автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Обработка древесины с целью повышения адгезии полиэфирных покрытий

ЛШНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ИГНАТОВА Надежда Ивановна

УДК 674.038:684.4.059.5

ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ АДГЕЗИИ ПОЛИЭФИРНЫХ ПОКРЫТИЙ

Специальность 05.21.05 — «Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —

19 9 2

Работа выполнена на кафедре технологии изделий из древесины Московского лесотехнического института.

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор А. Н. Кириллов.

Научный консультант — кандидат технических наук,

доцент А. А. Зотов.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Б. Н. Уголев, кандидат технических паук, доцент И. И. Савенец.

Ведущее предприятие — Научно-исследовательский и

копструкторско - технологический институт музыкальной промышленности (НИКТИМП).

Автореферат разослан « 3. » . . 1992 г.

Защита диссертации состоится « V*. » апреля 1992 г. в 10 часов, па заседании специализированного совета Д.053.31.01 в Московском лесотехническом институте по адресу: 141001, Мытищи-1, Московской обл., МЛТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ.

Просим Ваши отзывы на автореферат ОБЯЗАТЕЛЬНО В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ направлять в МЛТИ Ученому секретарю.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор СЕМЕНОВ Ю. П.

Поди, и неч. 02.03.92 Объем 1 п. л. Зак. 101 Тир. 10

Типография Московского лесотехнического института

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие и расширение мебельного производства неразрывно связано с вопросами повышения еэ качества. Выпуск красивой,качественной мебели возможен, во-первых, при использовании натуральной древесины в виде массива или в качестве строганого шпона ценных пород, в частности, тропических пород древесины,обладающей высокой декоративность, во-вторых, при использовании яидких лакокрасочных материалов, что позволяет создать защит -но-декоративный слой, значительно проявляя при этом текстуру самой древесины.

Тенденция к увеличению на мировом мебельном рынке к про -изводству мебели, облицованной натуральным дрезесным шпоном ценных лиственных пород, говорит о приоритете древесины над другими видами облицовочных материалов.

В качестве отделочных материалов для мебели широко применяемыми в настоящее и перспективными являются полиэфирные (ПЭ) лаки, особенно ПЭ лаки фотохимического отзерядения (ФО). Бы -строта операции отделки, низкое выделение растворителя, а так-яе высокие физико-механические показатели получаемых при этом ПЭ покрытий, определяют их преимущественное применение в ме -бельной промышленности.

Однако, опыт мебельной промышленности говорит о -том, что не всегда удается использовать шпон ценных, лиственных пород наилучшим образом. Так, например, при использовании под ПЭ лак натурального шпона древесины некоторых тропических пород (ТП) часто получается дефектное покрытие. Дефект проявляется в низкой адгезии ПЭ покрытия к подложке, внешне никак себя не проявляющий или же сопровождающийся побелением покрытия, местным его отслоением. Причина возникновения дефекта кроется з особом химическом составе древесины ТП и значительном влиянии 'поверхностного слоя древесины на процесс отверждения ПЭ лака.

Рекомендаций по устранению данного дефекта нет, так как решение этой проблемы требует глубокого изучения процесса формирования ПЭ покрытия на древесине ТП.

Предупреждение возникновения дефектов ПЭ покрытий на древесине ТП позволит избежать больших материальных затрат в произ -'

водстве мебели и улучшить ее качество. Решение этой проблемы имеет важное народнохозяйственное значение.

Цель работы

Разработка научно обоснованных рекомендаций по обработке поверхности древесины ТП для повышения ее адгезионной способности к ПЭ лакокрасочным покрытиям.

Научная новизна

1. Разработан, стандартизован' метод определения адге -зионной прочности лакокрасочных материалов к древесным подложкам.

2. Установлено влияние свойств поверхностного слоя древесины на процесс формирования на ней ПЗ покрытия и показаны зависимости адгезионной прочности от ряда показателей, характе -ризующих свойства древесной подложки.

3. Впервые выполнены теоретические, экспериментальные исследования влияния экстративных веществ (ЭВ) древесины пород котибе, падук, палисандрг вен-вен, цедро ка ряд физино-мэхани-ческих показателей ПЭ покрытия и получены соответствующие за -висимости,

4. Разработаны математические модели проникновения ЭВ древесины в ПЭ лак и фотохимического отверждения ПЭ лака, содерка-щего в своем составе ЭВ древесины.

5. Сделан вывод о возможности управления процессом о.тверя-дения ПЭ лака, содержащего в сзоем составе ЭВ древесины ТП, путем расчета его времени отверждения по предлагаемой формуле.

6. Разработаны рекомендации по повышению адгезионной прочности ПЭ покрытий на древесине.

Практическая значимость работы

Разработан метод по определению адгезионной прочности лакокрасочных покрытий на древесине - ГОСТ 27325-87, в частности, разработаны нормативы адгезионной прочности лакокрасочных покрытий к древесным подложкам.

Разработаны практические рекомендации по повышению адгезионной прочности ПЭ покрытий к древесине ТП.

Разработан метод определения ингибируюцей способности шпона превесины в процессе полимеризации ПЭ лака.

Автор защищает,

- метод определения адгезионной прочности лакокрасочных покрытий на древесине и нормативы адгезионной прочности;

- результаты экспериментальных исследований адгезионной прочности ПЭ покрытий на древесине различных ТП, свойств поверх-костного слоя древесины, количества ЭВ древесины различных по -род, влияния количества ЭВ древесины ТП и предварительной ее хи-* чичэской обработки на физико-механические показатели ПЭ покры -тий, спектральных характеристик древесины с различной предвари -тельной обработкой, кинетики фотополимеризации ПЭ лака, есодержа-цего ЭВ древесины;

- математические модели проникновения ЭВ древесины в лак и фотохимического отверндения ПЭ лака, содержащего в своем составе 4 ЭВ древесины;

- методику определения ингибирущей способности древесного ппона на процесс полимеризация ПЭ лака;

- методику расчета времени фотохимического отверядения ПЭ лака на древесине ТП;'

- рекомендации по повышению адгезионной прочности ПЭ покрытий к древесине.

Реализация работы

Результаты работы внедрены в производственных условиях МПДО "Волжск" с положительным экономическим эффектом в 15,5 гас.руб. и в производственных условиях Московского завода худояествениых часов с годовым экономическим эффектом в 6,2 тыс.руб. Внедрение в производств метода определения адгезии лакокрасочных покрытий к древесным подлонкам на примере РМПО им.Урицкого позволило по -лучить годовой экономический эффект в размере 146,2 тыс.рублей.

Результаты работы явились основой для разработки следующих нормативных документов:

- ГОСТ 27325-87 "Детали и изделия из древесины и древесных материалов. Метод определения адгезии лакокрасочных покрытий";

- нормативы адгезионной прочности лакокрасочных покрытий к ■ древесным подложкам;

- рекомендации по повышению адгезии полиэфирных покрытий к древесине.

Апробация работы

Основные полокения диссертации доложены, обсувдены и одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподава -тсльскоГо состава и аспирантов МЛТИ по итогам научно-исследоза -тельских работ за 1984, 1936, 1937, 1989, 1990 гг, на ХУ1 науч -но-техкической конференции "Основные направления ускорения научно-технического прогресса в деревообрабатывающей промыкленности в 12-ой пятилетке" УкрНПДО в 1986 г. и ХУП конференции "Научно -технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промыслен -ности" УкрНПДО в 1989 г., на'"Постоянно действуйте!.! семинаре по проблемам древесиновдения" - МЛТИ в 1989 г. и симпозиуме Координационного совета по современным проблемзм дрезесиноведения"Стро-ение, свойства и качество древесины" - Москва 1990 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовзно 15 статей, ГОСТ 27325-87 и получены два авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, иести глав, заключения,списка литературы (102 наименования, в том числе б на иностранных' ■ языках) и' 7 прилокений. Основное содержание изложено на 199 страницах машинописного текста, иллюстрируется 57 рисунками и 21 таблицей.. . .

СОДКРКАНИЕ РАБОТЫ .

Во вэелении дается обоснование актуальности темы дкссерта -ции, характеристика основных результатов выполненной работы, цель и основные положения, которые выкосятся на защиту.

В первой главе приведен обзор сфер применения ТП, в тем числе, в мебельной промышленности.

. .. Проведенный анализ применения древесины ТП показал отличи -тельные свойствз данной древесина, характеризующие не только ее ецсокле декоративные свойства,, но и слоккай химический состав, отличный от традиционно применяемой древесины.

Одной из особенностей, проявляемых древесиной ТП, является ее пониженная адгезионная способность к 110 покрытиям, что отрицательно сказывается на качестве готового издалия. Поэтому основ -

ной целью данной работы является решение проблемы повышения адгезии Г!Э покрытий к древесине ТП.

Экспериментальные исследования, а такие анализ теоретиче -ских исследований процесса формирования ПЭ покрытия на древесине позволили сделать вывод о решающей роли в этом процессе ОВ древесины (при условии соблюдения всех лзрамотроз технологиче -ского рэиимэ отверидения). Проведенный анализ факторов, влия -юцих на процесс формирования ПО покрытия и возможных путей уп -равления этим процессом, позволили сделать вывод о наиболее приемлемом для древесины ТП пути - химическом воздействии на поверхность древесины перед операцией отделки лакокрасочными ма -териалами. Результаты проведенных исследований позволили убе -диться в правильности Еыбрзнного метода управления адгезионной прочностью ПЭ- покрытий на древесине.

Анализ результатов проведенных исследований позволил еде -лать вывод о том, что поставленная э диссертации цель монет быть достигнута при решении следующих задач:

- разработка надеяного метода определения адгезии лакокрасочных покштий к древесным подложкам;

- исследование адгезионной прочности ПЭ покрытий к древе -сине различных ТП;

- исследование свойств поверхности древесины ТП и химича -ского состава исследуемой древесины;

- изучение кинетики отверядения ПЭ лака УЗ-отвермдення.со-дерващего в своем составе 'ЭВ древесины и влияния их концентра -ции.на физико-механические показатели получаемого покрытия;

- разработка математических моделей процесса проникновения ЭВ древесины в нанесенный на ее поверхность ПЭ лак и процесса фотохимического отверидения ПЭ лака, содержащего в своем составе ЭВ древесины;

- изыскание эффективных химических веществ для устранения ингибирующего эффекта, вызванного наличием в ПЭ лаке ЭЗ древе -сины;

- разработка практических рекомендаций по повышению адге -зионной прочности ПЭ покрытий к древесине ТП.

Во второй главе сформулированы основные направления экспериментальных исследований, вытекающие из поставленных выше за -дач и представлены основные методические положения эксперичен -тглькых исследований; для какдого вида исследований выбраны материалы, оценочные показатели и методика их определения.

Представлена разработка стандартизованного метода олраде -ления адгезии лакокрасочных покрытий к древесным подложкам.

Повышение качества изделий из древесины,отделываемых лакокрасочными материалами, требует использования совершенных методов контроля и испытаний защитно-декоративного покрытия. Адге -знойная прочность характеризует защитные свойства покрытий в процессе эксплуатации изделия. Поэтому разработка метода опре -деления адгезии лакокрасочных покрытий на древесине и доведение его до ГОСТ является своевременной задачей для мебельной про -мышлённости, где измерение адгезии необходимо не только при контроле готового изделия, но и для корректировки технологиче -ских рекимоаотделки с целью избежания брака.

Сущность метода заключается з отрыве участка покрытия от подлошки в перпендикулярном к ней направлении и определении необ ходимого для этого усилия. Адгезионная прочность слунит количо-

I

ственной мерой адгезии и вычисляется по формуле:

где Р - величина разрушающей нагрузки, Н;

S„ - плоцадь отрыва, мм**.

Основная задача при разработке метода определения адгезии была в определении скорости нагружения при испытании образцоз нй равномерный отрыв цилиндра. По результатам исследований были получены зависимости адгезионной прочности ОГл от скорости нагру-кекия ^ . Для ПЭ покрытий, сформированных на натуральной древесине, эта зависимость описывается следующим уравнением:

Sí = -0,009554 V1 +0,61СгГ +10,148;

а для НЦ-покрытий:

<0¿ = -0,00141 ~6г + 0,1871Г + 17,0048.

Третья глава посвящена изучению роли древесной подлояки в формировании ПЭ покрытия.

В этой главе поэтапно описан процесс формирования ПЭ пок -рытия на древесине ТП, где показана роль ЭВ древесины как ингибиторов (замедлителей) реакции полимеризации ПЭ лака.

На 1-ом этапе происходит нанесение вязкотегучего лака нз древесину, при этом протекают процессы смачивания поверхности древесины лаком и затекания его в пустоты, капилляры древесины. На этом этапе происходит формирование площади контакта лака с древесиной.

На 2-ом этапе происходит взаимодействие лака с древесиной по всей площади контакта. На данном этапе жидкий лак, проникнув в древесину, вызызает диффузию ЭВ в лак. Чем продолжительней по , Бремени этот этап, тем больиее количество ЭВ перейдет в лак.

На 3-ем этапе происходят отверядение ПЭ лака, переход его из жидкого состояния в твердое, т.е. образование, собственно,ПЭ покрытия. От количества и химической активности ЭВ древесины, оказавшихся к этому моменту в лаке, будет зависеть ход реакции полимеризации ПЭ лака, а значит, и качество получаемого при этом защитно-декоративного покрытия.

Исследования поверхности древесины с помощью электронной микросколии позволили обнаружить на поверхности строганого злона сами ЭВ, находящиеся в кристаллическом и аморфном состояниях.При нанесении жидкого лака эти вещества, растворяясь, легко перехо -дят з лак.

■ Результаты исследований с помощью рентгэно-фаэового анализа позволили показать значительно большую кристалличность древесины ТП по сравнению с традиционно применяемой древесиной ясеня.

Приведенные в этой главе результаты исследований поверхно -стной активности п' дтверядают предположение о значительном влиянии поверхностного слоя древесной подложки на процесс формирования на ней ПЭ покрытия. Изучение процесса смачивания древесины позволило описать математически изменение во времени краевого угла смачивания лаком ПЭ-265 доевесннн исследуемых посод следующим уравнением:

в - 0,081 Тг - 4,48 f + 48,6.

Другим показателем, характеризующим свойства древесины в по-

верхностном слое, слукит концентрация ионов водорода в поверхностном слое древесины - уэ//? косвенно отраааюцая химический состав древесины.

Из результатов исследований видно, что древесина, облада. -юцая лучиим смачиванием (как водой, так и лаком), проявляет лучшую адгезионную спосбность. Однако, зта тенденция характерна не для всех пород древесины. Так, например, древесина падука и па — лисаидра, обладающая хорошей смачиваемостью, проявляет низкую адгезионную способность. Напротив, древесина тика, обладая худ -ией смачиваемостью, проявляет лучшие, относительно этих двух пород адгезионные свойства.

Таким образом, четкой зависимости ме.вду краевым углом сма -чивания древесины и ее адгезионной способностью - нет, мокно говорить только о тенденции увеличения адгезии с улучшением смачивания '(уменьшением краевого угла).

Все исследуемые породы древесины различны не только по способности к смачиванию, но -и по химическому составу. Так, величина рНп для различных пород древесины колеблется от 4,5 (па - -дук) до 5,85 (ясень). Результаты исследований по'казызают, что прослеживается явная тенденция роста адгезионной способности дре-

I

весины с увеличением концентрации ионов водорода в поверхностном ее слое.

Предполозение об активном влиянии поверхностного слоя древесины на формирование ПЭ покрытия подтверждают результаты исследований прочности на древесине широкого диапазона пород. В резуль -тате проведенных исследований были выявлены те породы древесины, на которых возникают дефекты' ПЭ покрытия. Дефекты мокно разделить "на 3 группы:

I - неотверждениз лака по всей плоцзди отделываемой поверх -"Я?ости или на отдельных ее участках (обычно в виде полос, повторк-■•аэдх - текстуру древесины);

полное или частичное (участки белесых пятен) отслоение отвб-ржденной лаковой пленки от подложки;

'3--'.низкая адгезионная прочность при видимом'хорошем, бездефектном покрытии (скрытый дефект).

Причиной возникновения отих дефектов ПЭ покрытия является большое количество ЭВ, которые оказывают отрицательное действие

на процесс полимеризации ПЭ лака, замедляя его, а иногда-совсем приостанавливая.

Четвертая глава посвящена исследованию процесса проникно -вения ЭВ древесины в лак. Наиболее близок нашему случаю рас смотренный в Физике твердого тела процесс растворония твердой фазы в неподвижной иидкой фазе, где уравнение диффузии описывается вторым законом Фика. Согласно предлагаемой модели,концентрация С проникающего вещества монет быть описана следующим уравнением в частных производных:

э^ _ (ч

вь - ' д*г

где £ - текущее время;

О, - коэффициент диффузии;

X - расстояние от границы раздела сред до текущего слоя.

Рассматрвиая наш реальный случай, когда относительно тонкий слой яидкого лака нанесен на твердую поверхность древесины, не -обходимо сделать следующие допущения:

1). объем жидкого лака ограничен;

2) граница лак-древесина является неподвижной.

В нашем случае поток ЭВ на границе, лак-воздух равен нуля, что записывается в виде:

1>Щ*Л)

дх

- о

х-п

где П - толщина слоя лака. .

• Кроме того, в начальный момент времени, при Ь = 0 концентрация ЭВ равна нулю, т.е. С( Х,0) = 0.

К тому пе, если концентрация на границе раздела сред не достигла насыщения, выполняется следующее граничное условие: дП

- 'О о . где величина С?, определяет пот он ЭВ через

дх 2 г

границу.

В результате имеем' следующее уравнение в частных производных, которое и будет математическим описанием процесса диффузии ЭВ древесины в лак

">2

до п дс

"дТ - а1 дхг ш

с граничными условиями:

дскЛ)

дх

= О (2)

Х-П.

С (Х,0) ~ О . (3)

Зс(хЛ) дх

= -аг

х=о

(4)

После достижения на границе раздела сред концентрации на -сыцения, граничное условие (4) заменяется на условие С. (0,1)- С^ где - концентрация насыщения.

Решая полученную систему уравнений численными методами,найдем значение полной концентрации ЭВ в лаке, соответствующее мо -менту времени :

- с%)-п (5)

й.

СЦс) -

Значение концентрации на границе раздела фаз древесина-лак

будет опоеделяться по формуле: '

£ - ____,/

(6)

Для проверки правильности построения данной математической модели и определения коэффициентов было проведено экспери-

ментальное исследование, заключающееся в исследовании физико-механических характеристик ПЭ лака, содержащего в своем составе ЗВ древесины различных пород, которые продкффукдировали в лак естественным путем, т.е. при непосредственном контакте древесины с лаком.

Предполагалось, что с увеличением времени выдеркки древесины в лаке в нем увеличивается количество ЗВ древесины, что вле -чет за собой ухудиение его физико-механических показателей. На начальном этапе эксперимента определялась кинетика электросопротивления лака в процессе его отверндения. На рисЛ представлена графическая зависимость времени полного отвервдения лака ¿оЛ от зремени выдеркки в кем шпона древесины различных пород -Из

приведенных результатов видно, что увеличение времени выдержки

падук котике'

палисандр цедро ¿ен-6ен ясень

о у3

) Л 7

йрвмя Ib/hpt'CKU Ш/Ь, WC

Рис.1. Зависимость времени полного отверядения лака ПЭ-265 от продолзительности выдержки в нем шпона различных пород древесины

шпона в лаке приводит к увеличения времени полного его отверждения, и это справедливо для всех исследуемых пород. Особенно сильно это проявлялось для ЭВ породы падук, котибе, палисандр, где время отвервденкя увеличивалось в 2-3,5 раза, тогда как для контрольной древесины ясень это увеличение было незначительным - всз-го з 0,2 раза.

Результаты данных исследований были использованы для определения коэффициентов Q.f и йг вышеприведенной мзгсуаткчзско:": модели проникновения ЭВ древесины з лак; для определения кооффиц;: -ентов была составлена программа расчета на ЭВМ.

'Исследования показали, что увеличение времени контакта Г.Э лака с древесиной влечет за собой ухудшение физико-механических свойств лакового покрытия, а именно: уменьшение степени его полимеризации, снижение твердости покрытия, снинение когезиснноП и адгезионной прочности покрытия. Причем, такая закономерность прослеживается для лаков 2-х марок ПЭ-265'íO и ПЭ-2135 на всех нес -следуемых породах древесины, особенно сильно - на древесине па -дук, котибе и палисандр, которые проявляют наибольшую ингибиру -юшуа активность.

Пятая глава посвящена исследованию процесса фотополимериоа-ции ПЭ лака, содержащего ЭВ древесины.

Качество ПЭ покрытия, получаемого з процессе Фотохимической полимеризации ПЭ лака, будет зависеть, в первую очередь, от количества ЭВ древесины, находящихся к моменту отверядения в лаке , их химической активности, а такие от интенсивности УФ-излученпк.

Нами предложена модель фотохимического отверждения ПЭ лака, согласно которой концентрация жидкой фазы удовлетворяет еле дующему дифференциальному уравнению:

= (н/+*2е)У'°Жа (7)

где С не - относительное содержание жидкой фазы в лаке;' t - время отверждения; У - интенсивность УФ-излучения; С - концентрация экстрактивных веществ в лаке; К, - коэффициент, определяющий реакционную способность ' ПЭ лака;

К2 - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств экстрактивных веществ. Согласно этому уравнению, зависимость относительного содержания жидкой фазы от времени примет вид:

О, = cv0 ■£ ■-,.«»

Таким образом, принимая во внимание, что С. =1, время поло

ного отверждения описывается соотношением:

1 К4 + КгС

L ~ J-tn(oJ3) ■ (9)

так как при концентрации жидкой фазы, равной 0,13, происходит пол ное отверждение ПЭ лака.

Таким образом, по вышеприведенной формуле можно рассчитать технологический параметр - время отверждения ПЭ лака, содержащего в составе ЭВ древесины. Входящие в формулу коэффициенты К^ и определяются экспериментально.

Эксперименты по исследованию влияния процентного содержания ЗВ дрзвесины в лаке на физико-механические характеристики получаемой лаковой пленки показали (рис.2), что с увеличением количества ЭВ древесины, находящихся в лаке, его время полного отвержде -ния заметно увеличивается. Причем, для лака, содержащего ЭВ дре -вгеины падук, это время возрастает с 00 с до 340 с - при содержании в лаке максимально возможного количества экстракта, а для лака с содержанием ЗВ древесины котибе это время увеличивается <

340 '1-М

280

§

I 220

т

м

ЕО

Рис.:. Зависимость времени отверждения лака ПЗ-265ФО от количества находящихся в нем ЗВ древесины: I - падук; 2 - котибе; 3 - палисандр; 4- дед* ро; 5 - вен-вен; 6 - ясень

О 0.г5 0.5 0.75 1.0„ (/•

концентрация ЭВБлоке

60 с до 246 с и т.д. Исключением является лак, содеряащий ЗВ древесины ясень, которые не проявляют ингибируюцего действия;его время отверкдения увеличивается всего лишь на 18 с.

Обработка экспериментальных данных численными методами позволила аппроксимировать зависимость = f (/\?сл) кривой второго порядка. Для лака ПЭ-26550 - 50 + В,Хп< • для лака ПЭ-2136 '¿¡>г1=30^В^Пг . Для кандой из пород' были определены значения коэффициентов BJ и В2 и показателей степени и II г .

Результаты данных исследований подтверждают правильность нзиих предполомзний, сделанных при построении модели отверьдзния ПЭ лака, и.\:е:оцего в своем составе ЭВ древесины. По результатам

Кг и К2 из вы-

дзнных'исследований мояно определить коэффициенты К| пеприведенной формулы9.Для удобства расчетов была составлена программа расчета величин К^ и К9 на ЭВМ.

Определение физико-механических свойств ПЭ покрытия прово -дили !1а свободных лаковых пленках, полученных из лака с различ -ной концентрацией ЗВ древесины в сноса составе. Услоемя проведения испытании были постоянны и обеспечивались лабораторной установкой. В ходе эксперимента определялись следующие параметры: гзль!ракция Г, характеризующая степень отверддення полимзра, твердость И, когозионизя и адгезионная прочности.

Обработка экспериментальных данных численными к-этодамл по -вводила •зппр:.лси;.!ироза?ь зависимость оценочных показателей ПЭ покрытия Г, Н, С)р, от концентрации ЭВ древесины. К кри-

выми вида у - /]х в.

Например, зависимость гельфракции от концентрации можно записать в виде:

для лака ПЭ-265Ф0 - Г = 91,8 - А1(Кусл )

для лака ПЭ-2136 - Г = 94,5 - А2(Кусл )

Вычислены значения коэффициентов А1 и А2 для каждой конкретной породы древесины.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о резком снижении физико-механических свойств ПЭ покрытия с увеличением в его составе ЗВ древесины. Результаты проведенных исследоза -ний подтвердили правильность теоретических предпосылок и позволили определить коэффициенты К^- и К<>, характеризующие реакционную способность лака и физико-химические свойства ЭВ древесины соот -ветственно.

Предлагается следующая схема алгоритма расчета технологиче • ского параметра - времени отверждения лака при УФ-облучении:

Рис.3. Схема алгоритма расчета времени отверждения

Как показали результаты исследований, управлять процессом фотохимического отверждения ПЭ лаков, содержащих в составе ЭВ древесины, путем расчета необходимого времени облучения, возможно только при низких концентрациях ЗВ древесины в лаке.

Поэтому поиску и разработке наиболее эффективного метода устранения ингибирующей способности ЭВ древесины ТП или, другими слова™, метода повышения адгезии ПЭ покрытий на древесине пбевя-цеиа глава 6.

Проведенный з-главе 6 анализ химического метода повышения адгезии лакокрасочных покрытий показал его предпочтительность и эффективность в случае применения ПО лаков на древесной подложке. Для изыскания эффективных химических веществ целенаправленного воздействия был проведен экспеоимент, суть которого заключалась в обработке поверхности древесины водными растворами хи -мичесних веществ и оценке при этом поверхностной активности дре-зесякы. Поверхностная активность древесины оценивалась, как и ранее, краевым углом смачивания 9 , концентрацией ионов водорода на поверхности древесины рНп и адгезионной прочностью ПЭ покрытия на предварительно обработанной древесине <5^ .

Химические вещества были представлены тремя группами веществ: щелочи, кислоты и соли, выбор которых основывался на рекомендациях предыдущих исследователей и результатах предварительных исследований. Для обработки древесины готовились водные растворы химических зещестз различной концентрации. Результаты данных исследований позволили определить оптимальные концентрации растворов тех химических веществ, предварительная обработка которыми позволяет повышать адгезию ПЭ покрытий к древесине.

Результаты проведенных исследований показали, что предварительная химическая обработка древесины ТП позволяет в 1,5-2,5 раза повысить адгезионную прочность к ним ПЭ покрытия, сохраняя при этом цвет и декоративность древесины.

Комплексные исследования с помощью ИК-спектроскопии и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) образцов древесины, под -зесгнутнх химическому воздействию, позволили убедиться в эффек -тизности выбранного метода.

Так, обработка водным раствором щелочи приводит к удалению свободных карбоксильных групп и упрочнению связей "целлэтлоза-ПЭ лак". ИК-спэнтроскопия показала, что при обработке щелочью происходит нейтрализация -С00Н групп и исчезает в спектре полоса свободного карбоксила (С = 0).

Обработка акриловой кислотой значительно уменьшает количе -ство свободных и связанных групп карбоксила, что тэкяе приводит к упрочнению связей "целлюлоза-ОЭ лак". Положительный эффект от обработки древесины акриловой кислотой мояно еще объяснить и тем, что акриловая кислота является ускорителем для реакции полимеризации ПЭ системы, что очень ваяно для сохранения баланса резкцион-

кой системы при наличии в ней ЭВ древесины как ингибиторов этой реакции.

Таким образом, результаты исследований химического метода повышения адгезионной способности древесины полностью показали его эффективность и послужили оснозой для разработки рекомендаций.

Отобранные в ходе испытаний водные растворы химических веществ были опробованы на древесине пород, проявляющей пониженную адгезию. Рекомендуется предварительная обработка водными растворами химических веществ указанных концентраций - табли -ца I.

Таблица I

Раствооы химических веществ и их концентрации, %

древесины едкий натрий, едкое кали ; сода Ч акриловая кислота надсерно- кисльш натрий хлористый аммоний

Иутени 2 5 - 2

Котибе • 2 5 2 - 2

Мессаса 2 - 2 2 -

Паду к 2 5 2 - -

Гренадиль 2 5 - 2 5

Палисандр 2 2 2 -

Цедро 2 5 5 : 2 - '

Ной 2 - 2 * - 2

Вен-вен 2 2 2 - -

Тик 2 2 2 2 2

Чамп 2 5 - 2 2

Зау 5 2 - 2

Говооя' о повышении адгезии всегда имеется в виду не беспредельное повышение, а увеличение адгезионной [точности до какого-то определенного значения, ниме которого эта величина не должна быть. Такое значение называют нормативным.

Определение нормативных значений адгезионной прочности является одной из задач, решаемых з данной работе.

В основу для создания нормативов адгезионной прочности лакокрасочных покрытий к древесным подложкам были положены многолетние данные о потерях адгезии и исследования когезизнной прочности поверхностного слоя подложки.

Норматизц адгезии ориентированы на списанный выше метод равномерного отрыва цилиндров, заложенный з ГОСТ 27325-87. Пои разработке нормативсз соблюдался принцип рзпнопрочности всей адгезионной системы. Анализ многочисленных результатов, полу -ченных в ходе исследований, позволил определить величины нор -мативоз адгезионной прочности (таблица 2).

Таблица 2

Нормативы.адгезионной прочности лакокрасочных покрытий к древесным подлоккам, бд Ь'Ла

Покрытие

Основа (подложка) древесины

березы ясеня ореха

тропич. пород

Синтз-тиче-ческий шпон

ДСтП с имитационной отделкой

Полиэфирное ЯК сушки и холодного отзэой'Дения Г13-246, ПЭ-265 2,2 1.3 2,4 1,4 2,2 1,3 1,6 1,0 1,2 0,7 1 0 ¿2 ,9

Полиэфирное У<5 о?зэр,»:дения ПО-2 К! 6 фирма "5эгеллер", "Райхольд-Хеми" 2,2 1,3 2,4 1,4 2,3 1,3 1*8 1,1 1,4 0,8 1 0 ,4. ,8

Н'лтрсцеллюлознсе НЦ-213,.ЧЦ-243 И др. 1.7 1,0 1,1 1,2 1,9 1,1 1,8 1,1 Т.З 0,8

Ш1-2П1,УР-2124 3.0 2,3 2,8 2,3 1.5

1,8 1,4 1,7 1,7 0,9

ВЫВОДЫ

В данной работе разработаны научно обоснованные рекомендации по обработке древесины ТП с целью повышения адгезии ПЭ по -крытий.

В связи с этим решены следующие задачи:

1. Разработан метод определения адгезионной прочности, за- ложенный в ГОСТ 27325-87, под который разработаны нормативы адгезионной прочности лакокрасочных покрытий к древесным подлой -кам.

2. Выявлены породы древесины с низкой адгезионной проч ностью, классифицированы дефекты ПЭ покрытий на древесине раз -личных ТП.

3. Разработаны математические модели проникновения ЭВ древесины з ПЭ лаки и отверждения ПЭ покрытий, содержащих ЭВ.

4. Определено содеркание ЭВ в ряде пород тропической древе сины и определены показатели, характеризующие их ингибирующую активность. \

5. Разработана схема алгоритма и программа расчета на ЭВМ выбора времени отверждения ПЭ лака с учетом коэффициентов переноса ЭВ в лзк и коэффициентов, характеризующих реакционную способность лака, ингибирующую активность ЭВ.

6. Выбраны эффективные химические вещества для обработки поверхности древесины. Разработаны рекомендации по повышению адгезии ПЭ покрытий к древесине ТП.

7. Разработанные методы определения адгезии и рекомендации по повышению адгезии ПЭ покрытий внедрены на ряде предприятий, что дало суммарный годовой экономический эффект в 167,8 тыс.руб лей.

Основное содеразние диссертации опубликозано в работах:

1. О новом ГОСТе на метод определения прочности клеевых со единений облицовочных материалов с древесной подлоякой //Деэезо обэабатыгающая промышленность, 1981, V- 4, - С.4-5.

2. Повышение адгезии полиэфирных покоытий к натуоальной .-резесине. //Деревообр.пэом-сть, 1985, 2, -С.10-16.

3. Кетод определения адгезионной прочности лакокэасочных покрытии. //Деревообр.пром-сть, IS87, £ I, - С.6.

4. Метол определения степени отзеэмдения лакокоасочных материалов. //Л-зревэобр.пзом-сть, 1957, 3, - С.14-15.

5. Ноомзтизы адгезии лакокрасочных покрытий к древесным поллогкзм.//Яерзвообоабзтыззикзч поомышлеиность, 1988,;? 8,-С.8-9.

6. Способ облицовывания древесных плит kdc'/.эчным материалом. АС I? 1230837 //Пкллотень '.? 18, 1986.

7. Способ изготовления мебельных щитоз. АС Р 1406023 //Бюллетень ? 24, 1988.

8. Летали и изделия из доевесины и дрезесных материалов.!'э- -тод определения адгезии ЛКП.-ГОСТ 27325-87//Стандаоты,1988.-0 с.

9. Нопматнзы адгезионней прочности ДКП к древесным подложкам. //ВШЮмзбельлро1.!, 1987, - 16 с.

10. 0 применении i-отосенсибилизатороБ з качестве активатоэоз адгезии. //Пзучн.то."ЛТ11, 1985, вып.170, - С.78-81.

11. Оценка смачивания доезесины по методу групповых вкладов. //Доклады кон?.Основные напоаэленил ускорения научно-технического поогоесса в лесной и д/о промышленности з ХП пятилетке.УкрНП'Э 1986.

12. Влияние экстрзтизных веществ древесины на процесс отз?з:-:-дсния ПЗ лака. //Научн.тр.ЮТ!,1987, зып.190. - С.78-81.

13. Взаимодействие ПО лака с натуральной .доезесиной. //Нзучч. тр..'/jjTÜ, 1988, вкл.201, - С.69-72.

14. Оценка ингибирувгегэ влияния экстрактивных веществ яэз-зесичы на процесс полимеризации ПЗ лака. //Сб.докладов кон5."1!г: -учнэ-тохпический прогэесс в лесной я д/о промышленности".УкрШ'ДО, 1989.

15. Анализ сзэлстз древесины тропических порол с точки зрения возможности ее отделки ПЭ лаками.//Научн.тр.ЛЛТА - Меязузоаский сб., 1983, - С.66-69.

16. Влияние особенностей анатомического строения древесины тропических пород и ее химического состава на отделку ПЭ лаками. //Материалы постоянно действующего семинара по проблемам дреоеси-новедзния. - !.!.: (.'ЛТИ, 1989, - С.49-54.

17. Исследование древесины тропических пород с помоиью электронной микроскопии, -материалы Симпозиума Координац.созетз по созоеменным проблемам древесиноведения.//'Л. :МЛТИ, 1990, - С.59-64.

13. Ингибирукщая активность древесины различных тропических поэол. //Научи.тр.МЛТИ, 1990, еып.229. - С.82-88.