利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法

《利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法》是南京林業大學於2010年8月30日申請的專利，該專利的公布號為CN101941224A，授權公布日為2011年1月12日，發明人是周曉燕、章蓉、湯麗娟、周定國、梅長彤、潘明珠、徐詠蘭、鄭菲、許娟、錢瀅、唐苾君、劉學源。

《利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法》是利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法，屬於人造板製造技術領域。其工藝是先將木質單板含水率調至8～15％，置於常壓冷電漿處理系統進料輸送帶上，調節兩電極輥間距，使木質單板表面與電極間距保持在0.5～1.5毫米。開啟電源，調節處理功率至500～2000瓦，使兩電極之間的空氣通過介質阻擋放電產生冷電漿。木質單板以10～40米/分的速度通過兩放電電極，在常壓下對其兩個表面同時進行冷電漿改性處理。單板表面塗布脲醛樹脂膠，經陳化、組坯和熱壓製成板材。用常壓冷電漿改性處理後的單板製成的產品其膠合強度可提高10～75％。此外，這種方法節能環保，操作簡便，可控性強，效率高。

2018年12月20日，《利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法
• 公告號：CN101941224A
• 授權日：2011年1月12日
• 申請號：2010102662662
• 申請日：2010年8月30日
• 申請人：南京林業大學
• 地址：江蘇省南京市龍蟠路159號
• 發明人：周曉燕、章蓉、湯麗娟、周定國、梅長彤、潘明珠、徐詠蘭、鄭菲、許娟、錢瀅、唐苾君、劉學源
• Int.Cl.：B27K5/00(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

二十一世紀以來，中國人造板生產正在以年均增長20％的速度飛速發展。據統計，到2009年底，已有大中型人造板企業7000餘家，年總產量高達11546.65萬立方米，是世界人造板生產、消費和進出口貿易的第一大國。而在眾多的人造板產品中，單板類人造板（包括膠合板、多層實木複合地板基材和單板層積材等）的產量和出口量一直以來位居首位。據相關數據表明，2009年中國單板類人造板產量達4451.24萬立方米，占全部人造板產量的38.55％。產品遠銷世界100多個國家和地區。

單板類人造板是以一定徑級的原木為原料，通過旋切製成單板，在其表面塗布脲醛樹脂膠經熱壓製成的人造板材。隨著中國天然林保護工程的實施，單板類人造板生產所用大徑級原木供應日益緊張。速生樹種（如楊木、杉木、桉木和松木等）的成功營種大大緩解了木材資源供不應求的矛盾。然而，速生樹種由於生長周期短，導致了材質疏鬆，組織結構不均勻，木材強度低，易變形的問題，這給單板類人造板的生產帶來了技術上的難度。尤其是對膠合強度和尺寸穩定性有高要求的板材，生產上通常是通過增加膠粘劑用量來保證產品的質量。如製造多層楊木實木複合地板基材其脲醛膠用量一般為400～500克/平方米（雙面），而製造普通楊木膠合板脲醛膠用量僅為280～300克/平方米（雙面）。塗膠量的增加有利於提高板材的膠合強度和抗變形的能力，但同時也帶來了提高生產成本和增加板材游離甲醛釋放量的問題。

電漿是一種高能量的物質聚集態，其中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子、光子和自由基等活性粒子。利用電漿對材料進行處理可引起材料表面的物理變化（如刻蝕、解吸、濺射、注入、激發和電離等）和化學變化（如氧化、分解、交聯、聚合和接枝等），以達到改變材料表面特性（包括親水性、疏水性、粘合性、阻燃性、防腐性、防靜電性以及生物適應性）的目的。電漿按照組成粒子能量的大小及熱力學性質可分為高溫電漿和低溫電漿，低溫電漿又分為熱電漿（熱力學平衡）和冷電漿（非熱力學平衡），其中熱電漿中粒子的能量約幾千度到幾十萬度，通常用於需要高溫作業的領域，如磁流體發電、電漿焊接、切割、電漿冶煉、電漿噴塗、電漿製備超細粉等。冷電漿中不同粒子的溫度是不相同的，其中電子的溫度從幾千度到幾十萬度，而離子的溫度與室溫相差無幾，正因為如此，它有著重要的套用價值，如用於對材料表面進行改性以及光源等。

冷電漿可以通過輝光放電、電暈放電、介質阻擋放電、射頻放電以及微波放電等方式產生。介質阻擋放電是有絕緣介質插入放電空間的一種非平衡態氣體放電。在兩個放電電極之間充滿某種工作氣體，並將其中一個或兩個電極用絕緣介質覆蓋，也可以將介質直接懸掛在放電空間或採用顆粒狀的介質填充其中，當兩電極間施加足夠高的交流電壓時，電極間的氣體會被擊穿而產生放電，即產生了介質阻擋放電。在實際套用中，管線式的電極結構被廣泛的套用於各種化學反應器中，而平板式電極結構則被廣泛的套用於工業中的高分子和金屬薄膜及板材的改性、接枝、表面張力的提高、清洗和親水改性中。

發明內容

專利目的

《利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法》的目的是利用常壓冷電漿（由介質阻擋放電產生）對木質單板進行改性處理，使單板表面得到活化，提高單板的表面自由能和潤濕性，促進單板與膠粘劑之間形成牢固的結合力，提高產品的膠合強度。

技術方案

《利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法》的技術解決方案：該方法的工藝步驟依次分為

（1）木質單板預處理：對厚度為1～3毫米木質單板進行烘乾處理，調整其含水率至8～15％。

（2）木質單板常壓冷電漿改性處理：將烘乾後木質單板置於常壓冷電漿處理系統進料輸送帶上。根據被處理木質單板的厚度調整兩電極輥（電極用鋼玉陶瓷覆蓋）間距，使木質單板表面與電極的間距保持在0.5～1.5毫米。開啟電源，調節處理功率至500～2000瓦，使兩電極之間的空氣通過介質阻擋放電產生冷電漿。使木質單板以10～40米/分的速度通過兩放電電極，在常壓狀態下對木質單板的兩個表面同時進行冷電漿改性處理。

（3）塗膠膠合：在處理後的木質單板表面塗布脲醛樹脂膠。通常，普通膠合板塗膠量為220～400克/平方米（雙面），多層楊木實木複合地板基材塗膠量為300～500克/平方米（雙面），非結構用單板層積材塗膠量為250～400克/平方米（雙面）。木質單板經常壓冷電漿改性處理後，在保證產品質量達到國家標準相關要求的前提下，塗膠量可較常規用量減少10～25％。塗膠的單板經陳化後，按各種產品結構的要求進行組坯，再經熱壓後製成板材。熱壓工藝視各種不同產品品種而定，通常熱壓溫度為105～120℃，熱壓壓力為1.0～1.4兆帕，熱壓時間為40～80秒/毫米。

改善效果

《利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法》的優點：

（1）效果顯著：木質單板經常壓冷電漿改性處理後製成的單板類人造板產品其膠合強度提高率達10～75％。因此，在產品性能達到國家相關標準要求的前提下，可大幅度降低膠粘劑用量，從而可降低生產成本，並顯著降低產品的游離甲醛釋放量，使產品更加環保。

（2）節能環保：該發明提出了一種木質單板的物理改性處理技術，乾法處理工藝，省能源，無公害。符合當前工業化生產節能減排的要求。

（3）操作簡便，可控性強：可根據產品的要求通過調整處理工藝控制處理效果，且處理時間短，效率高。

技術領域

《利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法》涉及一種利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法。屬於人造板製造技術領域。

權利要求

利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法，其特徵是該方法的工藝步驟依次分為：

（1）木質單板預處理：對厚度為1～3毫米木質單板進行烘乾處理，調整其含水率至8～15％；

（2）木質單板常壓冷電漿改性處理：將烘乾後木質單板置於常壓冷電漿處理系統進料輸送帶上，根據被處理木質單板的厚度調整兩個用鋼玉陶瓷覆蓋的電極輥間距，使木質單板表面與電極的間距保持在0.5～1.5毫米，開啟電源，調節處理功率至500～2000瓦，使兩電極之間的空氣通過介質阻擋放電產生冷電漿，使木質單板以10～40米/分 的速度通過兩放電電極，在常壓狀態下對木質單板的兩個表面同時進行冷電漿改性處理；

（3）塗膠膠合：在處理後的木質單板表面塗布脲醛樹脂膠，木質單板經常壓冷電漿改性處理後，在保證產品質量達到國家標準相關要求的前提下，塗膠量可較常規用量減少10～25％，塗膠的單板經陳化後，按各種單板類人造板產品結構的要求進行組坯，再經熱壓後製成板材，熱壓工藝視各種不同產品品種而定，通常熱壓溫度為105～120℃，熱壓壓力為1.0～1.4兆帕，熱壓時間為40～80秒/毫米。

實施方式

• 實施例1：

楊木單板（厚度為1毫米）含水率調至8％，置於常壓冷電漿處理系統進料輸送帶上。調整兩電極輥間距，使木質單板表面與電極的間距保持在0.5毫米。開啟電源，調節處理功率至500瓦，使兩電極之間的空氣通過介質阻擋放電產生冷電漿。使木質單板以10米/分的速度通過放電電極，進行冷電漿改性。將處理後的單板表面塗布脲醛樹脂膠，塗膠量為240克/平方米（雙面），用五層單板組坯後熱壓製成普通膠合板。熱壓工藝：熱壓溫度：120℃，熱壓壓力：1.0兆帕，熱壓時間：60秒/毫米。經檢測，板材的膠合強度較用未處理單板在相同工藝條件下製成的板材增加11.67％。

• 實施例2：

楊木單板（厚度為2毫米）含水率調至11％，置於常壓冷電漿處理系統進料輸送帶上，調整兩電極輥間距，使木質單板表面與電極的間距保持在1毫米。開啟電源，調節處理功率至1000瓦，使兩電極之間的空氣通過介質阻擋放電產生冷電漿。使木質單板以25米/分的速度通過放電電極，進行冷電漿改性。將處理後的單板表面塗布脲醛樹脂膠，塗膠量為260克/平方米（雙面），用五層單板組坯後熱壓製成普通膠合板。熱壓工藝：熱壓溫度：120℃，熱壓壓力：1.0兆帕，熱壓時間：60秒/毫米。經檢測，板材的膠合強度較用未處理單板在相同工藝條件下製成的板材增加52.71％。

• 實施例3：

楊木單板（厚度為3毫米）含水率調至15％，置於常壓冷電漿處理系統進料輸送帶上，調整兩電極輥間距，使木質單板表面與電極的間距保持在1.5毫米。開啟電源，調節處理功率至2000瓦，使兩電極之間的空氣通過介質阻擋放電產生冷電漿。使木質單板以40米/分的速度通過放電電極，進行冷電漿改性。將處理後的單板表面塗布脲醛樹脂膠，塗膠量為260克/平方米（雙面），用五層單板組坯後熱壓製成普通膠合板。熱壓工藝：熱壓溫度：120℃，熱壓壓力：1.0兆帕，熱壓時間：60秒/毫米。經檢測，板材的膠合強度較用未處理單板在相同工藝條件下製成的板材增加40.24％。

榮譽表彰

2018年12月20日，《利用常壓冷電漿提高木質單板膠合性能的方法》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。