Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований 10
1.1. Положительные свойства крашения древесины 10
1.2. Современное состояние ассортимента красящих веществ для древесины 11
1.3. Классификация красящих веществ для древесины 22
1.4. Принципиальные основы крашения древесины 27
1.4.1. Особенность древесины как материла, подвергаемого крашению 27
1.4.2. Основные процессы, возникающие при крашении древесины 30
1.5. Достоинства и недостатки существующих красящих систем 33
1.6. Выводы 35
2. Теоретическое исследование закономерностей процесса формирования лакокрасочного покрытия на древесине с использованием красящего состава на основе алкидных смол 37
2.1. Взаимодействие красящего состава на основе алкидных смол с древесиной 37
2.1.1. Взаимодействие растворителя (уайт-спирита), входящего в красящий состав, с древесиной 38
2.1.2. Взаимодействие алкидного грунт-лака (ПФ-053), входящего в красящий состав, с древесиной 40
2,1.2.1. Определение усадочных напряжений в сохнущем лакокрасочном покрытии 42
2.2. Теоретическое обоснование снижения шероховатости поверхности древесины при крашении красящим составом на основе алкидных смол 43
2.2.1. Определение липкости красящего состава на основе алкидных смол 44
2.3. Выводы 47
3. Объекты и методы исследований 49
3.1. Программа исследований 49
3.2. Материалы, используемые в экспериментальных исследованиях ..„50
3.3. Экспериментальное оборудование и измерительная аппаратура 63
3.4. Методика проведения опытов 64
3.5. Методика оценки опытных данных и планирования эксперимента 74
3,5.1. Методика определение рациональных значений исследуемых параметров лакокрасочной композиции 83
3.6. Методика проведения социологического эксперимента 84
4. Исследование влияния пентафталевого лака, пигментной пасты, расхода и температуры сушки на физико-химические свойства красящего состава на основе алкидных смол 88
4.1. Результаты исследований и их анализ 92
4.1.1. Исследование влияния компонентов красящего состава и параметров режима нанесения на шероховатость поверхности древесины после его нанесения 92
4.1.2. Исследование влияния компонентов красящего состава и параметров режима нанесения на глубину его проникновения в древесину 97
4.1.3. Исследование влияния компонентов красящего состава и параметров режима нанесения на время сушки покрытия 102
4.1.4. Исследование влияния компонентов красящего состава и параметров режима нанесения на диффузное отражение света 106
4.2. Определение рациональных значений параметров лакокрасочной композиции 110
4.3. Выводы 113
5. Теоретические исследования закономерностей формирования цвета лакокрасочных покрытий, образованных красящим составом на основе алкидных смол 115
5.1. Понятие цвета и его восприятие 115
5.2. Оценка цвета лакокрасочного покрытия на древесине 120
5.3. Социологический эксперимент по выявлению влияния переменных факторов на цвет получаемого покрытия 121
5.4. Измерение цвета лакокрасочного покрытия древесины, формируемого красящим составом на основе алкидных смол 125
5.5. Регулирование цвета поверхности древесины, при крашении красящим составом на основе алкидных смол 126
5.6. Выводы 129
6. Исследование качества покрытий, формируемых на древесине хвойных пород красящим составом на основе алкидных смол, с последующей отделкой различными лаками 131
6.1. Технология формирования защитно-декоративных покрытий с использованием красящего состава на основе алкидных смол 131
6.2. Оценка адгезионной прочности лакокрасочных покрытий 144
6.3. Испытание лакокрасочных покрытий ускоренным методом, имитирующим переменный климат и солнечное излучение 145
6.4. Выводы 152
7. Экономическое обоснование эффективности производства и реализации защитно-декоративного покрытия с применением красящего состава на основе алкидных смол 153
7.1. Расчет инвестиций в проект 153
7.2. Определение текущих расходов 154
7.3. Определение финансовых результатов от реализации продукции 156
7.4. Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта 157
Выводы и рекомендации 160
Библиографический список
- Современное состояние ассортимента красящих веществ для древесины
- Взаимодействие растворителя (уайт-спирита), входящего в красящий состав, с древесиной
- Материалы, используемые в экспериментальных исследованиях
- Исследование влияния компонентов красящего состава и параметров режима нанесения на шероховатость поверхности древесины после его нанесения
Введение к работе
Актуальность темы. Внедрение высокоэффективных, универсальных материалов в процесс отделки позволяет решить ряд важнейших проблем в производстве изделий из древесины: сокращение производственного цикла формирования покрытий, улучшение их защитно-декоративных свойств, улучшение качества защитно-декоративных покрытий, расширение ассортимента выпускаемой продукции и сокращение трудозатрат.
Для производства мебели и столярно-строительных изделий широко используется древесина хвойных пород, которая обладает такими особенностями, как: неоднородностью окраски, низкой светостойкостью поверхности, неравномерностью окрашивания, проявлением набухания и поднятия ворса, особенно при использовании водных красителей. Все это является сдерживающими факторами ее широкого применения. Для обеспечения требуемого качества отделки изделий из древесины необходимо рационально осуществить выбор и применение материалов и технологий с учетом особенностей строения и химического состава древесины.
Разработка универсальных материалов и технологии их нанесения на древесину хвойных пород, обеспечивающих равномерность окраски при отсутствии набухания обрабатываемой поверхности и совмещения операций крашения и грунтования, а также последующую отделку различными лаками, является актуальной задачей позволяющей получить качественные защитно-декоративные покрытия.
Цель работы. Формирование лакокрасочных покрытий на древесине хвойных пород красящими составами на основе алкидных смол.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- проведение анализа существующих красящих материалов, их влияние на
технологические процессы отделки и качество покрытий на изделиях из
древесины;
выявление особенностей отделки древесины хвойных пород, связанные с ее анатомическим строением и химическим составом;
изучение влияния различных компонентов красящей системы на основные закономерности процесса формирования лакокрасочных покрытий на древесине;
- обоснование снижения шероховатости поверхности древесины при
использовании красящего состава на основе алкидных смол;
- обоснование управления характеристиками цвета (светлотой, насыщен
ностью) окрашенной поверхности древесины хвойных пород;
- разработка рациональной рецептуры красящей композиции на основе ал
кидных смол для обеспечения требуемого качества отделки и эффектив
ности технологических процессов;
разработка технологических режимов формирования защитно-декоративных покрытий с использованием красящего состава на основе алкидных смол;
- проведение промышленных испытаний технологического процесса соз
дания покрытия на древесине с использованием красящего состава на ос
нове алкидных смол.
Научная новизна работы
1. Определен механизм образования лессирующего защитно-
декоративного покрытия на древесине хвойных пород, где основным процессом
является адсорбция красящего состава поверхностью древесных волокон и
взаимодействие карбоксильных групп с гидроксильными группами целлюлозы.
2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено препятст
вие поднятию ворса древесины при использовании красящего состава на основе
алкидных смол на основании теории деформации и перемещений при изгибе.
3. Экспериментально подтверждено снижение анизотропных свойств
хвойной древесины, обусловленное однородностью природы пленкообразова-
теля и смолистых веществ, обеспечивающих адгезионную прочность и равномерную окраску.
Предложена методика расчета усадочных напряжений, возникающих в отверждаемом покрытии с учетом липкости пленки на основании теории деформации и перемещений при изгибе.
Обоснована возможность регулирования цвета поверхности древесины хвойных пород при грунтовании красящим составом на основе апкидных смол путем изменения насыщенности и светлоты за счет направленного изменения рецептуры красящего состава и параметров технологического режима формирования лакокрасочного покрытия.
Определены рациональные параметры рецептуры красящего состава на основе алкидных смол для формирования лакокрасочного покрытия на древесине хвойных пород с улучшенными эксплуатационными показателями.
Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты служат основой для разработки новых универсальных красящих составов в технологии формирования защити о-декоративных покрытий. Применение разработанного красящего состава на основе алкидных смол обеспечивает получение высококачественных покрытий на древесине хвойных пород, исключая операцию промежуточного шлифования, совмещая операции крашения и грунтования при его достаточно низкой себестоимости. Формирование лакокрасочных покрытий на древесине-хвойных пород на основе красящей композиции открывает широкий диапазон ее применения с различными по физико-химическим свойствам покровными лаками, что обеспечивает ее универсальность.
Научные положения, выносимые на защиту
I. Механизм физико-химического процесса крашения поверхности изделий из древесины хвойных пород универсальным красящим составом на основе алкидных смол, обеспечивающий равномерное окрашивание с одновременным
9 проявлением текстуры древесины и препятствующий поднятию ворса на поверхности древесины.
Математические модели процесса изменения шероховатости поверхности древесины после нанесения красящего состава, глубины проникновения состава в древесину, времени отверждения композиции и диффузного отражения света от поверхности окрашенной древесины.
Процесс выравнивания и стабилизации окраски древесины хвойных пород за счет управления компонентами рецептуры и технологическими параметрами нанесения красящего состава на основе алкидных смол.
Методика количественной оценки цвета окрашенных древесных подложек.
Технология равномерной окраски хвойной древесины универсальным красящим составом на основе алкидных смол, с последующей отделкой различными по физико-химическим свойствам лаками.
Апробация работы. Основные результаты и теоретические положения докладывались и обсуждались на научно практических конференциях с международным участием; "Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса" (2003 г.), "Межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов" (2002, 2003, 2004 гг.) — УГЛТУ, г. Екатеринбург, "Химия и металлургия: научно-технические разработки для промышленного производства" (2004 г.) - г. Екатеринбург.
Результаты исследований апробированы на ОАО "ВСМПО-Мебельная фабрика" (г. Верхняя Салда).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ.
Объем диссертации и ее структура. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, библиографического списка включающего 70 наименований, содержит 168 страниц основного текста, 31 рисунок, 41 таблица и 23 страницы приложения.
Современное состояние ассортимента красящих веществ для древесины
Современный ассортимент лакокрасочных материалов, применяемых для крашения древесины, включает широкую гамму различных по природе и свойствам материалов, которые усиливают ее естественный цветовой тон, подчеркивают структуру дерева, придают специфические эффекты, выравнивают цветовой тон деталей из массива древесины, имеющих различную окраску. На сегодняшний день рынок насыщен импортными красящими составами таких фирм, как "Peter Lacke", "Oli-Lake Gmbh" - производящие бейцы на растворителях, "RhenoccoH" - морилки на водной и алкидной основе, "MINWAX Wood Finish" - морилки на масляной основе, "Industrias EGA З.А"(Испания) - тонирующие антисептики на акриловых смолах.
Нитроцеллюлозные красители. Германская фирма "Oli-Iake", предлагает готовые к применению нитроцеллюлозные Оли - финиш красители IB 0200/цвет и спиртовые Оли - финиш красители 1612/цвета и 1615/цвета, которые быстро сохнут и отлично прокрашивают древесину, не содержат ароматических углеводородов, их можно смешивать друг с другом.
Фирма "Herberts" производит широкую гамму цветов органических нит-рокрасителей (бейцев), которые подходят под все поверхности из натуральной древесины и обладают отличным декоративным эффектом.
Итальянская компания "Sayerlack" предлагает морилки различных серий для окрашивания древесины и шпонированиных поверхностей. Морилки серии ХМ7100 обладают гармонирующим эффектом, т. е. позволяют сгладить цветовую разницу на поверхности. Наносятся морилки данной серии непосредственно на древесину и не образуют темных пятен на участках с повышенной впитываемостью. Морилки ХМ8000 напротив позволяют подчеркнуть натуральную текстуру дерева. Сохнут морилки 15 минут и не поднимают ворс, т. е. не требуют последующей шлифовки после нанесения.
АО "Akzo Nobel Coutings" (Финляндия, г.Вантаа) выпускает концентрированные красители, предназначенные для тонирования деревянной мебели и предметов интерьера. Красители разбавляются НЦ-разбавителем 91936-01202 или водой могут наноситься распылением, вальцами, окунанием или втиранием. При работе с красителями на базе растворителя поверхность древесины практически не набухает, такие красители быстро высыхают и их недостатком является токсичность и огнеопасность.
Морилки на органических растворителях, разбавляемые водой. Фирма "Фотеллер" предлагает морилки - универсально применяемые композиции из воды и органических растворителей. Морилки отличаются светоустойчиво-стью, необычной сочностью и бриллиантовостью цвета. Благодаря содержанию органических растворителей на поверхности древесины образуется только незначительная шероховатость. Данные морилки имеют преимущества по сравнению с морилками на чисто органических растворителях: значительно меньшая доля органических растворителей из-за комбинирования их с водой; уменьшения запаха и нагрузки на окружающую среду при применении; для осветления оттенка разбавляется водой. Преимущества по сравнению с морилками на чисто водяной основе следующие: более быстрая сушка; меньшая ше роховатость поверхности древесины; более бриллиантные оттенки; более широкая область применения. Морилкой гидро - плюс фирмы "Фотеллер" на гру-бопористых породах древесины достигается эффект оптического усиления пор, а на мелкопористых породах образуется равномерно окрашенная поверхность.
"Гидроплюс - бейцы" - од покомпонентные на основе комбинации воды и специальных растворителей благодаря чему меньшее поднятие волокна древесины и не оказывается вредного воздействия на окружающую среду. Отличаются хорошей светостойкостью, глубиной цвета и блеском. Рекомендуется для всех стандартных пород древесины: на крупнопористых породах эффектно подчеркиваются поры, а на мелкопористых в зависимости от метода нанесения обеспечивают равномерное окрашивание. Метод нанесения: распыление. Время сушки не менее 3 часов при температуре 20-23С.
"Эгаколор-бейцы" - быстро сохнущие, не поднимающие волокна древесины на органической, преимущественно спиртовой основе. Не оказывают сильного воздействия на окружающую среду, создают выравнивающий или рустикальный эффект. Используются преимущественно для ясеня и дуба. Метод нанесения: вручную, распыление и растирание. Время сушки 30-45 мин при температуре 20-23С.
"Пури дур-бейцы" - однокомпонентные, готовые к применению на органической основе. Обладают выравнивающим и рустикальным эффектом, подчеркивают глубину цвета. Рекомендуются для древесины крупнопористых пород. Наносятся распылением, сохнут 15-20 мин при температуре 20-23С.
Цветные морилки турецкой торговой марки "Dewilux" представляют собой концентрированные спиртовые растворы красителя, разбавляемые водой или растворителем для нитроцеллюлозных материалов. Степень разбавления регулируется в зависимости от желаемой интенсивности цвета. Быстро высыхают, интенсивно и равномерно окрашивают поверхность древесины.
Водоразбавляемые красители. Германская фирма "01 Make" предлагает для цветового облагораживания изделий из древесины, готовые к применению "Оли - финиш" водные красители 0400 и порошковые красители "Аллендо", которые служат превосходной альтернативой органорастворимым красителям.
Фирма "Фотеллер" предлагает "Позитив-эф фект-бейцы", готовые к применению водные однокомпонентные бейцы, которые создают на древесине хвойных пород положительный эффект. Возможно также использование на твердолиственных породах. Данные красители обладают прекрасным выравнивающим действием, наносятся распылением, время сушки не менее 3 часов при температуре 20-23С.
"Гидро-Италия-бейцы" - однокомпонентные водные бейцы, не оказывающие вредного воздействия, универсального назначения. Обеспечивают равномерное крашение как на крупно-, так и на мелкопористых породах древесины. Отличаются высокой светостойкостью, необычной глубиной цвета и яркостью. Время сушки при температуре 20-23С не менее 5-10 часов.
"Пюропон-бейцы" - порошковые, высококонцентрированные бейцы, разбавляемые холодной водой. Обеспечивают равномерное окрашивание древесины. Сохраняют и выявляют природную структуру. Используются преимущественно для мелкопористых пород древесины: вишня, бук, клен. Наносятся распылением, окунанием, вальцами, кистью. Время сушки при температуре 20-23 С не менее 2 часов.
"Peter Lacke" предлагает бейцы на водной основе, которые безвредны к окружающей среде, незначительно поднимают ворс древесины, обладают хорошей светостойкостью и равномерно прокрашивают поверхность древесины.
Итальянская компания "Sayerlack", производящая различные лакокрасочные материалы, предлагает морилки различных серий для окрашивания древесины и шпонированнных поверхностей и помимо морилок на органических растворителях имеются также водоразбавляемые морилки серий АС 1400 (гармонирующий эффект) и АС600 (общее применение).
Взаимодействие растворителя (уайт-спирита), входящего в красящий состав, с древесиной
Формирование лакокрасочного покрытия на древесине красящим составом на основе алкидной смолы - сложный физико-химический процесс. Это связано с тем, что композиция имеет сложный состав, которому присущи собственные физические и химические свойства. Древесина также обладает своими химическими и физическими свойствами и имеет сложное анатомическое строение, её поверхность представляет собой перерезанные полости клеток, которые образуют канавки, углубления и направленные внутрь каналы. Данное обстоятельство преобладает при любом положении плоскости среза, и вызвано капиллярно-пористым строением древесины [26, 27, 28].
При взаимодействии красящего состава на основе алкидных смол с древесиной основным процессом является адсорбция данного состава поверхностью целлюлозных волокон. Пигменты, присутствующие в составе в виде тонкой суспензии, вводятся на поверхность растворителем, после испарения которого самые мелкие частицы проникают в поверхностные слои древесины, а пигменты, соизмеримые с размером пор, остаются на поверхности, фиксируясь пленкообразователем. Здесь можно согласиться с предположениями Ю.В. Хлоптуновой [4, 5], что пленкообразователь (алкидный грунт-лак), входящий в состав тонирующей композиции, ведет к формированию упорядоченной внутренней структуре красящего состава, что при крашении неоднородной поверхности хвойной древесины снижает возможность его перераспределения по зонам древесины, отличающимся по плотности и пористости и обеспечивает равномерное окрашивание за счет получения равномерной окрашенной полимерной микропленки, включающей пигментную пасту. Процесс образования традиционного пентафталевого покрытия происходит при совместном протекании химических реакций и испарения летучих растворителей [19]. Содержащиеся в пентафталевом грунт-лаке карбоксильные группы -СООН взаимодействуют с гидроксильными группами целлюлозы -ОН и образуются сложные эфиры, чем объясняется хорошая адгезия образующегося покрытия с древесиной.
В результате пробных экспериментов и теоретического исследования процесса взаимодействия красящего состава на основе алкидных смол с древесной подложкой установлено, что данный состав на основе алкидных смол позволяет получать высококачественные покрытия [29, 30] и наблюдается ряд положительных моментов: - не поднимает ворса древесины; - обеспечивает равномерность цвета; - обеспечивает совмещение операций крашения и грунтования древесины.
Сорбция поверхностью древесины веществ, находящихся в жидкой фазе, является необходимым условием взаимодействия ее с красящими составами и проявления текстуры древесины. Анатомическое строение древесины, а также ее химические и физические свойства во многом определяют характер этого процесса. На результаты отделочных операций древесины влияют: присущее древесине капиллярно-пористое строение с резко выраженной анизотропией свойств в различных направлениях, способность сохнуть, увлажняться и ограниченно набухать, а также сложный химический состав.
Целлюлоза и древесина - это сорбент с развитой внутренней поверхностью и капиллярностью внутренних клеточных стенок и системой макрокапилляров, образуемой полостями клеток.
Сорбция, как общий термин, означает поглощение, и объединяет такие частные случаи, как адсорбцию - поглощение внешней и внутренней поверхностями сорбента, абсорбцию - поглощение всей массой сорбента, хемосорбцию - поглощение с образованием химического соединения, капиллярную конденсацию - образование жидкой фазы в капиллярах сорбента[31].
Поглощение поверхностными слоями древесины наносимых на нее лакокрасочных материалов, в состав которых входят растворители, сопровождается их набуханием и может вызвать появление неровностей в виде поднявшегося ворса. Идея образования водного раствора в аморфных областях целлюлозы, была выдвинута Катцем. Он предполагал, что вода при взаимодействии с целлюлозой образует гидраты [31].
Это обусловлено тем, что агент, вызывающий набухание, проникает в аморфные участки целлюлозных микрофибрилл и между микрофибриллами. Набухание обосновано полярностью жидкости, т.е. чем выше полярность жидкости, тем больше степень набухания [32].
Набухание поверхности древесины неодинаково в различных жидкостях и зависит от относительной диэлектрической проницаемости жидкости, которое представленно на графике (рис.2.1), построенному на опытных данных разных исследователей [3, 33].
Полярность древесины связана с ее диэлектрической проницаемостью. Набухание, а следовательно, и деформация поверхности древесины, неодинакова в различных жидкостях и зависит от диэлектрической проницаемости. Максимальное набухание древесины отмечается в воде; с уменьшением степени диэлектрической проницаемости є, степень поглощения жидкостей уменьшается. Древесина практически не набухает в жидкостях с с 5 - ароматических (уайт-спирит) и особенно алифатических углеводородах (бензол, толуол, ксилол)
Материалы, используемые в экспериментальных исследованиях
Шероховатость поверхности древесины определяется в соответствии с ГОСТ 7016-82, по среднему арифметическому высот Rm max Для определения шероховатости поверхности древесины использовался микроскоп МИС - 11. Микроскоп представляет собой систему двух тубусов: проектирующего (осветителя) и наблюдательного. На предметный столик микроскопа помещают контролируемый образец так, чтобы световая полоска была перпендикулярна волокнам древесины, и с помощью винтов настройки фиксируют микроскоп так, чтобы в окуляре его наблюдалось резкое изображение отраженной от поверхности древесины световой щели. Сетку поворотом окулярного микрометра устанавливают так, чтобы одна из линий перекрестья расположилась параллельно длинной стороной щели. Затем линию перекрестья последовательно совмещают с вершиной и впадиной изображения щели и производят соответствующие отсчеты делений h\ и /Ї2 по шкале сетки и шкале барабанчика окулярного микрометра. Величину неровностей //тах в микронах вычисляют по формуле: Яж=10-а (3.1) 2N где а - разность отсчетов окулярного микроскопа h\ и h2, 10 - цена деления барабана; цена деления окулярного микрометра (0,047).
Среднее арифметическое из наибольших отдельных расстояний от вершины выступа до дна впадины профиля поверхности, мкм: 1 " Литах / / таы (3.2) П (=1 где Hmaxl - расстояние от высшей точки / - го наибольшего выступа до базовой линии, не пересекающей профиль; п — количество замеров, 5. 3.4.3. Определение глубины проникновения красящего состава на основе алкидных смол в древесину
Для определения глубины проникновения композиции в древесину использовался микроскоп биологический упрощенный МБУ-4А, предназначенный для наблюдения мельчайших объектов в проходящем свете. Микроскоп представляет собой систему из основания, тубуса, держателя тубуса, механизма грубой фокусировки, микрометрического механизма, предметного столика, ахроматических объективов, окуляров типа Гюйгенса, зеркала.
Для испытания пользовались следующим методом: покрытие наносилось на деревянные пластинки размером 9 х 12 см и высушивалось при температуре 20 ± 2 ОС. На расстоянии, не менее 1 см от торцов образцов брались тонкие срезы, которые укладывали для наблюдения на предметный столик микроскопа. При помощи шкалы, нанесенной на объектив микроскопа, фиксировалась величина проникновения композиции в древесину, по средней арифметической нескольких измерений. Величину проникновения композиции в древесину вычисляли по формуле, мкм: я№1 = #. , (3.3) где к - число делений на окуляре микроскопа, N- цена одного деления окуляра микроскопа, мкм. Среднее арифметическое из наибольших отдельных расстояний от вершины глубины проникновения композиции до профиля поверхности, мкм: \» Нпр=-_Нгмші (3.4) л 1=1 где Нтах\ - расстояние от высшей точки / - го наибольшего выступа композиции в глубину образца из древесины до базовой линии (поверхности образца); п количество замеров, 5. 3.4.4. Определение расхода лакокрасочного материала
Удельный расход определялся по методу взвешивания подложки до и после нанесения покрытия. В качестве подложки использовалась дюралюминиевая пластина заданного размера.
Взвешивание проводили с помощью аналитических весов ВЛТ-510-П (точность измерения 0,01 г.). Расход определялся из отношения: в=М -М\ (3.5) S где Mi - масса пластины перед нанесением лака; Мг - масса пластины с нанесенным лаком; S- площадь пластины. Определение времени высыхания лакокрасочного материала
Высыханием лакокрасочных материалов условно называют процесс затвердевания жидкого лакокрасочного материала, нанесенного тонким слоем на отделываемую поверхность [43].
Время высыхания покрытий является важнейшим фактором, от которого зависит режим процесса отделки, а в некоторых случаях и возможность применения материала в данном производстве.
Различают три основные степени высыхания: - высыхание «от пыли»; - высыхание практическое; - высыхание полное. Высыханием «от пыли» называется момент, когда образуется тончайшая поверхностная пленка.
Практическим высыханием называется момент, когда образуется достаточно твердое, противостоящее механическим воздействиям покрытие, допус 69 кающее нанесение последующих слоев материала, а также проведение операций шлифования и полирования пастами.
Время высыхания зависит от температуры и влажности воздуха, от толщины покрытия и других факторов. Поэтому испытания проводились с соблюдением стандартных условий нанесения материала и его сушки. Определялось высыхание «от пыли» и высыхание практическое.
Пластинку с нанесённым лакокрасочным материалом выдерживали в горизонтальном положении при 60 ± 2 С в лабораторной установке для конвективной сушки покрытия.
Показатели степени высыхания определялись последовательно, т, е. по достижению соответствующей предыдущей степени высыхания.
Для определения времени практического высыхания использовался при бор ВИ-4 (рис.3.1), представляющий собой металлический цилиндр с ниж ней конической частью и плоским основанием, в котором укреплен опорный резиновый кружок в 1 см. Масса прибора 200 ± 1 г. На пластинку с покрытием накладывали кусочек марли, поверх неё на 30 с. ставили прибор. Затем прибор и марлю снимали и по характеру отпечатка судили о степени высыхания плён ки.
Исследование влияния компонентов красящего состава и параметров режима нанесения на шероховатость поверхности древесины после его нанесения
На графике (рис.4.1) наблюдается шероховатость 10,99 мкм при содержании лака 20%, данное снижение шероховатости древесной подложки с 13 мкм до 10,99 мкм объясняется формированием на поверхности подложки тонкой пленки лака.
Увеличение содержания лака с 20% до 28% приводит к увеличению шероховатости с 10,99 мкм до 11,65 мкм. Небольшое увеличение лака приводит к увеличению времени сушки, увеличению времени нахождения состава в жидком состоянии. Тонирующая композиция, за счет адсорбции, проникает в полости перерезанных клеток, сосудов древесины и на поверхности древесины остается пленка лака меньшей толщины.
Увеличение содержания лака в красящем составе с 28 до 40 % приводит к уменьшению шероховатости до 9,55 мкм. Большое количество лака в красящем составе приводит к заполнению перерезанных полостей клеток, сосудов, создавая более толстую пленку на поверхности древесной подложки, закрывая все структурные неровности. Исключим из уравнения ] переменные факторы хь х3 ХА- Получим уравнение: Ух(х2У=11,56+0,016 2-0,598 2 (4.3) влияния количества пигментной пасты, введенной в красящий состав, на шероховатость древесной подложки после нанесения состава.
На графике (рис.4.2) наблюдается шероховатость 10,94 мкм при содержании пигментной пасты 3,42 %, и 11,56 мкм при содержании пигментной пасты 6,84 %. Данное изменение шероховатости можно объяснить тем, что пигментная паста при малом содержании (3,42 %) в составе заполняет лишь впадины в шероховатой поверхности. При увеличении содержания пигментной пасты до 6,84 % шероховатость увеличивается за счет того, что пигментная паста заполняет не только впадины поверхности, но и закрывает выступы. При дальнейшем увеличении содержания пигментной пасты от 6,84 до 10,26 % шероховатость уменьшается до 10,97 мкм. Это связано с тем, что пигментная паста толстым слоем закрывает впадины и вершины шероховатой поверхности.
На графике (рис.4.3) наблюдается уменьшение шероховатости от 11,99 мкм до 11,31 мкм с увеличением расхода красящего состава от 60 до 100 г/м . Данное снижение шероховатости объясняется тем, что большое количество нанесенного на древесную подложку состава, закрывает шероховатость поверхности.
Исключим из уравнения переменные факторы х\, х2, з- Получим уравнение: Уі(х4)=\ 1,56-0,3 5x4-0,5 33х42 (4.5) влияния температуры сушки красящего состава, на шероховатость древесной подложки после его нанесения и сушки.
На графике (рис.4.4) наблюдается увеличение шероховатости с 11,37 до 11,61 мкм при увеличении температуры от 20 до 26 С. Данную шероховатость можно объяснить тем, что скорость сушки состава невысокая и состав впитывается в подложку, незначительно скрывая шероховатость. При дальнейшем увеличении температуры до 40 С шероховатость поверхности уменьшается до 10,67 мкм. Уменьшение шероховатости объясняется тем, что скорость сушки возрастает и состав не успевает впитаться в подложку, высыхая на поверхности, скрывая шероховатость древесной подложки.
Шероховатость древесной подложки снижается после нанесения красящего состава, что видно из всех графиков. Начальная шероховатость древесной подложки 16 мкм после нанесения состава шероховатость снижается до 20 -25%.
Исследование влияния компонентов красящего состава и параметров режима нанесения на глубину его проникновения в древесину
Эксперименты по определению глубины проникновения красящего состава в древесину проводились по методике, описанной в главе 3, по плану В4 для 4 независимых переменных, представленному в приложении 4. Данные экспериментов были сформированы в эмпирический ряд и помещены в ПЭВМ, где при помощи пакета "Microsoft Excel" были обработаны, а на их основе получены результаты.
Проведена статистическая обработка экспериментальных данных на основании которой было получено уравнение регрессии второго порядка, адекватно описывающее процесс, происходящий в лакокрасочном покрытии. Значимость коэффициентов регрессии проверяли посредством критерия Стыоден-та, а адекватность математической модели посредством критерия Фишера (приложение 5).
Математическая модель, адекватно описывающая процесс происходящий в лакокрасочном покрытии имеет вид: -2=3,89-0)424хі+0,005х2+0,328хз-0,098х4+0)399х12-0,4726х22+ 1,048J32+0,1 U42+0 057jc,X2-Ot056x1X3+0,018x1X4-0,23 1 2 3+ 0,081 2 4-0,306 3 4. (4-6)
По результатам экспериментальных данных была построена графическая зависимость изменения глубины проникновения красящего состава в древесину от переменных факторов (рис.4.5 -4.8, приложение 6).
Для рассмотрения отдельного влияния каждого из единичных факторов на выходной параметр, необходимо исключить из уравнения регрессии остальные факторы, поочередно оставляя рассматриваемый.
