автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение эффективности защиты лесоматериалов на основе отходов лесохимических производств

о 8 АВГ 1994

На правах рукопису

ФЕДОРОВА Ніна Василівна

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАХИСТУ ЛІСОМАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ВІДХОДІВ ЛІСОХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ

Спеціальність 05.21.05 — «Технологія і устаткування деревообробних виробництв, деревинознавство»

АВТОР ЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів — 1994

Дисертація є рукописом.

Робота виконана у відділі сушіння та захисту деревини Українського науково-дослідного інституту механічної обробки деревини.

НАУКОВІ КЕРІВНИКИ:

доктор технічних наук, професор Іноземцев Г. Б., кандидат технічних наук Лосіцький С. Ф.

ОФІЦІЙНІ ОПОНЕНТИ:

академік Академії наук технологічної кібернетики України, доктор технічних наук, професор Гірник М. Л„ кандидат технічних наук Сагаль С. 3.

ПРОВІДНЕ ПІДПРИЄМСТВО:

Івано-Франківський Державний проектно-конструкторський технологічний інститут

Захист відбудеться 1994 р. на засідан-

ні спеціалізованої вченої ради К 068.29.02 в Українському державному лісотехнічному університеті за адресою: 290057, м. Львів, вул. Пушкіна, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного лісотехнічного університету за адресою: 290057,

м. Львів, вул. Пушкіна, 101.

/6~л 2СҐЄ>М

Автореферат розісланий « » Т**?. 1994 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

І. А. Носовський

Актуальність теми. Проблема раціонального використання ліпома теріалів у значній мірі залежить від ефективності застосування захисних засобів. Беручи до уваги, що втрати деревини під час зберігання досягають 30-35 І, дослідження ефективних шляхів II захисту в актуальной проблемою. Розв"язання задачі особливо важливе для України, лісистість якої не перевищуз 13,6 %, через що збереження лісоматеріалів у таких обставинах набував народогосподарчого значення. Необхідність шріпення II підтверджується даними у цілому по країнах СНД, в яких дефіцит деревини сягав 40 млн.м3.

Одним з ефектних шляхів вирішення цих задач в захист круглого лісу від розтріскування та біопошкоджень. Відомі захисні покриття на основі фенолоформальдегідної смоли та деревиносмоляного пеку не вяріпують головних проблем - ефекти того захисту лісоматеріалів, ресурсозбереження, створення нових безвідходних технологій. В умовах дефіїяту сировинних ресурсів стає все більп актуальною проблема створення ефективних захисних покриттів на базі промислових відходів. Особливе місце серед таких матеріалів займають відходи лісохімічних виробництв, основним компонентом яких в суміш кубових залишків, що отримуються під час дистиляції та диспропорці-онуванні соснової каніфолі - каніфольна окислена смола /КОС/.Драк тика Захисту лісоматеріалів з використанням КОС у торцевих покриттях ефективно вирішує проблеми захисту, ресурсозбереження та екології.

У цьому зв"язку набувають особливого значення відомості про закономірність формування структури й властивостей захисних покриттів, встановлення фізико-хімічних закономірностей вза®*одіі між компонентами композиції, що зумовлюють ефективність захисту лісоматеріалів від розтріскування й біопошкоджень, а також відомості про рішення технологічних та інших задач, які пов"язяні з отриманням захисних покриттів на базі відходів лісохімічних виробництв. Викладене зумовило тему дисертагцйної роботи. Робота виконувалася у межах Державного плану економічного Я соціального розвитку України з науки і техніки на І9В6 р., розділ IX, позиція 02.04, у відповідності з всесоюзним координаційним планом НДР та ЛКР у галузі захисту деревини.

Мета роботи. Підвищення ефективності зберігання лісоматеріалів, розробка засобіп і технології Іхезахисту на основі відходів лісохімічних виробництв.

Наукова новизна. Теоретично обгрунтовано і експериментально доведено ефективне використання відходів лісохімічних виробництв, зокрема КОС, у захисних покриттях. При цьоцу на основі теоретичних та експериментальних досліджень доведено вплив КОС на структурування при вмісті КОС більш як 10 мас. ч. Встановлено, що у махах вмісту бакелітового лаку близько 5 мас. ч. відбувається перерозподіл м і то .пекулярних водневих зв"язків, що забвгозчує можливість ефективного використання малих добавок бакелітового лаку в рецептурах захисних покриттів. Система б а к е лі т о-вий лак - пековий лак - КОС утвор»е геторо-флзну структуру, при цьоцу ступінь мікрофазного поділу хорелвв з вмістом КОС. Результати досліджень підтверджені методами електронної мікроскопії та ІК-спектроскопії.

Встановлено, що електрохімічна активність плівки покриттів обумовлена структурою, тобто цільністю упаковки макромолекул, що обумовлює їх захисно-днфузійні властивості. Доведено доцільність та ефективність дослідження захисно- дифузійних властивостей покриттів у залежності від електрохімічної активності плівкн. Запропоновано методику її визначення в залежності від електрофізичних параметрів захисних покриттів на деревині: ємності /С/„ електричного опору /К /, тангенса кута діелектричних втрат / ір&/ ^ частот» змінного струму /Ти/.

Встановлено залежність форцуваннл захисних покриттів від температури розм'якшення /і р/ КОС. Отримано доказ застосування бакелітового лаку в"язкістю, що перевищує 180 с, для рецептур, які забезпечують більш ефективні захисні покриття. При цьоцу збільшення діапазону в'язкості забезпечує більв раціональне використання бакелітового лаку.

Теоретично обгрунтовано, розроблено і практично реалізовано рецэптуру захисної .суміші з врахуванням ефекту взаємодії бакелітового та пекового лаків і КОС, яка забезпечує високі волого-захисні та адгезійні властивості покриттів, їх біостійкість. Ре-. цептуру захисної суміші захищено авторським свідоцтвом.

Запропоновано математичну модель, яка встановлює вплив складових на властивості покриттів, і проведено оптимізаців рецептура суміш:..

Розроблено принципове новий метод визначення во лого захисних властивостей покриттів, що заснований на втраті маси зразків

обуковлюе можливості внзиачення структурних змін в захисних покриттях.

Запропоновано рекомендації виробництва і використаєш вахнскої суніпі та розроблено необхідну НТД для технологи її виробництва.

Достовірність результатів досліджень підтверджено застосуванням стандартизованих і ряду принципово нових методів, обробкою експериментальних результатів за допомогою статистичних катодів аналізу з використанням ЕОМ і практично*) реалізацією п^час виробництва захисної суміші.

Практична цінність та реалізація результатів роботи. На основі низькомолекулярних сполук, зокрема бакелітового та пекового лаків і КОС, розроблено захисну суміш ШК, а.с. $ 1630889, яка забезпечує ефективная захист лісокатеріалів від розтріскувашія та біопошходкень. Показано, що використання КОС дозволило продов-пнти ниттездатність суміпі, зменшити її витрати на одюссцэ обробленої поверхні.

В результаті поліпшення вологозахнсних та адгезійнях властивостей покриттів до вологої деревини значно поліпшилась якість її захисту. Зменшення у рецептурі кількості бакелітового лаку знизило вміст вільного фенолу і, відповідно, шкідливості суміші для людей, що з нею прапрсть, та навколишнього середовища. Це сприяє рішенню проблеми ресурсозбереження та екології.

Розроблено принципово новий метод визначення вологозахнсних властивостей покриттів, який реалізовано в ГОСТ 27475 "Составы влагозащитные и влагозащитно-антисептические для защиты торцов лесоматериалов. Метод определения влагозащитных свойств". Цей метод дозволяв визначити проникність покриттів за втратою маси зразків обробленої деревини.

Розроблено нормативно-технічну документацію на захисну суміп /ТУ Ш 13-5421656-38-89/ і організовано дослідне виробництво. Запропоновано рекомендації з технології використання захисної суміші. Запропонована суміш витримала виробничі випробування для захисту круглого лісу літньої та зимової заготівель і пиломатеріалів на Свалявському ЛХК й Мгкгірсьвоку Ж, результати якю дозволили продовжити строки зберігання круглого лісу від розтріскування й біопоиходжень. Пря атмосферному суиіниі пилоиа-

1-680к

З

твріалів знизилось розтріскування букових чорнових заготовок

* в поєднанні із затіненням дозволило попередити їх розтріскування. Реауяьтвтн виробничих випробувань дозволили рекомендувати захисну суиііг для промислового виробництва, яке планується на Сваляасьвоцу ІХКо

Апробація роботи. Основні результати наукових досліджень доповідалися і обговорювались на ХУП та ХУШ науково-технічних конференціях вНаучно-техкическкй прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности" /Київ, 1989 р., І99І р./; на всесоюзній науково-технічній конференції молодих вчених та спеціалістів “Пути повышения эффективности деревообрабатываювдах производств" /Архангельськ,, 1989 р./; на науково-технічній конференції "Підвищення технічного рівня лісопромислового виробництва і освоєння нової техніки" /Івано-Франківськ, 1992 р./.

Публікації. По матеріалах дисертації опубліковано п'ятнадцять робіт, отримано 4 авторських свідоцтв.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається із вступу, пвяте розділів, основних висновків, списку літератури та додатків. Загальний обяем 189 сторінок у тому числі 16 таблиць, 20 рисунків, 15 додатків, список літератури включає 167 назв,з них 37 на іноземних мовах.

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі подано короткий огляд літературних відомостей з теми дисертаційної роботи і обгрунтовано задачі досліджень.

Розглянуто причини руйнування свіжозрубаних лісоматеріалів, способи захисту їх від розтріскування і біопошкоджень. Показана перевага застосування вологого способу зберігання лісоматеріалів шляхом нанесення торцевих покриттів.

Аналіз досліджень впливу торцевих покриттів на захист лісо-котаріалів від розтріскування та біопошкодаень виявив, що відомі захисні покриття не забезпечують довготривалого захисту, високої адгезії до поверхні свіжозрубаної вологої деревини. Вміст у рецептурах покриттів дефіцитної сировини у значних кількостях перешкоджає їх широкій реалізації. Брак відомостей про використання промислових відходів у рецептурах захисних покриттів підтверджує доцільність та необхідність проведення досліджень у цьому напрямну» При цьому не можна не враховувати неоднорідність рівнів дос-

дідаекь, в яких наведено тільки якісні або тільки кількісні яерактервстяки покриттів, або їх практичне застосування.

Відсутність досліджень, що обумовлюють захисні властивості поприттів, яві формуються на поверхні свіжозрубаної аологої ДврвВНИЯе о позиції структурної будови плівки на дозволяв розвн-г?у?м науковий підхід до проблеми прогнозування ефективності їж аагвсту. Це спонукало зосередити зусилля не дослідаеині факторів, які визначають ефективність захисних покриттів, сонливість регулювання яких забезпечить науковий підхід до створення вясокоефгк-тивнхх засобів захисту лісоматеріалів від розтріскування та біо-поакодяень.

В результаті аналітичного огляду наукових відомостей внзке-тамі наступні задачі досліджень:

- розробити методи підвищення ефективності захисту лісосга-?еріалів від розтріскування та біопопко,цжеиь;

- вивчити вплав низькомолекулярних сполук на процзс форцу-аакзш покриттів, встановити фактори, які впливавть ка їх захисні властивості;

» дослідити і розробити суиіа для захисту лісоматеріалів ка основі низькомолекулярних сполук, провести оптимізаців Її ■ сжладу;

- дослідити стійкість покряттів до мікробіологічного руйку-ваша;

- розробити технологів виробництва захисної суиіиі;

- розробити практичні рекомендації щодо застосування захкс-кої суміші.

Другий розділ присвячено теоретичним дослідженням, що спілковані на відшукування шляхів підвищення ефективності аахксту лісоматеріалів від розтріскування та біопопкодгень. .

Аналіз досліджень впливу субстрате основи на властивості покряттів виявив, що їх структура і адгезія до поверхні основи зумовлені умовами адсорбційної взаємодії на межі пліваа-основв і залежить від текстури, хімічно? активності осковн, повноти формування контакту з адгезійноау нарі.

ПриЯканча до уваги, що захисне покриття формується на поворг-ні свіжозрубаної деревини, зроблено аналіз комплексу параметрів, що зумовлюють досягнення повноти контакту під час взаємодії пліакоутворовача та основи.

Умови взаємодії пдівкоутворовача та основи, що забезпечують повноту контакту, розглянуто нами шляхом аналізу виразу

Н = Ке^ 00$,^ / ( Ср !.<!'). /І/

Аналізуючи вираз /І/ бачимо, що глибина затікання у значній мірі залежить від часу підйоцу 2“ до встановлення гідростатичної рівноваги стовпа рідини. Час підйоцу 2? може бути визначеній на основі рівняння Пуазейля:

Г=2\^Іг /Гг сі соус) /2/

Аналізуючи вирази /І, 2/ бачимо, що повнота контакту заповнення нерівностей та лор поверхонь основи залежить не тільки від у1 - цута нахилу капіляра /кут змочування/, 'С - радіуса капіляра /пори/, & - довжини капіляра, але й від /^, - в'яз-

кості, р - питомої ваги, с£ - поверхневого натягу рідини, що наноситься на деревину, тобто фактично властивостями плівкоутворю-вача.

У свою чергу захисні властивості покриттів, що нанесені на поверхне лісоматеріалів, зумовлені рядом факторів, головними з яких є проникність та адгезія до субстрату. Виконання досліджень механізму дифузії рідини через покриття показали, що ступінь рухомості молекулярних ланцогів, які зумовлюють структуру плівки, в одним з основних факторів впливу на проникність покриття та його адгезію до субстрату.

В результаті виконаних досліджень встановлено можливість підвищення захисних властивостей покриттів на основі низькомолекулярних сполук /НМС/. Встановлено, що введення у полімери різними способами певних кількостей НМС призводить до значного структу-рування, чим забезпечується підсилення системи. Так, наприклад, введення веросилу у процесі синтезу поліуретанів, запропоноване автором, захищене а.с. № 551854, сприяє адгезійній міцності, поліпшує фізико-механічні властивості композиції. Підвищення ефективності покриття на основі поліефірних смол може бути забезпечене також введенням модифікованих оксидів. Ці рівення захищені а.с.

Ш 1010094, 1092935. Поліпшення декоративних, експлуатаційних

властивостей покриттів обумовлене каталітичним впливом оксидів іш процеси структурування.

Структурування системи можливе при введенні у плівкоутворю-вач низькомолекулярних вуглеводневих олігомерів, які мають реак-ційноздатні полярні функціональні групи. Особливості сполук, що мають рвакційноздатні групи, розглянуті нами з позицій взаємодії їх з молекулами плівкоутворювача та основа , що зумовлено утворенням водневих зв’язків /Н-зв"язків/, які є відповідальними за надмолекулярну структуру покриттів й утворюються при наявності функціональних груп, наприклад, -ОН, -СООН, -СОУь^, -УСО та ін.

. Введення реакційноздатних олігошрів у плівкоутворювач створює передумови отримання високоефективних захисних похриттів, оскільки Н-зв"язки, ідо утворюються, підвищують інтегральну полярність системи. При цьому знижується в’язкість плівкоутворювача, підвищується змочуюча властивість, збільшується площа контактуючих поверхонь, ідо сприяє утворенню більш "сильного" граничного шару. Крім цього, зниження внутрішніх напруг сприяє збільшенню цільності упаковки макромолекул, при цьоцу формується більа однорідна упорядкована менш дефектна структура, яка забезпечує високий дифузійний бар"єр плівки.

Викладені вище теоретичні передумови повністю підтверджені дослідженням внутрішньоструктурних зв’язків, що утворюються під час взаємодії компонентів захисної композиції, методами ІК-спект-роскопії та електронної мікроскопії. Аналіз спектрів'складових компонентів захисної композиції - бакелітовий лак /Б/, пековий лак Лі/, КОС /К/ - зказуз на наявність в них реакційноздаткпх груп. Так, на ІК-спектрі КХ відмічено звільнення інтенсивності смуг поглинення у межах 2,69 см"*.І03 - 3,08 см“ ,І03, що підтверджує наявність асоційованих ОН-груп. Максимум смуг поглкноння при 3,31 см”^.І03 при дослідженні бакелітового лаку та 3,39 см“*.І03 при дослідженні пекового лаку зумовлений валентними коливаннями ОН-груп /табл. І/.

Суміш таких компонентів,як правило, у повному дівпззоні сумісна й має нижню критичну температуру змішування.

Спектр бінарних композицій, що вміщують бакелітовий та пековий лаки /БГі/, являє собою накладання спектрів індивідуальних компонентів. Зруаення максимуму смуги /ОН/ у нижньочастотну зону на 40 см“^ /табл. І/ супроводжується^зниженням відносної інтен-

2-08СЧ

7

Таблиця І

Положення максимуму сцуги валентних коливань асоційованих ОН-груп у спектрах композицій

Вихідні компоненти |! /ОН/, |см .ІО3 | Композиція, 1 відношення ! мас.ч. | ( /0Н/,см-І.І03 !

Пековий лак 3,33 БП 5:80 3,36

Бакелітовий лак 3,31 БП 10:80 3,35

Каніфольна окислена 2,69 БИК 5:80:5 3,35

смола 3,08 БПК 5:80:15 3,33

ЕІЖ 10:80:10 3,33

снвшсті низькочастотного каксяцуцу валентній коливань С=0-груп, що може бути наслідком перерозподілу у системі міжмолекулярних водневих зв"язків при введенні 5 мас.ч. бакелітового лаку у поковий лак. При цьому зрушення максимуму смуги асоційованих ОН-груп до низькочастотної зони свідчить про утворення більш сильних водневих зв"язків. Зниження відносної інтенсивності низькочастотної компоненти карбамідного поглинення знаходиться у протиріччі з цим твердженням, але не виключено, що паралельно з перерозподілом міжмолекулярних взаємодій у системі відбуваються хімічні реакції. Збільшення бакелітового лаку у композиції практично не змінює положення максимуму валентних коливань асоційованих ОН-груп /табл. І/.

Дослідження спектра композиції БПК /бакелітовий, пековий лаки, КОС/, яка містить мінімальну кількість /5 мас.ч./ КОС, показали, що максимум смуги асоційованих ОН-груп розміщений при інтенсивності смуги 3,35 см~ .ІО3. Це практично співпадає з таким у спектрі бінарних систем БП /табл. І/, що дозволяє говорити про незначний вплив у межі малих добавок КОС на перерозподіл міжмолекулярних водневих зв"язків. Введення у суміш бакелітового та пекового лаків 10...15 мас.ч. КОС зміщує максимум смуги асоційованих ОН-груп у низькочастотні межі на 20 см"^ у порівнянні з таким у бінарній композиції Ш і на 60 см“* у відношенні до сцуги чистого пеку /табл. І/, це свідчить про взаємодію компонентів захисної композиції з утворенням міжмолекулярних водневих зв"язків по лінії ОН-груп, що обумовлене збільшенням вмісту КОС.

Дослідження структури вказаних компонентів у композиції катодом електронної мікроскопії підтверджує вплив КОС на структурування системи у «єнах вмісту 10...15 мас.ч. Так, аналіз поверхнавих шарів бакелітового та пекового лаків показав відсутність вираяених структурній елементів, у той час як поверхневі шари композиції ЕПК мають однорідну глобулярну структуру. Структура поверхневих шарів композиції Ш такоа має глобулярну структуру. але, у відміну від ЕПК має включення неправильної форми і ке е однорідною. Глобулярна структура поверхневих шарів БПК свідчить про об'єднання їх КОС.

Структура об"є!япа шарів суттєво відрізняється від поверхневих, але у цілому спостерігається кореляція м{к змінами складу речовин £1 структури поверхневих та об’ємних шарів. Так само як і поверхневі, об’ємні шари бакелітового та пекового лаків практично не чають розвинутих структурних елементів. Об’ємні шари БПК, що містить 10...15 мас. ч. КОС, у значній мірі структурова-иі і в гетерофззними. При вмісті 5 мас.ч. КОС об’ємні шари композиції зберігають глобулярну структуру поверхневих шарів, хоч і мають різні розміри структурних елементів, що свідчить про слабка структурування системи. Об’ємні шари композиції БП мають такоз гатерофазну структуру, але менш виражену, нік композиції ЕПК.

Аналіз структури композицій ЕПК дозволяє уявити її як мат-рищ> пека,' в якій розподілена фаза, що утворена бакелітовий лаком і КОС, при чому КОС у найбільшій мірі впливає на перерозподіл системи міждалекулярнкх водневих зв’язків і структурування системи.

Результати проведешіх морфологічних досліджень підтверджують теоретичні передумови впливу вуглеводневих олігомерів, що мають раакційноздатні групи зокрема КОС, на структурування систем:!. Процес структурування обумовлений ОН-групами, які сприяють перерозподілу внутрішньо- та міямолекулярних водневих зв’язків. Однорідна глобулярна структура захисних композицій, що містить 10...15 мас.ч. КОС, дозволяє стверджувати, що під час формування покриттів підвіситься захисно-дифузійний бар’єр і адгезія їх до субстрату.

Беручи до уваги ефективність використання КСС, у суміші бакелітового та пекового лаків, обгрунтоьако вибір суміші речовин

дяя покриттів, що забезпечує захист лісоматеріалі* від розтріскування та біопошкоджень.

Третій розділ містить основні методологічні положення А безпосередньо дослідження, пов’язані з властивостями покриттів на основі низькомолекулярна сполук, які підтвержувалв можливість розробки ново! захисної суміпі.

Суміш для дослідження внготовливали на лабораторному експериментальному устаткуванні. Під час вивчення технологічних показників суміші, утворених ними покриттів, використовували переважно стандартизовані методи. Методом гратчатих надрізів /ТОСТ І5І40/ визначали адгезію покриттів до деревини, при вивченні біостійкості покриттів до плівчатого домового грибу за основу брали ГОСТ І67І2. При дослідженні стійкості покшттін до комплексу грунтових руйня-ків використали методику, запропановацу Горвиним С.Н., Крапивіно»

І.Г. Для визначення захксно-ди^зійшос властивостей покриттів запропоновано методику визначення електрохімічної активності плівки в залежності від електрофізичних параметрів захисного покриття на деревені: ємкості, електричного опору, тангенса кута діелектричних втрат, частоти змінного струцу /ГОСТ 9.509/. При дослідженні вохогозахисних властивостей покриттів нами запропоновано принципово новий метод, що обумовлює можливість визначення структурних амін у захисних покриттях. Критерієм оцінки вологозахисних властивостей покриттів, що утворені сумішами, є їх здатність перешкоджати випаровуванню вологи а вологої деревини під час зберігання й сушіння. Кетод визначення полягає у витримуванні вологих зразків деревини, що вкриті суміиамн на протязі ЗО діб при температурі /20+2/°С, відносній вологості повітря /65+2/ї і визначенні втрати їх маси аа рахунок випаровування вологи у порівнянні а контрольними зразками деревини /без покриттів/ та зразками деревини, що вкриті сумівши-еталоном. Для визначення зміни маси покриття на протязі досліду суміш наносили на попередньо зважені з погрішністю не більш

0,01 г скляні пластинки /по 3 у кожному варіанті досліду/. Визначення втрати маси зразків деревини, що вкриті досліджуваними сумішами та сумішшю-еталоном, а також контрольні зразки деревини зважували з погрішністю хе більш 0,01 г через 3 години, а потім на 3, 10, 20, 30-ту добу після нанесення покриттів. У ці ж строки зважували скляні пластинки. Результати досліджень вкра-

кали у вигляді відносної величини вологозахгсценості, приймаючи вологозахиценість суміші -еталону за одинице, а досліджуваної : суміші - як відношення середньої втрати маси зразків дереви-

на» вкритих сумішшю -еталоном,до середньої втрати маси зразків деревини, вкритих досліджуваної) сумішшю Новизна, ефективність, практичне застосування методу підтверджені не тільки експериментально, а й мають визнання й впровадження /ГОСТ 27475/.

Як основи використовували зразки бука розміром /50х50х50+£/ мм й зразки берези розміром /20x20x0,5+0,2/ мм. Значення параметру шорсткості поверхні /Р1г11 ^ / не повинне перевищувати 40 мкм за ГХТ 7016.

Як об'єкти досліджень у роботі були використані речовини на основі НЖ5, зокрема,КОС, яка е сумішшю кубових фракцій, отриманих при дистиляції та диспропорціонуванні соснової каніфолі. Основним компонентом вихідної композиції використовували феноло-формальдагідну смолу у вигляді бакелітового лаку марки ЛБС-І, ЛБС-2 за ГОСТ 901 та пек деревносмоляний за ЇУ 13-4000-177-16483.

Дослідження залежності захисно-дифузійних властивостей покриттів /водопоглинання, дифузія води через покриття/ від вмісту КОС показали складність протікання у часі механізму взаємодії покриттів з водо». При цьому поява екстремальних точок і характер всієї залежності пояснюється неоднорідною дефектною структурою по товщині й площі плівки внаслідок адсорбційної взаємодії плів-коутворювача з основою і структурними особливостями тонких * гетерогенних плівок иолриттів.

Встановлено, що зі збільшенням вмісту КОС від 5 до 15 мас.ч. зменшується водопоглинання з 23,82 до 5,3£, швидкість дифузії води черев покриття 3 11,6.10“** ц^/с до 1.9.ІО"1* і&/с, поліпшуються вологозахисні властивості, при цьому втрата маси зразків зменшується з 27,0% до 14,92. Підсилення системи пояснюється утворенням на межі покриття-деревина структурованного шару різної цільності упаковки молекул. Так, введення мінімальної кількості /5 мас.ч./ КОС формує порівняно рихлий граничний пар 5,7 нкм через та, що на цій товщині швидкість дифузії води знижується а 9.6.І0-11 м^/с до 0,2.10"^ м^/с. Збільшення вмісту КОС до 10 мас.ч. форцуз більш щільний граничний вар 1,8 шоі, швидкість дж-

II 2

фузії води на цій товщині знивуеться з 3,3.10 м /с до

0,06.10” м^/с. Максимальний вміст КОС у композиції /15 иас.ч./

приводить до значного росту електричного опору покриття, зниженню швидкості дифузії води й навіть до її припинення білл граничного шару. Швидкість да фузії води через деревину після проходження неп покриття, що виіцує 10 ыас.ч. КОС, значно вища, ній через деревину після проходження покриттів, які містять 15 мас.ч. КОС, що підтвердвує наявність більш щільного структурованого грсюіч-ного вару. Збільшення вмісту КОС посилює структуруваїшя, при цьому знккувться частка вільного об"ецу композиції, що утрудіЕЗ дифузію молекул ВОДІЇ.

Дослідження змін у часі величини тангенса кута діелектричних втрат, електричного опору, які характеризують структуру плівки, її проникність, дозволяє дати більш повне уявленнл про вплив КОС на процес структурування покриттів. Високі показниіск тангенса кута діелектричних втрат, значне падіння електричного опору покриттів, які містять 5 мас. ч. КОС /рис. 2,3, крива/ свідчать про відносно легке протікання процесу дифузії води через покриття, що обумовлена слабвш структуруванняц. Встановлено, що на першій стадії процзсу взаємодії вода з плівкою, внаслідок дифузії води через покриття, що містять 10 иас.ч. КОС, спостерегизло порівняно швидке падіння електричного опору, потій воно стабілізується й повільно анксується /рнс. З, крзва 2/, що пояснззться слабшім структуру Ба кили за рахунок збіднення на КОС поверхковис аврів покриття і значним структуруваншш граничного шару. Низька значення тангенса кута дівлектріїчиих втрат, значний ріст елоктрач-ного опору покриттів, які містять 15 иас.ч. КОС /р*:е. 2,3, крива І/, підтверджує високий ступінь структурування покриттів. Плевннй характер зміни кривих вказує на те, цр під час взаєюдії води о плівкою відбувається розподіл молекул «ік її структурнкіаі елеиан-таші, при цьому суцільність її но порушується.

Проведені дослідження мокливстей розширення діапазону в’язкості свідчать, що застосування бакелітового лтсу в"язкісте, що перевкщуе 180 с по ВЗ-246/4/, вабезпачує адгезійні та вологозахисні властивості покриттів, що, кінець кінцем, спршза більа раціональному його використанню. Дослідженнями встановлений валив КОС на реологічні, вологовахисні та вдгезійні властивості покриттів. Так, наприклад, підсилення системи спостерігається з мінімальним вмістом КОС /5 мас.ч./, при циоцу зменшується ^'пакість суміші у І,5-І,6 рази, збільшується адгезія на 2 бали.

12

пек^-

Рис. І. Схема технологічного процесу виготовлення захисних сумішей:

1 - реактор з мішалкою;

2 - дефлегматор;

3 - насос ЦНГ;

4 - напірні баки;

5 - смкість для зберігання

суміші .

,мин ^

Рис. 2. Залежність і$і) від рііе?^ КОС у покритті:

2 - 10 мас.ч. КОС;

3 - базова покриття;

4 - Ь мас. ч. КОС

■£■ , мин

Рис. З» Залежність.елек1 опору /.Я / від вмісту і покритті:

1 - 15 мас.ч. КОС;

2 - 10 мас.ч. КОС;

3 - базовое покриття; 4-5 мас.ч. КОС

ічного

Дані явища обумовлені наявністю адгезійно-активнкх ОН-груп, які сприяють зменшенню вільної енергії на межі розподілу фаз, більо сильному контакту, при якому утворюються міжмолекулярні й хімічні взаємодії плівкоутворювача і основа. .

Беручи Д9 уваги, що лісохімічні підприємства отримують КОС з різною £р , яка зумовлює її властивості, були виконані дослідження, що дозволили встановити найбільш ефективну ^р, яка рівна /76-95/°С, що зумовлює високі вологозахисні властивості покриттів з одночасним підвищенням адгезії.

Дослідження з біостійкості свідчать про підвищення стійкості покриттів до плівчатого домового грибу Соп+о/і/юга а-иЬеііІа і'скі при збільшенні вмісту КОС у покритті. Така сама закономірність, тобто підвищення біостійкості покриттів зі зменшенням кількості бакелітового лаку, який містить у собі дуже сильний яд - фенол, і збільшенням кількості малотоксичної КОС, спостерігається й щодо стійкості до комплексу грунтових руйнівників. Підвищення біостійкості покриттів зі збільшенням вмісту малотоксичної КХ обумовлене струхтуруваннян плівки покриттів, її малою проникністю.

Результати проведених досліджень підтвердили доцільність використання КОС у системі"бакелітовий - пековий л#ки", що дозволило розробити нову захисну суміш БПК, а.с. 1630689, яка забезпечує ефективний захист лісоматеріалів від розтріскування та біопош-кодаень.

Результатами експериментальних досліджень встановлено, що захисні властивості покриттів обумовлені головним чином проникністю плівки. При цьому виявлено' суттєвий вплив співвідношення компонентів суміші, яке обумовлює захисно-дифузійні властивості покриттів: вологозахисні /втрата маси зразків -, У, %/\ поглинення води покриттям - V, %; швидкість дифузії води через покриття - \,/> Д.ІО-11 м^/с.

Дослідження впливу співвідношення компонентів суміші на захисно-дифузійні властивості покриттів з ціллю визначення оптимального співвідношення компонентів були виконані шляхом проведення :багатофакторного експерименту за планом В3.В результаті виконаних розрахунків отримані регресивні залежності /3, 4, 5/, де Хр ^2.* *3 “ Фактори, що варіюють, відповідно, кількість бакелітового та пекового лаків і КХ.

У = 429,85251 + 2, 648229ХІ - 9,63088Х2 - 5,87274Х3 -

- 0,І298202х| + 0,0595709Х| + 0,2336209Х§ - 0,00747X^4-

+ 0,00037X^3 - 0,0015771Х2Х3 /З/

* 430,35178 + 0,34І262Хх - 9,6630325Х2 - 3,824722Х3 +

+ 0,063301^'+ 0,0585752>| + 0,І043752Х32- 0,0133614X2X3+

+ 0,0038864ХІХ3 + 0,0080682Х2Х3 < /4/

= 250,30601 + 4,0302І8ХІ - 6,0ІІ6505Х2 - 2,8684І8Х3 -

- 0,І739702Х| + 0,0375074Х| + 0,0772574Х§ - О.ОШЗбХ^-

- 0,013615X^3 + 0,0074425Х2Х 3 /5/

З рівнянь /3, 4, 5/ бачимо неоднозначний вплив факторів, що варіюють на вихідні параметри. Так, наприклад, з факторів, що варіюють,найбільший вплив виявляв КОС /Х3/ через те, що збільшення параметра Х3 зумовлене зменшенням втрати маси зразків, водопоглн-нвння, швидкості дифузії води через покриття. Оптиіізацією рецептури суміші встановлено, що ефективність покриттів для захисту лісоматеріалів забезпечується при такоцу вмісті компонентів . /мас.ч./: бакелітовий лак - Х| = 5; пековий лак - Х2 = 81,44;

КОС - Х3 = 12,85. При такоцу складі речовин втрата маси зразками У тіл * 9,І2Я; об"єм поглиненої води \Лп.«. » 6,48$; швидкість ДИфуЗІХ ВОДИ "Через ПОХрИТТЯ \Vmirt я 2,47.І0-11 м2/с.

Отримані результати А,\/ , м/ / враховані нами під час проектування і організації виготовлення дослідної партії захисної суміші У виробничих умовах.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних дослід*ень з питань виготовлення захисної суміпі та її застосування.

На промисловому устаткуванні /рис. І/, яке принципово на відрізняється від експериментального, на основі бакелітового, пеково-го лаків та каніфольної окисленої смоли виготовили захисну суміш. -

' Спостереження за лісоматеріалами літньої та зимової заготівель виявили, що круглий ліс, зокрема бука, мав захист від розтріскування та біопошкодхень при дворазовому нанесенні суміві на торці. При цьому ліс зимової заготівлі зберігається строком 3,5 місяці за умови нанесення покриттів не пізніше першого квітня^ літньої заготівлі - до наступних похолодань, при яких сповільно-ютьсл руйнівні процеси деревини.

Застосування нової суміші для захисту пиломатеріалів зменшує розтрісіцгвашш чорнових меблевих заготовок під час атмосферного сушіння на 8,1і від загальної кількості, а в поєднанні і3 затіненнях повністю запобігає розтріскуванню. При наступному камерному сушінні розтріскування торців заготовок додатково знижується ще на 4,32.

Виробничі випробування задовільно узгоджуються з експериментальними дослідженнями, які прийняті для прогнозування ефективності покриттів. При цьому підтверджена достовірність застосо ваних методик визначення захисних властивостей покриттів, зоЕрам методики визначення вологозахиснкх властивостей, яка розроблена за участю автора й реалізована у ГОСТ 27475 “Составы влагозащитные и влагозащитно-антисептические для защиты торцов лесоматериал лов. Метод определения влагозащитных свойств".

Осносою розробка иорматіфш-технічної документації стали виробничі випробування, а.с. 1630889, що у результаті дозволили розробити: ТУ ОП 13-5421655-38-89 "Состав влагозащитно-антнсептв-ческий БПК для защиты древесины. Технические условия", проект ції

на суміш ЕПК, технологічний регламент виготовлення суміші ШК.

Результати виробничої апробації захисної суміші дослідної партії на ряді підприємств дали можливість приступити до органі®» ції промислового виготовлення, яке планується розпочати на Свалявськону ДХК.

У п"ятому розділі викладено результати техніко-економічшх досліджень. Встановлено, що ефективність зумовлено низкоо показників: збільиення виттездатності суміші /при в"язкості 20 с по ВЗ-246/4/ зберігається понад 6 місяців/, збільшення продуктивное: під час механізованого нанесення на 27-282, зменшення витрат ка єдиний?) поверхні в 1,3 рази, зменшення вмісту вільного фешлу у 5 разів / зменшення небезпеки/.

Ряд наведених вище результатів характеризує чисто якісні поліпшення властивостей покритті». Тому Техніко-економічний ефект від отриманих результатів розраховано за параметрам» базової та нової суміші.

Виробничі випробування показали, що при запланованому обсязі захисту лісоматеріалів у 500 тис.и3 річний економічний ефект гід впровадження 250 т суміші БПК досягав І млн. рублів /у цінах 1991 р./.

висновки

1. Проаналізовано та визначено шляхи підвищення ефективності тхисту торців лісоматеріалів від розтріскування та біопошкоджень юкрнттями на основі використання низькомолекулярних сполук, юкрема, бакелітового та пекового лаків і каніфольної окисленої шли.

2. Встановлено, що підвищення захисних властивостей покрит-гів здійснюється шляхом підсилення процесів структурування 38 захунок введення у композицію вуглеводних олігомерів, зохреиа, іаніфольної окисленої смоли. Морфологічними дослідженнями вста-гавлено, що процес структурування обумовлений реакційноздатнкми )Н-групами, що містяться у каніфольній окисленій смолі,і які :прилють перерозподілу внутрішньо- та міжмолекулярних водневих >в"лзків„

3. Розроблено принципово нову захисну композиції) на основі іакелітового та пакового лаків і каніфольної окисленої сколи, що :арактеризується гетерогенною структурою, при цьому ступінь мік-зофазного розділення королює з вмістом каніфольної окисленої смоли, іизначено, що пековий лак утворює матриця, у котрій розподілена [аза,яка утворена бакелітовим лаком та каніфольною окисленою скоюю. Також встановлено, що слабке структурування поверхневих шарів иютозиції пов'язане’зі збідненням їх каніфольною окисленою емолов. ^зроблена суиін на основі каніфольної окисленої смоли -відходи іісохімічних виробництв, яка раніше не використовувалась у цих цлях, забезпечує ефективний захист лісоматеріалів при відношенні гошюнентів, иас.ч. - бакелітовий лак /5.. .10/, пековий лак -^...БЬ/, каніфольна окислена смола - /10...15/. Суміи захищено о.с. £ 1630809.

4. Встановлено, що в меяах вмісту малих добавок /5 мас.ч./ іакелітового лаку відбувається перерозподіл • иішгалекулярг.а вод-ієвия зв’язків, збільшення вмісту котрого не ПІДСИЛЮЄ систему!, що рзволяє знизити його вміст у захисній композиції. Каніфольна окис-їена смола сприяв утворення додаткових водневих зв"язків,, структу-зуе систему, при цьому концентраційна залевність зміни структура (находиться у межах її максимального вмісту - 10...15 нае„ч«,

5. Досліджено залежність формування захисно-дифузійних алас-■ИЕОСТЄЙ покриттів ВІД вмісту каніфольної окисленої СМОЛМо Збіль-іеннл її вмісту з 5 до 15 мас.ч. відповідно знижує: водопоглинання

та швидкість дифузії води через покриття в 5-6 разів, втрату каси «разків в І,В-^рази, при цьому товщина граничного шару змінюється відповідно від 5,7 мкм до 1,8 мкм, тобто щільність його збільшуєтьс

6. Встановлено, що найбільш ефективне використання каніфольної окисленої смоли з температурою розм"якшання / £р =70-90 °С/ При цьоцу поліпшуються влагозахисні властивості похриттів у 1,7 рази, біостікість у 1,6 рази, водночас посилюється адгезія до вологої деревини. Доведено можливість використання бакелітового лаку в"язкістю, що перевкщуе 180 с, у рецептурах 'суміші ,• що забезпечує ефективність захисних покриттів.

7.- Отримано математичну модель, що встановлює залежність показ киків захисного покриття від складу його компонентів, що дозволяє оптимізувати рецептуру захисної суміші.

8. Розроблено принципово нову методику визначення вологозахис-них властивостей покриттів за втратою маси зразків, яка дозволяє встановлювати структурні зміни плівки покриттів. Новизна й ефективність, практичне застосування підтверджені експериментально і знойе відображення у ГОСТ-27475.

9. Встановлено, що дворазова обробка торців круглого лісу забезпечує повний захист лісоматеріалів від розтріскування й Сіопои-ходжень на протязі 3,5 місяців, зменшує розтріскування букових чорнових заготовок при атмосферному сушінні,а в поєднанні із затінення повністю попереджує їх розтріскування. Каніфольна окислена смола збільшує життєздатність суміші,. підвищує показник безпечності у

5 разів, зменшує в 1,3 рази його витрати на одиницю поверхні, яка оброблюється. .

10. Розроблено Й запропоновано технологію виробництва суміші на основі бакелітового та пекового лаків і каніфольної окисленої смоли. Розроблено нормативно-технічну документацію на виробництво й застосування захисної суміші . ТУ Ш 13-5421656-38-89 "Состав влагозащитно-антисептический ЫШ для защиты древесины. Технические условия", матеріали з розробки ціни на суміш Ы1К, технологічний регламент виготовлення суміші БїїК, ГОСТ 27475 "Составы влагозащитные и влагозащитно-антисептические для защиты торцов лесоматериалов, Метод определения влагозащитных свойств", що забезпечує в умовах Свалявського ЛХК виготовлення суміші,, економічний ефект від реалізації якої становить І млн. рублів / у цінах 1991 р./.

1. Федорова Н.В. Использование канифоли для улучшения защитныл свойств влагозащитно-антисептических покрытий. //В сб.: Пути повышения эффективности деревообрабатывающих производств- Тезисы дом адов Всесоюзной научно-технической конференции коло-дых ученых и специалистов.-Архангельск.-1989.-С.98.

2. Фздорова Н.В., Карасев B.C. Влияние температуры размягчения канифольных продуктов на влагозащитные свойства покрытий.

//В сб.: Научно-технический прогресс а лесной и деревообрабатывающая промышленности. Тезисы докладов ХУШ научно-тахнкческоЭ коифзренции.-Киев.-1991.-С.91.

З» бадорова Н.В., Купорав Б.О., Лосіцький С.®. Дослідження впливу смолы каніфольної окисленої на захисні властивості покриття де ровики.// Лісовий аурнал.-І993.-1? З.-С.31-32.

4. Борисюк И.Д., Денисенко Г„И., Федорова Н.В. и др. Исследованиз

и разработка матового лака ПЭ-265 М. //В сб.: Научно-техинчо* ский прогресс а лесной и дервеообрабатывающей проиыиленноста. Тезисы докладов XIУ научно-технической ко нфзранцки.-Киев.-1993.-С.72. .

5. Брощайко А.А., Карасев B.C., Федорова Н.В. Проіаолегсюе изготовление влагозащитно-антмсептичзских составов на основа басз-дктового ш пакового лаков /Гидролизная и лесохимическая прокнэ-,Е9нтсть.-1988.-$ 7.-С.24-25.

6. А,с., 951854, СССР. Способ получения наполненного полиурзтакз

/Веселовский Р.А., Куксин А.Н., Федорова Н.В./.

7. А.с., ЮІ0094, СССР. !1атовый лак /Федорова Н.В. в соавторстзо с др./.

8. А.с., 1630889, СССР, Состав для защиты древесины от растрасям-за ння /Карасев B.C., Тимофеев В,Г., Федорова Н.В. н др./.

9. А.с., 1092935, СССР. Состав матирующей добавки для покрытий ка основе полиэфирных с иол /Федорова Н.В. в соавторстве с др./.

10.Денисенко Г.И., Борисюк И.Д., Федорова Н.В. к др. Ыатируюцна добавки для лаков. //ЛКЫ.-1981.-9 6.-С.33-35.

11.Денисенко Г.И., Борисюк И.Д., Федорова Н.В. ы др. Влияние датирующих добавок на свойства полиэфирмалвинаткых лаков. //JUffl.-I986.-i> 5.-С.14-17.

Х2. Каходивв К., Ахмедов А.Д., Карасев B.C., Федорова Н.В.

О возможности использования оксикислот в качестве антисептика для защиты древесины от гниения и повреждения термитами» //В сб„ :Известия АН Туркменской CCP.-I988.-Jf 5.-С.75-77,

13. Карасев B.C., Федорова Н.В. Влагозащитно-антисептические составы для механизированной защиты торгрв лесоматериалов. //В сб.: Научно-технический прогресс в лесной к деревообрабатывающей промышленности. Тезисы докладов ХУЛ научно-технн-ческой конференции.-Киев.-І989.-С.127.

14. Лосицкий С.*., Федорова Н.В., Карасев B.C., Семинович Г.М. Исследование влияния канифоли на изменение структуры композиции бакелит-пек методом ИК-спектроскопии.//В сб.: Научно технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности. Тезисы докладов ХУШ научно-технической конферешдаи -КИ8В.-І99І.-С.90.

16. Лосицкий С.Ф., Карасев B.C., Федорова Н.В. Изучение влияния смолы канифольной окисленной на биостойтость защитного покрытия. //В сб.: Підвищення технічного рівня лісопромислового виробництва і освоєння нової техніки. Тази доповідей науково-технічної конференції.-Івано-Франківськ.-І992.-С.56.

Підписано йо друку 22.ОС.04. Формат (iOxb'l J/l*>. Офсотіїий ярук. Ум. арук. арк 1Д»>. Тира* 120 прим. Зам. 080к. ■

ДШ1П ДКНТ м.Ки'В, вул.Горького, 180.