Формирование лакокрасочных покрытий на древесине с применением красящего состава на основе алкидных смол

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, насыщенностью) окрашенной поверхности древесины хвойных пород;

— разработка рациональной рецептуры красящей композиции на основе алкидных смол для обеспечения требуемого качества отделки и эффективности технологических процессовразработка технологических режимов формирования защитно-декоративных покрытий с использованием красящего состава на основе алкидных смол;

— проведение промышленных испытаний технологического процесса создания покрытия на древесине с использованием красящего состава на основе 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 препятствие 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 пленкообразователя и смолистых веществ, обеспечивающих адгезионную прочность и равномерную окраску.

4. Предложена методика расчета усадочных напряжений, возникающих в отверждаемом покрытии с учетом липкости пленки на основании теории деформации и перемещений при изгибе.

5. Обоснована возможность регулирования цвета поверхности древесины хвойных пород при грунтовании красящим составом на основе алкидных смол путем изменения насыщенности и светлоты за счет направленного изменения рецептуры красящего состава и параметров технологического режима формирования лакокрасочного покрытия.

6. 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 защитно-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 её применения с различными по физико-химическим свойствам покровными лаками, что обеспечивает ее универсальность.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Механизм физико-химического процесса крашения поверхности изделий из древесины хвойных пород универсальным красящим составом на основе алкидных смол, обеспечивающий равномерное окрашивание с одновременным проявлением текстуры древесины и препятствующий поднятию ворса на поверхности древесины.

2. 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.

3. Процесс выравнивания и стабилизации окраски древесины хвойных пород за счет управления компонентами рецептуры и технологическими параметрами нанесения красящего состава на основе алкидных смол.

4. Методика количественной оценки цвета окрашенных древесных подложек.

5. 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.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Для обеспечения требуемого качества отделки изделий из древесины хвойных пород необходимо рационально осуществлять выбор материалов и технологий их применения с учетом особенностей строения и химического состава древесины, что позволит расширить области ее применения.

2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что применение разработанного красящего состава на основе алкидных смол обеспечивает равномерное окрашивание поверхности хвойной древесины с сохранением ее текстурного рисунка, при этом снижается влияние анизотропных свойств древесины хвойных пород за счет однородности природы пленкообразователя и смолистых веществ древесины.

3. Хорошие адгезионные свойства покрытия на основе разработанного красящего состава к древесине обусловлены химическим взаимодействием карбоксильных группСООН, содержащихся в пентафталевом грунт-лаке с гидро-ксильными группами целлюлозыОН, в результате чего образуются сложные эфиры.

4. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что красящий состав на основе алкидных смол не вызывает набухания поверхности древесины в силу физико-химических свойств, содержащегося в нем растворителя (уайт-спирита), который является не полярным и не вступает в реакцию с целлюлозными волокнами древесины.

5. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено препятствие поднятию ворса древесины при использовании красящего состава на основе алкидных смол на основании теории деформации и перемещений при изгибе.

6. Предложена методика расчета усадочных напряжений, возникающих в отверждаемом покрытии, с учетом липкости пленки на основании теории деформации и перемещений при изгибе.

7. Определены рациональные значения параметров рецептуры красящего состава на основе алкидных смол и режима нанесения: количество пентафталевого грунт-лака ПФ-053 — 25%- количество пигментной пасты — 8,5%- расход состава — 73,3 г/м2- температура сушки покрытия — 35 °C. При соблюдении данных параметров обеспечивается достаточная глубина проникновения красящего состава в древесину, время сушки покрытия образованного данным составом 21 минвеличина диффузного отражения света 6%.

8. Теоретически обоснована возможность регулирования цвета поверхности древесины хвойных пород при крашении красящим составом на основе алкидных смол путем изменения насыщенности и светлоты за счет направленного изменения рецептуры красящего состава и параметров технологического режима формирования лакокрасочного покрытия.

9. Экспериментально доказано, что разработанный красящий состав на основе алкидных смол является универсальным и подходит под различные лаки: пентафталевый, алкидно-уретановый, полиуретановый, воднодисперсион-ный, нитроцеллюлозный, а лакокрасочные покрытия на его основе обладают высокими эксплуатационными показателями.

10. Применение тонирующего состава на основе алкидных смол обеспечивает равномерность окрашивания поверхности изделий из древесины хвойных пород, позволяет совместить процесс крашения и грунтования, при этом не требуется операция промежуточного шлифования после нанесения данного состава.

11. Экономическая эффективность применения разработанного красящего состава на основе алкидных смол заключается в повышении качества отделки изделий из древесины хвойных пород и снижении себестоимости отделки 1 м².