В настоящее время для увеличения адгезионных свойств полимеров наиболее распространенными являются промоутеры адгезии (Dynasylan AMEO; Dynasylan GLYMO; Dynasylan MEMO; Dynasylan 2776; Пента-62И и др.), по химической природе –органофункциональные силаны. Они в течение длительного времени находят применение в качестве промоутеров адгезии для лакокрасочных систем. Важным преимуществом применения этих продуктов является обеспечение прочной химической связи между пленкой ЛКМ и неорганической подложкой (стекло, металл, цемент и пр.). Помимо основной функции промоутеров адгезии – улучшения фиксации покрытия к подложке (особенно важно для крепления полимеров к металлу, стеклу или дереву для наружного покрытия), данные добавки обладают рядом других качеств для самой системы: улучшают дисперсию наполнителя; увеличивают содержания наполнителя; улучшают механические свойства; увеличивают влагостойкость [5, 6].
Для получения связующего для склеивания отходов древесины исследованы несколько известных марок метилметакрилатов (Дегарут-465, Дегамент-850, Домакрил-26, Дегадур-625). Указанные марки выбраны по основным физико-механическим и технологическим свойствам, а именно: прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе; вязкость; время полимеризации. При исследовании указанных полимеров установлено, что лучшими характеристиками обладает метилметакрилат марки Дегарут-465, но использование этой смолы в качестве связующего во-первых экономически нецелесообразно, во-вторых, прочность на растяжение при изгибе без наполнителя – низкая.
С целью увеличения прочностных свойств вяжущего для склеивания отходов древесины были исследованы известные наполнители: песок фракции 100-200 мкм; мраморный кальцит со средним размером частиц 2; 5; 20; 40; 60 мкм; бентонит, каолин, а также отходы производства микростеклошариков для горизонтальной разметки дорог - мультициклон средний размер частиц не более 10 мкм и циклоциклон со средним размером частиц около 50 мкм. Из всех перечисленных наполнителей лучшим является циклоциклон, во-первых, это дробленное оконное стекло, т.е. экологически чистый материал, во-вторых, ЦЦ при производстве имеет большие объемы, в третьих обладает низкой маслоемкостью, что в свою очередь можно его вводить в метилметакрилат в большом процентном соотношении. Недостатком является низкая адгезия к метилметакрилатам.
Для увеличения адгезионных свойств метилметакрилата были исследованы выше перечисленные промоутеры. В результате экспериментальных исследований было установлено, что для ЦЦ лучше всего использовать промоутер МЕМО (см. таблицу 1, рисунок 1 – расстояние между опорами – 10 см, ширина образца – 4 см, высота образца – 4 см). Но МЕМО в чистом виде использовать экономически нецелесообразно, поэтому готовился водный раствор (аппрет), состоящий из МЕМО (концентрат) - от 300 до 600 гр.; уксусная 50 % кислота - 150 гр., и силоксан марки Пента-804. Все эти ингредиенты перемешивались на магнитной мешалке в дистиллированной воде из расчета на 30 литров. В лабораторных условиях изготавливался аппрет на 1 литр дистиллированной воды.
Таблица 1
Сравнительная характеристика прочностных показателей различных промоутеров
Промоутеры адгезии |
Прочность на растяжение при изгибе, кгс/см2 |
Нагрузка, кг |
Показание манометра, |
AMEO |
109,2 |
466,0 |
34,7 |
AMMO |
86,6 |
369,3 |
27,5 |
2776 |
72,7 |
310,2 |
23,1 |
MEMO |
144,2 |
615,1 |
45,8 |
Пента -62И |
0,0 |
0,0 |
|
Образец без аппрета |
43,8 |
186,7 |
13,9 |
Образец на песке |
95,1 |
405,6 |
30,2 |
Образец контрольный на мытом песке фр. 100-200 мкм |
118,4 |
505,0 |
37,6 |
.
Рис. 1. Испытание образцов на растяжение при изгибе
Силоксан марки Пента-804 вводился в состав аппрета с целью исключения слипания ЦЦ после обработки и его сушки. Без обработки и сушки ЦЦ в естественных условиях происходит слипание частиц и без механического его дробления невозможно его введение в метилметакрилат, к тому же после механического дробления происходит снижение прочностных характеристик связующего [3].
Ингредиенты для получения аппретирующего состава, как было сказано раньше, приготавливались в стеклянном термостакане при температуре около 80 оС в течение нескольких минут до получения однородной прозрачной жидкости. После приготовления аппрета он вводился в сухой порошок ЦЦ из расчета 4 – 6 кг/т и смесь тщательно перемешивалась до полного смачивания всего объема (поскольку ЦЦ имеет практически нулевую маслоемкость, поэтому этого количества вполне хватает на 1 тонну). В лабораторных условиях эксперимент проводился из расчета 3 кг ЦЦ и 5-15 мл аппрета. Как видно из графика (рисунок 2), наиболее высокие показатели связующего при приготовлении аппретирующего состава, в состав которого входит МЕМО на 30 литров дистиллированной воды.
Рис. 2. Зависимость прочности на растяжение при изгибе образцов от количества
аппрета (МЕМО)
В результате экспериментальных исследований было установлено, что максимальная прочность на растяжение при изгибе связующего на основе метилметакрилата была получена при использовании аппрета на основе силана марки МЕМО на 30 литров воды и несколько килограммов аппрета на 1000 кг ЦЦ. Прочность образцов на растяжение при изгибе составляет около 30 МПа (испытания проводили на испытательной машине TROMMELBERG).
Состав связующего следующий: метилметакрилат (Дегарут-465) – 29 %; стеклянный порошок (ср. размер частиц около 50 мкм) ЦЦ предварительно обработанный аппретирующим составом – 69,5 %; отвердитель (бензоилпероксид – сухой порошок) – 1,5 %. Физико-механические и технологические показатели: прочность на растяжение при изгибе - 30 МПа; водопоглащение – 0,01 %; адгезия к стеклу 21 МПа; температура применения от минус 20 до плюс 35 0С; вязкость, сек, по ВЗ-246 с диаметром отверстия – 4 мм – 250 сек; жизнеспособность – 20 минут; время полимеризации до набора 75 % прочности на растяжение при изгибе 60 минут; время полной полимеризации 12 часов.
Для получения композиционного материала из отходов древесины необходимо предварительно обработать отходы тем же аппретирующим составом из расчета 100-150 г/кв. м поверхности древесины и высушить до естественной влажности. Затем подготовить связующее, уложить слой древесины в форму, с условием, чтобы связующее заполнило все полости древесины [4, 5]. Технология приготовления древесных конструкционных материалов различной высоты производится послойно.
Таблица 2
Исследование прочностных характеристик промоутера МЕМО в качестве аппрета
от его количества
Количество МЕМО в гр, для приготовления 30 литров аппретирующего состава |
Прочность на растяжение при изгибе, кгс/кв.см |
Нагрузка, кг Р |
Показание манометра |
1 |
2 |
3 |
4 |
300 |
213,1 |
909,2 |
67,7 |
300 |
215,6 |
920,0 |
68,5 |
300 |
218,1 |
930,7 |
69,3 |
Среднее арифметическое значение прочности, МПа |
215,6 |
- |
- |
400 |
232,9 |
993,8 |
74 |
400 |
229,8 |
980,4 |
73 |
400 |
226,0 |
964,3 |
71,8 |
Среднее арифметическое значение прочности, МПа |
229,6 |
- |
- |
500 |
298,1 |
1271,8 |
94,7 |
500 |
300,3 |
1281,2 |
95,4 |
500 |
302,8 |
1292,0 |
96,2 |
Окончание табл. 2 |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
Среднее арифметическое значение прочности, МПа |
300,4 |
- |
- |
600 |
251,8 |
1074,4 |
80 |
600 |
309,1 |
1318,8 |
98,2 |
600 |
191,7 |
817,9 |
60,9 |
Среднее арифметическое значение прочности, МПа |
250,9 |
- |
- |
Анализируя проведенные экспериментальные исследования (таблица 2) можно сделать выводы, что максимальные значения прочности образцов на растяжение при изгибе, состоящих из метилметакрилата и циклоциклона были получены при аппретировании порошка стекла следующим составом: промоутер адгезии марки МЕМО – 500 г; гидрофобный аппрет марки Пента-804 – 150 г; уксусная 50 % кислота – 50 г; дистиллированная вода – 30 литров.
Параллельно качественному составу аппрета исследовался его расход на единицу ЦЦ. Установлено, что при смачивании ЦЦ аппретом с расходом 5 кг/т, (таблица 3) были получены максимальные значения прочностных характеристик вяжущего для отходов древесины – около 30 МПа.
Таблица 3
Максимальные значения прочностных характеристик вяжущего для отходов древесины
№ образца |
Прочность на растяжение при изгибе, кгс/см2 |
Нагрузка, кг |
Показание манометра |
MEMO 3 кг/т |
197,6 |
907,9 |
67,6 |
MEMO 4 кг/т |
213,2 |
979,7 |
72,95 |
MEMO 5 кг/т |
281,2 |
1292,0 |
96,2 |
MEMO 6 кг/т |
232,7 |
1069,0 |
79,6 |
Рецензенты:
Афоничев Д.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени Императора Петра I», г. Воронеж;
Кондрашова Е.В., д.т.н., доцент, профессор кафедры технического сервиса и технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени Императора Петра I», доктор технических наук, г. Воронеж.
Библиографическая ссылка
Стородубцева Т.Н., Аксомитный А.А. РАЗРАБОТКА СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20965 (дата обращения: 05.06.2024).