УДК 674.816.2
Г. И. Игнатьева, М. В. Газеев, Ю. И. Ветошкин, Н. Ф. Жданов, Т. О. Степанова
ВЛИЯНИЕ АЭРОИОНИЗАЦИИ НА ВОДОСТОЙКОСТЬ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНОГО ПОКРЫТИЯ
Ключевые слова: защитно-декоративное покрытие, водостойкость, лакокрасочное покрытие, древесина, аэроионизация,
отверждение.
Существуют различные способы оценки водостойкости защитно-декоративных покрытий на древесине и древесных материалах. Недостатком существующих способов является продолжительное выдерживание образцов в воде, что не соответствует условиям эксплуатации покрытий на мебели и других изделий из древесины, а так же трудоемко и занимает длительное время получения результатов с применением сложного оборудования. На кафедре механической обработки древесины Уральского государственного лесотехнического университета разработан новый способ получения оценки качества защитно-декоративного покрытия по водостойкости с минимальными затратами для получения результатов. В статье приводится оценка водостойкости лакокрасочных покрытий, отвержденных при воздействии аэроионизации и при сушке в естественных условиях. Для определения водостойкости применен разработанный метод, а также для более полной оценки проведены испытания покрытий на влагопоглощение и ИК-спектроскопия.
Keywords: protective-decorative coating, water resistance, lacquer coating, wood, air ionization, hardening, IR-spectroscopy.
There are various ways of an assessment of water resistance ofprotective-decorative coating on wood and wood materials. A lack of the existing ways is long keeping of samples in water that doesn't correspond to service conditions of coverings on furniture and other products from wood, and is also labor-consuming and takes a long time of receiving results with use of the difficult equipment. On department of mechanical woodworking of the Ural state engineering university the new way receiving an assessment of quality of a protective-decorative coating on water resistance with the minimum costs of receiving results is developed. Results of an assessment of water resistance of the lacquer coating cured at impact of aero ionization and under natural conditions are given in article. The developed method is applied to determination of water resistance, and also for fuller assessment tests of coating for moisture absorption and IR-spectroscopy are carried out.
При длительном контакте лакокрасочных покрытий (ЛКП) с водой происходит набухание и размягчение покрытия, снижаются когезионные связи в покрытии и уменьшается его адгезия к подложке. На проницаемость покрытий водой влияют поры, способствующие появлению капиллярного эффекта и химическая природа пленкообразователя [1, 2].
В настоящее время существуют различные способы оценки водостойкости защитно-декоративных покрытий.
При оценке водостойкости покрытий по ГОСТ 9.403-80 лакокрасочный материал наносят на две стороны деревянных или стеклянных пластин. Края пластин на расстоянии 3... 5 мм дополнительно защищают испытуемым материалом и сушат в вертикальном положении. Окрашенные образцы помещают на 2/3 высоты в стеклянный стакан с дистиллированной водой и выдерживают до появления дефектов. Изменения блеска, оттенка, побеление, появление пузырей, отслаивание, сморщивание пленки, а так же время, за которое снова восстанавливается блеск или оттенок фиксируют на образцах визуально. Время, происшедшее до появления первых признаков разрушения покрытия, характеризует его водостойкость [3].
Существует способ когда на поверхность образца (пластины) с покрытием, установленного в горизонтальном положении, наносят пипеткой дистиллированную воду в нескольких местах по 10 - 15 капель. Для того, чтобы предотвратить быстрое испарение воды, места покрытые водой, закрывают крышками стеклянных бюкс. Периодически через сроки, указанные в технических условиях, образец осматривают, отмечают состояние покрытия в мес-
тах контакта с водой. После испытаний капли удаляют фильтровальной бумагой, а изменение декоративных и защитных свойств покрытий определяют визуально [4].
Известен способ оценки водостойкости покрытий в гидростате, заключающийся в определении устойчивости покрытия к воздействию относительной влажности воздуха 95±2% при перепаде температур от 40 до 20±20С. Осмотр состояния покрытия по показателям качества осуществляют по истечению 24, 72 и 120 часов [5].
А.И. Скрипальщиковым разработан способ оценки водостойкости покрытий кондуктометриче-ским методом, который основан на принципе уменьшения удельного сопротивления древесины при увеличении влагосодержания в поверхностном слое древесины подложки [6].
Недостатком выше озвученных способов является продолжительное выдерживание образцов в воде, что не соответствует условиям эксплуатации покрытий на мебели и других изделий из древесины и древесных материалов. Определение водостойкости покрытий такими способами [3, 4, 5, 6] достаточно трудоемко и требует длительного периода получения результатов измерения с применением сложного оборудования.
На кафедре механической обработки древесины Уральского государственного лесотехнического университета ведется работа по совершенствованию технологии отделки изделий из древесины и поиску новых способов оценки свойств защитно-декоративных покрытий. В связи с чем на кафедре был разработан новый способ получения оценки качества защитно-декоративного покрытия по водо-
стойкости с минимальными затратами на получение результатов [7].
Методика проведения испытаний на водостойкость покрытий следующая. Стакан наполняется дистиллированной водой с мениском, на который укладывается образец с защитно-декоративным покрытием, предварительно взвешенный (рис.1). Образование мениска при заполнении стакана с водой позволяет обеспечить постоянный контакт испытуемой поверхности с жидкостью в течение всего времени проведения испытаний, а также достаточную площадь соприкосновения испытуемой поверхности с водой. Для стабилизации условий проведения испытания стакан с образцом помещается в эксикатор. Образец выдерживается в течение суток (24 часа), снимается со стакана с водой. С испытуемой поверхности удаляются излишки влаги фильтровальной бумагой и образец снова взвешивают. Оценка водостойкости (водопроницаемости) определяется по количеству влаги прошедшей через испытуемую поверхность или впитавшейся в защитно-декоративное покрытие. Характер изменения (дефектность покрытия) оценивается визуально.
Рис. 1 - Оценка водостойкости: 1 - стакан с дистиллированной водой, 2 - испытуемый образец, 3 - испытуемая поверхность ЗДП, 4 - вид наполнения стакана водой
Цель исследования - определить водостойкость ЗДП, отвержденного на древесине при аэроионизации.
Для достижения поставленной цели необходимо сравнить показатели защитно-декоративного покрытия, отвержденного в естественных условиях и под воздействием аэроионизации в аэроионизационной установке (рис. 2).
основание; 3 - подложка с ЛКП; 4 - линии электрического поля; 5 - иглы; 6 - электроэффлю-виальный излучатель (ЭЭИ)
Для проведения исследования применяли образцы подложек из древесины сосны. Для формирования ЗДП использовали водно-дисперсионный лак ВД АК-УР "Балет плюс" (ЗАО "ЭмЛак Урал"). Нанесение ЛКП выполняли пневматическим распылением. Защитно-декоративное покрытие на образцах сформировано двухслойным с промежуточной сушкой и шлифованием. Изготовили шесть образцов, три из которых сушили при аэроионизации, а другие три при естественных условиях (1=20±2 ОС и W=65±5%)
При испытании полученных покрытий на водостойкость образцы укладывали на стакан диаметром 70 мм, т.е. площадь контакта поверхности покрытия с дистилированной водой составила 0,00385 м2 Результаты испытаний на водостойкость приведены в таблице и представлены графически на рисунке 3.
Таблица 1 - Результаты испытания ЗДП на водостойкость
№ шь масса образца до испытания, г ш2, масса образца после испытания, г р, кол. воды по-глощ. ЛКП, г
Аэроионизация
1 121,982 122,116 0,134
2 123,159 123,281 0,122
3 121,180 121,321 0,141
Естественные условия
1 126,788 126,912 0,124
2 123,276 123,425 0,149
3 127,706 127,829 0,123
Среднее арифметическое количество воды поглощенной образцами р составило 0,132 г. не зависимо от условий отверждения ЛКП. Для более полного сравнения стойкости ЗДП к действию воды определили влагопоглощением покрытий методом основанным на способности пленки сорбировать воду. На стеклянные подложки был нанесен лак ВД АК-УР "Балет плюс" и отвержден при аэроионизации и в естественных условиях сушки.
Номер образца
Рис. 3 - Масса воды поглощенной покрытием при испытании на водостойкость
После выдержки образцы были взвешены и помещены в емкость с дистиллированной водой, затем через заданные промежутки времени образцы вынимались из воды, просушивались фильтровальной бумагой, помещались в герметичный бюкс (предварительно взвешенный) и взвешивались на весах, после чего образец возвращали обратно в емкость с водой. Операцию по взвешиванию повторяли пока не будет достигнут одинаковый привес пленки при последних двух измерениях.
Значение влагопоглощения, полученное в результате проведенных испытаний, показало, что образцы, подвергавшиеся воздействию аэроионизации способны сорбировать меньшее количество воды 8 %, чем образцы отвержденные в естественных условиях 10 %. Поэтому можно говорить о хороших физико-механических свойствах и о качестве покрытий. При испытании на влагопоглощение образец с покрытием полностью погружен в воду, и взаимодействие идет не только с поверхностью, но и с краями, где происходит частичное отслаивание отвержденной пленки от стеклянной подложки.
Для дальнейшего изучения защитных свойств покрытий в институте органического синтеза им. И.Я. Постовского УрОРАН г. Екатеринбург была проведена ИК-спектроскопия отвержденных ЗДП и исходного лака. На ИК-спектре на рисунке 4 видно, что величина пропускания для покрытия отвер-жденного при аэроионизации находится в пределах ~ 60%, что меньше, чем покрытие, отвержденное при естественных условиях ~ 80%.
Рис. 4 - ИК-спектры: верхняя полоса - исходный лак ВД АК-УР; средняя полоса - ЛКП отвержденное в естетственных условиях; нижняя полоса - ЛКП отвержденное при аэроионизации
Снижение величины пропускания ИК-спектра для покрытия, отвержденного при аэроионизации позволяет сделать предположение о влиянии ионизированного воздуха и электрического поля создаваемых излучателем установки на формирование структуры полимера с более частой сеткой, что способствует меньшему поглощению воды пленкой и, как следствие, более высокие водозащитные свойства покрытия при испытании на влагопоглощение.
Литература
1. Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий / А. Д. Яковлев. Учебник для вузов. - Л.: Химия, 1989. 384с.
2. Рыбин Б.М. Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий для древесины и древесных материалов / Б.М. Рыбин. Учебник для вузов. М.: МГУЛ, 2003. 568 с.
3. ГОСТ 9.403-80 «Покрытия лакокрасочные. Методы испытаний на стойкость к статическому воздействию жидкостей»
4. Жуков Е.В. Лабораторный практикум по дисциплине «Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов», МЛТИ, 1984г.,
5. Карякина М.И. Лабораторный практикум по техническому анализу и контролю производств лакокрасочных материалов и покрытий: Учеб. пособие для техникумов. - 2-е изд. пераб. и доп. - М.: Химия, 1989. - 208 с.
6. Скрипальщиков А.И. Распределение влаги под лакокрасочным покрытием на древесине хвойных пород. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., СибГТУ, г.Красноярск, 2013 г. Разослан 21.11.2013г., Защита состоится 25.12.2013г.
7. Сафин, Р.Г. Современные строительные композиционные материалы на основе древесных отходов [Текст]/ Р.Г. Сафин, В.В. Степанов, Э.Р. Хайруллина, А.А. Гай-нуллина, Т. О. Степанова // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т. 17. №20. - С. 123128.
8. Сафин Р.Г., Исхаков Т.Д., Гайнуллина А.А., Степанова Т.О., Хабибуллина А.Р. Разработка композиционных материалов на основе древесных отходов. // Деревообрабатывающая промышленность. - 2014. - №4. - С. 3237.
9. Сафин Р.Г., Степанов В.В., Исхаков Т.Д., Гайнуллина А. А., Степанова Т.О. Новые исследования и разработки в области получения древесно-композиционных материалов на основе древесных отходов. // Вестник технологического университета. - 2015. -Т. 18. №6. - С. 139142.
10. Степанова Т.О., Степанов В.В., Исхаков Т.Д. Технологическая схема получения теплоизоляционных материалов из древесных отходов. // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. - № 2. ч.1 С. 443-447.
© Г. И. Игнатьева - к.т.н., доцент каф. ПДМ КНИТУ, [email protected]; М. В. Газеев - к.т.н., доцент каф. механической обработки древесины, Уральский государственный лесотехнический университет, [email protected]; Ю. И. Ветошкин -к.т.н., профессор той же кафедры, [email protected]; Н. Ф. Жданов - к.т.н., доцент той же кафедры, [email protected]; Т. О. Степанова - магистрант каф. ПДМ КНИТУ, [email protected].
© G. I Ignatyeva - candidate of Technical Sciences of chair of processing of wood waste, KNRTU, [email protected]; M. V. Gazeev - Associate Professor the department of mechanical woodworking, Ural State Forestry Engineering University, [email protected]; Y. I Vetoshkin - Professor the department of mechanical woodworking, [email protected]; N. F. Zhdanov -candidate of Technical Sciences associate professor of chemistry of wood and technology of pulp-and-paper productions, [email protected]; ^ О. Stepanova - undergraduate of chair of processing of wood materials, KNRTU, [email protected].