Влияние смолистых веществ на лакокрасочные покрытия древесины

Древесина хвойных пород, как правило, содержит смолу, которая либо выступает на поверхность, либо находится в непосредственной близости к ней. Эта особенность древесины хвойных пород затрудняет ее отделку лакокрасочными материалами (ЛКМ) и может испортить защитно-декоративное покрытие (ЗДП).

Смоляные ходы присущи только хвойным породам (рис. 1). Они представляют собой наполненные смолой каналы, пронизывающие древесину сосны, кедра, лиственницы, ели (у пихты, тиса, можжевельника их нет). Также есть отдельные смоляные клетки, без общей системы.

Share

Рис. 1. Схема микроскопического строения древесины сосны: 1 — годичный слой; 2 — сердцевинные лучи; 3 — вертикальный смоляной ход; 4 — ранние трахеиды; 5 — поздняя трахеида; 6 — окаймленная пора; 7 — лучевая трахеида; 8 — многорядный луч с горизонтальным смоляным ходом

Рис. 2. Расположение смоляных ходов в образце древесины тангенциального раскроя

Share

Невооруженным глазом можно обнаружить только вертикальные смоляные ходы, а связанные с ними горизонтальные ходы видны только под микроскопом. Смоляные ходы заметны на поперечном разрезе в поздней зоне древесины годичного слоя в виде белых точек (у сосны и кедра здесь сосредоточено около 2/3 общего их количества), на радиальном и тангенциальном разрезах — в виде темноватых продольных черточек и линий (рис. 2) [1]. Наиболее крупные смоляные ходы у кедра, их диаметр в среднем 0,14 мм, у сосны — 0,1 мм, у ели — 0,09 мм, у лиственницы — 0,08 мм. Длина ходов колеблется в пределах 10–80 см. Смоляные ходы занимают от 0,2% (ель, лиственница) до 1% (кедр, сосна) общего объема ствола [2].

Рис. 3. Общепринятая схема покрытия: 1 — древесина; 2 — окрашивающий состав (по мере необходимости); 3 — покрывной слой лака (лак нитроцеллюлозный, полиэфирный, полиуретановый, мочевиноалкидный кислотного отверждения); 4 — смола (смоляные ходы)

При общепринятой схеме покрытия (рис. 3) удаление смолы с поверхности древесины достигается обессмоливанием, далее наносится грунтовочный состав, а на него наносится ЗДП.

При этом возможны два способа обессмоливания:

• Способ 1. Растворение смолы на поверхности растворяющими составами: ацетоном, спиртом, бензолом, четыреххлорным углеродом и т.д. Недостатки способа: все эти вещества огнеопасны и токсичны.
• Способ 2. Смывание смолы с поверхности омыляющими составами: углекислым натрием (Na₂CO₃, 5–6% раствор), углекислым калием (K₂CO₃, 5–6% раствор), едким натрием (NaOH, 4–5% раствор). Недостатки способа: под воздействием щелочи древесина темнеет.

Общий недостаток: кратковременный эффект устранения смолы с поверхности.

Рис. 4. Предлагаемая схема покрытия: 1 — древесина; 2 — слой изолирующего грунта (Изолирующий грунт Г3016 (HERBERTS), ПУ Изолирующий силер 91675-03209 (AKZO NOBEL), ОКСОЛАККА (ТИККУРИЛА)); 3 — окрашивающий состав (по мере необходимости); 4 — покрывной слой лака (лак нитроцеллюлозный, полиэфирный, полиуретановый, мочевиноалкидный кислотного отверждения); 5 — смола (смоляные ходы)

Предлагаемая схема покрытия (рис. 4) отличается от общепринятой тем, что вместо обычного грунтовочного состава наносится изолирующий грунт, который изолирует смолу внутри древесины, не давая ей выходить наружу. За счет этого удается значительно повысить качество ЗДП. Результаты научно-исследовательской работы приведены ниже.

В ходе проведения научно-исследовательской работы возникло и укрепилось положение, что бороться нужно не со следствием, каким является выход смолы на поверхность древесины, а с причиной этого явления. Поэтому целью дальнейшего изучения стали факторы, препятствующие выходу смолы на поверхность древесины и лишающие ее такого физического свойства как текучесть. Основные результаты и выводы по научно-исследовательской работе приведены ниже.

Лесопиление

Смола выступает на поверхность доски при распиловке параллельно оси ствола, т.к. перерезаются годичные слои и, следовательно, — поздняя зона годичного кольца, где в основном и находятся смоляные ходы (рис. 5, 6, 7).

Share

Рис. 5. а) Части растущего дерева: 1 — корни; 2 — ствол; 3 — крона; б) Схема формирования ствола

Рис. 6. Основные части ствола и его главные разрезы: П — поперечный; Р — радиальный; Т — тангенциальный

Share

Рис. 7. Расположение смоляных ходов в образце древесины:
а — тангенциального раскроя; б — радиального раскроя

Поэтому считаем, что распиловку бревен следует вести параллельно образующей (рис. 8), и не брать для производства мебели и некоторых столярно-строительных изделий фаутную часть ствола сосны и кедра.

Рис. 8. Распиловка бревна:
а — параллельно оси; б — параллельно образующей

Гидротермическая обработка

Вариант 1 предполагает температурную обработку в конце сушки t = 200–300°C. Для «выпаривания» смолы и испарения ее жидкой части — живицы (в основном скипидара) с поверхности. При этом твердый остаток — канифоль утратит текучесть.

Вариант 2 предполагает:

1. впрыск водяной аэрозоли с веществом, выступающим в роли порозаполнителя, в сушильную камеру и осаждения на поверхности обрабатываемых досок этого раствора;
2. диффузию вещества во внутрь древесины (на глубину 3–5 мм, учитывая последующую механическую обработку), плюс подсушка поверхности пиломатериалов.

Вариант 3 предусматривает погружение пиломатериалов в емкость с водным раствором этого вещества и выдержку (для пропитки на 3–5 мм).

Поэтому необходимо сушить пиломатериалы по мягким режимам (при t_с — не более 50°C), и проводить специальную начальную и конечную влаготермообработку.

Поскольку живица — это жидкость только с большой вязкостью, предположительно можно использовать все аналитические выражения, связанные с влажностью древесины, и таким образом создать математическую модель доски с зонами смолистости. Таким образом, математическое моделирование поможет повысить качество отделки древесины.

Библиографический список

1. Иванов М.А. Смолистые вещества древесины и целлюлозы [Текст] / М.А. Иванов. — М.: Лесная промышленность, 1968. 349 с.
2. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: Учебник для лесотехнических вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп: — М.: МГУЛ, 2002. 340 c.

Сергеев В.В. (УГЛТУ, Екатеринбург, РФ). По материалам доклада на VI Международном Евразийском симпозиуме «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века», Екатеринбург, РФ, 2011 г.