等離子體改性處理增強農(nóng)林生物質(zhì)復(fù)合材料界面相容性

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-07-03

農(nóng)林生物質(zhì)材料（如木材、竹材、農(nóng)作物秸稈等）作為天然的負(fù)碳材料，已然被視為代替石化資源、鋼材等高碳排放材料的最佳選擇之一。農(nóng)林生物質(zhì)材料來源廣泛、價格低廉，具有可降解、可再生等環(huán)境友好特性，具備比強度高、天然多孔道結(jié)構(gòu)豐富等優(yōu)點。通過物理和化學(xué)加工、尤其是復(fù)合技術(shù)等途徑，可以將生物質(zhì)材料與樹脂、塑料、金屬、增強纖維等異質(zhì)材料有效結(jié)合，獲得物化性能與機械力學(xué)強度優(yōu)良的結(jié)構(gòu)型或功能型復(fù)合材料。然而，生物質(zhì)材料與大部分異質(zhì)材料材料表面化學(xué)性質(zhì)不同，直接進行復(fù)合難以獲得理想的結(jié)合強度，甚至在生產(chǎn)過程中無法加工成型。例如竹材最外層的竹青組織表面覆蓋蠟質(zhì)層，對膠粘劑的滲透性和粘結(jié)性極為不利，再例如木纖維與熱塑性塑料的相容性差，直接復(fù)合制備得到的木塑復(fù)合材料在力學(xué)性能方面往往達(dá)不到使用要求。因此，如何有效提高生物質(zhì)復(fù)合材料表界面結(jié)合力仍是當(dāng)前研究的熱點問題。

等離子體技術(shù)可作為一種表面改性處理技術(shù)，可在幾秒鐘內(nèi)，在不損傷材料自身機械力學(xué)強度的條件下對材料表面100nm以內(nèi)的范圍進行處理，全程為氣-固相干式反應(yīng)，不消耗水資源、無需添加化學(xué)試劑，環(huán)境負(fù)荷小，因此被廣泛應(yīng)用于材料表面改性、表面清潔、表面鍍膜等領(lǐng)域。21世紀(jì)以來，利用等離子體技術(shù)提高生物質(zhì)復(fù)合材料界面相容性的研究取得了突破性進展。

等離子體改性處理增強農(nóng)林生物質(zhì)復(fù)合材料界面相容性的機理

等離子體通常作用于材料表層，根據(jù)等離子能量密度不同及激發(fā)粒子反應(yīng)性的不同，處理深度由幾納米至幾十納米。等離子體中活性粒子的能量約從幾電子伏特到幾十電子伏特，大于高分子材料中典型的化學(xué)鍵解離能（如C−C的解離能為3.61eV，C=C為6.35eV，C−H為4.30eV等），因此等離子體的能量足以引起生物質(zhì)材料表面化學(xué)鍵的斷裂和重組，使其發(fā)生刻蝕、蒸發(fā)、交聯(lián)、降解、氧化等反應(yīng)。從已報道的研究結(jié)果可知，利用等離子體改性生物質(zhì)材料表面提升復(fù)合材料界面相容性的主要作用機制包括兩方面：一是物理刻蝕作用，等離子體處理能夠使生物質(zhì)材料表面形成納米級刻痕和凹坑，有利于膠粘劑與生物質(zhì)材料表面形成良好的機械嚙合作用；二是等離子體改性可在生物質(zhì)材料表面引入大量的極性官能團，這些官能團可以促進生物質(zhì)材料與膠粘劑等聚合物之間產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)作用。

生物質(zhì)復(fù)合材料的開發(fā)是促進生物質(zhì)資源向高值化、多元化、環(huán)境化和功能化利用的重要方式，對此，生物質(zhì)材料表面改性技術(shù)及其內(nèi)在作用機制是當(dāng)前生物質(zhì)復(fù)合材料領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容。等離子體改性技術(shù)以速度快、能量高、功能強、污染小等優(yōu)勢從眾多改性方法中脫穎而出，被廣泛應(yīng)用于改善生物質(zhì)復(fù)合材料的界面結(jié)合性能。等離子體技術(shù)基于對材料表面的活化作用以及表面刻蝕作用改善生物質(zhì)材料與其他異質(zhì)材料的界面相容性，進而提升農(nóng)林生物質(zhì)復(fù)合材料的物理力學(xué)性能。