Научная статья на тему 'Определение физических показателей полимеров для деревообработки по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев'

Определение физических показателей полимеров для деревообработки по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
187
83
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОЛИМЕРОВ / АДДИТИВНЫЕ ФУНКЦИИ ГРУППОВЫХ ВКЛАДОВ ХИМИЧЕСКИХ СТРУКТУРНЫХ ЗВЕНЬЕВ / PHYSICAL PERFORMANCE POLYMERS / ADDITIVE GROUP CONTRIBUTIONS CHEMICAL STRUCTURAL UNITS

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Рыбин Борис Матвеевич, Завражнова Ирина Анатольевна, Рыбин Дмитрий Борисович

В технологии деревообработки для склеивания, облицовывания и отделки деталей и узлов из древесины и древесных материалов применяются различные клеевые и лакокрасочные материалы на основе полимерных композиций. Для прогнозирования технологических и эксплуатационных свойств клеевых прослоек и покрытий необходимо знать их физико-механические показатели: плотность, поверхностное натяжение, показатель преломления, когезионную прочность, относительную диэлектрическую проницаемость и др. Их определение иногда требует применения сложных методик и аппаратуры. На практике определение физических показателей возможно через аддитивные функции групповых вкладов химических структурных звеньев полимеров. При этом полимеры являются идеальным материалом, так как их структура образована последовательностями простых звеньев. Принцип аддитивности позволяет установить наличие взаимосвязи между химическим строением и физическими характеристиками изучаемых полимерных веществ. Предлагается методика, при которой на первом этапе определяют химическое строение структурных звеньев полимеров (полистирол, полиметилметакрилат, поливинилацетат, поливинилхлорид, карбамидо-, фенолои меламиноформальдегиды, нитроцеллюлоза, полиуретан и полиалкиленгликольмалеинат). Перечисленные полимеры используются в качестве клеевых и лакокрасочных композиций, их структуру можно рассматривать как совокупность функциональных групп. Для выяснения физических свойств необходимо определить вклад функциональных групп в аддитивные мольные функции полимеров, затем вычислить их суммарный вклад для каждого физического показателя и по известным формулам рассчитать их значения. Доказана надежность предложенной методики. Вычисленные значения показателей отличаются от табличных незначительно. Так, средняя относительная ошибка практически по всем показателям не превышает 2 %. Данная методика может быть рекомендована для применения в фундаментальных исследованиях полимерных композиций.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Determination of physical parameters of polymers for woodworking functions on the additive group contributions chemical structural units

The technology of woodworking for gluing, veneering and finishing of parts and components from wood and wood materials is used in various adhesive and coating materials based on polymer compositions. To predict future technological and operational properties of adhesive layers and coatings it is necessary to know the physico-mechanical parameters. Such indicators can be density, surface tension, refractive index, cohesive strength, relative permittivity, etc. For their definition it is sometimes required to use complex techniques and equipment. In practice, it is known that the determination of the physical parameters is possible through additive group contributions chemical structural units of polymers. The polymers are ideal materials, as their structure is formed by a sequence of simple links. Hence, the principle of additivity allows to establish a relationship between chemical structure and physical characteristics of the studied polymeric substances. Used in the research, the methodology assumes at the initial stage will be determined in the chemical structure units of a polymer. As the latter were selected: polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, carbamido-, phenolicand melamineformaldehyde, nitrocellulose, polyurethane, and poliatilenglikol. These polymers are used as adhesive and coating compositions. The structure of the presented polymers can be considered as a set of functional groups. To define different performance polymers it is necessary to determine the contribution of functional groups in the additive molar functions of polymers. Then calculate their total contribution for each physical parameter and the known formulas to calculate their values. Studies have shown sufficient reliability of the proposed method of determining physical parameters for additive functions group contributions chemical structural units of polymers. The comparison of calculated data with tabular values for some polymers showed little difference. So, the average relative error in almost all indicators did not exceed 2 %. The results of the work can be recommended for use in fundamental research of polymer compositions.

Текст научной работы на тему «Определение физических показателей полимеров для деревообработки по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев»

ISSN 2542-1468, Лесной вестник /Forestry Bulletin, 2018. Т. 22. № 2. С. 68-75. © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Деревообработка и химическая переработка древесины Определение физических показателей...

УДК 691.175.5 DOI: 10.18698/2542-1468-2018-2-68-75

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ ДЕРЕВООБРАБОТКИ ПО АДДИТИВНЫМ ФУНКЦИЯМ ГРУППОВЫХ ВКЛАДОВ ХИМИЧЕСКИХ СТРУКТУРНЫХ ЗВЕНЬЕВ

Б.М. Рыбин1, И.А. Завражнова1, Д.Б. Рыбин2

1МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), 141005, Московская область, г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, д. 1 2ООО «Тимберланд», 141865, Московская обл., Дмитровский р-н, раб. пос. Некрасовский, Северная ул., д. 10

[email protected]

В технологии деревообработки для склеивания, облицовывания и отделки деталей и узлов из древесины и древесных материалов применяются различные клеевые и лакокрасочные материалы на основе полимерных композиций. Для прогнозирования технологических и эксплуатационных свойств клеевых прослоек и покрытий необходимо знать их физико-механические показатели: плотность, поверхностное натяжение, показатель преломления, когезионную прочность, относительную диэлектрическую проницаемость и др. Их определение иногда требует применения сложных методик и аппаратуры. На практике определение физических показателей возможно через аддитивные функции групповых вкладов химических структурных звеньев полимеров. При этом полимеры являются идеальным материалом, так как их структура образована последовательностями простых звеньев. Принцип аддитивности позволяет установить наличие взаимосвязи между химическим строением и физическими характеристиками изучаемых полимерных веществ. Предлагается методика, при которой на первом этапе определяют химическое строение структурных звеньев полимеров (полистирол, полиметилметакрилат, поливинилацетат, поливинилхлорид, карбамидо-, феноло-и меламиноформальдегиды, нитроцеллюлоза, полиуретан и полиалкиленгликольмалеинат). Перечисленные полимеры используются в качестве клеевых и лакокрасочных композиций, их структуру можно рассматривать как совокупность функциональных групп. Для выяснения физических свойств необходимо определить вклад функциональных групп в аддитивные мольные функции полимеров, затем вычислить их суммарный вклад для каждого физического показателя и по известным формулам рассчитать их значения. Доказана надежность предложенной методики. Вычисленные значения показателей отличаются от табличных незначительно. Так, средняя относительная ошибка практически по всем показателям не превышает 2 %. Данная методика может быть рекомендована для применения в фундаментальных исследованиях полимерных композиций. Ключевые слова: физические показатели полимеров, аддитивные функции групповых вкладов химических структурных звеньев

Ссылка для цитирования: Рыбин Б.М., Завражнова И.А., Рыбин Д.Б. Определение физических показателей полимеров для деревообработки по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2018. Т. 22. № 2. С. 68-75. DOI: 10.18698/2542-1468-2018-2-68-75

В технологии деревообработки для склеивания, облицовывания, жидкой отделки древесины и древесных материалов используют разнообразные клеевые и лакокрасочные материалы на основе полимерных композиций. Технологические и эксплуатационные свойства клеевых прослоек и защитно-декоративных покрытий зависят от физико-механических показателей, к которым относятся: плотность, поверхностное натяжение, когезионная прочность, показатель преломления света и др.

По плотности исходного материала определяют весовые показатели, расход и толщину применяемых клеевых и лакокрасочных материалов. Поверхностное натяжение характеризует смачивание и растекание жидких полимеров на древесине и древесных материалах и влияет на расход наносимых клеевых и лакокрасочных покрытий. С помощью показателя преломления определяют «чистоту» применяемых композиций и рассчитывают толщину покрытия микроскопическим

способом. Когезионная прочность характеризует внутреннюю прочность полимера, влияет на такие эксплуатационные показатели, как сопротивление удару, царапанию, долговечность клеевых и лакокрасочных пленок. Относительная диэлектрическая проницаемость характеризует отвердение полимеров при использовании высокочастотного нагрева. Определение перечисленных показателей является важной задачей при оценке физико-химических характеристик полимеров, применяемых в технологии деревообработки.

Цель работы

Определение физических показателей требует применения сложных методов и аппаратуры. Задача облегчается, если использовать известную методику [1] определения физических показателей по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев полимеров, что и является целью данной работы.

Материалы и методы

В основе предложенной методики — принцип аддитивности, представляющий собой весьма эффективное средство в полуэмпирическом подходе к исследованию физических характеристик вообще и характеристик полимеров в частности. Принцип аддитивности означает, что большое количество характеристик, рассчитанных на моль вещества, можно вычислить путем суммирования групповых вкладов химической структурной единицы полимера. Полимеры являются идеальным материалом для применения принципа аддитивности в связи с тем, что их структура образована последовательностями простых групп. Можно предположить, что принцип аддитивности позволяет установить наличие взаимосвязи между химическим строением и физическими характеристиками изучаемых веществ.

Для применения данной методики на первоначальном этапе необходимо определиться в химическом строении структурного звена полимера. Такую структуру можно в дальнейшем рассматривать как совокупность функциональных групп, характеризующихся количеством свободных валентностей. К основным функциональным группам относятся углеводородные, неуглеводородные и сложные. Все они характеризуются как монофункциональные, бифункциональные, трехфункцио-нальные и тетрафункциональные. Для определения различных физических показателей необходимо по таблицам [1] определить вклад различных функциональных групп, затем вычислить их суммарный вклад для каждого физического показателя и по известным формулам рассчитать их значения.

Для исследования были выбраны следующие полимерные композиции: полистирол, полиме-тилметакрилат, поливинилацетат, поливинилхло-рид, карбамидоформальдегид, фенолоформальде-гид, меламиноформальдегид, нитроцеллюлоза, полиуретан и полиалкиленгликольмалеинат. Исследуемые полимерные композиции широко применяются в технологии деревообработки в качестве клеевых и отделочных материалов.

В табл. 1 приведены химические формулы и некоторые данные структурных звеньев с указанием литературного источника, из которого заимствовано химическое строение полимера. В своей основе все изучаемые полимеры представляют собой сложные композиции, состоящие из многофункциональных групп. По приведенной химической формуле рассчитана молекулярная масса структурного звена полимера. В табл. 2 приведено количество функциональных групп по видам находящихся в структурных звеньях соответствующих полимеров. Как видно из табл. 2, в различных структурных звеньях полимеров присутствуют: бифункциональные

Таблица 1 Химические формулы и основные характеристики структурных звеньев полимеров Chemical formulas and basic characteristics of structural units of polymers

Наименование полимера по химическому составу Процесс образования полимера Химическая формула структурного звена полимера Молекулярная масса структурного звена полимера, г/моль Химическое строение структурного звена полимера дано по литературному источнику

Полистирол ПМ C8H8 104 [2]

Полиметил-метакрилат ПМ C5H8O2 100 [3]

Поливинила-цетат ПМ C4H6O2 86 [4]

Поливи-нилхлорид ПМ C2H3Cl 62 [4]

Карбамидо-формальдегид ПК Ci2H1(AN8 336 [3]

Фенолофор-мальдегид ПК C48H42O6 714 [5]

Меламино-формальдегид ПК Ci6H29O2N6 337 [6, 7]

Нитроцеллюлоза ИЛ c6HA(O-NO2b 236 [8]

Полиуретан ПК C22H24O7N4 456 [9]

Полиалкилен- гликольмале- инат ПК C20H20O8 388 [10]

Примечание: ИЛ — испарение летучей части; ПК — поликонденсация; ПМ — полимеризация.

и другие углеводородные группы, бифункциональные и другие азотосодержащие группы, бифункциональные и другие кислородо- и азотосодержащие группы и галогенсодержащие группы.

Известно [1], что наличие определенных функциональных групп в полимере влияет на его свойства. Так, простая эфирная группа (№ 8 в табл. 2) придает полимеру гибкость, ароматическая (№ 4) — жесткость, сложноэфирная (№ 10) создает в полимере умеренные силы, а амидная группа (№ 14 в табл. 2) — значительные силы межмолекулярного взаимодействия. Следовательно, наличие отдельных функциональных групп в полимере практически определяет его физико-механические свойства.

Результаты и обсуждение

Рассмотрим в качестве примера значения вклада функциональных групп структурного звена поливинилацетата в аддитивные мольные функции (табл. 3). Химическую формулу структурного звена поливинилацетата можно представить в следующем виде [4]:

Таблица 2

Количество функциональных групп по видам в структурном звене полимера Number of functional groups by species in the structural unit of the polymer

Функциональная группа Полимер

№ Вид Полистирол Полиме-тилмета-крилат Поливи-нилацетат Поливи-нилхло-рид Карбами- дофор-мальдегид Феноло-формальдегид Мелами-нофор-мальдегид Нитроцеллюлоза Полиуретан Полиал-киленгли-кольмале-инат

1 -CH 2- 1 1 1 1 8 12 11 1 4 5

2 - CH 1 - 1 1 - - - 4 - 5

3 - 1 - - - - 3 - - -

4 о 1 - - - - - - - - 1

5 - - - - - - - - 2 -

6 - - - - - 6 - - - -

7 -CH 3 - 2 1 - - - 2 - 2 -

8 — о — - - - - - - 2 4 5 2

9 -<° - - - - 4 - - - - 2

10 \ - 1 1 - - - - - - 2

11 -CH(OH) — - - - - - - - 1 - -

12 -OH - - - - - 6 - - - -

13 ^NH - - - - - - 1 - - -

14 >N — - - - - 8 - 5 - - -

15 0^=C-NH - - - - - - - - 4 -

16 -NO 2 - - - - - - - 2 - -

17 Cl — - - - 1 - - - - - -

цетату даны в табл. 4, где указаны значения суммарного вклада функциональных групп структурных звеньев различных полимеров в аддитивные мольные функции: рефракцию при длине волны света 589 нм, объем, парахор, когезию и поляризацию. Зная суммарный вклад функциональных групп структурных звеньев, можно рассчитать физико-механические показатели полимеров.

-сн2-сн-ососн,

I- 3 -1п

В табл. 3 приведен суммарный итог вклада функциональных групп по каждой аддитивной мольной функции. Их значения по поливинила-

Таблица 3

Вклад функциональных групп химического структурного звена поливинилацетата

в различные аддитивные функции The contribution of functional groups of the chemical structural link of polyvinyl acetate in variousadditive functions

Аддитивная мольная функция Вид функциональной группы Суммарный вклад

-CH 2- - CH — O—C \ — CH з

Рефракция ЯР,, см3/моль 4,65 3,62 6,30 5,64 20,21

Объем V, см3/моль 15,85 9,45 23,00 23,90 72,20

Парахор Р,, (эрг ■ см-2)^4 (см3 ■ моль-1) 39,0 21,9 64,8 56,1 181,8

Когезия F , (кал. см3)1/2 ■ моль-1 133 28 310 214 685

Поляризация Ри, г/моль 20,64 23,50 95,00 17,66 156,80

Таблица 4

Суммарный вклад функциональных групп химических структурных звеньев в аддитивные функции полимеров The total contribution of functional groups of chemical structural units in the additive functions of polymers

Аддитивные мольные функции полимеров

Рефракция Объем Парахор Когезия Поляризация

Полимер t*«, 1-1 п 2Х г-1 и IX ¡=1 п IX 1=1 ±Р«> i=i

см3/моль см3/моль (эрг ■ см-2)1/4(см3 ■ моль-1) (кал.см3)1/2 ■ моль-1 г/моль

Полистирол 33,68 98,00 250,9 896 167,64

Полиметилметакрилат 24,75 86,50 220,8 778 177,36

Поливинилацетат 20,21 72,20 181,8 685 156,80

Поливинилхлорид 14,31 45,20 115,2 431 104,14

Карбамидоформальдегид 78,76 264,72 604,0 4564 613,92

Фенолоформальдегид 212,22 568,20 1522,8 6792 1199,28

Меламиноформальдегид 90,94 316,73 687,7 4432 579,47

Нитроцеллюлоза 45,07 150,02 370,6 1894 455,34

Полиуретан 120,27 379,80 991,8 4870 1025,08

Полиалкилен-гликольмалеинат 91,50 292,00 760,1 2850 729,30

Плотность полимера q, г/см3 можно рассчитать Для определения показателя преломления све-по формуле та полимера п можно воспользоваться следую-

щим выражением Лоренца [11, 12]: М ,

1 = —

IX

г=1

П =

1+2IX-/Е^

¡•=1

i=i

i-I^/I^

V 1=1

¡=1 у

где М— молекулярная масса структурного звена

полимера, г/моль; п п где X"1 ^ — суммарный вклад функциональ-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

— суммарный вклад функциональных ш ных групп структурных звеньев в ад-

1=1 групп структурных звеньев в аддитивную дитивные мольные функции рефрак-

мольную функцию объема полимера, ции полимера, см3/моль, при длине

см3/моль. волны света 589 нм.

Таблица 5

Физические показатели полимеров, рассчитанные по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев Physical indicators of polymers calculated from additive functions group contributions of chemical structural units

Полимер Плотность q, кг/м3 Показатель преломления n Поверхностное натяжение у, мДж/м2 Когезия Еког, Дж/моль Относительная диэлектрическая проницаемость s

Полистирол 1061 1,604 42,96 34 275 2,577

Полиметилметакрилат 1156 1,484 42,45 29 277 3,146

Поливинилацетат 1191 1,472 40,20 27 191 3,324

Поливинилхлорид 1371 1,546 42,19 17 195 2,821

Карбамидоформальдегид 1269 1,507 27,10 329 227 3,338

Фенолоформальдегид 1218 1,644 45,54 329 261 2,821

Меламиноформальдегид 1064 1,486 22,22 259 478 2,957

Нитроцеллюлоза 1573 1,513 37,24 100 025 3,723

Полиуретан 1200 1,546 46,50 261 273 5,053

Полиалкилен-гликольмалеинат 1329 1,539 45,91 116 385 3,533

Таблица 6

Сравнительные данные значений физических показателей полимеров — табличных и рассчитанных по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев Comparative data of values of physical indicators of polymers both tabular and calculated from the functions on the additive group contributions chemical structural units

Физический показатель Полимер

Полистирол Полиметилметакрилат Поливинилацетат Поливинилхлорид

Плотность q Табличная, кг/м3 10 580 1170 1190 1385

Рассчитанная, кг/м3 1061 1156 1191 1371

Средняя относительная ошибка, % 0,52 0,60 0,04 0,50

Показатель преломления n Табличный 1,603 1,484 1,471 1,539

Рассчитанный 1,604 1,484 1,472 1,546

Средняя относительная ошибка, % 0,031 0,00 0,033 0,226

Поверхностное натяжения у Табличное, мДж/м2 43 42 40 42

Рассчитанное, мДж/м2 42,96 42,45 40,20 42,19

Средняя относительная ошибка, % 0,046 0,532 0,249 0,225

Когезия Еког Табличная, Дж/моль 33 053 30 124 27 614 17 572

Рассчитанная, Дж/моль 34 275 29 277 27 191 17 195

Средняя относительная ошибка, % 1,81 1,42 0,77 1,08

Относительная диэлектрическая проницаемость s Табличная 2,60 3,15 3,30 3,05

Рассчитанная 2,57 3,14 3,32 2,82

Средняя относительная ошибка, % 0,58 0,15 0,30 3,91

Поверхностное натяжение полимера у, эрг/см2, можно рассчитать по выражению

Г п Л4 V — —-

' и

1Г.

V ¿=1 У

п

где ^ Р. — суммарный вклад функциональных 1=1 групп структурных звеньев в аддитивную мольную функцию парахора полимера, (эрг ■ см-2)1/4(см3 ■ моль-1). Когезию полимера Еког, кал/моль, можно рассчитать по формуле

Г П \2 ¿=1

К0Г

«

V 1=1 У

и

где ^ /л — суммарный вклад функциональных 1=1 групп структурных звеньев в аддитивную мольную константу притяжения полимера, (кал. см3)1/2 ■ моль-1. Относительную диэлектрическую проницаемость е можно определить из выражения / „ Л2

£ =

г=1

м )

где — суммарный вклад функциональных

¿=1 групп структурных звеньев в аддитивную мольную поляризацию полимера, г/моль.

Физические показатели полимеров, рассчитанные по различным аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев, приведены в табл. 5. Значения рассчитанных физических показателей полимеров переведены в единицы измерения по системе СИ.

В табл. 6 приведены сравнительные данные табличных значений физических показателей некоторых полимеров со значениями, рассчитанными по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев. Для сравнения результатов определялась средняя относительная ошибка. Как видно из данных табл. 6, по всем показателям для полимеров (полистирол, полиметилметакри-

лат, поливинилацетат, поливинилхлорид) средняя относительная ошибка не превышает 2 %. Исключение составляет относительная диэлектрическая проницаемость для поливинилхлорида, где средняя относительная ошибка составляет 3,91 %.

Выводы

Проведенное исследование дает основания для вывода о достаточной надежности предложенной методики определения физических показателей по аддитивным функциям групповых вкладов химических структурных звеньев полимеров. Для применения данной методики требуется знание химической структуры звена полимера. Рассмотренная методика может быть рекомендована для использования в фундаментальных исследованиях полимерных композиций.

Список литературы

[1] Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров / пер. с англ. Ф.Ф. Ходжевановой; под ред. А.Я. Малкина. М.: Химия, 1976. 416 с.

[2] Булгай Б.М. Технология отделки древесины: учебник для вузов. М.: Лесная пром-сть, 1973. 304 с.

[3] Шампатье Г., Рабатэ Г. Химия лаков, красок и пигментов. Т. 1 / пер. с фр. Н.П. Аграненко, Ю.Т. Беловицкой, Э.К. Левиной, Ю.А. Холмогорцевой; под ред. А.А. Бе-ловицкого. М.: Госхимиздат, 1960. 584 с.

[4] Рыбин Б.М. Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: учебник для вузов. М.: МГУЛ, 2007. 568 с.

[5] Михайлов Н.В., Шершнев В.А., Шарай Т.А. Основы физики и химии полимеров: учеб. пособие для вузов / под ред. В.Н. Кулезнева. М.: Высшая школа, 1977. 248 с.

[6] Пэйн Г.Ф. Технология органических покрытий. Т. 1: Масла, смолы, лаки и полимеры / пер. с англ. М.Д. Гор-донова, Е.С. Гуревича, А.К. Муромцева, А.М. Фроста; под ред. Е.Ф. Беленького. Л.: Госхимиздат, 1959. 758.

[7] Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник / под ред. В.А. Рабиновича. Л.: Химия, 1978. 392 с.

[8] Химический энциклопедический словарь / гл. ред. И.Л. Кнунянц. М.: Сов. энциклопедия, 1983. 792 с.

[9] Саундерс Дж.Х., Фриц К.К. Химия полиуретанов / пер. с англ. З.А. Кочновой, Ж.Т. Коркищко; под ред. С.Г. Энтелиса. М.: Химия, 1968. 470 с.

[10] Жуков Е.В., Онегин В.И. Технология защитно-декоро-тивных покрытий древесины и древесных материалов: учебник для вузов. М.: Экология, 1993. 304 с.

[11] Борн М., Вольф Э. Основы оптики / пер. с англ. С.Н. Бреуса, А.И. Головашкина, А.А. Шубина; под ред. Г.П. Мотулевич. М.: Наука, 1973. 719 с.

[12] Санаев В.Г. Анизотропия физико-механических свойств поверхности древесины // Строение, свойства и качество древесины-96: материалы II Международного симпозиума, 1997. М.: МГУЛ. С. 219-223.

Сведения об авторах

Рыбин Борис Матвеевич — д-р техн. наук, профессор кафедры древесиноведения и технологии деревообработки МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), [email protected]

Завражнова Ирина Анатольевна — канд. техн. наук, доцент кафедры древесиноведения и технологии деревообработки МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), [email protected] Рыбин Дмитрий Борисович — технолог ООО «Тимберланд», [email protected]

Принята к пу бликации 08.11.2017. Поступила в редакцию 16.01.2018.

DETERMINATION OF PHYSICAL PARAMETERS OF POLYMERS FOR WOODWORKING FUNCTIONS ON THE ADDITIVE GROUP CONTRIBUTIONS CHEMICAL STRUCTURAL UNITS

B.M. Rybin1, I.A. Zavrazhnova1, D.B. Rybin2

1BMSTU (Mytishchi branch), 1st Institutskaya st., 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia 2«Timberland», 141865, Moscow reg., Dmitrovsky district, working settlement Nekrasovsky, Severnaya st., 10

[email protected]

The technology of woodworking for gluing, veneering and finishing of parts and components from wood and wood materials is used in various adhesive and coating materials based on polymer compositions. To predict future technological and operational properties of adhesive layers and coatings it is necessary to know the physico-mechanical parameters. Such indicators can be density, surface tension, refractive index, cohesive strength, relative permittivity, etc. For their definition it is sometimes required to use complex techniques and equipment. In practice, it is known that the determination of the physical parameters is possible through additive group contributions chemical structural units of polymers. The polymers are ideal materials, as their structure is formed by a sequence of simple links. Hence, the principle of additivity allows to establish a relationship between chemical structure and physical characteristics of the studied polymeric substances. Used in the research, the methodology assumes at the initial stage will be determined in the chemical structure units of a polymer. As the latter were selected: polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, carbamido-, phenolic- and melamineformaldehyde, nitrocellulose, polyurethane, and poliatilenglikol. These polymers are used as adhesive and coating compositions. The structure of the presented polymers can be considered as a set of functional groups. To define different performance polymers it is necessary to determine the contribution of functional groups in the additive molar functions of polymers. Then calculate their total contribution for each physical parameter and the known formulas to calculate their values. Studies have shown sufficient reliability of the proposed method of determining physical parameters for additive functions group contributions chemical structural units of polymers. The comparison of calculated data with tabular values for some polymers showed little difference. So, the average relative error in almost all indicators did not exceed 2 %. The results of the work can be recommended for use in fundamental research of polymer compositions.

Keywords: physical performance polymers, additive group contributions chemical structural units

Suggested citation: Rybin B.M., Zavrazhnova I.A., Rybin D.B. Opredelenie fizicheskikh pokazateley polimerov dlya derevoobrabotki po additivnym funktsiyam gruppovykh vkladov khimicheskikh strukturnykh zven'ev [Determination of physical parameters of polymers for woodworking functions on the additive group contributions chemical structural units]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2018, vol. 22, no. 2, pp. 68-75. DOI: 10.18698/2542-14682018-2-68-75

References

[1] Van Krevelen D.V. Svoystva i khimicheskoe stroeniepolimerov [Properties and chemical structure of polymers]. Trans. from Eng. by F.F. Hodzhevanova; ed. A.Ya. Malkin. Moscow: Khimiya [Chemistry] Publ., 1976, 416 p.

[2] Bulgay B.M. Tekhnologiya otdelki drevesiny [Technology of wood finishing]. Moscow: Lesnaya prom-st' Publ., 1973, 304 p.

[3] Shampat'e G., Rabate G. Khimiya lakov, krasok i pigmentov [Chemistry of varnishes, paints and pigments]. Trans. from French by N.P. Agranenko, Yu.T. Belovitskaya, E.K. Levina, Yu.A. Kholmogortseva; ed. A.A. Belovitsky. Moscow: Goskh-imizdat, 1960, 584 p.

[4] Rybin B.M. Tekhnologiya i oborudovanie zashchitno-dekorativnykh pokrytiy drevesiny i drevesnykh materialov [Technology and equipment of protective and decorative coatings of wood and wood materials]. Moscow: MGUL, 2007, 568 p.

[5] Mikhaylov N.V., Shershnev V.A., Sharay T.A. Osnovy fiziki i khimii polimerov [Fundamentals of physics and chemistry of polymers]. Ed. V.N. Kulezneva. Moscow: Vysshaya shkola [Higher School] Publ., 1977, 248 p.

[6] Peyn G.F. Tekhnologiya organicheskikhpokrytiy [Technology of organic coatings]. V. 1: Oils, resins, varnishes and polymers. Trans. from Eng. by M.D. Gordonova, E.S. Gurevich, A.K. Muromtseva, A.M. Frost; ed. E.F. Belen'ky. Leningrad: Gos-khimizdat, 1959, 758.

[7] Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. Kratkiy khimicheskiy spravochnik [Brief Chemical Handbook]. Ed. V.A. Rabinovich. Leningrad: Khimiya [Chemistry] Publ., 1978, 392 p.

[8] Khimicheskiyentsiklopedicheskiyslovar'[Chemical encyclopedic dictionary]. Chief ed. I.L. Knunyants. Moscow: Sovetskaya entsiclopediya Publ., 1983, 792 p.

[9] Saunders Dzh.Kh., Frits K.K. Khimiya poliuretanov [Chemistry of polyurethanes]. Trans. from Eng. by Z.A. Koshchnoy, Zh.T. Korkishchko; ed. S.G. Entlis. Moscow: Khimiya [Chemistry] Publ., 1968, 470 p.

[10] Zhukov E.V., Onegin V.I. Tekhnologiya zashchitno-dekorotivnykh pokrytiy drevesiny i drevesnykh materialov [Technology protective and decorative coatings of wood and wood materials]. Moscow: Ekologiya Publ., 1993, 304 p.

[11] Born M., Vol'f E. Osnovy optiki [Fundamentals of Optics]. Trans. From Eng. by S.N. Breus, A.I. Golovashkin, A.A. Shubina; ed. G.P. Motulevich. Moscow: Nauka Publ., 1973, 719 p.

[12] Sanaev V.G. Anisotropy ofphysical and mechanical properties of the surface of wood [Anizotropiya fiziko-mekhanicheskikh svoystv poverkhnosti drevesiny] Stroenie, svoystva i kachestvo drevesiny-96: materialy II Mezhdunarodnogo simpoziuma, 1997 [Structure, properties and quality of wood-96: materials of the II International Symposium, 1997]. Moscow: MSFU, pp. 219-223.

Authors' information

Rybin Boris Matveevich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Chair of Wood Science and Woodworking Technology of BMSTU (Mytishchi branch), [email protected]

Zavrazhnova Irina Anatol'evna — Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Chair of Wood Science and Woodworking Technology of BMSTU (Mytishchi branch), [email protected]

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Rybin Dmitriy Borisovich — Technologist of Open Company «Timberland», [email protected]

Received 26.12.2017.

Accepted for publication 28.02.2018.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.