МЕТОД КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДРЕВЕСИНЕ ХВОЙНЫХ ПОРОД

 

Мелешко А.В., Логинова Г.А., Федулова В.С. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)

 

This paper gives researching results of influence of an aspect of varnish and pattern of coating on pine timber on water absorption processes. The new checking express-method of variation of defensive properties of multilayer paint coatings is offered, both by their forming, and by affecting on a lacquered surface of the different atmosphere factors.

 

Изучение процессов старения лакокрасочных покрытий, эксплуатируемых в атмосферных условиях, является важной задачей, и особенно при выборе системы отделочных материалов для формирования покрытия с заданными свойствами. Также старение покрытий необходимо учитывать при разработке новых лакокрасочных материалов и технологий их применения. Процессы, протекающие в атмосферных условиях, весьма сложны, а совместное (комплексное) воздействие на покрытие климатических факторов (солнечной радиации, кислорода, температуры, влаги и др.) затрудняет моделирование и прогнозирование процессов старения покрытий.

При изучении процессов старения покрытий при их эксплуатации необходимо использовать количественные критерии оценки качества покрытий, обеспечивающие  оперативный контроль изменения свойств лакированной поверхности. Это позволит осуществить прогнозирование долговечности покрытий, в том числе и на поверхности изделий из древесины.

В лакокрасочной промышленности разработано большое количество методов испытаний физико-механических свойств и атмосферостойкости лакокрасочных покрытий. Существуют также методы прогнозирования сроков службы  покрытий в различных условиях. Однако данные способы предусматривают использование специального лабораторного оборудования и  разрушающих   методов испытаний [1]. При этом не учитываются особенности характеристик древесных подложек, что вызывает необходимость разработки новых методик контроля свойств лакированной поверхности древесины.

Древесина характеризуется анизотропным строением и это в значительной степени проявляется при взаимодействии ее поверхности с водой. Известно, что коэффициент влагопоглощения вдоль волокон больше, чем в тангенциальном направлении, в 15 -20 раз [2]. Данная  особенность может лечь в основу разработки оперативного метода контроля защитных свойств покрытий на древесине в процессе их эксплуатации. Физико-механические характеристики покрытий непосредственно связаны с их  водопроницаемостью, и их снижение вызовет снижение водостойкости покрытий. Следовательно, по величине изменения влажности лакированных образцов при их контакте с водой можно контролировать защитные свойства покрытий.

На современном этапе развития технологии отделки древесины широкое применение находят водные лакокрасочные материалы на основе акриловых сополимеров.  Эти материалы преимущественно используются при отделке изделий из древесины, эксплуатирующихся при атмосферных условиях (оконные и дверные блоки, погонажные элементы деревянного домостроения и др.), и к покрытиям предъявляются высокие требования по водостойкости и паропроницаемости. Водные лакокрасочные материалы отличаются продолжительностью процессов формирования покрытий. Если процесс отверждения однокомпонентных лакокрасочных материалов до возможности шлифования составляет 45-60 минут, то процессы структурообразования и набора твердости покрытием (до стадии, при которой возможна эксплуатация) могут составлять до нескольких суток. Это связано с особенностями формирования покрытий и продолжительностью удаления воды, как из самого покрытия, так и из поверхностного слоя древесины [3]. Данное обстоятельство сдерживает широкое использование водных материалов для отделки древесины. Это еще раз подтверждает, что, при изучении защитных свойств покрытий, образованных водоразбавляемыми лакокрасочными материалами, важен контроль водопроницаемости не только в процессе их эксплуатации, но и при формировании пленки.

На кафедре технологии деревообработки СибГТУ разработан  метод контроля водопроницаемости лакированной поверхности древесины хвойных пород, который также может использоваться при исследовании атмосферостойкости покрытий и прогнозировании их долговечности.

Первоначально были установлены значения удельного поверхностного водопоглощения древесины сосны при ее непосредственном контакте с водой. Исходная влажность образцов составляла 12 %. Водопоглощение поперек волокон определялось путем сравнения величин приращений массы двух образцов сечением 40×40 мм разной длины   с учетом разности их площадей. Удельное поверхностное водопоглощение вдоль волокон рассчитывалось с учетом увеличения массы образца за период времени смачивания и количества поглощенной воды поперек волокон.

Изменение удельного поверхностного водопоглощения в процессе смачивания представлено в таблице 1.

 

Таблица 1 - Изменение удельного поверхностного водопоглощения сосны в процессе смачивания

Продолжительность смачивания, мин	Удельное поверхностное водопоглощение, г/м2 в минуту
	вдоль волокон	поперек волокон
10	62	16
20	9,1	4,8
30	5,9	2,9
60	2,3	1,9

 

Экспериментально установлено, что удельное водопоглощение вдоль волокон в 1,2–3,8 раза выше, чем поперек, что согласуется с уже известными данными [2]. При длительном контакте с водой водопоглощение в обоих направлениях резко снижается. Следовательно, при проведении испытаний время выдержки образцов в воде целесообразно ограничить 30 минутами.

Из данных таблицы 2, в которой представлены результаты исследований изменения влажности сосновых образцов разной длины при их выдержке в воде, видно, что максимальное увеличение влажности образцов достигается при их толщине 5 мм, что связано с преимущественным впитыванием воды вдоль волокон. Увеличение длины образцов одного поперечного сечения приводит к выравниванию значений влажности в процессе их контакта с водой.

 

Таблица 2 - Изменение влажности сосны в процессе смачивания

Время смачивания, мин	Изменение влажности, %
	при длине образца, мм
	5	10	25	50	100	150	200
10	26	16	10	7	5	4	4
20	30	19	11	8	6	5	5
30	33	23	12	9	7	6	5
60	37	28	13	10	8	7	6

 

С учетом приведенных выше данных в качестве древесной подложки предложено использовать образцы длиной 5 мм, обеспечивающие максимальную чувствительность древесины к воздействию воды. При этом время смачивания не должно превышать 30 минут.

Были проведены исследования изменения влажности образцов, торцы которых были покрыты лакокрасочными материалами. В качестве отделочных материалов использовался  разработанный на кафедре универсальный грунт и водный лак «Суперкрил» фирмы «AKZO NOBEL». Эти материалы использовались для формирования многослойных покрытий. Время выдержки образцов с лакированной поверхностью в воде составляло 30 минут. Результаты исследований приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 - Изменение влажности сосны в процессе смачивания

Структура покрытия	Изменение влажности, %
	при длине образца, мм
	5	10	25	50	100	150	200
Грунт	10	8	4	4	3	3	3
Грунт + 1 слой лака	9	7	4	3	3	3	2
Грунт + 2 слоя лака	5	4	3	3	3	2	2
1 слой лака	25	-	-	-	-	-	-
2 слоя лака	22	-	-	-	-	-	-

 

Установлено, что наибольшей чувствительностью к воздействию воды также обладают образцы толщиной 5 мм. При использовании универсального грунта во всех случаях обеспечивается резкое снижение водопоглощения древесины с лакированной поверхностью. Таким образом, данный материал может быть рекомендован к применению для отделки изделий из древесины хвойных пород водными лакокрасочными материалами.

Дополнительно исследовались процессы сушки образцов при нормальных условиях. Результаты опытов показали, что независимо от структуры покрытия через 24 часа влажность образцов толщиной 5 мм  снижалась до исходной величины (12 %). При  повторном смачивании образцов характер изменения влажности не менялся, что свидетельствует о возможности многократного использования образцов при исследовании влияния различных факторов на защитные свойства покрытий.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о влиянии структуры и, соответственно,  защитных свойств покрытий на водопоглощение древесины, и возможности контроля изменения этих свойств как при формировании многослойных покрытий с разной структурой, так и при воздействии на лакированную поверхность различных атмосферных факторов. Использование данной методики позволит осуществлять оперативный количественный контроль свойств покрытий на всех этапах их жизненного цикла.

Таким образом, разработанный метод контроля влажности образцов толщиной 5 мм с нанесенным покрытием на торцовую поверхность позволяет использовать его при изучении влияния атмосферных факторов на изменение защитных свойств покрытий, как в процессе их формирования, так и при эксплуатации.  

Литература

1.      Карякина, М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. –М.: Химия. 1998. -272 с.

2.      Серговский, П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: Учебник для вузов  / П.С. Серговский, А.И. Рассев. – М.: Лесн. Пром-сть, 1987. – 360 с.

3 Дж. Приетто., Юрген Кине  Древесина. Обработка и декоративная отделка [Текст] / пер. с немецкого к.х.н. М.В. Поляковой. – М.: Пэйнт-Медиа, 2008 – 392 с.