专利名称：冷等离子体改性单板类人造板的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种通过冷等离子体改性处理，制造单板类人造板(包括胶合板、多
层实木复合地板基材以及非结构用单板层积材)的方法。属于人造板制造技术领域。
背景技术：
21世纪以来，我国人造板生产正在以年均增长20%的速度飞速发展。据统计，到2008年底，已有大中型人造板企业6000余家，年总产量高达9410万立方米，是世界人造板生产、消费和进出口贸易的第一大国。而在众多的人造板产品中，胶合板的产量和出口量一直以来位居首位。据相关数据表明，2008年我国胶合板产量达3541万立方米，占全部人造板产量的37. 63%。产品远销世界100多个国家和地区，出口量达718万立方米。胶合板行业的发展促进了以多层胶合板为基材的实木复合地板行业的快速成长。2008年我国实木复合地板的产量已达7903万平方米，占全部木地板的20. 97%。 单板类人造板如胶合板、多层实木复合地板基材以及非结构用单板层积材均是以一定径级的原木为原料，通过旋切制成单板，在其表面涂布脲醛树脂胶经热压制成的人造板材。随着我国天然林保护工程的实施，单板类人造板生产所用大径级原木供应日益紧张。速生树种(如杨木、杉木、桉木和松木等)的成功营种大大缓解了木材资源供不应求的矛盾。然而，速生树种由于生长周期短，导致了材质疏松，组织结构不均匀，木材强度低，易变形的问题，这给单板类人造板的生产带来了技术上的难度。尤其是对胶合强度和尺寸稳定性有高要求的板材，生产上通常是通过增加胶粘剂用量来保证产品的质量。如制造多层杨木实木复合地板基材其脲醛胶用量一般为400 500g/m2(双面)，而制造普通杨木胶合板脲醛胶用量仅为280 300g/m2 (双面)。涂胶量的增加有利于提高板材的胶合强度和抗变形的能力，但同时也带来了提高生产成本和增加板材游离甲醛释放量的问题。
等离子体是一种高能量的物质聚集态，其中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子、光子和自由基等活性粒子。利用等离子体对材料进行处理可引起材料表面的物理变化(如刻蚀、解吸、溅射、注入、激发和电离等)和化学变化(如氧化、分解、交联、聚合和接枝等)，以达到改变材料表面特性(包括亲水性、疏水性、粘合性、阻燃性、防腐性、防静电性以及生物适应性)的目的。等离子体按照组成粒子能量的大小及热力学性质可分为高温等离子体和低温等离子体，低温等离子体又分为热等离子体(热力学平衡)和冷等离子体
(非热力学平衡)，其中热等离子体中粒子的能量约几千度到几十万度，通常用于需要高温作业的领域，如磁流体发电、等离子体焊接、切割、等离子体冶炼、等离子体喷涂、等离子体制备超细粉等。冷等离子体中不同粒子的温度是不相同的，其中电子的温度从几千度到几十万度，而离子的温度与室温相差无几，正因为如此，它有着重要的应用价值，如用于对材料表面进行改性以及光源等。
发明内容
本发明的目的是通过对木质单板进行冷等离子体处理，使单板表面得到活化，提高单板的表面自由能和润湿性，有利于单板与胶粘剂之间形成牢固的结合力。同时在单板表面引入能促使脲醛树脂交联的官能团，促进胶粘剂的固化，提高产品的胶合强度，同时降低产品的游离甲醛释放量。
本发明的技术解决方案该方法的工艺步骤依次分为， (1)表面改性将单板含水率调整至5 8%后，置于冷等离子体改性设备样品室中，封闭样品室，打开真空泵，抽至2 4Pa的本底真空，然后通入氧气，并将真空度调至10 30Pa。启动射频电源，调节处理功率至100 300W，样品室内气体起辉，利用射频辉光放电产生含有大量电子、离子和自由基等高能粒子的氧冷等离子体，通过这些粒子对单板表面的刻蚀、激发、氧化和分解等作用，使其表面产生大量活性基团，显著提高了单板的表面自由能和润湿性，为形成单板与胶粘剂之间牢固的结合力提供了有利条件。处理时间为1 5min。 (2)接枝聚合完成表面改性处理后，关闭氧气流量控制阀，通入氨气，保持真空度在50 80Pa，启动射频电源，调节处理功率至100 300W，样品室内气体起辉，产生氨等离子体与单板表面改性后产生的活性粒子发生反应，聚合沉积于单板表面，并在单板表面引入了大量促进脲醛胶交联的活性基团(如-N^、-NH等)。同时，这些活性基团还会与胶粘剂中的游离甲醛发生反应，从而降低了板材中游离甲醛的含量。处理时间为3 10min。
(3)涂胶胶合在处理后的单板表面涂布脲醛树脂胶。通常，普通胶合板涂胶量为220 400g/m2 (双面)，多层杨木实木复合地板基材涂胶量为300 500g/m2 (双面)，非结构用单板层积材涂胶量为250 400g/m2 (双面)。单板经冷等离子体处理后，在保证产品质量达到国家标准相关要求的前提下，涂胶量可较常规用量减少5 15%。涂胶的单板经陈化后，按各种产品结构的要求进行组坯，再经热压后制成板材。热压工艺视各种不同产品品种而定，通常热压温度为105 12(TC，热压压力为1.0 1.4MPa，热压时间为40 80s/ 本发明的优点(l)效果显著单板经冷等离子体改性处理后制成的单板类人造板产品其胶合强度提高率达5 25%。同时产品的游离甲醛释放量下降率达10 30%。因此，在产品性能达到国家相关标准要求的前提下，可大幅度降低胶粘剂用量，从而可降低生产成本，并使产品更加环保。(2)无污染本项发明提出了一种物理改性处理技术，处理过程中不产生废水、废气和废渣等污染物，环保清洁。符合当前工业化生产节能减排的要
求。(3)操作简便，可控性强可根据产品的要求通过调整处理工艺控制处理效果。
具体实施例方式
实施例l: 杨木单板含水率调至5%，置于冷等离子体改性设备样品室中，封闭样品室，打开真空泵，抽至2Pa的本底真空，然后通入氧气，进行改性处理。工作参数真空度10Pa。处理功率100W，处理时间lmin。然后，关闭氧气流量阀，通入氨气进行接枝聚合处理。工作参数真空度50Pa，处理功率IOOW，处理时间为3min。将处理后的单板表面涂布脲醛树脂胶，涂胶量为260g/m2(双面)，用五层单板组坯后热压制成普通胶合板。热压工艺热压温度12(TC，热压压力l.OMPa，热压时间60s/mm。经检测，板材的胶合强度较用未处理单板在相同工艺条件下制成的板材增加6. 78%，游离甲醛释放量下降13. 6%。
实施例2: 杨木单板含水率调至6%，置于冷等离子体改性设备样品室中，封闭样品室，打开真空泵，抽至2Pa的本底真空，然后通入氧气，进行改性处理。工作参数真空度20Pa。处理功率200W，处理时间3min。然后，关闭氧气流量阀，通入氨气进行接枝聚合处理。工作参数真空度60Pa，处理功率200W，处理时间为6min。将处理后的单板表面涂布脲醛树脂胶，涂胶量为250g/m2(双面)，用五层单板组坯后热压制成普通胶合板。热压工艺热压温度12(TC，热压压力l.OMPa，热压时间60s/mm。经检测，板材的胶合强度较用未处理单板在相同工艺条件下制成的板材增加20. 6%，游离甲醛释放量下降25. 5%。
实施例3: 杨木单板含水率调至8%，置于冷等离子体改性设备样品室中，封闭样品室，打开真空泵，抽至4Pa的本底真空，然后通入氧气，进行改性处理。工作参数真空度30Pa。处理功率300W，处理时间5min。然后，关闭氧气流量阀，通入氨气进行接枝聚合处理。工作参数真空度80Pa，处理功率300W，处理时间为10min。将处理后的单板表面涂布脲醛树脂胶，涂胶量为240g/m2(双面)，用五层单板组坯后热压制成普通胶合板。热压工艺热压温度12(TC，热压压力l.OMPa，热压时间60s/mm。经检测，板材的胶合强度较用未处理单板在相同工艺条件下制成的板材增加18. 7%，游离甲醛释放量下降20. 2%。
权利要求
冷等离子体改性单板类人造板的制造方法，其特征是该方法的工艺步骤依次分为，(1)表面改性将单板含水率调整至5～8％后，置于冷等离子体改性设备样品室中，封闭样品室，打开真空泵，抽至2～4Pa的本底真空，然后通入氧气进行改性处理，工作参数真空度10～30Pa，处理功率100～300W，处理时间为1～5min；(2)接枝聚合完成表面改性处理后，关闭氧气流量控制阀，通入氨气进行接枝聚合处理，工作参数真空度50～80Pa，处理功率100～300W，处理时间为3～10min；(3)涂胶胶合在处理后的单板表面涂布脲醛树脂胶，单板经冷等离子体处理后，在保证产品质量达到国家标准相关要求的前提下，涂胶量可较常规用量减少5～15％，涂胶的单板经陈化后，按各种产品结构的要求进行组坯，再经热压后制成板材，热压工艺视各种不同产品品种而定，通常热压温度为105～120℃，热压压力为1.0～1.4MPa，热压时间为40～80s/mm。
全文摘要
本发明是冷等离子体改性单板类人造板的制造方法，其工艺是先将单板含水率调整至5～8％，置于冷等离子体改性设备样品室中，抽真空至2～4Pa后通入氧气，将真空度调至10～30Pa。启动射频电源，调节处理功率至100～300W，对单板表面进行1～5min的改性处理。关闭氧气流量控制阀，通入氨气，保持真空度在50～80Pa，启动射频电源，调节处理功率至100～300W，对单板进行3～10min接枝聚合处理。单板表面涂布脲醛树脂胶，经陈化、组坯和热压制成板材。用冷等离子体改性处理后的单板制成的产品其胶合强度可提高5～25％。同时产品游离甲醛释放量下降10～30％。此外，这种方法无污染，操作简便，可控性强。
文档编号B27K1/00GK101704256SQ20091021357
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者周定国, 周晓燕, 张小培, 徐信武, 梅长彤, 汤丽娟, 潘明珠, 许娟, 邵汉良, 郑菲, 钱滢 申请人:南京林业大学