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杨木单板老化及低温等离子体改性机理的研究

陈颖  
【摘要】:本文研究杨木单板老化(包括自然老化、紫外加速老化和钝化)过程中物理化学特性的变化,根据低温等离子体改性高分子聚合物的机理,分别对几种老化单板经等离子体处理后的表面形态和化学成分进行了较为系统的基础研究。通过对低温等离子体改性前后老化单板表面特性的分析和研究,从微观化学角度分析低温等离子体改性老化单板的机理,为等离子体改性木材表面提供理论依据,旨在提高木材的利用率,扩大等离子体技术的应用范围和等离子体处理对木材利用的影响力。 论文首先采用CIE (1976)L*a*b*系统表征表面色度,研究了杨木单板老化过程中表面色度的变化。随着老化时间的延长,杨木单板表面颜色朝向偏红色、偏黄色的方向发展;自然老化杨木单板表面颜色变化速度明显低于紫外加速老化和钝化杨木单板表面颜色的变化速度。 其次,论文研究了杨木单板老化过程中表面润湿性能的变化。随着老化时间的延长,杨木单板表面润湿性基本呈现逐渐变差的趋势,其中,紫外加速老化的杨木单板表面润湿性先变差,达到一定程度后又呈现变好的趋势。经自然老化12个月的杨木单板表面瞬间接触角增大量仅相当于紫外加速老化48h的增大量。 再次,论文采用傅立叶红外光谱分析手段以及扫描电子显微镜,研究了杨木单板紫外加速老化过程中表面化学成分和结构的变化。经紫外加速老化后杨木单板表面羧基基团的数量增加;表示木质素的光谱带波数明显下降;552h紫外加速老化后杨木单板表面扫描电镜图显示,老化后杨木单板导管上的纹孔出现了明显的开裂,导管壁上也出现干裂纹路且伴有少量开裂出现。 然后,论文研究了老化杨木单板及低温等离子体改性后的染色性能和胶合性能。老化杨木单板染色表面颜色均一性变差,着色量、上染率明显降低;低温等离子体处理后单板表面颜色均一性得到改善,着色量、上染率水平提高,但出现水洗色牢度降低的现象。低温等离子体能显著提高单板的胶合性能,且Ⅱ类胶合强度的提高比Ⅰ类胶合强度显著。 最后,论文采用扫描电镜、ESR以及XPS分析技术,研究了低温等离子体改性老化杨木单板的机理。低温等离子体处理后,单板表面形成蚀刻,表面粗糙度增加;处理后单板表面自由基浓度增加,提高了单板表面活性;处理后单板表面C元素含量降低,O元素含量增加,C1含量降低,C2、C3含量增加,在单板表面产生了大量的含氧官能团,羟基含量增加,等离子体处理使单板表面碳的氧化态增高。


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