基于纳米尺度重构表面的木质单板点阵式微量施胶的高效胶合机制

To upgrade China's wood-based panel industry, it is urgent to develop the low-cost and high-quality wood-based panel products. The objective of this project is to explore an innovative means -reconstructing highly active surface of veneers by plasma treatment, on which many nano-scale surface nicks will be formed, meanwhile spreading adhesives which were atomized into microsize dots by ultrasonic and air, so that the small amount adhesive, more than 50% lower than the traditional dosage, will be evenly spread on the bond surface area. The adhesive permeation behavior of multi-scale on the reconstruction veneer surface, the physical, chemical and mechanical properties of the interface between adhesives and the reconstruction veneer surface will be investigated, so that the mechanism of forming the high bonding strength of the interface between atomized adhesives with small amount and the reconstruction veneer surface treated by plasma can be clarified. Moreover, the influence of controlling the properties of the interface on the macroscopic properties of composites will be figured out and an industrial innovative technology for producing high performance plywood with small amount of adhesives will be developed. These achievements will promote the value-added applications of fast-growing trees, innovation of the traditional wood-based paenls process, transformation, upgrading and sustainable development of China's wood-based panel industry.

针对我国人造板工业转型升级，开发低成本高品质人造板产品的迫切需求，提出通过等离子体改性在木质单板表面重构具有纳米尺度刻痕的高活性表面层，采用点阵式微量施胶的方式，创新传统胶合模式，实现微量施胶（胶粘剂用量较传统涂胶方式用量下降50%以上）方式下木材与胶粘剂间的高效胶合的研究思路。探索点阵式微量施胶方式下胶粘剂在改性木质单板表面上多尺度渗透行为，以及改性木质单板与胶粘剂界面层的物理、化学和力学特性，阐明点阵式微量施胶方式下改性木质单板表面与胶粘剂界面层的高强度胶合形成机制，明确界面层特性调控对胶合板宏观性能的影响，建立可用于工业化生产的木质单板点阵式微量施胶的高效胶合的方法。本项目研究成果将为开发低成本高品质胶合板产品提供理论依据和技术支撑，大幅度提高利用速生木材生产人造板的经济效益，对于促进速生木材高效利用，创新人造板传统生产工艺，推动我国人造板工业的转型升级和可持续发展具有重要现实意义。

针对我国开发低成本高品质人造板产品的迫切需求，提出通过等离子体改性在木质单板表面重构具有纳米尺度刻痕的高活性表面层，采用点阵式微量施胶方式，实现木材与胶黏剂高效胶合的研究思路。探索点阵式微量施胶方式下胶黏剂在改性木质单板表面上多尺度渗透行为，以及改性木质单板与胶黏剂界面层的物理、化学和力学特性，阐明木质单板表面与胶黏剂界面层高强度胶合形成机制，建立工业化木质单板点阵式微量施胶高效胶合的方法。. 研究表明：（1）利用等离子体改性结合雾化施胶技术，在保证胶合板性能前提下，施胶量可降至常规用量的52.13%，并且对不同特性原料有较好的适应性。（2）等离子体改性能够促进胶黏剂在单板表面的铺展和渗透，在较低施胶量下（60g/m2）也能形成均匀连续薄胶层。同时，可以促进胶黏剂分子向细胞壁内扩散，有助于形成具有纳米尺度的“胶钉”作用，显著提高界面机械啮合作用。（3）等离子体改性会导致纤维素分子间氢键断裂，结晶度降低至38.81%。β-糖苷键的断裂是纤维素氧化反应的第一步反应。由此引发的自由基反应通过裂解纤维素吡喃糖环中C4-C5共价键，接入羟基、羰基等含氧官能团。等离子体中木质素的氧化反应主要发生在脂肪族区域，首先裂解β-O-4结构中Cβ-O共价键。而后自由基链式反应促进Cβ-Cα共价键的裂解，同时引入羟基、羰基等含氧官能团。含氧官能团的引入有助于提高细胞壁表面极性，并与胶黏剂分子之间形成氢键，同时提供了更多的反应位点，促进胶黏剂向细胞壁的扩散并形成稳定的化学键链接。（4）等离子体改性能促进胶黏剂向细胞壁内扩散和渗透，固化后赋予细胞壁较高的强度。胶黏剂与细胞壁的结合能较未处理时提高45.56%，界面应力传递效率和应力-应变分布得到改善，限制了界面细胞壁和胞间层的塑性变形和由此引发的裂纹，赋予了界面更好的抵抗载荷破坏能力。. 研究成果为开发低成本高品质胶合板产品提供了理论依据和技术支撑，对于促进速生木材高效利用，推动人造板工业的转型升级和可持续发展具有重要现实意义。