УДК 691.11

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БОР-АЗОТНЫХ МОДИФИКАТОРОВ НА АДГЕЗИОННУЮ ПРОЧНОСТЬ СИСТЕМЫ «ЛКМ-ДРЕВЕСИНА СОСНЫ, С ДЛИТЕЛЬНЫМ СРОКОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ»

 

Котлярова И.А., Лукаш А.А., Ермачкова Н.А., Королева В.Н., Лозицкий В.А., Чистова О.С.

(Брянский государственный инженерно- технологический университет, г. Брянск, РФ)

 

Изучено влияние модификаторов на адгезионную прочность системы «лакокрасочный материал-древесина сосны, с длительным сроком эксплуатации». Установлено, что обработка модификатором увеличивает  адгезионную прочность на 20%.

The influence of modifiers on the adhesion strength of the system "coating material-pine wood, with long life". It is established that processing modifier increases the adhesion strength of 20%.

 

Ключевые слова: адгезия, поверхность, древесина, модификатор, адгезия, прочность.

Key words: adhesion, surface, wood, modifier, adhesion, strength.

 

Ежегодно в эксплуатацию вводится 40 – 45 млн. мжилья, в котором доля деревянного домостроительства не превышает 20%. При этом ежегодно устаревает около 20 млн. м2 жилья, а более 250 млн. м2 жилья требуют замены или капитальной реконструкции.

Строительство нового жилья  зачастую связано со сносом старых объектов.  Поэтому вопросы, связанные и разработкой способов утилизации и повторного использования древесных материалов от разборки зданий и сооружений представляют определенный интерес. Также актуальной  является  разработка технологий для реконструкции старинных зданий и сооружений для повышения срока их эксплуатации.  Повторное использование древесных материалов экономически целесообразна  –  повышается полезный выход продукции, снижаются издержки на утилизацию отходов, в результате чего снижается себестоимость продукции.

Для увеличения срока эксплуатации древесина обрабатывается лакокрасочными материалами (ЛКМ). Лакокрасочные покрытия для древесины  выполняют защитные и декоративные функции. Большинство ЛКМ предназначены для свежесрубленной древесины после ее сушки и механической обработки. Но в старых зданиях при большом сроке эксплуатации древесных материалов происходят некоторые изменения в химическом составе, что снижает адгезию ЛКМ к поверхности древесины. В некоторых случаях старинность и уникальность объектов не позволяет производить удаление механическим способом поверхностные слои. Для предотвращения снижения адгезии древесина перед нанесением ЛКМ должна быть предварительно обработана модификаторами. Поэтому были проведены  исследования, направленные на установления модификаторов, повышающих адгезию ЛКМ с древесиной, имеющей длительный срок эксплуатации.

Срок службы ЛКМ зависит от прочности сцепления древесины (cубстрата) с адгезивом (ЛКМ), т.е. от величины адгезии между ними [1]. Адгезия представляет собой сложное физико-химическое явление, заключающееся в возникновении связей между поверхностными слоями двух конденсированных фаз, приведенных в соприкосновение. Количественная характеристика адгезии – адгезионная прочность. Адгезионная прочность зависит от природы контактирующих фаз и условий формирования адгезионного соединения между ними. Так, наличие реакционно-способных групп на поверхности контактирующих тел и увеличение площади контакта «адгезив – субстрат» способствуют повышению прочности адгезионной системы [1]:

Pa =P1 N1S,

где Ра – усилия, необходимые для разрушения адгезионного соединения, Н;  Р1 – усилия, необходимые для разрушения единичной связи между адгезивом и субстратом, Н; N1 – число связей на единице площади контакта адгезива и субстрата, шт/м2; S – площадь фактического контакта адгезива и субстрата, м2.

Очевидно, что увеличить количество реакционно-способных групп на поверхности древесины можно путем ее химического модифицирования, в результате которого также увеличивается фактическая площадь контакта «адгезив – субстрат» за счет более полного смачивания древесины ЛКМ [2].

Ранее проведенные исследования показали, что модифицирование древесины водными растворами бор-азотных соединений приводят к увеличению адгезионной прочности в системе «ЛКМ-древесина» [3]. Полученные экспериментальные данные относились к свежесрубленной древесины сосны  после ее сушки и механической обработки. В данной работе изучено влияние поверхностного модифицирования на изменение адгезионной прочности между ЛКМ и древесиной сосны, имеющей длительный срок эксплуатации.

В качестве объектов исследования использовали образцы древесины сосны, эксплуатируемой в течение 7 лет на открытом воздухе без покраски ЛКМ и антисептирования. Образцы древесины имели серый цвет, 80-85% их поверхности покрыта грибами. Размеры образцов – 50х50х10 мм, последний вдоль волокон. Плотность образцов – 0,502 кг/м3. Плотность определяли в соответствии с ГОСТ 16483.1-84.

После механического удаления поверхностного слоя древесины (1мм), часть образцов модифицировали 50%-ным водным раствором моноэтаноламин(NB)-тригидроксибората (далее модификатор) методом кистевого нанесения, другая служила – контролем.

Модифицированные и контрольные образцы покрывали одним слоем краски ПФ-115 и высушивали в естественных условиях в течение 24 часов. Определение адгезии проводили методом отрыва, согласно ГОСТ 32299-2013, который позволяет визуально оценить характер разрушения (адгезионное, когезионное или смешенное) и в случае адгезионного разрушения определить силу отрыва ЛКМ от поверхности древесины, т.е. величину адгезионной прочности σ, МПа.

На фотографиях образцов после разрушения (рис.1) присутствуют  три типа разрушения: адгезионный – разрушение происходит по границе «ЛКМ – древесина»; когезионный – разрушение происходит по одному из контактирующих материалов (древесина или ЛКМ); смешенный – совмещение адгезионного и когезионного типов разрушения.

 

     

а                       б

Рисунок 1 – Характер разрушения образцов  после испытаний:

а – модифицированных, б – немодифицированных

 

В образцах с немодифицированной древесиной сосны преобладает смешенный тип разрушения. Для образцов модифицированной древесины сосны преобладает  когезионное разрушение. Это указывает на большую прочность сцепления ЛКМ с поверхностью образцов древесины, модифицированных водным раствором моноэтаноламин(NB)-тригидроксибората. Адгезионная прочность образцов без модификатора составляет 1,35 МПа, с модификатором 1,71 МПа.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Повторное использование древесины в строительстве целесообразно–  повышается полезный выход продукции, снижаются издержки на утилизацию отходов, в результате чего снижается себестоимость продукции.

2. При большом сроке эксплуатации древесных материалов претерпевает некоторые изменения в химическом составе, что снижает адгезию ЛКМ к поверхности древесины.

3. Для предотвращения снижения адгезии древесина перед нанесением ЛКМ должна быть предварительно обработана модификаторами.

4. Обработка поверхности древесины, имеющей длительный срок эксплуатации модификатором - 50%-ным водным раствором моноэтаноламин(NB)-тригидроксибората увеличивает на 20% адгезионную прочность.

 

Список использованный источников

1.     Ненахов С. А. Адгезия. Основные термины и определения // Клеи. Герметики. Технологии. 2007. № 4. С. 2-6.

2.     Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий.  Л.: Химия, 1989.

3.     Котенева, И. В. Увеличение адгезии акриловых покрытий к поверхности древесины / И.В. Котенева, И.А. Котлярова, В.И. Сидоров, Н.А. Ермачкова // Вестник МГСУ. 2010. № 4. Т. 1. С. 121-126.

4.     Кляченкова О.А., Степина И.В., Ермачкова Н.А., Котлярова И.А., Мясоедов Е.М. Исследование адгезии лакокрасочных покрытий к поверхности древесины, модифицированной фенилборатами // Интернет-Вестник ВолгГАСУ. Серия: Политематическая. 2015.  №2 (38) (1/5).