Свойства древесины, учитываемые при формировании защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов

УДК

684.59

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2015.6.116

Аннотация

Выпуск качественных изделий из древесины во многом определяется формированием защитно-декоративных покрытий, которое в настоящее время осуществляется преимущественно нанесением различных видов лакокрасочных материалов. Роль и значение лакокрасочных покрытий особенно возросло в первой половине ХХ в. в связи с развитием промышленных способов производства изделий из древесины. Научно-технические основы технологии защитно-декоративных покрытий стали закладываться в нашей стране только в начале 30-х годов прошлого столетия, когда при индустриализации страны стали широко применяться при отделке нитроцеллюлозные лаки и пневматический метод распыления лакокрасочных материалов. Еще более значительные изменения технологии отделки произошли в конце 50-х – начале 60-х гг., вызванные развитием химии полимеров. Появление полиэфирных, полиуретановых, карбамидоформальдегидных и других синтетических пленкообразователей позволило получать принципиально новые лакокрасочные системы: порошковые и вододисперсионные. Внедрение их в практику отделки древесины сдерживается вследствие невысокого блеска покрытия, а также в связи с необходимостью плавления порошков при температуре выше 200 °С. Воздействие таких температур вызывает разложение древесины, поэтому необходимо искать пути снижения температуры плавления порошков, что позволит применять их в качестве защитно-декоративных покрытий на таких материала, как древесностружечные плиты, МДФ, фанера, а также на деревянных деталях сельскохозяйственных машин, вагонов, судов, автомобилей. В статье, посвященной обзору свойств лакокрасочных покрытий, систематизированы применительно к особенностям древесины научные представления по физико-химико-механическим процессам, которые в значительной степени способствуют формированию высококачественных защитно-декоративных покрытий. При этом исходили из того, что природа покрываемой поверхности влияет на качество покрытий больше, чем другие свойства лакокрасочного покрытия. Древесина – биологически нестойкий материал. Поскольку изучение строения и свойств древесины и древесных материалов является предметом специальных исследований, напомним лишь о тех особенностях, которые оказывают непосредственное влияние на результаты отдельных операций. Такими особенностями являются: капиллярно-пористое строение с резко выраженной анизотропией строения и свойств не только вдоль и поперек ствола дерева, но и в двух поперечных (тангентальном и радиальном) направлениях; способность сохнуть, увлажняться и ограниченно набухать подобно другим коллоидным телам; сложный химический состав, твердость, поверхностная энергия, цвет, текстура, фактура, блеск древесины. Дан анализ свойств древесины, которые необходимо знать при подготовке поверхности под отделку,
учитывая специфические физико-химические свойства лакокрасочных материалов. Раскрыт механизм физических явлений, объединяющих способность воспринимать истинный цвет и текстуру древесины при нанесении на подложку прозрачных жидких материалов и пленок. 

Сведения об авторах

© В.И. Онегин, д-р техн. наук, проф.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, Институтский пер., 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; e-mail: onegin.ltu@mail.ru

Ключевые слова

древесина, подложка, анизотропия, строение, капилляры, поры, сердцевинные лучи, ворс, поглощение, отражение, смачивание, лакирование, цвет, блеск, текстура, преломление

Литература

1. Буглай Б.М. Технология отделки древесины. М.: Госбумиздат, 1962. 349 с.

2. Жуков Е.В., Онегин В.И. Технология защитно-декоративных покрытий древесных материалов. М.: Экология, 1993. 304 с.

3. Онегин В.И., Егоров В.А. Определение адгезионного натяжения полиэфирного лака на подложке из полиметилметакрилата// Лесн. журн. 1979. № 1. С. 56–58. (Изв. высш. учеб. заведений).

4. Онегин В.И., Егоров В.А. Определение показателя преломления полиэфирного лака по мольной рефракции// Лесн. журн. 1982. № 1. С. 102–103. (Изв. высш. учеб. заведений).

5. Онегин В.И., Егоров В.А., Каримов В.С. Математическое описание процесса нанесения жидкого слоя лакокрасочного материала на движущуюся подложку// Лесн. журн. 1987. № 4. С. 130–132. (Изв. высш. учебных заведений).

6. Онегин В.И., Каратаев С.Г., Сосна Л.М. Моделирование и идентификация классифицирующих показателей свойств древесины тропических пород// Изв. СПбЛТА. 1995. Вып. 3(161). С. 168–169.

7. Онегин В.И., Кузнецова Е.Г. Исследование строения хвойной древесины и его влияния на физико-механические и акустические свойства древесных веществ// Изв. СПбЛТУ. 2012. Вып. 199. С. 190–200.

8. Онегин В.И., Паянский-Гвоздев В.М., Сосна Л.М. Экспертные задачи принятия решений в технологии деревообработки// Лесн. журн. 1994. № 3. С. 33–40. (Изв. высш. учеб. заведений).

9. Рыбин Б.М. Оценка блеска прозрачных лаковых покрытий//Лесн. журн. 1990. № 6. С. 89 – 95. (Изв. высш. учеб. заведений).

10. Рыбин Б.М. Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов. М.: МГУЛ, 2003. 568 с.

11. Рыбин Б.М., Завражнова И.А. К вопросу оценки качества внешнего вида поверхностей защитно-декоративных покрытий на изделиях мебели // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2010. № 1. С. 127–131.

12. Рыбин Б.М., Завражнова И.А. К вопросу нормативных показателей блеска защитно-декоратив-ных покрытий на деревянных подложках// Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2011. № 3. С. 122–125.

13. Рыбин Б.М., Завражнова И.А., Пищук И.И. Влияние микрогеометрии контролируемой поверхности покрытия на показатели блескомеров// Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2012. № 5. С. 72–75.

14. Рыбин Б.М., Кириллов Д.В. Оценка фактического объема полостей неровностей на обработанной поверхности древесины // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2014. № 5. С. 131–137.

Поступила 19.12.14

Ссылка на английскую версию:

Important Wood Properties for Formation of Protective and Decorative Coatingsof Wood and Forest Products

UDC 684.59

Important Wood Properties for Formation of Protective and Decorative Coatings

of Wood and Forest Products

V.I. Onegin, Doctor of Engineering Sciences, Professor

Saint Petersburg State Forest Technical University, Institutskiy per., 5, Saint Petersburg, 194021, Russian Federation; e-mail: onegin.ltu@mail.ru

Production of high-quality wood products is largely determined by the formation of protective and decorative coatings, which currently is carried out mainly by applying of different types of paint and varnish materials. The role and importance of the lacquer coatings particularly increased in the first half of the 20th century in connection with the development of industrial processes of production of wood products. Scientific and technical fundamentals of protective and decorative coatings had been built in our country only in the early 30-ies of the last century in the period of industrialization, when the nitrocellulose lacquers and pneumatic spraying method of paints and varnishes were widely used in the decoration. More significant changes in the finishing technology occurred in the late 50's – early 60's due to the great success of the polymer chemistry development. The emergence of polyester, polyurethane, urea-formaldehyde and other synthetic binders allowed obtaining fundamentally new powder and water-dispersible paint systems. Their low level of gloss coating and the necessity of melting of powders at temperature above 200 °C restrain the introduction of those materials in practice of wood finishing. The temperature impact on the wood causes its mineralization. Hence, it’s necessary to seek ways to reduce the melting temperature of powders, which will use them to form the protective and decorative coatings on materials, such as particle boards, MDF, plywood, as well as on the wooden parts of agricultural machines, wagons, ships and cars. The paper is devoted to the review of the lacquer coatings. The scientific notations about the physical, chemical and mechanical processes that significantly contribute to the formation of high-quality protective and decorative coatings are systematized in relation to the wood characteristics. The nature of the coating surface affects the coating quality more than any another property of the lacquer coating. Wood is biologically unstable material. The study of the structure and properties of wood and wood-based materials is the subject of the special investigations, focused on the characteristics that have a direct impact on the results of individual operations. The features are: a capillary-porous structure with a strongly pronounced anisotropy of the structure and properties along, crosswise the tree trunk and in tangential and radial directions; the ability to dry and moisturize and limited swelling like other colloidal solids; a complex chemical composition, hardness of wood, surface energy, color, texture, glaze of wood. The paper presents the analysis of wood properties, which necessary to be considered at preparing a surface for finishing,
with regard to the specific physical and chemical properties of paints and varnishes.
The mechanism of physical phenomena involving the ability to perceive a true color and wood texture at applying the transparent liquid materials and films on a substrate is developed.

Keywords: wood, substrate, anisotropy, structure, capillaries, pores, medullary rays, nap, absorption, reflection, moistening, lacquering, color, gloss, texture, refraction.

REFERENCES

1. Buglay B.M. Tekhnologiya otdelki drevesiny [Wood Finishing Technology]. Moscow, 1962. 349 p.

2. Zhukov E.V., Onegin V.I. Tekhnologiya zashchitno-dekorativnykh pokrytiy drevesnykh materialov [Technology of Protective and Decorative Coatings of Wood Materials]. Moscow, 1993. 304 p.

3. Onegin V.I., Egorov V.A. Opredelenie adgezionnogo natyazheniya poliefirnogo laka na podlozhke iz polimetilmetakrilata [Determination of Adhesion Tension of Polyester Lacquer on a Polymethylmethacrylate Substrate]. Lesnoy zhurnal, 1979, no. 1, pp. 56 – 58.

4. Onegin V.I., Egorov V.A. Opredelenie pokazatelya prelomleniya poliefirnogo laka po mol'noy refraktsii [Determination of the Refractive Index of Polyester Lacquer on the Molar Refraction]. Lesnoy zhurnal, 1982, no. 1, pp. 102–103.

5. Onegin V.I., Egorov V.A., Karimov V.S. Matematicheskoe opisanie protsessa naneseniya zhidkogo sloya lakokrasochnogo materiala na dvizhushchuyusya podlozhku [The Mathematical Description of the Applying Process of a Liquid Layer of Paintwork Material onto a Moving Substrate]. Lesnoy zhurnal, 1987, no. 4, pp. 130–132.

6. Onegin V.I., Karataev S.G., Sosna L.M. Modelirovanie i identifikatsiya klassifitsiruyushchikh pokazateley svoystv drevesiny tropicheskikh porod [Modeling and Identification of Classifying Performance Properties of Tropical Wood]. Izvestia SPbLTA, 1995, no. 3 (161), pp. 168–169.

7. Onegin V.I., Kuznetsova E.G. Issledovanie stroeniya khvoynoy drevesiny i ego vliyaniya na fiziko-mekhanicheskie i akusticheskie svoystva drevesnykh veshchestv [Investigation of the Soft Wood Structure and Its Impact on the Physical, Mechanical and Acoustic Properties of Wood Materials]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo lesotekhnicheskogo universiteta, 2012, no. 199, pp. 190–200.

8. Onegin V.I., Payanskiy-Gvozdev V.M., Sosna L.M. Ekspertnye zadachi prinyatiya resheniy v tekhnologii derevoobrabotki [Expert Problem of Decision Making in the Wood Technology]. Lesnoy zhurnal, 1994, no. 3, pp. 33–40.

9. Rybin B.M. Otsenka bleska prozrachnykh lakovykh pokrytiy [Evaluation of Clear Lacquers Gloss]. Lesnoy zhurnal, 1990, no. 6, pp. 89–95.

10. Rybin B.M. Tekhnologiya i oborudovanie zashchitno-dekorativnykh pokrytiy drevesiny i drevesnykh materialov [Technology and Equipment for Protective and Decorative Coatings and Wood Materials]. Moscow, 2003. 568 p.

11. Rybin B.M., Zavrazhnova I.A. K voprosu otsenki kachestva vneshnego vida poverkhnostey zashchitno-dekorativnykh pokrytiy na izdeliyakh mebeli [On the Issue of the Quality Evaluation of the Surface Appearance of Protective and Decorative Coatings on the Pieces of Furniture]. Vestnik MGUL «Lesnoy vestnik» [Moscow State Forest University Bulletin – Lesnoy Vestnik], 2010, no. 1, pp. 127–131.

12. Rybin B.M., Zavrazhnova I.A. K voprosu normativnykh pokazateley bleska zashchitno-dekorativnykh pokrytiy na derevyannykh podlozhkakh [On the Issue of Normative Gloss Parameters of Protective and Decorative Coatings on the Wooden Substrates]. Vestnik MGUL «Lesnoy vestnik» [Moscow State Forest University Bulletin – Lesnoy Vestnik], 2011, no. 3, pp. 122–125.

13. Rybin B.M., Zavrazhnova I.A., Pishchik I.I. Vliyanie mikrogeometrii kontroliruemoy poverkhnosti pokrytiya na pokazateli bleskomerov [The Influence of a Controlled Surface Coating Microgeometry on the Gloss Meter Indexes]. Vestnik MGUL «Lesnoy vestnik» [Moscow State Forest University Bulletin – Lesnoy Vestnik], 2012, no. 5, pp. 72–75.

14. Rybin B.M., Kirillov D.V. Otsenka fakticheskogo ob"ema polostey nerovnostey na obrabotannoy poverkhnosti drevesiny [Assessment of the Actual Volume of the Irregularity Cavities on a Treated Wood Surface]. Vestnik MGUL «Lesnoy vestnik» [Moscow State Forest University Bulletin – Lesnoy Vestnik], 2014, no. 5, pp. 131–137.

Received on December 19, 2014