ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ НА КАЧЕСТВО КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПВА
Study data of influence of chemical processing are Brought on toughness and resistance to influence of water join when use vinylacetate glues.
В настоящее время сохраняется устойчивая тенденция увеличения потребления древесины хвойных пород для изготовления мебели, строительных и композиционных материалов. Для улучшения декоративных свойств изделий в ряде случаев используют крашение древесины различными реагентами. Сущность данной группы способов крашения заключается в обработке древесины веществами, образующими в ходе химических реакций с компонентами древесины, либо друг с другом, окрашенные соединения (красители). Несмотря на то, что химическое крашение древесины используется достаточно давно, в настоящее время практически отсутствуют данные о влиянии данного вида обработки на свойства клеевых соединений.
Другой важнейшей задачей является получение водостойких соединений при использовании ПВА клеев. Так отечественные и многие импортные марки ПВА (без сополимеров) не дают водостойких соединений. Вместе с тем такие показатели как прочность клеевого соединения и его водостойкость во многом определяют срок службы изделия. Проведение таких исследований с использованием ПВА особенно актуально, поскольку объемы потребления данных клеев в деревообработке в настоящее время неуклонно возрастают.
Для обработки образцов использовались водные растворы бихромата калия, п-фенилендиамина дигидрохлорида и п-аминофенола. Концентрация реагентов в растворе составляла: бихромата калия - 10 г/литр; ароматических соединений - 1 г/литр.
Крашение производилось в одну и две стадии методом окунания и поверхностным нанесением кистью. После первого нанесения производилась технологическая выдержка в течение 5 минут. После завершения операции крашения образцы выдерживались в течении 24 часов при температуре 18 – 20 0С, что обеспечивало их высыхание. При одностадийной обработке растворы реагентов исходной концентрации смешивались в соотношении 1:1. Расход раствора реагентов составил от 85 до 100 мл/м2. Использовались только свежеприготовленные растворы.
Образцы изготавливались из радиального строганого лиственничного шпона толщиной 1 мм, содержащего ядро и заболонь.
Для проведения исследований влияния специальной обработки поверхности на водостойкость клеевого соединения использовали ацетоно – и спиртосодержащие водные растворы. Соотношение компонентов было следующим: 1 часть воды, 3 части ацетона или спирта. Приготовленный состав с температурой 18 – 20 0С наносился на поверхность с избытком и после выдержки в течении 1-2 минут удалялся сухим тампоном. После такой обработки производилось склеивание.
Для определения прочности и влагостойкости клеевого соединения ПВА клеями использовались образцы из лиственничного шпона с размерами 20х150 мм (последний размер вдоль волокон). Образцы склеивались внахлест, величина нахлеста составляла 20 мм. После склеивания образцы выдерживались в течение 7 суток, после чего подвергались испытанию на сдвиг при растяжении. Для определения водостойкости образцы вымачивались в воде с температурой 20 0С в течение 24 часов. Испытания образцов проводились на разрывной машине Р-5 с использование специальных захватов.
В результате проведенных исследований и их статической обработки были получены данные о влиянии химического крашения древесины хвойных пород на прочность клеевого соединения ПВА клеями, представленные в табл.1.
Таблица 1-Влияние химического крашения на прочность клеевого соединения
|
Рецептура окрашивающего состава |
Прочность клеевого соединения на сдвиг, sсдв, МПа |
|
|
неокрашенные образцы |
окрашенные образцы |
|
|
бихромат калия п-фенилендиамин дигидрохлорид |
17,5 |
24,3 |
|
бихромат калия п- аминофенол
|
23,6 |
|
Данные табл.1 показывают, что прочность клеевого соединения при использовании указанных рецептур на древесине лиственницы увеличивается по сравнения с неокрашенными образцами в среднем на 30 – 35 %.
При испытании образцов, содержащих заболонь, были получены аналогичные результаты, при этом доля заболони в общей площади клеевого шва не оказывает существенного влияния на прочность соединения.
На образцах из ядровой древесины и образцах, содержащих заболонь, отмечен смешанный характер разрушения (частично по клеевому шву, частично по древесине).
Полученные данные показывают, что предложенные рецептуры могут быть использованы не только в качестве окрашивающих составов, но и как специальные добавки для увеличения прочности клеевых соединений ПВА клеями.
Проблема получения водостойких клеевых соединений при использовании клеев ПВА является в настоящее время одной из важных задач. В зарубежной практике эта цель достигается применение сополимерных клеев с отвердителями, рецептура которых, как правило, не разглашается. Введение модификаторов значительно удорожает клей и как следствие увеличивает стоимость готовых изделий.
В ранее проведенных на кафедре технологии композиционных материалов СибГТУ исследованиях рассмотрен ряд реагентов, позволяющих повысить водостойкость соединений ПВА., в частности на древесине лиственницы. Так в результате обработки поверхности древесины лиственницы водными растворами щавелевой кислоты или хлористого аммония водостойкость соединений повышается в среднем на 25 %. При этом добавление раствора щавелевой кислоты непосредственной в клей не позволяет повысить водостойкость соединений. В результате проведенных исследований было получено, что ПВА пленки не растворяются, а лишь размягчаются водой, при этом разрушение клеевого шва происходит по границе древесина – клей (адгезионное разрушение). Таким образом, задача получения водостойких соединений ПВА сводится к созданию на поверхности древесины некоторого промежуточного слоя.
Целью данных исследований являлся подбор специального состава, в результате обработки которым удастся обеспечить получение водостойких соединений.
При проведении испытаний на водостойкость клеевого соединения ПВА клеями до и после крашения было установлено, что предложенные рецептуры не позволяют получить водостойкие клеевые соединения. Было отмечено, что прочность клеевого соединения окрашенных образцов после вымачивания несколько больше, чем у неокрашенных, но не соответствует требованиям высших классов стойкости Д3 или Д4. После высушивания образцов прочность соединения возрастает и составляет около 90 % от первоначальной.
В результате обработки поверхности древесины водно- спиртовыми и водно- ацетонными составами удается значительно повысить водостойкость соединений. Данное обстоятельство может быть объяснено, на наш взгляд, растворением и удалением с поверхности древесины части экстрактивных веществ.