等离子体处理对6种木材表面润湿性能的影响

【目的】基于现有大量空气等离子体对人工林木材表面改性的研究,采用不同气体辉光放电等离子体对3种人工林和3种天然林木材进行改性处理,对比研究其对木材表面润湿性能的影响,为常压空气等离子体处理木材表面的工业化生产提供理论支持,为等离子体在不同木材表面改性的应用奠定理论基础。【方法】采用空气(Air)、氧气(O2)、氮气(N2)、氩气(Ar)和氦气(He)5种气体辉光放电低温等离子体分别处理山杨、云杉、蓝桉3种人工林木材和实木制品及木质制品表面饰面常用的红栎、白桦和黑胡桃3种天然林木材,测试计算不同等离子体处理条件下木材的接触角和表面自由能,以及经氮气等离子体不同时间处理后木材的表面水接触角,研究不同气体辉光放电低温等离子体对不同材质木材表面润湿性能的影响。【结果】木材表面经空气、氦气、氩气、氮气和氧气5种气体等离子体处理后,表面与水、二碘甲烷的接触角均明显减小,表面自由能增大,润湿性得到显著改善。试验条件下,氦气等离子体处理对云杉、山杨木材表面润湿性能影响最大,而蓝桉、红栎、白桦和黑胡桃木材均为氩气等离子体处理后的表面接触角降幅最大,表面自由能增大明显。等离子体处理时间对木材表面润湿性影响相对较大,一般人工林木材以3 min为宜,天然木材以4 min为宜。【结论】不同气体等离子体处理木材表面后,木材表面润湿性能均得到改善,且以空气作为等离子体处理气体的润湿效果相对较好。在实际生产应用中,可采用空气等离子体处理提高木材及木基复合材料间的胶合、接枝等性能。     

等离子体技术在木材工业中的应用研究现状及展望

等离子体技术作为一种新兴的表面处理技术,被广泛用于机械加工、冶金、化工、表面工程等领域。笔者介绍了等离子体表面改性的几种主要形式,综述了等离子体技术在木材工业中的应用研究现状,并对等离子体表面改性技术在人造板及木制品生产加工中的应用进行展望,为等离子体技术在木材工业中的推广应用提供思路。     

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。     

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。     

氮羟甲基树脂/蔗糖改性木材的耐候性能

木材在户外应用过程中易发生开裂、变色、霉变、腐朽等材性劣化现象。利用10%氮羟甲基树脂(1,3-二羟甲基-4,5-二羟基乙烯脲)/20%蔗糖作为改性剂对杨木和辐射松进行改性处理,系统评价了改性处理对木材在哈尔滨户外39个月老化后的性能动态影响。结果显示:老化过程中木材表面的颜色变化主要发生在第1年,未处理木材表面由浅黄色向灰色转变,而氮羟甲基树脂/蔗糖改性木材则由改性后的棕色逐渐褪色至灰色,表明改性处理不能长期保护木材表面颜色。改性处理在最初的12个月内能够明显抑制木材表面微裂,之后抑制效果减弱。老化期间,改性木材含水率及含水率波动均低于未处理材,因此,改性处理有效抑制了木材在户外的变形。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析显示,改性处理可有效减缓木材三大组分在老化初期(12个月)的降解速度,但经39个月老化后,改性与未改性木材表面木质素浓度和纤维素相对结晶度均下降到相似水平,表明改性处理对木材表面组分的长期保护能力有限。木材老化表面微观形貌观察显示,改性处理抑制了木材表层细胞(尤其是早材细胞)的脱落及变色菌在木材内部生长的深度。氮羟甲基树脂/蔗糖改性能够有效抑制木材在户外老化过程中的含水率波动、变形及变色菌的生长,有助于增强木材的户外耐久性。     

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。     

硅烷改性铽配合物修饰木质基材料的耐光老化性能

作为生物质的木材其表面易受到环境的影响,从而影响使用寿命。为提高木材使用效率,采用稀土配合物处理木材,使木材具有一定的发光性的同时增强木材的表面稳定性。采用邻苯二甲酰氯和硅烷偶联剂制备改性配体与六水合硝酸铽反应制得稀土配合物,用一定浓度的稀土配合物与杨木在一定时间和温度下反应得到改性木材,然后在相同条件下,将改性木材和原木材放入紫外老化箱老化480 h。通过红外光谱,扫描电子显微镜及表面颜色分析,分析老化前后木材表面的化学元素和微观形态的变化以及老化过程中表面颜色变化并得出表面颜色稳定的最佳制备条件。结果表明:老化过程中改性木材的表面具有较好的稳定性,老化前后改性木材表面颜色的明暗度指数(ΔL*)和总色差指数(ΔE*)均小于原木并且当改性木材制备条件为铽配合物浓度0.04mol/L、反应温度40℃、反应时间4 h时,表面颜色明暗度指数最稳定,在铽配合物浓度0.04 mol/L、反应温度60℃、反应时间12 h时表面颜色总变化值最稳定。     

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。     

“低温等离子体木材改性技术及在杨木胶合板生产中的应用”成果通过鉴定

9月28日,由南京林业大学周晓燕教授主持的"低温等离子体木材改性技术及在杨木胶合板生产中的应用"研究课题在南京通过了江苏省教育厅组织的成果鉴定。鉴定委员会认为项目组成功开发了低温等离子体木材改性技术,可在大幅度降低胶粘剂用量的情况下,利用改性木材制备高品质人造板产品,该成果达到国际先进水平。     

木质材料等离子体改性研究进展

等离子体改性技术作为一种高效、绿色的处理工艺已广泛应用于催化剂合成、表面活化、化合物镀膜等研究及应用领域。其对木质材料改性研究从上世纪90年代至今已取得许多重要的实验及理论成果,可综述为:1）木质材料等离子体改性的特性; 2）木质材料等离子体改性的机理; 3）等离子体改性木质材料的设备及工艺。文中在整理近年文献资料的基础上分析了文献中相互矛盾的结论,并对未来等离子体改性木质材料的研究方向提出建议。     

仿生光子晶体结构色在木材颜色功能性改良中的应用前景

对木材表面进行颜色功能性改良是提高木材使用价值的重要途径.文中总结传统木材染色和诱导变色工艺的发展现状及存在的问题,提出利用结构色进行颜色改良是一种清洁无污染的生态仿生着色技术,综述其在木质材料领域中的研究现状,并从木质材料表面结构色构筑及机理、木质材料表面结构色的光响应及界面机理、木质材料表面仿生结构色薄膜大规模应用...     

泡桐木改性处理技术研究综述

介绍了对泡桐木变色的不同看法;对现有的防止泡桐木变色和变色后泡桐木处理人法的优缺点加以概述;对泡桐材改性方面的最新研究──泡桐木表面强化技术和泡桐木的阻燃研究技术作厂介绍;分析厂泡桐木改性发展的趋势。     

木质材料激光表面处理研究进展

激光以其能量密度高、运行轨迹自如、方向性好等优点,被广泛用于木质材料切削加工以及表面处理等领域.其中,木质材料激光表面处理,即利用激光热/光电子效应促进材料发生物理、化学变化,以实现改性的目的.笔者对木质材料激光表面处理原理、激光类型与用途以及激光表面处理技术特点与应用领域等内容的研究现状进行了综述与分析.现有研究表明...     

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,     

木纤维—合成纤维复合的研究

通过对不同复合条件下压制的木纤维－合成纤维复合材料的研究，探讨了木纤维的化学改性和胶粘剂的改性在木纤维－－合成纤维复3合过程中的作用，研究表明，木纤维能和顺丁烯二酸酐和丁二酸酐进行酯化反应，从而降低木纤维的表面极性，化学改性后的木纤维能与合成纤维进行良好的复合，改性胶粘剂对表面不同极性的木纤维和合成纤维都有良好的附着作用，可有效地改善木纤维与合成纤维的复合性能。     

A two-step modification treatment of solid wood by bulk modification and surface treatment

A combination of bulk and surface modification of wood could lead to a product that shows the advantages of both treatments. This study evaluates the penetration of melamine resin into acetylated and silylated cell walls and possible side effects of melamine impregnation on this bulk treatment in order to clarify the feasibility of a combination of the chosen bulk modification (acetylation or silylation) and surface treatments (hardening by melamine modification). UV microscopy confirmed that melamine resin penetrates into wood cell walls even after acetylation and silylation treatment. Energy dispersive X-ray analysis showed that the melamine treatment did not lead to substantial washing out of silyl groups with the silylation reagent used. The possibility of a combination of the selected bulk and surface modification methods is given.     

New approaches to wood bonding A base-activated lignin adhesive system

Current knowledge of wood surface characteristics and surface modification are briefly reviewed and the postulated effects of chemical activation are summarized. It was found that aqueous sodium hydroxide can effectively activate wood surfaces to give strong dry autohesive bonds, but only low wet strength was obtained. However, excellent dry and wet wood bond strengths, equivalent to phenol-formaldehyde bonded samples, were obtained when methylolated lignin was used in combination with 3N sodium hydroxide activation. Several mechanisms of base activation are suggested, including enhanced wood surface contact and reactivity.     

国内外木材耐光老化技术研究现状

木材在户外利用时,进行耐光老化处理可以有效提高木材制品的使用寿命。文中主要从木材涂饰处理和化学改性2个方面对木材耐光老化处理技术进行较为系统、全面的介绍,分析了无机紫外吸收剂、有机紫外吸收剂、木蜡油、化学改性及抗氧化剂等方法的优缺点。未来的耐光老化技术应主要满足以下几点:价格便宜,处理容易,低毒环保,紫外线屏蔽性能好,不损害木材表面性能及涂料涂饰性能;应主要开发多组分复配涂料以满足上述要求,克服单组份耐光老化技术的不足。     

ESR technology — An effective method for researching wood surface modification

The paper uses Chinese linden vernier as samples, and uses ESR technology to examine the free radical concentration change during the process of wood surface modification. This is a effective method, and it can give proper evaluation about the extent and the quality of surface modification.