近年来,利用农作物秸秆代替木材生产人造板已经成为国内外木材工业的热点研究内容之一。我国是农业大国,农作物秸秆储量丰富,但利用率低,且由于大部分农作物秸秆表面含有一层影响胶合的蜡质层,这一特性成为了制约农作物秸秆人造板产业发展的主要技术难题之一。本研究针对以上技术难题,采用工艺简单、处理效果好,容易实现工业化应用的常压介质阻挡放电(DBD)等离子体技术,对麦秸表面进行改性处理,显著改善麦秸表面特性,使其能与常规醛类树脂胶黏剂形成良好胶合,为促进秸秆人造板的工业化生产提供了理论基础和实践依据。本文系统研究了常压介质阻挡放电等离子体处理对麦秸表面润湿性、表面形貌、化学组成及界面胶合性能的影响,阐明了常压介质阻挡放电等离子体对麦秸表面的改性机理,优化了处理工艺。研究结果表明:1.经过常压介质阻挡放电等离子体处理后,麦秸内外表面的润湿性均有明显提高,三种不同的胶黏剂(脲醛树脂胶UF、酚醛树脂胶PF和异氰酸酯胶MDI)在麦秸内外表面的接触角均明显降低,扩散-渗透系数K值明显升高,表面自由能显著提高。在一定范围内,随着等离子体放电电压增大,电极间距减小和处理时间延长,三种胶黏剂在麦秸表面的润湿性逐渐增强,三种胶黏剂对麦秸外表面的初始接触角从89.5°降至59.97°,下降率达33%,平衡接触角从67.97°降至25.45°,下降率达68%。但当放电电压、电极间距及处理时间达到一定值时,胶黏剂在麦秸表面的润湿性反而降低。根据试验结果得出,等离子体放电电压为30V,电极间距为6mm,处理时间为60s为较优处理工艺。2.通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察发现,经过等离子体处理后,麦秸内外表面的表面形貌发生了明显的变化,表面有明显的刻蚀现象,呈现凹凸不平状,通过AFM观测解离的麦秸纤维表面可知,等离子体对麦秸表面形成了明显的纳米级的刻痕。此外,随着放电电压增大、电极间距减小及处理时间延长,等离子体对麦秸表面刻蚀作用愈发明显,刻蚀得越发细致均匀,但当放电电压、电极间距及处理时间达到一定程度时,麦秸表面已经被刻蚀的痕迹会在高能粒子的持续作用下再度被破坏,粗糙度反而降低。在放电电压为30V,电极间距为6mm,处理时间为60s等离子体处理条件下,麦秸表面的刻蚀现象最为明显,为较优处理工艺。3.通过XPS和EPR分析可知,经过常压介质阻挡放电等离子体处理后,麦秸内外表面的化学组成发生了明显的变化,产生大量自由基,氧元素含量显著增加,碳元素含量显著降低,并且通过对C谱分峰可知,处理后C1含量降低,C2、C3、C4含量增高;另外,麦秸外表面硅元素含量有所提高。此外,在一定范围内,随着等离子体放电电压增大,电极间距减小和处理时间延长,麦秸表面O/C逐渐增大,但当放电电压、电极间距及处理时间达到一定值时,O/C反而有所降低;根据试验结果得出,当放电电压为30V,电极间距为6mm,处理时间为60s等离子体处理条件下,麦秸表面的化学组成更有利于胶黏剂的渗透和铺展,为较优的处理工艺。4.常压介质阻挡放电等离子体对单片麦秸进行不同条件的改性处理,以UF、PF作为胶黏剂对其不同表面(外-外表面、内-外表面、内-内表面)进行胶合,与未处理条件下胶合强度进行对比发现,未处理时麦秸的胶合强度较低,特别是外-外表面,几乎难以胶合,而经离子体处理后,胶合强度有明显提高。在一定范围内,随着等离子体放电电压增大,电极间距减小和处理时间延长,麦秸不同表面的胶合强度均有不同程度的提高,但当放电电压、电极间距及处理时间达到一定值时,胶合强度反而逐渐降低;当放电电压为30V,电极间距为6mm,处理时间为60s等离子体处理条件下麦秸胶合强度为最高,故其为较优的处理工艺。5.常压介质阻挡放电等离子体中的高能粒子作用在麦秸表面时会产生两种作用:物理刻蚀和化学刻蚀。这些作用会随着处理条件的改变而有所不同。物理刻蚀表现为麦秸表面不同程度凹凸不平的刻痕,这些刻痕能有效地提高麦秸内外表面的粗糙度,增加了麦秸内外表面与胶黏剂胶合面积,并有利于胶黏剂在界面形成胶钉作用,从而有利于胶黏剂在麦秸内外表面的扩散、渗透和浸润,降低其接触角,增强其胶合强度。化学刻蚀则表现为麦秸表面化学成分的改变,等离子体中的高能粒子作用在麦秸表面使其化学键断裂,产生大量自由基,并能使麦秸表面发生氧化、裂解、聚合等一系列化学反应,或者使麦秸本身的某些基团发生重组,从而在麦秸表面引入大量极性官能团,这些极性官能团能有效地改善麦秸内外表面的极性,提高内外表面的反应活性,从而能使之更有效地与胶黏剂之间进行胶合。