1943

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_________________________

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

(ПГУАС)

В.Н. Вернигорова, С.М. Саденко

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Рекомендовано Редсоветом университета в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению подготовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств»

Пенза 2015

1

УДК [691.11:674]:667.637.2(09.75.8) ББК 37.1.я73

В35

Рецензенты: генеральный директор ЗАО «Фотон» А.Г. Шпичко (г. Пенза); доктор технических наук, профессор кафедры

«Технологии строительных материалов и деревообработки» В.А. Береговой (ПГУАС)

Вернигорова В.Н.

В35 Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: учеб. пособие / В.Н. Вернигорова, С.М. Саденко. – Пенза: ПГУАС, 2015. – 296 с.

Изложены декоративные свойства древесины и декоративных покрытий на древесине. Рассмотрены научные основы нанесения лакокрасочных материалов (ЛКМ), в том числе поверхностные явления: адсорбция, смачивание, растекание, адгезия. Изложены теоретические научные основы формирования структуры пленкообразователей. Приведены данные о компонентах ЛКМ, их структуре и свойствах. Изложены все стадии подготовки поверхности древесины перед нанесением ЛКМ. Рассмотрены все операции и теоретические основы технологии нанесения ЛКМ на древесину способами: пневматического, безвоздушного, электростатического распыления, облива, окунания и др. Подробно рассмотрено технологическое оборудование, его конструктивные особенности и принципы безопасности. Рассмотрено оборудование для сушки покрытий. Описаны методы контроля и испытаний покрытий. Изложена технология и оборудование имитационной отделки и облагораживания покрытий.

Учебное пособие подготовлено на кафедре «Технологии строительных материалов и деревообработки» и предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств».

©Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2015

©Вернигорова, В.Н., Саденко С.М., 2015

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие «Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов» предназначено для студентов, специализирующихся по технологии лесозаготовительных и деревоперерабатывающих предприятий.

Учебное пособие состоит из 6 разделов. В первом разделе даны определение защитно-декоративных покрытий, их классификация и декоративные и физико-механические свойства. Определены декоративные свойства древесины. Приводятся виды напряжений, возникающих в структуре ЗДП.

Во втором разделе рассмотрены материалы для отделки изделий и конструкций из древесины: подробно описываются пленкообразователи как основа всех жидких ЛКМ, приводится описание мономеров и олигомеров, как природных, так и синтетических, их химическое строение и структура, дается состав жидких композиционных ЛКМ.

Третий раздел посвящен научным основам формирования ЗДП из коллоидных жидких ЛКМ. Здесь рассматриваются явления, протекающие на границе раздела деревянная подложка – жидкий ЛКМ или полимерная пленка: адсорбция, смачивание, растекание, адгезия и отверждение ЛКП, в том числе и за счет испарения растворителя.

Вчетвертом разделе рассматриваются пленочные покрытия, формирование их структуры и свойства, три состояния полимеров и пленкообразователей, различные декоративные пленки для облицовывания изделий из древесины.

Технология отделочных операций древесины и изделий из нее представлена в пятом разделе. Приведена подготовка поверхности изделий из древесины под прозрачные и непрозрачные покрытия и основные операции отделки: шлифование, грунтование, шпатлевание, порозаполнение, полирование, крашение.

Вшестом разделе рассматриваются способы и оборудование для нанесения ЗДП и пленочных материалов на изделия из древесины. Раскрыты существующие способы нанесения ЛКМ на поверхность древесины: окраска кистями, ручными валиками и тампонами, с помощью аэрозольных баллонов. Описаны как ручные, так и автоматические краскораспылители. Рассмотрены способы нанесения жидких ЛКМ: пневматическое, безвоздушное распыления; в электрическом поле высокого напряжения, методом окунания, струйным обливанием, наливом, вальцовым способом

иметодом экструзии (протягивания). Для каждого способа подробно описаны установки, техника безопасности и противопожарная техника. Рассмотрено нанесение пленочных материалов на изделия из древесины: ламинирование и каширование. Описана сушка ЗДП, оборудование для нее, виды сушки. Уделено внимание имитационной отделке из древесины

иоблагораживанию ЗДП. Приведены методы испытаний отделочных материалов и покрытий.

3

Выпускник, освоивший программу бакалавриата, должен обладать следующими общепрофессиональными и профессиональными компетенциями:

–способностью понимать научные основы технологических процессов

вобласти лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств; а) производственной-технологическая деятельность:

–способностью организовывать и контролировать технологические процессы на лесозаготовительных, лесотранспортных и деревоперерабатывающих производствах в соответствии с поставленными задачами;

–готовностью обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов и изделий, а также выбирать технические средства и технологии с учетом экологических последствий их применения;

б) научно-исследовательская деятельность:

–способностью выбирать и применять соответствующие методы моделирования механических и физико-химических процессов лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств.

4

1. ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫЕ ПОКРЫТИЯ. СВОЙСТВА И НАЗНАЧЕНИЕ

1.1. Общие исторические сведения

Покрытия на основе жидких лакокрасочных материалов имеют тысячелетнюю историю. Исторические памятники свидетельствуют о высоком развитии техники отделки у древних народов. В СССР, а затем и в России за последние десятилетия технология и техника защитно-деко- ративных покрытий (ЗДП) получили значительное развитие и совершенствование. В довоенный и послевоенный периоды применялись простейшие нитроцеллюлозные лаки и грунтовки. Шпатлевки и порозаполнители изготавливались на основе белковых пленкообразователей (казеин) и природных смол (канифоль). Со второй половины 70-х гг. ХХ века и по настоящее время идет дальнейшее совершенствование отделочных материалов. Увеличилась доля пленочных покрытий, началось применение декоративных пленок, не требующих последующей отделки. В начале рассматриваемого периода была ручная или маломеханизированная отделка. Наиболее совершенной технологией отделки было пневматическое распыление лакокрасочных материалов (ЛКМ) ручными пистоле- тами-распылителями. Рамочные конструкции мебельных и столярностроительных изделий (двери) позволила применить лишь конвейерную организацию труда с выполнением отдельных операций вручную. Развитие производства древесно-стружечных плит (ДСП) и широкое применение на их основе щитовых деталей изделий позволили перейти к созданию полуавтоматических линий отделки.

В конце 50-х гг. ХХ века были созданы лакообливочные машины. Это решило проблему нанесения жидких ЛКМ на щиты. В эти же годы было создано оборудование для нанесения лаков и эмалей в электрическом поле высокого напряжения, что позволило решить проблему отделки изделий из древесины решетчатой конструкции (стулья, оконные блоки). Пленкообразование многих ЛКМ происходит за счет химических реакций, это дало возможность применить ускоренный метод отверждения, такой как УФсушка. Для получения тонкослойных покрытий стали пользоваться вальцовым методом нанесения грунтовок, порозаполнителей, лаков и других материалов с минимальнымрасходом20-30 г/м2 отделываемойповерхности.

Применение пленочных материалов, совмещающих операции облицовывания и отделки привели к использованию метода горячего каширования. Для создания совершенной и экономичной технологии ЗДП древесины и изделий из нее следует решить следующие важные проблемы:

1. Снизить расход ЛКМ за счет качественной подготовки поверхности изделия.

6

2.Применять вместо натурального шпона, кромочного пластика, ламинированных плит, имитационной печати пленки-заменители.

3.Широко применять рулонные, пленочные материалы с полностью отделанной поверхностью и порами, полученными фотохимическим способом.

4.Широко применять вальцовый метод нанесения пленочных материалов.

5.Применять тонкослойные экономичные системы покрытий для открытопористой высококачественной отделки натуральной древесины.

6.Применять быстроотверждающихся УФ-сушкой высокоэффективных шпатлевочных, порозаполняющих и других защитных составов для различных систем покрытий.

7.Применять высококачественные печатные краски и другие материалы для имитационной печати.

8.Применять высокоэффективные ЛКМ: полиуретановые лаки, лаки кислотного отверждения, полиэфирные лаки для электроосаждения с УФсушкой.

9.Применять водоразбавляемые лакокрасочные материалы.

10.Применять пигментированные ЛКМ для высококачественной отделки мебели.

11.Создать гаммы вальцовых станков к лакообливочным машинам высокой точности для нанесения тонких слоев ЛКМ.

12.Улучшить условия труда в отделочных цехах; значительно сократить концентрации вредных выбросов в окружающую среду.

1.2. Защитно-декоративные покрытия. Классификация

ЗДП предназначены для защиты древесины и изделий из нее от воздействия агрессивных агентов окружающей среды и придания изделиям из древесины красивого внешнего вида. ЗДП могут быть созданы на основе жидких лакокрасочных материалов и пленочных материалов. В зависимости от требований к внешнему виду и защитным свойствам ЗДП могут состоять из одного или нескольких слоев. В зависимости от технологии изготовления ЗДП могут быть получены нанесением жидких ЛКМ, приклеиванием к поверхности древесины облицовочных материалов и специально обработанных бумаг; комбинированным ЛКМ с облицовочными материалами. В зависимости от оптических (декоративных) свойств покрытия делятся на прозрачные и непрозрачные (рис. 1.1). Прозрачные покрытия применяют для изделий из древесных пород, обладающих красивым строением, и изделий, эксплуатируемых в отапливаемых

7

помещениях. Для получения прозрачных покрытий применяют бесцветные нитроцеллюлозные, полиэфирные, полиуретановые и другие лаки.

Рис. 1.1. Структура прозрачных (а) и непрозрачных (б) покрытий: 1 – древесина; 2 – красящие вещества; 3 – порозаполнитель; 4 – грунт;

5 – шпатлевка (местная); 6 – слой сплошной шпатлевки; 7 – покровный слой

Непрозрачные покрытия применяют для изделий из хвойных и некоторых лиственных пород, строение древесины которых не отличается красотой рисунка, а также для изделий, к которым предъявляются высокие эксплуатационные требования (больничная и кухонная мебель, окна и др.). Для непрозрачных покрытий применяют краски, грунтовки и шпатлевки на основе полиэфирных, карбамидоформальдегидных и других смол. Для уменьшения расхода лака или другого лакокрасочного материала поверхность древесины грунтуют; составы грунтов приготавливают из более дешевых пленкообразователей. Первые слои многослойных покрытий, предназначенные для уменьшения ЛКМ называются грунтовками. Грунтовочные составы, содержащие порошки наполнителя, называются порозаполнителями. Порошки наполнителя втираются в поры древесины и делают ее поверхность более ровной. Грунт не должен закрывать текстуру и цвет древесины. Для этого используют грунтовочные составы из более дешевых пленкообразователей или специально приготовленные на основе высыхающего масла, смолы, нитроцеллюлозы и наполнителей (мела, молотой пемзы). Последний грунтовочный слой втирают в древесину так, чтобы ее поверхность только пропиталась раствором пленкообразующего материала, а порошок наполнителя оказался втертым в поры древесины. Излишки грунтовочного состава удаляются перед высыханием. Такой способ грунтования позволяет лучше закрыть поры древесины и получить сплошное лаковое покрытие с минимальным расходом лака.

Непрозрачное лаковое покрытие получают нанесением на поверхность детали нескольких слоев кроющей непрозрачной краски или эмали. При однослойном нанесении поверхность древесины будет просматриваться сквозь ее слой. Известно, что древесина хвойных пород неравномерно впитывает в себя жидкую часть лакокрасочных составов. Ранняя зона годовых слоев впитывает больше жидкости, чем поздняя. В результате этого после высыхания первого слоя краски или эмали поверхность оказывается пятнистой. Наблюдаются отдельные блестящие места, где краска почти не впиталась, и матовые места, где поверхность древесины впитала в

8

себя большую часть жидкого пленкообразователя и на поверхности остался слой пигмента. Первый слой после высыхания как бы цементирует поверхность древесины и ограничивает впитывание последующих слоев. Чтобы получить укрывистое покрытие и равномерную по цвету и блеску отделанную поверхность, необходимо нанести 3, 4 и более слоев.

Слой грунта и краски или эмали скрывают натуральный цвет древесины и создают на ней защитную пленку, но не способны скрыть имеющиеся на поверхности выколы, трещины и другие дефекты. Для удаления перечисленных неровностей перед отделкой делают местное шпатлевание, т.е. заполняют наблюдаемые углубления шпатлевкой. Для получения поверхности древесины как можно более ровной, без следов неровностей, вызываемых годовыми слоями хвойной древесины, шпатлюют всю поверхность. В этом случае наносят более жидкую шпатлевку. После высыхания слоя шпатлевки поверхность шлифуют, а затем покрывают краской или эмалью.

Непрозрачным может быть покрытие из готовой непрозрачной пленки, например, поливинилхлоридной. Ее наклеивают на предварительно выровненную поверхность древесины. Для получения покрытий на древесине используют различные материалы: лаки, краски, эмали, грунтовки, порозаполнители, шпатлевки, отделочные пленки. Эти материалы представляют собой сложные композиции из ряда исходных веществ. Основную роль среди них играют пленкообразователи – вещества, способные при нанесении на поверхность тонким жидким слоем образовывать в определенных условиях тонкую прочную пленку, хорошо скрепляющуюся с поверхностью деревянного изделия.

ЗДП классифицируют по химическому и эксплуатационному признакам. В основу химической классификации положена природа пленкообразователя. Классификация по эксплуатационному признаку предусматривает деление покрытий на атмосферостойкие, химически стойкие, термостойкие. В зависимости от природы пленкообразователя ЛКП делят на 7 групп: полиэфирные (ПЭ); полиуретановые (ПУ); меламинные (МЛ); полиакриловые (АК); мочевинные (МЧ); нитроцеллюлозные (НЦ); пентафталевые (ПФ).

В зависимости от показателей внешнего вида ЛКП делятся на 2 группы: с открытыми порами А и с закрытыми порами Б. По декоративным (оптическим) свойствам различают прозрачные и непрозрачные покрытия. По степени блеска или матовости ЛКП делятся на высокоглянцевые (ВГ), глянцевые (Г), полуглянцевые (ПГ), полуматовые (ПМ), матовые (М). Для ЛКП установлено 2 категории: 1-я категория не допускает дефекты поверхности; 2-я – допускает отдельные дефекты покрытий в виде единичных штрихов, проколов, пузырей, рисок.

Покрытия, образованные облицовочными материалами в зависимости от рода полимера, делятся на две группы: облицовочные материалы на

9

основе бумаг, пропитанных термореактивными полимерами (ТР) и на основе термопластичных полимеров (ТП).

Покрытия, образованные облицовочными материалами на основе бумаг, пропитанных термореактивными полимерами в зависимости от применяемого материала, делятся на 3 подгруппы: меламино- (А) и карбамидоформальдегидные, модифицированные с лаковым покрытием (БиВ).

В зависимости от фактуры поверхности покрытия, образованные синтетическими облицовочными материалами, делятся на гладкие и рельефные, а по степени блеска – на глянцевые (Г), полуглянцевые (ПГ) и матовые (М). Для покрытий, образованных синтетическими облицовочными материалами разделяются по группам стойкости, установлено 3 категории: 1-я категория не допускает дефекты поверхности; 2-я – допускает незначительные неровности, обусловленные строением подложки; 3-я – допускает неровности, обусловленные строением бумаги и подложки ЛКП и покрытия, образованные синтетическими облицовочными материалами, разделяются по группам стойкости от продолжительности воздействия пресной воды и температуры. Покрытие считается ограниченно водостойким, низкотеплостойким и низкоморозостойким, если выдерживает воздействие пресной воды при 20 2 С в течение 6 часов, температуру 60 С в течение 30 минут при наблюдающемся отпечатке на поверхности покрытия; температуру – 30 С до 10 часов. Таким покрытиям условно присвоено обозначение – 3.

Покрытие считается водостойким, ограниченно теплостойким и ограниченно морозостойким, если выдерживает воздействие пресной воды при температуре 20 2 С в течение 24 часов, температуру 60 С в течение 30 минут; температуру – 30 С не менее 10 часов. Таким покрытиям условно присвоено обозначение – 6.

Покрытие считается водостойким, теплостойким и морозостойким, если выдерживает воздействие пресной воды при температуре 20 2 С в течение 24 часов, температуру 100 С в течение 30 минут; температуру – 40 С не менее 3 суток. Таким покрытиямусловно присвоено обозначение– 9.

Обозначение защитно-декоративных покрытий состоит из пяти частей. Первая часть обозначает группу покрытий по покрывному материалу для лаков и красок и по роду полимеров для покрытий, образованных облицовочными материалами на основе бумаги. Вторая часть указывает подгруппу и категорию качества покрытия.

Третья часть для ЛКП определяет их вид в зависимости от прозрачности. Для синтетических облицовочных материалов третья часть индекса не указывается.

Четвертая часть показывает вид покрытия по блеску и матовости. Пятая часть определяет защитные свойства покрытия. Каждая часть обозначается точкой.

10