木材等离子体表面改性处理提高其胶合性能

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-01-06

木材是由木质素、纤维素和半纤维素组成的，纤维素和半纤维素中存在许多游离的羟基，这些游离的羟基会具有很强的吸湿能力，如果在一定的温湿度条件下，其吸湿会使木材产生一些缺陷，比如干缩湿胀、变色、尺寸稳定性较差等，此外，也会使木材容易发生腐烂，容易受到侵害。而木材的放置通常会受到外部环境的影响和劣化，木材的劣化一般都是从表面开始，然后逐渐向内部扩散发展，所以运用一定的物理或化学方法对木材的表面进行处理从而达到避免这些缺陷发生的目的显得尤为重要。常见的一种方法就是对木材进行高温热处理，经过热处理后的木材减少了开裂、变形和腐烂，木材中的水分在向空气中排除时，尤其是当木材的水分含量在木材的纤维饱和点以下时，就会引起木材体积的收缩。如果收缩的不均匀，木材就会出现开裂或变形。若是将木材干燥到与使用环境相适应的程度或使用要求的状态，就能保持木材的体积尺寸的相对稳定，而且是经久耐用。如果将木材的水分含量干燥到20%以下，木材内产生霉菌的条件就被破坏了，增强了木材抗霉变、腐朽和虫蛀的能力，保持了木材的原有特性。也可以消除木材内应力，使木材的加工更容易进行。但是高温热处理也使得木材的亲水性降低，对胶的粘合能力下降，使得木材的胶合强度下降。而等离子体处理技术可以提高木材的润湿性，不影响其他性能。

等离子体处理的机理和特点

等离子体处理技术是兴起于20世纪60年代的一门新的表面处理技术，等离子体（plasma）具有的高能活性粒子可以使反应物分子产生激发、电离或断键，在表面形成刻烛、聚合和交联等一系列复杂的物理化学作用，在木材的工业生产应用中有着很好的发展前景。木材在经过等离子体表面处理后能够有效活化其表面，并且可以引入一定数量的有利于改善表面特性的官能团，这些官能团对提高木材的物理化学性能起到了关键性的作用，因此该技术在木制品的生产加工中的应用具有非凡的意义。

随着等离子体处理技术的发展，其在木材表面改性方面的应用也日趋广泛，技术也越来越成熟。等离子体处理的深度只有很薄的一层，通常只有几到几百纳米，能够显著的改善界面特性而不会对基础材料造成太大的影响。

等离子体处理技术按照不同的分类方法可被分为不同的种类。如果按照等离子体所处的状态，其可被分为平衡等离子体和非平衡等离子体；若按能量形式的不同则又可将其分为射频放电等离子体、微波放电等离子体、直流放电等离子体、和激光等离子体；假若按等离子体处理温度的不同可以把其分为高温等离子体和低温等离子体；按照工作气压的不同可以将其分为两大类，常压等离子体和低压等离子体。而其中低温等离子体又包括热等离子体和冷等离子体。

等离子体处理技术的优点

与其他一些木材表面改性的方法相比，等离子体的表面改性具有很多优点，例如绿色环保、无污染和节能等等，十分符合现在国家提出来的低碳环保的政策。另外一个方面，低温等离子体技术的应用领域很广泛，其中比较典型的包括等离子体刻蚀、喷涂、冶炼和有害物质的处理等。在材料表面改性的众多方法中，等离子体处理改性的方法是各类木材改性方法中最受欢迎的、也是发展最快的表面改性方法，具有十分广阔的应用前景。

等离子体处理技术的另外一个特点就是可以显著提高木材表面的亲水性。木材的亲水性代表的是某些液体与木材接触时，在木材的表面润湿、扩散和粘附的难易程度及效果，木材的胶合强度在一定程度上是和木材表面的亲水性成正比的，因而要提高木材的胶合性能可以通过改善木材表面的亲水性来实现，进而去提高木质复合材料的综合物理力学性能。

经过氧气等离子体处理的木材表面引入了极性基团，包括羟基、羧基和羰基等，这些极性基团被引入到木材的表面，可以增加木材的表面自由能。氧等离子体处理的第一步是在物质表面的表层形成一定的自由基，这些自由基或者是氧分子和氧原子，可以相互作用产生交联或分支(聚合)。之后表面会被氧化，润湿性增加。增加的润湿性通常认为和这种氧化有关。等离子体处理通过改变木质材料的表面性能和化学结构，改善了木材产品等许多材料的胶合性能。

等离子体处理可以增大木材表面的活化能，因此其润湿性有了明显的提高，此外，等离子体处理引入的一些极性基团，对提高木材的胶合性能也有帮助。等离子体处理可以增加胶黏剂的扩散，这也导致了胶粘面积增大而且变得更加连贯。近年来，等离子体改性技术被广泛应用于以木材为基材的表面改性，以增强木质基材料的表面性能和力学强度。