автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Атмосферостойкие защитно-декоративные покрытия древесины на основе воднодисперсионных красок

Марчук Анна Юрьевна

АТМОСФЕРОСТОЙКИЕ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДРЕВЕСИНЫ НА ОСНОВЕ ВОДНОДИСПЕРСИОННЫХ КРАСОК

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревообработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4

Марчук Анна Юрьевна

АТМОСФЕРОСТОЙКИЕ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДРЕВЕСИНЫ НА ОСНОВЕ ВОДНОДИСПЕРСИОННЫХ КРАСОК

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревообработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

> ¿/да/

Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии деревообрабатывающих производств Санкт-Петербургской Государственной лесотехнической академии им С.М.Кирова.

Научный руководитель: д.т.н., профессор Цой Ю.И.

Официальные оппоненты: д.т.н. В.В.Сергеевичев

к.т.н. Ю.И. Ветошкин

Ведущая организация: ОАО «УралНИИПДрев»

Защита состоится 16 июня 2005 г. в "11 "часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.03 в Санкт-Петербургской Государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова (194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии

Автореферат разослан « 13 » мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Л I

доктор технических наук, профессор иу^) Анисимов Г.М.

" »Л/»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Дальнейшее совершенствование существующих технологий отделки древесины и создание новых материалов, обладающих улучшенными показателями, позволит решить много важных задач: увеличение срока службы покрытий для изделий наружного применения, улучшение их внешнего вида и декоративных показателей и расширение ассортимента выпускаемых лакокрасочных материалов (ЛКМ).

Известно, что использование при отделке изделий наружной эксплуатации полиуретановых лакокрасочных материалов, обеспечивающих высокую атмосферостойкость покрытий, ограничено их высокой стоимостью, а также токсичностью в процессе нанесения.

В настоящее время наиболее перспективным направлением в лакокрасочной промышленности является создание и применение новых воднодисперсионных ЛКМ. Основой данных лакокрасочных материалов являются водные дисперсии различных полимеров. В последнее время также появились новые виды дисперсий, обладающих повышенными показателями за счет их способности к самосшиванию. Лакокрасочные материалы, разработанные на основе данных самосшивающихся дисперсий, отличаются более высокими физико-механическими показателями и долговечностью. В то же время существует достаточное количество различных светостабилизирующих добавок, модификация которьми повышает атмосферостойкость и долговечность лакокрасочных материалов.

За счет комплексного использования вышеуказанных материалов может быть решена поставленная задача по созданию экологически более безопасного лакокрасочного материала, отличающегося высокой атмосферостойкостыо.

Цель работы. Целью данной работы является повышение качества защитно-декорач ивных покрытий изделий из древесины малоценных пород.

Научная новизна результатов

1. Деструктивные процессы покрытия при климатическом старении на разных древесных подложках (осина и сосна) имеют различный механизм. Это связано с различием анатомического строения древесных подложек и физико-химических процессов, имеющих место на границе «покрытие-подложка».

2. В отличие от существующих представлений о том, что при световом и атмосферном старении деструктивные процессы в системе «покрытие - подложка» протекают одинаково, установлено, что при

климатических испытаниях деструкция покрытия в большей степени связана с природой подложки, а при УФ-старении, в основном, с природой лакокрасочного покрытия.

3. Более высокое содержание в сосне лигнина и экстрактивных веществ, наиболее подверженных деструктивным процессам при климатическом воздействии, обусловливает меньшую долговечность лакокрасочного покрытия (ЛКП) на ее подложке. Это может быть обусловлено окислением органических соединений с образованием перекисных соединений, при распаде которых образуются свободные радикалы, инициирующие деструктивные процессы в большей степени по сравнению с осиной.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Атмосферостойкость покрытий окрашенной древесины при климатическом старении подчиняется классическим законам деструкции полимерных материалов, основными положениями которого являются:

- деструкция полимерного материала происходит за счет цепных реакций с промежуточными частицами высокой реакционной способности (свободными радикалами);

- основными факторами, вызывающими деструкцию полимерных материалов, являются УФ-излучение, влажность и температурные перепады атмосферного воздуха, атмосферные осадки в виде дождя, града, туманов и сернистый газ, содержащийся в атмосфере городского воздуха.

2. Процессы, происходящие в системе «окружающая среда -окрашенная древесина» определяются законами диффузионного проницания и адсорбции. Определяющими факторами данных процессов являются:

- температура и влажность среды,

- природа и параметры сорбента.

3. Эффект действия светостабилизаторов выражается в торможении процессов фотоокисления. Действие светостабилизаторов в лакокрасочном покрытии основано на блокировании свободных радикалов, инициирующих процесс деструкции полимера и на преобразовании энергии УФ-излучения в тепловую энергию.

Обоснованность выводов и рекомендаций

Достоверность предложений и выводов обеспечивается корректностью принятых допущений при оценке диффузионных процессов и подтверждается соответствием результатов теоретических и

экспериментальных исследований. Результаты работы согласуются с основными фундаментальными положениями законов диффузионного проницания и адсорбции и с современной теорией деструкции полимеров.

Результаты экспериментальных исследований получали на основе использования современных методов научного исследования. Полученные уравнения регрессии достаточно точно воспроизводят описываемые явления, а их адекватность подтверждается в соответствии с общепринятыми методиками.

Значимость результатов исследований для науки и практики

Результаты исследований эффективности действия различных светостабилизирующих добавок в разработанной лакокрасочной системе. При деструкции полимеров продукты окисления стабилизатора Тишуш 292 обладают аншрадикальной активностью, в Ттиут 1130 поглощает УФ-излучение и рассеивает энергию без образования свободных радикалов, что в конечном итоге замедляет процесс деструкции покрытия. Эти исследования могут послужить основой для дальнейшего изучения и совершенствования рецептур фасадных красок и расширить ассортимент применяемых для этого светостабилизаторов.

Выявлены потенциальные возможности использования древесины осины для изготовления оконных блоков и других изделий, покрытия которых подвергаются воздействию атмосферных факторов.

Атмосферостойкость лакокрасочного покрытия к древесной подложке осины составляет не менее 5 лет (45 циклов климатических испытаний ускоренным методом), что в 2,5 раза превышает требования ГОСТа Р 52020 - 2003 по атмосферостойкости воднодисперсионных лакокрасочных материалов.

Разработан состав воднодисперсионного лакокрасочного материала, отвечающий по своим показателям современным требованиям по экологической безопасности и атмосферостойкости.

Получены положительные результаты санитарно-эпидемиологической экспертизы разработанного лакокрасочного материала. Разработан рациональный режим нанесения ЛКМ, обеспечивающий высокие защитно-декоративные и эстетические показатели получаемого покрытия.

Место проведения. Работа выполнена на кафедре технологий деревообрабатывающих производств Санкт-Петербургской

Государственной лесотехнической академии им. С.М.Кирова.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях:

- Научно-техническая конференция по ито1 ам научно-исследовательских работ 2003 года (Санкт-Петербург, СПбГЛТА, 2003.);

- Научно-техническая конференция по итогам научно-исследовательских работ 2004 года (Санкт-Петербург, СПбГЛТА, 2004.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 3 научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 разделов, заключения, библиографического списка из 93 наименований, содержит 195 страниц основного текста, 31 рисунок, 51 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулирована ее цель, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В первом разделе рассмотрены основные направления изучения процессов старения и стабилизации полимеров к действию климатических факторов. Также в разделе рассмотрены вопросы атмосферостойкости различных лакокрасочных систем. На сегодняшний день формирование лакокрасочных покрытий по древесине, отличающихся высокой атмосфсростойкостью, представляет собой достаточно сложную задачу. Причинами этого являются в первую очередь особенности поведения древесины под полимерным покрытием во время нахождения их в атмосферных условиях. Анализ литературных источников позволяет сделать вывод о необходимости модификации составов, предназначенных для получения покрытий наружной эксплуатации, светостабилизирующими добавками. Данные, полученные в результате литературного анализа, свидетельствуют о многообразии светостабилизаторов, использующихся для повышения

атмосферостойкости лакокрасочных покрытий. Приведенные результаты свидетельствуют об эффективности применения светостабилизаторов при создании атмосфсростойких лакокрасочных покрытий.

По результатам анализа литературных источников были определены следующие задачи исследования:

- разработать состав воднодисперсионного лакокрасочного материала, подобрать для этого подходящий светостабилизатор для повышения атмосферостойкости;

эффективность проведенных исследований контролировать по результатам испытаний на атмосферостойкость по методике действующего ГОСТа 9.401-91;

- испытать разработанный состав на древесине осины и сосны для сравнения особенностей поведения различных древесных пород в качестве подложек при воздействии климатических факторов;

- изучить процессы, происходящие в древесине под полимерным покрытием под воздействием климатических факторов;

- теоретически и экспериментально исследовать диффузионные процессы, происходящие в системе «окрашенная древесина -окружающая среда»;

- разработать рациональный режим нанесения данного лакокрасочного материала;

- определить технико-экономическую эффективность применения разработанного состава.

Во втором разделе «Теоретическое исследование диффузионных процессов, действующих в системе «окружающая среда - окрашенная древесина»» рассмотрены вопросы диффузионного проникновения влаги атмосферного воздуха в поверхность окрашенной древесины.

Целью данного исследования является установление закономерностей, определяющих диффузию пара при различной температуре и влажности атмосферного воздуха в исследуемых многослойных системах. При этом древесина, окрашенная с двух сторон, рассматривается в качестве трехслойной системы. Таким образом, закон диффузионного сопротивления для трехслойной системы примет вид:

№обр * 5обр = 2 * М„к * 4' ПК + Мдрее * 5 фее

(I - коэффициенты диффузионно! о сопротивления испытуемого слоя - для

всего образца, покрытия, древесины соответственно; б - толщина испытуемого образца, покрытия, древесины

соответственно, мм. В соответствии с целью, задачами данного исследования являются:

1. Определение основных параметров, оказывающих влияние на протекание диффузионных процессов в трехслойной системе «полимер - древесина - полимер».

2. Установление основных законов, характеризующих диффузионные процессы, происходящие в данной трехслойной системе.

3. Установление соответствия закономерностей диффузионного проникновения влаги в окрашенный образец древесины классическим законам диффузии.

Для решения данных задач были поставлены эксперименты, в ходе которых контролировалось количество поглощенной влаги окрашенным образцом при различных температурно-влажностных условиях окружающей среды.

В результате проведения экспериментов было подтверждено, что диффузионные процессы, происходящие в системе «окружающая среда -окрашенный образец» подчиняются классическим законам диффузии: правомерны законы для определения проницаемости древесины и любых других материалов строительного назначения. Относительно рассмотренной трехслойной системы «полимер - древесина - полимер» определены поправочные коэффициенты в законы, характеризующие движение пара в различных системах. Выявлено, что при увеличении температуры возрастает как проницаемость образца, так и сопротивление паропроницанию. Получена формула для упрощенного расчета процессов диффузионного движения для образцов, находящихся под воздействием климатических факторов:

г ^ п*ЬР

образца

где Ар - разница давлений между двумя сторонами образца, кг/м2, —— паропроницаемость образца, кг/м2*ч,

Б - коэффициент диффузии для водяного пара в воздухе, м2/ч.

Появление знака «±» в полученной формуле характеризует состояние системы во время ее нахождения под воздействием атмосферных факторов. Поверхность окрашенной древесины может как поглотать влагу, так и испарять ее.

Таким образом, можно сделать вывод о решающем действии на диффузионные процессы скорости хаотического движения молекул, которая зависит от температуры. С увеличением температуры увеличивается скорость и количество поглощенной влаги.

В третьем разделе «Общие методические положения» рассмотрены направления проводимых исследований, методика оценки опытных данных и планирования эксперимента, приведены характеристики применяемых материалов, экспериментального оборудования и измерительной аппаратуры. Для проведения экспериментальных

исследований использовали современное отечественное и зарубежное оборудование и приборы, в том числе спектрометр Бресогс! Ж 75, электронный сканирующий микроскоп ШОЬ и другие. Атмосферостойкость покрытия на основе разработанной воднодисперсионной краски определялась по методике ГОСТа 9.401-91.

В четвертом разделе «Разработка состава воднодисперсионного лакокрасочного материала для формирования атмосферостойкого покрытия» приведены результаты разработки состава ВДЛКМ, отвечающего по своим показателям современным требованиям по защитно-декоративным и эксплутационным свойствам. Получены следующие уравнения регрессии: По времени высыхания уравнение регрессии имеет вид: кодированный вид:

у-32.42+1.48*хг0.0555*х2+2.82*хз+2.266*х4-0.601*х5+2.396*х1*х2+ 2.917*х1*хз+2.604*х1*х4+1.562*х1*х5-0.833*х2*х3-1.771*х2*х4+ 1.146*х2*х5 +1.042*хз*х4-2.708*хз*х5+2.187*х4*х5+6.755*х12-4.911*х22 +2.172*х32 +1.339*х42+0.505*х52 (1)

натуральный вид:

У-2972.44+1516.15*лак-28.09*Н20 +5.021 *ПАВ +193.74*ТЮ2 +5.116*дисп +23.96*лак* Н20+ 1.458*лак*ПАВ+39.06*лак* ТЮ2 Ю.781 *лак* дисп-0.166* Н20 *ПАВ- 10.626* Н20*ТЮ2+0.229* Н20 * дисп -0.312* ПАВ* ТЮ2-0.027* ПАВ*дисп +0.656* ТЮ2х4*Дисп+168.87*лак2-19.644* Н20210.0217* ПАВ2+12.05* ТЮ22+0.005* дисп2 (2)

По твердости уравнение регрессии имеет вид: кодированный вид:

У=0.603-0.005*х1-0.013*х2+0.001*хз+0.007*х4+0.007*х5-0.004*х1*х2+ 0.003*х1*хз+0.007*х1*х5+0.003*х2*хз-0.011*х2*х5-0.004*хз*х4+0.012*хз*х5 -0.003*х4*х5+0.003*х12-0.028*х22+0.009*хз2+0.026*х42-0.004*х52 (3)

натуральный вид:

у=-6.494+0.49*лак-0.81* Н20-0.0195*ПАВ+1.074* ТЮ2-0.011*дисп-0.04* лак * Н20+ 0.0015* лак* ПАВ+0.0035* лак* дисп+0.0015* Н20* ПАВ-0.022* Н20* дисп-0.012* ПАВ* ТЮ2+0.00012* ПАВ *дисп -0.0009* ТЮ2* дисп+0.075* лак2-0.112* Н202+0.00009* ПАВ2+0.234* ТЮ22-0.00004* дисп2 (4)

По адгезии уравнение регрессии имеет вид: кодированный вид:

У=0.71-0.03*х1+0.041*х2-0.01*хз-0.07*х4-0.0225*х1*х2-0.03*х)*х3+0.0187*х1*х4-0.01*х1*х5-0.00625+х2*хз-0.055*х2*х4-0.00875*х2*х5-0.0155*х3*х4-0.0187*хз*х5 -0.03*х4*х5 -0.0667*х,2-0.0667*х22+0.00829*х32-0.0417*х42+0.00829*х52 (5)

натуральный вид:

У=-31.942- 13.458*лак-2.931 * Н20-0.0746*ПАВ-1.704* ТЮ2-0.225* лак* Н20+ 0.015* лак* ПАВ+0.28* лак* ТЮ2- 0.005* лак * дисп - 0.00125* Н20* ПАВ - 0.33* Н20* ТЮ2- 0.00175* Н20* дисп -0.0045* ПАВ* ТЮ2-0.000187* ПАВ* дисп - 0.009* ^Ог* дисп-1.667* лак2-0.267* Н202+0.0000829* ПАВ2-0.3753* ТЮ22+0.0000829* дисп2 (6)

По термостойкости уравнение регрессии имеет вид: кодированный вид: у=95.91+2.51*х1+2.2*х2-1.683*хз+16.594*х4+0.388*х5+1.646*х1*х2+ 1.52*х1*хз+2.229*х,*х4+2.938*х1*х5-0.686*х2*хз-3.146*х2*х4+1.395*х2*х5 +0.812*хз*х4-1.562*хз*х5-3л88*х4*х5-25.96*х12+6.534*х22-1.463*хз2-1.797*х42+13.203 *х52 (7)

натуральный вид:

У-9645.5-5053.6*лак+157.34*Н20+2.963*ПАВ+58.72*ТЮ2 +5.126*дисп+16.46* лак * Н20 + 0.76* лак * ПАВ +33.435* лак * ТЮ2 +1.469* лак * дисп -0.137* Н20 * ПАВ -18.876* Н20 * ТЮ2 +0.279* Н20 * дисп +0.243* ПАВ * ТЮ2 -0.0156* ПАВ * дисп -0.956* ТЮ2 * дисп -649* лак 2+26.14* И20 2-0.0146*ПАВ2-16.17* ТЮ22+0.132* дисп2 (8)

При разработке рационального состава в качестве критериев оптимизации были приняты: время высыхания ЛКМ, твердость ЛКП, термостойкость ЛКП и адгезия ЛКП к древесной подложке.

Полученные математические модели свойств покрытия на основе воднодисперсионного пигментированного лакокрасочного материала были использованы для решения задач нахождения экстремальных значений исследуемых параметров.

Одним из наиболее эффективных способов решения задачи оптимизации с большим количеством откликов, лишенным вычислительных трудностей, является использование предложенной Харрингтоном так называемой функции желательности О в качестве обобщенного критерия оптимизации.

Полученное уравнение регрессии с ограничениями было использовано для определения оптимальной рецептуры лакокрасочного материала, соответствующей максимальному значению D. D=0.475-0.033*Xi-0.0033*X2-0.031 *х3+0.1 19*х4-0.0069*Х5+0.0038*Х]*Х2-0.0114*х1*хз+0.00068*х1*х4-0.0307*х,*х5+0.0038*х2*хз - 0.0343*х2*х4 +0.046*х2*х5-0.01*хз*х4-0.025*хз*х5+0.022*х4*х5-0.218*х12-0.1025*х22 +0.048*х32 +0.0949*х42+0.0289*х52 (9)

-1<х,<+1 (¡=1,2,...., п) 20 < yi < 60 50 <у2 < 110 0.56 < уз <0.655 0.2 < у, < 1.0 где п - количество параметров управления.

При помощи Microsoft Excel 2000 было определено, при каких значениях управляющих параметров данное уравнение принимает свое максимальное значение.

В результате было получено:

Dmax=0.85 при: Xj= -0.118, х2= 0.0202, х3= -1, х4= 1, х5= 1

В натуральном виде:

Х1=19.41 г при 15 ^ XI < 25 - содержание лака;

х2=5.04 г при 3 < х2 < 7 - содержание воды;

х3=0.2 г при 0.2 < х3 < 0.4 - содержание ПАВ;

Х4=10 г при 4 < Х4 < 10 - содержание диоксида титана;

х5=0.4 г при 0.2 < х5 < 0.4 - содержание диспергатора.

Значения показателей эффективности, соответствующие оптимальным параметрам управления:

у,= 0,64 усл.ед., у2= 120,9 °С, у3= 36,6 мин., у4-0,626 балл.

При экспериментальной проверке полученного состава в оптимальных условиях были получены следующие результаты:

у,= 0,63 усл.ед., у2= 1Ю °С, у3= 30 мин., у4= 0,633 балл.

Разница между расчетными и экспериментальными данными укладывается в ошибку воспроизводимости.

Таким образом, получен оптимальный состав лакокрасочного материала на основе акрилатного пленкообразователя для формирования по1фытий на древесной подложке.

В пятом разделе «Комплексные исследования покрытий, модифицированных светостабилизаторами. Климатические испытания покрытий до и после их модификации светостабилизаторами» приведены результаты исследований изменения качественных показагелей покрытий при воздействии на них атмосферных факторов.

В целях дальнейшего повышения атмосферостойкости лакокрасочных покрытий па данных древесных подложках было необходимо провести модификацию полученного состава воднодисперсионного лакокрасочного материала различными добавками, повышающими атмосферостойкость получаемого покрытия. Для решения данной задачи были выбраны светостабилизаторы как зарубежного, так и отечественного производства.

Проведенные исследования показали, что наименьшее водопоглощение имеют покрытия: с добавлением Ттшап 292 в количестве 2% и Тштп 1130 в количестве 3%; с добавлением бензофенона и бензотриазола в общем количестве 1 %; с добавлением 1% бензотриазола и с добавлением 1% бензофенона. Для данных покрышй характерно также полное отсутствие разрушений после пяти суток нахождения в воде.

Анализ полученных результатов показал, что максимальное количество воды образец поглощает в течение первых суток нахождения в воде, в последующем количество поглощаемой воды снижается. Образцы осины характеризует в большинстве случаев более высокое водопоглощение по сравнению с образцами сосны. Для сосны характерно наличие смолы и мелких пор, что снижает количество поглощаемой воды, а осина, наоборот, отличается высокой пористостью и большим количеством сосудов, что сказывается на ее повышенном водопоглощении и разбухании.

Проведенные исследования показали, что большему водопоглощению по массе для всех испытуемых образцов осины всегда соответствует меньшее изменение линейных размеров, по сравнению с сосной, что оказывает непосредственное влияние на поведение лакокрасочного покрытия в процессе испытаний. Обнаруженная закономерность может служить объяснением более высокой стойкости лакокрасочных покрытий на осиновой подложке в процессе климатических испытаний по сравнению с подложкой сосны.

По результатам анализа проведенных исследований по определению водопоглощения и паропроницаемости можно сделать вывод, что лучшей

характеристикой обладают покрытия, содержащие 2 % Тинувина 292 и 3 % Тинувина 1130 и покрытия, содержащие 2 % Тинувина 292 и 4 % Тинувина1130.

Проведенные исследования светостойкости ЛКП показали, что наилучшей стойкостью к действию УФ-облучения обладает покрытие на основе воднодисперсионной краски с добавлением 2 % Тинувина 292 и 3 % Тинувина1130.

По результатам исследований не наблюдается единой закономерности влияния породы древесины на светостойкость нанесенных покрытий.

После прохождения образцами как 15 так и 45 циклов ускоренных климатических испытаний по ГОСТ 9.401-91 наибольшие изменения блеска и белизны покрытия происходят на подложках древесины сосны, также на подложках сосны происходят наибольшие нарушения сплошности покрытия (растрескивание).

При испытаниях покрытий на основе разработанного состава без добавления светостабилизаторов воднодисперсионная краска на древесине сосны показала низкую атмосферостойкость. Эта же краска на древесине осины обеспечила защитные свойства, соответствующие 2 годам эксплуатации в условиях умеренного климата.

При испытаниях покрытий на основе разработанного состава, модифицированного светостабилизаторами, установлено, что воднодисперсионная краска на древесине сосны сохраняет защитные свойства не более 1 года. Эта же краска на древесине осины обеспечила защитные свойства, соответствующие 5 годам эксплуатации в условиях умеренного климата.

Результат, полученный на древесине осины, соответствует требованиям ГОСТа Р 52020-2003 на атмосферостойкость воднодисперсионных красок и даже превосходит его в 2,5 раза.

В шестом разделе «Исследования физико-химических процессов, происходящих в окрашенных образцах древесины после климатического старения» рассмотрены химические и структурные изменения, происходящие в окрашенных образцах при климатическом и световом старении.

Для более глубокого понимания процессов, происходящих в окрашенной древесине при климатическом старении и с целью изучения различий в поведении лакокрасочных покрытий на древесных подложках осины и сосны после проведения климатических испытаний были проведены данные исследования. При этом изучали химические изменения

и закономерности процесса старения как граничной области «древесина -лакокрасочное покрытие», так и древесины под полимерным покрытием.

Предпосылками к проведению исследований послужили данные о существенном отличии древесины осины и сосны, как по строению, так и по химическому составу. Процесс старения связан с различием в химическом составе соединений и групп веществ, характеризующих хвойные и лиственные породы древесины (осина, сосна).

Среди принципиальных различий можно выделить различное строение лигнинов указанных пород. Как известно, для лигнина хвойных пород более характерно наличие гваяцильных фрагментов, а для лиственных пород - сирингильных. Содержание лигнина в осине соствляет 21,8 % , а в сосне 25,5 %. Как известно, лигнин обладает значительной способностью к аутоокислению и имеет характерные области поглощения в УФ-снектрах.

Однако, по нашему мнению, скорее всего, различие в скоростях деструкции полимерного материала, нанесенного на образец, может быть связано с наличием экстрактивных веществ. Для хвойных пород древесины экстрактивные группы включают в себя соединения терпенового характера (моно1ерпены, дитерпены, кислородсодержащие производные - смоляные кислоты и др.). Указанные группы веществ содержат соединения, имеющие в своем составе ненасыщенные связи. Как известно, такого рода соединения легко образуют перекисные соединения с кислородом воздуха.

Далее, эти перекисные соединения могут образовывать перекисные радикалы, которые могут инициировать деструктивные процессы нанесенных на древесину материалов.

Следует учесть возможность наличия смоляных кислот, которые, диссоциируя, могут способствовать образованию слабокислой среды, что также может усиливать деструктивные процессы в лакокрасочном покрытии. Однако, по нашему мнению, влияние последнего обстоятельства не будет преобладающим.

После получения ИК-спектров данные обрабатывали следующим образом: сначала проводили качественный анализ, т.е. определяли наличие полос поглощения по всем областям частот в исследуемом диапазоне, а затем, при необходимости получения более точных данных, проводили количественный анализ спектральных кривых.

Для выяснения изменений в спектрах образцов проводили нормирование интенсивностей полос спектров по полосе поглощения 615 см"1, относящейся к поглощению пигмента ТЮг, используемой в качестве внутреннего стандарта.

Для получения количественных данных по ИК-спектрам проводили расчет оптической плотности по формуле:

/> = 1п—-1п—

А ^2

£> = Г,-Т2

(10) (П)

где А1, А2 - процент пропускания, соответственно вершины и основания частотного пика; Г/, Т2 - интенсивность падающего и прошедшего света. Оптическая плотность определяется как поглощающая способность вещества и выражается следующим образом:

(12)

где к- коэффициент погашения, т.е. поглощающая способность вещества, с - концентрация вещества, г/л. <1- толщина слоя образца, см. В результате проведенных исследований были получены ИК-спектры, проведен их качественный и количественный анализ:

Изменения, происходящие в граничном слое «древесина-ЖП» после климатических испытаний

Отнесение Оптическая плотность

Область Функциональные осина, осина, сосна, сосна,

частотам"1 группы до после ДО после

старения старения старения старения

3400 Гидроксильные 1,044 0,565 0,519 0,757

группы -ОН

1700-1720 Карбонильные 0,48 0,407 0,413 0,473

группы С—О

1610-1620 Алкены С=С 0,437 0,347 0,238 0,396

1130-1150 Простые эфиры 0,326 0,166 0,238 0,24

1100 С-О-С 0,393 0,077

1030-1050 С-С, С-О, (Ж 0,57 0,145 0,371 0,444

Изменения, происходящие в древесине под полимерным покрытием после климатических испытаний

Отнесение Оптическая плотность

Область Функциональные осина, осина, сосна, сосна,

частот,см"1 группы ДО после ДО после

старения старения старения старения

3400 Гидроксильные 0,816 3,087 1,854 4,097

группы -ОН

1700-1720 Карбонильные 0,432 0,733 0,640 0,711

группы С=0

1610-1620 Алкены С=С 0,413 1,032 1,220 1,684

1130-1150 Простые эфиры 0,391 0,515 0,836 0,889

1100 с-о-с 0,636 0,774

1030-1050 С-С, С-О, оы 0,884 1,117 1,794 1,761

В результате анализа полученных данных по ИК-спектрам можно выявить следующие закономерности.

Для процесса климатического старения, протекающего в граничном слое «древесина - лакокрасочное покрытие» характерно:

Увеличение оптической плотности в области частот 1720 и 1620 см'1 (С=0) для образцов сосны и снижение оптической плотности для образцов осины. Это свидетельствует о накоплении карбонильных групп в образцах сосны, что может говорить о преобладании в них окислительного процесса в большей степени по сравнению с осиной.

Имеет место увеличение оптической плотности в области частот 1150, 1100 и 1050 см (сложноэфирные связи) для образцов сосны и снижение оптической плогности для образцов осины. Это может говорить о накоплении сложноэфирных связей в образцах сосны, что в большей степени инициирует деструктивные процессы в древесине хвойных пород. Также можно отметить увеличение интенсивности в области 3400 см" (гидроксильные группы), что свидетельствует о процессе гидролиза.

В древесине под полимерным покрытием при климатическом старении можно отметить явное накопление гидроксильных групп в области 3400 см"1. Практически по всем остальным областям частот наблюдается увеличение оптической плотности, как для древесины осины, так и для древесины сосны.

При изучении изменений относительной интенсивности пропускания излучения образцы осины под полимерным покрытием показывают повышенную устойчивость по сравнению с образцами сосны. В сосне под полимерным покрытием были заметны существенные изменения интенсивности полос поглощения, в то время как в осине наблюдается незначительное изменение интенсивности.

При исследовании изменений относительной интенсивности граничной области «древесина-полимер» можно обнаружить некоторое увеличение в области 1480 см"1 по отношению к полосе 1780 см"1 и уменьшение интенсивности в области 1130 см"1 по отношению к области 1080-1090 см'1. Для сосны отличия гораздо существеннее, основные изменения происходят в полосах частот 1780 и 1520 см'1.

В результате анализа данных результатов можно сделать вывод, что наибольшее значение имеют процессы, происходяпще в граничном слое «древесина - полимерное покрытие», поскольку именно в этой области наблюдаются наиболее четкие закономерности изменений как по оптической плотности, так и по относительной интенсивности. В образцах сосны всегда происходит увеличение оптической плотности и большие изменения относительной интенсивности. В то время как на образцах осины наблюдается уменьшение оптической плотности и изменения по относительной интенсивности практически отсутствуют.

Проведенные исследования согласуются с различным поведением лакокрасочного покрытия на древесных подложках осины и сосны. Известно, что процессы деструкции - это радикальные цепные реакции с промежуточными частицами высокой реакционной способное ш (свободными радикалами), которые образуют в процессе деструкции новые радикалы и происходит лавинообразное разрушение полимера. Данными исследованиями показано, что при процессах старения практически по всей области частот на образцах сосны оптическая плотность увеличивается, что может свидетельствовать об образовании новых радикалов, которые инициируют дальнейший процесс разрушения; в то же время, на осине обнаружено уменьшение показателей оптической плотности по всем областям частот. Можно предположить, что на осине просто протекает реакция деполимеризации без образования новых реакционноспособных радикалов.

Анализ полученных снимков в результате исследований, проведенных методом электронной микроскопии показал, что наибольшие структурные изменения произошли на поверхности образца и на границе «древесина-ЖП». Это выражается в нарушении сплошности покрытия, появлении пустот между покрытием и поверхностью подложки и отслоении покрытия.

пустот между покрытием и поверхностью подложки и отслоении покрытия.

Явных структурных изменений, происшедших в древесине, не обнаружено. В древесине осины структурные изменения отсутствуют, пока остается невыясненным появление нарушений в структуре клеточных стенок на образце сосны.

Таким образом, можно сказать, что по прошествии 45 циклов ускоренных климатических испытаний (5 лет в естественных условиях) явные структурные изменения происходят в первую очередь на поверхности окрашенных образцов и в граничном слое между покрытием и подложкой.

Окончательный ответ на вопросы об изменении структуры древесины может быть получен при дальнейшем изучении структурных изменений при более длительных климатических испытаниях образцов. Таким образом, на основании анализа результатов исследования можно сделать следующие выводы:

1. Проведенные физико-химические исследования показали, что деструктивные процессы, происходящие в древесине и граничной области «покрытие-древесина» исследуемых пород (осина и сосна) имеют различный механизм.

2 Структурные изменения, происшедшие с образцами в течение 5 лет климатического старения касаются в первую очередь лакокрасочного покрытия и граничной зоны «древесина -лакокрасочное покрытие».

3. В целом можно сделать вывод о том, что изучение данных процессов представляет собой достаточно сложный вопрос. Поэтому для окончательного объяснения причин возникновения и механизма протекания данных явлений требуется комплексное проведение исследований различными методами - спектроскопия МГПЗО (метод многократного поверхностного внутреннего отражения), хроматография, методы термического анализа, рентгенографический анализ.

В седьмом разделе приведен расчет суммарного годового экономического эффекта (в ценах 2005 г.) от использования разработанного ЛКМ, который составил 360 тыс. руб.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Анализ литературных источников, посвященных вопросу повышения атмосферостойкости ЖП, показал, что проблема разработки

2. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали что диффузионные процессы, происходящие в системе «окружающая среда - окрашенный образец» подчиняются классическим законам диффузии: правомерны законы для определения проницаемости древесины и любых других материалов строительного назначения. Относительно рассмотренной трехслойной системы «полимер - древесина -полимер» определены поправочные коэффициенты в законы, описывающие движение пара в различных системах.

3. Разработан состав воднодисперсионного лакокрасочного материала: 70 масс. ч. самосшивающейся акриловой дисперсии, 7 масс. ч. коалесцента, 3,5 масс. ч. поверхностно активного вещества, 5,6 масс. ч. пеногасителя, 3,5 масс. ч. парафиновой добавки, 2,8 масс. ч. загустителя, 7,4 масс.ч. пигментной пасты и 3,5 масс. ч. светостабилизирующих добавок.

4. Установлено, что срок службы лакокрасочного покрытия по результатам ускоренных климатических испытаний составляет не менее 45 циклов, что соответствует 5 годам службы в условиях умеренного климата. Этот результат достигнут за счет введения светостабилизаторов Ттшлп 292 и Ттотт 1130 в концентрациях 2% и 3% соответственно. Также отмечена эффективность действия в качестве светостабилизаторов бензофенона в количестве 1% и бензофенона с бензотриазолом в общем количестве 1%.

5. Отмечена особенность осины поглощать большее количество воды наряду с меньшим разбуханием по сравнению с сосной.

6. Выявлено, что покрытия на древесине осины по атмосферостойкости в несколько раз превосходят покрытия на древесине сосны, что позволяет рекомендовать ее как полноценное сырье в качестве подложки для фасадных покрытий.

7. По данным спектрального анализа выявлено, что в граничной области «сосна - полимер» происходит образование новых групп по всей области спектра, в то время как в граничной области «осина - полимер» этого не наблюдается. Это свидетельствует о различных процессах, происходящих в данной области спектра в двух разных древесных породах и о деструктивных процессах, протекающих в большей степени в древесине сосны.

8. Выявлено, что при световом и климатическом старении окрашенной древесины деструкция покрытия протекает по-разному. При климатических испытаниях деструкция ЛКП в большей степени связана с природой подложки, т.к. переменная влажность и температура оказываются решающими факторами, влияющими на деформацию древесины и, следовательно, на покрытие. При УФ-старении деформационных процессов не происходит. Деструкция ЛКП обусловлена, в основном, его природой.

9. Установлено, что структурные изменения, происходящие в образцах окрашенной древесины после климатических испытаний, касаются в первую очередь полимерного покрытия и граничной области «древесина-полимер».

10. Режим окрашивания изделий из древесины, обеспечивающий высокое качество получаемых покрытий, полностью вписывается в действующую технологию отделки методом пневматического распыления, а именно: вязкость наносимого ЛКМ - 30-35 с. по ВЗ-246, расход ЛКМ - 95-100 г/м2, давление на входе в краскораспылитель - 0,4-0,45 МПа, расстояние от сопла до окрашиваемой поверхности - 0,3-0,35 м.

11. Проведена санитарно-эпидемиологическая экспертиза разработанного воднодисперсионного лакокрасочного материала, на основании которой получено положительное заключение. Согласно экспертизе, данный ВДЛКМ по параметрам острой токсичности относится к IV классу опасности, т.е. это вещества малоопасные по ГОСТ 12.1.007.

12. Проведен расчет технико-экономической эффективности проведенных исследований. При годовом объеме производства 10000 окон в год экономия составляет 360 тыс.руб. в ценах 2005 года.

13. Данная работа открывает новые возможности к проведению исследований по направленному регулированию физико-химических свойств древесины для повышения долговечности лакокрасочных покрытий.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Цой Ю.И., Марчук А.Ю. Совершенствование технологии отделки осины воднодисперсионными лакокрасочными материалами. // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития / Сборник научных трудов. Выпуск 6 - Брянск, 2003. - с.76-78.

2. Марчук А.Ю. Исследование водопоглощения лакокрасочных покрытий воднодисперсионных красок на стиролакрилатной основе на древесных подложках. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Выпуск 8 - СПб, 2004. - с.76-79.

3. Марчук А.Ю. Определение паропроницаемости покрытий окрашенных изделий из древесины. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Выпуск 9 - СПб, 2005. -с. 105-109.

МАРЧУК АННА ЮРЬЕВНА

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 12.05.05. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 119. С 9а.

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3

»119 16

РНБ Русский фонд

2006-4 7735

(

i

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Классификация процессов старения полимеров и основные направления их изучения.

1.2. Стабилизация полимеров к действию климатических факторов.

1.3. Атмосферостойкость различных полимерных систем.

Выводы и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В СИСТЕМЕ «ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - ОКРАШЕННАЯ ДРЕВЕСИНА».

2.1. Постановка задачи.

2.2. Теоретическое решение поставленных задач.

2.3. Постановка экспериментов.

Выводы по результатам исследования.

3. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

3.1. Задачи исследований.

3.2. Материалы и их характеристика.

3.3. Краткая характеристика применяемых светостабилизаторов.

3.4. Экспериментальное оборудование и измерительная аппаратура.

3.5. Методика проведения опытов.

3.5.1. Определение термостойкости лакокрасочного покрытия.

3.6. Методика оценки опытных данных и планирования эксперимента.

4. РАЗРАБОТКА СОСТАВА В ОДНО ДИСПЕРСИОННОГО ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ АТМОСФЕРОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Планирование эксперимента.

4.2.1. Обоснование выбора постоянных и переменных факторов эксперимента.

4.2.2. Выходные параметры качества покрытия.

4.3. Результаты исследований и их анализ.

4.3.1. Влияние содержания компонентов лакокрасочной системы на время высыхания лакокрасочного покрытия.

4.3.2. Влияние содержания компонентов лакокрасочной системы на твердость лакокрасочного покрытия.

4.3.3. Влияние содержания компонентов лакокрасочной системы на адгезию лакокрасочного покрытия.

4.3.4. Влияние содержания компонентов лакокрасочной системы на термостойкость лакокрасочного покрытия.

4.4. Решение задачи поликритериальной оптимизации.

5. КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ СВЕТОСТАБИЛИЗАТОРАМИ. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ПОКРЫТИЙ ДО И ПОСЛЕ ИХ МОДИФИКАЦИИ СВЕТОСТАБИЛИЗАТОРАМИ.

5.1. Постановка задачи.

5.1.1. Исследование водопоглощения лакокрасочных покрытий, модифицированных светостабилизаторами.

5.1.2. Исследование паропроницаемости образцов окрашенной древесины, свободных пигментированных и непигментированных пленок.

5.1.3. Исследование стойкости лакокрасочных покрытий на древесных подложках и свободных пленок к действию УФ-облучения.

5.1.4. Определение атмосферостойкости разработанных лакокрасочных покрытий.

5.2. Планирование экспериментов.

5.2.1. Методика проведения экспериментов по водопоглощению.

5.2.2. Методика проведения экспериментов по паропроницаемости окрашенных образцов древесины.

5.2.3. Методика проведения экспериментов по паропроницаемости свободных пигментированных и непигментированных пленок.

5.2.4. Методика проведения экспериментов по определению стойкости ЛКП на древесных подложках к действию УФ-облучения.

5.2.5. Методика проведения экспериментов по определению стойкости свободных пленок к действию УФ-облучения.

5.2.6. Методика проведения экспериментов по определению атмосферостойкости покрытий на основе разработанного воднодисперсионного лакокрасочного материала.

5.3. Результаты экспериментов и их анализ.

Выводы.

6. ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ОКРАШЕННЫХ ОБРАЗЦАХ ДРЕВЕСИНЫ ПОСЛЕ КЛИМАТИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ.

6.1. Постановка задачи.

6.2.Планирование эксперимента.

6.2.1. Методика проведения экспериментов по изучению химических изменений.

6.2.2. Методика проведения экспериментов по изучению структурных изменений.

6.3. Результаты экспериментов и их анализ.

Выводы.

7.0ЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Актуальность темы. Дальнейшее совершенствование существующих технологий отделки древесины и создание новых материалов, обладающих улучшенными показателями, позволит решить много важных задач: увеличение срока службы покрытий для изделий наружного применения, улучшение их внешнего вида и декоративных показателей и расширение ассортимента выпускаемых лакокрасочных материалов (JIKM).

Известно, что использование при отделке изделий наружной эксплуатации полиуретановых лакокрасочных материалов, обеспечивающих высокую атмосферостойкость покрытий, ограничено их высокой стоимостью, а также токсичностью в процессе нанесения.

В настоящее время наиболее перспективным направлением в лакокрасочной промышленности является создание и применение новых воднодисперсионных JIKM. Основой данных лакокрасочных материалов являются водные дисперсии различных полимеров. В последнее время также появились новые виды дисперсий, обладающих повышенными показателями за счет их способности к самосшиванию. Лакокрасочные материалы, разработанные на основе данных самосшивающихся дисперсий, отличаются более высокими физико-механическими показателями и долговечностью. В то же время существует достаточное количество различных светостабилизирующих добавок, модификация которыми повышает атмосферостойкость и долговечность лакокрасочных материалов.

За счет комплексного использования вышеуказанных материалов может быть решена поставленная задача по созданию экологически более безопасного лакокрасочного материала, отличающегося высокой атмосферостойкостью.

Цель работы. Целью данной работы является повышение качества защитно-декоративных покрытий изделий из древесины малоценных пород.

Научная новизна результатов щ, 1. Деструктивные процессы покрытия при климатическом старении на разных древесных подложках (осина и сосна) имеют различный механизм. Это связано с различием анатомического строения древесных подложек и физико-химических процессов, имеющих место на границе «покрытие-подложка».

2. В отличие от существующих представлений о том, что при световом и атмосферном старении деструктивные процессы в системе «покрытие -подложка» протекают одинаково, установлено, что при климатических испытаниях деструкция покрытия в большей степени связана с природой подложки, а при УФ-старении, в основном, с природой лакокрасочного покрытия.

3. Более высокое содержание в сосне лигнина и экстрактивных веществ, ^ наиболее подверженных деструктивным процессам при климатическом воздействии, обусловливает меньшую долговечность лакокрасочного покрытия (ЛКП) на ее подложке. Это может быть обусловлено окислением органических соединений с образованием перекисных соединений, при распаде которых образуются свободные радикалы, инициирующие деструктивные процессы в большей степени по сравнению с осиной.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Атмосферостойкость покрытий окрашенной древесины при климатическом старении подчиняется классическим законам деструкции полимерных материалов, основными положениями которого являются: - деструкция полимерного материала происходит за счет цепных реакций с промежуточными частицами высокой реакционной (ф способности (свободными радикалами);

- основными факторами, вызывающими деструкцию полимерных материалов, являются УФ-излучение, влажность и температурные перепады атмосферного воздуха, атмосферные осадки в виде дождя, града, туманов и сернистый газ, содержащийся в атмосфере городского воздуха.

2. Процессы, происходящие в системе «окружающая среда — окрашенная древесина» определяются законами диффузионного проницания и адсорбции. Определяющими факторами данных процессов являются:

- температура и влажность среды,

- природа и параметры сорбента.

3. Эффект действия светостабилизаторов выражается в торможении процессов фотоокисления. Действие светостабилизаторов в лакокрасочном покрытии основано на блокировании свободных радикалов, инициирующих процесс деструкции полимера и на преобразовании энергии УФ-излучения в тепловую энергию.

Обоснованность выводов и рекомендаций

Достоверность предложений и выводов обеспечивается корректностью принятых допущений при оценке диффузионных процессов и подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований. Результаты работы согласуются с основными фундаментальными положениями законов диффузионного проницания и адсорбции и с современной теорией деструкции полимеров.

Результаты экспериментальных исследований получали на основе использования современных методов научного исследования. Полученные уравнения регрессии достаточно точно воспроизводят описываемые явления, а их адекватность подтверждается в соответствии с общепринятыми методиками.

Значимость результатов исследований для науки и практики

Результаты исследований эффективности действия различных светостабилизирующих добавок в разработанной лакокрасочной системе. При деструкции полимеров продукты окисления стабилизатора Tinuvin 292 обладают антирадикальной активностью, в Tinuvin 1130 поглощает УФ-излучение и рассеивает энергию без образования свободных радикалов, что в конечном итоге замедляет процесс деструкции покрытия. Эти исследования могут послужить основой для дальнейшего изучения и совершенствования рецептур фасадных красок и расширить ассортимент применяемых для этого светостабилизаторов.

Выявлены потенциальные возможности использования древесины осины для изготовления оконных блоков и других изделий, покрытия которых подвергаются воздействию атмосферных факторов.

Атмосферостойкость лакокрасочного покрытия к древесной подложке осины составляет не менее 5 лет (45 циклов климатических испытаний ускоренным методом), что в 2,5 раза превышает требования ГОСТа Р 52020 - 2003 по атмосферостойкости воднодисперсионных лакокрасочных материалов.

Разработан состав воднодисперсионного лакокрасочного материала, отвечающий по своим показателям современным требованиям по экологической безопасности и атмосферостойкости.

Получены положительные результаты санитарно-эпидемиологической экспертизы разработанного лакокрасочного материала. Разработан рациональный режим нанесения JIKM, обеспечивающий высокие защитно-декоративные и эстетические показатели получаемого покрытия.

Место проведения. Работа выполнена на кафедре технологий деревообрабатывающих производств Санкт-Петербургской Государственной лесотехнической академии им. С.М.Кирова.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях:

- Научно-техническая конференция по итогам научно-исследовательских работ 2003 года (Санкт-Петербург, СПбГЛТА,

2004.);

- Научно-техническая конференция по итогам научно-исследовательских работ 2004 года (Санкт-Петербург, СПбГЛТА,

2005.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 3 научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 разделов, заключения, библиографического списка из 93 наименований, содержит 195 страниц основного текста, 31 рисунок, 51 таблицу.

8. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ литературных источников, посвященных вопросу повышения атмосферостойкости ЛКП, показал, что проблема разработки атмосферостойких лакокрасочных составов для изделий из древесины актуальна и своевременна.

2. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали что диффузионные процессы, происходящие в системе «окружающая среда -окрашенный образец» подчиняются классическим законам диффузии: правомерны законы для определения проницаемости древесины и любых других материалов строительного назначения. Относительно рассмотренной трехслойной системы «полимер — древесина - полимер» определены поправочные коэффициенты в законы, описывающие движение пара в различных системах.

3. Разработан состав воднодисперсионного лакокрасочного материала: 70 масс.

4. самосшивающейся акриловой дисперсии, 7 масс. ч. коалесцента, 3,5 масс. ч. поверхностно активного вещества, 5,6 масс. ч. пеногасителя, 3,5 масс. ч. парафиновой добавки, 2,8 масс. ч. загустителя, 7,4 масс.ч. пигментной пасты и 3,5 масс. ч. светостабилизирующих добавок.

4. Установлено, что срок службы лакокрасочного покрытия по результатам климатических испытаний составляет не менее 5 лет в условиях умеренного климата. Этот результат достигнут за счет введения светостабилизаторов Tinuvin 292 и Tinuvin 1130 в концентрациях 2% и 3% соответственно. Также отмечена эффективность действия в качестве светостабилизаторов бензофенона в количестве 1% и бензофенона с бензотриазолом в общем количестве 1%.

5. Отмечена особенность осины поглощать большее количество воды наряду с меньшим разбуханием по сравнению с сосной.

6. Выявлено, что покрытия на древесине осины по атмосферостойкости в несколько раз превосходят покрытия на древесине сосны, что позволяет рекомендовать ее как полноценное сырье для производства изделий, окрашиваемых фасадными красками.

7. По данным спектрального анализа выявлено, что в граничной области «сосна - полимер» происходит образование новых групп по всей области спектра, в то время как в граничной области «осина - полимер» этого не наблюдается. Это свидетельствует о различных процессах, происходящих в данной области спектра в двух разных древесных породах и о деструктивных процессах, протекающих в большей степени в древесине сосны.

8. Выявлено, что при световом и климатическом старении окрашенной древесины деструкция покрытия протекает по-разному. При климатических испытаниях деструкция ЛКП в большей степени связана с природой подложки, т.к. переменная влажность и температура оказываются решающими факторами, влияющими на деформацию древесины и, следовательно, на покрытие. При УФ-старении деформационных процессов не происходит. Деструкция ЛКП обусловлена, в основном, его природой.

9. Установлено, что структурные изменения, происходящие в образцах окрашенной древесины после климатических испытаний, в первую очередь касаются полимерного покрытия и граничной области «древесина-ЛКП».

10. Разработан режим нанесения воднодисперсионного лакокрасочного материала, обеспечивающий высокое качество получаемых покрытий. Параметры режима: вязкость наносимого ЛКМ — 30-35 с. по ВЗ-246, расход ЛКМ - 95-100 г/м2, давление на входе в краскораспылитель - 0,4-0,45 МПа, расстояние от сопла до окрашиваемой поверхности — 0,3-0,35 м.

11. Проведена санитарно-эпидемиологическая экспертиза разработанного воднодисперсионного лакокрасочного материала, на основании которой получено положительное заключение. Согласно экспертизе, данный ВДЛКМ по параметрам острой токсичности относится к IV классу опасности, т.е. это вещества малоопасные по ГОСТ 12.1.007.

12. Проведен расчет технико-экономической эффективности применения разработанного состава. При годовом объеме производства 10000 окон в год экономия составляет 360 тыс.руб. в ценах 2005 года.

13. Данная работа открывает новые возможности к проведению исследований по направленному регулированию физико-химических свойств древесины для повышения долговечности лакокрасочных покрытий.

1. Заиков Г.Е. Деструкция и стабилизация полимеров. - М.: МИТХТ, 1990. -151 с.

2. Карякина М.И. Испытания лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Химия, 1988.-252 с.

3. Карякина М.И. Исследование механизма защитного действия лакокрасочных покрытий. Автореферат дис. к.х.н. — М., 1957. 15 с.

4. Каневская Е.А. В сб. Исследования в области техники и технологии лакокрасочных покрытий. М.: НИИТЭХИМ. - 1977.

5. Гореньков М.П. Об отражательной способности прозрачных покрытий в УФ области спектра // Известия вузов. Лесной журнал. — 1976. №3 — с. 84-87

6. Гореньков М.П. Влияние прозрачного покрытия на изменение цвета древесины // Известия вузов. Лесной журнал. 1975. - №3 — с.86-90

7. Гореньков М.П. О методике определения условной светостойкости прозрачных покрытий // Известия вузов. Лесной журнал. 1984. - №1 - с. 68-72

8. Шрейнер С.А. и др. Влияние атмосферной влаги на внутренние напряжения в покрытиях на основе эпоксидных и виниловых смол // Лакокрасочные материалы и их применение. — 1968. №5, с. 32-34

9. Филатов И.С. Климатическая устойчивость полимерных материалов. -М.: Наука, 1983.-215 с.

10. Ю.Якубович и др. Изучение механических и эксплутационных свойств лакокрасочных покрытий в процессе старения// Лакокрасочные материалы и их применение. — 1960. №3 — с. 19-22

11. Карякина М.И. Роль надмолекулярных структур в атмосфероустойчивости лакокрасочных покрытий. Автореферат дис. докт. хим. наук. М., 1967. - 26 с.

12. Филатов И.С. Конструкционные полимеры при низких температурах. Якутск.: ЯФ СО АН СССР, 1976. 106 с.

13. Андрющенко Е.А. Светостойкость лакокрасочных покрытий. — М.: Химия, 1986.-192 с.

14. Карякина М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Химия, 1977. - 239 с.

15. Старение и стабилизация полимеров / Под ред. М.Б. Неймана. М.: Наука, 1964.-282 с.

16. Abu-Zeid М.Е., Ammer M.F., Ollis W.D. Evidence of pyren formation in butadien-styren-based rubber, subjected to UV-irradiation // J. Appl. Polym. Sci., 1987. - v.34 - № 2. - p.489-500.

17. Pagan P. The weathering of plastics photochemical mechanisms and the influence of processing // Polym. Paint and Colour Techn. - 1987 - V.177. - № 4201 -p.701,706, 708-710.

18. Mateo J. L., Catalina F. Photodestruction and photostabilisation of polymers// Rev. Plast. Mod. 1989. - V.40 - № 392 -p.221-226

19. Ершов В.В., Никифоров Г. А., Володькин А. А. Пространственно затрудненные фенолы. М.: Химия, 1972. - 351 с.

20. Заявка 62-68831 Япония, МКИ С 08 К 5/26. Способ придания светостойкости / Танака Иосомаса, Уэда Сюхэй, Ватанабэ Тосисукэ. -Заявл. 5.07.85. Опубл. 19.01.87 // РЖХим. 1988. - 5Т280П.

21. Шляпинтох В.Я. Фотохимические превращения и стабилизация полимеров. М.: Химия, 1979. - 344 с.

22. Иванов В.Б., Самсонова Л.Б. Фенолы как светостабилизаторы полимеров // Итоги науки и техн. ВИНИТИ. Химия и технология высокомол. соед. -1988. № 24. - с.3-84.

23. Заявка 61-176662, Япония, МКИ С 08 К 101/00, С 08 73/06. Светостабилизированная композиция / Накахара Ютака, Сибато Тосихиро, Сигибуто Кодзуо. Заявл. 1.02.85. Опубл. 8.08.86 // РЖХим. -1988.- 10Т90П.

24. Гурвич Я.А. и др. Фенольные стабилизаторы. Состояние и перспективы. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1990. 75 с.

25. Энциклопедия полимеров. T.l, М.: Советская энциклопедия, 1972.

26. Четфилд М. Лакокрасочные покрытия. М.: Химия, 1969. - 639 с.

27. Ренби Б., Рабек Я. Фотодеструкция, фотоокисление, фотостабилизация полимеров. Пер. с англ. М.: Мир, 1978. - 676 с.

28. Фрим А. Реставрация фасадов материалами на основе смол Pliolite // Лакокрасочные материалы и их применение. 2003. - №2-3 - с.45-50

29. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. Л.: Химия, 1974.-656 с.

30. Карякина М.И., Каневская Е.А., Константинопольская М.Б. и др. Изучение начальной стадии меления лакокрасочных пленок // Лакокрасочные материалы и их применение. 1965. - №3 - с.56-61

31. Карякина М.И., Каневская Е.А. Влияние пигментов и наполнителей на атмосфероустойчивость лакокрасочных покрытий // Лакокрасочные материалы и их применение. 1964. - №4 - с.26-29

32. Толстая С.Н., Шабанова С.А. Применение поверхностно-активных веществ в лакокрасочной промышленности. -М.: Химия, 1976. 176 с.

33. Каневская Е.А. Физико-химические закономерности разрушения полимерных покрытий под действием светового излучения. Автореферат дис. докт. хим. наук. М., 1977. - 53 с.

34. Грасси H. Химия процессов деструкции полимеров. М.: Наука. - 1963. -252 с.

35. Kampf G. Systematische Untersuchungen der mikromorphologischen Abbauvorgange an bewitterten Beschichtungssystemen mit unterschidlichem Aufbau //Farbe + Lack. 1973. - Band 79- № 1, s.9-21.

36. Елисаветская И.В., Каневская E.A. В кн.: Исследования в области техники и технологии лакокрасочных покрытий. М.: НИИТЭХИМ, 1975. - вып.4 - с.26-30.

37. Афанасьева JI.H. Изучение процесса агломерации частиц при замораживании латекса. Автореферат дисс. к.х.н. JL: ЛТИ, 1971. 19 с.

38. Кобецкая В.М. Получение и исследование водорастворимых красок и покрытий на основе стиролбутадиеновых латексов. Автореферат дис. канд. техн. наук. Л.: ЛТИ, 1962. - 12 с.

39. У.Верхоланцев В.В. Развитие производства воднодисперсионных красок// Лакокрасочные материалы и их применение. 1984. - №6 — с.8-12

40. Lampe К., Saarnak A. Wasserverdunnbare Anstrichsysteme fur den Korrosionsschutz // Farbe + Lack. 1989. - Band 95 - №3, s. 167-170

41. Landwehr E. Erprobung von Wasserlacken fur Stahlbauten der DB // Farbe + Lack. 1990. - Band 96 - №12, s.929-933

42. Hoeflaak M., Gard W.F. Testzyklus zur Schnellbewitterung von Holzanstrichen//Farbe + Lack. 1995.-Band 101 -№12, s.1011-1016

43. Bagda E. Echte und weniger echte Siliconharzfarben //Farbe + Lack. 1990. -Band 97-№12, s.934-938

44. Arning, Eberhard. Dispersionsfarben und Kunststoffputze: Grundlagen, Anwendung, Werkstoffe. Koln Braunsfeld, 1974. - 271 s.

45. Grass W., Merzbach H.D., Skudelny D. Passive waprige Korrosionsschutzdispersionen mit oberflachenbehandeltem Wollastonit // Farbe + Lack. 1988. - Band 94 -№11, s.895-897нэг

46. Reck Е. Titandioxidpigmente fur wa|3rige Industrielacke // Farbe + Lack. -1996.-Band 102 -№3, s.40-45

47. Каневская E.A. Физико-химические закономерности разрушения полимерных покрытий под действием светового излучения. Автореферат дис. докт. хим. наук. М., 1977. - 53 с.

48. Renz R., Topfel Н., Vesper W. Einflup des UV-Lichtes auf die Zerstorung von Lackfilmen // Farbe + Lack. 1974. - Band 80 - №6, s.513-517

49. Салынская О. А. Разработка воднодисперсионных лакокрасочных материалов для атмосферостойких покрытий на основе бутадиенстирольного латекса, наполненного фенолформальдегидным олигомером. Дис. канд. техн. наук. СПб.: ЛТИ, - 1990. - 138 с.

50. Bohnke Н., Hess Е. Lichtschutzmittel in Lacken: Moglichkeiten und Grenzen // Farbe + Lack.- 1989. Band 95 -№10, s.715-719

51. KunzeI H. Beurteilung des Regenschutzes von Ausenbeschichtungen // Institut fur Bauphysik der Fraunhofer Gesellschaft, Mitteilung 18 1978

52. Улиг Г. Коррозия металлов. Пер. с англ. Под ред. А.В. Турковской. М.: Металлургия, 1968. - 306 с.

53. Елисаветская И.В., Канарейкина В.И. В сб.: Антикоррозионная защита металлов лакокрасочными покрытиями. М.: НИИТЭХИМ, 1979. с.74-77

54. Крылова И.А. Исследование процесса формирования покрытий при электроосаждении водоразбавляемых лакокрасочных систем. Автореф. дисс. д.х.н. М., 1978. 43 с.

55. Мануйлов А.И. и др. О выборе окрасочных составов для атмосферостойкой отделки элементов стандартных деревянных домов//Деревообрабатывающая промышленность. 1973 - №5 - с.8-10

56. Teichgraber R. Messung und Beurteilung der Wechselwirkung zwischen Anstrichsystemen, Holz und Witterungseinflussen // Holz als Roh- und Werkstoff. 1973. - Band 31 - s. 127-132

57. Мануйлов А.И., Хатилович С.А. Применение воднодисперсионных красок для атмосферной отделки изделий из древесины // Деревообрабатывающая промышленность. 1975 - №4 - с.4-5

58. Материалы симпозиума фирмы Votteler. М. - 1980.

59. Фенгел Д. Вегенер Г. Древесина. Химия, ультраструктура, реакции. Под ред. А.А. Леоновича. М.: Лесная промышленность, 1988. - 512 с.

60. Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров. СПб.:СПбЛТА, 1999. - 628 с.

61. Leary G. Photochemical Production of Quinoid Structures in Wood //Nature. -1968. vol. 217 - February 17, p.217

62. Kastien H. Einflus von UV-Absorbern auf die Wetterbestandigkeit farbloser Aciyldispersionen // Farbe + Lack. 1989. - Band 95 - №1, s.16-19

63. Ahola, Pirjo. Chemical and physical changes in paints or painted wood due toageing: Acad. diss. Univ. of Helsinki Espoo: Techn. Research centre of Finland, 1993.-90 p.

64. Зубов П.И., Сухарева Л.А. Структура и свойства полимерных покрытий. М.: Химия, 1982. - 256 с.

65. Ильдарханова Ф.И., Елисаветская И.В. Влияние холодного климата на устойчивость лакокрасочных покрытий// Лакокрасочные материалы и их применение. 1987. - №5 - с.46

66. Fruhwald, A. Ein Beitrag zur Kenntnis des diffusionstechnischen Verhaltens von Furnierplatten und kunstharzbeschichtetem Holz. Diss. Univ. Hamburg. -Hamburg. 1973. - 139 s.

67. Seiffert K. Wasserdampfdiffusion im Bauwesen. Ein Leitfaden zur Verhutung von Bauschaden durch diffusionstechnisch einwandfreie Baukonstruktionen. -Berlin: Bauverlag. 1982. - 214 s.

68. Klopfer H. Uber den maximal zulassigen Wasserdampfwiderstand von Fassadenanstrichen // Farbe + Lack. 1975. - Band 75 - №5, s. 444-453

69. Серговский П.С. Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. М.: Лесная пром-ть, 1987. - 360 с.72.0снач Н.А. Проницаемость и проводимость древесины. М.: Лесная пром-ть, 1964.- 181 с.

70. ГОСТ 9.401 91. «ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов».- Взамен ГОСТ 9.404-81; Введ. 01.07.92. - М.: Изд-во стандартов, 1998. - 60 с.

71. Цой Ю.И. Совершенствование технологии отделки изделий из древесины на основе воднодисперсионных лакокрасочных составов. Дисс. докт. техн. наук. СПб.: СПбГЛТА 2002. - 413 с.

72. Жуков Е.В., Онегин В.И. Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов. М.: Экология, 1993. - 101 с.

73. Пен Р.З. Статистические методы моделирования и оптимизации процессов целлюлозно-бумажного производства. Красноярск.: Изд-во Красноярского университета, 1982. - 190 с.

74. Пижурин А.А. Современные методы исследований технологических процессов в деревообработке. — М.: Лесная промышленность, 1972. — 248 с.

75. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследования процессов деревообработки. -М.: Лесная промышленность, 1984. 232 с.

76. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Основы моделирования и оптимизация процессов деревообработки. — М.: Лесная промышленность, 1988. 296 с.

77. Сетямина И.П. Формирование декоративно-защитных текстурированных покрытий древесины. Дисс. канд. техн. наук. СПб.: СПбГЛТА, 1997. -218 с.

78. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. -М.: Высш. школа, 1978.- 319 с.

79. Шевченко В.А., Смольянинов Ю.Г. Исследования эксплутационных свойств лакокрасочных покрытий по древесине в процессе-/Э5искусственного старения. В сб. Новые индустриальные способы отделки изделий из древесины. Киев: ИТИ. - 1962 - с. 2Ч~Н2

80. ГОСТ 9.407 84. «Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида». - Введен впервые; Введ. 01.07.85 - М.: Изд-во стандартов, 1997. -12 с.

81. ГОСТ 4650-80 (СТ СЭВ 1692-79). Пластмассы. Методы определения водопоглощения. Взамен ГОСТ 4650-73; Введ. 01.12.80 - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 6 с.

82. Мусихин B.J1. и др. Определение физико-механических свойств лакокрасочных пленок и покрытий: Метод.указания/ ЛТИ им. Ленсовета. -Л.: 1988.-30 с.

83. Полубояринов О.И. Исследование природных свойств водослойной и гнилой древесины осины. Дисс. к.с.-х.н. Л.: ЛТА, 1963. - 223 с.

84. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. М.: МГУЛ, 2001.-340 с.

85. Пономарев Д.А., Федорова Э.И., Крутов С.М. Терпены. Сыктывкар: СЛИ, 2001.-64 с.

86. Наканиси К. РЖ-спектры и строение органических соединений. М.: Мир, 1965.-209 с.

87. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии. — М.:МГУ, 1979 — 240 с.

88. Лакокрасочные покрытия. Под ред. Е.Н. Владычиной. М.: Химия, 1972. -304 с.

89. Базарнова Н.Г., Карпова Е.В., Катраков И.Б. Методы исследования древесины и ее производных. Барнаул: Изд-во Алтайского гос. универ-та, 2002.-160 с.

90. Дехант И., Данц Р., Киммер В., Шмольке Р. ИК-спектроскопия полимеров. М.: Химия, 1976. - 472 с.