等離子體改性提高塑膜增強(qiáng)柚木柔性薄木的膠合性能機(jī)理1)

彭曉瑞　張占寬

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，北京,100091)

我國(guó)是木制品制造大國(guó)，但珍貴木材資源供不應(yīng)求現(xiàn)象極為顯著。由此采用柔性裝飾薄木進(jìn)行木制品表面飾面，可有效提高珍貴木材利用率和產(chǎn)品附加值[1-3]。本項(xiàng)目組研發(fā)的以聚乙烯膜作為增強(qiáng)和膠黏材料的新型塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木，其制作和貼面過(guò)程中均無(wú)需施膠，成本低，無(wú)甲醛，環(huán)保性好，具有廣闊的市場(chǎng)前景[4]。而由于聚乙烯膜與裝飾薄木極性差異大，極易造成復(fù)合界面結(jié)合性能差的問(wèn)題，不利于工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用[5-6]。

等離子體改性是利用等離子體中的活性粒子對(duì)材料表面進(jìn)行物理刻蝕，或?qū)⒉牧媳砻嬉胩囟ɑ瘜W(xué)官能團(tuán)而形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)層或表面自由基，從而提高復(fù)合界面結(jié)合特性的一種有效手段[7-10]。其作用深度僅涉及材料表面幾到數(shù)十納米，材料本體性能則幾乎不受影響，目前在楊木、杉木、松木等速生材及竹材表面處理中應(yīng)用廣泛[8-11]。由此，采用等離子體改性珍貴木材裝飾薄木和塑膜表面以提高其界面結(jié)合性能，具有極大的可行性[12-14]。

人工林速生材與天然珍貴木材的密度、表面微觀構(gòu)造等差異顯著，且人工林速生材通常用作多層地板、門(mén)芯板等材料；而柔性裝飾薄木為天然珍貴薄木，通常厚度較薄，且對(duì)表面外觀質(zhì)量要求相對(duì)較高，因此對(duì)于等離子處理工藝條件也有相應(yīng)差別，目前尚無(wú)針對(duì)此類(lèi)的研究。筆者通過(guò)前期大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究得出[15]，等離子體處理天然珍貴木材表面的物理、化學(xué)改性效果均相對(duì)顯著，而基于柚木本身材質(zhì)特性，采用等離子體對(duì)其表面改性時(shí)與其他珍貴樹(shù)種木材裝飾薄木具有較大差異。由此筆者選用低密度聚乙烯(LDPE)膜和柚木裝飾薄木為試驗(yàn)對(duì)象，采用空氣介質(zhì)阻擋(DBD)低溫等離子體分別對(duì)其表面進(jìn)行改性處理后，制備聚乙烯膜增強(qiáng)柚木柔性裝飾薄木。通過(guò)對(duì)不同條件等離子體處理前后聚乙烯膜和柚木裝飾薄木的表面潤(rùn)濕性、表面元素(基團(tuán))摩爾分?jǐn)?shù)變化、微觀形貌特征的對(duì)比分析，深入研究等離子體改性提高聚乙烯膜增強(qiáng)柚木柔性裝飾薄木膠合性能的機(jī)理，旨為新型塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木的制備提供技術(shù)支持。

1　材料與方法

1.1　材料、試劑與儀器

柚木(Tectonagrandis)裝飾薄木，幅面為210 mm×210 mm，厚度0.2 mm，含水率10%，平均密度0.72 g/cm3，購(gòu)于北京東壩木材廠(chǎng)。實(shí)驗(yàn)前對(duì)薄木待膠合表面進(jìn)行光潔化處理。

LDPE薄膜，熔融溫度126 ℃，厚度0.03 mm，密度0.92 g/cm3，購(gòu)于河北雄縣雙龍塑業(yè)有限公司。實(shí)驗(yàn)前保證塑膜表面干凈清潔。

接觸角的測(cè)試液體為蒸餾水、二碘甲烷和脲醛樹(shù)脂(UF)膠，脲醛樹(shù)脂膠用以表征膠黏劑在裝飾薄木表面的動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性。二碘甲烷，化學(xué)純，密度3.32 g/cm3，結(jié)晶點(diǎn)5～6 ℃，相對(duì)分子質(zhì)量267.87，購(gòu)于上海市昊化化工有限責(zé)任公司。脲醛樹(shù)脂(UF)膠，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)50.13%，涂四杯黏度(20 ℃)為41 s-1，動(dòng)力粘度為158 Pa·s，pH值7.5，密度1.16 g/cm3，北京太爾化工有限公司提供。

介質(zhì)阻擋低溫等離子體處理裝置，南通達(dá)因電子有限公司提供，裝置放電功率控制在1～4 kW，最大進(jìn)給速度為10 m·min-1，處理氣氛為空氣。

卓上型G-12平壓熱壓機(jī)，日本東京；JC2000型靜滴接觸角測(cè)定儀，上海中晨樹(shù)脂技術(shù)設(shè)備有限公司；Thermo escalab 250Xi型X射線(xiàn)光電子能譜儀(XPS)，Thermo Fisher Scientific；S-4800冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本日立公司；MWD-w 10微機(jī)控制人造板萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南時(shí)代試金試驗(yàn)機(jī)有限公司。

1.2　方法

1.2.1柚木裝飾薄木與聚乙烯膜表面等離子體改性潤(rùn)濕性能測(cè)試

柚木裝飾薄木與塑膜經(jīng)處理功率為1、2、3和4 kW，處理速度為3、4、5和6 m·min-1等離子體改性后進(jìn)行表面密封處理，且在處理后1 h內(nèi)，采用靜態(tài)液滴法對(duì)薄木和聚乙烯膜表面蒸餾水(代表極性液體)、二碘甲烷(代表非極性液體)接觸角和脲醛樹(shù)脂膠黏劑進(jìn)行切線(xiàn)法測(cè)量[16-19]。每個(gè)試驗(yàn)測(cè)試10個(gè)點(diǎn)，取平均值。為表征動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性，以25張/s的速度從液體即將滴于樣品表面開(kāi)始記錄，總共拍攝110 s。測(cè)定UF膠在柚木薄木表面0、10、20、40、60、80和100 s時(shí)的接觸角，其中以0和100 s時(shí)的接觸角分別為UF膠黏劑在裝飾薄木表面的瞬時(shí)接觸角和平衡接觸角。根據(jù)S-D模型及相關(guān)文獻(xiàn)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性[20]。

采用Owens二液法[21]計(jì)算柚木和塑膜表面自由能。采用幾何方程、調(diào)和方程或Young-Good-Girifalco-Fowkes方程，結(jié)合接觸角數(shù)據(jù)計(jì)算固體表面能[22-25]。

1.2.2柚木裝飾薄木與聚乙烯膜表面等離子體改性元素(基團(tuán))摩爾分?jǐn)?shù)測(cè)定

在潤(rùn)濕性能優(yōu)化工藝條件下，采用等離子體分別對(duì)柚木薄木和聚乙烯膜表面進(jìn)行改性處理后1 h內(nèi)，將試樣裁切為20 mm×5 mm進(jìn)行封樣，利用X射線(xiàn)光電子能譜儀分別測(cè)試兩種材料表面改性前后的元素(基團(tuán))摩爾分?jǐn)?shù)變化。在XPS分析中，對(duì)于特定的單色激發(fā)源和原子軌道，其光電子的能量是具有一定特征的。因此可根據(jù)光電子的結(jié)合能定性分析LDPE膜和柚木薄木的元素種類(lèi)[26-29]。

1.2.3柚木裝飾薄木與聚乙烯膜表面等離子體改性表面微觀形貌觀測(cè)

在優(yōu)化功率下，以3、6 m·min-1的進(jìn)料速度分別對(duì)柚木薄木和聚乙烯膜表面進(jìn)行等離子體處理2 h內(nèi)，將不同處理?xiàng)l件下的柚木裝飾薄木和LDPE膜裁切成10 mm×10 mm×0.2 mm，貼于工作臺(tái)上。對(duì)試件表面進(jìn)行噴金處理后，采用掃描電鏡SEM對(duì)試樣表面進(jìn)行觀測(cè)[30-32]。SEM操作條件為真空度5.6×10-3Pa，電壓15 kV。

1.2.4不同工藝條件下聚乙烯膜與柚木裝飾薄木熱壓復(fù)合剝離強(qiáng)度測(cè)試

在優(yōu)化等離子體工藝參數(shù)下，分別進(jìn)行聚乙烯膜和裝飾薄木均未經(jīng)等離子體處理、僅聚乙烯膜經(jīng)等離子體處理、僅裝飾薄木經(jīng)等離子體處理、聚乙烯膜和裝飾薄木均經(jīng)等離子體處理的4種工藝方案下的熱壓復(fù)合試驗(yàn)(熱壓復(fù)合均在等離子體處理后1 h內(nèi)進(jìn)行)，測(cè)試不同工藝條件下兩者的剝離強(qiáng)度。剝離強(qiáng)度測(cè)試參照GB/T 2791—1995《膠黏劑T剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法撓性材料對(duì)撓性材料》進(jìn)行[33]，每個(gè)試驗(yàn)水平下取5個(gè)試件，結(jié)果取其平均值。

1.2.5最優(yōu)工藝條件下聚乙烯膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木相關(guān)性能驗(yàn)證

以試驗(yàn)研究得出的最優(yōu)等離子體處理工藝參數(shù)制備柚木柔性薄木，測(cè)試其柔韌性、浸漬剝離強(qiáng)度、橫向抗拉強(qiáng)度等，全面衡量等離子體處理對(duì)聚乙烯膜增強(qiáng)柚木柔性薄木膠合性能的影響。

橫向抗拉強(qiáng)度、柔韌性、浸漬剝離性能均參照林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 2879—2017《裝飾微薄木》進(jìn)行，其等離子體處理前后各取試件數(shù)為5、6、6個(gè)，結(jié)果取平均值。

2　結(jié)果與分析

2.1　等離子體處理對(duì)聚乙烯膜和柚木裝飾薄木表面潤(rùn)濕性的影響

2.1.1對(duì)柚木裝飾薄木的影響

木材為多孔性高分子材料，有研究表明，其表面潤(rùn)濕性直接反應(yīng)了膠黏劑等在其表面的接觸、鋪展和滲透過(guò)程[33]。一般而言，接觸角越小，膠黏劑越易滲透鋪展至裝飾薄木內(nèi)部，從而有利于增大膠合面積，提高膠合強(qiáng)度。如表1所示，等離子體改性可減小柚木薄木表面接觸角，速度一定條件下，處理功率1～2 kW時(shí)的接觸角降幅相對(duì)3～4 kW明顯較小。且當(dāng)功率為1 kW，處理速度6 m·min-1時(shí)，表面接觸角降幅最小，僅降低了8.09%。當(dāng)功率3 kW，處理速度3 m·min-1時(shí)，柚木裝飾薄木表面接觸角最小，比未處理時(shí)減小了33.57°，降幅相對(duì)最大，約為26.05%。相同功率條件下，隨著處理速度的減慢，等離子處理時(shí)間逐漸加長(zhǎng)，能量強(qiáng)度升高，柚木裝飾薄木表面接觸角降幅明顯，一般而言，當(dāng)?shù)入x子體處理速度為6 m·min-1時(shí)，裝飾薄木表面潤(rùn)濕性能改善相對(duì)較弱。

表1　等離子體處理功率和速度對(duì)柚木表面接觸角的影響

K為動(dòng)態(tài)衰減速率系數(shù)，主要用以表征不同樹(shù)種裝飾薄木表面UF膠黏劑的動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性能好壞，K值越大，表明接觸角達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間越短，膠黏劑在材料表面的鋪展和滲透的速率越快，動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性能越好，反之則動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性越差。如圖1所示，柚木裝飾薄木表面經(jīng)等離子體改性處理后，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，其接觸角不斷下降。處理功率1～3 kW時(shí)，隨著放電功率的增大，K值不斷增大。當(dāng)處理功率為1 kW時(shí)，膠液在柚木裝飾薄木表面需40 s后達(dá)到平衡，K值比未處理時(shí)僅增加了不到1倍；當(dāng)處理功率2～3 kW時(shí)，膠液經(jīng)20 s可在柚木裝飾薄木表面充分鋪展?jié)B透，K值逐漸增至最大值；尤其當(dāng)放電功率3 kW時(shí)，其不同處理速度下K值可增加到0.192 33～0.237 93，增大了4.08～5.29倍。一般而言，相同處理功率下，等離子體處理速度為3～4 m·min-1時(shí)的K值明顯大于處理速度為5～6 m·min-1。由此，對(duì)柚木的等離子體改性處理中，應(yīng)選取處理功率3 kW，處理速度3 m·min-1。

表2　不同等離子體功率和速度處理下柚木薄木表面潤(rùn)濕性

表2顯示，未經(jīng)等離子體處理的柚木裝飾薄木表面自由能相對(duì)較低，僅為14.56 mJ·m-2；經(jīng)等離子體改性處理后，其表面自由能呈增大趨勢(shì)。當(dāng)?shù)入x子體處理功率1 kW時(shí)，表面能增幅相對(duì)較小，此時(shí)處理速度的交互影響相對(duì)明顯，即當(dāng)進(jìn)給速度3 m·min-1時(shí)，表面能相對(duì)略大，但仍比功率為3 kW時(shí)小13.95%；當(dāng)處理功率為3 kW時(shí)，柚木裝飾薄木表面自由能增幅顯著，且當(dāng)處理速度為3 m·min-1時(shí)達(dá)最大值，為未處理時(shí)的2.28倍。柚木裝飾薄木表面能的增加主要是由于色散力增加所致。等離子體處理功率4 kW時(shí)柚木表面自由能增幅相對(duì)3 kW有所下降，可能與處理功率過(guò)大而使柚木表面部分活性基團(tuán)有所消耗及大量侵填體析出、局部包裹細(xì)胞壁組織有關(guān)；且該等離子體雖然屬于低溫等離子體，但其溫度區(qū)間有可能在120～140 ℃，柚木表面低溫炭化效應(yīng)也是造成自由能下降的可能原因。

2.1.2對(duì)聚乙烯膜的影響

由表3可看出，未經(jīng)等離子體改性的聚乙烯膜表面水和二碘甲烷接觸角相對(duì)較大，分別為89.02°和57.13°，經(jīng)等離子體處理后其表面水和二碘甲烷接觸角均明顯下降。當(dāng)處理功率1～3 kW時(shí)，隨著放電功率的增大，聚乙烯膜表面接觸角降幅不斷增大。當(dāng)功率3 kW，處理速度3 m·min-1時(shí)，其表面接觸角降幅最顯著，表面水接觸角可降低至56.12°，下降了36.96%；二碘甲烷接觸角可降至22.08°，下降了61.35%。當(dāng)處理功率為3～4 kW時(shí)，隨著放電功率的增大，聚乙烯膜表面接觸角基本趨于穩(wěn)定。與柚木薄木相同，一般而言，等離子體處理功率一定時(shí)，隨著處理速度的減慢，聚乙烯膜表面接觸角降幅逐漸增大。當(dāng)處理功率為4 kW時(shí)，聚乙烯膜表面水接觸角與3 kW基本趨于一致，表明3 kW下等離子體能量對(duì)聚乙烯膜表面物理和化學(xué)作用基本已達(dá)到飽和。

圖1　不同等離子體處理?xiàng)l件下UF膠在柚木裝飾薄木動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性能

表3　等離子體處理前后聚乙烯膜表面接觸角

由表4可看出，未經(jīng)等離子體處理的聚乙烯膜表面自由能相對(duì)較小，僅30.61 mJ·m-2，采用不同條件等離子體改性處理后，聚乙烯膜表面自由能增加顯著。當(dāng)放電功率1～3 kW時(shí)，其表面能隨放電功率增大而不斷增加；當(dāng)功率3～4 kW時(shí)，表面能趨于穩(wěn)定，此結(jié)論與接觸角變化情況相吻合。當(dāng)?shù)入x子體功率3 kW，處理速度3 m·min-1時(shí)，聚乙烯膜表面自由能達(dá)到最大值，約53.39 mJ·m-2，增加了74.42%；此時(shí)極性力的增加相對(duì)色散力更明顯，比未處理增加了約3.91倍，色散力僅增加了38.71%。當(dāng)放電功率一定時(shí)，隨著處理速度的降低，其表面自由能和極性力均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，色散力變化不明顯。等離子體放電功率越大、處理速度越慢，其對(duì)聚乙烯膜表面作用的電子、離子等能量越強(qiáng)，造成聚乙烯膜表面物理刻蝕現(xiàn)象越明顯，表面潤(rùn)濕性大大改善。

以上分析說(shuō)明，當(dāng)處理功率3 kW、處理速度3 m·min-1時(shí)，柚木裝飾薄木和聚乙烯膜表面潤(rùn)濕性改善均相對(duì)顯著，柚木薄木表面水接觸角下降了26.05%，表面能提高了1.28倍，以色散力為主；聚乙烯膜表面水接觸角下降了36.96%，自由能增加了74.42%，且以極性力為主，增幅約為色散力的10倍，極性力增幅比柚木裝飾薄木明顯。因此，為了適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)，簡(jiǎn)化參數(shù)調(diào)整和操作工序，可選用處理功率3 kW、處理速度3 m·min-1的處理?xiàng)l件進(jìn)行聚乙烯膜表面改性處理。

表4　低密度聚乙烯膜表面自由能

2.2　等離子體處理對(duì)聚乙烯膜和柚木裝飾薄木表面元素(基團(tuán))變化的影響

2.2.1對(duì)柚木裝飾薄木的影響

低溫等離子體處理柚木裝飾薄木表面，其主要元素(基團(tuán))沒(méi)有變化，均為C、O和少量Ca元素，且n(C1)∶n(C2)相對(duì)較大，但C、O的化學(xué)價(jià)態(tài)均有所改變。如表5和圖2所示，經(jīng)等離子體處理后，柚木薄木C1(C—C鍵和C—H鍵)摩爾分?jǐn)?shù)從79.6%增加到86%，C2(C—O鍵)摩爾分?jǐn)?shù)則從17.1%減少到10.5%，C3(CO鍵)摩爾分?jǐn)?shù)基本不變。n(O)∶n(C)由19.05%降低到15.14%，降低了20.52%；且處理前后O2(O—C)摩爾分?jǐn)?shù)均明顯大于O1(OC)摩爾分?jǐn)?shù)，一定程度上說(shuō)明柚木裝飾薄木表面主要為C—O單鍵，少部分O與C元素以雙鍵結(jié)合,且等離子體處理后，n(O1)∶n(O2)增幅較小，表面氧化反應(yīng)薄弱。以上表明柚木薄木表面化學(xué)成分主要以木質(zhì)素和各種抽提物的分布為主，等離子體處理其表面并未發(fā)生大量氧化反應(yīng)，而是以—C—H結(jié)合的其他化學(xué)反應(yīng)為主，主要與柚木內(nèi)部木質(zhì)素豐富、經(jīng)等離子體改性可析出大量抽提物和侵填體而使其表面鈍化有關(guān)。而已有研究說(shuō)明柚木在干燥過(guò)程中，內(nèi)部侵填體和樹(shù)膠等抽提物在高溫作用下極易隨水分遷移到木材表面，從而使柚木單板表面鈍化[26]，因此本實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理。

表5　柚木裝飾薄木等離子體處理前后各元素XPS分析

圖2　柚木裝飾薄木表面C譜圖XPS分析

2.2.2對(duì)聚乙烯膜的影響

由表6和圖3可知，未經(jīng)處理LDPE膜的主要元素(基團(tuán))為C元素，還有少量O—C單鍵和OC雙鍵；經(jīng)等離子體改性后，O元素摩爾分?jǐn)?shù)明顯增多，比未處理時(shí)增加了10.72倍；n(O)∶n(C)增幅顯著，比未處理聚乙烯膜增大了13.11倍，也明顯高于柚木裝飾薄木本身表面氧化程度。這表明等離子體改性處理聚乙烯膜表面一定程度上改變了聚乙烯膜本身的非極性結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生部分化學(xué)鍵斷裂和大量含氧官能團(tuán)和過(guò)氧化物的生成，增加了表面化學(xué)活性；同時(shí)可降低聚乙烯膜熔融黏度和初黏性，極有利于聚乙烯膜熔融滲透進(jìn)入裝飾薄木細(xì)胞組織中與極性裝飾薄木形成有效膠釘結(jié)構(gòu)，從而提高界面結(jié)合性能。

表6　等離子體處理前后聚乙烯膜n(O)∶n(C)元素狀態(tài)

圖3　聚乙烯膜表面C譜圖

2.3　等離子體處理聚乙烯膜與柚木裝飾薄木的表面微觀形貌

2.3.1等離子體改性柚木裝飾薄木表面微觀形貌

由等離子體處理前后柚木薄木電鏡圖(圖4)可看出，未處理的柚木裝飾薄木表面光滑，木纖維壁薄且能看到連續(xù)明顯的分隔木纖維，而經(jīng)等離子體處理后，柚木表面可見(jiàn)凹陷溝槽，局部會(huì)出現(xiàn)間斷或連續(xù)的交錯(cuò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分隔木纖維結(jié)構(gòu)變粗，尤其當(dāng)?shù)入x子體處理速度為3 m·min-1時(shí)，柚木裝飾薄木在細(xì)胞壁與胞間層之間出現(xiàn)了沿切線(xiàn)方向排列的空穴，表面刻蝕最明顯。這主要是由于DBD等離子體中高能量的帶電粒子對(duì)柚木薄木表面進(jìn)行轟擊濺射，使其內(nèi)部化學(xué)鍵斷裂并脫去小分子碎片，從而改變了裝飾薄木表面的物理結(jié)構(gòu)，表面粗糙度增加。

a.未處理　　　　　　　　　　　　b.3 kW,6 m·min-1　　　　　　　　　c.3 kW,3 m·min-1

2.3.2等離子體改性處理聚乙烯膜表面形貌SEM

等離子體對(duì)聚乙烯膜表面同樣會(huì)產(chǎn)生蝕刻作用，增加表面粗糙度。從圖5可看出，聚乙烯膜表面未經(jīng)處理時(shí)光滑平整無(wú)褶皺，而經(jīng)3 kW、3 m·min-1等離子體處理后，表面出現(xiàn)紋理不一的粗化面，局部出現(xiàn)微小凹陷。這些表面微觀構(gòu)造物理變化可改善材料潤(rùn)濕性和親水性能，一定程度上有利于提高聚乙烯膜與裝飾薄木之間的界面膠合。

2.4　等離子體改性對(duì)聚乙烯膜與柚木裝飾薄木熱壓復(fù)合剝離強(qiáng)度的影響

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，等離子體改性聚乙烯膜和柚木表面最優(yōu)條件均為等離子體處理功率3 kW，處理速度3 m·min-1。為了進(jìn)一步研究非極性的聚乙烯膜和極性柚木薄木經(jīng)等離子體處理對(duì)兩者熱壓復(fù)合材料膠合性能的影響，分別在優(yōu)化工藝條件下進(jìn)行4種不同工藝方案的熱壓復(fù)合試驗(yàn)，具體見(jiàn)表7，剝離強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表8。

可以看出，當(dāng)聚乙烯膜與柚木裝飾薄木表面均未做改性處理時(shí)，兩者之間復(fù)合的剝離強(qiáng)度僅為0.29 kN·m-1，明顯低于其他3種情況；僅對(duì)聚乙烯膜或裝飾薄木某面進(jìn)行等離子體處理后制備的柔性裝飾薄木，其剝離強(qiáng)度均相對(duì)提高，且對(duì)聚乙烯膜表面進(jìn)行改性時(shí)的剝離強(qiáng)度優(yōu)于對(duì)裝飾薄木改性。本實(shí)驗(yàn)條件下，聚乙烯膜化學(xué)改性主要體現(xiàn)為與激發(fā)態(tài)的氧原子反應(yīng)，在其表面形成大量含氧官能團(tuán)(其量比遠(yuǎn)大于柚木裝飾薄木)，可與裝飾薄木表面形成的自由基或不飽和基反應(yīng)，從而結(jié)合到大分子鏈上形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化學(xué)基團(tuán)[30-31]，本結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)等離子體的化學(xué)作用比物理作用對(duì)材料表界面結(jié)合特性改善更加有效，且等離子體改性聚乙烯薄膜表面大量極性含氧基團(tuán)的生成，是等離子體改性處理有效提高柚木柔性裝飾薄木界面結(jié)合性能的主要原因。同時(shí)對(duì)聚乙烯膜和裝飾薄木膠合面進(jìn)行等離子體改性后的剝離強(qiáng)度相對(duì)最優(yōu)，達(dá)0.49 kN·m-1，主要由于等離子體處理使聚乙烯膜表面活性含氧基團(tuán)有效增加，有利于其與極性的裝飾薄木發(fā)生一定的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)；且兩者表面經(jīng)改性處理后表面潤(rùn)濕性提高，粗糙度增大，熱壓復(fù)合形成的有效膠合面積增大，“膠釘”數(shù)量增多且結(jié)構(gòu)牢固，從而極大提高其剝離強(qiáng)度。

表7　不同工藝方案最優(yōu)熱壓條件與參數(shù)

表8　等離子處理對(duì)聚乙烯膜增強(qiáng)柚木柔性裝飾薄木剝離強(qiáng)度的影響

a.未處理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　b.處理后

2.5　等離子體改性對(duì)聚乙烯膜增強(qiáng)柚木柔性薄木相關(guān)性能的影響

在最優(yōu)工藝參數(shù)：熱壓壓力0.8 MPa、熱壓溫度135 ℃、熱壓時(shí)間150 s、等離子體處理速度為3 m·min-1、等離子體處理功率為3 kW條件下制備塑膜增強(qiáng)柚木裝飾薄木，并分別測(cè)試其柔韌性、剝離強(qiáng)度、浸漬剝離強(qiáng)度、橫向抗拉強(qiáng)度等理化指標(biāo)。驗(yàn)證結(jié)果列于表9。

表9　最優(yōu)工藝條件下柚木柔性薄木的性能

兩種條件下的柚木柔性薄木表面均無(wú)透膠現(xiàn)象；柔韌性一致，鋼棒直徑僅4 mm；兩者橫向抗拉強(qiáng)度也均相對(duì)較高；未經(jīng)等離子體處理塑膜增強(qiáng)柚木柔性裝飾薄木剝離強(qiáng)度相對(duì)較差，機(jī)械嚙合結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；且等離子體處理的塑膜增強(qiáng)柔性裝飾微薄木耐水性相對(duì)更加優(yōu)異，性能和質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，其浸漬剝離強(qiáng)度試驗(yàn)可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類(lèi)要求。

未經(jīng)等離子體處理的塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木熱壓溫度可達(dá)到150 ℃，極易造成塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木熱壓復(fù)合卷曲變形現(xiàn)象。而采用等離子體改性預(yù)處理制備塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木，由于塑膜初黏性下降及其與裝飾薄木兩者表面粗糙度增加和大量活性官能團(tuán)的生成，均有利于塑膜與裝飾薄木在較低溫度實(shí)現(xiàn)有效膠合，因此其熱壓溫度可降低至135 ℃，在降低生產(chǎn)能耗的同時(shí)，可緩解卷曲變形現(xiàn)象。

3　結(jié)論

等離子體處理可使柚木薄木和聚乙烯膜表面產(chǎn)生物理刻蝕，表面粗糙度增大，表面潤(rùn)濕性能改善，這對(duì)兩者的熱壓膠合性能有重要作用。且當(dāng)處理功率3 kW，處理速度3 m·min-1時(shí)，薄木與聚乙烯膜的潤(rùn)濕性改善均最明顯，其接觸角分別降低了26.05%和36.96%，表面自由能分別提高1.28倍和74.42%，前者主要與色散力有關(guān)，后者則為極性力增大所致。

等離子體處理后的聚乙烯膜表面極性基團(tuán)生成活躍和初黏性降低是提高聚乙烯膜增強(qiáng)柚木裝飾薄木膠合強(qiáng)度的最主要原因。聚乙烯膜表面經(jīng)等離子體改性后n(O)∶n提高了13.11倍，表面活性基團(tuán)生成活躍，有利于改善其與裝飾薄木之間的界面結(jié)合特性。而柚木裝飾薄木n(O)∶n(C)則降低了20.52%，氧化反應(yīng)薄弱，主要與柚木內(nèi)部含大量侵填體有關(guān)。

等離子體改性可顯著提高柚木增強(qiáng)柔性裝飾薄木的剝離強(qiáng)度，與未處理相比可提高68.96%。且此條件下柚木柔性裝飾薄木的柔韌性可達(dá)到鋼棒直徑4 mm，橫向抗拉強(qiáng)度達(dá)4.12 MPa，浸漬剝離性能可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)I類(lèi)要求。