ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ВЛАГОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ХВОЙНЫХ ПОРОД ПОД ЛАКОКРАСОЧНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Мелешко А.В., Скрипальщиков А. И. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
The basic aspects of distribution of polar liquids under a polymeric covering on the basis of various types of paint and varnish coverings are considered.
На сегодняшний день одним из наиболее перспективных путей рационального использования древесины из малоценных пород является отделка ее поверхности лакокрасочными материалами (ЛКМ), обеспечивающими возможность применения изделий из древесины, в том числе и в атмосферных условиях. Для направленного улучшения защитных свойств лакокрасочного покрытия (ЛКП), сформированного на поверхности древесной подложки, необходимо изучение процессов влагораспределения под полимерной пленкой. В процессе эксплуатации лакированных изделий из древесины может произойти нарушение целостности полимерной пленки, в результате чего вода проникает под покрытие. Это, в свою очередь, может привести к сорбции воды поверхностными слоями древесины, что вызывает их набухание и снижает защитные свойства.
Исследованиями Хрулева В.М. и Карякиной М.И. установлено, что одним из главных факторов, оказывающих влияние на срок службы покрытия, является влага, которая сводит к минимуму их защитные свойства [1,2]. При этом отмечается, что не все пленкообразующие компоненты лаков имеют одинаковые защитные свойства и способность образовывать водостойкие и паропроницаемые покрытия.
Справедливо заметить, что сорбция водяных паров поверхностью подложки происходит и без нарушения целостности пленки ввиду проницаемости самого ЛКП. Эти изменения продолжаются до насыщения подложкой предела гигроскопичности (около 30%). После чего происходит обратный процесс при сушке изделия, древесина медленно отдает влагу, тем самым уменьшая свои размеры до тех пор, пока не достигнет равновесной влажности.
Сорбция воды в месте разрыва пленки происходит более интенсивно и не ограничивается пределом насыщения волокон. Прошедшая вода не локализируется в месте дефекта, а распределяется под поверхностью покрытия.
Целью исследований является изучение процессов взаимодействия воды с лакированной поверхностью древесины хвойных пород для совершенствования процессов отделки и увеличения срока службы покрытий.
Для проведения исследований была использована древесина сосны и лиственницы. Эксперименты проводились в лабораторных условиях. Для изучения проницаемости были выбраны лакокрасочные материалы на основе различных пленкообразователей: на основе нитроцеллюлозы – НЦ-218 и на основе акриловых сополимеров - Tikkurila Panneeli Assa Titan. Panneeli Assa Titan – акрилатный лак для поверхностей, эксплуатируемых внутри помещений, содержащий компонент от УФ-излучения. Данный ЛКМ широко применяется для отделки панельных стен, дверей, потолков, бревенчатых поверхностей. Нанесение осуществлялось в два слоя. Шлифование и нанесение второго слоя лака проводили согласно техническим рекомендациям производителя через 2 часа. Сушка происходила при температуре (20±2 °С), и относительной влажности 50%.
В качестве водного состава нами было принято решения использовать 2,5% окрашенный раствор антисептика на водной основе ХМ-11. Данное решение обусловлено необходимостью более четкого представления механизма влагораспределения. Для сравнения механизма распределения воды под поверхностью полимерной пленки использовались парные образцы радиального среза, изготовленные из одного участка древесины, где один образец был лакирован, другой нет.
На нелакированном участке поверхности всех образцов с помощью термоклеевого силиконового пистолета была сформирована площадка с гидроизоляционным барьером для подачи тестовой жидкости.
На первом этапе эксперимента были использованы парные образцы из спелой древесины лиственницы, один из образцов лакирован Tikkurila Panneeli Assa Titan. Характер распределения раствора представлен на рисунке 1.
а) б)
Рисунок 1 – Характер распределения полярной жидкости ХМ-11 на древесине лиственницы (а - лакированная древесина, б – нелакированная древесина)
На рисунке 1 видно, что раствор практически не прошел за границы гидроизоляционного барьера в направлении поперек волокон, а в направлении вдоль волокон полярная жидкость распространяется не более 10 мм. Это объясняется тем, что спелая древесина лиственницы малопроницаема.
На втором этапе эксперимента были использованы образцы из спелой древесины сосны, один из образцов лакирован НЦ-218. Характер распределения раствора представлен на рисунке 2.
а) б)
Рисунок 2 – Характер распределения полярной жидкости ХМ-11 на древесине сосны (а - лакированная древесина НЦ-218, б - нелакированная)
а) б)
Рисунок 3 – Характер распределения полярной жидкости ХМ-11 на древесине сосны (а - древесина лакированная, б - нелакированная).
На рисунке 2 видно, что раствор практически не прошел за границы гидроизоляционного барьера в направлении поперек волокон, а в направлении вдоль волокон полярная жидкость распространилась на расстояние до 67 мм. При этом расстояние проникновения жидкости под ЛКП, при одинаковом количестве раствора на обоих образцах, больше на 19 мм.
На третьем этапе эксперимента были использованы парные образцы из спелой древесины сосны, один из образцов лакирован Tikkurila Panneeli Assa Titan. Характер распределения раствора представлен на рисунке 3.
На рисунке 3 видно, что раствор значительно прошел за границы гидроизоляционного барьера на обоих образцах, и расстояние проникновения под ЛКП при одинаковом количестве раствора больше в 1,5-2 раза.
На четвертом этапе эксперимента был изготовлен образец из спелой древесины сосны, на поверхности которого с помощью термоклеевого силиконового пистолета была сформирована площадка с гидроизоляционным барьером для подачи тестовой жидкости для сравнения механизма распределения воды под поверхностью полимерной пленки в зависимости от типа пленкообразователя. Образец был условно разделен на участки, на которые поочередно были нанесены покрытия шириной 10 мм на расстоянии друг от друга 10 мм. С одной стороны образец покрывался лаком Tikkurila Panneeli Assa Titan, с другой НЦ-218.
Характер распределения раствора представлен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Характер распределения полярной жидкости ХМ-11 на древесине сосны, с участками лакированной древесины (с левой стороны лак Tikkurila Panneeli Assa Titan, с правой НЦ-218).
Из рисунка 4 видно, что раствор прошел за границы гидроизоляционного барьера, а расстояния проникновения под ЛКП, при одинаковом количестве раствора, близки по своим значениям. Тем самым можно сделать вывод о том, что интенсивность влагопереноса незначительно зависит от типа пленкообразователя, а в большей степени на эту величину влияет проницаемость сформированного покрытия. При достаточно высокой проницаемости полимерной пленки через ЛКП происходит десорбции влаги с поверхности подложки-древесины, что снижается концентрация водяных паров под покрытием. Это объясняется тем, что поверхность нелакированной древесины испаряет часть свободной влаги с поверхности образца, тем самым уменьшая концентрацию воды в системе капилляров.
Таким образом, проведенные исследования показали, что в общем проницаемость древесины минимальная как для лакированной поверхности древесины так и для нелакированных поверхности.
Полученные данные свидетельствуют о том, что влага, которая проникает под поверхность полимерного покрытия, движется преимущественно в направлении вдоль волокон.
При лакировании влагоперенос в поверхностном слое резко снижается, т.к. при нанесении ЛКМ, он в силу своей тонкодисперсной структуры, заполняет верхние слои древесины, что препятствует процессу поглощения влаги поверхностными слоями подложки. Перенос влаги осуществляется не только в приграничном слое древесина-полимер, но и в более глубоких слоях древесины.
Для нелакированной древесины сосны процесс переноса полярной жидкости идет равномерно по годичному слою поверхности подложки. При лакировании поверхности древесины процесс массопереноса воды идет преимущественно по поздней древесине годичного слоя с последующим перемещением влаги от более плотной поздней древесины к менее плотной ранней древесине (рисунок 4). Следовательно, на интенсивность процесса влагопереноса в месте нарушения целостности пленки оказывает такой фактор, как соотношения ранней и поздней древесины. И чем больше содержание поздней древесины на единицу площади, тем выше интенсивность влагопереноса вдоль волокон. Увеличение данного процесса идет от сердцевины к заболони у испытуемого образца.
В конечном итоге вопрос влагопереноса под лакированной поверхностью древесины остается актуальным, а принципиально разный характер влагопереноса под ЛКП дает предпосылки для дальнейших исследований этого вопроса.
Литература
1. Хрулев, В.М. Обработка древесины полимерами В.М. Хрулев, Р.И. Рыков. – Улан-Удэ; Бурят. КН. Изд-во, 1984.-144с.
2. Карякина, М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий [Текст] / М.И. Карякина–М.: Химия. 1998. - 272 с.