常压等离子体处理对单板表面特性及豆胶胶合的影响

采用常压空气介质阻挡放电等离子体对杨木单板表面进行改性处理,利用自制纳米纤维素改性大豆蛋白胶黏剂制备胶合板,研究等离子体处理工艺对杨木单板表面润湿性能和杨木胶合板胶合性能的影响,以期提高胶合板性能、降低施胶量,并从等离子体处理对微观形貌和化学组分两方面的影响分析其机理。试验结果表明:常压等离子体处理后,胶液在单板表面的初始接触角和平衡角相比未处理单板最大分别下降12.4%和46.3%,润湿性能得到明显改善;在达到Ⅱ类胶合板胶合性能的前提下可降低一定的施胶量;改性单板表面粗糙度提高,含氧官能团含量增加,均有利于胶液在单板表面的润湿。综合胶合板性能与经济效益,选择较优处理工艺条件为处理功率4.5 kW、处理速率14 m/min和单面施胶量140 g/m~2。     

木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性

【目的】具有超疏水性的木材可以抑制或减小木材表面对水分的吸收,从而延长并提高木材的使用寿命及性能,研究木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性,为等离子体环境下超疏水性木材的制备提供科学依据和参考。【方法】以糖枫木径切单板为试验材料,首先采用氧等离子体在放电功率150 W、工作气压66 Pa的条件下对其表面进行不同时间的刻蚀,利用扫描电子显微镜和激光扫描共聚焦显微镜分析刻蚀时间对木材表面形貌和粗糙度的影响;然后以五氟乙烷和氩气的混合气体在放电功率120 W、工作气压133 Pa的条件下将低表面能的碳氟薄膜等离子体化学气相沉积在刻蚀后的木材表面以制备具有超疏水性的木材,利用接触角测量仪、扫描电子显微镜和X-射线光电子能谱仪研究木材表面的润湿性、表面形貌、元素组成及其化学环境,同时利用椭圆偏振光谱仪测量不同沉积时间下的薄膜厚度。【结果】刻蚀时间小于30 min时,木材表面的平均粗糙度(Sa)、均方面光洁度(Sq)和最大高低差(Sz)均随着刻蚀时间增加逐渐增大,而当刻蚀时间延长至45 min时,木材表面的平均粗糙度略有减小;当沉积碳氟薄膜的时间固定为40 s时,刻蚀时间对木材表面静态接触角的影响并不明显,但滚动角则随着刻蚀时间增加逐渐减小,且顺纹方向的滚动角均小于横纹方向;未刻蚀木材表面的静态接触角随着薄膜沉积时间增加逐渐减小,水滴与木材表面之间均表现出较强的黏附性;椭圆偏振光谱仪测量表明,薄膜厚度随沉积时间增加线性增大;刻蚀时间固定为15 min或45 min时,增加碳氟薄膜沉积时间对木材表面静态接触角的影响并不明显,但滚动角均随沉积时间增加呈先减小后增大的趋势;刻蚀45 min并沉积碳氟薄膜40 s的木材样品,其静态接触角高达160.6°±0.4°,沿顺纹和横纹方向具有最小滚动角,分别为11.5°±1.2°和14.7°±2.5°;XPS分析显示,木材表面沉积碳氟薄膜后F元素含量接近50%,薄膜中富含—C—CF_x基团及—CF_3、—CF_2和—CF等碳氟基团,说明所沉积的薄膜发生了高度交联。【结论】木材表面经等离子体刻蚀并沉积低表面能的碳氟薄膜不但可以制备出具超疏水性的表面(静态接触角θ大于150°),同时所制备的木材具有较小的滚动角,可以有效防止水滴黏附于木材表面。     

水溶性乙烯基单体改性木材尺寸稳定性提高机制

【目的】分析水溶性乙烯基单体改性前后木材极性基团数量和细胞壁结构变化,揭示水溶性甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)和N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)原位共聚改性木材尺寸稳定性提高机制,为该改性技术优化发展提供理论基础。【方法】采用动态水蒸气吸附和接触角表征水溶性乙烯基单体改性前后木材极性基团数量和表面极性变化,利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线衍射、压汞法和氮气吸附系统研究改性剂在木材中的分布、细胞壁润胀、细胞壁两相结构以及孔隙变化情况。【结果】在相对湿度0%～95%环境下,HEMA和NMA改性材的平衡含水率明显低于未改性材;当相对湿度达95%及以上时,改性材的平衡含水率超过未改性材。利用H-H模型拟合分析浸水处理后改性材与未改性材的吸湿曲线发现,改性材原有极性基团数量有所下降但并不显著。接触角测试表明,改性材的表面极性大于未改性材,残留单体去除后改性材的表面极性弱于未改性材,残留单体可抑制木材疏水性能的改善。SEM观察结果显示,改性后细胞壁显著增厚,且细胞间隙减少。拉曼光谱分析得出,改性剂均匀分布于细胞壁中,结合SEM结果可知改性剂能够顺利进入细胞壁并润胀细胞壁。X射线衍射分析表明,改性材未出现新的晶体结构,且改性材的结晶度相对于未改性材变化较小。压汞法和氮气吸附测试表明,改性材的孔隙率相对于未改性材出现较显著下降,改性剂可成功填充细胞壁孔隙。【结论】HEMA和NMA改性木材可有效提高其尺寸稳定性,改性剂对细胞壁的充分润胀、加固及对细胞壁孔隙的填充作用是木材尺寸稳定性提高的主要原因。     

DBD冷等离子体处理对云南松表面润湿性的影响

采用空气介质阻挡放电(DBD)冷离子体处理云南松木材表面,分析了不同处理时间和处理功率对云南松表面润湿性的影响。试验结果表明:云南松表面经空气DBD冷等离子体处理后,表面接触角显著减小,表面能明显增大,表面润湿性得到明显改善。实验中最优的处理工艺为:处理功率为4 kW,处理次数为7次(处理速度为12 m/min)。     

二氧化硅改良顶果木木材表面性质研究

以顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)人工林木材为试验材料,对木材硅烷化改性前及改性后的顺纹抗压强度、硬度、尺寸稳定性和表面接触角等指标进行测定,结果表明:硅烷化改性后的顶果木的顺纹抗压强度得到明显增大,木材端面硬度在急剧减小后有缓慢回升,而径面的硬度是逐步增大。改性后的木材尺寸稳定性优于未改性的木材,改性后的木材接触角均大于90°,相比未改性的木材有了很大的改善,说明改性能明显提高顶果木木材的疏水性。     

N2和O2冷等离子体处理对木材胶合强度的影响

采用N2、O2两种等离子体气体分别处理木材,处理功率为300 W,处理时间为5 min,将处理后的木材采用MUF胶粘合起来,测试了胶合强度,并对冷等离子体处理前后的木材表面能进行了分析。实验结果表明:经N2、O2冷等离子体处理后的木材表面的接触角明显减小,表面自由能明显增大;经冷等离子体处理后的胶合板的平均干状胶合强度和湿状强度均有明显(50%以上)增大。     

TMCS等离子体对西南桦木材表面的修饰

为了使西南桦木材表面具备疏水性能,在等离子体环境下以三甲基氯硅烷(TMCS)为单体对其进行了表面修饰,并采用FTIR-ATR、XPS、SEM和静态接触角等手段对改性前后的表面性能进行了分析和表征。结果表明:T MCS与木材表面发生了硅烷化反应,引入了甲硅烷基,Si元素含量达到了22.82%;修饰后的木材表面形成了均匀的颗粒状结构,疏水性和疏水稳定性得到了明显提高;随着处理功率的增加,接触角呈现逐渐减小的趋势。     

微波等离子体处理对杉木表面性能的影响

为了解微波等离子体处理对杉木表面性能的影响,使用接触角测定评估表面润湿性,使用扫描电子显微镜观测表面处理前后的差异。结果表明,杉木表面轻微波等离子体处理后,接触角下降为零,即使处理条件十分微弱、处理效果仍然十分明显,这表明微波等离子体处理可显著提高木材表面的润湿性,微波等离子体处理使杉木表面形成粗化面,即表面明显有等离子体蚀刻过的痕迹并留下凹凸不平的坑洼,粗化面的形成可能是导致杉木表面接触角下降,     

等离子体刻蚀并沉积类金刚石膜制备超疏水木材

为使木材表面具备疏水性能,采用等离子体刻蚀并沉积亲水性类金刚石(DLC)薄膜的方法对糖枫木(Acer saccharum)进行表面改性研究,通过扫描电子显微镜(SEM)、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)、接触角测量仪、椭圆偏振光谱仪、X-射线光电子能谱仪(XPS),分析和表征了处理前后木材表面的微观形貌、粗糙度、润湿性能、沉积薄膜的厚度及元素组成和化学状态。结果表明:刻蚀时间小于30 min时,木材表面的平均粗糙度、均方根光洁度和高低差均随着刻蚀时间的延长逐渐增大;当刻蚀时间延长至45 min时,表面的粗糙度略有减小。木材表面的接触角随着刻蚀时间的延长先增大后减小,当刻蚀30 min并沉积DLC薄膜1.5 min时,接触角最大可达157.2°;而延长刻蚀时间至45 min时,其接触角为152.3°。相同的刻蚀时间下,木材表面的接触角随着DLC薄膜沉积时间的延长逐渐减小。通过计算,DLC薄膜的沉积速率为(51.7±4.5)nm/min;沉积DLC薄膜后,表面氧元素的含量明显减少,出现了石墨特征峰sp2-C和金刚石特征峰sp3-C。     

液体石蜡冷却润滑介质对木材表面性能的影响

将不同木材表面喷涂不同量液体石蜡后,分别测定木材表面胶合强度、接触角和漆膜附着力,研究液体石蜡作为冷却介质对切削木材表面性能的影响。实验结果表明,不同木材表面喷涂液体石蜡会降低表面胶合强度,但其强度均仍符合国家标准相关规定;液体石蜡会增大木材表面润湿接触角,且不同木材的增幅不同。液体石蜡会降低木材表面漆膜附着力,且当液体石蜡喷涂量在0.002~0.005g/cm~2时,其漆膜附着力低于国家标准要求的3级。     

用低温等离子体对玉米秆表面改性的研究

利用空气低温等离子体对玉米秆表面改性,以提高其表面润湿性.采用接触角测定法探讨了低温等离子体处理埘玉米秆表而润湿性的影响,借助SEM-EDAX和FTIR技术分析了处理后玉米秆表面形貌与成分变化.结果表明:空气低温等离子体处理对玉米秆表面处理后,可以对其表面进行刻蚀,去除弱界面层,在其表面引入大量的羟基、羰基、羧基等含氧官能团,从而提高玉米秆表面的润湿性.     

亚麻油/混合蜡乳液构建木材内双层疏水体系

【目的】利用环保、价廉的混合蜡和亚麻油乳液在木材内外表面构建双层疏水屏障,使其同时具备粗糙结构和连续防水层,进而兼具疏水和防水效果。【方法】配制亚麻油乳液、亚麻油/棕榈蜡乳液、亚麻油/混合蜡(蜂蜡/棕榈蜡、石蜡/棕榈蜡)乳液,对乳液性能进行评价。采用两步法和一步法浸渍杨木试件,通过70℃(两步法)和90～103℃(一步法)后处理温度在木材内外表面构建双层疏水屏障,并对处理材的表面疏水性、吸水性和尺寸稳定性进行测试。【结果】1)亚麻油乳液的平均粒径为195.6 nm,在室温下贮存稳定性良好,60天内粒径变化率仅为2.45%;亚麻油乳液与混合蜡乳液复合后的离心稳定性良好; 2)亚麻油乳液在木材横向和纵向输水通道内均有分布,干燥后可在木材内表面形成连续油膜,并与混合蜡乳液构成双层疏水屏障; 3)亚麻油/蜡改性方法能够有效提高木材的表面疏水性,两步法和一步法处理材横切面的接触角均在150°左右,且不随时间变化;而一步法处理材弦切面的疏水性好于两步法; 4)亚麻油/蜡乳液复合改性材的吸水率降低,一步法的防水效率明显优于两步法,经过196 h泡水后,LB1和LP1处理材的防水效率保持在45%以上;复合改性方法亦能显著降低处理材前期的体积膨胀率,但最终影响差别不大。【结论】利用亚麻油/混合蜡乳液浸渍木材,仅通过后期干燥温度控制即可在木材内外表面形成兼具粗糙结构和连续防水层的双层疏水体系,赋予处理材优良的疏水性和防水性,是一种环保、节能、价廉的木材疏水改性方法。     

低温等离子体改性竹粉/PETG复合材料

采用接触角测量仪、红外光谱等分析仪器,研究低温等离子体处理对竹粉/PETG复合材料改性效果的影响。结果表明:放电功率为300 W的低温等离子体处理试样后,试样的吸水率最高;放电功率为300 W的低温等离子体处理试样2 min后,试样的时效性最优;试样经低温等离子体处理后,试样表面的—C—O—C数量增多,随着处理时间的增加,—C—O—C逐渐被氧化成—C O,试样的表面极性增强。     

湿固化胶粘接高含水率桦木的润湿性能与胶接性能的关系

欲达到良好的界面胶合或高强度的胶接接头,胶黏剂在木材表面上的润湿性是非常重要的,而含水率对木材润湿性具有极为重要的影响。以胶黏剂在桦木表面的润湿眭能为着眼点考虑胶接问题,采用单组分湿固化异氰酸酯胶黏剂粘接高含水率桦木,引入润湿模型,用平衡接触角θ和扩散-渗透系数K分别从胶滴的最终铺展状态和胶滴的扩散、渗透能力两个不同方面对润湿性能进行了描述,探讨了在高含水率条件下,桦木的润湿性能与胶接性能的内在联系。结果表明:桦木含水率从50%增大到90%时,含水率越高,桦木初始接触角越小,平衡接触角越大,扩散-渗透系数K值越小,胶液在桦木表面的润湿性能越不好,其胶接强度越低。     

白蜡杆材的动态润湿性能

试材为6年生白蜡杆,以脲醛树脂和酚醛树脂为处理剂,通过接触角测量仪测定白蜡杆材不同年轮横切面上不同时段的接触角;并采用动态润湿模型描述接触角在白蜡杆材表面上的扩展过程,即定义一个K值来描述胶黏剂在木材表面上的动态润湿行为。结果表明:润湿模型能够准确地描述胶黏剂在白蜡杆材不同年轮横切面的动态润湿过程;PF在白蜡杆第1～6年轮的K值均大于UF在白蜡杆第1～6年轮的K值,说明PF胶黏剂在白蜡杆材表面的润湿性能较好。     

微观结构和蜡质对植物叶表面疏水性能的影响

【目的】对13种常见具有疏水性能的植物叶表面微观结构以及亲疏水性能进行研究,探究自然界植物表面的超疏水机制。【方法】选取13种植物叶表面进行分析,利用场发射扫描电镜和光学接触角测量仪分别观察测定植物叶片除蜡质前后表面的微观结构形态和静态接触角,测定同一种植物正反面的静态接触角以及成熟度不一叶片的静态接触角。【结果】13种植物叶表面主要呈现单级(球冠凸包型、圆柱凸包型、条纹结构型)、双级微纳双凸型和多级网状空心型等不同的微观结构形态,表面蜡质和微观结构对不同植物叶疏水性能的影响具有较大差异。此外,植物叶背面接触角均大于正面接触角,同一种植物成熟度不同的疏水性也有很大差异。【结论】植物叶表面的疏水性主要受到表面蜡质的含量、微观结构形态的大小与分布影响,根据其影响程度不同将植物叶片分为3类:A类主要受微观结构的影响;B类主要受蜡质的影响;C类受表面微观结构和蜡质的共同影响。     

蔗糖/DMDHEU改性对木材涂饰和老化性能的影响

以改性杨木和辐射松及其对照材为研究对象,采用3种水性涂料分别对其进行涂饰处理,系统地研究了蔗糖/DMDHEU改性处理对响叶杨和辐射松木材涂饰和老化性能的影响规律。结果显示,与未处理木材相比,改性木材表面的水接触角稍微降低,漆膜附着力显著提高,这有助于增强水性涂料在木材表面的润湿性和耐久性。由于改性剂中含有大量未反应的自由羟基,因而导致漆膜在改性木材表面的干燥速度有所降低。经过12个月室外老化测试,改性木材表面颜色变化ΔE*较未处理木材小,改性木材表面产生的开裂比未改性木材少且小。红外光谱分析显示,所有老化木材表面的木质素典型特征峰均消失,表明该改性处理并不能实质性防止木材表面木质素的光降解。     

纳米TiO_2处理木材的表面疏水性能初探

为改善木材的疏水性能,先采用二氧化钛(TiO2)溶胶进行处理,再分别用低表面能物质硬脂酸、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)进行改性处理。结果表明,改性试样表面负载有纳米级TiO2颗粒,表面修饰了低表面能物质;改性试样的水接触角较未处理材大幅提高;HDTMS比硬脂酸显示出更优良的疏水性能。     

浸渍及压缩制备密实化木材的研究进展

对人工林木材进行密实化处理是改良木材性能、拓宽应用领域的重要途径之一。本文聚焦木材密实化工艺及其机理,重点阐述浸渍和压缩两种密实化处理方法,分析不同密实化方法对改性木材性能的影响,并展望木材密实化研究的发展趋势。     

无机质复合速生材研究现状与展望

速生人工林种植面积大,生长周期短,在取代天然林资源方面具有得天独厚的产量优势,但存在结构疏松、密度小、强度低等缺陷,导致其使用范围大受限制。使用无机材料对人工速生材进行改性处理可有效提高速生材性能和用途。文中简要总结无机质复合木材制备方法——扩散法、溶胶—凝胶法和真空浸渍法,以及无机材料改性处理对速生木材在力学性能、尺寸稳定性、阻燃性、表面疏水性和表面耐候性方面的改善,以期为人工林速生材无机材料改性提供技术参考。