Физико-химические основы процессов отделки методические указания по изучению курса и выполнению контрольной работы для студентов направления подготовки 35.03.02

Вторая группа вопросов

Прирешениивтороговопросастудентуследует,согласновыбранномувариантупозаданнымкраевымугламсмачивания(табл.4)иповерхностным натяжениям различных лакокрасочных материалов (табл. 5), построить кривую зависимости косинуса краевого угла смачивания от поверхностного натяжения для определения критического поверхностногонатяженияподложки(σкр);понайденномузначениюσкр рассчитать работу адгезии по формуле (6) и сделать аналитический вывод.

Внастоящеевремяоценкуповерхностногонатяжениятвердоготела проводяткосвеннымметодом.Дляэтогоиспользуетсязависимость­ вида

cos θНТ =ƒ(σжг) (рис. 1), которая наблюдается у адгезивов с небольшой­ поверхностной энергией (менее 100 мДж/м2) при смачивании гладких поверхностей.

Врезультатеэкстраполяцииэтойлинейнойзависимостидопересечения­

спрямой, проведенной параллельно оси абсцисс при значении

cosθНТ=1(рис.1),устанавливаетсякритическоеповерхностноенатяжение σкр. Оно характеризует тот предел смачивания, ниже которого адгезивы будутрастекаться­ поповерхностисубстрата,т.е.θНТ=0,аееповерхностное натяжение­ станет критическим. Хотя в природе, возможно, и нет такой жидкости­ ,номожнопредсказатьσкр этойгипотетическойжидкости.

Всвязи с тем, что значение σкр мало зависит от свойств жидкостей, используемых для построения зависимости cos θНТ = F(σжг), а зависит

восновном­ от поверхностных свойств субстрата, величину показателя

σкр принимают за характеристику поверхности твердого тела, а не жидкой фа­зы. Оценка смачиваемости различных адгезивов проводится

спомощью уравнений:

11

σкр позволяет выбирать адгезивы, обладающие лучшей смачивающей способностью. Так, например, чем меньше σкр, тем хуже смачивается­ поверхностьсубстрата.Вслучаеравныхзначенийσжг уадгезивовкраевые углы больше на поверхности субстрата с меньшим значением σкр. Помимо этого, с помощью уравнений (1) и (2) рассчитываются краевые углы множества других жидкостей при контакте с данным субстратом или поверхностные натяжения твердых тел для низкоэнергетических поверхностей­ (σтг<100мДж/м2).Книмотносятсявсеполимерныетвердые материалы­ и органические соединения. Для высокоэнергетических поверхностей­ (σтг > 100 мДж/м2), определить σтг невозможно, так как σтг » σжг, что обусловливает полное растекание жидкости, отсутствие зависимостиcosθНТ ƒ= /(σжг)икритическихусловий.Знаниевеличины σкр позволяет рассчитывать величину работы адгезии Wa (при условии θНТ = θо) по уравнению:

В случае использования адгезивов с поверхностным натяжением, равным

работа адгезии достигает своей максимальной величины, равной

Студентурекомендуетсяпроводитьрасчетывследующейпоследовательности:

– на основе исходных данных (табл. 4 и 5) построить кривую

cos θНТ = ƒ(σжг);

– определить критическое поверхностное натяжение σкр;

– рассчитать графическим методом коэффициенты b0 и b;

– вычислить работу адгезии Wа по формуле (6);

– провести анализ полученных результатов и сделать выводы. Результаты расчетов свести в табл. 2.

12

13

14

Таблица 5

Поверхностное натяжение различных лакокрасочных материалов

Третья группа вопросов

Вопрос по третьей группе выбирается из нижеследующего перечня. Этот вопрос связан с изучением студентом кинетики отверждения лакокрасочных материалов при конвективной и терморадиационной

сушке покрытий.

Приосвещенииэтоговопросастудентунеобходимодатькраткуюхарактеристикууказанныхвысокотемпературныхлакокрасочныхэмалей,отметить их физико-химические особенности, достоинства и недостатки, области применения.Затем,пользуясьномограммами(рис.1и2,прил.1),определить время отверждения лакокрасочного материала (τ), необходимое для достижениятвердостилакокрасочногопокрытия(Η)длявсехлакокрасочныхматериалов0,3;0,4;0,5,приконвективнойилитерморадиационнойсушке.

1. Рассчитать продолжительность отверждения карбамидоалкидных лакокрасочных материалов при двух скоростях конвективного нагрева (V1 иV2),необходимуюдлядостижениятвердостипокрытияН=0,3при температуре 130 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

15

2. Рассчитать время отверждения алкидных лакокрасочных материалов при двух скоростях конвективного нагрева (V1 и V2), необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,4 при температуре 140 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

3.Определить время сушки алкидно-стирольных лакокрасочных материалов при двух скоростях конвективного нагрева (V1 и V2), необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,3 при температуре 140 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

4.Определитьвремясушкипентафталевыхлакокрасочныхматериа-

лов при двух скоростях конвективного нагрева (V1 и V2), необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,4 при температуре 120 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

5.Определить время сушки алкидно-акриловых лакокрасочных ма-

териаловпридвухскоростяхконвективногонагрева(V1 и V2),необходимоедлядостижениятвердостипокрытияН=0,3притемпературе135оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

6.Определитьвремясушкиглифталевыхлакокрасочныхматериалов

при двух скоростях конвективного нагрева (V1 и V2), необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,3 при температуре 125 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

7.Определить время сушки меламиноалкидных лакокрасочных ма-

териаловпридвухскоростяхконвективногонагрева(V1 и V2),необходимоедлядостижениятвердостипокрытияН=0,4притемпературе135оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

8.Определить время сушки алкидно-уретановых лакокрасочных

материалов при двух скоростях конвективного нагрева (V1 и V2), необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,4 при температуре 150 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

9.Определитьвремясушкиполиуретановыхлакокрасочныхматери-

алов при двух скоростях конвективного нагрева (V1 и V2), необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,4 при температуре 135 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

10.Определить время сушки покрытия при скорости конвективного

нагрева(V1)дляполиуретановыхиприскоростиконвективногонагрева (V2) для глифталевых лакокрасочных материалов, необходимое для достижениятвердостипокрытияН=0,3притемпературе150оС.Провести анализ и сделать аналитический вывод.

11.Определить время сушки покрытия при скорости конвективного

нагрева (V1) для алкидно-стирольных и при скорости конвективного нагрева(V2)дляпентафталевыхлакокрасочныхматериалов,необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,4 при температуре 130 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

16

12.Определить время сушки покрытия при скорости конвективного

нагрева(V1)дляполиуретановыхиприскоростиконвективногонагрева (V2) для меламиноалкидных лакокрасочных материалов, необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,4 при температуре 140 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

13.Определить время сушки покрытия при скорости конвективного

нагрева (V1) для алкидно-стирольных и при скорости конвективного нагрева (V2) для алкидно-уретановых лакокрасочных материалов, необходимоедлядостижениятвердостипокрытияН=0,3притемпературе 150 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

14.Определить время сушки покрытия при скорости конвективного

нагрева (V1) для алкидно-стирольных и при скорости конвективного нагрева (V2) для меламиноалкидных лакокрасочных материалов, необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,3 при температуре 140 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

15.Определить время сушки покрытия при скорости конвективного

нагрева (V1) для полиэфирных и при скорости конвективного нагрева (V2) для полиуретановых лакокрасочных материалов, необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,4 при температуре 145 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

16.Определить время сушки покрытия при скорости конвективного

нагрева(V1)длякарбамидоалкидныхиприскоростиконвективногонагрева(V2)дляполиуретановыхлакокрасочныхматериалов,необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,3 при температуре 135 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

17.Определитьвремятерморадиационнойсушкикарбамидоалкидных

иполиэфирных лакокрасочных материалов, необходимое для достижениятвердостипокрытияН=0,5притемпературе140оС.Провестианализ

исделать аналитический вывод.

18.Определить время терморадиационной сушки пентафталевых

иполиуретановых лакокрасочных материалов, необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,30 при температуре 135 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

19.Определить время терморадиационной сушки полиэфирных

иполиуретановых лакокрасочных материалов, необходимое для достижения твердости покрытия Н=0,40 при температуре 145 оС. Провести анализ и сделать аналитический вывод.

20.Определитьвремятерморадиационнойсушкиглифталевыхипо-

лиуретановыхлакокрасочныхматериалов,необходимоедлядостижения твердостипокрытияН=0,40притемпературе135оС.Провестианализи сделать аналитический вывод.

17

21.Определитьвремятерморадиационнойсушкиглифталевыхипо-

лиэфирных лакокрасочных материалов, необходимое для достижения твердостипокрытияН=0,45притемпературе145оС.Провестианализи сделать аналитический вывод.

22.Определить время терморадиационной сушки полиэфирных

имеламиноалкидных лакокрасочных материалов, необходимое для достижениятвердостипокрытияН=0,50притемпературе140оС.Провести

анализ и сделать аналитический вывод.

Рекомендуемая литература

1.Перелыгин, Л.М. Древесиноведение / Л. М. Перелыгин, Б. Н. Углов. –

М.: Лесн. пром-сть, 1971. – 288 с.

2.Никитин, В.М. Химия­ древесины и целлюлозы / В. М. Никитин, А.В. Оболенская, В.П. Щеголев. – М.: Лесн. пром-сть, 1978. – 368 с.

3.Справочное руководство по древесине. Лаборатория­ лесных ресурсов США. – М.: Лесн. пром-сть,1978. – 544 с.

4.Темкина,Р.З.Синтетическиеклеивдеревообработке/Р.З.Темки-

на. – М.: Лесн. пром-сть, 1970. – 288 с.

5.Доронин,Ю.Г.Синтетическиесмолывдеревообработке­ /Ю.Г.Доронии [и др.]. – М.: Лесн. пром-сть, 1979. – 208 с.

6.Рыбин, Б.М. Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов / Б. М. Рыбин. – М.:

МГУЛ, 2003. – 568 с.

7.Онегин, В.И. Защитно-декоративное покрытие древесных матери- алов.Оборудованиеитехнология/В.И.Онегин[идр.].–СПб.:Профикс, 2006. – 176 с.

8.Онегин, В.И. Формирование лакокрасочных покрытий древесины /

В. И. Онегин. – Л.: ЛГУ, 1983. – 148 с.

9.Жуков, Е.В. Технология защитно-декоративных покрытий древе- синыидревесныхматериалов­ /Е.В.Жуков,В.И.Онегин.–М.:Эколо-

гия, 1993. – 304 с.

10.Прудников,П.Г.Справочникпоотделкемебели/П.Г.Прудников

[и др.]. – Киев: Техника, 1982. – 255 с.

11.Брок, Т. Руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям / Т. Брок, М. Гротеклаус, П. Мишке. – М.: Пэйнт-Медиа, 2004. –549 с.

12.Москвитин, Н. К. Физико-химические основы процессов­ склеи- ванияиприлипания/Н.К.Москвитин.–М.:Лесн.пром-сть,1974.–192с.

13.Лыков, А.В. Тепломассообмен: справочник / А. В. Лыков. –

М.: Энергия, 1971. 560 с.

14.Лыков,А.В.Тепло-имассообменвпроцессахсушки/А.В.Лыков.– М.:-Л.: Госэнергоиздат, 1956.

15.Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической тех-

нологии / А. Г. Касаткин. – М.: Химия, 1971. – 784 с.

18

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

t, ˚C

150

100

50

0

Рис. 1. Номограмма кинетики отверждения лакокрасочных материалов при терморадиационной сушке:

1 – полиуретановые ЛКМ; 2 – карбамидоалкидные ЛКМ; 3 – полиэфирные ЛКМ; 4 – алкидные ЛКМ

Рис. 2. Номограмма кинетики отверждения лакокрасочных материалов при конвективной сушке

19

Приложение 2

Форма титульного листа контрольной работы

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова»

Кафедра технологии и оборудования деревообрабатывающих производств

Контрольная работа

«Физико-химические основы процессов отделки»

20