冷等离子体处理对棉秆无胶纤维板性能影响

人造板无胶胶合技术的研究 20世纪40年化合物的氧化、硝化、水解、缩聚、脱水降解及其自由基引发等)产生类似于胶粘剂的物质而使被胶合材料..

  人造板无胶胶合技术的研究     20世纪40年化合物的氧化、硝化、水解、缩聚、脱水降解及其自由基引发等)产生类似于胶粘剂的物质而使被胶合材料在热压条件下胶粘成板。目前，国内外研究无胶人造板主要是采用化学药剂处理植物纤维原料，以提高其表面活性，实现无胶胶合。根据所用的化学药剂及其对表面的活化作用不同，可分为以下几种方法：(1)氧化结合法：原料表面经化学药剂(如硝酸、高碘酸盐等)氧化处理，然后进行热压成板。为了提高板材物理力学强度和耐水性能，通常还要加入适量的增强剂和防水剂(如马来酸酐等)；(2)自由基引发法：主要采用过氧化物和含有铁离子的盐类等化学试剂原料，使其表面活化产生自由基，然后在温度和压力的作用下，促使自由基聚合而胶合成板：(3)酸催化缩聚法：利用酸(常用硫酸)的作用，使原料表面木素或碳水化合物部分降解，然后使降解产物缩聚形成界面结合而胶结成板；(4)碱溶液活化法：利用碱溶液处理(如氢氧化纳、氢氧化钾等)原料，使之活化，改善了原料界面特性，促进了胶合。采用化学药剂处理可显著提高无胶胶合产品的物理力学性能，但却不可避免地带来了化学药剂的残留问题，使无胶胶合材料的环保性能打了折扣。

本试验拟采用冷等离子体处理棉秆纤维，引发其表面自由基，制成无胶胶合纤维板，研究处理工艺对产品性能的影响，探索采用物理处理方法制备干法无胶纤维板的可行性。

1材料与方法

棉秆取自于江苏苏北地区，当年生，自然干燥(含水率为10％一16％)，经去皮、去髓和截断后待用。棉秆去皮去髓后，用粉碎机破碎成长度为2～3cm的单元，经蒸煮、热磨制成棉秆纤维。纤维筛分分布如图1。

将纤维在103oC烘箱中烘至绝干后放于HD-1B型冷等离子体改性设备中处理一定时间(处理条件：改性源为氧气，真空度l0Pa，起辉电压为200W)。处理后的纤维经调湿处理，使其含水率达到20％左右，再经铺装、热压制成板材(厚度4mm)。板材物理力学性能测定参照硬质纤维板国家标准GB12626．1～12626．9—90的规定进行j。纤维表面自由基浓度采用JES—FA200电子自旋共振波谱仪测定。

本文研究了棉秆纤维分别经冷等离子体处理1，2，…10min(每次间隔1rain)，对纤维表面自由基浓度以及板材性能的影响。棉秆无胶纤维板的制备工艺流程见图2。

2结果与分析

2．1冷等离子体处理时间对棉秆纤维表面自由基数量的影响

棉秆纤维经冷等离子体处理后表面相对自由基数量随时间的变化如图3所示。从图中可以得知，棉秆纤维经冷等离子体处理后表面相对自由基数量显著提高，且随着处理时间的延长而有所增加。处理7min后，纤维表面相对自由基数量比未处理纤维增加了50％左右。但是如果处理时间超过7min后，纤维表面相对自由基数量的增加已不明显。

对于冷等离子体对高分子材料表面改性的作用机理，一般认为冷等离子体中含有大量电子、离子，激发态的分子和原子、自由基及紫外光等活性粒子，这些活性粒子和高分子材料相互作用使材料表面发生氧化、还原、裂解、交联和聚合等各种物理和化学反应，从而优化材料表面性能，增加材料表面的吸湿性(或疏水性)、可染性、粘接性、抗静电性及生物相容性等。杜官本等在用等离子体处理木材表面的研究中认为，等离子体富含大量促进化学反应的极活泼物种，它们可使木材表面分子的共价键发生断裂而产生自由基，并探讨了等离子体引发木材表面自由基的机理。本文研究结果与之一致。

2．2冷等离子体处理对棉秆无胶纤维板性能的影响

选择未处理棉秆纤维和处理5min以及处理10min的棉秆纤维压制无胶纤维板(密度0．8cm，厚度4nm)，研究冷等离子体处理对棉秆无胶纤维板性能的影响，结果如表l所示

经冷等离子体处理过棉秆纤维制成的无胶纤维板强度有明显提高，达到硬质纤维板国家标准二级品的要求(≥29MPa)，这一结果可以证明冷等离子体处理可以改善棉秆纤维的表面活性。这可能是由于受冷等离子体活性物质作用后，木材表面分子的共价键发生断裂而产生自由基，抑或是木材表面分子与激发态氧分子自由基反应生成新的氧自由基、羟基自由基和氢自由基等，从而使纤维问的粘接性得到提高。然而，冷等离子体处理对于板材的吸水性却起了反作用。从表l可知，经冷等离子体处理过棉秆纤维制成的板材吸水率有一定程度的增加，可见，棉秆纤维经冷等离子体处理后，粘接性被提高的同时，其吸湿性也有所增加。因而，为了改善板材的吸水性应采取其他措施(如添加防水剂等)。此外，冷等离子体处理时间不宜过长，随着处理时间的延长，纤维表面自由基数量增加不明显，而板材强度变化也不明显，因此，处理时间不宜过长。

3结论

(1)棉秆纤维经冷等离子体处理后表面相对自由基数量显著提高，且随着处理时间的延长略有增加。

(2)经冷等离子体处理过棉秆纤维制成的无胶纤维板强度有明显提高，达到硬质纤维板国家标准二级品的要求，但是，板材吸水率却有一定程度的增加。

(3)随着处理H,~l'n7的延长，纤维表面自由基数量增加不明显，而板材强度变化亦不明显。因而，处理时间不宜过长。