CC BY
56
залишок, який е каркасоутворювальним компонентом. Дослiджено можли-вють отримання вихiдних композицiй для захисних покритпв методом сумю-ного диспергування компонентiв у кульових млинах.
Л1тература
1. Передрiй О.1. Стан та перспективи застосування температуро- i вогнеcтiйких захисних покриттiв на оснста наповнених cилiцiйелементоорганiчних сполук / О.1. Передрiй // Вю-ник Хмельницького нацюнального yнiверcитетy : наук. журнал. - Сер.: Техшчш науки. -Хмельницький : Вид-во ХНУ. - 2010. - № 1 (144). - С. 248-251.
2. Гивлюд М.М. Температуростшю силжатш захисш покриття для металiв та cплавiв на оcновi наповненого полiметилфенiлcилокcанy / М.М. Гивлюд, О.1. Башинський, С.Я. Вовк // Вюник Львiвcького державного ушверситету БЖД : зб. наук. праць. - Львiв : Вид-во Львiвcь-кого ДУ БЖД. - 2011. - № 18. - С. 40-45.
3. Гивлюд М.М. Високотемпературш захисш покриття на осжж наповнених полюрга-носилоксашв / М.М. Гивлюд, 1.В. Смченко // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2007. - Вип. 17.6. - С. 95-99.
Демидчук Л.Б., Гивлюд М.М. Формирование состава высокотемпературных защитных покрытий строительных конструкционных материалов
Исследованы закономерности процессов взаимодействия силицийорганических соединений на основе наполненных полиметилфенилсилоксанов с оксидами-наполнителями и возможности разработки эффективных методов их замены с учетом рецептур исходных композиций для температуро- и огнестойких защитных покрытий строительных конструкционных материалов.
Ключевые слова: высокотемпературное защитное покрытие, исходная композиция, механическое диспергирование, прогнозируемый уровень качества.
Demydchyk L.B., Gyvlud M.M. Forming of composition of the high temperature sheeting of build construction materials
Investigational conformities to law of processes of co-operation of silicio-organic connections on the basis of gap-filling polymethilfenilsylorsan with oxides-fillers and possibilities of development of effective methods of their replacement are taking into account compounding of initial compositions for temperature- and fireproof sheeting of build construction materials.
Keywords: high temperature sheeting, initial composition, mechanical dispergating, forecast level of quality.
УДК 674.04 Доц. Б.Я. Кшивецький, канд. техн. наук;
ст. викл. Л.В. Салапак - НЛТУ Украши, м. Львiв
ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ НА МЕХАН1ЗМ ФОРМУВАННЯ ТА РУЙНУВАННЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНИХ КЛЕЙОВИХ З'ЕДНАНЬ ДЕРЕВИНИ
Розглянуто мехашзм формування та руйнування термопластичних полiвiнiла-цетатних клейових з'еднань деревини залежно вщ змши температури. Висунуто те-оретичш припущення щодо впливу плюсових i мшусових температур на змшу мщ-ност та довгсгачшсть термопластичних клейових з'еднань деревини.
У термопластичних клейових з'еднаннях деревини мехашзм формування клейового шва та процеси його руйнування за ди вологосп i температури, будуть вiдрiзнятиcя вщ термореактивних клейових з'еднань. Термоп-ластичш полiвiнiлацетатнi (ПВА) кле1 можуть формувати лшшну або рщко-
итчасту структуру клейового з'еднання деревини, а його руйнування буде за-лежати, в основному, вщ напружень та деформацш, якi виникатимуть у клейовому з'еднанш деревини пiд час експлуатацп.
У рщкоштчастих клейових з'еднаннях деревини зшивки, в окремих сегментах макромолекул, вщбуваються за допомогою затверджувача, який додаеться до клею перед склеюванням. Кшьюсть затверджувача в кле1 може бути в межах вщ 1 до 5 %, залежно вiд умов експлуатацп клейового з'еднання. Збшьшення затверджувача у клею до 5 %, мае давати максимальну кшьюсть зшивок сегментiв у макромолекул^ i цим самим тдвищувати водо- i теплостiйкiсть клейового з'еднання до ступеня навантаження D4 зпдно з европейським стандартом DIN 204.
У разi тдвищення температури у макромолекулах з ригоспчастою структурою клейового шва, посилюеться тепловий рух та амплиуда внут-рiшнього руху окремих сегменлв макромолекул, тобто збiльшуеться гнуч-юсть макромолекул. Амплiтуда внутрiшнього руху макромолекул зростае з тдвищенням температури, i цим самим збiльшуеться вiддаль мiж сегментами у макромолекулi. Це може призвести до того, що молекули, маючи певну по-тенцiальну енерпю, будуть безперервно змiнювати свою форму, переходячи з одше1 рiвноважноl форми в шшу, змiнюючи положення окремих сегменлв у макромолекулi. За вщсутносп зшивок у макромолекулi гнучкiсть ll збшь-шуеться, прикладом може бути клейове з'еднання зi ступенем навантаження D1 - D2, яке формуеться термопластичними ПВА клеями без затверджувача. 1з збшьшенням зшивок у макромолекулi гнучкiсть зменшуеться (клей iз ступенем навантаження D3 - D4), оскшьки рикоштчаста структура полiмеру дае змогу макромолекулi змiнювати свою конформащю лише частково. Тому, де-яю властивостi клейового шва, зокрема i деформацiя i релаксацiя, будуть змь нюватися та впливати на адгезшну i когезiйну мiцнiсть.
Усi процеси, пов'язаш зi змiною форми макромолекули (змiна конфор-маци), вiдбуваються в чаш, оскшьки цей процес пов'язаний з накопиченням енергл, необхщно! для подолання потенщального бар'еру i сил мiжмолеку-лярно1 взаемодп, тобто змши конформацп макромолекул мають релакса-цшний характер. Тому, зi змiною температури одночасно буде змшюватись не лише волопсть деревини i клейового шва, але i час релаксацп.
Збшьшення вологосп у клейовому швi i деревинi вiдбуваегься завдяки сорбцп вологи з повпря, переважно через торщ деревини [1,2]. Додаткова во-лога, яка потрапляе у деревину i клейовий шов, приведе до утворення додат-кових мiжмолекулярних водневих зв'язкiв, що збшьшить когезiйну i частково адгезiйну мщшсть клейового шва. Насичення клею i деревини вологою до межi пгроскотчносп дасть змогу утворити максимальну кшьюсть водневих зв'язюв, тобто прореагувати вам можливим реакцiйноздатним центрам, якi е у клейовому швi i деревиш.
Висока сорбцiйна здатнiсть деревини i клейового шва можлива за вщ-носно1 вологостi повiтря ф=1. Досягнути тако1 вологостi повiтря у реальних атмосферних умовах за високих температур неможливо. Тому можна конста-тувати, що тривала висока плюсова температура зменшить кшьюсть сор-бцшно! вологи у деревинi i не дасть змогу утворитись додатковим водневим
3. Технология та устаткування лковиробничого комплексу
145
зв'язкам мiж реакцiйноздатними центрами у самому клейовому швi i мiж клейовим швом i деревиною, що негативно впливатиме на адгезшну i когезшну мiцнiсть клейових з'еднань деревини.
Крiм того, довготривала дiя шдвищено! температури змшить воло-гiсть деревини (вщбудеться 11 всихання), що призведе до утворення значних внутршшх напружень. Дещо компенсувати внутрiшнi напруження у клейовому швi зможуть релаксацiйнi процеси, яю проходитимуть завдяки його еластичностi. Але за тривало! дп температури будуть зростати деформа-цiйнi i зменшуватись релаксацiйнi процеси. Тому, через певний промiжок часу, внаслiдок значних деформацш за шдвищено! температури, почне зменшуватись когезшна i адгезшна мiцнiсть.
Своею чергою, за шдвищено! температури води частина теплоти буде витрачатись на розрив водневих зв'язюв, що призведе до зменшення вологос-тiйкостi клейового з'еднання. Крiм того, з тдвищенням температури, змен-шуеться енергiя розриву мiжмолекулярних (зокрема i водневих) зв'язкiв. Тому з тдвищенням температури знижуеться як когезiйна, так i адгезiйна мiцнiсть, збiльшуеться еластичнють клейового шва, знижуеться час релаксацп [3-6].
Зниження температури до температури склування ПВА мае шдвищу-вати когезшну та адгезiйну мiцнiсть. Тому тдвищення адгезшно! i когезшно! мщносп клейового з'еднання зi ступенем навантаження Б3-Б4 мае вщбува-тись за температури близько! до +8 оС, осюльки температура склування для кле!в зi зазначеним ступенем навантаження перебувае в межах +8 оС.
За температур, близьких до температури склування полiмеру, воло-гiсть у межах гранично! пгроскошчносп мае позитивно впливати на клейовий шов, внаслiдок утворення мiжмолекулярних водневих зв'язкiв, якi шдвищать адгезiйну i когезiйну мiцнiсть з'еднання. Експлуатащя клейових з'еднань на основi ПВА кле!в, за температури, вищо! за температуру склування полiмеру, мае зменшувати когезiйну i адгезшну мщшсть.
Температура нижча за +8 оС мае також, позитивно впливати на коге-зiйну i адгезiйну мщшсть, оскiльки в разi зниження температури змен-шуеться потенцiальна енергiя i цим самим знижуеться гнучюсть макромолекул. Чим нижча температура експлуатацп клейового з'еднання, тим бшьша адгезшна i когезiйна мiцнiсть. Плiвки звичайного ПВА витримують заморо-жування до -40 оС без змiни властивостей, однак характеризуються досить високим вологопоглинанням.
Разом з тим, в iнтервалi вщ 0 °С до +4 °С вода, основний каталiзатор утворення водневих зв'язюв у клейовому швi на основi ПВА, мае максималь-ну густину. За температури, вищо! за 0 °С, у водi стае дедалi менше криста-ликiв льоду, яю утворюються завдяки зменшенiй амплiтудi коливань атомiв у молекулi води, що призводить до подальшого пiдвищення 11 густини. Цей ефект переважае над тепловим розширенням i тому густина води зростае. Проте при на^ванш вище +4 °С посилюеться тепловий рух молекул, i густина води зменшуеться.
Тому температура води повинна також впливати на когезшну i адгезшну мщшсть. Вивчити вплив води з високою густиною у межах 0оС - +4оС на полiвiнiлацетатне клейове з'еднання е досить складно. При заморожуванш
клейових з'еднань деревини у сухому станi 1х мiцнiсть практично не зни-жуеться. При заморожуваннi у зволоженому сташ, мiцнiсть з'еднання повинна дещо збiльшитись внаслiдок пiдвищення мiцностi i модуля пружностi клею i деревини.
Зпдно зi спостереженнями Кюблера [7], фактична температура замер-зання води в деревиш знаходиться в дiапазонi вiд -20 оС до -25 оС. При цьому вода не замерзае в стшках клiтин. Це шдтверджуе теорiю капшярно1 конден-сацп для деревини. Для прикладу, дубовi зразки вологiстю 12,7 % не мають деформацiй всихання, тобто вода в деревиш не замерзае. Деревина за воло-гост до 12 % мае рiвноважну вологiсть, i тому навiть за температурi -60 оС, вода не кристалiзуеться. За бшьш високого вмiсту адсорбцшно1 води в кль тинних стiнках, вона повинна кристалiзуватись в аморфний лщ за вологостi 20 % i бiльше, або мае мiгрувати на поверхню клiтин i кристалiзуватися у звичайний лщ.
Чудiнов Б.С. у сво1х дослiдженнях [1] пояснюе це тим, що порожнини клiтин у деревиш з'еднаш мiж собою i мають у клiтинах повiтря, що змшюе реологiчнi властивостi деревинних клгган, оскiльки 1х стiнки пiд час набря-кання стають еластичнi, тоню i деформуються пiд дiею навантажень. Тому вода при замерзанш, i тиск при 11 кристалiзацil у деревиш, релаксуються i не досягають великих значень, а температура замерзання близька до 0 оС. Кат-лярна природа i особливостi будови клггинних стiнок деревини iстотно впли-вае на процес i мехашзми замерзання вологи в деревинi. Важливютю цього процесу е теоретична температура замерзання вшьно! i зв'язано1 вологи в деревиш, стушнь 11 переохолодження i фактична температура замерзання.
Внаслщок охолодження деревини, що насичена вологою пiсля невеликого переохолодження, вода починае замерзати у найбшьших макрокапшя-рах, оскiльки в цш водi е найбiльше кристалиюв льоду. Кристалiзацiя супро-воджуеться видiленням теплоти, тому температура деревини шдвищуеться до 0 оС, i стабiлiзуеться на цьому рiвнi, оскiльки в лщ за одиницю часу перетво-рюеться рiвно стiльки води, скiльки 11 потрiбно, щоб видiлена при цьому теплота компенсувала вiдведену вщ деревини теплоту. Температура в середиш деревини починае опускатися нижче 0 оС тiльки тодi, коли вшьна вода навко-ло клiтин замерзне. Якщо вологiсть деревини нижча ШтЕК i в нiй е вшьний по-вiтряний простiр, то збшьшення об'ему води при замерзаннi частково або повшстю компенсуеться, а розширення деревини буде незначним, або взагалi його не буде [1].
Тому додаткова волога за понижених температур у клейовому з'еднан-нi деревини, мае, так само як i за плюсових температур приводити до утво-рення додаткових мiжмолекулярних водневих зв'язюв. Цим можна пояснити те, що перемшне заморожування i вщтаювання деревини в сухому станi ю-тотно мiцностi не мiняе.
Ц теоретичнi припущення наводять на думку, що клейовий шов на основi ПВА е еластичним завдяки рикоштчастш структурi, а пониження тем-ператури зменшуе потенцiальну енергiю, цим самим зменшуючи гнучкiсть макромолекул. Якщо додаткова волога у деревиш i клейовому швi збiльшуе
3. Технологiя та устаткування лiсовиробничого комплексу
147
кiлькiсть мiжмолекулярних водневих зв'язюв, то очевидно, i збiльшуeться ко-гезiйна i адгезшна мщшсть шд час експлуатацп клейових з'еднань.
Лтратура
1. Чудинов Б.С. Вода в древесине / Б.С. Чудинов. - Новосибирск : Изд-во "Наука", 1984. - 267 с.
2. Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений древесины. А.С. Фрейдин. - М. : Изд-во "Химия", 1981. - 270 с.
3. Гупало О.П. Високомолекулярш сполуки / О.П. Гупало, Н.М. Ватаманюк. - К. : Вид-во НМК ВО, 1993. - 243 с.
4. Химическая энциклопедия словарь. - М. : Изд-во "Советская энциклопедия", 1990. -Т. 1. - 623 с.
5. Химическая энциклопедия словарь. - М. : Изд-во "Советская энциклопедия", 1990. -Т. 2. - 671 с.
6. Энциклопедия полимеров. - М. : Изд-во "Советская энциклопедия", 1972. - Т. 1. -1224 с.
7. Kubler H. Schwindn und Quelleb des Holzes Kalte / H. Kubler. - Holz Roh-Werkstoff, 1962 a, Bd 20. - S. 364-368.
Кшивецький Б.Я., Салапак Л.В. Влияние температуры на механизм формирования и разрушения термопластических клеевых соединений древесины
Рассмотрен механизм формирования та разрушения термопластических поли-винилацетатных клеевых соединений древесины в зависимости от изменения температуры. Выдвинуты теоретические предположения относительно влияния плюсовых и минусовых температур на смену прочности и долговечность термопластических клеевых соединений древесины.
Kshyvetsky B. Ya., Salapak L. V. The influence of temperature on the mechanism of formation and destruction of thermoplastic adhesive jointing in wood
The article describes the mechanism of formation and destruction of thermoplastic polyvinyl acetate-based adhesive jointing in wood depending on temperature variation. Theoretical assumptions have been made as to the effect of above- and below-zero temperatures on strength change and durability of thermoplastic adhesive jointing in wood.
УДК 674.093.26 Астр. Д.В. Тимик; ст викл. Г.В. Нощенко, канд. хм. наук -
НЛТУ Украши, м. Львiв
Х1М1ЧН1 ПЕРЕТВОРЕННЯ ОСНОВНИХ КОМПОНЕНТ1В ДЕРЕВИНИ П1Д ЧАС Х1М1ЧНОГО МОДИФ1КУВАННЯ ПОВЕРХН1 ЛУЩЕНОГО ШПОНУ ПЕРЕД СКЛЕЮВАННЯМ
Теоретично дослщжено вплив модифжування поверхш лущеного шпону на процес склеювання фанери. Спрогнозовано можливють утворення додаткових реак-цшних груп на поверхш деревини шд час модифжування вибраними речовинами.
Ключовг слова: адгезiя, поверхня деревини, xiMi4œ модифжування, целюлоза, гемщелюлоза, лжшн, екстрактивш речовини, оцтова кислота, пероксид водню, алю-мшш сульфат, натрш карбонат.
Актуальшсть теми. Х1м1чне модиф1кування деревини надзвичайно ефективний метод удосконалення властивостей деревини, таких як розм1рна стабшьшсть, бюлопчна стшюсть та ш. Загалом, така модифжащя дося-гаегься в гетерогенних умовах i включае рщко-тверд1 фазш реакцп. Таю ре-акцп потребують надлишку xiмiчниx реагенпв, тому що ефектившсть та^
