книги из ГПНТБ / Буглай Б.М. Технология отделки древесины учебник

искусственных копалов. Делались также попытки использовать фенолформальдегидные смолы для отделки древесины в виде про­ питанных смолой бумажных пленок, в шпаклевках, грунтах и т. д.

Однако все покрытия на основе фенолформальдегидиых смол — несветостойкн. На свету они приобретают буро-красиую окраску и в настоящее время сохранили свое значение в деревообработке лишь как клеевые материалы.

Несравнимо большее распространение получили мочевино- и меламино-формальдегидные, полиэфирные, полиуретановые и неко­ торые другие синтетические смолы.

Отделочные материалы на основе мочевино- меламино-формальдегидных смол

Продукты конденсации мочевины или меламина с формальдеги­ дом, или мочевино-формальдегидные и меламино-формальдегидные смолы, в настоящее время широко применяют для склеивания древесины.

Большинство марок клеевых мочевино-формальдегидных смол выпускается в виде 45—70%-ных водных растворов, реже в виде порошка, растворимого перед употреблением в воде1 , и представ­ ляют собой начальные продукты конденсации. При добавлении к ним кислых катализаторов в результате продолжения реакции поликонденсации происходит отверждение смол, т. е. образование пространственной сетчатой структуры молекул. Процесс поликон­ денсации может быть сильно форсирован нагревом. Смолы (до от­ верждения) легко окраші-шаются водорастворимыми красителями.

Сходны с мочевино-формальдегидными, но превосходят их по прочности склеивания, тепло- и водостойкости меламино-формаль­ дегидные смолы.

Меламино-формальдегидные смолы отличаются большей реак­ ционной способностью по сравнению с мочевинными. При нагрева­ нии такие смолы могут отверждаться и без добавки катализаторов. Меламино-формальдегидные смолы дороже мочевино-формальде­ гидных, поэтому используют их, когда требуются повышенная прочность склеивания, водостойкость, термическая и химическая стойкость соединений. Чаще всего применяют смеси мочевино- и меламино-формальдегидных смол. Замена примерно 50% моче- вино-формальдегидной смолы меламино-формальдегидной почти вдвое улучшает водостойкость соединений.

Клеевые мочевино- и меламино-формальдегидные смолы в чис­

1 Состав и способы получения мочевино-формальдегидных смол подробно изу­ чаются в курсе «Технология клееных материалов и плит» и освещены в специаль­ ной литературе. См., например, Р. 3. Темкина. «Синтетические клеи в деревообра­ ботке», «Лесная промышленность», 1971, 268 с.

и высокой хрупкостью, приводящей к растрескиванию покрытий при высыхании. Пластификация этих смол затруднена, так как они

мино-формальдегидиые смолы в составах для грунтования и шпак­ левания поверхности древесины, а также для приготовления отде­ лочных пленок путем пропитки смолой специальных бумаг. Во всех этих случаях большую роль играет наполнение смолы теми или иными наполнителями в виде минерального порошка, бумаги или самой проклеиваемой древесины, так как оно снижает объемную усадку и напряжения в пленке.

вателя, например высыхающего масла или олифы. В качестве при­ мера приведем состав грунтовки, известной под названием ЦНИИМОД-54 (вес. % ) :

ностно-активное вещество ОП-10. Затем небольшими порциями до­ бавляют в смолу раствор олифы в уайт-спирите при постоянном перемешивании до получения эмульсии. Перед употреблением в та­ кую грунтовку должен вводиться отвердитель — 5—10%-ный рас­ твор щавелевой кислоты '(до 20% от веса смолы).

Наносят и растирают по поверхности грунтовку тампонами, щетками или вальцами.

Известны также составы грунтовок из смеси мочевино-формаль- дегидной смолы с нитроцеллюлозными лаками.

Клеевые мочевино-формальдегидные смолы могут быть приме­ нены для приготовления шпаклевочных составов, причем лучшие составы получаются при использовании в шпаклевке смеси напол­ нителей: кремнезема или барита, талька и каолина. В этой смеси кремнезем и барит играют роль основного низкомаслоемкого наполнителя; добавка талька уменьшает объемную усадку шпак­

При приготовлении шпаклевок компоненты смешивают в после­ довательности, соответствующей порядку, в каком они в рецептуре.

Как и все составы на основе реакционных смол после добавки отвердителя (в данном случае — щавелевой кислоты) грунтовки и шпаклевки на основе карбамидо-формальдегидных смол имеют ограниченную жизнеспособность.

Наиболее широкое распространение в технике отделки древе­ сины клеевые мочевино- и меламино-формальдегидные смолы по­

(60—70°С), так что смола, пропитывающая бумагу, сохраняет способность плавиться при нагреве. Бумагу для пропитки изго­ тавливают из специальных сортов целлюлозы. Она должна впи­ тывать до 100% (по отношению к своему весу) смолы, обладать достаточной прочностью после вымачивания в воде. Если тре­ буется имитация той или иной породы древесины, текстуру печа­ тают типографским способом на бумаге до пропитки смолой. Для того чтобы имитация была хорошей, у бумаги по крайней мере одна сторона, на которой будет печататься текстура, должна быть очень гладкой, а сама бумага должна быть окрашена под цвет фона имитируемой древесины.

Окраска бумаги, равно как и отпечатанная на ней текстура, должна быть светостойка и стойка к действию температур, при которых пленка напрессовывается на древесину в горячем прессе

смолы, но чаще всего применяют смолы, получаемые при варке

Непосредственно перед пропиткой бумаги в смолу добавляют 0,2—0,5% (к весу смолы) .хлористого аммойия в качестве отвер­ дителя.

Так как смола с отвердителем имеет ограниченную жизнеспо­ собность (около месяца), бумагу часто пропитывают непосредст­ венно на мебельных предприятиях. На рис. 8 показана схема устройства, применяемого на мебельных фабриках для приготов­ ления пленки из текстурной бумаги.

Бумага, сматываясь с рулона /, проходит через вертикальную пропиточную ванну 2, сушильную шахту 3, обогреваемую с двух сторон паровыми плитами, и по наклонному ленточному транспор­ теру 4 попадает на стол 5, где режется на куски нужного размера.

Полученная таким образом пленка обладает хорошей адгезией к древесине (при условии нанесения ее расплавом) и ко многим пленкообразователям, так что поверх покрытия из нее можно наносить многие лаки и эмали (например, нитроцеллюлозные, по­ лиэфирные и др.). Само пленочное покрытие обладает высокой твердостью, светостойкостью, стойкостью кторячей воде и т. д.

Выше уже говорилось, что обычные клеевые мочевино- и ме- ламино-формальдегидные смолы непригодны для изготовления лаков и эмалей вследствии их хрупкости, неспособности и рас­ творяться в органических растворителях и совмещаться с пласти­ фикаторами.

Растворимые в органических растворителях мочевино- и мела- мино-формальдегидные смолы получают при конденсации моче­ вины или меламина с формальдегидом и бутиловым спиртом (бутанолом).

Модифицированные бутанолом, или бутанолизированные, мо- чевино-формальдегидные смолы прозрачны и бесцветны и раство­ римы в бутаноле, ароматических, а некоторые и в предельных (алифатических) углеводородах.

Бутанолизированные мочевино-формальдегидные смолы могут совмещаться с другими смолами, в том числе с пластичными мо­ дифицированными маслом, алкидными смолами. Это позволяет

в ксилоле или уайт-спирите получают алкидно-мочевинные лаки, образующие свето-, водо-, тепло- и морозостойкие покрытия с хо­ рошими механическими свойствами.

Отверждение таких лаков и эмалей возможно без нагрева или при невысоком нагреве (до 100°С), при условии добавки перед употреблением кислотного отвердителя, поэтому их нередко на­ зывают лаками и эмалями кислотного отверждения.

Всвязи с хорошими качествами лакового покрытия, а также относительно высоким содержанием сухого остатка (около 45%) алкидно-мочевинные лаки получили широкое распространение для отделки лыж, деревянного спортивного инвентаря, паркета, строи­ тельных деталей, мебели и других изделий.

ВСССР для отделки древесины выпускаются лаки, известные под марками Мч-52 (для отделки лыж), «торцовый» (для мебели), Мч-26 (для отделки паркета), Мч-22 (для отделки строительных деталей — внутренних дверей) с применением горячей сушки. Выпускается также нашей промышленностью ряд эмалей различ­ ного назначения, представляющих собой пигментированные лаки кислотного отверждения.

Для примера остановимся несколько подробнее на лаке Мч-52. Лак Мч-52 представляет собой смесь 50%-ного раствора бутанолизированной мочевино-формальдегидной смолы в бутаноле и 50%-ного раствора алкидной смолы в ксилоле, взятых в соотно­ шении 1:1. Перед применением в лак добавляют 10%-ный рас­ твор соляной кислоты (7% от веса лака).

До рабочей вязкости, зависящей от способа нанесения, лак доводят, вводя в него разбавитель РКБ-2 (смесь бутанола с кси­ лолом). Жизнеспособность лака, т. е. срок годности его после добавления отвердителя, около 7 ч. Жизнеспособность сокра­ щается с увеличением количества добавленного отвердителя и по­ вышением температуры и вязкости лака.

Добавление в лак кислотного отвердителя обусловливает кор­ розионные свойства лака; его нельзя наносить на металлы, хра­ нить в металлических сосудах и т. д.

Сходным составом и аналогичными свойствами обладают и

покрытий лакокрасочные материалы получаются путем совмеще­ ния смеси мочевино-формальдегидной и меламино-формальдегид- ной смолы с алкидными смолами.

Их также совмещают с алкидными смолами. Получаемые мела- мино-алкидные лаки и эмали при одинаковых условиях горячей сушки отверждаются без кислотных отвердителей быстрее моче-

вино-алкидных и образуют покрытия, превосходящие покрытия из мочевино-алкидных смол по стойкости к воде, щелочам, раствори­ телям и по атмосферостойкости. Их применяют для покрытий легковых автомобилен, холодильников, стиральных машин, кухон­ ного оборудования и т. д.

Отделочные материалы на основе алкидных смол

Алкиднымн называют смолы, представляющие собой сложные полиэфиры с разветвленной структурой макромолекул. Получают их при конденсации многоатомных спиртов с многоосновными кис­ лотами.

Как известно, конденсация одноосновных кислот и одноатом­ ных спиртов не приводит к образованию смолообразных продук­ тов. Так, при конденсации одноосновной уксусной кислоты с одно­ атомным этиловым спиртом получается мономерное вещество — этилацетат, представляющий собой легколетучую жидкость.

Для образования высокомолекулярных полимерных продуктов спирт и кислота должны иметь по крайней мере по две функцио­ нальные группы (ненасыщенная или двухосновная кислота, двух­ атомный спирт). При этом возможно получение полимеров линей­ ной структуры, т. е. термопластичных смол. Наличие в спирте или кислоте трех и более функциональных групп создает предпо­ сылки для получения полимеров с разветвленной структурой мак­ ромолекул, способных в дальнейшем образовывать пространствен­ ные структуры. Влияние количества функциональных групп в спирте на характер продуктов конденсации с двухосновной кис­ лотой можно видеть из табл. 5.

Наибольшее распространение в лакокрасочной технике полу­ чили глифталевые и пентафталевые смолы.

Г л и ф т а л е в ы м и смолами называют продукты конденсации трехатомного спирта — глицерина с двухосновной фталевой кис­ лотой

Обычно для конденсации вместо кислоты пользуются ее ангидридом

О

П е н т а ф т а л е в ы м и с м о л а м и называют продукты кон­ денсации фталевой кислоты с четырехатомным спиртом — пентаэритритом.

Чистые немодифнцированные алкидные смолы образуют нево­ достойкие и хрупкие пленки. Применяют их очень ограниченно. Значительно лучшими свойствами обладают смолы, модифициро­ ванные растительными маслами и канифолью. Особенно большое значение приобрели алкидные смолы, модифицированные расти­ тельными маслами или их высшими жирными кислотами. Такие смолы хорошо растворяются в ароматических и предельных угле­ водородах, ацетатах, кетонах и др. Они разделяются на высыхаю­ щие и невысыхающие.

В ы с ы х а ю щ и е алкидные смолы в тонком слое способны отвердевать под действием кислорода воздуха при комнатной тем­ пературе и при нагревании. Они образуют эластичные и в то же время достаточно твердые покрытия. Применяют их как самостоя­

ными и другими смолами). Качество покрытий на пентафталевых смолах по блеску, твердости, водостойкости и скорости высыхания превосходят качество покрытий глифталевых смол.

Свойства алкидных смол и образуемых ими покрытий во мно­ гом зависят от содержания в них масла или жирных кислот. По

этому признаку их разделяют на жирные, средней жирности, то­ щие и сверхтощие.

твердые и хрупкие иеатмосферостойкие, но не долговысыхающие покрытия. Таким образом, на основе алкидных смол можно приго­ товить лаки и эмали с очень разнообразными свойствами, обра­ зующие покрытия, годные для эксплуатации как внутри помеще­ ний, так и на открытом воздухе.

Концентрация пленкообразователя в алкидных лаках обычно в пределах 40—50%. Процесс высыхания алкидных смол подобен процессу высыхания масел, поэтому в алкидные лаки и эмали для ускорения сушки вводят сиккативы.

Время высыхания покрытий, в зависимости от жирности смол,

Алкидные эмали применяют в деревообработке для окраски изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе (фургоны, сель­ скохозяйственные машины и т. д.).

На основе алкидных смол выпускается также ряд грунтовок п шпаклевок, предназначенных в основном для подготовки под окраску металлических поверхностей.

Отделочные материалы на основе ненасыщенных полиэфирных смол

Ненасыщенные полиэфирные смолы получили за последние годы широкое распространение в производстве пластмасс, в качестве клеев и пленкообразователей.

Как уже отмечалось выше, конденсация двухатомных спиртов и двухосновных кислот приводит к получению полиэфиров с ли­ нейной структурой молекул. В зависимости от характера исходных компонентов могут быть получены насыщенные и ненасыщенные полиэфиры.

может происходить полимеризация полиэфира или его сополиме-

Для получения ненасыщенных полиэфиров пользуются конден­ сацией непредельных кислот (малеиновой,. фумаровой, метакриловой) с гликолями (этиленгликолем, диэтиленгликолем, пропиленгликолем, дипропиленгликолем) или смесей ненасыщенных и насыщенных кислот (фталевой, адипиновой, себациновой) с гли­ колями. В качестве реакционноспособных мономеров чаще всего используют стирол, реже — метилметакрилат, диаллилфталат, триаллилцианурат и др.

В зависимости от вида взятых для конденсации кислот раз­ личают два типа полиэфирных смол — полиэфирмалеинатные и полиэфиракрилатные.

Особенно большое значение в технике приобрели полиэфир­ малеинатные смолы, представляющие собой продукты конденса­ ции малеиновой кислоты или смеси малеиновой п некоторых пре­ дельных кислот (фталевой, адипиновой и др.) с гликолямн. Прак­ тически для конденсации вместо малеиновой кислоты пользуются ее ангидридом, который и является основным носителем ненасы­ щенных групп.

Смешанные с непредельными соединениями, например со сти­ ролом, такие смолы способны при определенных условиях отверждаться вследствие реакции сополимеризации смолы со стиролом, приводящей к образованию пространственной молекулярной структуры, которую схематически можно показать так:

І

. - о с - с н - с н - с о о с н 2 - с н 2 о о с - с н = с н - с о о - с н , - с н , - о -

т. е. линейные цепи молекул полиэфирной смолы как бы сшива­ ются мостиками из молекул стирола.

Так как реакция сополимеризации смолы со стиролом может происходить самопроизвольно и вызвать преждевременное загу-

ции. Чаще всего в полиэфирмалеинатные лаки вводят гидрохинон или пирокатехин. Для обычных условий хранения смолы бывает достаточно сотых долей процента содержания ингибитора (от веса смолы). При этих условиях жизнеспособность смолы может составлять несколько месяцев.

Для отверждения смолы перед ее употреблением вводят ве­ щества иницирующие и ускоряющие реакцию сополимеризации полиэфира с мономером. В качестве инициаторов реакции приме­ няют обычно перекисные соединения (перекись бензоила, циклогексанона, метилэтилкетона, гидроперекись кумола (гипериз) и др. Ускорителями обычно служат растворимые в органических растворителях соли некоторых металлов, чаще всего нафтенат кобальта.

Отверждение смолы после введения инициатора и ускорителя может происходить без внешнего подвода тепла и сопровождается

ных стекловолокном пластиков, для заливочных составов, пластобетонов, клеев и др. Отечественная промышленность выпускает ряд марок полиэфирмалеинатных смол (ПН-1, ПН-2, ПН-3 и др.).

Полиэфирмалеинатные смолы приобрели большое значение и как плеикообразователи для лакокрасочных материалов и, особен­ но, лаков для древесины; как плеикообразователи они обладают рядом выдающихся качеств, к числу которых могут быть отнесены:

1.Высокий сухой остаток. Поскольку молекулярный вес полиэфирмалеинатных смол небольшой (до 3000), растворы их в моно­ мерах имеют невысокую вязкость и в большинстве случаев их не нужно разбавлять другими растворителями; если разбавление и требуется, то очень незначительное. Основной растворитель — реакциониоспособный мономер (например, стирол) при сополимеризации переходит в компонент пленкообразователя, т. е. в сухой остаток.

2.Незначительная усадка при отверждении, в связи с чем от­ полированные поверхности покрытий сохраняют приданный им блеск длительное время, чем выгодно отличаются от покрытий шеллачными и нитроцеллюлозными лаками. Кроме того, покрытия из полиэфирмалеинатных лаков хорошо шлифуются и полируются до зеркального блеска механическими способами.

3.Высокие физико-механические свойства покрытий. Поли-

эфирмалеинатные смолы образуют прозрачные, слегка желтова­ тые или розоватые покрытия, пригодные как для темных, так и для светлых пород древесины.

Покрытия из полиэфирмалеинатных смол обладают высокой твердостью, термостойки (тлеющая сигарета не оставляет следа на покрытии), устойчивы к действию воды, спирта, масел раз­ бавленных кислот, щелочей и других реагентов. Эластичность покрытий может быть разной в зависимости от взятых для поли­ конденсации кислот. Замена части ненасыщенной кислоты насы­ щенной повышает эластичность отвержденного полимера, так как включение в цепные молекулы полиэфира звеньев из молекул насы­ щенных кислот увеличивает расстояния между двойными связями, уменьшает частоту сшивки цепей в пространственную сетку.

ускорителя) жизнеспособность лака сокращается до нескольких часов. При добавке инициатора и ускорителя жизнеспособность лака, в зависимости от его марки, вида инициатора и ускорителя