周曉燕，陳敏智，杜官本

(1.南京林業(yè)大學材料科學與工程學院，南京210037;2.西南林業(yè)大學材料工程學院，昆明650224)

農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)研究進展

周曉燕1，陳敏智1，杜官本2

(1.南京林業(yè)大學材料科學與工程學院，南京210037;2.西南林業(yè)大學材料工程學院，昆明650224)

等離子體作為物質(zhì)的第四態(tài)，因其所含的電子、離子、電中性的分子、原子、光子、自由基等高能粒子作用于材料表面，會使材料表面性質(zhì)發(fā)生變化，如熱蝕、蒸發(fā)、交聯(lián)、降解、氧化等，在過去幾十年中被廣泛地用于高分子材料的表面改性。自20世紀90年代起，科研人員開始關(guān)注等離子體技術(shù)在農(nóng)林生物質(zhì)材料表面改性方面的應用研究，并取得了突破性進展。主要成果包括：揭示了等離子體處理提高農(nóng)林生物質(zhì)材料膠合性能的機理；開發(fā)了農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)；研制了農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性連續(xù)自動處理工業(yè)化設(shè)備。筆者在對該領(lǐng)域所取得研究成果進行綜述的基礎(chǔ)上，對未來農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)的研究重點和方向提出了意見和建議。

等離子體；表面改性；木材；竹材；農(nóng)作物秸稈

農(nóng)林生物質(zhì)材料主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，其表面富含極性官能團，與常用的合成樹脂膠(如脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂等)之間能形成有效膠合，但同時農(nóng)林生物質(zhì)材料表面也存在許多不利于膠合的因素。比如木材表面的鈍化，這種鈍化可能來自于外界環(huán)境的污染(如空氣中的灰塵顆粒沉積于木材表面)，也可能來自于木材自身物質(zhì)的污染，即切削加工后的木材表面隨著時間的延長，木材中疏水性抽提物(如樹脂、脂肪酸及其酯類、石蠟以及萜烯化合物等)會遷移到木材表面，大大降低了木材的表面能，影響了木材與合成樹脂之間的膠合[1-3]；再比如竹材外層的竹青組織表面覆蓋蠟質(zhì)層，嚴重影響了膠黏劑在其表面的潤濕性[4]，而膠黏劑在被粘接固體表面的潤濕性是形成良好膠合的必要條件；又比如由于大部分農(nóng)作物秸稈(如麥秸、稻草、玉米稈等)表面有高級脂肪族衍生物形成的角質(zhì)蠟狀膜、大量的二氧化硅和一定量的非極性抽提物，這些物質(zhì)都會對膠黏劑的滲透以及界面膠合強度的形成產(chǎn)生影響[5-7]，成為了制約農(nóng)作物秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)難題之一。可見，有必要對農(nóng)林生物質(zhì)材料表面進行改性處理，以實現(xiàn)其與膠黏劑之間的高效膠合，不僅可進一步改善產(chǎn)品品質(zhì)，也可減少膠黏劑使用量，大幅度降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。

目前，對農(nóng)林生物質(zhì)材料進行改性的方法有許多，概括起來，主要包括機械處理法(包括表面打磨、粉碎等處理)[1,8]、濕熱處理法[9]、輻射處理法(包括火焰、電暈、微波、等離子體等處理)[10-14]、化學處理法[15-16]以及生物處理法[17-19]等5種。上述這些方法各有特點，或改變材料表面的微觀結(jié)構(gòu)，或消除材料表面不利于膠合的物質(zhì)，或在材料表面引入極性官能團改善其表面活性等。其中，等離子體處理是利用等離子體中的高能粒子對材料表面的物理和化學作用，使材料表面化學鍵發(fā)生斷裂或重組，從而改善其表面的親水性、疏水性、黏合性以及吸附性等[20]。比較上述改性方法，等離子體表面改性技術(shù)具有速度快(氣體放電瞬間產(chǎn)生等離子體，有時幾秒鐘即可改變表面的性質(zhì))、溫度低(接近常溫)、能量高(等離子體是具有超常化學活性的高能粒子，在不添加催化劑的溫和條件下即可實現(xiàn)傳統(tǒng)熱化學反應體系所不能實現(xiàn)的反應)、功能強(僅涉及材料淺表面，一般處理深度在100 nm以內(nèi)，可在保持材料自身特性的同時，對納米尺度內(nèi)的表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)進行重構(gòu)，賦予材料表面新功能)以及環(huán)保型(等離子體作用過程是氣-固相干式反應，不消耗水資源、無需添加化學試劑，對環(huán)境無殘留物，具有綠色環(huán)保特征)等優(yōu)勢[21]。因而，在當今倡導清潔生產(chǎn)、節(jié)約資源的背景下，無需化學品、無需耗用大量水和能源、無需進行高成本廢水處理和對環(huán)境友好的低溫等離子體處理技術(shù)受到科研人員越來越多的關(guān)注。

根據(jù)有關(guān)文獻，將等離子體技術(shù)應用于農(nóng)林生物質(zhì)材料表面改性始于20世紀90年代，Cho等[22]首次利用等離子體技術(shù)對木材表面進行改性用于制造建筑材料，至今國內(nèi)外眾多科研人員在該領(lǐng)域的研究已有20多年。概括起來，主要在等離子體處理提高材料膠合性能的機理、材料表面等離子體改性技術(shù)的開發(fā)以及材料表面等離子體改性連續(xù)自動處理工業(yè)化設(shè)備研制方面取得了重要進展。

1 等離子體改性機理

等離子體是由基態(tài)和激發(fā)態(tài)的電子、離子和中性粒子組成的氣體混合物。用等離子體處理材料表面時，等離子體中各種形式的能量(如紅外線、可見光和紫外輻射能等)和各種粒子(如電子、離子、電中性的分子、原子、光子、自由基和激發(fā)態(tài)物質(zhì)等)作用于材料表面，使材料表面性質(zhì)發(fā)生變化，如熱蝕、蒸發(fā)、交聯(lián)、降解、氧化等[23]。

從眾多科研人員的研究成果分析可知，利用等離子體處理農(nóng)林生物質(zhì)材料表面可顯著提高其膠合性能。作用機理在于兩方面：一是等離子體中的高能粒子對農(nóng)林生物質(zhì)材料表面產(chǎn)生了刻蝕作用，使其表面出現(xiàn)了明顯的刻痕和微納尺度的凹坑，有利于提高膠黏劑在其表面的潤濕性；二是等離子體處理在農(nóng)林生物質(zhì)材料表面引入了大量極性官能團，這些官能團的增加有利于膠黏劑與農(nóng)林生物質(zhì)材料表面發(fā)生化學交聯(lián)作用，增強其與膠黏劑之間的膠合作用。

Jamali等[24]用等離子體處理木材細胞，發(fā)現(xiàn)經(jīng)等離子體處理后，木材的細胞壁被刻蝕變薄，次生壁上會形成小的凹孔，使胞間層與次生壁分開，具緣紋孔和半具緣紋孔會出現(xiàn)較大的孔洞。等離子體首先作用于木材表面最外層細胞的細胞壁，當這些大的孔洞出現(xiàn)后，底層細胞才出現(xiàn)顯著的刻蝕現(xiàn)象(圖1)。經(jīng)等離子體處理后，木材細胞壁內(nèi)的芳香族和脂肪族高聚物容易被等離子體降解，這是造成細胞壁刻蝕的主要原因。富含木質(zhì)素的胞間層刻蝕速度比細胞壁的其他層要慢。Konnerth等[25]研究了等離子體處理對云杉表面潤濕性的影響，證實表面潤濕性是評價宏觀膠合強度很好的指標，并通過納米壓痕技術(shù)確認經(jīng)等離子體處理后木材膠合性能的提高取決于外表層膠黏性質(zhì)的變化，而木材本身的強度不受影響。作者利用常壓介質(zhì)阻擋放電空氣等離子體處理麥秸表面，顯著改善了脲醛樹脂在麥秸表面的潤濕性。利用原子粒顯微鏡觀測到經(jīng)等離子體處理后麥秸纖維形成了許多在納米尺度范圍內(nèi)的細小凹坑(圖2)，這些凹坑的存在大大促進了脲醛樹脂在麥秸表面的滲透與擴散，并且有利于在麥秸與脲醛樹脂之間形成更多的細小膠釘，從而能顯著提高膠合強度[26]。有研究表明：膠黏劑在木材表面良好的浸潤性可以促進膠黏劑與木材表面的緊密接觸，從而形成良好的膠合。尤其是膠黏劑若能滲入木材細胞壁，與細胞壁物質(zhì)的緊密接觸，可能形成納米力學嵌合或與細胞壁中聚合物成分形成化學連接，形成互相滲透的聚合物網(wǎng)絡(luò), 有利于提高由于表面機械加工而受到損傷的界面層木材細胞的力學強度, 同時增加膠黏劑和木材的界面結(jié)合性能[27]。

a)未處理早材薄壁管胞；b)未處理晚材厚壁管胞；c)經(jīng)1 333 s等離子體處理后的早材，可看到管胞細胞壁變薄，圖中左側(cè)箭頭所指為表面含有樹脂的木射線；d)經(jīng)333 s等離子體處理后的晚材，可看到細胞壁上徑向和弦向排列的孔洞；e)經(jīng)1 333 s等離子體處理后的晚材，可看到次生壁被刻蝕；f)e圖中的放大區(qū)域，可見箭頭所指的胞間層和從胞間層到S3層呈放射狀的薄層圖1 北美紅杉等離子體處理前后橫切面[24]Fig. 1 Transverse surfaces of redwood (Sequoia sempervirens) before and after plasma treatment

圖2 麥秸纖維原子力顯微鏡照片[26]Fig. 2 AFM images of the wheat straw fiber surfaces (a. untreated samples b. subjected to a 30s plasma treatment)

等離子體中基本粒子的能量一般為幾個到幾十個電子伏特，如：電子0～20 eV，離子0～2 eV，亞穩(wěn)態(tài)粒子0～20 eV，紫外光/可見光3～40 eV。而常見高分子材料中典型的化學鍵鍵能如表1所示。由此可見，低溫等離子體中粒子的能量均略高于這些化學鍵的鍵能，足以引起這些化學鍵的斷裂或重組，使大分子降解，或使材料表面與外來的氣體或單體在等離子體的作用下發(fā)生反應[28]。

表1 典型化學鍵鍵能

Klarhofer等[29]用常壓介質(zhì)阻擋放電空氣和氬氣等離子體處理纖維素和木質(zhì)素，分析了等離子體處理引起的纖維素和木質(zhì)素表面化學性質(zhì)的變化。研究表明：含氧的等離子體能氧化木質(zhì)素，在其表面生成羥基、羰基和羧基等基團，能降解纖維素表面的羥基基團，形成碳氧雙鍵；而氬氣等離子體會導致木質(zhì)素和纖維素表面羥基基團的降解而形成雙鍵。Chen和杜官本等[30-32]利用常壓介質(zhì)阻擋放電空氣等離子體處理木質(zhì)單板，通過電子自旋共振波譜發(fā)現(xiàn)，單板表面經(jīng)等離子體處理后在木材表面產(chǎn)生了大量的自由基，顯著提高了其表面的反應活性(圖3)。光電子能譜分析表明，單板表面經(jīng)等離子體處理后含氧官能團顯著增加，表面極性基團增加，有利于在膠黏劑固化過程與脲醛樹脂膠中的共聚物發(fā)生交聯(lián)，形成化學共價鍵，從而增強界面膠合強度。

圖3 不同處理功率和速率下楊木單板表面自由基濃度[30-31]Fig. 3 Concentration of free radicals on poplar veneer under different treatment power and treatment rate

綜上所述，通過等離子體中的電子、離子、原子、分子以及光子等高能量活性粒子對農(nóng)林生物質(zhì)材料表面的刻蝕作用，改變其表面微觀結(jié)構(gòu)，并在其表面引入大量極性基團，形成具有特殊納米尺度刻痕的高活性表面層，大幅度提高了膠黏劑在農(nóng)林生物質(zhì)材料表面的潤濕性，從而有效地提高了農(nóng)林生物質(zhì)材料與膠黏劑之間的膠合強度。

2 等離子體改性技術(shù)

國內(nèi)外研究人員已開發(fā)了多種農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)，如微波等離子體、介質(zhì)阻擋放電等離子體、射頻放電等離子體、電暈放電等離子體和輝光放電等離子體等改性技術(shù)，可以在常壓下或低壓下對材料進行表面處理。Jamali等[24]研究了輝光放電等離子體處理對木材細胞壁的刻蝕現(xiàn)象，揭示了等離子體刻蝕木材細胞壁的機理。杜官本和王洪艷等[32-34]發(fā)現(xiàn)柚木經(jīng)過短時間微波等離子體處理后，疏水性得到改善，表面接觸角和自由能都有所提高，同時發(fā)現(xiàn)短時間處理即能達到最佳效果，延長處理時間接觸角并沒有太大變化，采用等離子體處理對不同樹種均有一定的效果。例如云南松、橡木等木材，經(jīng)等離子體處理后變化趨勢與杉木、柚木基本一致。Moghadamzadeh等[35]對比不同表面處理方法(包括火焰處理、電暈放電處理和機械磨損處理)對木塑復合材料表面膠合性能的影響，結(jié)果表明電暈放電與機械磨損聯(lián)合處理能顯著改善木塑復合材料表面膠合性能。Novak等[36]研究了射頻等離子體處理對櫸木表面形貌、化學組成和膠合性能的影響，并探討了等離子體改性的時效性，結(jié)果表明經(jīng)等離子體改性的櫸木表面特性具有良好的持久性。關(guān)于利用介質(zhì)阻擋放電等離子體處理農(nóng)林生物質(zhì)材料表面的研究報道比較多見。Wascher等[37]利用介質(zhì)阻擋放電等離子體處理了28種不同樹種的單板，分析了等離子體處理對其吸水性的影響，除了4種樹種的單板吸水性變化不明顯以外，其他樹種單板的吸水性都顯著提高。Li等[26]和Chen等[30-31]分別采用常壓介質(zhì)阻擋放電空氣等離子體處理了木質(zhì)單板和麥秸，有效地改善了其表面特性，實現(xiàn)了兩者與膠黏劑的良好膠合。

除了開發(fā)上述農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)之外，研究人員還對影響等離子體改性效果的因素進行了系統(tǒng)研究。影響改性效果的因素概括起來有兩方面：一是等離子體處理工藝條件，如處理功率、處理時間、處理氣氛、氣體流量、處理電極形狀、與被處理木材間距等；二是被處理材料特性，如樹種、含水率、表面質(zhì)量等。王洪艷等[34]發(fā)現(xiàn)在其他條件不變的情況下，各種氣體的處理效果依次為氧氣<氨氣<氮氣<氬氣。在非聚合性的N2、O2等氣體存在下用等離子體處理木材，木材表面產(chǎn)生微小蝕刻，生成自由基和酸性基團，親水性增加，也改善了木材氣體滲透性和木材防腐劑的浸透性等，具有多種活性化效果。Huang等[38]還發(fā)現(xiàn)木材的含水率對等離子體改性效果有很大影響。他們對氣干、絕干、過干3種含水率的楊木單板表面進行等離子體改性，發(fā)現(xiàn)不同含水率的楊木單板表面經(jīng)等離子體改性后，接觸角都降低了，且接觸角的降低幅度隨含水率的降低而減小。Chen和Zhou等[30-31, 39-42]在利用射頻放電等離子體處理木質(zhì)素、木質(zhì)單板和麥秸，以及利用介質(zhì)阻擋放電等離子體處理木質(zhì)單板和麥秸時都發(fā)現(xiàn)：隨著等離子體處理功率的增大和處理時間的延長，材料表面的改性效果都有一定程度提升，但當處理功率和處理時間升至一定限值時，改性效果變化不大，說明等離子體處理優(yōu)化工藝在一定限值范圍內(nèi)。

上述已開發(fā)的農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)，目前大部分尚處實驗室研究階段，其中一些技術(shù)由于受處理條件和處理裝備的限制，難以實現(xiàn)工業(yè)化應用。如射頻放電等離子體改性技術(shù)，需要將被處理材料置于真空狀態(tài)下進行處理，且處理裝置結(jié)構(gòu)復雜，處理設(shè)定參數(shù)較多，所處理的材料幅面較小。筆者課題組經(jīng)過十多年的嘗試，選擇介質(zhì)阻擋放電等離子體改性技術(shù)作為突破口，成功開發(fā)了可用于單板類人造板工業(yè)化生產(chǎn)的等離子體改性技術(shù)。其工作原理是：開啟差分激勵電源，當電壓達到空氣放電電壓時，在兩個放電電極(由空心銅管表面覆蓋一層剛玉陶瓷介質(zhì)構(gòu)成)間的空氣被擊穿，形成雙介質(zhì)阻擋放電，在常壓狀態(tài)下產(chǎn)生等離子體。被處理材料在進料傳輸帶、進料壓輥和進料導向板的作用下，懸空從兩電極間隙中連續(xù)通過，對其兩表面同時進行等離子體處理(圖4)[31]。

圖4 木質(zhì)單板介質(zhì)阻擋放電等離子體改性技術(shù)工作原理示意圖Fig. 4 Schematic diagram of wood veneer dielectric barrier discharge plasma treatment

利用上述技術(shù)對木質(zhì)單板進行等離子體改性的研究表明，考慮到工業(yè)化生產(chǎn)中單板等離子體改性工序與單板干燥、涂膠工序的匹配需要，選擇等離子體的處理功率4.5 kW、處理速度14 m/min為宜。對于脲醛樹脂膠、三聚氰胺改性脲膠和酚醛樹脂膠，介質(zhì)阻擋放電等離子體改性均可以顯著提高膠合板的膠合強度，提高幅度在10%～30%左右。同時，在保證膠合板強度的前提下，采用介質(zhì)阻擋放電等離子體改性技術(shù)，可顯著降低木質(zhì)單板涂膠量，下降率約10%～20%。此外，該項技術(shù)適用于不同樹種和不同種類的單板系列人造板產(chǎn)品(如膠合板、單板層積材、建筑模板和實木多層復合地板等)。

3 等離子體改性工業(yè)化設(shè)備

配套上述工業(yè)化農(nóng)林生物質(zhì)材料表面介質(zhì)阻擋放電等離子體改性技術(shù)，根據(jù)人造板連續(xù)自動化生產(chǎn)的工藝特點，筆者課題組攻克了在常壓空氣中獲得寬幅大放電間隙的均勻等離子體的關(guān)鍵技術(shù)，試制了常壓等離子體改性連續(xù)自動處理工業(yè)化設(shè)備。該設(shè)備包括三部分：

1)傳輸系統(tǒng)——由進料傳輸系統(tǒng)、進料導向系統(tǒng)、動力驅(qū)動系統(tǒng)和出料傳輸系統(tǒng)構(gòu)成；

2)常壓等離子體產(chǎn)生和處理系統(tǒng)——由差分激勵電源和一對平行圓柱型差分激勵雙介質(zhì)阻擋放電電極組成；

3)處理區(qū)域冷卻系統(tǒng)——由電極內(nèi)部冷卻系統(tǒng)和電極外部冷卻系統(tǒng)兩部分組成。

該設(shè)備的主要特點在于：

1)被處理材料幅面尺寸調(diào)節(jié)范圍大。可在寬幅和放電間隙最大達到10 mm的空間內(nèi)產(chǎn)生均勻低溫等離子體，對不同厚度的寬幅材料(裝置的有效處理寬度可根據(jù)被處理材料的寬度隨機調(diào)節(jié))進行處理，能滿足現(xiàn)有多種木質(zhì)材料(如膠合板、單板層積材、建筑模板、人造薄木，多層實木復合地板等)生產(chǎn)的需要。

2)可實現(xiàn)木質(zhì)材料的工業(yè)化連續(xù)化處理。該設(shè)備設(shè)有無級調(diào)速系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)低溫等離子體處理速度(范圍0～40 m/min)，可與木質(zhì)材料生產(chǎn)過程中干燥設(shè)備和涂膠設(shè)備的速度相匹配，置于兩臺設(shè)備之間與這兩道工序無間歇連接，實現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。

3)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，操作簡便，可控性強，處理成本低?？筛鶕?jù)處理試件的幅面尺寸及處理效果要求，靈活調(diào)整設(shè)備尺寸及處理工藝，且在常壓空氣中處理，處理成本低廉，效率高。目前該工業(yè)化設(shè)備已在膠合板生產(chǎn)線上推廣應用。

4 展 望

目前，農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性的應用研究尚處于初期，作為一項人造板工業(yè)的創(chuàng)新技術(shù)，今后的研究重點應在以下幾方面：

1)進一步完善農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性連續(xù)自動處理工業(yè)化設(shè)備。盡管目前已突破了技術(shù)瓶頸，研制成功了農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性連續(xù)自動處理工業(yè)化設(shè)備，并在工業(yè)化生產(chǎn)線上推廣應用，但該設(shè)備還存在一定局限性。如放電間隙有一定極限，限制了被處理材料的厚度，如何在更大的放電間隙中獲得均勻穩(wěn)定的等離子體是今后需要攻克的一項關(guān)鍵技術(shù)。

2)開發(fā)高含水率農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)?，F(xiàn)有的等離子體改性技術(shù)對被處理農(nóng)林生物質(zhì)材料的含水率有較高要求，其含水率理想的控制范圍在6%～10%之間，而實際生產(chǎn)中木質(zhì)單元的含水率通常超出這一范圍，含水率過高，在被處理材料通過等離子體區(qū)域時容易被擊穿出現(xiàn)炭化點。解決這一技術(shù)難題可以從等離子體改性前處理或等離子體產(chǎn)生方式兩方面考慮。

3)開發(fā)非連續(xù)相農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)。目前已開發(fā)的工業(yè)化農(nóng)林生物質(zhì)材料表面等離子體改性技術(shù)僅適用于連續(xù)相農(nóng)林生物質(zhì)材料，即木質(zhì)單板，對于非連續(xù)相農(nóng)林生物質(zhì)材料(如刨花、纖維等)的等離子體改性技術(shù)的研究尚處于實驗室探究階段。對于非連續(xù)相農(nóng)林生物質(zhì)材料等離子體改性工業(yè)化技術(shù)的難點在于：一是如何使非連續(xù)相單元連續(xù)通過等離子體處理區(qū)域而不飛散；二是如何保證較大比表面積的非連續(xù)相單元在等離子體處理區(qū)域不被灼燒。

4)拓寬等離子體改性在改善農(nóng)林生物質(zhì)材料表面其他功能方面的應用。等離子體改性不僅能改善農(nóng)林生物質(zhì)材料表面的親水性和膠黏性，還可以提高其疏水性、染色性和阻燃性等。可以采用接枝聚合方法(即先利用等離子體的物理和化學作用使材料表面活化產(chǎn)生自由基，再通過自由基結(jié)合反復持續(xù)進行的過程實現(xiàn)聚合，在材料表面上形成許多支鏈，構(gòu)筑新表層)或聚合沉積方法(即通過電極放電將有機氣態(tài)單體等離子體化，形成的氣相自由基吸附到材料表面形成表面自由基，再與氣相單體或等離子體中形成的單體衍生物發(fā)生聚合反應，進而在材料表面形成大分子質(zhì)量的聚合物薄膜而改變材料的表面特性)以實現(xiàn)農(nóng)林生物質(zhì)材料表面更多的功能化改性。

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Research progress on surface modification of agriculture andforestry biomass materials by plasma treatment

ZHOU Xiaoyan1, CHEN Minzhi1, DU Guanben2

(1.CollegeofMaterialsScienceandEngineeringofNanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China;2.CollegeofMaterialEngineering,SouthwestForestryUniversity,Kunming650224,China)

Good bonding quality between the agriculture and forestry biomass material and the adhesive is a key factor in affecting the performance of the bio-composites. Though the surfaces of the agriculture and forestry biomass material are rich in polar functional groups which can be bonded with synthetic adhesives, appropriate surface activation is required for those surfaces which are polluted by dust particles in the air or covered with hydrophobic extractives, cutin, wax, silica, and some non-polar extracts, preventing adhesives from wetting, spreading, and penetrating the surfaces. Plasma, as one of the four fundamental states of matter, contains polar species with high energy, such as electrons, ions, electric neutral molecules, atoms, photons, and free radicals. When the surfaces of the material are treated by plasma, the surface properties of the material will be changed, such as thermal corrosion, evaporation, cross-linking, degradation, oxidation. Over the past decades, the plasma has been widely applied for modifying polymeric materials. Previous researches have paid attention to the surface modification for agricultural and forestry biomass material since 1990s and achieved a breakthrough: 1) the mechanism of plasma treatment to improve the bonding performance of agro-forestry biomass materials was elucidated; 2) the surface plasma treatment technology of agricultural and forestry biomass materials was developed; 3) the industrial equipment for the continuous automatic plasma treatment of agricultural and forestry biomass material was manufactured. Based on reviewing the progress of this study, the authors put forward some suggestions for future research on surface plasma treatment of agricultural and forestry biomass materials.

plasma; surface modification; wood; bamboo; agricultural residues

2016-07-20

2016-10-30

國家自然科學基金項目(31270606)；林業(yè)科技成果國家級推廣項目([2016]42)；江蘇省科技廳前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2016006-03);江蘇省“青藍工程”(科技創(chuàng)新團隊)。

周曉燕，女，教授，主要從事生物質(zhì)復合材料研究。E-mail:zhouxiaoyan@njfu.edu.cn

S781.7；S781.61

A

2096-1359(2017)01-0001-07