Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния проблемы неоднородности и изменения цвета изделий из древесины хвойных пород 10
1.1 Особенности анатомического строения и химического состава древесины хвойных пород 11
1.2 Причины изменения и способы стабилизации окраски изделий из древесины хвойных пород 17
1.3 Методы регулирования цвета поверхности изделий из древесины, применяемые на стадии отделки. 24
1.3.1 Отбеливание поверхности изделий из древесины 24
1.3.2 Крашение поверхности изделий из древесины 27
1.3.3 Травление поверхности изделий из древесины 30
1.3.4 Использование лакокрасочных материалов с целевыми добавками для отделки поверхности изделий из древесины. 33
1.4 Методы исследования оптических свойств лакокрасочных покрытий и древесины 35'
1.5 Цель и основные задачи исследований. 41
2 Теоретические основы процессов взаимодействия поверхности изделий из древесины со световым потоком 43
2.1 Теоретические основы цветности древесины 43
2.1.1 Основы теории цветности органических соединений 43.
2.1.2 Естественная окраска древесины и ее изменение под воздействием факторов окружающей среды 49
2.1.3 Основы крашения поверхности изделий из древесины хвойных пород комбинированным красящим составом. 56
2.2 Основные процессы взаимодействия светового потока с отделанной поверхностью изделий из древесины 62
2.3 Основы получения полимерных пленок с объемным светорассеивающим эффектом 78
2.4 Основные выводы 84
3 Методические положения проведения исследований. 86
З. І Характеристика применяемых материалов. 86
3.2 Методы и средства контроля 88
3.3 Разработка методов оценки оптических свойств покрытий и древесины на базе фотометрического метода 91
3.3.1 Метод определения составляющих отраженного от исследуемых поверхностей светового потока 91
3.3.2 Метод определения оптических характеристик покрытий с использованием двухпараметрической теории двухпотокового приближения 98
3.33 Метод определения показателя объемного светорассеивания пленки лакокрасочного покрытия. 100
3.3.4 Метод определения прозрачности и светопропускагощей способности пленок лакокрасочных покрытий. 101
33.5 Метод определения индикатрисы рассеяния светового потока исследуемой поверхности 104
3.4 Автоматизированная программа расчета оптических характеристик на базе СУБД «MS Access» 106
3.5 Статистическая обработка опытных данных 115
4 Исследование характера изменения окраски поверхности хвойной древесины под воздействием различных факторов и изучение свойств разработанных лакокрасочных материалов 116
4.1 Исследование характера изменения окраски поверхности изделий из древесины хвойных пород. 116
4.1.1 Изменение окраски поверхности древесины хвойных пород при воздействии факторов окружающей среды 116
4.1.2 Изменение окраски пленок лакокрасочных покрытий под воздействием факторов окружающей среды 125
4.1.3 Изменение окраски поверхности образцов древесины сосны после экстракции их в горячей воде 126
4.1.4 Изменение окраски поверхности древесины сосны при обработке химическими реагентами 128
4.2 Разработка комбинированного красящего состава и исследование его технологических свойств 131
4.2.1 Исследование процесса стабилизации цвета при окрашивании хвойной древесины различными красящими составами. 132
4.2.2 Исследование свойств водно-полимерного смесевого красителя 135
4.2.3 Технология крашения поверхности изделий из древесины хвойных пород водно-полимерным смесевым красителем 143
4.3 Исследование процессов взаимодействия светового потока с поверхностью древесины и полимерными пленками с объемным светорассеивающим эффектом. 145
4.3.1 Разработка компонентного состава и исследование технологических свойств осветляющего грунта 145
4.3.2 Исследование оптических свойств покрытий на основе осветляющего грунта 152
4.3.3 Оптимизация параметров осветляющего грунта; 171
4.3.4 Технология отделки поверхности изделий из древесины хвойныхпород осветляющим грунтом 179
4.4 Основные выводы 181
5 Экономическая эффективность производства и применения разработанных отделочных материалов 185
Общие выводы и рекомендации 188
Список использованных источников
- Причины изменения и способы стабилизации окраски изделий из древесины хвойных пород
- Естественная окраска древесины и ее изменение под воздействием факторов окружающей среды
- Метод определения составляющих отраженного от исследуемых поверхностей светового потока
- Изменение окраски поверхности образцов древесины сосны после экстракции их в горячей воде
Введение к работе
В настоящее время для: производства мебели и столярно-строительных изделий с прозрачной отделкой наряду с лиственной используется и хвойная древесина. Однако в отличие от твердолиственных пород хвойная древесина: характеризуется ярко выраженной анизотропией свойств, оказывающей значительное влияние на результаты отделки; жидкими лакокрасочными материалами. Низкие декоративные свойства хвойной древесины также не позволяют обеспечить требуемое качество отделки при использовании отделочных материалов, разработанных для древесины лиственных пород.
Особенностями древесины хвойных пород, сдерживающими широкое; ее применение для получения высококачественной: продукции, являются неоднородность естественной окраски, неравномерность окрашивания и:низкая> светостойкость поверхности; Данные особенности проявляются как в процессе отделки: изделий; так и при их последующей эксплуатации.
Проблемами отделки изделий из древесины хвойных пород занимались многие ученые; Так,, особенностям отделки хвойной древесины большое внимание уделялось Буглаем Б.М., Онегиным В.И;, Жуковым Е.В;, Цоем Ю.И. и другими исследователями; Вопросами обеспечения качественного окрашивания поверхности изделий занимались Кушнирская М.Ц:, Ветошкин Ю.И:, Беляев Е.Ю., Бокщанин Ю.Р., Мелешко А.В;, Ермолович A.F. и др. В области глубокой пропитки древесины хвойных пород велись работы учеными Харук Е.В., Ермолиным В.Н;, Соколовым ВЛ. и др. Свойства лаковых покрытий на древесине изучали Санаев B.F., Рыбин Б.М;, Брацук В.В. и др.
Регулирование: декоративных свойств изделий из хвойной' древесины преимущественно связывалось с окрашиванием или отбеливанием, формированием лаковых покрытий различной степей и матовости. Однако отсутствие: учета особенностей древесины хвойных пород не позволило до настоящего; времени разработать эффективные методы и материалы, обеспечивающие требуемое качество отделки изделий по декоративным свойствам.
При прозрачной отделке декоративные свойства: изделий в большей степени определяются операциями подготовки: поверхности древесины под лакирование, поэтому повышение качества отделки должно быть связано с разработкой:принципиально новых материалов, контактирующих непосредственно с древесной подложкой, позволяющих формировать покрытиях заданными декоративными свойствамиi независимо от особенностей хвойной; древесины. Это реализуется на основе комплексного подхода при рассмотрении оптических свойств, как полимерной пленки, древесной подложки, так и лакированной поверхности изделия в целом.
Ввиду отсутствия в технологии отделки методической базы для-количественной, оценки оптических свойств покрытий и древесины не представляется; возможным при разработке новых или модификации лакокрасочных материалов контролировать оптические характеристики сформированных покрытий. Возможность контроля оптических свойств лаковых покрытий в; зависимости от компонентного состава материала позволит разработать основные принципы научно-обоснованной методологии производства отделочных материалов с заданными оптическими свойствами.
Следовательно, повышение декоративных свойств * поверхности хвойной древесины и разработка методов количественной оценки оптических свойств покрытии и древесной подложки являются актуальной задачей;
Для того, чтобы, обеспечить высокое качество отделки хвойной древесины необходимо;решить ряд задач; В частности, необходимо исследовать основные факторы, являющиеся причиной неоднородности и изменения окраски хвойной древесины, установить степень их влияния/На основе анализа методов регулирования окраски хвойной древесины, используемых на стадии подготовки изделий по лакирование, выявить возможные эффективные методы решения рассматриваемой проблемы. Разработать теоретические основы механизма' крашения и; получения красящих составов для обеспечения равномерности окраски и повышения декоративных свойств поверхности изделий из древесины хвойных пород. Разработать методы количественной оцен-
8 ки оптических свойств покрытий и древесины и установки для их реализации. Обосновать возможность регулирования декоративных свойств древесной подложки использованием на стадии подготовки изделия.под лакирование лакокрасочных материалов с целевыми добавками и разработать основные принципы получения таких составов.
Исходя из выше изложенного, настоящая диссертация посвящена разработке научно-обоснованных методов регулирования и количественной оценки декоративных свойств изделий из древесины хвойных пород.,
Для достижения поставленной цели определены причины неоднородности естественной окраски хвойной древесины, установлена степень влияния факторов окружающей і среды на ее изменение. Выявлены методы решения рассматриваемой проблемы, основанные на использовании физико-химического механизма окрашивания и модификации процессов взаимодействия поверхности древесины со световым потоком. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования для обеспечения равномерного окрашивания и проявления текстуры хвойной древесины водно-полимерного смесевого красителя, включающего прямой краситель и протраву; для выравнивания и стабилизации окраски древесины.— отделочного материала с объемным светорассеивающим эффектом.
На базе фотометрического метода разработаны методы количественной оценки оптических свойств ^ лакокрасочных покрытий! и древесины при различных вариантах отделки.
Разработан компонентный состав окрашивающего и осветляющего составов, универсальных по применению и нанесению, не требующих использования специального оборудования и обеспечивающих повышение декоративных свойств изделий из древесины хвойных пород. Исследованы технологические и1 эксплуатационные свойства; формируемых ими покрытий. На основе многофакторного эксперимента получена математическая модель рецептуры осветляющего грунта с учетом технологии его применения и проведена ее поликритериальная оптимизация методом условного центра масс.
9 Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты служат основой для повышения декоративных свойств изделий из древесины хвойных пород и разработки принципиально новых лакокрасочных материалов и технологий отделки. Разработанный водно-полимерный смесевый краситель позволяет получать высококачественные окрашенные поверхности хвойной древесины, исключая операцию промежуточного шлифования; является экологичным и обладает низкой себестоимостью. Разработанный осветляющий грунт обеспечивает выравнивание неоднородности естественной окраски древесины с сохранением контрастности текстурного рисунка, повышает светостойкость отделанной поверхности. Промышленная апробация осветляющего грунта проведена на ОАО «АЛРОСА - Леспром» (г. Ленек). На защиту выносятся следующие научные положения: механизм физико-химического процесса крашения- поверхности изделий из древесины хвойных пород водно-полимерным смесевым красителем, обеспечивающий равномерное окрашивание с проявлением текстуры древесины;
методы количественной оценки оптических свойств лакокрасочных покрытий - и поверхности древесной подложки в технологии отделки изделий из древесины;
механизм выравнивания и стабилизации естественной окраски древесины хвойных пород за счет изменения характера взаимодействия (процессов отражения и поглощения) светового потока с поверхностью древесной подложки при использовании для отделки изделий лакокрасочных материалов с объемным светорассеивающим эффектом; основные принципы получения лакокрасочных материалов и покрытий с объемным светорассеивающим эффектом;
компонентный состав разработанных смесевого красителя и осветляющего грунта; результаты исследования их технологических и оптических свойств.
Причины изменения и способы стабилизации окраски изделий из древесины хвойных пород
Многие исследователи, занимающиеся вопросами в области технологии деревообработки, отмечают не только неоднородность естественной окраски древесины, но и ее изменение в процессе производства, хранения и эксплуатации изделий из древесины [34, 38, 39, 76,77, 88, 193].
Особенно выделяется тот факт, что свежесрубленная древесина гораздо. светлее древесины, пролежавшей несколько часов под действием воздуха и света [38, 47, 88 132, 134, 199]. Известно, что действие света ограничивается поверхностью древесины [199, 195]. Поглощение ультрафиолетового излучения заканчивается на расстоянии сотых долей миллиметра от поверхности, на глубину около 2,5 мм проникает 0,02 % видимого света и 0,28 % инфракрасного излучения. Следовательно, бурый слой в выдержанной под действием света древесине может достигать 2,5 мм и от такого воздействия необходимо; защищать только приповерхностные слои древесной подложки, используя поверхностную обработку специальными составами.
Так, для предотвращения изменения цвета древесины под действием света предлагается обработка ее поверхности семикарбазидом и полиэти-ленгликолем! [132]! или средством = «Pegma-Golor» [219]. Установлено, что пропитка меламинформальдегидной смолой задерживает процессы фотохимического разрушения древесины [23 5]. Отмечена [243] стойкость к погодным условиям древесины японского кедра, обработанной борной кислотой и виниловыми мономерами. Для осветления и устранения красной окраски в-ядровой зоне, а также повышения светостойкости возможна обработка поверхности древесины сосны раствором тиосульфата натрия в органическом растворителе, в который дополнительно введен полимер [241].
Предложен способ (патент США) [178]:стабилизации цвета древесины; обработкой окисляющими веществами (перманганат калия; хроматы и дихроматы натрия, калия:и аммония; хромовая кислота), совместимый со всеми способами отделки (включая операцию крашения), и обеспечивающий сохранение цвета во время эксплуатации изделий .В качестве; недостатка данного способа необходимо отметить изменение натурального цвета древесины в результате ее обработки окисляющими реагентами, так как стабилизация окраски достигается за счет окисления компонентов древесины, которое должно было произойти под воздействием света и в результате чего наблюдается значительное замедление процесса последующего фотоокисления.
Также предлагается химическое средство [215] для восстановления уже измененного натурального цвета древесины в виде водного раствора перекиси водорода, в который дополнительно введены минеральная кислота (серная, азотная или фосфорная), стабилизирующее вещество (дипи кол иновая кислота; станнат натрил, салицилат натрил) и поверхностно-активное веще 19 ство. По своей, сути предложенное химическое средство является отбеливающим составом, применение: которого возможно только для изделий: из древесины с неотделанными поверхностями.
Рассмотренные химические средства для выравнивания и стабилизации естественной окраски древесины не нашли широкого применения при массовом производстве изделий из древесины ввиду отсутствия научной обоснованности эффективности их использования. Их разработка показывает существование проблемы нестабильности цвета древесины и основывается на химическом воздействии на компоненты древесины. Однако отсутствует единый подход к процессу выравнивания и стабилизации цвета древесины. Не установлена- связь между химическим строением древесины и реакциями, приводящими к изменению ее окраски. В связи с этим при разработке химических средств для стабилизации цвета древесины не учитывается неоднородность ее химического состава, и как следствие невозможность повторения результатов на всех участках древесины, что особенно относится к клееным конструкциям и мебельным щитам, сформированным из различных-делянок.
Помимо электромагнитного излучения к изменению цвета древесины приводит воздействие параметров окружающей ср еды: температуры и влажности. Вопрос о влиянии температуры на цвет древесины имеет большое значение при сушке пиломатериалов, особенно экспортных.
В результате исследований, проведенных учеными Рыбиным Б. М; и Ивановой О. П:, установлено [170], что за.каждые 10 часов сушки:хвойных пиломатериалов І (сосны, ели) происходит уменьшение белизны поверхности древесины примерно на 1 усл. ед. ( 1 %) по прибору ФБ —2. В связи с чем рекомендуется использовать мягкие режимы сушки.
Зарубежные исследователи: также отмечают влияние температуры сушильного агента на окраску хвойной древесины [132, 211, 224, 225, 237], которое проявляется в потемнении или изменении цвета.
Одним из способов ограничения развития бурой окраски при сушке сосновых пиломатериалов является пропитка свежесрубленной древесины со 20 ставом.с включением натрия [226]. Однако отмечается, что для промышленного использования пропитка данным составом затруднена из-за недостаточной пропитываемости древесины. Помимо этого предлагается строгание пиломатериалов после сушки для снятия.окрашенного слоя.[240], что требует дополнительных затрат.
Из выше изложенного следует, что рациональным методом предотвращения изменений окраски хвойных пиломатериалов в процессе сушки является использование щадящих температурных режимов, что, однако увеличивает продолжительность производственного цикла. Иначе необходимо искать пути решения проблемы потемнения древесины на последующей стадии: отделки изделий из древесины путем выравнивания или осветления окраски.
В сопутствующих деревообрабатывающей текстильной и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности также существует проблема нестабильности цвета веществ, полученных из природных материалов [96, 113, 123, 148, 172]. В связи с этим многими научно-исследовательскими центрами проводятся исследования оптических свойств волокнистых полуфабрикатов и способов их улучшения [210,220, 222, 238].
Естественная окраска древесины и ее изменение под воздействием факторов окружающей среды
Наиболее широкое распространение в органической химии получила хромофорно-ауксохромная теория, согласно которой причиной окраски органических соединений является присутствие в их. молекулах хромофорных групп (хромофоров), к которым относятся ненасыщенные группы: нитро-N02j нитрозо- N0, карбонильная ;С=0, азо- N=N, этиленовая СН=СН и др. Введение хромофоров в молекулу бесцветного соединения придает ему цвет. При этом образуется хромоген, который еще не является красителем, ввиду малоинтенсивной окраски и отсутствия сродства к волокнам. Для превращения, хромогена в краситель в его молекулу необходимо ввести ауксохромные группы (ауксохромы),. к которым относятся амино - NH2, гидрокси - GH и меркаптогруппы - SH.
В рамках данной теории молекула окрашенного вещества рассматривалась как нечто неизменное; не ставился вопрос о том,_что с ней происходит при взаимодействии со светом. Позже в теории Порай-Кошицы А. Е. поглощение света связывалось с процессами изменения связей в молекулах. Основная идея многочисленных работ Измаильского В. А. (1913 г.) заключалась в том, что способность органических соединений поглощать свет определяется особым электронным состоянием их молекул, которое возникает при наличии достаточно длинной цепи сопряженных двойных связей и присоединенных к ней электронодонорных (отталкивающих электроны) и электроно-акцепторных (принимающих электроны) заместителей. Развитие и уточнение представлений В, А. Измаильского привело к созданию принятой в настоящее время электронной теории цветности органических соединений:
Таким образом, с формальной точки зрения большинство хромофоров представляют собой электроноакцепторные (ЭА), а ауксохромы — электро-нодонорные (ЭД) заместители. Однако их роль отличается от той, какая приписывалась им хромофорно-ауксохромной теорией. Как ЭД-, так и ЭА-заместители, способствуют возникновению окраски вследствие поляризующего, воздействия, которое они оказывают на я-электроны системы сопряженных двойных связей. Вследствие этого целесообразно говорить не об отдельных группах, играющих роли цветоносителей или цветоусилителей, а о единой хромофорной системе, включающей все элементы, взаимодействие " которых создает условия для поглощения света в видимой части спектра:
Основой хромофорной системы: является: достаточно длинная цепочка сопряженных двойных связей или несколько изолированных, конкурирующих или перекрещивающихся-таких цепочек в составе единой молекулы. В хромофорную систему входят все присоединенные к сопряженным цепочкам ЭД- и ЭА-заместители и заместители; усиливающие или ослабляющие их электронодонорность. и электроноакцепторность, а также комплексообра-зующие заместители и атомы металлов-комплексообразователей.
Энергия фотонов электромагнитных излучений, поглощаемая молекулой, идет на увеличение ее внутренней энергии, то есть на перевод молекулы из: основного состояния в возбужденное [108, 122, 180]: Поскольку полная энергия молекулы складывается из вращательной, колебательной и энергии электронов, энергия поглощенных фотонов может расходоваться на увеличение каждого из этих слагаемых. Разность уровней вращательной энергии молекул в основном и возбужденном состоянии соответствует энергии излучений микроволновой части спектра, колебательной - энергии излучений ИК-части спектра. Разность уровней энергии электронов колеблется в широких пределах — от,значений около ПО кДж/моль, соответствующих энергии из-лучения ближней ИК-области спектра, до 4-10 ...4-10 кДж/моль, соответствующих энергии рентгеновских лучей. В этих же границах находятся световые лучи видимой части спектра с энергией возбуждения 158...300 кДж/моль, поглощение которых сопровождается возникновением окраски.
Следовательно, только переходы между электронными уровнями могут обусловить возникновение цвета (окраски). Однако каждое изменение энергии электронов сопровождается изменениями вращательной и колебательной энергии, так как молекула одновременно поглощает фотоны, соответствующие различным частям электромагнитного спектра, и электронные переходы происходят одновременно с вращательными и колебательными. В связи с этим спектры поглощения состоят из большого числа линий поглощения, которые перекрываются и образуют полосы; при этом оттенки окраски зависят от ширины и характера полосы поглощения.
Поглощение энергии электромагнитных излучений: и переход в возбужденное электронное состояние — первый и основной акт работы молекулы, обусловливающий возникновение цвета (окраски). Однако большое значение имеет и дальнейшая судьба возбужденной і молекулы. Энергия возбуждения молекул может расходоваться на увеличение их колебательной энергии и, в; конечном счете, рассеиваться в виде тепла. С точки зрения сохранения цвета вещества это наиболее желательный путь дезактивации возбужденных молекул, так как он не сопровождается-их разрушением, приводящим-к изменению окраски. Однако энергия может расходоваться и на разрыв одних связей в молекуле и образование других, что делает молекулу способной к фотохимическим реакциям, приводящим к частичному или полному ее разрушению, и, как следствие, к изменению окраски. Энергия коротковолнового ультрафиолетового излучения соизмерима с энергией С=С, С=0 и других связей органических соединений (полимеров и красителей) [4, 85, 114, 124, 180, 200, 209]; и поглощение таких фотонов может способствовать их диссоциации.
Из выше изложенного следует, что цвет не является свойством древесины и его можно охарактеризовать как зрительное ощущение, вызываемое ее взаимодействием с электромагнитным излучением. Согласно электронной теории цветности данное взаимодействие определяется химическим строением компонентов древесины (наличием хромофорной системы) и не ограничивается приданием окраски, а может приводить к ее изменению
Метод определения составляющих отраженного от исследуемых поверхностей светового потока
В связи; с этим разработан метод определения составляющих отраженного светового потока от поверхности древесной подложки и лакокрасочных покрытий, который позволяет определять величины диффузного; зеркального и направленного отражений {ДЗНО) светового потока. Вследствие анализа полученных экспериментально величин отражений можно оценить пространственное распределение отраженного света без использования сложных приборов — гониофотометров; определить степень блеска поверхности вне зависимости от ее светлоты и матовости; охарактеризовать светлоту поверхности по величине диффузного отражения.
Измерение величин отражений производится на базе фотоэлектрического блескомера ФБ - 2, широко используемого в технологии отделки для определения декоративных свойств (блеска, светлоты) лакокрасочных покрытий и древесины в соответствии с ГОСТ 16143 — 8 Г. [54].
Для лучшего представления описанного в последующем метода ДЗНО первоначально необходимо рассмотреть стандартный метод определения блеска и светлоты исследуемых поверхностей и принцип действия фотоэлектрического блескомера ФБ — 2, схема которого представлена на рисунке 3.1.
Схема фотоэлектрического блескомера ФБ - Сущность метода определения блеска поверхности заключается в определении величины фототока,, возбуждаемого в фотоприемнике под действием зеркально отраженного от поверхности света, с учетом ее светлоты. Для этого фотоблескомер укомплектован эталонными пластинками из ультрафиолетового стекла марки УФС-6 (УФС) и молочно-белого стекла марки МС-20 (МБС) для определения соответственно зеркальной и диффузной составляющей отраженного света.
Для настройки прибора при определении зеркального: отражения: (см. рисунок 3.1, а) фотоэлемент блескомера ФБ-2 помещают в боковой тубус: датчика. Датчик блескомера помещают на пластинку из УФС и световой указатель микроамперметра устанавливают на деление 65. При определении диффузного отражения (см. рисунок 3.1, б) фотоэлемент переставляют в среднее отверстие датчика. Датчик блескомера помещают на пластинку из МБС, и световой указатель микроамперметра устанавливают на деление 96.
Затем датчик, предварительно настроенный на поверхности эталона-помещают на контролируемую поверхность так, чтобы свет был направлен вдоль волокон древесины или неровностей любой другой исследуемой, поверхности, и снимают показания микроамперметра. Блеск вычисляется на основе: определенных значений зеркального и диффузного отражений по формуле R = Щерк J7Rdutf (3.3) где Язерк - измеренная величина зеркальной составляющей отраженного светового потока, усл. ед.; Кдиф г измеренная величина диффузной составляющей отраженного светового потока; усл. ед.
Недостатком данного метода является зависимость величины блеска от светлоты исследуемой поверхности, что не позволяет применять его для определения блеска матовых покрытий [165, 167]. При необходимости контроля светлоты поверхности используется величина диффузного отражения.
Анализ конструкции прибора ФБ - 2 показал, что использование стандартного датчика с геометрией освещения-измерения 45 /45 и 45 /0 позволяет определить следующие отраженные световые потоки от исследуемой поверхности: зеркальный (рисунок 3.2, а) - при углах 45 /45 с использованием тубуса с линзами и диафрагмой; диффузный (рисунок 3.2, б) - при углах 45/0 и помимо этого - направленный (рисунок 3:2, в) - при углах 45/45 , если не использовать тубус, оснащенный системой линз и диафрагмой.
Широко известно [72, 88], что коэффициент отражения исследуемой поверхности должен измеряться относительно совершенного отражающего рассеивателя, коэффициент отражения которого равен единице. В природе очень мало материалов с такими характеристиками, поэтому достаточно использовать в качестве эталона материал, максимально отражающий и рассеивающий падающий световой поток, с известным коэффициентом отражения.
Поэтому на первоначальном этапе разработки метода ДЗНО был выбран эталон — пластинка из молочно-белого стекла МС - 20 из комплекта прибора ФБ - 2, которая, как было экспериментально установлено, является материалом, максимально отражающим и рассеивающим падающий световой поток.
Для применения пластинки; из: МБС в.качестве:эталона:необходимо знать ее оптические характеристики;. в дальнейшем используемые как критерии; сравнения при определении величин отраженных: световых потоков от исследуемых поверхностей. В:связи с этим:дальнейшие исследования были: направлены на определение коэффициентов отражения пластинки из МБС.
В своих работах [164; 168] исследователь Рыбин Б. М;, рассматривающий методы определения: блеска матовых покрытий, на основе формул Френеля: (2.16) определил величину зеркального отражения, от поверхности; стандартного эталона из У ФС, которая составила 5;95 %. С у четом этих данных были проведены исследования для определения величины зеркального отражения (по стандартной; методике) от пластинки из МБС, принятой- за эталон. Установлено, что показание прибора: ФБ - 2 при помещении датчика на пластинку из МБС идентично показанию прибора при настройке на пластинке из У ФС. Следовательно, от пластинки из МБС зеркально отражается такое же количество падающего светового потока, как и от пластинки из УФС, то есть 5,95 %.
Впоследствии: экспериментально установлены величины составляющих отраженного света от поверхности МБС в условных единицах шкалы микроамперметра. Ввиду того, что направленное отражение по сравнению с остальными составляющими является наибольшим, оно было принято за 100 усл. ед. Поэтому фотоэлемент был помещен в боковое отверстие датчика без использования тубуса (при помощи переходного кольца из полипропилена) и настройка прибора ФБ - 2 производилась на Л 00 усл. ед. при установке датчика на поверхность пластинки из МБС. Затем фотоэлемент был переставлен в среднее отверстие и получена величина диффузного отражения от поверхности МБС в условных единицах.
Изменение окраски поверхности образцов древесины сосны после экстракции их в горячей воде
Перекись водорода использовалась как широко известный окисляющий реагент для отбеливания поверхности древесины и древесных материалов. Щавелевая- кислота как теоретически: возможный: реагент для отбеливания древесины хвойных пород. Известно [104], что персульфат натрия может быть использован для отбеливания древесных материалов при применении; очень слабо концентрированных водных растворов. Для получения пербора-та натрия применяется перекись водорода [198], вследствие чего данный реагент обладает такими же окисляющими свойствами и возможно его использование для, отбеливания древесины. Состав, включающий в себя перекись водорода, аммиачную воду и моновольфрамат натрия, предложен в качестве прогнозирующего изменение окраски древесины.
После нанесения на поверхность древесины сосны составов, в которые, входила перекись водорода (рисунок 4.9: А, В, С), через один час проявилась белизна; поверхности. Древесина, обработанная 30 и 40?%-ными: водными-растворами перекиси водорода, при последующем нанесении лака Д-ДУР приобрела желтоватую окраску. Следовательно, при использовании высококонцентрированных отбеливающих составов необходимо последующее промывание обработанной поверхности древесины водой для удаления остатков непрореагировавшего реактива. Экспериментально установлено, что в таком случае исключается возможность взаимодействия отбеливающего состава с. лаковым покрытием. Необходимо заметить, что использование концентрированных растворов перекиси водорода для отбеливания поверхности -древесины нецелесообразно: вследствие достижения такого же эффекта осветления при концентрации 15 % - до 76 усл. ед. по ФБ -2.
Обработка водным раствором пербората натрия не дала положительного результата с целью применения данного состава- как отбеливающего для хвойных пород. Поверхность древесины приобрела желтоватый оттенок.
Растворы щавелевой кислоты в качестве отбеливающих составов непригодны. Независимо - от концентрации раствора после обработки древесины наблюдается появление розового оттенка, и как следствие ее потемнение;
130 При использовании водного раствора персульфата натрия наблюдается значительная зависимость получения отбеливающего эффекта от концентрации раствора и химического состава древесины.
Нанесение состава с моновольфраматом натрия первоначально привело к появлению желтого оттенка, а затем и к общему потемнению поверхности древесины, что позволяет предположить возможность его использования с целью прогнозирования изменений окраски хвойной древесины со временем. Результаты экспонирования; в дневном свете, ультрафиолетовом излучении или выдержке в темноте древесины, обработанной химическими реагентами, показали, что независимо от первоначально полученного эффекта (осветления или потемнения), во всех случаях наблюдается снижение светлоты поверхности древесины. В качестве примера приведены результаты экспонирования древесины, отбеленной составом из перекиси водорода с аммиачной водой и отделанной лаком Д-ДУР в дневном свете (рисунок 4.10). 6 12 18 24 30
Продолжительность экспонирования, месяцы древесина отбеленная перекисью водорода (15 %) с аммиачной водой 0 неотбеленная древесина А древесина отбеленная перекисью водорода (15 %) с аммиачной водой+ лак ДДУР X неотбеленная древесина + лак ДЦУР Рисунок 4.10 — Изменение светлоты отбеленной поверхности древесины сосны при действии дневного света
Осветленная на 2 усл.. ед. в результате нанесения отбеливающего состава поверхность древесины сосны при последующем облучении темнеет с той же интенсивностью, что и неотбеленная. В связи с реверсией белизны применение операции отбеливания поверхности древесины с целью стабилизации ее окраски неэффективно.
В результате проведенных исследований установлено, что для прогнозирования изменения светлоты древесины возможно использование прогнозирующего состава, включающего перекись водорода, аммиачную: воду и моновольфрамат натрия. Обработка поверхности древесины данным составом позволяет получить окраску древесины, соответствующую по светлоте окраске, появляющейся в результате 6 месяцев экспонирования в дневном свете или 25 часов ультрафиолетового облучения.
Из выше изложенного следует, что применение операции отбеливания поверхности изделий перед отделкой различными химическими реагентами для выравнивания и стабилизации естественной окраски хвойной древесины нецелесообразно ввиду наличия в ее составе компонентов с сильными хромофорными системами. Вследствие невозможности стабилизации окраски поверхности хвойной древесины с использованием химических методов предложен прогнозирующий ее изменения состав, включающий перекись водорода; аммиачную воду и моновольфромат натрия.
Возможность разработки комбинированного красящего состава с включением синтетического водного прямого красителя и протравы (дихромата натрия) теоретически обоснована в пункте 2.1.3. Следует экспериментально подтвердить эффективность применения данного. красящего состава для качественного окрашивания поверхности изделий из древесины хвойных пород, определить рациональный компонентный состав водно-полимерного красителя при обеспечении стабильности его внутренней структуры и необходимой окрашивающей способности, исследовать его технологические свойства.
Исследование процесса стабилизации цвета при окрашивании хвойной древесины различными красящими составами
Вследствие проведенного анализа теоретических данных установлено, что окрашивание; поверхности древесины разными красящими веществами происходит в результате различных физико-химических процессов. Процесс окрашивания водными красителями осуществляется за счет адсорбции молекул красителя на окрашиваемой поверхности, диффузии их в поверхностные слои и закрепления на волокнах древесины. Протравное крашение основывается на химическом взаимодействии компонентов древесины с водными растворами протрав, в результате которого волокна древесины окрашиваются.
Ввиду отличия механизмов окрашивания предположено, что процессы крашения перечисленными красящими веществами имеют различную длительность по времени. В связи с этим проведены исследования длительности процесса стабилизации цвета древесины при крашении ее водными растворами прямого красителя и натрия двухромовокислого (хромпика).
