等离子体处理杨木表面改性研究

论文摘要

本论文以低温等离子体处理杨木改变表面特性为切入点,采用五种不同气体等离子体处理杨木,探索杨木表面润湿性能的改变,并利用低温等离子体引发杨木表面接枝聚合丙烯酸,来更加优化表面特性,使改性后的性能保持稳定,提高时效性。本课题旨在做一个全面系统的木材表面改性的研究。论文研究了氦气（He）、氩气（Ar）、氮气（N2）、空气（air）和氧气（O2）五种不同气体等离子体处理杨木。五种气体等离子体改善杨木表面润湿性的效果的顺序为：氩气≈氦气>氮气>氧气>空气。最佳等离子体处理时间为3min,等离子体处理后杨木表面接触角比未处理的杨木降幅高达92%。等离子体处理后的杨木单板放置一段时间后,这种被优化后的表面性能也逐渐退化。尽管没有完全恢复到未处理前的表面性能,那是等离子体处理杨木表面产生刻蚀的原因。可见等离子体处理杨木单板还存在时效性的问题。研究了杨木单板的表面形貌及相对自由基浓度。等离子体处理后,原先光滑整齐的表面结构被等离子体刻蚀成了一种粗化面,甚至出现了凸起,并可见一些纵横交错的网状结构。经过等离子体处理后,杨木单板的相对自由基浓度迅速增大,不同气氛等离子体处理杨木单板所产生的自由基数量大小是不相同的,顺序如下氦气≈氩气>氮气>空气>氧气。研究了低温等离子体引发杨木表面接枝聚合丙烯酸。接枝聚合反应最佳工艺参数为：温度为50度,浓度为6mol/L,接枝聚合时间为8小时。将接枝聚合后的杨木放置一段时间,接枝改性后的杨木表面接触角都维持在17°左右。可见,杨木单板表面确实是接枝上了亲水性基团,这就彻底解决了等离子体处理杨木效果不稳定的现象。最后,论文对接枝改性后杨木单板的表面形貌及表面化学成分进行了研究。发现接枝聚合丙烯酸后,杨木表面原有的凹凸不平的粗化面和颗粒状杂质基本消失,表面出现光滑的凹凸表面,如涂了一层覆盖物。用FTIR分析发现2938 cm-1处出现了新的羟基特征峰,这个特征峰乃是羧酸羟基O-H伸缩振动峰。828 cm-1处出现了新的特征峰,为δ—C=C-H面外弯曲振动,可见接枝聚合后,杨木单板表面的化学组成发生了很大的变化。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外相关研究动态
• 1.2.1 等离子体表面处理技术的研究动态
• 1.2.2 等离子体接枝聚合的研究现状
• 1.3 本论文的研究目的、研究内容和创新点
• 1.3.1 本论文的研究目的
• 1.3.2 本论文的研究内容
• 1.3.3 本论文的创新点
• 2 不同气体等离子体处理杨木的表面润湿性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 表面润湿性能的表征方法
• 2.3 试验材料和方法
• 2.3.1 试验材料
• 2.3.2 试验设备
• 2.3.3 试验方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 不同气体等离子体处理杨木表面润湿性能研究
• 2.4.2 等离子体处理杨木的最佳时间的探索
• 2.4.3 等离子体处理杨木的时效性研究
• 2.5 小结
• 3 五种不同气体等离子体改性后杨木的表面自由基浓度
• 3.1 自由基概述
• 3.2 电子自旋共振波谱
• 3.2.1 电子自旋共振波谱概述
• 3.2.2 电子自旋共振波谱基本原理
• 3.2.3 自旋浓度的测量
• 3.3 试验材料和方法
• 3.3.1 试验材料
• 3.3.2 试验设备
• 3.3.3 试验方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.5 小结
• 4 等离子体处理对杨木表面形貌的影响
• 4.1 扫描电子显微镜
• 4.2 试验材料和方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验设备
• 4.2.3 试验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 5 低温等离子体引发杨木表面接枝聚合丙烯酸
• 5.1 前言
• 5.2 评价接枝反应的方法
• 5.3 试验材料和方法
• 5.3.1 试验材料
• 5.3.2 试验设备
• 5.3.3 试验方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 接枝改性后杨木的表面润湿性能
• 5.4.1.1 温度对表面润湿性的影响
• 5.4.1.2 丙烯酸浓度对表面润湿性的影响
• 5.4.1.3 接枝时间对表面润湿性的影响
• 5.4.2 接枝改性后杨木的表面接枝率
• 5.4.2.1 温度对表面接枝率的影响
• 5.4.2.2 丙烯酸浓度对表面接枝率的影响
• 5.4.2.3 接枝时间对表面接枝率的影响
• 5.4.3 接枝改性后杨木表面效果的时效性
• 5.5 小结
• 6 接枝改性后杨木的表面形貌及表面化学成分分析
• 6.1 傅立叶红外光谱（FTIR）
• 6.2 试验材料和方法
• 6.2.1 试验材料
• 6.2.2 试验设备
• 6.2.3 试验方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 接枝改性对杨木表面形貌的影响
• 6.3.2 接枝改性后杨木表面化学组成成分分析
• 6.4 小结
• 7 总结论
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract