等離子體改性處理增強農林生物質復合材料界面相容性

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

農林生物質材料（如木材、竹材、農作物秸稈等）作為天然的負碳材料，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。農林生物質材料來源廣泛、價格低廉，具有可降解、可再生等環境友好特性，具備比強度高、天然多孔道結構豐富等優點。通過物理和化學加工、尤其是復合技術等途徑，可以將生物質材料與樹脂、塑料、金屬、增強纖維等異質材料有效結合，獲得物化性能與機械力學強度優良的結構型或功能型復合材料。然而，生物質材料與大部分異質材料材料表面化學性質不同，直接進行復合難以獲得理想的結合強度，甚至在生產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層，對膠粘劑的滲透性和粘結性極為不利，再例如木纖維與熱塑性塑料的相容性差，直接復合制備得到的木塑復合材料在力學性能方面往往達不到使用要求。因此，如何有效提高生物質復合材料表界面結合力仍是當前研究的熱點問題。

等離子體技術可作為一種表面改性處理技術，可在幾秒鐘內，在不損傷材料自身機械力學強度的條件下對材料表面100nm以內的范圍進行處理，全程為氣-固相干式反應，不消耗水資源、無需添加化學試劑，環境負荷小，因此被廣泛應用于材料表面改性、表面清潔、表面鍍膜等領域。21世紀以來，利用等離子體技術提高生物質復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林生物質復合材料界面相容性的機理

等離子體通常作用于材料表層，根據等離子能量密度不同及激發粒子反應性的不同，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材料表面化學鍵的斷裂和重組，使其發生刻蝕、蒸發、交聯、降解、氧化等反應。從已報道的研究結果可知，利用等離子體改性生物質材料表面提升復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材料表面形成納米級刻痕和凹坑，有利于膠粘劑與生物質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材料與膠粘劑等聚合物之間產生化學交聯作用。

生物質復合材料的開發是促進生物質資源向高值化、多元化、環境化和功能化利用的重要方式，對此，生物質材料表面改性技術及其內在作用機制是當前生物質復合材料領域的主要研究內容。等離子體改性技術以速度快、能量高、功能強、污染小等優勢從眾多改性方法中脫穎而出，被廣泛應用于改善生物質復合材料的界面結合性能。等離子體技術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材料與其他異質材料的界面相容性，進而提升農林生物質復合材料的物理力學性能。