Особенности отделки древесины хвойных пород

При условии качественного изготовления соединений, состоящих из взаимозаменяемых деталей, остается открытым вопрос о причинах размероустойчивости и формостойчивости, деформаций и растрескивания деталей, влияющих на прочность и как следствие на долговечность шиповых соединений.

В области повышения долговечности изделий из древесины представляют интерес следующие мероприятия:

1. Значительное ужесточение требований к допустимым отклонениям величин влажности древесины в партиях высушенных пиломатериалов (для I и II категории качества сушки - минимум в 2 раза) [2].

2. Разработка методов и способов влажностной взаимозаменяемости, т.е. селективного подбора сопрягаемых деталей и узлов по группам влажности [4].

3. Химическая обработка древесины.

4. Технология паростабилизации.

5. Применение клееных материалов, значительно превосходящих по свойствам цельную древесину.

Литература

1. Гончаров, Н.А. Технология изделий из древесины: учеб. для вузов. - 2-е изд., испр. и доп. / Н.А. Гончаров, В.Ю. Башинский, Б.М. Буглай. - М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 528 с.

2. Гооховский, А.Г. Исследование влияния разброса влажности сухих пиломатериалов на качество продукции деревообработки / А.Г. Гроховский // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2007. - №4. - С. 16-18.

3. Ильинский, С.А. Надежность и качество: Технический контроль в деревообрабатывающей и мебельной промышленности / С.А. Ильинский, В.В. Кислый. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 232 с.

4. Куликов, И.В. Новое в технологии сборки изделий из древесины / И.В. Куликов. - М.: Лесн. пром-сть, 1968. - 432 с.

5. Цитц, Г. Производство оконных и дверных блоков / Г. Цицт. - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 224 с.

УДК 667.646.42 МА Чижова

ОСОБЕННОСТИ ОТДЕЛКИ ДРЕВЕСИНЫ ХВОЙНЫХ ПОРОД

Рассмотрены вопросы, связанные с особенностями отделки древесины хвойных пород.

Ключевые слова: древесина, хвойные, породы, анизотропия, капилляры, поры, ранняя, поздняя, строение, плотность.

M.A. Chizhova PECULIARITIES OF CONIFEROUS SORT WOOD FINISHING OFF

The issues connected with the peculiarities of coniferous sort wood finishing off are considered.

Key words: wood, coniferous, sorts, anisotropy, capillaries, pores, early, late, constitution , density.

Производство высококачественных изделий из древесины в основном определяется формированием защитно-декоративных покрытий. Создание покрытий в настоящее время осуществляется преимущественно нанесением различных видов лакокрасочных материалов.

Отделка древесины жидкими лакокрасочными материалами отличается большим разнообразием, как технологических процессов, так и материалов. Связано это с необходимостью отделки изделий различного вида и назначения. Для получения покрытий высокого качества в последнее время используются в основном импортные лакокрасочные материалы. Зарубежные производители предлагают целые комплексы лакокрасочных материалов для выполнения большинства стадий процесса отделки. При этом в недостаточной степени учитываются свойства древесины, существенно влияющие на качество получаемых покрытий. При взаимодействии с жидкими

лакокрасочными материалами древесина, отличающаяся анизотропией свойств, неоднородностью анатомического строения и химического состава, неравномерно окрашивается, увеличивается ее шероховатость. Поэтому при использовании типовых технологических схем, в которых даны общие рекомендации по отделке, довольно сложно получить высококачественные изделия.

Чаще всего возникающие проблемы решают тем, что используют древесину высших сортов. Применение древесины более низкого качества приводит к увеличению трудозатрат в технологическом процессе, к повышению расхода лакокрасочных материалов и, как следствие - к увеличению себестоимости продукции.

Все указанные выше проблемы в большей степени относятся к древесине хвойных пород, которая в настоящее время широко используется в деревообработке как полноценный заменитель твердолиственных пород.

Особенности анатомического строения и химического состава древесины хвойных пород, наличие большого количества сучков, смолистых участков, трещин оказывает существенное влияние на процесс отделки, а также на качество выпускаемой продукции.

Особенности процессов формирования защитно-декоративных покрытий на древесине хвойных пород сдерживают применение наиболее перспективных в настоящее время водных лакокрасочных материалов.

Для повышения эффективности технологии отделки древесины хвойных пород необходимо учитывать влияние всех факторов. Технология отделки должна базироваться на достижениях фундаментальных наук химии, древесиноведения, физики.

Несмотря на повсеместное использование древесины хвойных пород в производстве мебели и столярно-строительных изделий, в настоящее время практически отсутствует научно обоснованный подход к разработке технологии ее отделки.

Для того чтобы обеспечить высокое качество отделки древесины хвойных пород, необходимо решить ряд задач. В частности, следует выявить особенности отделки древесины хвойных пород, связанные с анатомическим строением и химическим составом. Необходимо исследовать влияние основных технологических факторов отделки на качество покрытий. Разработать и теоретически обосновать возможность создания водных красящих систем, обеспечивающих равномерность окраски древесины, не вызывающих набухания поверхности. Применение данных систем приведет к улучшению качества защитно-декоративных покрытий со снижением трудозатрат при отделочных операциях, а также расширению ассортимента выпускаемой продукции при обеспечении комплексной переработки древесного сырья. Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты служат научной основой для разработки новых красящих материалов и технологий отделки.

Для выбора пути решения проблемы повышения качества крашения хвойной древесины необходимо прежде всего установить степень влияния как самой древесины, так и характеристик красящих веществ и технологий их применения (с учетом последующих отделочных операций) на декоративные свойства получаемых покрытий в целом.

Международные выставки и симпозиумы убедительно показывают, что древесина хвойных пород в производстве мебели и столярно-строительных изделий занимает в настоящее время доминирующее положение [1].

Мебель из массивной древесины пользуется повышенным спросом, считается наиболее престижной, украшает интерьер самой изысканной квартиры. Такая мебель долговечна, она сохраняет свой внешний вид и качество на долгие годы.

В производстве столярно-строительных изделий хвойная древесина полностью вытеснила твердолиственные породы. Древесина лиственницы и сосны повсеместно используется для производства дверных и оконных блоков, а также для изготовления различных эксклюзивных лестниц. Наряду с применением массива на предприятиях используется лиственничный строганный шпон для отделки лицевых поверхностей мебели [2]. Широко используется в качестве отделочного материала лущеный шпон из лиственницы [3], имеющий выразительный текстурный рисунок с разреженным расположением зон годичного слоя и сильным цветовым контрастом ранней и поздней древесины.

При этом в недостаточной степени учитываются свойства древесины, существенно влияющие на качество получаемых покрытий. Неоднородность анатомического строения и химического состава, анизотропия древесных подложек проявляется при взаимодействии с жидкими лакокрасочными материалами (ЛКМ) в виде неравномерного окрашивания, увеличения шероховатости и т.п. Для достижения требуемого качества отделки используется древесина высших сортов. Технологический процесс отличается большим расходом ЛКМ и высокими трудозатратами, увеличивая тем самым себестоимость продукции.

Большое влияние на процесс отделки и на качество выпускаемой продукции оказывает наличие сучков (древесина ели - обилие сучков и повышенная твердость), трещин (древесина лиственницы легко растрескивается при сушке, раскалывается), смолистых участков, грибковых окрасок. Поэтому, несмотря на то,

что преимущественно используют наиболее ценную комлевую часть хлыста, полезный выход остается низким. Не решена проблема изменения цвета хвойной древесины в процессе эксплуатации изделий, пробитие смолы через покрытие и т.д.

В настоящее время наметилась тенденция к использованию прозрачной отделки, как для мебельного производства, так и для наружной отделки (оконные блоки, двери и т.п.), с широкой цветовой гаммой. При этом детали отличаются наличием фасонных поверхностей, создание которых возможно с помощью современного фрезерного оборудования, с широким диапазоном технологических возможностей [1].

Отделка древесины является заключительной операцией и во многом определяет качество выпускаемой продукции. Качество отделки определяется требованиями к декоративным и защитным свойствам покрытий с учетом условий их эксплуатации. Разработка технологии отделки древесины должна осуществляться с учетом закономерностей физико-химических процессов формирования покрытий. Для высококачественной обработки поверхности преимущественно применяют импортные лакокрасочные материалы. Производители предлагают комплекты материалов для выполнения различных стадий технологического процесса непрозрачной и прозрачной отделки. Для достижения требуемого качества покрытий на практике нередко используют подкрашенные лаки, вуалирующие текстуру древесины. Для повышения твердости поверхности наносят дополнительные слои покровного материала. Чтобы получить покрытия с заданными свойствами, применяют целый ряд промежуточных операций. Особое внимание уделяется экономической эффективности и экологичности применяемых материалов.

В настоящее время предпочтение отдается клееным изделиям (мебельные щиты, бруски) из узких делянок, что обеспечивает формоустойчивость изделий, а также изделиям сложной формы, с различными плоскостями среза (тангенциальные, радиальные, поперек волокон). В этой связи возникают сложности с обеспечением однородности структуры покрытия и его цвета. Необходимо отметить и то, что при выборе лакокрасочного материала для отделки древесины хвойных пород недостаточно учитываются особенности данной древесины, и, безусловно, необходимы дополнительные исследования в этой области.

Анализ свойств древесины хвойных пород с точки зрения ее последующей отделки позволяет сделать вывод о том, что она обладает существенными особенностями, как с позиций ее механической обработки, так и с позиций формирования покрытий из лакокрасочных материалов. Это обусловлено анатомическим строением и химическим составом древесины [4-10].

Древесина хвойных пород (сосна, лиственница) обладает ярко выраженным слоистым строением (ранняя и поздняя зоны), а также наличием большого числа смоляных ходов. Именно у хвойных пород наблюдается наибольшая разница в твердости и плотности разных зон (лиственница, ель) примерно в 6 раз [14]. Ранняя древесина занимает до 85% общей ширины годичного слоя. Древесина хвойных пород отличается высоким содержанием экстрактивных веществ, наличием большого количества сучков, грибковых окрасок, трещин. Она обладает довольно простым и правильным строением [4, 8-13].

Вследствие капиллярно-пористого строения при любом положении плоскости среза на поверхности древесины оказывается некоторая часть перерезанных клеток со вскрытыми внутренними полостями. На радиальных и тангенциальных поверхностях перерезанные полости клеток образуют канавки, углубления и направленные внутрь каналы. Большинство из них неразличимы невооруженным глазом. В технике отделки их принято называть порами древесины. Поры и полости в воздушно-сухой древесине составляют 50-80% общего объема [15, 16]. На отделываемой поверхности отсутствуют глубокие поры. Размер пор хвойной древесины значительно меньше по сравнению с лиственной [8,10,15]. Таким образом, как бы тщательно ни была выполнена обработка древесины, поверхность ее всегда имеет анатомические неровности, обусловленные капиллярно-пористым строением. Наличие пор и полостей, с одной стороны, способствует повышению адгезии к ней лакокрасочных материалов, с другой, значительно увеличивает нерациональный расход материалов. Поэтому во избежание большого расхода лакокрасочных материалов необходимо стремиться уменьшить поверхность контакта (шероховатость поверхности) операциями шлифования, грунтования (иногда шпаклевания).

Одной из особенностей древесины является ее различная капиллярная проницаемость для жидкостей не только разных пород, но вдоль и поперек волокон. Проницаемость весьма незначительна поперек волокон. При нанесении лакокрасочных материалов на тангенциальные и радиальные поверхности они сорбируются только поверхностным слоем древесины [17]. Капиллярная проницаемость древесины вдоль волокон во много раз выше, чем поперек волокон. Но даже при отсутствии капиллярной проницаемости открытые на торцах полости клеток древесины способны поглощать значительное количество лакокрасочных материалов низкой вязкости (красящие и отбеливающие составы, обессмоливающие материалы, грунты, лаки и т.д.). Все

это приводит к неравномерному крашению и увлажнению участков поверхности древесины с различным расположением волокон.

Сорбция поверхностными слоями древесины наносимых на нее жидкостей и растворителей может сопровождаться ее набуханием. Хотя взаимодействие древесины с растворителями в этом случае кратковременно и набухание происходит только в поверхностных слоях древесины, тем не менее оно может вызвать появление неровностей в виде поднявшегося ворса, микротрещин, коробления краев пор и т.д. Максимальное набухание отмечается также на участках с остаточными деформациями поверхности, связанными с затуплением режущего инструмента, смятием отдельных участков при механической обработке. При качественной подготовке поверхности можно обеспечить полное удаление ворса, исключить операцию предварительного шлифования, и при рассмотрении процессов крашения водными составами древесины хвойных пород нужно стремиться минимизировать набухание поверхности.

Набухание, а следовательно, и деформирование поверхности древесины, неодинаково в различных жидкостях и зависит от диэлектрической проницаемости. Максимальное набухание древесины наблюдается при взаимодействии с водой. Таким образом, состав растворителей в лакокрасочных материалах, наносимых непосредственно на древесину, влияет на стабильность поверхности. Степень влияния растворителей и лакокрасочных составов на шероховатость поверхности зависит также от содержания смолы в поверхностном слое, его плотности. При увеличении плотности и содержания смолы набухание, а следовательно, и деформирование поверхности в растворителях, снижается.

Количество влаги в древесине может изменяться под влиянием влажности и температуры окружающего воздуха, что также вызывает деформацию древесины. Поэтому влажность древесины должна быть в пределах 8-10% (для мебели) и 10-12% (для столярно-строительных изделий), чтобы обеспечить получение надежного в эксплуатации покрытия.

Древесина хвойных пород по химическому составу мало чем отличается от большинства пород. Эти вещества могут оказывать существенное влияние на процесс и результат отделки, прежде всего на процесс крашения. Известно, что такие вещества, как пиракатехин и гидрохинон резко замедляют процесс отверждения лаков. Резкое замедление сушки и образование дефектов пленки у полиэфирных лаков наблюдается на древесине сосны, лиственницы, причем не на всей поверхности, а лишь на тех участках, которые имеют сучки, засмолы на ядровой зоне с большим содержанием смолы. Смолы, входящие в состав древесины хвойных пород (особенно лиственницы), ухудшают адгезию лакокрасочных материалов к поверхности древесины, способствуют образованию пятен на прозрачных покрытиях. С целью исключения отрицательного воздействия химического состава древесины на ее поверхность наносят слои изоляционного грунта, что приводит к усложнению процесса отделки.

Древесина относится к низкоэнергетическим материалам [18,19] с поверхностной энергией менее 50 мДж/м2. Поверхностная энергия определяет такие важные при отделке свойства, как смачивание, растекание, адгезионную прочность. Поверхностная энергия может быть существенно изменена модификацией различными химическими продуктами, поверхностно-активными веществами или физико-механическими методами обработки поверхности древесины. Сложность физико-химического строения древесины приводит к необходимости включать в процесс подготовки ее поверхности к отделке механические, физические и химические методы. Основной целью подготовки поверхности древесины является увеличение поверхностной активности подложки [20].

При подготовке поверхности древесины механическими методами (шлифование поверхности) стремятся получить ровную поверхность, для чего удаляют с поверхности ворс, добиваясь шероховатости 16 мкм. Так как покрытия на древесине формируются в виде многослойной системы, то механический способ подготовки поверхности древесины обязательно включается в процесс отделки.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что хвойная древесина, как и все породы, предусматривает многостадийную отделку с использованием стандартного оборудования. Каждый этап отделки требует особенного внимания, с учетом особенностей древесины хвойных пород. Многими авторами (Буглай Б.М., Онегин В.И., Жуков Е.В. и др.) уделялось большое внимание особенностям отделки. При этом решались вопросы повышения твердости, адгезионной прочности [21-23], использования различных материалов. Эти исследования решали частные вопросы отделки. Зарубежные фирмы, к примеру, имеют в своем ассортименте целый комплекс материалов, но в то же время нет достоверных данных об эффективности их использования.

Применение типовых технологических процессов отделки, с использованием традиционных ЛКМ, не в полной мере обеспечивает получение высококачественных покрытий. В большей степени все проблемы отделки древесины проявляются при крашении в виде неравномерной окраски, набухания. Решение проблемы возможно с разработкой универсальных красящих составов и технологических режимов, ориентированных на древесину хвойных пород.

Литература

1. Гранкина, Л.И. Производство щитовых деталей мебели из массивной древесины I Л.И. Гранкина, Т.В. Финогенова. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1992. - 52 с.

2. Бокщанин, Ю.Р. Обработка и применение древесины лиственницы I Ю.Р. Бокщанин. - М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 216 с.

3. Черненко, С.А. Об использовании лиственницы сибирской в производстве мебели I С.А. Черненко, Н.Г. Толпыгин II Деревооб. пром-сть. - 1964. - №4. - С. 9-11.

4. Перелыгин, Л.М. Древесиноведение I Л.М. Перелыгин. - М.: Лесн. пром-сть,1969. - 320 с.

б. Никитин, В.М. Химия древесины и целлюлозы I В.М. Никитин. - М.: Гослесбумиздат, 1960. - 447 с.

6. Богомолов, Б.Д. Химия древесины и основы химии высокомолекулярных соединений I Б.Д. Богомолов. - М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 400 с.

7. Васильев, П.В. Лес и древесина в будущем I П.В. Васильев. - М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 160 с.

B. Боровиков, А.М. Справочник по древесине I АМ. Боровиков, Б.Н. Уголев. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 296 с.

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

10. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения I Б.Н. Уголев. - М.: Лесн. пром-сть, 1075. - 384 с.

11. Буглай, Б.М. Технология отделки древесины I Б.М. Буглай. - М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 304 с.

12. Кушнирская, М.Ц. Крашение древесины в производстве мебели I М.Ц. Кушнирская. - М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 120 с.

13. Харук, Е.В. Проницаемость древесины газами и жидкостями I Е.В. Харук. - Новосибирск: Наука, 1976. - 173 с.

14. Санаев, В.Г. Долговечность защитно-декоративных покрытий на древесине: автореф. дис. ... д-ра техн. наук I В.Г. Санаев. - М., 1997. - 42 с.

15. Перелыгин, Л.М. Строение древесины I Л.М. Перелыгин. - М.: Лесн. пром-сть, 1954. - 200 с.

16. Чавчавадзе, Е.С. Древесина хвойных I Е.С. Чавчавадзе. - Л.: Наука, 1979. - 190 с.

17. Чудинов, Б.С. Вода в древесин I Б.С. Чудинов. - Новосибирск: Наука, 1984. - 263 с.

1B. Зимон, А.Д. Адгезия жидкости и смачивание I АД. Зимон. - М.: Химия,1974. - 416с.

19. Сулим, Б.Д. Физико-химические основы смачивания и растекания I Б.Д. Сулим, Ю.В. Горюнов. - М.: Химия, 1976. - 232 с.

20. Гольдберг, М.М. Покрытия для полимерных материалов I М.М. Гольдберг, А.В. Корюкин, Э.К. Конд-рашев. - М.: Химия, 1980. - 228 с.

21. Бызов, П.В. Механическая обработка древесных подложек с целью улучшения их адгезионных свойств: автореф. дис. ... канд. техн. наук I П.В. Бызов; МЛТИ. - М., 1992. - 21 с.

22. Зотов, А.А. О факторах, влияющих на адгезию лакокрасочных покрытий к древесине I А.А. Зотов II Сб. науч. тр. МЛТИ. - 19B0. - Вып.124. - С. 101-107.

23. Зотов, А.А. О методе определения адгезии лакокрасочных покрытий к древесным подложкам I А.А. Зотов II Деревооб. пром-сть. - 197B. - №8. - С.7-9.

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

'-------♦------------