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。