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。

木材硅石改性剂的制备工艺

为了降低木材硅化改性成本促其应用,直接将固态硅石粉高效液态活化,通过正交试验和极差分析优化制备了木材硅石改性剂,测试分析了浸渍改性杨木的性能。结果表明:①反应时间和原料n(SiO2)∶n(NaOH)对活化溶液的pH值、黏度和密度影响不显著,碱料种类和反应温度对活化溶液的黏度、密度、SiO2转化率、固体质量分数和生产成本影响显著,对溶液性能综合影响最大的是反应温度和碱料种类,其次是n(SiO2)∶n(NaOH)和反应时间;②pH值随反应时间、温度和n(SiO2)∶n(NaOH)增大而减小,密度、黏度、固体质量分数、SiO2转化率和模数随反应时间、温度和n(SiO2)∶n(NaOH)增大而增大,KOH活化效果更好但价格较高,综合平衡优化工艺为:反应温度200℃、碱料为NaOH、n(SiO2)∶n(NaOH)=1.715∶1、反应时间4 h;③硅石改性剂能充分渗入杨木,使其吸药量达252%,密度提高81%,抗弯强度提高69.6%,炭化温度减小89℃,残炭率提高41%,改性效果优于硅溶胶。

等离子体改性聚丙烯饰面膜的拉曼光谱和XPS分析

采用介质阻挡低温等离子体对木制品聚丙烯(PP)饰面膜表面进行不同放电功率和处理速度的改性处理后,分别对其表面进行X射线光电子能谱(XPS)和激光共聚焦显微拉曼(Raman)光谱分析,研究等离子改性对PP饰面膜的化学成分和元素组成的影响。结果表明:由拉曼光谱可知,未处理的PP饰面膜表面含有大量的C原子和H原子间摇摆振动引起的振动峰、C原子间伸缩振动和C与H原子间弯曲振动引起的振动峰;经等离子体改性处理后,PP饰面膜表面在原有振动峰基础上,同时生成了具有较强拉曼活性的C-C和C-H的弯曲和振动峰等;XPS分析可得,等离子体改性处理前后,PP饰面膜表面主要表现为元素含量和量比的变化,等离子体改性后,C元素含量降低,O元素含量明显增加,O/C量比增大,且C1含量降低,C2含量明显增加。结合拉曼光谱和XPS对PP饰面膜表面进行定性和定量分析,可准确得到等离子体改性对提高PP饰面膜表面含氧官能团数量及表面活性改善的作用和影响。本研究可为等离子体改性处理对提高PP饰面膜表面附着力的理论研究和实践应用提供技术支持。

糠醇单体与预聚体混合物改性杨木

【目的】研究糠醇单体与预聚体混合物浸渍改性木材的可行性,以提高糠醇预聚体利用率,降低生产成本,促进糠醇树脂改性技术的产业化发展。【方法】以马来酸酐为催化剂、硼砂为稳定剂、水为稀释剂,调控糠醇预聚体与单体比例,配制成均一稳定的水溶性木材改性溶液。采用此溶液浸渍改性杨木,并与糠醇单体改性杨木的增重率、浸出率、尺寸稳定性和力学性能进行比较。【结果】当糠醇单体与预聚体质量比为35∶15时,可配制成均一稳定、糠醇质量分数为50%的单体与预聚体混合物改性溶液。采用此溶液浸渍改性杨木的增重率为90.47%,比相同糠醇质量分数的单体改性材提高6.41%;浸出率为5.27%,比单体改性材降低14.17%。混合物改性材径向、弦向和体积抗湿胀率分别为77.76%、62.56%和70.02%,比单体改性材分别提高4.80%、1.00%和2.07%。混合物改性材顺纹抗压强度为69.93 MPa,比单体改性材提高12.55%,弯曲强度和弹性模量分别为75.86 MPa和11.36 GPa,比单体改性材均略有降低。当单体、预聚体混合物改性溶液中糠醇质量分数降低到44%时,该混合物改性溶液浸渍处理杨木的增重率与糠醇质量分数为50%单体改性溶液浸渍处理杨木的增重率相当,且2种改性材的浸出率、抗湿胀率和力学性能均非常接近。红外光谱分析表明,混合物改性材红外光谱吸收峰的变化与单体改性材类似,均在790和735 cm-1附近出现归属呋喃环与支链的碳碳键吸收峰,说明糠醇树脂已进入改性材。同时,混合物改性材和单体改性材在3 352和1 329 cm-1附近归属羟基吸收峰的峰强度均有所降低,而在1 245 cm-1附近归属苯环与酚羟基的碳氧键吸收峰的峰形变宽且向右发生偏移,说明糠醇单体和混合物均与木材中羟基发生化学交联。激光扫描共聚焦显微镜分析表明,混合物改性材与单体改性材一样,在木材细胞腔、细胞壁和胞间层都可见糠醇树脂存在,且细胞腔内糠醇树脂总是存在于细胞壁内壁。【结论】通过调控糠醇单体与预聚体比例,可得到均一稳定的木材改性溶液,改性溶液浸渍处理杨木的性能略优于相同质量分数的单体改性溶液。为获得增重率相近的改性材,混合物的糠醇质量分数应低于单体的糠醇质量分数。

密度和施胶量对高密度纤维板抗弯和耐水性能的影响

为了更新纤维板产品结构,拓展其应用领域,以杨木纤维和酚醛树脂为原料制备高密度纤维板,探索密度和施胶量对高密度纤维板抗弯性能和耐水性能的影响。结果表明:随着密度和施胶量的增大,高密度纤维板的抗弯性能提高,耐水性能改善。密度为1.1 g/cm^3,施胶量为10%时,板材的抗弯性能和耐水性能满足GB/T 31765—2015《高密度纤维板》高湿型高密度纤维板(HDF-GP HMR)的相关要求。

地板用紫外光固化阻燃涂料的开放式制备工艺

基于膨胀阻燃理论,通过将传统粉状阻燃剂聚磷酸铵(APP)和季戊四醇(PER)与聚氨酯改性丙烯酸酯树脂(UV树脂)复配,制备适用于开放式实木复合地板用UV固化型阻燃涂料。采用紫外可见光分光光度计、热重分析仪、锥形量热仪以及场发射扫描电镜(SEM)分别对不同APP/PER配比涂料的透明性、热稳定性、阻燃性以及残炭内部形貌进行测试分析,结果表明,当m(APP)∶m(PER)=3∶1时,涂膜在可见光波长范围内的透光率为67%~80%。涂料的热释放速率峰值(pHRR)、60 s内的平均热释放速率(AveHRR_(60s))以及150 s内的总热释放量(THR)3个指标较未添加粉状阻燃剂的样品分别降低了65.7%,54.2%和38.2%。SEM结果显示,此比例下残炭内部泡孔均匀分布且呈现完全舒展的状态;涂料的试用期大于168 h(70℃),且涂膜的耐水性能良好,附着力、硬度和耐磨性能均满足GB/T 18103—2013《实木复合地板》中规定的要求。辐射热源法结果显示,涂布量为50 g/m^(2)时,地板阻燃等级便可达到GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分极》中规定的B1级。