CC BY
164
УДК 674.684.05
ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КАНИФОЛИ В МАСЛАХ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ ДРЕВЕСИНЫ
© Л.А. Яремчук, канд. техн. наук, доц.
Национальный лесотехнический университет Украины, ул. Чупрынки, 103, г. Львов, Украина, 79057; е-mail: tf_nltu@ukr.net
При отделке изделий из древесины важной задачей является правильный выбор лакокрасочных материалов. Современный рынок лакокрасочной продукции предлагает потребителям широкий ассортимент материалов. В современных условиях предъявляются не только высокие требования к физико-механическим и декоративным показателям продукции, но также к ее экологической безопасности. К предлагаемым предприятиями Украины и зарубежья экологически безопасным лакокрасочным материалам (водорастворимым и с минимальным содержанием органического растворителя) прибавились масляные композиции. Однако они долго сохнут (более 24 ч) и создают защитную пленку пониженной твердости. Для сокращения времени пленко-образования масляных лакокрасочных материалов и увеличения твердости защитно -декоративных покрытий на их основе необходимо модифицировать композиции. Наиболее распространенными модификаторами для масляных материалов являются сиккативы, которые сокращают время пленкообразования, но твердость покрытия повышают незначительно. Предложено вводить в масляные композиции модификатор на основе канифоли. Определено количественное содержание модификаторов в масляных материалах для отделки древесины. Исследовано влияние содержания модификаторов на сокращение времени высыхания и повышение твердости масляных композиций. По результатам экспериментальных исследований установлено, что при введении канифоли и сиккатива сокращается время пленкообразования и увеличивается твердость защитно-декоративного покрытия древесины. В качестве модификатора канифоль улучшает качественные показатели лакокрасочных материалов на основе масел.
Ключевые слова: древесина, масло, модификация, канифоль, сиккатив, твердость, сушка.
При производстве мебели, столярных изделий, деревянных домов и других изделий из древесины от защитно-декоративных покрытий зависит качество и долговечность продукции. Качество, в свою очередь, зависит от вида лакокрасочного материала (ЛКМ), его происхождения и производителя. На сегодняшний день украинские производители изделий из древесины в основном используют импортные органорастворимые ЛКМ, которые выделяют в окружающую среду вредные летучие органические соединения.
Однако европейские производители деревообрабатывающей продукции в качестве отделочных материалов стали активно использовать ЛКМ на основе высыхающих масел фирм «Bona», «Akzo Nobel», «Notle», «Polimen» и др. Это экологически безопасные, стойкие к негативному атмосферному влия-
нию, а также хорошо пропитывающие древесину материалы создаются на основе таллового, тунгового, периллового масел.
На сегодняшний день отделочные композиции на основе высыхающих масел исследованы мало. Украина имеет достаточно возобновляемых сырьевых ресурсов для изготовления ЛКМ на основе высыхающих масел. Поэтому проведение исследований для решения задачи качественной и экологически безопасной отделки древесины и древесных материалов на основе отечественного масла из возобновляемого сырья является актуальной проблемой.
Натуральные масла можно отнести к группе экологически безопасных отделочных материалов, однако по ряду причин их применяют довольно редко: длительность сушки покрытий, заниженная твердость защитно-декоративной пленки и значительное впитывание материала в подложку.
В состав растительных масел входят жирные кислоты, которые имеют парное число атомов углерода. Они могут быть насыщенными и ненасыщенными. Последние имеют одну (олеиновая), две (линолевая), три (линоленовая) двойные связи в молекуле. Присутствие ненасыщенных кислот дает возможность маслам отверждаться на воздухе в результате окисления и полимеризации с созданием пространственной структуры молекул. В зависимости от того или иного типа кислот могут меняться свойства масел, а именно: способность к химическим превращениям, в результате которых образуется твердая пленка
[3, 5].
Среди известных высыхающих масел наибольшее распространение получили тунговое, талловое и льняное масла.
Для отделки изделий, особенно мебели, в Украине наибольшее предпочтение отдается льняному маслу и материалам на его основе. Однако при всех преимуществах этого масла как отделочного ЛКМ, оно имеет ряд недостатков - длительность пленкообразования (высыхания) и низкая твердость покрытия. Улучшить качественные характеристики масел можно введением в их состав модификаторов - сиккативов, воска, канифоли. Исследование влияния канифоли как модификатора для льняного масла является целью данной работы.
Задачи исследования
С учетом анализа показателей физико-механических свойств защитно-декоративных покрытий, приведенных в литературных источниках, и с учетом вида модификатора масляной композиции установлена необходимость экспериментального исследования, в ходе которого планировалось получить основные показатели физико-механических свойств отделочных пленок в зависимости от вида пленкообразователя, модификаторов, их содержания и температуры сушки покрытия. Так как твердость является одним из важнейших показателей, характеризующих защитные свойства покрытия, то для достижения поставленных задач необходимо изучить влияние
модификаторов на твердость пленки. Кроме того, твердость характеризует степень отверждения покрытия и является функцией времени, израсходованного на высушивание лакокрасочного материала.
В ходе эксперимента были определены время высыхания защитно-декоративных пленок на разных породах древесины и твердость покрытий в зависимости от количества введенного модификатора.
Используемые материалы:
образцы древесины сосны, бука, дуба (размер 40x30x8 мм, шероховатость 16 мкм, относительная влажность 8... 12 %);
олифа льняная (ГОСТ 7931-76);
олифа конопляная сырая (ГОСТ 8989-73);
канифоль сосново-живичная (ГОСТ 19113-84);
сиккативы: олово (ДСТУ EN 611-2:2004) и хлорид марганца MnCl2 (chloridetetrahydrate CAS No: 13446-34-9).
Время высыхания пленки определяли по стабилизации веса нанесенного на поверхность образца покрытия.
Для этого на испытуемый образец наносили масляную композицию, после чего его взвешивали, определяли массу покрытия и помещали в сушильную камеру или вытяжной шкаф. Высохшие покрытия взвешивали до стабилизации массы.
Для определения твердости покрытия по ГОСТ 5233-67 использовали маятниковый твердомер М-3.
Твердость Н выражали в условных единицах (у. е.) от 0,1 до 1,0 (1,0 -твердость эталона) и вычисляли по формуле
Н = т/ть (1)
где т, Ti - продолжительность колебаний маятника на покрытии и на стеклянной пластинке (эталон - стеклянное число = 441 ±5), с;
Результаты и их обсуждение
При проведении предварительных экспериментов было установлено, что время высыхания полимеризованных масел (олиф) составляет более 24 ч. Для ускорения процесса полимеризации масла необходимо модифицировать. В качестве модификаторов были выбраны сиккативы и сосново-живичная канифоль. После предварительных экспериментов было определено количество модификатора:
сиккатив - 1.3 %;
канифоль - 2. 6 массовых частей (м. ч).
Результаты эксперимента при температуре 50 °С представлены в табл. 1.
Таблица 1
Завимимость времени высыхания покрытий на дубовых образцах от содержания модификаторов в льняной олифе
Содержание модификатора Время высыхания, мин, покрытия на образце
Канифоль, м. ч. Сиккатив, % 1 2 3 4
2 1 184 192 178 195
2 174 175 183 168
3 139 121 123 134
4 1 161 154 170 165
2 154 160 150 154
3 127 139 141 129
6 1 222 218 225 217
2 198 205 205 210
3 178 182 188 192
Данные табл. 1 показывают, что образцы с покрытием на основе модифицированного льняного масла быстрее высыхают при минимальном содержании канифоли и максимальном содержании сиккатива. Увеличение содержания канифоли до 6 м. ч. не сокращает время высыхания пленки покрытия при температуре 50 °С, близкой к температуре плавления канифоли 55...60 °С.
Следует отметить, что увеличение сиккатива в масляной композиции до 3% также негативно влияет на время высыхания пленки, как и при содержании канифоли более 4 м. ч.
На основании экспериментов можно сделать вывод, что для снижения времени высыхания пленки содержание канифоли в льняном масле не должно превышать 2 м. ч.
Для проведения исследований с конопляным маслом его предварительно полимеризовали при температуре 300 °С без доступа воздуха. После полимеризации в полученную олифу добавляли 1 % сиккатива и 2 м. ч канифоли. Отверждение покрытия из модифицированной сиккативом и канифолью конопляной олифы происходило при температуре 20, 50 и 80 °С при расходе отделочного материала 80, 100 и 120 г/м2 на подложках из разной древесины.
Результаты высыхания защитно-декоративного покрытия на основе конопляной олифы, представленные в табл. 2, свидетельствуют, что существенное сокращение времени высыхания покрытия из модифицированной конопляной олифы наблюдается при температуре сушки не выше 50.80 °С и расходе материала 80.100 г/м2 [1, 2].
Для определения твердости образцы покрытия на основе модифицированных масел наносили на стеклянную подложку. Расход отделочного материала 80, 100, 120 г/м2. Так как льняное масло наиболее распространено для отделки древесины, его модификация может представлять интерес для
Таблица 2
Зависимость времени высыхания покрытий на различных образцах от температуры сушки и расхода модифицированной конопляной олифы
Температура, °С Расход, г/м2 Время высыхания покрытого образца, мин
Дуб Бук Сосна
20 80 1520 1513
100 1542 1525 1465
120 1564 1538 1485
50 80 65 66 32
100 75 71 36
120 89 80 39
80 80 71 73 37
100 78 81 43
120 92 86 49
производителей мебельной и деревообрабатывающей продукции. Поэтому на модифицированном льняном масле были исследованы разные виды сиккативов для установления их влияния на твердость покрытия.
В качестве модификаторов использовали сиккативы, которые вводили в масляные композиции в количестве 2 %. Предварительно масла были модифицированы канифолью. Защитно-декоративные покрытия сушили при температуре (50±5) °С в сушильном шкафу и определяли их твердость маятниковым твердомером М-3. Результаты исследований представлены в табл. 3.
Таблица 3
Зависимость твердости покрытий от расхода модифицированных масел
Композиция Расход, г/м2 Условная твердость образцов, у. Среднее значение твердости, у. о. Твердость покрытия, у. о.
1 2 3
Льняная 80 72 72 74 72,7 0,1648
олифа 100 52 52 52 52,0 0,1179
120 38 39 39 38,7 0,0877
Льняная 80 101 105 105 103,7 0,2351
олифа + 100 101 103 104 102,7 0,2328
+МпС12 120 94 94 96 94,7 0,2147
Льняная 80 189 191 187 189,0 0,4286
олифа + 100 181 179 182 180,7 0,4097
+олово 120 156 162 164 160,7 0,3643
Льняная 80 124 124 119 122,3 0,2774
олифа + 100 113 115 116 114,7 0,2600
+N64 120 104 104 102 103,3 0,2343
Конопляная 80 105 104 107 105,3 0,2389
олифа + 100 101 104 99 101,3 0,2298
+N64 97 97 98 164 119,7 0,2714
Примечание. Стеклянное число - (441+5) с.
Результаты эксперимента показали, что при использовании металлического олова в качестве сиккатива для льняного масла твердость полученной пленки значительно повышается.
Однако следует отметить, что при введении того же сиккатива в не модифицированное канифолью масло после высыхания покрытия образуется мягкая пленка, т. е. модифицирование льняного масла повышает показатели физико-механических свойств защитно-декоративной пленки древесины [4].
Выводы
Экспериментальные исследования, проведенные в целях повышения эксплуатационных характеристик защитно-декоративных покрытий на основе масляных ЛКМ, показали, что наиболее эффективным для сокращения времени высыхания пленки и повышения ее твердости является совместное применение таких модификаторов, как канифоль и металлическое олово.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 19007-73. Материалы лакокрасочные. Метод определения времени и степени высыхания. М.: Изд-во стандартов, 2003. 6 с.
2. ГОСТ 7931-76. Олифа натуральная. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1989. 8 с.
3. Карякина М.И., Попцов В.Е. Технология полимерных покрытий. М.: Химия, 1983. 336 с.
4. Ливщиц Р.М., Домбровский Л.А. Заменители растительных масел в лакокрасочной промышленности. М.: Химия, 1987. 160 с.
5. Орлова О.В., Фомичева Т.Н. Технология лаков и красок. М.: Химия, 1990.
384 с.
Поступила 09.12.13
УДК 674.684.05
The Effect of Rosin Content on the Running Ability of Oil-Based Coating Materials
L.A. Yaremchuk, Candidate of Engineering, Associate Professor Ukrainian National Forestry University, Chuprynki, 103, Lvov, 79057, Ukraine, е-mail: tf_nltu@ukr.net
The right selection of paint-and-lacquer materials is an important task for manufacturers in the process of wood finishing. Modern market of paint-and-lacquer products has a wide assortment of materials. Present conditions of quality products demand not only top-notch physical, mechanical and decorative properties, but also ecological or environmentally-friendly properties. Recently, in addition to the water-soluble and with minimum percentage organic solvent paint-and-lacquer materials, local and foreign companies began to offer oil composite materials. It is known that their drying is time consuming (over 24 hours) and their protective film has reduced hardness. In order to reduce the film-forming time in oil paint-and-lacquer materials and increase the hardness of protective-decorative coatings, it is
needed to create modified oil-based composite materials. The most prevailing modifiers for oil paint-and-lacquer materials are desiccants. Desiccants reduce the film-forming time, but don't significantly improve the hardness of a coating. A rosin-based modifier is proposed to be incorporated into oil composites with the purpose of coating hardness improvement. Quantitative content of modifiers in oil materials for wood finishing has been determined. The study of impacts of modifier content on reduction in drying time and increase of hardness of oil composite materials is proposed. The results of experimental study of impacts of modifiers on the drying of oil composite coatings show that incorporation of a rosin and a desiccant leads to shorter film-forming time and increase the hardness of protective and decorative wood coating. A rosin, as a modifier improves qualitative indicators of oil-based paint-and-lacquer materials.
Keywords: wood, oil, modification, rosin, desiccant, hardness, drying.
REFERENCES
1. GOST19007-73 Materialy lakokrasochnye. Metod opredeleniya vremeni i stepeni vysykhaniya [State Standard 19007-73. Paintwork Materials. Method of Determining of the Time and the Degree of Drying].
2. GOST 7931-76 Olifa natural'naya. Tekhnicheskie usloviya [State Standard 793176. Natural Drying Oil. Technical Conditions].
3. Karyakina M.I., Poptsov V.E. Tekhnologiya polimernykh pokrytiy [Technology of Polymeric Coatings]. Moscow, 1983. 336 p.
4. Livshchits R.M., Dombrovskiy L.A. Zameniteli rastitel'nykh masel v lakokraso-chnoy promyshlennosti [Substitutes of Vegetable Oils in the Paint and Varnish Industry]. Moscow, 1987. 160 p.
5. Orlova O.V., Fomicheva T.N. Tekhnologiya lakov i krasok [Technology of Varnishes and Paints]. Moscow, 1990. 384 p.
