Научная статья на тему 'Влияние аэроионификации на процесс формирования защитно-декоративных покрытий на древесине водными акриловыми лакокрасочными материалами'

Влияние аэроионификации на процесс формирования защитно-декоративных покрытий на древесине водными акриловыми лакокрасочными материалами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
205
91
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АЭРОИОНИФИКАЦИЯ / АЭРОИОНИЗАЦИЯ / АЭРОИОНИЗАЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОЭФФЛЮВИАЛЬНАЯ УСТАНОВКА / ВОДНЫЕ АКРИЛОВЫЕ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / ОТВЕРЖДЕНИЕ / ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ / ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ / AIR IONIFICATION / AIR IONIZATION / AIR IONIFICATION ELECTRO EFFLUVIAL SETTING / WATER ACRYLIC PAINT AND VARNISH MATERIALS / SOLIDIFICATION / PAINT AND VARNISH COVERINGS / IR-SPECTROSCOPY

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Жданова И. В., Газеев М. В., Жданов Н. Ф., Васянина Н. С.

Проведены испытания по отверждению лакокрасочных покрытий на основе водных акриловых лакокрасочных материалов на древесине. Отверждение покрытий производилось в естественных условиях ( t =20 ± 2 °C и W =60± 5 %) и с использованием аэроионизационной электроэффлювиальной установки. В результате испытаний образцов с отвержденными покрытиями установлено, что физико-механические показатели покрытий, отвержденных в установке, выше, чем показатели покрытий, отвержденных в естественных условиях. Проведенная инфракрасная спектроскопия подтвердила улучшение физико-механических показателей покрытий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Жданова И. В., Газеев М. В., Жданов Н. Ф., Васянина Н. С.

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

Tests were carried out on the solidification of paint and varnish coatings on the basis of water acrylic paint on wood. Solidification of coatings produced in natural conditions (t=20 ± 2 °C и W=60± 5 %) and with the use of Air Ionification Electro Effluvial setting. As a result of sample testing of solidified coatings found that physical-mechanical properties of coatings, hardened in the installation, higher than the rates of coatings, hardened in natural conditions. Conducted by IR-spectroscopy confirmed the improvement of physical-mechanical properties of coatings.

Текст научной работы на тему «Влияние аэроионификации на процесс формирования защитно-декоративных покрытий на древесине водными акриловыми лакокрасочными материалами»

УДК 674.07:667.6

И. В. Жданова, М. В. Газеев, Н. Ф. Жданов,

Н. С. Васянина

ВЛИЯНИЕ АЭРОИОНИФИКАЦИИ НА ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ

ПОКРЫТИЙ НА ДРЕВЕСИНЕ ВОДНЫМИ АКРИЛОВЫМИ ЛАКОКРАСОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Ключевые слова: аэроионификация, аэроионизация, аэроионизационная электроэффлювиальная установка, водные акриловые лакокрасочные материалы, отверждение, лакокрасочные покрытия, инфракрасная спектроскопия.

Проведены испытания по отверждению лакокрасочных покрытий на основе водных акриловых лакокрасочных материалов на древесине. Отверждение покрытий производилось в естественных условиях (t=20 ± 2 °C и W=60± 5 %) и с использованием аэроионизационной электроэффлювиальной установки. В результате испытаний образцов с отвержденными покрытиями установлено, что физико-механические показатели покрытий, отвержденных в установке, выше, чем показатели покрытий, отвержденных в естественных условиях. Проведенная инфракрасная спектроскопия подтвердила улучшение физико-механических показателей покрытий.

Keywords: Air Ionification, Air Ionization, Air Ionification Electro Effluvial setting, water acrylic paint and varnish materials, solidification, paint and varnish coverings, IR-spectroscopy.

Tests were carried out on the solidification of paint and varnish coatings on the basis of water acrylic paint on wood. Solidification of coatings produced in natural conditions (t=20 ± 2 °C и W=60± 5 %) and with the use of Air Ionifica-tion Electro Effluvial setting. As a result of sample testing of solidified coatings found that physical-mechanical properties of coatings, hardened in the installation, higher than the rates of coatings, hardened in natural conditions. Conducted by IR-spectroscopy confirmed the improvement ofphysical-mechanical properties of coatings.

Водно-дисперсионные полиакриловые лакокрасочные материалы (ЛКМ) (по ГОСТ 52165-2003) -это синтетические ЛКМ, которые создаются на основе акриловой кислоты и ее производных (полимерная акриловая эмульсия) [1]. Для изготовления акриловых вододисперсионных ЛКМ используются мономеры акрилового ряда. При производстве ЛКМ акриловые мономеры переводят в состояние олигомеров, для этого проводят реакцию первичной полимеризации и со-полимеризации. В процессе сополимеризации образуется полиакрилат [2].

Отверждение лакокрасочных покрытий (ЛКП), образованных водно-дисперсионными акриловыми ЛКМ на древесине, представляет собой сложную физико-химическую реакцию. В процессе отверждения происходит испарение воды с последующим протеканием реакции полимеризации, в результате образуется твердое полимерное покрытие.

На кафедре МОД Уральского государственного лесотехнического университета (УГЛТУ) проводился эксперимент по интенсификации отверждения ЛКП на древесине с применением аэроионизационной элек-троэффлювиальной установки (АЭЭУ) [3].

При проведении эксперимента в качестве материала исследований использовался акриловый лак ЭКОЛАК (ТУ 2316-014-31953544-2000) фирмы «Эм-Лак Урал». Лакокрасочные покрытия формировались на подложках из хвойных пород. Покрытия формировались на подложках с расходом 120 г/м2. Отверждение производилось под излучателем АЭЭУ и в естественных условиях (температура воздуха 1 = 20 ± 2 °С, влажность воздуха W = 60 ± 5 %). Время пленкообра-зования фиксировалось по ГОСТ 19007-73.

АЭЭУ позволяет интенсифицировать отверждение ЛКП по радикальной окислительной полимеризации. Длительность отверждения покрытий, в сравнении с естественными условиями, снижается в 1,5 - 2 раза.

Для оценки качества полученных покрытий проводились испытания, результаты которых представлены в таблице 1, из которой видно, что физикомеханические показатели покрытий повышаются.

Таблица 1 - Физико-механические показатели покрытий, образованных акриловым лаком ЭКОЛАК

Показатели покрытий При отверждении ЛКП в АЭЭУ При отверждении ЛКП в ест.усл.

Твердость ЛКП на приборе М3, усл.ед. 0,3 0,29

Прочность ЛКП при изгибе, мм 1 1

Прочность ЛКП при ударе, Па*м 0,5 0,5

Теплостойкость ЛКП удовлетвори- тельная удовлетвори- тельная

Влагопоглоще-ние ЛКП, % 8,5 10

Блеск ЛКП, % 33 45

Адгезия ЛКП на древесине 0 баллов 0 баллов

Склерометрическая твердость ЛКП, Н 0,07 0,06

Водостойкость ЛКП удовлетвори- тельная удовлетвори- тельная

Увеличение физико-механических показателей происходит за счет химических превращений. Химический состав жидкого лакокрасочного материала и твердых покрытий можно определить по характеристическим полосам поглощения [4], свой-

ственным конкретным функциональным группам, присутствующим в материале.

Целью работы является исследование химического состава лакокрасочных веществ, а также изменений состава, происходящих в процессе отверждения лакокрасочных покрытий.

Для определения химического состава лакокрасочного материала и твердого покрытия проводилась инфракрасная (ИК) спектроскопия. Испытания проходили в Уральском государственном университете (Ур-ГУ) на приборе ИК-Фурье спектрометр №со1е1 6700. Твердые лакокрасочные покрытия предварительно срезались с деревянных подложек и измельчались в ступке, их ИК-спектры были получены с использованием вазелинового масла.

В результате анализа ИК-спектров веществ составлена их сравнительная характеристика. Характеристика ИК-спектров веществ представлена в табл.2. По полученным данным можно сделать вывод, что химический состав акриловых ЛКМ в процессе отверждения меняется. ИК-спектр покрытия, полученного в естественных условиях, имеет сходное строение с ИК-спектром покрытия, полученного под действием АЭЭУ.

Однако некоторые характеристические полосы поглощения свидетельствуют о наличии существенных различий. Так, полоса поглощения в области 36003000 см-1 является характеристической для полимерных соединений [4], характеризует наличие ОН-группы, связанной межмолекулярной водородной связью. Полоса в области 3000-2800 см-1 характеризует наличие групп —СНз и =СН2, интенсивность полосы зависит от количества этих групп в молекуле полимера.

Наличие сильной полосы поглощения 17351732 см-1 в спектре жидкого лака [6; 7] подтверждает наличие карбоксильных групп; полоса средней интенсивности в спектрах твердого ЛКП свидетельствуют о снижении количества карбоксильных групп —С=О в результате химического взаимодействия карбоксильных групп с целлюлозой древесины. Полоса поглощения ИК-спектра покрытия, отвержденного с использованием АЭЭУ, имеет большую интенсивность (рис.1). Это объясняет лучшую адгезию покрытия.

Полоса поглощения 1651-1646 см-1 в спектре твердых покрытий [8] показывает наличие сопряженных двойных связей в углеродном скелете, которые в ходе дальнейшей полимеризации частично раскрываются. Образование сопряженных двойных связей происходит в результате изомеризации, при этом двойные связи раскрываются в одних местах и формируются в других. На рис.1 видно, что процент поглощения в ИК-спектре покрытия, полученного в АЭЭУ, выше. Следовательно, полимеризация протекает глубже, а прочность покрытия увеличивается. Отсутствие полосы в спектре жидкого ЛКМ свидетельствует о протекании реакции полимеризации в процессе отверждения покрытий.

Полосы поглощений в областях 1463, 1452 и 1386-1303 см-1, характеризующие колебания групп =СН2, -СНз -СН, свойственны насыщенным и ненасыщенным алифатическим углеводородам [8].

Полоса поглощения 1240 см-1 в спектре соответствует колебанию группы =С-О— и характерна для сложных эфиров и кислот.

Полосы поглощений в областях 1272, 1155 и 895-890 см-1 характеризуют колебания карбоксильных групп -СООН, свойственных полимерным материалам.

Полоса 1165 см-1 является характерной полосой поглощения для акрилатов, проявляется в спектре жидких ЛКМ.

Полосы поглощений в областях 1080-1027, 991, 844-760 и 703 см-1 показывают деформационные колебания групп —СН, а сильная полоса в районе 722 см-1 используется для обнаружения полимерной цепи.

Таблица 2 - Характеристика ИК-спектров веществ

Характеристические полосы поглощения Группы веществ

ЛКМжид. ЛКПест.усл. ЛКПАэ ЭУ

1 2 3 4

- 3356ср.ш. 3354ср. ш. валентные колебания ОН-группы

- 3178сл.ш. 3181сл. ш.

2957с. 2958оч.с. 2965 оч.с. валентные колебания групп —СНз и =СН2

2915с. - -

2870ср. - -

2850ср. - -

- 2726ср. 2726ср.

- 2673сл. 2673сл.

1733оч.с 1735с. 1732с. валентные колебания групп —СО и сложных эфиров

- 1646ср. 1651ср. ненасыщенная сопряженная связь С=С

1541сл. - - группа -СОО—

- 1463оч.с. 1463оч. с. деформационные колебания групп =СН2, — СН3 и —СН

1452с. - - метиленовая группа =СН2; деформационные колебания гидроксильной группы —ОН

1386ср. - - метиленовая группа =СН2

- 1377оч.с. 1377оч. с. деформационные колебания групп =СН2, — СН3 и —СН

Окончание табл. 2

Вывод

1 2 3 4

- 1303сл. 1303сл. деформационные колебания группы —СН

- 1272сл. 1272сл. карбоксильные группы —СООН

1239ср. 1241сл. - группа -РСОР

1165с. - - характерная полоса акрилатов

- 1154ср. 1155ср. карбоксильные группы -СООР

- 1080сл. - колебания групп -С-Н и -С-С

1066сл. - 1066сл.

- 1033сл. 1033сл.

1027ср. - -

991сл. - - деформационные колебания группы -СН

963сл. 966сл. - группа -РСНО

- 894сл. 891сл. карбоксильные группы -СООН

843ср. 844сл. 844сл. деформационные колебания группы -СН

760ср. - -

- 769оч.сл. 764оч.сл.

- 722с. 722с. группы =СН2

703ср. - - деформационные колебания группы -СН

дем мо* }«» мм і*м ш м*

Рис. 1 - ИК-спектры веществ: 1 (черный) - жидкий ЛКМ; 2 (зеленый) - ЛКП, отвержденное в естественных условиях; 3 (красный) - ЛКП, отвержденное при помощи АЭЭУ

По полученным ИК-спектрам можно сделать вывод, что химический состав жидкого акрилового лака отличается от состава твердых покрытий. В процессе отверждения ЛКП последовательно происходит реакция изомеризации с образованием сопряженных двойных связей в углеродном скелете и стадия дальнейшей полимеризации, в результате которой двойные связи раскрываются, и образуется про-странственносшитая молекула полимера. ИК-спектр покрытий, полученных под действием АЭЭУ, иллюстрирует более глубокую степень полимеризации, что подтверждает большую твердость покрытия (табл.1). Покрытие, отвержденное под действием АЭЭУ, в сравнении с отвержденным в естественных условиях, образует большее число карбоксильных связей с целлюлозой древесины и, как следствие, лучшую адгезию с древесной подложкой.

Литература

1. Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учеб. пособие для вузов. СПб.: СПбЛТА, 1999. 628 с.

2. Хасанов А.И., Ефремов Е.А., Хасанова М.И., Гарипов Р.М. Влияние состава мономеров на пленкообразующие свойства акриловых сополимеров // Вестник Казанского технологического университета, 2011. №11. С.53-59.

3. Газеев М.В., Жданова И.В., Старцев А.В. Аэроионизаци-онный способ отверждения лакокрасочных покрытий, образованных водными лаками // Деревообрабатывающая промышленность, 2007. № 6. С.17-19.

4. Васильев А.В., Гриненко Е.В., Щукин А.О., Федулина Т.Г. Инфракрасная спектроскопия органических и природных соединений: учеб. пособие для студ-в хим. и хим.-технолог. специальностей вузов. СПб: СПбГЛТА, 2007. 54 с.

5. Идентификация органических соединений: учеб. пособие по органической химии / под ред. Н.А. Анисимовой. Горный Алтай: Горно-Алтайский государственный университет, 2009. 118 с.

6. Кросс А.Д. Введение в практическую инфракрасную спектроскопию. М.: Изд-во иностранной литературы, 1961. 112 с.

7. Охрименко И.С., Верхоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих веществ. М.: Издательство Химия, 1978. 392 с., ил.

8. Беллами Л. Инфракрасные спектры молекул / пер. с англ. В.М. Акимова, Ю.А. Пентина, Э.Г. Тетерина. М.: Изд-во иностранной литературы, 1957. 358 с.

© И. В. Жданова - асп. каф. механической обработки древесины Уральского госуд. лесотехнич. ун-та; М. В. Г азеев - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, gazeev_m@1ist.ru; Н. Ф. Жданов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Н. С. Васянина -инж. каф. физико-химической технологии защиты биосферы того же ун-та.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.