Оптимизация лакокрасочного материала для покрытия древесины с добавкой металлического катализатора

Введение. Современные тенденции в отрасли производства лакокрасочных материалов идут в направлении экологичности и многофункциональности придавая деревянным изделиям хорошие эстетические и защитные свойства. Структура древесины, как натурального материала постоянно подвергается интенсивным и прогрессирующим процессам окислительного разрушения в условиях воздействия окружающей среды, что влияет на прочность древесины и вызывает значительные структурные изменения. В этой связи интерес к улучшению стойкости лакокрасочных покрытий при воздействии факторов окружающей среды на их эксплуатационные характеристики, оправдывает активизацию исследований в разработке новых эффективных решений. Одним из эффективных способов предотвращения разрушения структуры древесины является нанесение защитного слоя лакокрасочного материала путем его химической модификации поверхности и прежде всего за счет введения сиккативов. Введение сиккативов позволяет обеспечить равномерную скорость высыхания по всему объему и дополнительно диспергировать пигмент, что улучшает физико-механические свойства лакокрасочного покрытия и повышает его долговечность.

Цель научно-исследовательской работы — установить влияние добавки металлического катализатора в виде высокодисперсного отхода осаждения от электродуговой печи на физико-механические свойств лакокрасочного материала.

Материалы и методы. В качестве исходных компонентов для получения масляных составов красок при проведении экспериментов применяли: связующее вещество — натуральная олифа, пигмент — охра, наполнитель — мел. Для ускорения процесса высыхания добавляли металлический катализатор, являющийся высокодисперсным отходом осаждения от электродуговой печи (далее — пыль). Гранулометрический состав мела оценивали с помощью сканирующей электронной микроскопии, а пыли — с помощью лазерного анализатора Microsizer 201c.

Результаты исследования. По результатам оптимизации были получены уравнения регрессии, представленные в виде полинома второй степени и оптимальный вещественный состав лакокрасочного материала. Для решения проблемы высыхания в оптимальный разработанный состав масляной краски вводили добавку металлического катализатора в количестве 0,05 % от массы связующего.

Сравнение полученных результатов нормативных испытаний физико-механических свойств двух составов контрольного (без добавки) и модифицированного с добавкой металлического катализатора в виде пыли говорят о перспективности её применения в качестве сиккатива.

Обсуждение и заключение. Введение в лакокрасочный материал на масляной основе сиккатива в виде побочного продукта высокодисперсного отхода осаждения от электродуговой печи ускорило процесс полимеризации и улучшило физико-механические свойства модифицированного состава в сравнении с контрольным. Улучшение физико-механических характеристик масляной краски позволит повысить 

1. Binoj J, Raj RE, Daniel B. Comprehensive Characterization of Industrially Discarded Fruit Fiber, Tamarindus Indica L. as a Potential Eco-Friendly Bioreinforcement for Polymer Composite. Journal of Cleaner Production. 2017;142:1321–1331. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.09.179

2. Kumar P, Duhan S, Duhan JS. Agro-Industrial Wastes and their Utilization Using Solid State Fermentation: a review. Bioresources and Bioprocessing. 2018;5:1–15. https://doi.org/10.1186/s40643-017-0187-z

3. Sanjay M, Madhu P, Jawaid M, Senthamaraikannan P, Senthil S, Pradeep S. Characterization and Properties of Natural Fiber Polymer Composites: a Comprehensive Review. Journal of Cleaner Production. 2018;172:566–581. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.10.101.

4. Richard S, Rajadurai JS, Manikandan V. Influence of Particle Size and Particle Loading on Mechanical and Dielectric Properties of Biochar Particulate-Reinforced Polymer Nanocomposites. International Journal of Polymer Analysis and Characterization. 2016;21:462–477. http://dx.doi.org/10.1080/1023666X.2016.1168602

5. Mustapha R, Rahmat AR, Majid RA, Mustapha SNH. Vegetable Oil-Based Epoxy Resins and their Composites with Bio-Based Hardener: a Short Review. Polymer-Plastics Technology and Materials. 2019;58:1311–1326. https://doi.org/10.1080/25740881.2018.1563119.

6. Sansonetti E, Cirule D, Kuka E, Andersone I, Andersons B. Investigation of Linseed Oil-Based Wood Coatings: Effect of Artificial Weathering. Key Engineering Materials. 2019;800:223–227. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.800.223

7. Calovi M, Rossi S. From Wood wWaste to Wood Protection: New Application of Black Biorenewable Water-Based Dispersions as Pigment for Bio-Based Wood Paint. Progress in Organic Coatings. 2023;180:10757. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107577

8. Liu Y, Yu Z, Zhang Y, Wang H. Microbial Dyeing for Inoculation and Pigment Used in Wood Processing: Opportunities and Challenges. Dyes Pigments. 2021;186:109021. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2020.109021

9. Vega Gutierrez SM, Stone DW, He R, Vega Gutierrez PT, Walsh ZM, Robinson SC. Potential Use of the Pigments from Scytalidium Cuboideum and Chlorociboria Aeruginosa to Prevent ‘Greying’ Decking and Other Outdoor Wood Products. Coatings. 2021;11:511. http://dx.doi.org/10.3390/coatings11050511

10. Calovi M, Rossi S. Impact of High Concentrations of Cellulose Fibres on the Morphology, Durability and Protective Properties of Wood Paint. Coatings. 2023;13:721. https://doi.org/10.3390/coatings13040721

11. Yan X, Chang Y, Qian X. Effect of the Concentration of Pigment Slurry on the Film Performances of Waterborne Wood Coatings. Coatings. 2019;9:635. http://dx.doi.org/10.3390/coatings9100635

12. Yan X, Wang L, Qian X. Influence of Thermochromic Pigment Powder on Properties of Waterborne Primer Film for Chinese Fir. Coatings. 2019;9:742. http://dx.doi.org/10.3390/coatings9110742

13. Kaestner D, Petutschnigg A, Schnabel T, Illy A, Taylor A. Influence of Wood Surface Color on the Performance of Luminescent Pigments. Forest Products Journal. 2016;66:211–213. http://dx.doi.org/10.13073/FPJ-D-15-00036

14. Reinprecht L, P´anek M. Effects of Wood Roughness, Light Pigments, and Water Repellent on the Color Stability of Painted Spruce Subjected to Natural and Accelerated Weathering. BioResources. 2015;10(4):7203–7219. http://dx.doi.org/10.15376/biores.10.4.7203-7219.

15. Zhang Z-M, Du H, Wang W-H, Wang Q-W. Property Changes of Wood-Fiber/HDPE Composites Colored by Iron Oxide Pigments after Accelerated UV Weathering. Journal of Forestry Research. 2010;21:59–62. https://doi.org/10.1007/s11676-010-0009-z

16. Hubmann M, Curtis JM. A Biobased Reactive Accelerant and Diluent for Solvent-Free Drying Oils. Progress in Organic Coatings. 2021;157:106024. http://dx.doi.org/10.1016/j.porgcoat.2020.106024