等离子体改性处理增强农林生物质复合材料界面相容性

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：2023-07-03

农林生物质材料（如木材、竹材、农作物秸秆等）作为天然的负碳材料，已然被视为代替石化资源、钢材等高碳排放材料的最佳选择之一。农林生物质材料来源广泛、价格低廉，具有可降解、可再生等环境友好特性，具备比强度高、天然多孔道结构丰富等优点。通过物理和化学加工、尤其是复合技术等途径，可以将生物质材料与树脂、塑料、金属、增强纤维等异质材料有效结合，获得物化性能与机械力学强度优良的结构型或功能型复合材料。然而，生物质材料与大部分异质材料材料表面化学性质不同，直接进行复合难以获得理想的结合强度，甚至在生产过程中无法加工成型。例如竹材最外层的竹青组织表面覆盖蜡质层，对胶粘剂的渗透性和粘结性极为不利，再例如木纤维与热塑性塑料的相容性差，直接复合制备得到的木塑复合材料在力学性能方面往往达不到使用要求。因此，如何有效提高生物质复合材料表界面结合力仍是当前研究的热点问题。

等离子体技术可作为一种表面改性处理技术，可在几秒钟内，在不损伤材料自身机械力学强度的条件下对材料表面100nm以内的范围进行处理，全程为气-固相干式反应，不消耗水资源、无需添加化学试剂，环境负荷小，因此被广泛应用于材料表面改性、表面清洁、表面镀膜等领域。21世纪以来，利用等离子体技术提高生物质复合材料界面相容性的研究取得了突破性进展。

等离子体改性处理增强农林生物质复合材料界面相容性的机理

等离子体通常作用于材料表层，根据等离子能量密度不同及激发粒子反应性的不同，处理深度由几纳米至几十纳米。等离子体中活性粒子的能量约从几电子伏特到几十电子伏特，大于高分子材料中典型的化学键解离能（如C−C的解离能为3.61eV，C=C为6.35eV，C−H为4.30eV等），因此等离子体的能量足以引起生物质材料表面化学键的断裂和重组，使其发生刻蚀、蒸发、交联、降解、氧化等反应。从已报道的研究结果可知，利用等离子体改性生物质材料表面提升复合材料界面相容性的主要作用机制包括两方面：一是物理刻蚀作用，等离子体处理能够使生物质材料表面形成纳米级刻痕和凹坑，有利于胶粘剂与生物质材料表面形成良好的机械啮合作用；二是等离子体改性可在生物质材料表面引入大量的极性官能团，这些官能团可以促进生物质材料与胶粘剂等聚合物之间产生化学交联作用。

生物质复合材料的开发是促进生物质资源向高值化、多元化、环境化和功能化利用的重要方式，对此，生物质材料表面改性技术及其内在作用机制是当前生物质复合材料领域的主要研究内容。等离子体改性技术以速度快、能量高、功能强、污染小等优势从众多改性方法中脱颖而出，被广泛应用于改善生物质复合材料的界面结合性能。等离子体技术基于对材料表面的活化作用以及表面刻蚀作用改善生物质材料与其他异质材料的界面相容性，进而提升农林生物质复合材料的物理力学性能。