新飞林人造板厂；厚度15mm。纤维板，购买自云南建材材市场，厚度10mm。

1.3 方法

分别将刨花板与纤维板制成20cm×20cm规格，放入冷等离子体反应腔中，进行处理，具体处理工艺为：真空度40Pa；反射功率0～1W；工作气体O2；处理时间10min；功率分别用40W，60W，80W，100W。处理完以后，对板材进行甲醛释放量的测试。甲醛释放量测试参照国标GB/T17657-1999中的相关规定进行。

2 结果与分析

经冷等离子体处理后的板材，无论是刨花板还是纤维板，甲醛释放量都有明显的降低，刨花板从未处理的6.8mg/100g到处理后最小达到3.1mg/100g，减小50%以上，而纤维板则从未处理的6mg/100g到处理后最小达到3.6mg/100g，减小了50%左右。在相同的处理时间下，随着处理功率的增大，甲醛释放量越低。

2.1 人造板甲醛释放量的来源

人造板是由不同的尺度和不同形式的木材（如木材、单板、木材和木材纤维等）通过胶合板、木材或其他特殊材料组成的。然而，由于人造板的使用是由甲醛胶和木材复合材料加工的产品，因此含有一定量的甲醛，所以人造板甲醛释放的主要来源与所采用的甲醛系的胶粘剂，传统的人造板企业降低与控制甲醛释放量主要有4种方法。

使用无醛胶或异氰酸酯胶的用途。不要用脲醛树脂作为胶粘剂和甲醛类，从而消除源中产生的甲醛。德国自1975以来的初步应用，尚未被广泛应用于工业。

适当降低所制备化合物的摩尔比。低摩尔比脲醛树脂的使用是可能的，使人造板的甲醛释放量达到标准。减少甲醛树脂的用量，胶的性能会大大降低

使用共聚或改性树脂和添加甲醛清除剂。以尿素、三聚氰胺、尿素和双氰胺胺制备共聚树脂，用这类人造板树脂的生产可以降低游离甲醛含量。但其生产成本高。生产过程也比较复杂，实际应用效果有限。

人造板生产工艺的调整。减少纤维、木材或单板和胶的含水率，热压时间与热压温度的时间较长，在热压过程中的方法，可以使人造板甲醛释放量大大降低。过程是复杂的，生产成本增加，大规模生产的应用是不可能的，经济效益太差。

2.2 等离子体处理甲醛作用機理

等离子体与材料表面的反应是非常复杂的过程，可以产生很多化学反应，而且根据等离子体工艺参数的不同，反应形式也不同。因此可以通过改变等离子体的工艺参数来实现不同的等离子体反应，从而达到不同的等离子体改性效果。等离子体中主要含有大量的电子，离子，激发态的原子、分子等活性粒子。粒子类型电子亚稳态粒子离子紫外/可见能量/eV0～200～200～23～40，甲醛分子中C—H键能为4.3eV，C=O 键能为7.7eVE，均<20eV，冷等离子体辉光放电时，工作气体被电离成高能量的粒子，这些粒子与甲醛分子发生碰撞几率大大增加，通过非弹性碰撞将能量传递给甲醛分子并转换成甲醛分子的内能，随着电场强度的增加，反应器中的O3、O等离子体增加，反应器中被自由电子打开的各种甲醛自由基，在高能电子、O3、O等离子体的作用下氧化，发生一系列的等离子体化学链式反应，最终生成无害分子CO2和H2O[1]。

甲醛中C—H键断裂所需能量为86.6 kCal·mol，约为3.77eV，而在冷等离子体中大多数高动能电子能量为1～10eV，这就使具有适宜动能的电子直接轰击HCHO生成CHO成为可能，从而得到甲醛的高分解率。

3 结论

经冷等离子体处理后，刨花板和纤维板的甲醛释放量都有很明显的降低，这是由于等离子体放电中产生的电子能破坏甲醛分子，活性基团和臭氧可和这些破坏后的甲醛分子发生一系列的物理化学反应，彻底分解甲醛分子。在同一处理时间下，氧等离子体处理人造板时，甲醛释放量的降低与处理功率有关，一般来说，处理功率越大，甲醛释放量越小，就本试验而言，处理10min，功率在80W时，刨花板和纤维板的甲醛释放量减小到最低，可减小50%左右。

参考文献

[1]梁文俊，李坚.放电等离子体处理甲醛废气的研究[J].高电压技术，2005，31（11）：31-33.

作者简介：王洪艳（1984-），女，博士，助理研究员，湖北荆州人，主要从事人造板及胶黏剂的研究研究。