未来或将实现无胶胶合? ——应选用合适的方法进行木材表面处理

对木材进行表面处理工艺,可以让其表面颜色均匀、平整光滑,以保证漆膜的持久稳固,减少涂料的消耗。使用干燥、磨砂等常规方法和等离子表面活化技术,能够有效地优化木材表面,提高木材的可加工性和装饰性。——Sandy Sun

The surface treatment process of wood can make the surface of the wood uniform and smooth, in order to ensure the durable stability of the film and reduce the consumption of the paint. The use of drying, grinding and other conventional methods, as well as the technology of plasma surface activation, can effectively optimize the surface of wood, improving the machinability and decoration of wood.

大多数的木材都源于大自然,经过伐木、运输后进入加工厂,是一种不均匀的各向异性材料,其表面基本上比较粗糙,起伏不平,性质十分复杂;部分木材还因遭到害虫侵蚀而产生较大的裂缝、虫眼、贯通节和树脂囊等。此外,不同的树种,其材性也各有差异。使用机械设备加工木制品、制造家具部件时,需要让加工材料平整光滑、规格统一,这样才能保证施工效率,达到产品质量标准,还能够节省后续喷漆工艺的涂料消耗,因此,我们有必要了解一些木材表面的处理方法和需要注意的问题。

处理木材表面的常规方法

首先,处理木材表面的方法之一是干燥木材,可以控制木材的含水率与润湿性。木材的湿度会直接影响后续涂料在木质基材上的附着力,所以严格控制木材的含水率很有必要。在通风良好的地方自然晾干或进入烘房内用低温烘干,一般室外用木材的含水率要低于9%至14%,室内用木材的含水率应更低,小于5%至11%,而地板用木材的含水率要求更高,在6%和9%之间。采用蒸汽加热、炉气加热、热风干燥、除湿干燥、真空干燥和高温水循环加热是目前干燥木材的主流方法。部分企业可以引进空气能热泵木材烘干机或者木材碳化设备等高新定制机器,既环保节能且成品品质更高。企业可以根据自己的预算来选用合适的干燥方式。此外,干燥木材不仅仅是为了改善其表面,也是为了延长木材与木制品的使用寿命。

改善木材润湿性的另一个方法是磨砂处理。根据一项调查菲律宾5种木材的润湿性与胶合性之间的关系研究表明,经过磨砂处理的木材显示出更加良好的润胀性,而没有经过磨砂的木材的润湿性较差,润湿性的提高不仅有利于涂料的附着,更有利于木材的胶合性。磨砂属于一种加工工艺,用金钢沙在待加工物表面经水洗研磨或由高压空气或水流混合喷磨,这种工艺不仅可以处理木材,对玻璃、不锈钢板和陶瓷之类的材料同样适用,能够打造出亚光、柔和的物体表面,甚至做出类似浅浮雕型的各类图案和文字等,为产品营造高端视觉感。

另有研究表明,采用电晕放电的方法能够迅速让木材的表面出现一些物理和化学变化,因为木材在氧气中被电晕放电会因为氧化作用产生新的羟基、羰基和胺基等极性官能团与表面自由基,增加了木材表面的润湿性,易于与界面相结合,迅速提高了木材的胶合质量。当然,也可以选用合适的化学药剂,让木材的表面发生氧化、酸化和碱化,提高木材的表面自由能,以此改善木材的胶合性能,在这过程中也清除了原先木材表面的污染物。

木材长时间暴露在外容易受潮出现霉菌,还会导致变形。所以防霉处理这道简易的工序也必不可少。可在木材未被涂装前,先薄涂一层防霉剂。例如用乙基磷酸汞或氯化酚、对甲苯氨基磺酰的溶液来处理,待干透后再进行涂装。还有一种简便的方法,即使用木材防霉剂,直接在木材表面均匀的喷洒,值得强调的是,表面喷涂一定要仔细控制好容易忽视的地方,如果有地方没有被处理过,将无法达到防霉的作用,浸泡的时间不宜超过两分钟,太久反而会让木材变形。

此外,填孔和染色也是木材表面处理的常用方法。前者是用填孔料填进木材表面的钉眼、虫眼和裂缝中,使木材表面平整;后者是为了进一步调整木材的纹理,获得颜色更加均匀、纹理更加细腻优美的木料。

新兴木材表面处理技术

除了上述比较传统、常规的木材表面处理方法之外,还有一种新兴的处理方式——将等离子技术应用于木材科学与技术中,实现木材表面活化。这种方式不仅高效,而且没有污染,符合现阶段提倡环保的社会环境,同时也便于工业化应用。

据了解,表面活化是为了建立易于产生化学结合的表面,从而改善木材表面的胶合性,今后甚至可以实现无胶胶合,而大幅度提高板材的环保性能。

在前文中提到了电晕处理和使用化学剂等方法也可以活化木材表面,提高木材的胶合性,但是不难发现,这些方法都有不足之处,使用过后都需要清理,如果化学剂使用不当,还会对材料造成损害,或者实行的环境有所限制,不适合大范围应用。而通过等离子处理来激活木材表面,不仅能够创建富有化学活性的表面、改善结合界面,关键是它遵循了现有的聚合物改性方法,对木材及木材表面进行阻燃、助燃、耐水、亲水、防腐和加速降解等处理,大幅度减少原本所需要的工序和时间,还能够保持原材料的特性与完整性。根据西南林学院杜官本教授与南京林业大学华毓坤教授的实验证明,等离子体富含大量促进化学反应、极为活泼的物种,可显著激活材料表面,诱导化学反应,提高含氧官能团的含量,目前已经有效改变了木材表面组成,实质性的改善了木材表面的润湿性,扩大了复合木质材料的发展领域。

 

后续需要注意的问题

处理木材表面的最终目的是为了得到平整光滑、外表美观的木料,从而易于涂漆、加工成型。但是这其中还有一些问题需要注意。松脂是对后续木材表面涂饰影响最大的因素,它主要是松树或松类树干分泌出的树脂,含松香和松节油。尽管这种物质特殊的化学结构可以作为乳胶漆和胶合剂等材料来使用,但是它易于渗出,影响漆膜的干燥时间。如果要保证涂漆过程完全不受影响,应优先选择树脂较少的木材,但是大多数的针叶材都还有松脂,所以需要在表面处理时稍加注意,可以在涂料前设法去除松脂,用铲刀将析出的木脂铲除清洁,接着用有机溶剂如甲苯、干甲苯、丙酮等擦拭,使木脂溶解,然后再用干布擦拭清洁。也可以涂上一层交联性油漆封闭住树脂管孔,防止松脂向表层渗出。

另一个影响因素是单宁。它在植物界中广泛分布,存在于某些木材的细胞腔和细胞间隙内部,这种元素因为容易产生化学反应使木材变色,随着木制品或家具的使用年数加长,木材外表的颜色会受到影响。除此之外,木材本身含有的挥发性油类与矿物质也会或多或少影响涂装和染色的效果。所以在表面处理时,尽可能去除木材表层上面的物质,这样既不会破坏木材的天然特性,又可以保持木制成品的最佳外观。

 

结论

对木材进行表面处理,可以增加木材的润湿性与胶合性,获得表面平整的木料,既有利于后续的喷涂工艺,同时也可以节省胶黏剂与涂料。使用更加先进的表面处理技术,在未来或将实现木材无胶胶合,更加符合环保理念。

然而,事实上许多加工厂忽略了这道工序,在拿到原材料之后直接进入切割、分类、砂光、涂漆等加工流程,这样会延长设备的工作时间,耗能更高。此外,由于木材本身内含的物质没有经过处理,会影响涂漆、染色和视觉效果,不利于木制品的耐用性。根据自己的成本和需要,选择常规的方法或高新技术,改变木材的表面性质,能够有效提高木料的使用价值与应用范围,节省原材料,在后续制造家具时,也更加容易达到令人满意的设计成果。

 

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