扫描电子显微镜在木材及人造板防水性研究中的应用

扫描电子显微镜在木材及人造板防水性研究中的应用

随着科学技术的进步，人们对世界和物质的观察也从宏观逐渐转变为微观。现在，科学研究人员参与纳米层的观察和研究非常常见。这是因为微观世界的繁荣和不断的发展。木材及人造板在有水或潮湿的环境中会产生腐朽变形,所以对其进行防水性能研究意义重大,不但能够扩大木材与人造板的应用范围,而且也能延长其使用寿命。传统的防水方法是在产品表面或是在拌料生产过程中将防水剂(石蜡)涂刷或添加进去,但实践表明该方法存在以下问题［1］。①石蜡溢出,不但影响美观,而且还会降低木材及人造板的防水性;②防水效果不稳定,由于石蜡本身的特性导致其在纤维表面的附着力差,经过一段时间后可能会脱落而影响防水效果;③人造板物理力学性能下降,这是因为添加石蜡后阻碍了胶黏剂与纤维的结合。科研人员针对这些问题作了大量的研究工作,以期得到一种优良的防水剂或是防水方法。在这项研究中,利用扫描电子显微镜进行分析是一个重要的方法。1材料的测量本样品尺寸生长图2扫描电子显微镜可通过多种物理信号对材料样品进行综合分析,具有以下优点。(1)景深大,图像富有立体感。扫描电子显微镜的景深比光学显微镜要大几百倍,比透射电子显微镜也要大几十倍。由于扫描电子显微镜是利用电子束轰击样品后释放的二次电子成像,因此它的有效景深不受样品尺寸的限制。(2)图像的放大范围广,分辨率非常高。扫描电子显微镜可将材料样品放大到十几倍甚至几十倍,它基本包括了放大镜、光镜直到透射电子显微镜的放大范围。扫描电子显微镜的分辨率介于光镜与透射电子显微镜之间,可达到6nm(有的可达3nm)。(3)材料样品制备过程相对简单,不需要进行切片或超薄切片。被观察样品的尺寸较大,样品可以在样品室内作三维空间的移动,可以多角度对样品进行观察,电子束对样品只产生少量的损伤与污染。(4)可连接EDAX(X-射线能谱分析仪)进行微区域成分分析,使形态和功能以及生物化学等结合起来。扫描电子显微镜广泛应用于材料样品的表面分析、断口分析、粒度分析、电位分布观测等方面,其在木材及人造板防水研究中的应用则主要是表面分析、断口分析和粒度分析等。2扫描电子显微镜取得广大科研人员在木材及人造板防水性研究中应用扫描电子显微镜取得了许多成果。以下主要介绍几种新研发的利用扫描电子显微镜对木材及人造板进行防水处理的新方法以及新型防水剂。2.1表面形貌分析徐济宏［6］探讨了两种木质人造板材表面防水改性方法,即表面涂覆二甲基硅油低温等离子体处理改性和离子镀膜(PVD)技术真空蒸发镀膜改性,并对其表面形貌等的变化进行了分析。图1所示为杨木防水改性前后表面ESM图(其中未经处理的试样称为空白样)。通过观察图1(a)和(b)可知,杨木单板空白样与杨木单板涂覆二甲基硅油等离子体处理样表面形貌差别分明。未处理杨木A处导管壁上的纹孔、B处薄壁组织及C处导管均清晰可见;从图1(b)可见其表面导管、纹孔等被完全填塞,二甲基硅油渗透和扩散到木质成品的内部,并在表面形成一个特殊的封闭膜层,表面比空白杨木单板更加平整,然而因为操作的原因导致二甲基硅油在杨木单板表面分布不均匀。通过观察图1(a)和(c)可知,杨木单板空白样和真空蒸发镀膜杨木单板表面形貌差别同样分明。从图1(c)可见其表面导管、纹孔等微观结构均被镀膜材料填塞,镀膜材料在杨木单板表面覆盖相对比较均匀,不能观察到纹孔以及其他微观结构,但可以观察到表面导管构造,这更加说明杨木单板表面所镀薄膜厚度均匀。由此得出结论:单板表面涂刷二甲基硅油等离子体处理以及真空镀膜两种方式均可起到防水作用。2.2纤维形态的变化关鑫［7］用壳聚糖处理中密度纤维板,并对其试样进行了断口分析。图2所示为试样壳聚糖处理前后断面SEM图(其中未经处理的试样称为空白样)。图2(a)为空白样的SEM图,从纤维形态可以看出,木纤维在热压压力的作用下被挤压呈椭圆状,细胞腔大多仍清晰可见,且木纤维之间存在较大的空隙,这些空隙即为水蒸气流动的路径;图2(b)为经1.2%壳聚糖处理中密度纤维板的SEM图,图中微亮的物质即为壳聚糖,其分布在细胞腔和细胞壁上。从图2(b)可见,试样基本无明显的细胞腔或细胞壁间隙,而是以微孔形式均匀分布,这在很大程度上阻断了水蒸气的流动。综上分析我们可以看出,壳聚糖处理可以减小板内空隙,阻断水蒸气流动路径,达到使中密度纤维板防水的目的。2.3sem图表的表征吕斌［8］采用正交设计法对固体石蜡/甲基丙烯酸甲酯复合乳液的制备工艺条件进行了研究。将该乳液涂抹成膜,自然干燥,然后用扫描电子显微镜对乳胶粒成膜后的团聚状态、表面形态、粒径大小及分布进行表征。固体石蜡乳液SEM图如图3所示,固体石蜡/甲基丙烯酸甲酯复合乳液的SEM图如图4所示。从图3可见未聚合的固体石蜡乳液粒子表面光滑平整,呈规则团粒状形态。从图4可见聚合后的固体石蜡/甲基丙烯酸甲酯复合乳液,表面呈一种凸凹不平、有棱角,以及多孔状的不规则粒状结构。吕斌推测MMA的C=C双键打开,由石蜡半刚性主链和柔性的聚甲基丙烯酸甲酯支链以化学键紧密结合,形成了一种网状结构,这种结构可使接枝聚合物的分子链充分展开,具有较大的比表面积,且团聚均匀,成膜后表面连续光滑平整,浸入到木材中能提高和保持其防水性。3木材及人造板防水性的研究扫描电子显微镜具有分辨率高、试样范围广、可以对试样