[發(fā)明專(zhuān)利]木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610206057.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105643737B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周曉燕;萬(wàn)京林;卞杰;陳敏智;曹倚中;陳衛(wèi)民;王翔;史書(shū)凱;蔣帥南
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué);南京蘇曼等離子科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B27G11/00
• 分類(lèi)號(hào): B27G11/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出的是一種木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置。

背景技術(shù)

人造板生產(chǎn)用主要原料包括木材和膠黏劑。膠黏劑的用量不僅影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，如膠合強(qiáng)度和游離甲醛釋放量等，而且也顯著影響著生產(chǎn)成本。據(jù)測(cè)算，膠黏劑成本約占生產(chǎn)總成本的1/4～1/3左右?？梢?jiàn)，從經(jīng)濟(jì)角度而言，實(shí)際生產(chǎn)中在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能減少膠黏劑用量。

目前，占我國(guó)人造板總產(chǎn)量60％以上的單板類(lèi)人造板產(chǎn)品，如膠合板、建筑模板、單板層積材和多層實(shí)木復(fù)合地板基材等，均采用輥筒涂膠的方式對(duì)單板進(jìn)行施膠，雙面施膠量約為240～400g/m²(視不同膠種而定，如脲醛樹(shù)脂膠和酚醛樹(shù)脂膠)。隨著化工原料價(jià)格的不斷上漲以及對(duì)人造板甲醛釋放限量的要求越來(lái)越高，大幅度減少膠黏劑用量是降低單板類(lèi)人造板產(chǎn)品生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量(特別是產(chǎn)品的游離甲醛釋放量)行之有效的辦法。

木材膠合是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，促進(jìn)膠黏劑在木材表面的潤(rùn)濕以及提高木材表面的反應(yīng)活性是實(shí)現(xiàn)高效膠合的有效途徑。多年來(lái)，木材工業(yè)界眾多科研人員在該研究領(lǐng)域作出了不懈努力，研究了多種可以改善木材表面潤(rùn)濕性，提高表面活性的物理和化學(xué)方法，以達(dá)到提高界面膠合性能的目的。上個(gè)世紀(jì)七八十年代，許多科研人員研究了運(yùn)用化學(xué)方法對(duì)木材表面進(jìn)行改性以提高其膠合性能。如用改變木材表面的酸度來(lái)提高木材與脲醛或酚醛樹(shù)脂膠的膠合性能，但是采用化學(xué)方法對(duì)木材表面進(jìn)行改性需在木材表面添加化學(xué)藥劑，由于木材是多孔性材料，改性處理時(shí)添加的化學(xué)藥劑不僅會(huì)在木材表面擴(kuò)散，而且會(huì)向木材內(nèi)部滲透，因而，可能會(huì)造成對(duì)木材基體的損傷，反而會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料性能的下降。此外，化學(xué)改性法還有可能存在環(huán)境污染的問(wèn)題，因而，上述方法僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，并未應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。此外，科研人員還開(kāi)發(fā)了砂磨表面加工、激光蝕刻、電暈處理、火焰處理以及等離子處理等物理方法對(duì)木材表面進(jìn)行改性，以提高其膠合性能。其中等離子體技術(shù)作為一種高效、可控、環(huán)保的材料表面改性技術(shù)近年來(lái)在木材工業(yè)中的應(yīng)用備受關(guān)注。由氣體放電產(chǎn)生的電子、離子、原子、分子以及光子等高能量活性粒子的氣態(tài)復(fù)合體——等離子體(Plasma)與物質(zhì)的相互作用中會(huì)產(chǎn)生不可估量的效應(yīng)，可能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)所不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)。等離子體中活性粒子的能量約從幾個(gè)eV到幾十eV，大于高分子材料中典型的化學(xué)鍵解離能，因此等離子體的能量足以引起高分子材料表面化學(xué)鍵的斷裂或重組，從而改善高分子材料的親水性、疏水性、吸附性、粘合性、阻燃性、防腐性、生物適應(yīng)性和防止增塑劑滲析等性能。

已有的研究結(jié)果表明木材表面經(jīng)等離子體處理后會(huì)形成納米尺度的刻痕，并且會(huì)木材表面引入大量的極性基團(tuán)，顯著提高了木材表面的反應(yīng)活性，可大幅度提高膠黏劑在木材表面的潤(rùn)濕性。膠黏劑在木材表面良好的浸潤(rùn)性可以促進(jìn)膠黏劑與木材表面的緊密接觸，從而形成良好的膠合。尤其是若膠黏劑能滲入木材細(xì)胞壁，與細(xì)胞壁物質(zhì)緊密接觸，可能形成納米力學(xué)嵌合或與細(xì)胞壁中聚合物成分形成化學(xué)連接，形成互相滲透的聚合物網(wǎng)絡(luò)，有利于提高由于表面機(jī)械加工而受到損傷的界面層木材細(xì)胞的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)增加膠黏劑和木材的界面結(jié)合性能。等離子體中高能粒子在木材表面的轟擊可在木材細(xì)胞壁表面形成納米尺度的刻痕，為膠黏劑能滲入木材細(xì)胞壁創(chuàng)造了有利條件。如果改變傳統(tǒng)的輥筒涂膠方法，采用霧化噴膠的方法，充分發(fā)揮經(jīng)等離子體改性后單板表面的高潤(rùn)濕性使膠液自動(dòng)快速流展，在木材表面形成均勻連續(xù)的薄膠層，則可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)材料表面微量施膠的高效膠合(即膠黏劑用量較傳統(tǒng)涂膠方式用量可下降30～70％，產(chǎn)品仍然能獲得良好的膠合性能)。可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置，應(yīng)用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，利于單板類(lèi)人造板產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅度降低，產(chǎn)品品質(zhì)顯著提升，促進(jìn)我國(guó)木材加工傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出的是一種木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置，其目的在于針對(duì)現(xiàn)有單板類(lèi)人造板產(chǎn)品采用傳統(tǒng)輥筒涂膠方式膠黏劑耗量大的不足，通過(guò)常壓低溫等離子體改性處理，在木質(zhì)單板表面構(gòu)建具有納米尺度刻痕和高反應(yīng)活性的表面層，同時(shí)采用適應(yīng)這種表面結(jié)構(gòu)和特性霧化微量施膠方式，實(shí)現(xiàn)微量施膠(膠黏劑用量較傳統(tǒng)涂膠方式用量下降30～70％)方式制備生產(chǎn)成本低、膠合強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好和甲醛釋放量低(甚至無(wú)甲醛釋放，采用本專(zhuān)利技術(shù)使昂貴的不含甲醛的異氰酸酯膠用于單板類(lèi)人造板產(chǎn)品生產(chǎn)成為可能)的高品質(zhì)單板類(lèi)人造板產(chǎn)品。