Окрашивание поверхности ДВП в процессе изготовления плит мокрым способом

Авторы: Никитин Алексей Алексеевич, Чернова Светлана Евгеньевна, Горбунова Виктория Владимировна

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 13-19

Объём: 0,42

Опубликовано в: «Наука без границ» № 3(31), март 2019

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Никитин А. А., Чернова С. Е., Горбунова В. В. Окрашивание поверхности ДВП в процессе изготовления плит мокрым способом // Наука без границ. 2019. № 3(31). С. 13-19.

Аннотация: Приведены результаты оценки возможности окрашивания поверхности ДВП в процессе изготовления плит мокрым способом.

Облагораживание поверхностей древесноволокнистых плит (ДВП) как естественное продолжение их производства практикуется на крупных предприятиях выпускающих различные виды плит. При отделке готовых плит используют лакокрасочные материалы, различные декоративные пленочные материалы на основе бумаг, строганый шпон ценных пород древесины или полимерные декоративные пленочные материалы [1].

При выборе материала и способа облагораживания поверхности ДВП учитываются их характеристики: плотность наружного слоя и распределение плотности по толщине, тип связующего и доля его в составе плиты, поверхностная твердость, а также пористость поверхности и другие.

Для облагораживания поверхности ДВП широко используются такие методы отделки, как каширование и ламинирование, а также отделка лакокрасочными материалами. Для лицевого покрытия используют эмали и лаки. Технологический процесс отделки плит эмалями заключается в следующем. Плиты подвергают механической обработке: шлифуют, очищают от пыли. После обработки поверхность плит нагревают, наносят на поверхность первый грунтовочный слой, который затем сушат, охлаждают и шлифуют. Далее наносят второй грунтовочный слой, который также сушат и шлифуют. Загрунтованную поверхность покрывают эмалью на лаконаливной машине, сушат и охлаждают.

Отделка плит лаками обычно совмещается с печатью. Отделка методом печати также требует подготовки поверхности плиты, заключающейся в нанесении грунтовочных слоев и шлифовании. На подготовленную загрунтованную поверхность на печатной машине наносится рисунок, чаще всего имитирующий ценные породы древесины. Рисунок закрепляют, покрывая плиту бесцветным лаком.

Начиная с 70-х годов прошлого века, проводились работы по разработке технологий отделки плитных материалов непосредственно в процессе из изготовления. Так с появлением прессов непрерывного прессования были разработаны и внедрены технологии облицовывания, совмещенные с процессом прессования древесных плит (ДСтП и ДВП сухого способа производства) с использованием пленочных материалов на основе специальных видов декоративных бумаг и полимерных пленок.

Преимущество метода одновременного прессования и облицовывания обусловлено, прежде всего, тем, что отпадает необходимость иметь на предприятии участок шлифования, а время прессования плит увеличивается незначительно. Таким способом можно выпускать облицованные плиты для нефасадных деталей корпусной мебели и т. п.

В последние годы  разрабатываются методы сквозного крашения древесных плит непосредственно при их изготовлении. Пропитывать древесину красящими веществами тем легче, чем мельче древесные частицы, например древесное волокно.  Для получения нужного цветового эффекта важно, чтобы краситель проник в структуру волокна. В этом заключается особенность данного метода.

Для реализации этого метода окрашивания преимущественно используются химические красители, однако они нестойки к воздействиям окружающей среды, в результате окрашенные плиты быстро теряют яркость и насыщенность окраски.

В настоящее время проводят  разработку специальных пигментных составов для сквозного крашения плит при их производстве. Появились первые такие композиции, полученные путем диспергирования с одновременным тончайшим измельчением пигментов. Они отличаются насыщенностью тонов и активны при проникновении вглубь волокон древесины, что обеспечивает получение стабильной окраски плит. Лучший результат получен, когда красящие вещества совмещали со связующим. Это эффективно работает при условии хорошей совместимости всех используемых компонентов [1].

Насыщенность и яркость получаемой окраски зависят от свойств волокнистого материала, особенностей древесной породы, от плотности плиты и ее структурных особенностей. Первоначально кажущаяся яркой окраска волокон может измениться  после горячего прессования.  Равномерность получаемой окраски существенно зависит от распределения окрашенных волокон  в готовой плите и наличия в ее структуре крупных агломератов.

Легче всего поддаются глубокому крашению древесноволокнистые плиты средней плотности сухого способа производства (ПМВ). У хорошо прокрашенных плит цвет пласти и кромки получается одинаковый. Для защиты поверхности окрашенных плит от истирания ее  облицовывают тонким защитными пленками на основе бумаги «оверляй» или покрывают прозрачным защитным лаком.

Сложнее провести окрашивание древесноволокнистых плит изготавливаемых по мокрому способу производства. Было разработано и предложено несколько различных способов окрашивания. Некоторые из этих способов получили промышленное воплощение. Например, способ, при реализации которого отделочный слой из окрашенной и специально подготовленной волокнистой массы наносится на ковер, сформированный на отливной машине. Ковер разрезается на полотна, которые затем прессуются в горячем гидравлическом прессе. Лицевой слой у готовой плиты имеет соответствующую окраску [2].

Отделочный слой рекомендуется получать из целлюлозного волокна. Степень помола волокна должна достигать 35 ... 40 °ШР, что обеспечит получение очень гладкой окрашенной поверхности готовой плиты.

Целлюлозное волокно окрашивают пигментами или красителями, стойкими к высокой температуре и обладающими высокой светостойкостью. Хорошей красящей способностью обладают минеральные пигменты.

Для придания поверхности отделочного слоя прочности и создания лучшей связи с древесноволокнистой основой в его композицию вводят клей в количестве до 15 % от массы волокна, который осаждают на целлюлозном волокне.

Приготовленную окрашенную целлюлозную массу помещают в расходный резервуар, оборудованный мешалкой. Далее массу насосом подают в напорный ящик, откуда она самотеком поступает в наливное устройство, расположенное над движущимся древесноволокнистым ковром в отливной машине. Расход массы составляет 100 ... 150 г на 1 м2 поверхности плиты.

Данный метод позволяет получить ДВП с гладкой равномерно окрашенной поверхностью, а при использовании в составе плитного материала гидрофобизирующих веществ можно получить плиты с высокой водостойкостью поверхности. Необходимо отметить, что реализация данного метода затратна, и стоимость получаемых плит существенно выше обычных плит с неокрашенной поверхностью.

Кроме рассмотренного способа получения окрашенных ДВП, разработан ряд других технологий. Однако разработка технологии окрашенных ДВП мокрого способа производства в процессе их изготовления с применением нетоксичных красителей является по-прежнему важной и актуальной задачей.

При разработке технологии в качестве пигмента использовали углерод технический (сажу газовую) на основе, которой составляли рабочие композиции.

Технический углерод – материал, образующийся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов (природных или промышленных газов, жидких продуктов нефтяного или каменноугольного происхождения). В зависимости от способа получения меняется дисперсность частиц, которая определяет малярно-технические свойства технического углерода и прежде всего глубину цвета.

Технический углерод – высокодисперсный аморфный углеродный продукт, производимый в промышленных масштабах и имеющий широкое применение (рис. 1) [3, 4, 5]. Технический углерод  светостоек, обладает высокой красящей способностью и укрывистостью. Благодаря этому он широко используется в качестве пигмента в составе красок.

Частицы технического углерода представляют собой глобулы, состоящие из деградированных графитовых структур. Межплоскостное расстояние между графитоподобными слоями составляет 0,35-0,365 нм.

 Размер частиц (13-120 нм) определяет  дисперсность технического углерода. Физико-химическим показателем, характеризующим дисперсность, является удельная поверхность. Поверхность частиц обладает шероховатостью. Мерой шероховатости служит соотношение между показателями удельной поверхности технического углерода и его йодным числом (йодное число определяет полную поверхность частиц с учётом шероховатостей).

Технический углерод обладает  развитой поверхностью (5-150 м²/г) со значительной активностью. На поверхности обнаруживаются т. н. концевые группы (-COOH, -CHO, -OH, -C(O)-O-, -C(O)-), а также сорбированные остатки неразложившихся углеводородов. Их количество напрямую зависит от способа получения и последующей обработки углеродных частиц.

Истинная плотность частиц технического углерода – 1,76-1,9 г/см³. Насыпная плотность хлопьевидного технического углерода составляет 330-420 кг/м³.

использование технического углерода в России

Рис. 1. Использование технического углерода в России

В качестве пигмента в работе использовали высокодисперсный углерод технический (сажу) на основе, которого составляли композиции содержащие ПАВ (ОП-7) и органические носители в виде лигносульфонатов и глицерина [7].

Характеристика используемой в работе древесноволокнистой массы: сырьё смешанного по­родного состава (лиственные – 50 %, хвойные – 50 %); степень помола массы со второй ступени размола 21 ДС, с третьей ступени размола 50 ДС.

Нанесение рабочих суспензий на древесноволокнистые ковры прово­дили методом распыления на ковер и накаткой рабочего состава валиком.

Перед прессованием ковры отжимали в подпрессовщике при удельном давлении 1,5 МПа.

Рабочие окрашивающие суспензии готовили из композиций, содержа­щих углерод технический в количестве 28 – 33 %, путем разбавления водой.

Прессование плит вели по режиму: температура – 190 °С; время подъема давления − 50 с; максимальное давление − 5,5 МПа; продолжительность отжима − 10 с; давление на стадии сушки − 0,8 МПа.

Установление расхода технического углерода (сажи) при нанесении распылением суспензий на древесноволокнистый ковер вели путем дозированной подачи суспензии на фильтровальную бумагу.

Двухпроцентную рабочую суспензию, с соотношением компонентов в м.ч.: технический углерод – 2; лигносульфонаты технические – 5; вода – 98, распыляли из пульверизатора на поверхность фильтровальной бумаги.

После подсушивания на поверхности бумаги получено светло-серое окрашивание, при расходе технического углерода 7,5 г/м2 или 400 г/м2 – 2 %-ного раствора.

Для повышения укрывистости, при распылении рабочего раствора, кон­центрация технического углерода должна быть повышена до 5 – 10 %.

С этой целью составлена 10 % суспензия технического углерода, с добавлением 5 % лигносульфонатов. 

В результате наблюдается хорошее распределение пигмента по поверхно­сти и хорошая укрывистость с достижением черного цвета поверхности бумаги.

Однако в таких суспензиях наблюдается некоторое количество крупных фракций технического углерода (сажи) и включений, находящихся в составе технических лигносульфонатов, что затрудняет распыление таких суспензий.

Переход с поверхностно-активного вещества – лигносульфонаты на поверхностно-активное вещество ОП-7, добавляемое в коли­честве 5 %, позволяет получать более равномерные дисперсные суспензии.

При использовании профессиональных регулируемых распыляющих уст­ройств можно проводить качественное распыление с постоянным расходом суспензии и формировать покрытия нужного цвета.

С учетом вышеизложенного нанесение окрашивающих композиций на древесноволокнистые ковры форматом 300×300 мм осуществляли также методом накатывания валиком.

В качестве основы окрашивающего материала выбрана композиция следующего состава: глицерин технический – 100 м.ч.; лигносульфонаты технические – 100 м.ч.; технический углерод (сажа) – 100 м.ч.

Приготовление рабочих суспензий производили путём смешивания расчетных количеств основного состава с расчетным количеством воды.

Для получения рабочей суспензии содержащей 100 грамм технического углерода (сажи) необходимо взять 300 грамм основной композиции и 900 мл воды. Перемешивание суспензии проводили при скорости вращения мешалки 500 об/мин в течение 30 мин.

Приготовленную рабочую суспензию наносили на поверхность древесноволокнистых ковров (ДВК) валиком. Для получения окраски различного цвета суспензию наносили в 1 слой, 2 слоя, 4 слоя и 6 слоёв. Окрашенные ковры отжимали в холодном прессе и подвергали горячему прессованию по режиму, соответствующему производственному.

После прессования получены твердые ДВП с равномерной окраской поверхности, интенсивность которой увеличивается с увеличением нанесенных слоев суспензии.

С целью установления влияния поверхностно-активного вещества ОП-7 на качество нанесения суспензии на древесноволокнистые ковры и снижения расхода основной композиции была получена рабочая суспензия с концентрацией технического углерода (сажи) 5 %. Эту суспензию наносили валиком в 1 слой, 2 слоя и 5 слоёв. Окрашенные ковры подвергали горячему прессованию. После прессования получены плиты с равномерной окраской.

Следует отметить, что вышеуказанным способом возможно получать окрашенные в черный цвет плиты с различной насыщенностью.

По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:
1. Окрашивание поверхности древесноволокнистых ковров возможно производить суспензиями технического углерода (сажи) различной концентра­ции.
2. Повышение устойчивости дисперсий достигается введением по­верхностно-активных веществ (ОП-7, лигносульфонаты).
3. Повышение дисперсности частиц технического углерода при совмещении с ПАВ и водой достигается составлением композиций состава: глицерин; лигносульфонаты, техуглерод.
4. Нанесение технического углерода из суспензий на поверхность ДВК возможно производить либо распылением, либо накаткой.
5. Получение различной по насыщенности цвета окраски поверх­ности плит можно обеспечить за счет изменения расхода технического углерода (сажи) в пределах от 2 г/м2 до 7 г/м2.
6. Разработанный способ позволяет получать ДВП с окрашенной поверхностью различной цветовой насыщенности (от серой до черной). Использование других видов минеральных пигментов позволит получать ДВП с разным цветом поверхности.

Список литературы
1. Волынский В. Н. Технология древесных плит и композиционных материалов: Учебно-справочное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2010. – 336 с.
2. Мерсов Е. Д. Производство древесноволокнистых плит: Учеб. Для ПТУ – М.: Высш. шк., 1989. – 232 с.: ил.
3. Ивановский В. И. Технический углерод. Процессы и аппараты: Учебное пособие. – Омск: ОАО «Техуглерод», 2004.
4. Берёзкин В. И. Углерод: замкнутые наночастицы, макроструктуры, материалы. – СПб.: АРТЭГО, 2013. – 450 с. – ISBN 978-5-91014-051-0
5. ГОСТ 4598-86 Плиты древесноволокнистые мокрого способа производства. Технические условия
6. ГОСТ 7885-86 Углерод технический для производства резины. Технические условия
7. Тришин С. П., Никитин А. А. Окрашивание поверхности ДВП в процессе изготовления // Сб. науч. тр.  ФБГОУ ВПО МГУЛ. – М.: 2014. – Вып. 370, Технология и оборудование для переработки древесины. С. 81-85.

Материал поступил в редакцию 25.03.2019
© Никитин А. А., Чернова С. Е., Горбунова В. В., 2019