CN106965273A - 利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法 - Google Patents

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张伟
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Abstract

本发明是利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法，属于人造板制造技术领域。其工艺是将木段旋切成1～3mm木质单板，烘干调整含水率至8～12％，对塑料薄膜双面进行常压介质阻挡等离子体等离子体改性处理，将改性后的塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为30～70g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，而后将板坯经热压制得环保胶合板。采用该方法制备的产品性能符合胶合板国家标准要求，且无甲醛释放，产品品质显著提升，生产过程简单高效，生产工艺节能环保，生产设备操作简便、效率高、可控性好，且可连续自动化作业。

Description

利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法
技术领域
本发明涉及一种利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法。属于人造板制造技术领域。
背景技术
21世纪以来，我国人造板产业得到了飞速发展，已成为世界人造板生产、消费和进出口贸易的第一大国。在众多的人造板产品中，胶合板产品的产量和出口量一直以来位居首位。据相关数据表明，2016年我国胶合板产量达1.65亿m3，占全部人造板产量的57.7％，产值约3200亿元。过去10年中国胶合板产量年均增速达20.7％，是人造板产品增幅最快的产品。产品远销世界100多个国家和地区，出口量达1077万m3，是人造板出口中份额最大的一类产品，占人造板总出口量的72％。虽然我国的胶合板产品在国际市场上的竞争力越来越强，占有的份额也越来越高，国际上对胶合板产品质量的要求越来越高，尤其是对产品甲醛释放量的要求越来越严格，对我国胶合板产品的出口形成了技术性贸易壁垒。我国90％以上的胶合板采用脲醛树脂胶制备，不可避免地存在甲醛释放的问题，尽管制造企业采用了各种方法尽可能降低脲醛树脂胶的游离甲醛含量，然而，由于甲醛释放是一个长期、缓慢和反复的过程，随着材料使用时间的延长，板材中胶粘剂老化降解，产生的甲醛会源源不断地向外界释放。如何从根本上解决胶合板甲醛释放问题，开发环保型胶合板产品已成为保持我国胶合板产品在国际市场上的竞争力，促进我国胶合板产业转型升级，实现可持续发展的热点研究课题。
要从本质上解决胶合板甲醛释放技术难题只有采用不含甲醛的胶黏剂。目前，已在生产企业尝试使用的不含甲醛的胶黏剂有异氰酸酯胶、蛋白胶、淀粉胶等，但这些胶黏剂虽然不含甲醛，但也存在其他不足之处：如异氰酸酯胶价格十分昂贵，约是通用脲醛树脂胶的10倍以上，而蛋白胶和淀粉胶等使用工艺复杂，产品的耐水性和耐久性不高。因此，目前上述胶黏剂仍未能在人造板生产线上大规模推广使用。
发明内容
本发明的目的是采用常压低温等离子体(即由电子、任一极性的离子、以基态或任何激发态形式的高能气态原子和分子以及光量子组成的气态复合体)对塑料薄膜进行改性处理，利用等离子体的物理刻蚀和化学反应作用，提高塑料薄膜的表面自由能和反应活性，使之在温度和压力作用下，能与木质单板之间形成牢固的结合力，从而可作为胶黏剂用于制备不含甲醛的环保胶合板产品。
本发明的技术解决方案：利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法是按以下步骤完成的：
一、木质单板制备：
先将原木截成木段，再经软化处理以提高木材塑性，而后经剥去树皮，然后确定木段旋切回转中心，经旋切成木质单板，最后经烘干处理待用；
步骤一所述的木质单板的厚度为1～3mm，由于木质单板含水率过低干燥耗能大，含水率过高胶合时容易产生鼓泡现象，因此，经烘干处理后，木质单板的含水率控制在8～12％。
二、塑料薄膜表面常压等离子体改性处理：
采用常压介质阻挡等离子体连续处理装置对塑料薄膜表面进行改性处理，通过等离子体中的电子、离子、原子、分子以及光子等高能量活性粒子对塑料薄膜表面的刻蚀作用以及自由基引发化学作用，改变塑料薄膜表面微观结构，并在其表面引入大量极性官能团，大幅度提高塑料薄膜的表面自由能和反应活性，使之在温度和压力作用下，能与木质单板之间形成牢固的结合力。
步骤二所述的塑料薄膜表面常压等离子体改性处理具体步骤是：将塑料薄膜通过常压介质阻挡等离子体改性处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至1.5～6kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以2-20m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
步骤二所述的塑料薄膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及其他所有热塑性高分子塑料薄膜，以及这些热塑性高分子塑料薄膜的各种废弃制品，如农膜、塑料袋等。
三、组坯成型：
将经常压等离子体改性的塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为30～70g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
四、热压胶合：
将胶合板板坯送入热压机中进行胶合制得环保胶合板，胶合工艺条件为：热压温度为150～190℃，热压压力为1.0～1.5MPa，热压时间为40～80s/mm，该板材的物理力学性能符合胶合板国家标准的要求，且无甲醛释放。
本发明的优点：(1)产品品质好：采用本专利提供的常压等离子体改性塑料薄膜制备获得的胶合板产品物理力学性能符合胶合板国家标准的要求，且无甲醛释放。(2)生产过程简单高效：本发明提供的利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法，与已有的利用塑料薄膜制备胶合板方法相比，如对木材或塑料表面涂布相关助剂(如偶联剂等)进行改性，或对木质单板表面进行布针孔处理以利于塑料在木质单板表面渗透，本专利提供的方法更为简单且高效，塑料薄膜的常压等离子体改性可在数分钟内完成，改性后的塑料薄膜表面自由能和反应活性大幅度提高，易于在木质单板表面渗透，并形成良好的结合力。此外，塑料薄膜用量极少，在两层木质单板之间形成的胶层非常薄，因此，热压后无需通过冷压处理平衡由于塑料薄膜胶层收缩产生的应力。(3)生产工艺节能环保：本项发明提供的利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法，干法处理工艺，省能源，无公害，符合当前工业化生产节能减排的要求。(4)生产设备操作简便：可根据产品的要求通过调整处理工艺控制处理效果，且处理时间短、效率高、可控性好，可连续自动化作业。
具体实施方式
实施例1
将小径速生杨木用圆锯机截断成一定长度木段，木段长度根据胶合板产品幅面要求确定，通常为胶合板产品长度+100～150mm。将木段放于蒸煮池中进行软化处理，增加木材塑性，以提高旋切单板质量。为了保证胶合板质量，需用专用剥皮机将木段树皮去除。而后，采用机械定心机确定木段的回转中心，再用上木机将木段放置于旋切机上，旋切制成厚度为1mm的单板。
将杨木单板放于热板式干燥机中在有一定压力(小于0.1MPa)的条件下进行干燥，干燥温度不宜过高，控制在80℃以下，防止干燥过程中单板的翘曲变形，以确保单板的平整度。经干燥后将杨木单板的含水率控制在8％待用。
将聚乙烯薄膜通过常压介质阻挡等离子体连续处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至4.5kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以8m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
将经常压等离子体改性的聚乙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为30g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为150℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
实施例2
将速生杨木按实施例1相同的步骤制成厚度为1mm，含水率为8％的单板。
将聚乙烯薄膜通过常压介质阻挡等离子体连续处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至4.5kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以8m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
将经常压等离子体改性的聚乙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为50g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为150℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
实施例3
将速生杨木按实施例1相同的步骤制成厚度为1mm，含水率为8％的单板。
将聚乙烯薄膜通过常压介质阻挡等离子体连续处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至4.5kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以8m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
将经常压等离子体改性的聚乙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为70g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为150℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
实施例4
将速生杨木按实施例1相同的步骤制成厚度为1mm，含水率为8％的单板。
将聚乙烯薄膜通过常压介质阻挡等离子体连续处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至1.5kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以20m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
将经常压等离子体改性的聚乙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为50g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为150℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
对比例1
将速生杨木按实施例1相同的步骤制成厚度为1mm，含水率为8％的单板。
将聚乙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为50g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为150℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
实施例5
将速生杨木按实施例1相同的步骤制成厚度为1mm，含水率为8％的单板。
将聚丙烯薄膜通过常压介质阻挡等离子体连续处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至4.5kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以8m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
将经常压等离子体改性的聚丙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为50g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为170℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
实施例6
将速生杨木按实施例1相同的步骤制成厚度为1mm，含水率为8％的单板。
将聚丙烯薄膜通过常压介质阻挡等离子体连续处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至1.5kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以20m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
将经常压等离子体改性的聚丙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为50g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为170℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
对比例2
将速生杨木按实施例1相同的步骤制成厚度为1mm，含水率为8％的单板。
将聚丙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为50g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为170℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
实施例7
将速生杨木按实施例1相同的步骤制成厚度为1mm，含水率为8％的单板。
将聚氯乙烯薄膜通过常压介质阻挡等离子体连续处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至4.5kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以8m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
将经常压等离子体改性的聚氯乙烯塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为50g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯。
将胶合板板坯送入热压机，在热压温度为180℃，热压压力为1.2MPa，热压时间为60s/mm的条件下胶合制得五层结构的胶合板。胶合板的物理力学性能见下表。
胶合板物理力学性能测定结果见下表：
注：
①塑料薄膜种类：PE为聚乙烯，PP为聚丙烯，PVC为聚氯乙烯；
②胶合强度按国家标准《胶合板》(GB/T 9846.3-2004)中II类胶合板要求测定，根据国家标准GB/T 9846.3-2004的规定，胶合强度应大于0.7MPa；
③甲醛释放量按国家标准GB/T17657-2013规定的方法测定。

Claims (4)

1.利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法，其特征在于：所述的环保胶合板是按以下步骤制备的：
步骤一：木质单板制备：先将原木截成木段，再经软化处理以提高木材塑性，而后经剥去树皮，然后确定木段旋切回转中心，经旋切成木质单板，最后经烘干处理待用；
步骤二：塑料薄膜表面常压等离子体改性处理：采用常压介质阻挡等离子体连续处理装置对塑料薄膜表面进行改性处理，通过等离子体中的电子、离子、原子、分子以及光子等高能量活性粒子对塑料薄膜表面的刻蚀作用以及自由基引发化学作用，改变塑料薄膜表面微观结构，并在其表面引入大量极性官能团，大幅度提高塑料薄膜的表面自由能和反应活性，使之在温度和压力作用下，能与木质单板之间形成牢固的结合力；
步骤三：组坯成型：将经常压等离子体改性的塑料薄膜铺于每两层木质单板之间，每平方米木质单板表面铺设的塑料薄膜用量为30～70g，相邻层木质单板按木材纤维纹理方向互相垂直排列，获得胶合板板坯；
步骤四：热压胶合：将胶合板板坯送入热压机中进行胶合制得环保胶合板，胶合工艺条件为：热压温度为150～190℃，热压压力为1.0～1.5MPa，热压时间为40～80s/mm，该板材的物理力学性能符合胶合板国家标准的要求，且无甲醛释放。
2.根据权利要求1所述的利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法，其特征在于：步骤一所述的木质单板的厚度为1～3mm，经烘干处理后，木质单板的含水率控制在8～12％。
3.根据权利要求1所述的利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法，其特征在于：步骤二所述的塑料薄膜表面常压等离子体改性处理具体步骤是：将塑料薄膜通过常压介质阻挡等离子体改性处理装置的进料输送辊，进入等离子体处理区域，连续通过用钢玉陶瓷覆盖的两放电电极辊间，两电极间距为5mm，开启介质阻挡等离子体激发电源，调节处理功率至1.5～6kW，使两电极之间的空气通过介质阻挡放电产生等离子体，塑料薄膜以2-20m/min的速度通过两放电电极辊间，在常压状态下对塑料薄膜的两个表面同时进行等离子体改性处理。
4.根据权利要求1所述的利用常压等离子体改性塑料薄膜制备环保胶合板的方法，其特征在于：步骤二所述的塑料薄膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及其他所有热塑性高分子塑料薄膜，以及这些热塑性高分子塑料薄膜的各种废弃制品，如农膜、塑料袋等。
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