木材等離子體表面改性處理提高其膠合性能

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-01-06

木材是由木質(zhì)素、纖維素和半纖維素組成的，纖維素和半纖維素中存在許多游離的羥基，這些游離的羥基會具有很強的吸濕能力，如果在一定的溫濕度條件下，其吸濕會使木材產(chǎn)生一些缺陷，比如干縮濕脹、變色、尺寸穩(wěn)定性較差等，此外，也會使木材容易發(fā)生腐爛，容易受到侵害。而木材的放置通常會受到外部環(huán)境的影響和劣化，木材的劣化一般都是從表面開始，然后逐漸向內(nèi)部擴散發(fā)展，所以運用一定的物理或化學方法對木材的表面進行處理從而達到避免這些缺陷發(fā)生的目的顯得尤為重要。常見的一種方法就是對木材進行高溫熱處理，經(jīng)過熱處理后的木材減少了開裂、變形和腐爛，木材中的水分在向空氣中排除時，尤其是當木材的水分含量在木材的纖維飽和點以下時，就會引起木材體積的收縮。如果收縮的不均勻，木材就會出現(xiàn)開裂或變形。若是將木材干燥到與使用環(huán)境相適應(yīng)的程度或使用要求的狀態(tài)，就能保持木材的體積尺寸的相對穩(wěn)定，而且是經(jīng)久耐用。如果將木材的水分含量干燥到20%以下，木材內(nèi)產(chǎn)生霉菌的條件就被破壞了，增強了木材抗霉變、腐朽和蟲蛀的能力，保持了木材的原有特性。也可以消除木材內(nèi)應(yīng)力，使木材的加工更容易進行。但是高溫熱處理也使得木材的親水性降低，對膠的粘合能力下降，使得木材的膠合強度下降。而等離子體處理技術(shù)可以提高木材的潤濕性，不影響其他性能。

等離子體處理的機理和特點

等離子體處理技術(shù)是興起于20世紀60年代的一門新的表面處理技術(shù)，等離子體（plasma）具有的高能活性粒子可以使反應(yīng)物分子產(chǎn)生激發(fā)、電離或斷鍵，在表面形成刻燭、聚合和交聯(lián)等一系列復雜的物理化學作用，在木材的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中有著很好的發(fā)展前景。木材在經(jīng)過等離子體表面處理后能夠有效活化其表面，并且可以引入一定數(shù)量的有利于改善表面特性的官能團，這些官能團對提高木材的物理化學性能起到了關(guān)鍵性的作用，因此該技術(shù)在木制品的生產(chǎn)加工中的應(yīng)用具有非凡的意義。

隨著等離子體處理技術(shù)的發(fā)展，其在木材表面改性方面的應(yīng)用也日趨廣泛，技術(shù)也越來越成熟。等離子體處理的深度只有很薄的一層，通常只有幾到幾百納米，能夠顯著的改善界面特性而不會對基礎(chǔ)材料造成太大的影響。

等離子體處理技術(shù)按照不同的分類方法可被分為不同的種類。如果按照等離子體所處的狀態(tài)，其可被分為平衡等離子體和非平衡等離子體；若按能量形式的不同則又可將其分為射頻放電等離子體、微波放電等離子體、直流放電等離子體、和激光等離子體；假若按等離子體處理溫度的不同可以把其分為高溫等離子體和低溫等離子體；按照工作氣壓的不同可以將其分為兩大類，常壓等離子體和低壓等離子體。而其中低溫等離子體又包括熱等離子體和冷等離子體。

等離子體處理技術(shù)的優(yōu)點

與其他一些木材表面改性的方法相比，等離子體的表面改性具有很多優(yōu)點，例如綠色環(huán)保、無污染和節(jié)能等等，十分符合現(xiàn)在國家提出來的低碳環(huán)保的政策。另外一個方面，低溫等離子體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，其中比較典型的包括等離子體刻蝕、噴涂、冶煉和有害物質(zhì)的處理等。在材料表面改性的眾多方法中，等離子體處理改性的方法是各類木材改性方法中最受歡迎的、也是發(fā)展最快的表面改性方法，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

等離子體處理技術(shù)的另外一個特點就是可以顯著提高木材表面的親水性。木材的親水性代表的是某些液體與木材接觸時，在木材的表面潤濕、擴散和粘附的難易程度及效果，木材的膠合強度在一定程度上是和木材表面的親水性成正比的，因而要提高木材的膠合性能可以通過改善木材表面的親水性來實現(xiàn)，進而去提高木質(zhì)復合材料的綜合物理力學性能。

經(jīng)過氧氣等離子體處理的木材表面引入了極性基團，包括羥基、羧基和羰基等，這些極性基團被引入到木材的表面，可以增加木材的表面自由能。氧等離子體處理的第一步是在物質(zhì)表面的表層形成一定的自由基，這些自由基或者是氧分子和氧原子，可以相互作用產(chǎn)生交聯(lián)或分支(聚合)。之后表面會被氧化，潤濕性增加。增加的潤濕性通常認為和這種氧化有關(guān)。等離子體處理通過改變木質(zhì)材料的表面性能和化學結(jié)構(gòu)，改善了木材產(chǎn)品等許多材料的膠合性能。

等離子體處理可以增大木材表面的活化能，因此其潤濕性有了明顯的提高，此外，等離子體處理引入的一些極性基團，對提高木材的膠合性能也有幫助。等離子體處理可以增加膠黏劑的擴散，這也導致了膠粘面積增大而且變得更加連貫。近年來，等離子體改性技術(shù)被廣泛應(yīng)用于以木材為基材的表面改性，以增強木質(zhì)基材料的表面性能和力學強度。