СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТДЕЛКИ ОСИНЫ ВОДНОДИСПЕРСИОННЫМИ ЛАКОКРАСОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Цой Ю.И., Марчук А.Ю. (СПбГЛТА, г. Санкт-Петербург, РФ)
Development of finishing aspen surface technology with water-dispersions paints.
В лаборатории отделки Санкт-Петербургской Лесотехнической академии проводятся исследования по отработке рецептуры краски, отличающейся атмосферостойкостью, для отделки древесины осины. В качестве пленкообразователя был использован стиролакрилатный латекс, в качестве пигмента – диоксид титана. Разбавителем являлась вода, в состав рецептуры также входили диспергатор и поверхностно-активное вещество.
Для отработки рецептуры воднодисперсионной краски был поставлен полный факторный эксперимент по униформ-рототабельному плану Хартли для пяти управляющих факторов. В качестве управляющих факторов были определены: содержание лака, воды, ПАВ, диоксида титана и диспергатора.
За критерии оптимизации состава краски были приняты: время ее высыхания, адгезия лака к осиновой подложке, термостойкость покрытия и твердость покрытия на стекле. Критерии оптимизации были выбраны из расчета того, насколько они могут определять атмосферостойкость покрытия.
В результате реализации матрицы планирования и статистической обработки результатов были получены следующие уравнения регрессии:
По времени высыхания:
кодированный вид:
Y=32.42+1.48*х1-0.0555*х2+2.82*х3+2.266*х4-0.601*х5+2.396*х1*х2+ 2.917*х1*х3+2.604*х1*х4+1.562*х1*х5–0.833*х2*х3-1.771*х2*х4 +1.146*х2*х5 +1.042*х3*х4-2.708*х3*х5+2.187*х4*х5+6.755*х12-4.911*х22-+2.172*х32+1.339*х42+0.505*х52
натуральный вид:
Y=2972.44+1516.15*х1-28.09*х2 +5.021*х3 +193.74*х4 +5.116*х5 +23.96*х1*х2+ 1.458*х1*х3+39.06*х1*х4+0.781*х1*х5–0.166*х2*х3-10.626*х2*х4 +0.229*х2*х5 -0.312*х3*х4-0.027*х3*х5 +0.656*х4*х5 +168.87*х12-19.644*х22+0.0217*х32+12.05*х42+0.005*х52
По твердости:
кодированный вид:
Y=0.603-0.005*х1-0.013*х2 +0.001*х3 +0.007*х4 +0.007*х5-0.004*х1*х2+ 0.003*х1*х3+0.007*х1*х5+0.003*х2*х3-0.011*х2*х5 - 0.004*х3*х4 +0.012*х3*х5 -0.003*х4*х5 +0.003*х12-0.028*х22+0.009*х32+0.026*х42-0.004*х52
натуральный вид:
Y=-6.494+0.49*х1-0.81*х2 -0.0195*х3 +1.074*х4 -0.011*х5-0.04*х1*х2+ 0.0015*х1*х3+0.0035*х1*х5+0.0015*х2*х3-0.022*х2*х5-0.012*х3*х4 +0.00012*х3*х5 -0.0009*х4*х5 +0.075*х12-0.112*х22+0.00009*х32+0.234*х42-0.00004*х52
По адгезии:
кодированный вид:
Y=0.71-0.03*х1+0.041*х2 -0.01*х3 –0.07*х4 -0.0225*х1*х2- 0.03*х1*х3+0.0187*х1*х4-0.01*х1*х5-0.00625*х2*х3-0.055*х2*х4-0.00875*х2*х5-0.0155*х3*х4-0.0187*х3*х5 -0.03*х4*х5 -0.0667*х12-0.0667*х22+0.00829*х32-0.0417*х42+0.00829*х52
натуральный вид:
Y=-31.942-13.458*х1-2.931*х2 -0.0746*х3 –1.704*х4 –0.0448*х5-0.225*х1*х2+ 0.015*х1*х3+0.28*х1*х4-0.005*х1*х5-0.00125*х2*х3-0.33*х2*х4-0.00175*х2*х5-0.0045*х3*х4-0.000187*х3*х5 -0.009*х4*х5 –1.667*х12-0.267*х22+0.0000829*х32-0.3753*х42+0.0000829*х52
По термостойкости:
кодированный вид:
Y=95.91+2.51*х1+2.2*х2 –1.683*х3 +16.594*х4 +0.388*х5+1.646*х1*х2+ 1.52*х1*х3+2.229*х1*х4+2.938*х1*х5-0.686*х2*х3-3.146*х2*х4 +1.395*х2*х5 +0.812*х3*х4-1.562*х3*х5 –3.188*х4*х5 –25.96*х12+6.534*х22-1.463*х32-1.797*х42+13.203*х52
натуральный вид:
Y=-9645.5-5053.6*х1+157.34*х2 +2.963*х3 +58.72*х4 +5.126*х5+16.46*х1*х2+ 0.76*х1*х3+33.435*х1*х4+1.469*х1*х5-0.137*х2*х3-18.876*х2*х4 +0.279*х2*х5 +0.243*х3*х4-0.0156*х3*х5 –0.956*х4*х5 –649*х12+26.14*х22-0.0146*х32-16.17*х42+0.132*х52
Где х1 – содержание лака на основе стиролакрилатного пленкообразователя,
х2 – содержание воды,
х3 – содержание поверхностно-активного вещества (ПАВ),
х4 - содержание диоксида титана,
х5 – содержание диспергатора
Поликритериальную оптимизацию состава лакокрасочного материала проводили с использованием частной функции желательности, в качестве обобщенного критерия оптимизации. Для построения обобщенной функции желательности измеренные значения откликов были преобразованы в безразмерную шкалу желательности.
Построение шкалы желательности является в своей основе субъективным, отражающим отношение исследователя к отдельным откликам. Обобщенная функция желательности выступает в виде показателя эффективности. В результате этого было получено уравнение регрессии с ограничениями для определения оптимальной рецептуры лакокрасочного материала.
D=0.475-0.033*х1-0.0033*х2 –0.031*х3 +0.119*х4 –0.0069*х5 +0.0038*х1*х2 - 0.0114*х1*х3+0.00068*х1*х4 - 0.0307*х1*х5+0.0038*х2*х3 - 0.0343*х2*х4 +0.046*х2*х5 –0.01*х3*х4-0.025*х3*х5 +0.022*х4*х5 –0.218*х12-0.1025*х22+0.048*х32+0.0949*х42+0.0289*х52
-1<xi<+1
(i=1,2,…., n)
20 £ y1 £ 60
50 £ y2 £ 110
0.56 £ y3 £ 0.655
0.2 £ y1 £ 1.0
где n – количество параметров управления.
Полученное уравнение регрессии с ограничениями было использовано для определения оптимальной рецептуры лакокрасочного материала, соответствующей максимальному значению D.
При помощи Microsoft Excel 2000 было определено, при каких значениях управляющих параметров данное уравнение принимает свое максимальное значение.
В результате было получено:
Dmax=0.85 при: x1= -0.118, x2= 0.0202, x3= -1, x4= 1, x5= 1
В натуральном виде:
x1=19.41 г при 15 £ х1 £ 25
x2=5.04 г при 3 £ х2 £ 7
x3=0.2 г при 0.2 £ х3 £ 0.4
x4=10 г при 4 £ х4 £ 10
x5=0.4 г при 0.2 £ х5 £ 0.4
Таким образом, получен оптимальный состав лакокрасочного материала на основе стиролакрилатного пленкообразователя для покрытий на осиновой подложке.
Литература
1. Пен Р.З. Статистические методы моделирования и оптимизации процессов целлюлозно-бумажного производства: Учебное пособие. – Красноярск: Изд-во КГУ, 1982. – 192 с.
2. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высш. школа, 1978. – 319 с.
3. Черных А.Г. Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: Учебное пособие. – Братск: БрИИ, 1996. – 58 с.