等离子体处理对木材表面润湿性能的影响

木材的润湿性是表征某些液体 (水、胶黏剂、氧化剂和交联剂等) 与木材接触时, 在木材表面上润湿、扩散及黏附的难易程度和效果, 是进行木材改性与复合研究的一种重要的界面特性表征技术, 对木材界面胶接、表面涂饰和各种改性处理工艺极为重要  。木材是一种天然的高分子聚合物, 既具有生物学特征, 也具有物理化学特征, 同时又是一种不均匀的各向异性材料, 其表面结构和化学组成影响着胶合性能, 进而影响木材的总体性能, 如强度、韧性、耐久性等  。改善木材表面润湿性是增强木材表面胶合性能的关键 。冷等离子体是低气压放电产生的电离气体  , 含有原子、分子、离子亚稳态及激发态, 还有电子  , 其作用于高分子材料表面会产生刻蚀、氧化、分解、交联、接枝和聚合等作用, 从而改善材料的亲水性、疏水性、黏接性和生物适应性等  , 被公认为是材料表面改性发展前景最好的方法 , 具有处理时间短、速度快、操作简单、容易控制等优点, 已被广泛用于聚烯烃塑料、医药、陶瓷等高分子材料的表面预处理  。

高分子材料表面等离子体处理技术通常采用能量密度小于l W·cm-3的辉光放电低温等离子体, 该能量密度不会导致明显的离子注入、溅射、刻蚀或薄膜沉积, 由相互作用引起的表面原子层变化不超过几个原子层, 因而不会破坏或改变材料的体相性质。利用Ar、N2、H2、O2、H2O、CF4等气体的低气压辉光放电等离子体进行表面反应, 通过激发态的原子和分子、自由基和离子以及等离子体辐射紫外光的作用, 在材料表面引入特定官能团, 产生表面侵蚀, 形成交联结构层或生成表面自由基, 可改变材料的黏接、润湿、疏水等性能  。

目前, 等离子体技术已在许多领域得到深入研究和广泛应用, 但在木材科学与技术领域其研究相对有限, 研究多集中于杉木、杨木等人工林木材或竹材、稻草秸秆板等生物质材料  , 通过等离子体改性提高材料表面润湿性能和粗糙度, 并使材料表面生成大量含氧官能团和活性基团等, 从而改善材料胶合特性, 为复合人造板 (特别是木塑复合人造板) 、实木复合地板等材料及制品的制作提供必要技术条件。同时, 为了提高珍贵木材的利用率和产品附加值, 通常将天然林木材刨切或旋切成0.16~0.8 mm厚的装饰薄木, 背面贴覆增强材料制成柔性装饰薄木进行木制品表面饰面, 尤其新型塑膜增强柔性装饰薄木  , 以其防水性好、不透胶、操作简便、环保性好、不含甲醛等优点, 具有广阔的市场前景。但是, 由于塑膜和装饰薄木为极性不同的2种高分子材料, 其界面相容性差, 胶合性能不能满足实际生产和使用要求。根据现有研究, 采用等离子体处理天然林木材可作为一种提高材料润湿性能和胶合性能的有效途径 。