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等離子體處理對木材表面潤濕性能的影響
木材的潤濕性是表征某些液體 (水、膠黏劑、氧化劑和交聯劑等) 與木材接觸時, 在木材表面上潤濕、擴散及黏附的難易程度和效果, 是進行木材改性與復合研究的一種重要的界面特性表征技術, 對木材界面膠接、表面涂飾和各種改性處理工藝極為重要 。木材是一種天然的高分子聚合物, 既具有生物學特征, 也具有物理化學特征, 同時又是一種不均勻的各向異性材料, 其表面結構和化學組成影響著膠合性能, 進而影響木材的總體性能, 如強度、韌性、耐久性等 。改善木材表面潤濕性是增強木材表面膠合性能的關鍵 。冷等離子體是低氣壓放電產生的電離氣體 , 含有原子、分子、離子亞穩態及激發態, 還有電子 , 其作用于高分子材料表面會產生刻蝕、氧化、分解、交聯、接枝和聚合等作用, 從而改善材料的親水性、疏水性、黏接性和生物適應性等 , 被公認為是材料表面改性發展前景最好的方法 , 具有處理時間短、速度快、操作簡單、容易控制等優點, 已被廣泛用于聚烯烴塑料、醫藥、陶瓷等高分子材料的表面預處理 。
高分子材料表面等離子體處理技術通常采用能量密度小于l W·cm-3的輝光放電低溫等離子體, 該能量密度不會導致明顯的離子注入、濺射、刻蝕或薄膜沉積, 由相互作用引起的表面原子層變化不超過幾個原子層, 因而不會破壞或改變材料的體相性質。利用Ar、N2、H2、O2、H2O、CF4等氣體的低氣壓輝光放電等離子體進行表面反應, 通過激發態的原子和分子、自由基和離子以及等離子體輻射紫外光的作用, 在材料表面引入特定官能團, 產生表面侵蝕, 形成交聯結構層或生成表面自由基, 可改變材料的黏接、潤濕、疏水等性能 。
目前, 等離子體技術已在許多領域得到深入研究和廣泛應用, 但在木材科學與技術領域其研究相對有限, 研究多集中于杉木、楊木等人工林木材或竹材、稻草秸稈板等生物質材料 , 通過等離子體改性提高材料表面潤濕性能和粗糙度, 并使材料表面生成大量含氧官能團和活性基團等, 從而改善材料膠合特性, 為復合人造板 (特別是木塑復合人造板) 、實木復合地板等材料及制品的制作提供必要技術條件。同時, 為了提高珍貴木材的利用率和產品附加值, 通常將天然林木材刨切或旋切成0.16~0.8 mm厚的裝飾薄木, 背面貼覆增強材料制成柔性裝飾薄木進行木制品表面飾面, 尤其新型塑膜增強柔性裝飾薄木 , 以其防水性好、不透膠、操作簡便、環保性好、不含甲醛等優點, 具有廣闊的市場前景。但是, 由于塑膜和裝飾薄木為極性不同的2種高分子材料, 其界面相容性差, 膠合性能不能滿足實際生產和使用要求。根據現有研究, 采用等離子體處理天然林木材可作為一種提高材料潤濕性能和膠合性能的有效途徑 。
