Пропитка дерева парафином: Обработка древесины парафином — Доктор Лом

Содержание

Обработка древесины парафином — Доктор Лом

Дело в том, что деревянные полы в казарме, носившие гордое имя «палуба», не красились. Точнее красились, но совсем не так, как я к этому привык. Раз в несколько месяцев полы скоблились до бела, затем тонировались какой-то мастикой цвета свеклы (возможно это была какая-то морилка, разводившаяся водой, сейчас точно не скажу), а затем натирались парафином. Для этого был даже специальный инструмент — «паровоз», тяжеленная железная штуковина с длинной ручкой. На специальной площадке паровоза крепилось то ли 6 то ли 8 щеток для втирания предварительно накрошенного парафина. Почему этот инструмент назывался паровозом, я не знаю, возможно потому, что его приходилось постоянно толкать вперед-назад.

При этом «затем натирались парафином» означает, что эта операция выполнялась не только после высыхания мастики, но и затем несколько раз в день дневальными, а кроме того в субботу во время большой уборки. И так в течение нескольких месяцев. Когда следы мастики под напором матросских ботинок окончательно исчезали и полы становились скорее черными, чем красными, то полы опять скоблились, пропитывались мастикой и так далее.

Но самое обидное в этой истории то, что парафин совершенно никак не защищал древесину от изменения цвета и зачем он был нужен, я не понимал.

Тогда мне это казалось каким-то особо изощренным видом издевательства над молодыми моряками, да и сейчас я своего мнения не изменил. Куда проще, быстрее и надежнее красить деревянные полы или покрывать лаком, тем более, что полы эти внутри помещения.

Тем не менее с той поры прошло много лет, и даже десятков лет. У меня появилась дача, а на даче на втором этаже — терраса. Деревянные полы на террасе пришлось менять и я решил их обработать морилкой и лаком. С выбором лака я особо не парился, потому как с советских времен привык к тому, что какой лак есть в продаже, тот и хороший. И для внутренних помещений это правило работало. Например мебель, изготовленная для дачи — стол и лавка, обработанная таким же образом, прекрасно сохранилась в течение 10 лет.

А вот с террасой не повезло. Несколько лет над террасой не было даже крыши и за это время лак по большей части отслоился, а доски почернели. Как выяснилось, лак создает прекрасное защитное покрытие, но не надолго. Зимой, когда выпадает снег, его ветром на террасу наметает порядочно. Потом снег тает, замерзает и так в течение зимы может происходить несколько раз. Лак, который по идее не должен пропускать воду, тем не менее от таких воздействий быстро разрушается, точнее отслаивается от древесины и по-хорошему покрывать лаком террасные доски нужно каждый год или искать другой способ обработки древесины, потому как с годами я стал чрезвычайно ленив и вскрывать лаком каждый год 30 квадратов пола на даче, где я и бываю не каждый год, мне не хочется. А кроме того, в этом году я наконец-то решил сделать перила на террасе и древесину перил следовало как-то обработать. Так как террасные доски почернели, то я решил их просто покрасить краской, а что делать с перилами?

Из различных способов обработки наружных деревянных конструкций наиболее надежным мне показалась восковая пропитка древесины, о которой я раньше ничего не слышал. Купить такую пропитку сейчас не сложно, однако платить за литровую баночку 50$ мне как-то не с руки. Тем более, что на перила одной такой баночки может и не хватить.

Я поковырялся в сети еще. На форумах охотников и домашних рукодельников живо обсуждаются способы пропитки древесины различными маслами. Но то, что подходит для ружейного приклада или деревянной ложки, не годится для наружных деревянных конструкций — не те размеры изделий и объемы работ.

Тем не менее не нужно изобретать велосипед, когда он уже давно придуман. Уже давно деревянные конструкции, в том числе и наружные, перед покраской обрабатывают олифой. Меня, кстати, всегда удивляло, что старые деревянные окна красили чуть ли не каждый год, но это не помогало, краска трескалась и отваливалась кусками, а под отвалившейся краской можно увидеть древесину, пропитанную олифой. Особенность олифы — масла, подвергнутого тепловой обработке — в том и состоит, что она не создает защитный слой, но впитывается в древесину на глубину 1-3 мм.

Так и быть, террасную доску я перед покраской пропитаю олифой, обработаю олифой и перила после тонирования морилкой, но поможет ли это лаку на перилах не отслоиться?

И тут я вспомнил про парафин. Теоретически перила не пол, их вполне можно обработать парафином. Я взял обычную парафиновую свечку и попробовал натереть одну секцию ограждения. Получилось не плохо, да и ничего сложного в этом нет: просто водишь свечкой по доске, нанося более-менее равномерный слой, а затем втираешь парафин ветошью. К тому же было достаточно жарко, так что парафин под жаркими летними лучами солнца сильно и втирать не пришлось. На все про все ушло 1.5 свечки (фитиль я выдергивал).

В итоге на перилах образовалась как бы пленка, скользкая на ощупь. Я налил на горизонтальную доску немного воды. При этом вода вела себя как ртуть, образовав характерную лужицу, я подул на воду, она перекатилась и не оставила следов на доске. В то же время на лакированных поверхностях вода всегда остается и смачивает поверхность. Мне этот эффект понравился, однако через пару недель парафиновое покрытие перестало быть таким надежным, несколько капелек после перекатывания оставались на поверхности доски и эта оставшаяся вода смачивала древесину. И самое главное парафин по прежнему не защищал древесину от загрязнения.

Тогда я решил все-таки покрыть перила лаком, а для интересу одну секцию перил покрыл двумя слоями яхтенного лака (на полиуретановой основе), а две секции, обработанные парафином — одним слоем лака.

Примечательно, что лак, нанесенный на поверхности, обработанные парафином, так и не высох. Во всяком случае на ощупь это все та же немного скользкая поверхность. Теперь осталось несколько лет подождать и посмотреть, будет ли от такой обработки парафином хоть какая-то польза.

UPD 2016: пришла весна, покрытие держится достаточно хорошо и только в одном месте вроде как начало отслаиваться. Справедливости ради следует отметить, что перила, необработанные парафином, а только покрытые яхтенным лаком, также в очень хорошем состоянии, хотя отслаивание лака на сучках вроде как началось. Будем смотреть дальше.

UPD2019: Прошло еще 3 года и я с сожалением вынужден признать, что два слоя яхтенного лака дают больший эффект, чем один слой и обработка парафином. Сейчас это выглядит примерно так:

Рисунок 438.1. Перила, покрытые лаком в 2 слоя.

Рисунок 438.2. Перила, покрытые лаком по парафину.

Но в целом, результат на мой взгляд неплохой и в первом и во втором случае за 4 года разрушения минимальные. Тем более, что для напольного покрытия я использовал особо дорогую краску и вышло еще хуже:

Рисунок 438.3 Крашенный пол на лестничной площадке

Т.е. краска слезла еще быстрее. Но тут ничего не поделаешь. Есть конечно и более древние, соответственно более надежные технологии обработки древесины, но вам они могут не понравиться, поэтому здесь их не привожу.

видео-инструкция по термообработке своими руками, можно ли обрабатывать праймером, фото и цена

Все фото из статьи

Дерево является строительным материалом, который применяется человечеством на протяжении тысяч лет, и остается незаменимым по сей день. Однако, для обеспечения долговечности деревянных конструкций, древесина нуждается в защитной обработке, иначе она подвержена различным негативным воздействиям окружающей среды. Чаще всего в целях защиты выполняется обработка дерева лаком или краской, однако, существуют и другие некоторые технологии.

Защитная обработка древесины

Далее мы ознакомимся с наиболее распространенными и эффективными вариантами обработки древесины, видами защитных составов и их особенностями.

Общие сведения

Наряду с множеством положительных качеств, дерево имеет один существенный недостаток –подверженность воздействию ряда негативных факторов, таких как:

  • Микроорганизмы, грибки и насекомые – разрушают структуру древесины.
  • Влага – уменьшает прочность, а также создает благоприятные условия для развития грибков и микроорганизмов. В результате дерево начинает гнить, а также на нем появляется плесень.
  • Прямые солнечные лучи – под их воздействием древесина пересыхает и начинает растрескиваться и деформироваться.

Таким образом, защитная обработка является необходимой операцией, без которой любое деревянное изделие очень быстро придет в негодность, особенно если оно будет подвергаться атмосферным воздействиям.

Пример поврежденной гнилью древесины

В настоящее время все существующие виды обработки можно условно поделить на несколько типов:

  • Проникающая – древесина пропитывается специальными составами, которые проникают в ее структуру.
  • Поверхностная – на поверхность дерева наносятся покрытия, которые образуют прочную защитную пленку.
  • Термическая – древесина подвергается термическому воздействию, в результате чего меняет некоторые свои свойства.

Ниже подробней ознакомимся с вариантами и особенностями защиты всех вышеперечисленных типов.

Нанесение пропитки на деревянную поверхность

Проникающая обработка

Пропитки

Чаще всего для обработки древесины используют специальные составы, именуемые пропитками.

Как правило, они выполняют сразу несколько важных функций, так как являются одновременно:

  • Антисептиками – защищают древесину от микроорганизмов, плесени и насекомых.
  • Антипиренами – защищают древесину от возгорания.

Кроме того, пропитки зачастую защищают дерево от воздействия влаги. Поэтому выбирая, к примеру,чем обработать деревянный дом, однозначно следует отдать предпочтение пропиткам.

Совет! Перед нанесением пропитки поверхность желательно ошкурить, что позволит составу лучше впитаться.

Защитная пропитка для дерева

Следует отметить, что рассматриваемые составы условно можно поделить на два типа:

  • Декоративные – после их нанесения древесина не нуждается в последующей обработке лаком или краской.Кроме того, они подчеркивают текстуру древесины и придают поверхности определенный оттенок.
  • Для предварительной обработки –подразумевают последующую покраску или лакировку поверхности.

Зачастую пропитки второго типа являются еще и грунтовками, т.е. улучшают адгезию лакокрасочного покрытия, а также уменьшают его расход. Многие домашние мастера интересуются у специалистов – можно ли обрабатывать дерево праймером? Грунтовки данного типа также оказывают защитное действие, однако, следует учитывать, что они долго сохнут.

Обработка деревянной поверхности маслом

Народные средства

Если под рукой нет пропитки, можно воспользоваться народными средствами защиты. Наиболее эффективными среди них являются следующие:

Средство Особенности
Льняное масло Является одним из древнейших способов защиты древесины. Масло проникает в структуру дерева, заполняет его поры, после чего твердеет. В результате обеспечивается отличный гидроизоляционный эффект, и при этом древесина остается экологичной.
Машинное масло Также способно защитить древесину от негативных воздействий, в частности, оно предотвращает гниение, возникновение плесени, повреждение грызунами и пр.

Однако, следует учитывать, что обработанное таким образом деревянное изделие перестает быть экологичным. Поэтому машинное масло запрещено использовать для внутренних работ.

Медный купорос Является распространенным средством в борьбе с плесенью и гниением.

Обработать древесину медным купоросом можно двумя способами:

  • Нанести на поверхность раствор медного купороса (10г на литр воды).
  • Вымочить древесину на протяжении двух суток в двадцатипроцентном растворе медного купороса.

Надо сказать, что вместо медного купороса, можно обработать дерево железным купоросом, который обладает схожими свойствами.

Воск Еще одним методом защиты древесины, является обработка воском, который предварительно нагревается до жидкого состояния. Жидкость заполняет поры древесины и образует тонкую защитную пленку на ее поверхности.

Следует отметить, что альтернативой воску является парафин, который оказывает такое же воздействие на древо, как и воск.

Совет! Обработать древесину можно отработкой. Такой способ защиты является самым дешевым. Однако, его можно использовать в тех случаях, когда не имеет значения экологичность и внешний вид обработанного изделия.

Акриловая краска

Поверхностная обработка

Краски

Краски способны защитить дерево от воздействия влаги, солнечных лучей и других некоторых негативных факторов, причем они придают поверхности определенный цвет. В настоящее время на рынке представлен большой выбор красок. Причем, каждая из них обладает своими свойствами и особенностями.

Ниже рассмотрим наиболее распространенные виды красок по дереву:

  • Воднодисперсионные – являются относительно новым видом ЛКП. Главная отличительная особенность этих красок заключается в экологичности, благодаря тому, что растворителем у них служит вода. В результате эти краски не имеют запаха и быстро высыхают.

Кроме того, они обладают другими положительными качествами, такими как:

  • устойчивость к низким температурам и прочим атмосферным воздействиям;
  • возможность получения любого цвета и оттенка;
  • долговечность.

Следует отметить, что эти краски наносятся тонким слоем, благодаря чему сохраняют текстуру древесины.

В зависимости от состава, они делятся на:

  • Акриловые;
  • Силиконовые;
  • Латексные.
  1. Акриловые являются наиболее дешевыми, однако, обладают меньшей устойчивостью к истиранию и механическим нагрузкам.

На фото – алкидная краска по дереву

  1. Алкидные – образуют на поверхности яркую, гладкую пленку, устойчивую к механическим воздействиям, влаге, перепадам температур и пр. В отличие от воднодисперсионых красок алкидные эмали обладают резким неприятным запахом, который выветривается через некоторое время после высыхания.
  2. Полиуретановые – отличаются наилучшей износоустойчивостью,однако цена на них также выше, чем на другие ЛКП. Внешне эти краски напоминают алкидное покрытие – образуют глянцевую или матовую гладкую пленку.

Совет! При выборе краски следует обращать внимание на область ее применения – для наружных или внутренних работ. Данную информацию содержит инструкция по применению, которая содержится на упаковке.

Следует отметить, что существуют и другие некоторые виды красок по дереву, однако, они применяются реже перечисленных выше составов.

Нанесение полиуретанового лака

Лаки

В отличие от красок, лаки образуют на поверхности дерева прозрачную пленку, благодаря чему сохраняют его естественную привлекательность.

По типу состава они делятся на несколько видов:

  • На водной основе – является достаточно распространенным покрытием. Отличительная особенность заключается в отсутствие запаха. К недостаткам относится долгое высыхание.Полиуретановый – обладает устойчивостью к механическим воздействиям, а также отлично переносит влагу и перепады температур. Хорошо ложится при нанесении своими руками при помощи кисточки или тампона.
  • Акриловый – образует на поверхности дерева блестящую глянцевую пленку и при этом обладает высокой прочностью. Чаще всего используется для отделки мебели.

Яхтный лак

 

  • Алкидно-уретановый (яхтный лак) – обладает высокой прочностью и устойчивостью к атмосферным воздействиям. Как правило, применяется для наружных работ.

Совет! Чтобы придать дереву определенный цвет перед нанесением лака его можно покрыть морилкой.

Термообработка

Термообработка дерева позволяет изменить некоторые ее свойства и цвет. Следует отметить, что данная технология является относительно новой – в середине 90-х ее стали применять на производствах паркетных изделий.

Обработанная термическим способом древесина

Принцип этой обработки заключается в том, что бревна на несколько дней помещаются в специальные камеры, где они в инертной среде подвергаются высоким температурам – 180-200 градусов по Цельсию.

В результате древесина немного темнеет, а также приобретает следующие качества:

  • Становится более твердой и прочной;
  • Приобретает устойчивость к перепадам влажности воздуха;
  • Приобретает устойчивость к микроорганизмам;
  • Теряет лишнюю влагу и смолу.

Поэтому термодревесину используют для бань и саун, а также в качестве отделочного материала фасадов и пр.

Обратите внимание! Термообработке подвергают светлые породы древесины, которые не содержат в структуре большого количества смол.

Вот, пожалуй, и все наиболее распространенные и эффективные способы защиты древесины.

Вывод

В настоящее время существует множество технологий защитной обработки дерева от воздействия различных негативных факторов. Каждый из них обладает своими особенностями, а также придает дереву определенный вид.Поэтому выбор зависит от индивидуальных предпочтений и особенностей эксплуатации деревянной конструкции, так в одном случае оптимальным вариантом может быть покраска, а в другом – обработка дерева парафином.

Получить дополнительную некоторую полезную информацию по обозначенной теме можно из видео в этой статье.

Сушка древесины парафинированием.

span13

кто нибудь практикует
В интернете, как и на форуме, информации — ноль.
Точнее везде одно и тоже:
«Куски дерева погружают в растопленный парафин. При температуре 40С выдерживают несколько часов. Потом достают, и несколько дней досушивают при комнатной температуре. Подготовленное таким способом дерево пропитывается парафином, что выделяет его структуру и, слегка тонирует.»

ВАС-ВАС

наверное просто нет столько парафина

John JACK

Парафин продаётся в икее под видом трёхлитровых свечей.
В рецепте опущена одна незначительная подробность: что помешает парафину, будучи снова случайно нагретым пусть до тех же 40 градусов, бодро вылезти наружу?

ПЛАТЯН

лет десять назад постоянно варил в парафине

АВА61

Че то я не понял. Это сушат так бруски? А как же потом вклеивать рукоять например? Парафин не мешает эпоксидке? Или его обратно нагревать нужно, что бы он вытек?

Nikolaich72

АВА61
Это сушат так бруски?

Да,так сушат.Проникновение не очень глубокое(до середины точно не достанет),поэтому ничего повторно нагревать не надо,всё и так склеивается нормально.
Для информации:в этой теме этот метод описан,хотя и совсем скудно.
http://guns.allzip.org/topic/97/1479327.html

span13

парафина всяко-разного хватает.
процесс сушки во всем интернете описан вышеупомянутыми двумя строчками.
а вооопросов много.
может оказаться перспективно.
ПЛАТЯН — поделись опытом.
Какой парафин, что за емкость (с водяной рубашкой) или как?

Юрий_НТ

А воск можно использовать??????

ПЛАТЯН

да какой опыт. обычно уже готовую рукаять склееную опустил в банку с парафином . покипит маленько , он хорошо всасывается, если вытащить будет как сухая.
я обычно вытаскивал на деревяхе остается парафин и в банку с водой . а пленку парафина стирал потом тряпкой.
разогревал в банке горелкой
только дерево сухое должно , а то усядет

Alex-kamaz

Ну это не сушка, а защитная пропитка после сушки, вместо масла

ПЛАТЯН

какая разница? ну закиньте на пол часа, и пусть кипит. высохнет так?
заодно и пропитается
если так сушить и потом обрабатывать наждачками то они сразу забибаются парафином.
попробуйте узнаете

zickada

Раньше всегда пользовался подобным методом, на 100 гр воска ( или парафина ) 25 гр канифоли и 50 гр скипидара. Пропорции менял. В нем варил, в зависимости от времени менялся цвет древесины. Например дуб при долгом варении становился почти черным и рукоятка совсем не впитывала воду. Типа стабилизации что то, только без вакуума 😊. Только кипит и пенится сильно, особенно если дерево недосушено…

[email protected]

Интересует именно сушка, а не пропитка 😊
Составов для пропитки сейчас достаточно, а вот высушить (поглядывая на плиту с соленым супом березового сувеля), вариантов не так много.

span13

[email protected]
Интересует именно сушка, а не пропитка
Составов для пропитки сейчас достаточно, а вот высушить (поглядывая на плиту с соленым супом березового сувеля), вариантов не так много.

В самую точку.
Именно сушка.
На выходные поэкскрементирую с парафином.

защита дерева от старения, гниения, защитить дерево от внешнего воздействия, сделать дерево прочным. Консервирование дерева

Разные производства

Консервирование дерева

    
Для консервирования дерева применяются различные средства. Опишем изготовление некоторых из них.

  • Для пропитывания свежих, недавно срубленных деревьев консервирующим и предохраняющим от гниения средством является раствор медного купороса.

        
    В мешок помещают 3 кг медного купороса и подвешивают его для постепенного растворения в деревянную бочку, наполненную 100 л воды; затем в эту бочку, выставленную на солнце, опускают бревна или колья острым концом вниз. Вследствие испарения влаги с поверхности дерева происходит всасывание жидкости снизу. Процесс прекращают, когда верхние части бревен будут хорошо пропитаны, причем постоянный уровень жидкости в бочке поддерживается периодическим подливанием воды. После обработки дерево должно быть в течение некоторого времени тщательно просушено.

        

    Буб нашел, что прибавление хлорной ртути (сулемы) к медному купоросу не только повышает антисептические свойства последнего, но способствует также более продолжительной консервации. Смеси из сульфата меди, хлорного цинка и увеличить противогнилостную способность этой смеси и усилить ее продолжительную эффективность на значительно больший срок, необходимо добавить к смеси не менее 10% сулемы, причем дальнейшее увеличение количества сулемы еще более способствует сопротивляемости дерева атмосферным влияниям.

        
    По другому способу применяются вместо сулемы (хлорной ртути) фтористые и кремнефтористые соединения.

  • По другому способу особенно хорошо подходит для консервирования дерева смесь из 900 вес. ч. воды, 100 вес. ч. растворимого стекла (35-40° по Бомэ) и 1 вес. ч. сулемы.

  • Для предохранения от гниения дерева, находящегося частью в земле, частью на воздухе, рекомендуется
    следующий способ.

        
    Дерево обильно смазывается раствором, состоящим из 1250 г квасцов в 100 л воды. По истечении 24 часов дерево вымазывают мыльной водой из 7.5 кг обыкновенного мыла и 100 л воды, причем эту операцию повторяют несколько раз, если дерево обладает незначительной впитывающей способностью. Обработанное таким образом дерево не изменяется в течение нескольких годов, темнеет очень медленно и может быть окрашено любой краской.

  • По способу доктора Буб консервирующая смесь состоит из 1 вес. ч. ди- или тринитрофенола или крезола натрия и 1-10 вес. ч, нафталинсульфокислого цинка или фенолсульфокислого натрия.

  • Одним из распространенных средств, консервирующих дерево, является карболинеум. Ниже мы даем
    несколько рецептов карболинеума.

    Тяжелого каменноугольного смоляного масла 4 вес. ч.
    Легкого сырого древесного масла 8 вес. ч.
    Тяжелого смоляного масла 1 вес. ч.

        
    Каменноугольное и древесное смоляные масла должны быть освобождены от карболовой кислоты и креозота, что достигается промыванием масла едким щелоком и дистилляцией.

    Антраценового масла 10 вес. ч.
    Канифоли 1 вес. ч.

        
    Помещают в железный котел и путем умеренного нагревания доводят массу до однообразной консистенции, затем прибавляют 1-2 вес. ч. каучукового раствора. Точное количество резинового или каучукового раствора устанавливается опытным путем в зависимости от той кроющей способности, которую желают придать карболинеуму. Смесь варят до тех пор, пока все не растворится. Когда растворение произойдет, прибавляют еще 50 г сырой стопроцентной карболовой кислоты, хорошо промешивают и помещают .готовый карболинеум в бочки для отстаивания. Карболинеум этот — темно-коричневой окраски, очень прочен и весьма пригоден для пропитки свай, шпал, телеграфных столбов и других бревен, которые в течение долгого времени подвергаются воздействию сырости.

        
    Для получения светлого карболинеума берут 3 вес. ч. канифоли и 15 вес. ч. светлого парафинового масла. Осторожно растапливают на небольшом огне в железном котле, после чего примешивают к составу 1 вес. ч. смоляного масла.

        
    Темный карболинеум можно получить по следующему рецепту:

    Антраценового масла 10 вес. ч.
    Канифоли 20 вес. ч.
    Раствора каучука или раствора каучуковых отбросов 2 вес. ч.
    Сырой карболовой кислоты 5 вес. ч.
    Раствора хлористого цинка 50° по Бомэ 5 вес. ч.

        
    Растапливают на медленном огне антраценовое масло и канифоль, затем примешивают каучуковый раствор в варят до тех пор, пока все не растворится, после чего прибавляют карболовую кислоту и щелок хлористого пинка Прибавив последние два вещества, массу перемешивают до ее охлаждения.

  • Для консервирования мягких пород деревьев готовый древесный материал в виде свай, колов, брусьев и пр. пропитывают горячим раствором железного купороса, сушат и после этого помещают в горячую баню из растворимого стекла. В этой бане сейчас же начинается химический процесс:

        
    Раствор растворимого стекла образует с ранее впитанной деревом железной солью нерастворимый в воде силикат железа, который, плотно облегая внешнюю поверхность материала, охраняет его от разрушения, причем железная соль, впитанная древесными клетками, увеличивает продолжительность сопротивляемости дерева, Этот способ имеет то преимущество, что он не придает дереву никакого запаха, не изменяет его окраски и очень дешев.

  • Консервировать дерево можно также простым окуриванием, для чего подвергают его в течение 4-6 недель воздействию дыма. При окуривании в течение круглых суток равный результат достигается в половинный срок. Так как весь процесс здесь сводится лишь к получению дыма, то для топки пригодны главным образом зеленые смолистые суковатые деревья.

  • Мы должны упомянуть еще об очень интересны опытах Зейденшнура, которые имеют большое значение для предохранения построек и древесного материала о так называемых грибков, заражающих и разъедающих дерево с чрезвычайной быстротой. Опыты Зейденшнура установили, что освобожденное от своих кислых составных частей каменноугольное смоляное масло убивает эти грибки и является хорошим профилактическим средством в отношении возникновения таких грибков.

        
    Вопреки установившемуся мнению, что консервирующие дерево свойства смоляного, масла, изготовленного из каменноугольного дегтя, зависят только от содержания в нем фенола и его гомологов, Зейденшнур опытным путем доказал, присутствие кислых растворимых в натровом щелоке веществ в масле не является существенным. Для проверки было получено вытяжкой масло из давно пропитанных, но хорошо сохранившихся шпал. Масло было подвергнуто исследованию, которое подтвердило наличие только высококипящих частей (фракции) и полное отсутствие нафталина и легко улетучивающихся, в том числе и кислых составных веществ, которые, естественно, в течение известного времени вследствие испарения и выщелачивания внешней водой исчезли из шпал.

        
    Прочность шпал, отсутствие признаков какого бы то ни было гниения с полной очевидностью доказали, что консервирующие свойства следует отнести исключительно к присутствию в масле нейтральных, высококипящих веществ, а отнюдь не ее кислым составным частям.

        
    Вследствие этого состоящее только из нейтральных высококипящих веществ антраценовое масло в данном отношении несравненно лучше смоляного масла, которое богато кислыми составными частями. Зейденшнур испытывал также действие находящихся в нефти тяжелых углеводородов в целях определения их свойств для консервирования дерева, причем оказалось, что после отгонки бензина, керосина и солярового дистиллята остающийся остаток непригоден для дерева и что обработанное таким остатком дерево является едва прочнее, чем обыкновенное, ничем не пропитанное сырое дерево. Напротив, обнаружилось, что эти нейтральные углеводороды посредством обработки серой приобретя свойства, характеризующие их как средство, вполне пригодное для быстрого уничтожения разъедающих дерев грибков и являющееся, хорошим консервирующим составом, по своему действию процентов на 15-20 уступающим антраценовому маслу.

        
    Опытным исследованиям и обработке серой подвергались также пенсильванское сырое минеральное масло техасское сырое масло и различные сорта русского сырого масла. Эти масла нагревали приблизительно до 150°, прибавляли до 2% серы и повышали температуру до 280°, причем большое количество серы в виде сероводорода улетучивалось уже при 170-210°. Переходящий при 210-280° дистиллят соединяют с остатками. Смесь образует чистую, растворимую в хлороформе, бензоле и эфире жидкость.

        
    Весьма подходящим сырьем для такого антигрибкового консервирующего дерево средства является масло, извлекаемое из сырого керосина, известное за границей под кратким наименованием S-масла. Во всех странах и районах, где изготовление смоляных масел затруднительно, S-масло должно занять место смоляного масла при изготовлении антигрибковых и консервирующих древесные материалы средств.

  • В последнее время (1923 г.) с большим успехом применяют для пропитывания дерева сера и парафин, которые придают дереву большую устойчивость против химических и физических воздействий. Первые опыты с серой были произведены в американских соединенных штатах и дали прекрасные результаты. Пропитка серой дерева дала увеличение прочности и твердости так, например, сопротивление на разрыв соснового дерева (параллельно волокнам) увеличилось с 5.5 кг до 9.1 кг на см2 . Таким образом, мягкие древесные породы благодаря обработке серой превращаются в плотный, прочный и химически инертный материал. Кроме того, такое дерево обладает высокими диэлектрическими качествами, а также исключительной способностью к полированию.

        
    Этот новый, практикуемый уже в Америке способ пропитывания удивительно прост и не требует никакой особой аппаратуры. Предназначенное для обработки дерево погружается в нагретую до 140-150° серу. Здесь дерево остается, пока не будет удалена вся влажность, что происходит в течение 5-6 часов. Затем дерево переносят (или понижают температуру первой бани) в серную баню с температурой 120-125°. Окончание пропитывания узнается по прекращению образования пузырьков.

        
    Применение вакуума или давление ведут к ускорению процесса, но не к улучшению продукта, так как изменение давления не оказывает никакого влияния на количество поглощенной деревом серы.
    Количество серы, поглощенное деревом, изменяется в зависимости от породы дерева. Так, например, тополь поглощает 76% серы, кипарис — 60%, пихта — 64%, красное дерево — 60-70%, дуб — 40%.

        
    Продолжительность пропитывания зависит от различных факторов, как, например, структуры клетки дерева, водного содержания и т. д. В среднем весь процесс продолжается 10-12 часов; в некоторых случаях продолжительность доходит до 24 часов.

        
    Опыты пропитывания парафином также были проведены в соединенных штатах. Поводом этим изысканиям послужила трудность получения устойчивого по отношению к действию кислот и щелочей. При этих опытах применялись следующие роды деревьев: сосна, ель, пихта, клен и кипарис. Парафин применялся или один или в смеси с крезолом вазелином, парафиновым маслом или льняным маслом. Наилучшие результаты дало пропитывание одним только парафином. Были поставлены опыты пропитывания дерева, которое было предварительно высушено, и у которого экстракцией были удалены растворимые составные части. Опыт показал, что такая обработка излишня. Практически пропитывание парафином производится следующим образом.

        
    Дерево помещают в парафиновую баню, нагретую до 71°, и медленно повышают температуру (в течение приблизительно 30 минут) до 105°. По достижении этой температуры снова медленно нагревают до 135°, что продолжается приблизительно три-четыре часа.

        
    Когда наступит полное прекращение выделения пузырей, дерево вынимают из ванны. Поглощение парафина у пористых пород доходит до 120%, у плотных лип — до 20%-На практике оказалось полезным после пропитывания при высокой температуре дерево еще раз погрузить в парафиновую ванну при 71° и оставить там приблизительно минут на 30.

        
    Обработанное таким образом дерево обнаруживает необычайно большую устойчивость по отношению к кислотам и щелочам. В этом случае также не требуется специальная аппаратура, нужна только соответствующих размеров ванна.

  • В последнее время (1923 г.) обращено также внимание на высокие дезинфицирующие свойства смоляных масел буковой смолы. Этот материал уже давно известен как консервирующее средство для дерева. Для пропитки дерева применяются фракции буковой смолы, кипящие при температуре выше 180°.

  • Пропитка — дерево — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Пропитка — дерево

    Cтраница 1

    Пропитка дерева парафином, льняным маслом, смолами повышает его электрическую прочность в 1 5 — 2 раза. Высокую влагостойкость придают дереву пропиткой в парафине; деревом при этом поглощается до 80 — 85 % парафина. Пропитда дерева в льняном масле повышает его механическую прочность и значительно улучшает электроизоляционные свойства. Пропитка дерева в смолах придает ему высокие электроизоляционные и механические свойства.
     [1]

    Пропитка дерева для защиты от огня не должна увеличивать его предрасположения к повреждению грибами-разрушителями и вредителями-насекомыми.
     [2]

    Пропитку дерева льняным маслом, олифой или масляными лаками ведут при температуре 120 — 130 С; пропитанные детали вынимают после охлаждения в масле до 60 С. После пропитки производится сушка при доступе свежего воздуха в печи при температуре 110 — 130 С в течение времени, необходимого до полного запекания масла. Пропитка в льняном масле придает дереву хорошие электроизоляционные свойства и повышает его механическую прочность.
     [3]

    Пропитку дерева следует производить только после окончания всей механической обработки ( распиловки, сверловки и пр. Наиболее интенсивно дерево засасывает влагу вдоль волокон, и поэтому торцы досок должны быть защищены особенно тщательно, их следует после пропитки дополнительно лакировать. Если деревянные детали предназначаются для работы в трансформаторном масле, то их после сушки пропитывают тем же маслом.
     [4]

    Способ пропитки дерева до полного поглощения антисептика является относительно дорогим, и поэтому в настоящее время часто применяется способ ограниченного поглощения креозота. Идея этого способа состоит в том, чтобы не иметь креозота в полостях клеток, а пропитать только стенки последних.
     [5]

    Применяется для пропитки дерева и шпал с целью предохранения их от гниения, в стекольной промышленности для варки стекла и получения непрозрачной матовой поверхности, в сельском хозяйстве для борьбы с луговым мотыльком.
     [6]

    Машины для пропитки дерева под давлением.
     [7]

    Применяется для пропитки дерева и шпал с целью предохранения их от гниения, в стекольной промышленности для варки стекла и получения непрозрачной матовой поверхности, в сельском хозяйстве для борьбы с луговым мотыльком.
     [8]

    Применяется для пропитки дерева и шпал с целью предохранения ик от гниения, в стекольной промышленности для варки стекла и получения непрозрачной матовой поверхности, в сельском хозяйстве для борьбы с луговым мотыльком.
     [9]

    Во всех случаях пропитки дерева для использования его в электрической изоляции следует пропитывать только вполне законченные механической обработкой ( после распиловки, сверления и пр.
     [10]

    Применяют олифу для грунтовочной пропитки сухого и чистого дерева или камня под масляную или синтетическую окраску для наружных конструкций; 1 кг олифы расходуют на окрашивание от 8 до 10 м2 поверхности.
     [11]

    Меры предупреждения при пропитке дерева и работе с пропитанным деревом указаны в Правилах безопасности работ при пропитке шпал триоли-том и маленитом и при погрузке, разгрузке и укладке пропитанных шпал, утвержд.
     [12]

    Меры предупреждения при пропитке дерева и работе с пропитанным деревом указаны в Правилах безопасности работ при пропитке шпал триолитом и маленитом и при погрузке, разгрузке л укладке пропитанных шпал, утвержденных Обязательным постановлением НКТ СССР от 16 VI 1930 г. за № 211, и в более поздних Правилах по производственной санитарии и технике безопасности для пунктов пропитки шпал диффузионным методом, изданных Главным санитарным инспектором жел.
     [13]

    Соли цинка употребляются для пропитки дерева с целью предотвращения гниения.
     [14]

    Соли дибутилолова применяются для пропитки дерева ( защита от гниения), в качестве антисептиков, в производстве бумаги.
     [15]

    Страницы:  

       1

       2

       3




    Обработка древесины от гниения и влаги

    Древесина — один из самых экологичных материалов для строительства. С незапамятных времён люди возводили дома именно из дерева. Жить в таких помещениях гораздо комфортнее и полезней для здоровья, чем в тех, что построены из синтетических материалов. Однако у древесины есть один минус — без специальной обработки она быстро портится.

    Как защитить дерево от гниения и влаги? Рассмотрим все варианты.

    Причины гниения дерева

    Чаще всего древесину разрушает плесень. Этот коварный грибок при определённых условиях способен привести к гниению даже самой прочной породы дерева.

    В группе риска материалы, которые содержатся:

    • в слишком влажных помещениях или местности (от 80 до 100% влажности)
    • при температуре  +2 до +40 °С.

    Кроме того, причиной может стать повышенная влажность самого материала — выше 15-ти процентов. Дополнительно усугубляет ситуацию промерзание древесины и контакт брусьев с землёй.

    Как защитить дерево от гниения: профилактика

    Итак, мы выяснили, что главный враг древесины — плесневый грибок. А лучшая среда для плесени — влажность. Поэтому главная профилактика гниения — держать брусья и доски сухими.

    Существует несколько способов профилактики.

    • Один из них — самые продолжительный, длится примерно год. Это естественная сушка в хорошо вентилируемых помещениях.
    • Второй вариант — сушка в специальной камере с горячим воздухом.
    • Третий называется “парафинирование”. Древесину опускают в жидкий парафин и кладут в печь на несколько часов.
    • Ещё одним видом эффективной профилактики считается запаривание в льняном масле. В этом случае материал опускают в масло и проваривают на слабом огне.

    Защитить деревянные элементы здания поможет надёжная кровля и качественная система гидроизоляции. При этом помещения нужно обеспечить хорошей вентиляцией, чтобы не давать фору плесени.

    Деревянные дома должны строится на фундаменте — так, чтобы древесина не касалась земли. Сами брусья следует защитить от влаги специальным покрытием.

    Чем обработать дерево от гниения и влаги: народные методы и специализированные средства

    Чтобы дерево служило дольше, его обрабатывают пропитками, которые защищают от влаги и роста плесени. Существует несколько проверенных народных средств для обработки дерева от гниения и влаги:

    • Горячая смола. Её применяют для пропитки деревянных элементов, контактирующих с землёй — например, оградок и скамеек.
    • Силикатный клей. Им обрабатывают самые разные деревянные конструкции.
    • Медный купорос. Для пропитки используют однопроцентный раствор.
    • Бихромат калия в серной кислоте. Для получения нужного препарата необходимо смешать 5%-е растворы кислоты и бихромата в соотношении один к одному. Этим препаратом обрабатывают стены и почву под ними.
    • Соль+борная кислота. Для пропитки смешивается 50 граммов соли и килограмм соли. Обрабатывать можно несколько раз с перерывом в пару часов.
    • Уксус+сода. Сначала посыпается сода, потом опрыскивается уксусом.

    Конечно же, есть и специализированные средства для защиты древесины от влаги и гниения. Они делятся на две большие группы: консервирование и антисептирование. Первый метод ввиду его сложности применяется только на производстве. Поэтому подробно остановимся на втором.

    Что же такое антисептирование? За сложным названием скрывается простое определение. Этим методом обработки называется пропитка деревянных досок и брусьев химическими веществами, которые предотвращают негативные воздействия на материал.

    Средство для пропитки должно соответствовать целям обработки. Самые безопасные и экологичные — препараты на основе воды и уайт-спирита. Однако они легко смываются, а поэтому подходят только в случаях отсутствия повышенной влажности. А если древесина соприкасается с почвой и подвержена попаданию влаги, лучше использовать водоотталкивающие средства.

    Специализированная защита древесины от гниения и влаги может быть /catalog/dom-i-dacha/blagoustroistvo/sadovaa-mebel/skamejki

    1. Краски. Это не только декоративное покрытие. Краски выполняют ещё и защитную функцию. Согласно рекомендациям специалистов, внутри помещения лучше использовать водорастворимые виды, а для наружных работ — те, в основе которых содержатся органические растворители.
    2. Лаки. Для наружного нанесения лучше подходят лаки с добавками против плесени и растрескивания.
    3. Антисептики. Их можно применять как для профилактики, так и в случаях, когда плесень уже появилась на древесине. Выделяют несколько видов антисептиков:
    • Водоотталкивающие. Ими обрабатывают конструкции, которые особенно подвержены контакту с влагой. Это бани, подвалы и погреба.   
    • Водорастворимые. Это самые нетоксичные средства из всех. Их можно использовать для жилых помещений и в тех конструкциях, которые не контактируют с водой и не подвержены большой влажности.
    • На органических растворителях. Этот вид может применяться и для внутренних, и для наружных работ. Они создают тонкую устойчивую к влаге плёнку.
    • Масляные. В отличие от предыдущего вида, этот образует толстое и прочное покрытие. Оно отлично отталкивает влагу. Но использовать его нужно только на сухом дереве, не заражённом плесенью. Лучше предварительно просушить материал, ведь в противном случае древесина может сгнить изнутри, так как покрытие не препятствует размножению грибка.

    Также есть комбинированные виды, которые сочетают в себе свойства разных типов средств для обработки древесины от гниения.

    Как обработать дерево от гниения: пошаговая инструкция

    На самом деле обработка дерева от гниения и влаги — простой процесс, для которого не требуется каких-то особых знаний и умений. Однако всё же стоит соблюдать некоторые рекомендации и выполнять действия в определённой последовательности.

    1. Работать нужно только в перчатках. Стоит также защитить лицо и глаза — лучше надеть маску и очки. Иначе Вы рискуете получить химические ожоги.
    2. Если планируете окрашивание или нанесение лака, заранее подготовьте поверхность древесины. Очистите её от старой краски, грязи и жира.
    3. Зачистите брус или доску наждаком.
    4. При необходимости, промойте поверхность с чистящим средством. Подождите, пока дерево полностью высохнет.
    5. Далее действуйте в соответствии с инструкцией к выбранному антисептику.
    6. Пропитку начинайте с повреждённых участков — тех, что уже заела плесень — и с труднодоступных мест: углов, стыков и т.д.
    7. Если собираетесь наносить несколько слоёв средства — делайте перерывы в пару часов. Дайте слоям просохнуть.

    Полезные советы:   

    При выборе средств для обработки дерева от гниения и влаги в подвалах и банях ориентируйтесь на те, которые способны выдерживать не только большую влажность, но и сильные перепады температур.

    • Если на деревянных элементах конструкции появились трещины, изменился цвет — нужно срочно обрабатывать древесину антисептиком.
    • Не стоит пропитывать дерево одним и тем же средством дважды. Лучше чередовать.
    • Для фасада лучше приобретать труднорастворимые средства. Они прослужат много лет.

    Защита древесины бревен и бруса на масле и воске. Обработка сруба натуральной масляно восковой пропиткой для древесины Масловоск Анта

    Безопасный алгоритм защиты деревяных домов и бань пропиткой Масловоск.

     Многие производители, которые позиционируют выпускаемые ими средства защиты древесины к классу масляно восковых пропиток, не готовы раскрыть основные принципы и механизм защиты поверхности пропитки масла с воском. Как правило указывается, что выпускаемая пропитка якобы лучшая, но почему именно их антисептик на масле и воске лучше других аналогичных составов и смесей масла с твердым воском, почему он якобы эффективнее работает по сравнению с аналогичными Масловосками и маслом с твердым воском других производителей, как происходит процесс защиты древесины, на каком принципе и по какому алгоритму идут защитные процессы — все это обычно умалчивается.

    Экология и защита дома из бревна и бруса при их обработке маслом с воском.

    Обычно свойства многих пропиток, как натуральных, так и обычных синтезированных искусственно, сводится к восхвалению достоинств, положительных качеств, низкого расхода и перечисления натуральных компонентов, которые могут в нем содержаться. Но мало кто обращает внимание на то, что не всегда точно сообщается потенциальному потребителю или сообщается частично и так, чтобы было не совсем понятно, как  работает пропитка и из чего же это все делается в самом деле.
    Обратите ВНИМАНИЕ! На этикетках крупными буквами, на видном месте производитель может выгодно разместить, а вы сможете прочитать не заметив важные моменты, что масляно восковая пропитка содержит или имеет:

    1. Только натуральная основа пропитки.
      — НО! Какая это преобладающая в пропитке основа:
      • Льняное масло или
      • Масло, полученное перегонкой натуральной нефти?
      • И если присутствует натуральное растительное масло, то обычно скрывают сколько его % в общем составе пропитки. Может 70%, а может только 5%, а остальное синтетическое?
    2. Только натуральный воск.
      — НО! Какой «натуральный» воск:
      • ПЧЕЛИНЫЙ воск с пасеки или
      • ПАРАФИН из нефти, что тоже является воском, но искусственным или растительный воск, пальмовый воск и т.п.
      • А если и присутствует натуральный пчелиный воск, то обычно не указывается сколько его % в общем составе пропитки на масле. Может 60%, а может только 5%, а остальное все же парафин?
    3. Безопасные, безвредные и сертифицированные растворители — а какие?
      • Натуральный живичный скипидар, натуральные пихтовые эфиры, пшеничный спирт или все же
      • АЦЕТОН, уайт-спирит и «очищенный» бензин («бензин высокой очистки», как указывает одна известная компания, производитель масла с воском). Трудно представить, как в экологически чистой пропитке может присутствовать уайтспирит или бензин вообще, и почему она позиционируется как припитка экологического класса?
    4. Про содержание СИККАТИВА могут вообще не указать или «обзовут» его специализированным названием, непонятным большенству потребителей, которые поэтому и не обращают на данную не всегда безопасную составляющую внимание.

    Принципы защиты древесины масла с воском масляно-восковой пропиткой Масловоск Анта

    ТД ЭкоЛак ценит Ваше доверие за выбор экологически чистых и безопасных масляно-восковых пропиток для древесины Масловоск Анта и других производителей, представленных в нашем ассортименте.
    Зная из чего состоит натуральныя масляно-восковая пропитка Масловоск Анта, представляя алгоритм работы масла с пчелиным воском для защиты древесины, потребитель БОЛЬШЕ ДОВЕРЯЕТ качеству и надежности пропиток, которые мы можем ему предложить по минимальной цене. Потенциальному покупателю становиться понятно:

    • ПОЧЕМУ Масловоск Анта добротно, качестве и БЕЗОПАСНО защищает деревянные поверхности даже без «химии»,
    • КАКИЕ защитные свойства проявляют компоненты по их комплексной защите при обработке древесины масляно восковой пропиткой Масловоск Анта,
    • АЛГОРИТМ работы Масловоск Анта с деревянной поверхностью,

    Как работает натуральная пропитка на масле и воске для дерева Масловоск Анта в защите древесины

    Основная формула масляно восковых пропиток типа Масловоск не является секретом. Секрет — в процессе производства, т.е. количестве компонентов, пропорция составляющих, времени приготовления, температурных режимах растворов, поддержании нужного и заданного давления в реакторе, в котором идет процесс смешивания пропитки для дерева с маслом и воском, концентрации вспомогательных веществ и ЧИСТОТЫ компонентов, выбранных, полученных, отсортированных для получения различных модификаций пропиток линейки Масловоск Анта.

    Работая напрямую с производителем пропитки Масловоск Анта, мы можем не описывая достаточно сложные процессы отбора, сортировки, очистки сырья, долгий цикл выполнения производственных режимов по температуре и давлению, требующих точности при изготовлении пропитки на масле, с уверенностью сказать: Масловоск Анта — абсолютно натуральная пропитка. А ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ работы МАСЛОВОСК АНТА, которые лежат в алгоритме защиты поверхности при обработки древесины пропиткой Масловоск Анта всегда доступны для ознакомления всеми нашими партнерами.

    Алгоритм и Механизм защиты древесины натуральной пропиткой Масловоск Анта

    1.  Первая ступень защиты активируется при контакте Масловоск Анта с поверхностью бревна или сразу после нанесения пропитки на масле на древесину. Масло из состава Масловоск Анта, как самая «проникающая составляющая», быстро начинает «насыщать» капилляры древесины по всей возможной его глубине. Процесс всасывания масла в капилляр древесины более активен при условии минимальной остаточной в дереве влажности, а так же при небольшой плотности древесины (плотность зависит от породы древесины). Всасывание масла в капилляр во многом зависит от температуры окружающего воздуха.
      Без специальных «загустителей» (сиккатива), позволяющих пропитки на масле и воске быстро высыхать, дерево пропитывается маслом столько времени и на такую глубину, пока есть возможность его проникновения и в зависимости от достаточности количества масла. Процесс насыщения капилляров древесины маслом может продолжаться и после начала поверхностной полимеризации смол и восков из состава масловоск, т.е когда поверхность уже может быть использована для ее эксплуатации т.е до 2-5 суток. Сиккатив обычно добавляется многими производителями в аналоги Масловоск Анта для ускорения времени полимеризации (свертывания) масла. Это позволяет получить якобы лучший эффект высыхания и чтобы облегчить процесс нанесения масляно-восковых пропиток, а так же чтобы обеспечить нанесение масловосков — аналогов КИСТОЧКАМИ, валиками и т.п. Важно помнить, что для пропиток класса Масловоск Анта достаточным условием качественной защиты древесины является нанесение масляно восковой пропитки с расходом НЕ БОЛЕЕ 100гр/м2. Применяя сиккативные аналоги масловосков Анта, которые могут быть нанесены кистью и валиком, невозможно получить рекомендуемый производителем расход, т.к. при нанесении  масловоска кистью почти всегда превышается его рекомендованный расход. В итоге поребитель теряет в деньгах при перерасходе пропитки и может не выполнить рекомендованные производителем требования по его нанесению на поверхноть, а это приводит к снижению качества защиты обработанной маслом и воском древесины. К тому же при толстом слое нанесения Масловосков лишнее невпитавшееся масло, содержащее сиккатив, может быстро застыть (полимеризоваться) в течении 1-2 часов, при этом на поверхности могут получиться «ПОДТЕКИ», защитный слой может получиться НЕРАВНОМЕРНЫМ по толщине нанесения состава воска и масла, и иметь разную насыщенность по цвету и защитным компонентам.
       Для Масловоска Анта считается, что эффект быстрого высыхания защитной пропитки на масле и воске с содержанием сиккатива СНИЖАЕТ качество защиты древесины. При использовании в Масловоске сиккатива ТЕРЯЕТСЯ СМЫСЛ нанесения и самого масловоска, которое подразумевает, как главное условие  защиты — глубокое насыщение древесины маслом на максимально возможную глубину его проникновения и сохранение масла, проникшего в капилляр древесины в постоянно жидком виде для компенсации и выравнивания плотности разных участков древесины при ее неравномерном высыхании, деформации и усадке бревна и бруса.
    2.  Вторая ступень алгоритма защиты антисептика на масляной основе Масловоск Анта начинает работать после насыщение обрабатываемой древесины натуральным маслом. Происходит очередь работы растворенных в натуральных пихтовых эфирах или в натуральном живичном скипидаре (присутствие и выбор это компонента зависит от модификации Масловоск Анта) — СМОЛ и смоляных композиций.
       Различные СМОЛЫ, растворенные в пихтовых эфирах, живице и частично в льняном масле проникают следом за маслом в толщу древесины. Из за своей большей по сравнению с маслом плотности, густоты, пластичности и вязкости, смолы могут впитываться в древесину на глубину, чуть меньшую, чем это доступно растительному льняному маслу. Таким образом достигается нужная ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ, ступенчатость и глубина насыщения поверхностного слоя древесины разными компонентами Масловоск Анта в зависимости от их плотности и способности проникновения в капилляры обрабатываемого дерева.
      Смолы, в отличии от масел, могут постепенно загустевать и полимеризоваться за счет улетучивания эфиров, в которых они были растворены и разбавлены. Постепенно твердея над глубоко проникшим в капилляр маслом, смолы образуют ВТОРОЙ защитный слой, предохраняющий и защищающий обработанную деревянную поверхность. Полимеризовавшая смола придает древесине ПЛОТНОСТЬ и ТВЕРДОСТЬ. Поверхность приобретает повышенную стойкость к ИСТИРАНИЮ (по сравнению с необработанной древесиной). Смолы, превратившись в подобие ЯНТАРЯ, предотвращают прилипание и пачкание верхнего слоя древесины масляной составляющей пропитки Масловоск. Т.о. смола отвечает еще и за «невымываемость» масла из пор древесины, которое «двигается» по ним даже ЗИМОЙ не замерзая до -45С, находясь глубоко в структуре бревна и препятствует появлению или размножению грибков и плесени.
    3. Жидкое состояние в капиллярах дерева природного льняного масла, присутствующего в составе Масловоск Анта, позволяет создавать и обеспечивать РАВНОМЕРНУЮ ПЛОТНОСТЬ древесины в любое время года и в любом климате, даже при перепадах температур от +50 до -45 что дополнительно обеспечивает эффект защиты БРЕВНА от РАСТРЕСКИВАНИЯ в ЛЮБОЕ время ГОДА, в любом регионе и климате.
      Тресканье бруса, сруба, растрескивание бревна может обуславливаться его НЕРАВНОМЕРНЫМ высыханием, т.е. резком изменении ПЛОТНОСТИ и ВЛАЖНОСТИ древесины, которое происходит от его быстрого нагревания, например, с солнечной стороны стены дома или при резком начале обогрева деревянного сруба при включении обогревателей. При этих условиях начинается быстрый вывод «лишней» влаги из структуры бревна и бруса по самому «рыхлому» пути с наименьшей плотностью — происходит растрескивание ТОРЦОВ бревна, растрескивание сруба и бруса. Масловоск Анта, выравнивая плотность бревна позоляет значительно СНИЗИТЬ степень РАСТРЕСКИВАНИЯ сруба дома, образование трещин в брусе, бревне, а так же снижать растрескивание ТОРЦОВ бревен домов и бань.
      Бревна срубов, дома из бруса, торцы бревен, обработанные пропиткой Масловоск меньше подвержены растрескиванию, а контролируемое растрескивание направляется в заранее прогнозируемой место бревна — компенсационный разрез, паз бревна, которое при правильной рубке сруба всегда предусматривается и скрыт в межвенцовой сборке стены, что не влияет на качество дома при его эксплуатации.
      В отличии от многих производителей масляных пропиток, использующихся для предотвращения растрескивания бревен сруба и защиты торцов от образования трещин, составляющие антисептиков Масловоск Анта остаются АКТИВНЫМИ при ЛЮБОЙ температуре, натуральны, не содержат «химии», надежны, проверены временем, долговечны, не «забивают» поры древесины.
      Многие пропитки других производителей, предназначенные для защиты древесины от трещин, пропитки для защиты торцов от растрескивания после их нанесения на поверхность могут ВЫСЫХАТЬ, кристаллизоваться (а значит при расширении или сужении диаметра бревна НЕ СПОСОБНЫ быстро и равномерно восстанавливать его плотность, выводить и удерживать влагу) не могут считаться совершенными защитными пропитками для защиты древесины от трещин и предотвращения растрескивания деревянного дома.

    4.  Финишный уровень защиты древесины масляно-восковой пропитки Масловоск Анта обеспечивает настоящий ПЧЕЛИНЫЙ ВОСК. Он улучшает защитные свойства древесины и обеспечивает им дополнительную защиту от влаги, защиту сруба от растрескивания, частичную защиты поверхности бревна от УФ-, усиливает общую защиту пропитки для дерева на воске от плесени и грибка.
      Масловоск Анта содержит в составе НЕ ПАРАФИН, (продукт, полученный методом перегонки НЕФТИ и нефтепродуктов), а абсолютно НАТУРАЛЬНЫЙ, настоящий, не переработанный ПЧЕЛИНЫЙ ВОСК!
      Используемый в производстве масляных пропиток для дерева Масловоск Анта НАСТОЯЩИЙ натуральный пчелиный воск отличается от воска, который заготавливается для последующего промышленного применения и может быть далее использован другими производителями масловосков. Воск, который применяется в пропитках Масловоск Анта, можно отличить от обработанного промышленного пчелиного воска по цвету и запаху, т.к. закупается только на частных пасеках у пчеловодов, которые после откачки  меда, собираются пчелиные рамки и поставляют его для дальнейшей переработки. Такой воск СОДЕРЖИТ ПРОПОЛИС, пергу и многие полезные естественные ПРИРОДНЫЕ АНТИСЕПТИКИ.
      Натуральный ПЧЕЛИНЫЙ воск трудно растворяется в масле. В восковой пропитки Масловоск Анта он разжижается до нужной плотности и вязкости, позволяющей впитаться на определенную глубину в поверхность древесины.
      Главное отличие натурального ПЧЕЛИНОГО воска от ПАРАФИНА — его очень высокая адгезия (обволакивающая, прилипающая способность к любой поверхности). Если сравнить НАТУРАЛЬНЫЙ ВОСК и ПАРАФИН, то можно выявить, что парафин легко отслаивается и отскакивает например от стекла или практически с любой поверхности. Натуральный ПЧЕЛИНЫЙ ВОСК очень сложно или почти НЕВОЗМОЖНО удалить без специальной химии даже со СТЕКЛЯННОЙ поверхности. Поэтому при производстве масла с воском и масла с твердым воском применяется исключительно ПЧЕЛИНЫЙ воск. Его положительные защитные и антисептические качества позволяют придать дополнительную защиту первым двум уровням защиты, которые применяются и используются в алгоритме защиты масляно-восковой пропитки Масловоск Анта, улучшить сопротивляемость древесины образованию плесневых грибков, лишайников, дереворазрушающих бактерий.

    Экологическая БЕЗОПАСНОСТЬ бревна и бруса под защитой пропитки масло с воском

    Масляно восковая пропитка Масловоск Анта — это сбалансированная по составу в строго определенной пропорции инградиентов смесь природных компонентов, которые соединились друг с другом в процессе производства Масловоска Анта в определенной последовательности по времени, при определенной температуре и при определенном давлении.
     В готовом Масловоске все его компоненты остаются ЖИВОЙ активной смесью, которая проникает в поры обрабатываемой древесины с разной скоростью, распределяются в ней на разную глубину, заранее рассчитанную технологами. Все составляющие масляно восковой пропитки Анта дополняют защитные свойства друг друга и вместе создают надежный и безопасный защитный комплекс, способный улучшать сохранность древесины.
    Например, прополисы и дубильные вещества концентратов лиственных деревьев безопасно и надежно дезинфицируют древесину, оставляя ее абсолютно «живой» и натуральной без применения биоцидов и ядов, а смолы, при определенных условиях и последовательности их введения в масло с воском могут работать как натуральный сиккатив, но без вредных последствий. Льняное масло очень далеко проникая в капилляр бревна мешает развитию грибка и плесени, которая, «живет» в сырых местах. К тому же льняное масло практически не полимеризуется, и не забивает полностью поры, позволяет древесине оставаться ДЫШАЩЕЙ, и, двигаясь по капилляру бревна то ближе к поверхности, то уходя дальше в сердцевине, при погодных изменениях в геометрии сруба или пиломатериалов, ВЫРАВНИВАЕТ таким образом его поверхностную ПЛОТНОСТЬ, что значительно снижает РАСТРЕСКИВАНИЯ бревен сруба.

    Нужно обязательно помнить, что только правильно приготовленный и сбалансированный состав Масловоск с полным комплексом дополняющих и улучшающих свойства друг друга его компонентов может гарантировать лучший результат при его применении, а любая отдельная компонента маляно-восковой пропитки из состава Масловоск Анта при ее самостоятельном использовании или применении НЕ БУДЕТ так надежно, долговременно и качественно работать и защищать древесину, на которую ее нанесли без комплексной помощи других компонентов масляно-восковой пропитки.

    Почему для защиты бревен сруба лучше применять готовый Масловоск Анта, а не отдельные его компоненты:


    • При обработке древесины сруба ТОЛЬКО льняным МАСЛОМ, изначально может показаться, что получен хороший эффект влагозащиты. НО поверхность при этом может оставаться очень долгое время ЛИПКОЙ и ЖИРНОЙ т.к. натуральное масло практически НЕ ВЫСЫХАЕТ без специальных добавок-загустителей (обычно применяют химический состав сиккатива, который в Масловоск Анта линейки Eco Natur принципиально НЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ, но масловоск Анта все равно не пачкает руки и не липнет!). Далее — хуже: масло будет выбиваться, выдавливаться и вымываться осадками, густеть от налипающей пыли и грязи и терять свои защитные функции,
    • При обработке древесины ТОЛЬКО пчелиным ВОСКОМ можно первоначально получить неплохой, НО ВРЕМЕННЫЙ и недолгосрочный защитный эффект, т.к. чистый воск очень мягкий по структуре и самостоятельно не стоек к внешнему физическому воздействию и истиранию, межсезонным осадкам и т.п. К тому же натуральные воски РАСПАДАЮТСЯ при активном воздействии УФ-солнца, эффективность их защиты при этом пропадает,
    • Обработка срубов или деревянных изделий просто смолой или пропитка древесины живицей или эфирами вообще не имеет смысла, т.к. эти компоненты  быстро загрязняются  на поверхности, если они используются по отдельности.

    Комплексный подход и многоуровневый метод пропитки древесины бревна и бруса безопасными, абсолютно натуральными компонентами позволяют эффективно и надежно защитить деревянный дом и предметы его интерьера из древесины масляно воской пропиткой Масловоск Анта.  Основные защитные компоненты пропитки на льняном масле и пчелином воске Масловоск Анта практически не вымываются, могут применяться в самых ответственных местах, таких как баня, сауна, места контакта к кожей, для предметов используемых в быту и которые могут применяться для приготовления пищи. Высокая надежность масляной пропитки для дерева Масловоск Анта подтверждается долгим сроком ее работы, т.к. главные защитные его компоненты могут быть удалены только ГЛУБОКОЙ ШЛИФОВКОЙ или физическим износом древесины при ее естественном использовании.

    Ошибки при выборе НАТУРАЛЬНОЙ пропитки, как и ошибки УЧИТЕЛЕЙ — самые ДОРОГИЕ ОШИБКИ

    ПОЗВОНИ профессионалам СЕЙЧАС! НЕ РИСКУЙ в защите своего дома! Мы работаем с 6.30 до 24.00. Без выходных.
    Узнай, какой антисептик для защиты твоего дома самый надежный и безопасный. Где и как выбрать качественные, абсолютно натуральные пропитки и антисептики для дерева без химии, без парафина, без бензина и ацетона.

      ← перейти к товарам «Натуральные пропитки Масловоск»

      ← перейти к товарам «ОгнеБиозащитные пропитки Антекс»

     

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
      Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
      браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
      Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
    потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
    не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
    остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Характеристики пропитанной воском древесины вне контакта с землей: результаты длительных полевых испытаний

  • Amthor J (1972) Paraffindispersionen zur Hydrophobierung von Spanplatten [Дисперсии парафина для гидроизоляции ДСП]. Holz Roh Werkst 30: 422–429

  • Augusta U, Rapp AO, Welzbacher CR, Brischke C (2005) Dauerhaftigkeit heimischer Holzarten in Verschiedenen Gebrauchsklassen home ohne und mit Imprägnierung durch Öle [Долговечность различных пород древесины и различных классов прочности древесины. без масляной пропитки].В: Holzhaus-Bauweisen im Vergleich und Neues vom Holzschutz, Beiträge zum 5. Holzbauforum Leipzig. Huss-Medien, Berlin

  • Banks WB (1973) Поглощение воды заболонью сосны обыкновенной и его ограничение за счет использования гидрофобизаторов. Wood Sci Technol 7: 271–284

    Статья

    Google Scholar

  • Боргин К. (1968) Защита древесины от нестабильности размеров. Для S Afr 9: 81–94

    Google Scholar

  • Брандт К., Бришке С., Мельчер Э., Нимейер А., Рапп А.О. (2011) Untersuchung der hydrophobierenden Schutzwirkung von synthetischen Wachsen und Ölen zur Imprägnierung von Holz [Исследование эффективности синтетических пропитывающих масел и восков для древесины].Заключительный отчет. Институт технологии древесины и биологии древесины, Гамбург

  • Бришке С., Рапп А.О. (2008) Зависимость «доза-реакция» между содержанием влаги в древесине, температурой древесины и грибковым распадом, определенная на 23 европейских полевых испытательных площадках. Wood Sci Technol 42: 507–518

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • Brischke C, Welzbacher CR, Rapp AO, Bollmus S (2006) Biozidfreier Holzschutz mit Ölen und Wachsen — Erfahrungen aus sieben Jahren Freilandversuchen zum Feuchteschutz durch Полевая защита с применением масел и воска с использованием масел и воска, 7 лет Опыт применения гидрофобизирующих материалов для древесины — 7 лет опыта гидрофобизации древесины. тестирование].Holz-Zent.bl 132 (7): 206–208

  • CEN / TS 12037 (2003) Консерванты для древесины. Метод полевых испытаний для определения относительной защитной эффективности консерванта для древесины вне контакта с землей. Метод горизонтального соединения внахлест

  • EC Европейская комиссия (2012) Регламент по биоцидным продуктам (BPR) 528/2012 / EEC. Европейская комиссия, Страсбург

    Google Scholar

  • EN 252 (1989) Метод полевых испытаний для определения относительной защитной эффективности консервантов для древесины при контакте с землей

  • EN 350-1 (1994) Долговечность древесины и изделий из древесины — естественная долговечность массивной древесины — часть 1: руководство по принципам испытания и классификации естественной прочности древесины

  • EN 335 (2013) Долговечность древесины и изделий из древесины — классы использования: определения, применение к массивной древесине и изделиям из древесины

  • Evans PD, Wingate-Hill R, Cunningham RB (2009) Добавки воска и масляной эмульсии: насколько они эффективны для улучшения характеристик древесины, обработанной консервантами? Для Prod J 59 (1/2): 66–70

    CAS

    Google Scholar

  • Flæte PO, Høibø OA, Fjærtoft F, Nilsen TN (2000) Образование трещин в незавершенной обшивке осины ( Populus tremula L.) и ели обыкновенной ( Picea abies (L.) Karst.) при ускоренном выветривании. Holz Roh Werkst 58: 135–139

    Статья

    Google Scholar

  • Hill CA (2007) Модификация древесины: химические, термические и другие процессы. Wiley, New York

  • Hill CA (2011) Модификация дерева: обновление. BioResources 6: 918–919

    CAS

    Google Scholar

  • Лесар Б., Хумар М. (2011) Использование восковых эмульсий для улучшения прочности древесины и сорбционных свойств.Eur J Wood Prod 69: 231–238

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • Лесар Б., Павлич М., Петрич М., Шкапин С., Хумар М. (2011) Восковая обработка древесины замедляет фотодеградацию. Polym Degrad Stab 96: 1271–1278

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • Мацуока Ю., Омура В., Фудзивара С., Канагава Ю. (2002) Прочность древесины суги ( Cryptomeria japonica D. Don), обработанной в высокотемпературном жидком парафине.Документ № IRG / WP 02-40221. Международная исследовательская группа по консервации древесины, Стокгольм, Швеция

  • Müller H (1962) Erfahrungen mit Paraffin-Emulsionen als Quellschutzmittel in der Spanplattenindustrie [Опыт использования парафино-восковых эмульсий в качестве агентов против набухания в производстве древесно-стружечных плит]. Holz Roh Werkst 20: 434–437

    Статья

    Google Scholar

  • Palanti S, Feci E, Torniai AM (2011) Сравнение основано на полевых испытаниях трех обработок древесины с низким воздействием на окружающую среду.Int Biodeterior Biodegrad 65: 547–552

    CAS.
    Статья

    Google Scholar

  • Рапп А.О., Огаста У. (2004) Полное руководство по «методу испытания двойного слоя» — полевому методу испытаний для определения прочности древесины вне грунта. Документ № IRG / WP 04-20290. Международная исследовательская группа по сохранению древесины, Стокгольм, Швеция

  • Рапп А.О., Зайлер М., Пик Р.-Д (2000) Innovative Holzvergütung zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit [Инновационные процессы для повышения долговечности древесины].10. Hamburger Forst- und Holztagung, 23/24 мая 2000 г .: 27–34

  • Rapp AO, Beringhausen C, Bollmus S, Brischke C, Frick T., Haas T, Sailer M, Welzbacher CR (2005) Hydrophobierung von Holz —Erfahrungen nach 7 Jahren Freilandtest [Гидрофобизация древесины — опыт после 7 лет полевых испытаний]. В: 24th Holzschutztagung der DGFH, Лейпциг, Германия, стр. 157–170

  • Ringman R, Pilgård A, Brischke C, Richter K (2014) Механизм действия устойчивости к гниению коричневой гнили в модифицированной древесине: обзор.Holzforschung 68: 239–246

  • Rypstra T, Vermaas HF, Sanderson RD (1979) Стабилизация размеров древесины: факторы, влияющие на нее, и принципы обработки. Южный Афр J 108: 22–28

    Google Scholar

  • Sailer M (2000) Anwendungen von Pflanzenölimprägnierungen zum Schutz von Holz im Außenbereich [Пропитка древесины растительными маслами для защиты на открытом воздухе]. Диссертация, Университет Гамбурга

  • Sandberg D, Söderström O (2006) Образование трещин из-за выветривания радиальных и тангенциальных участков сосны и ели.Коврик для дерева Sci Eng 1: 12–20

    Артикул

    Google Scholar

  • Scholz G, Militz H (2011) Materialeigenschaften wachsimprägnierten Holzes [Материальные свойства древесины, пропитанной воском]. Holztechnologie 52 (6): 29–33

    Google Scholar

  • Scholz G, Van den Bulcke J, Boone M, Zauer M, Bäucker E, Van Acker J, Militz H (2010a) Исследование пропитанной воском древесины.Часть 1: микроскопические наблюдения и двухмерные рентгеновские изображения различных типов парафина. Holzforschung 64: 581–585

    CAS

    Google Scholar

  • Scholz G, Krause A, Militz H (2010b) Beeinflussung der Holzfestigkeit durch Wachstränkung [Воздействие восковой пропитки на прочность древесины]. Holztechnologie 51 (3): 22–27

    Google Scholar

  • Scholz G, Krause A, Militz H (2010c) Исследовательское исследование пропитки заболони сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris L.) и бук европейский ( Fagus sylvatica L.) с различными термоплавкими восками. Wood Sci Technol 44: 379–388

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • Scholz G, Adamopoulos S, Militz H (2011) Миграция синюшных грибов в пропитанной воском древесины. IAWA J 32 (1): 88–96

    Статья

    Google Scholar

  • Штамм А.Дж., Хансен Л.А. (1935) Минимизация усадки и набухания древесины — замена воды в древесине нелетучими материалами.Ind Eng Chem 27: 1480–1484

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • Унгер А., Шнивинд А.П., Унгер В. (2001) Сохранение деревянных артефактов: справочник. Springer, Belrin

  • Voulgaridis E (1986) Влияние температуры воды и точки плавления воска на водоотталкивающие свойства обработанной древесины. Holzforsch Holzverwert 38: 141–144

    CAS

    Google Scholar

  • Wiertelak J, Czarnecki J (1935) Пропитанная парафином древесина — устойчивость к воде и растворам серной кислоты.Ind Eng Chem 27: 543–547

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • Zahora A (2000) Долговременное действие добавки типа «воск» для использования с водными консервантами под давлением. Документ № IRG / WP 00-40159. Международная исследовательская группа по защите древесины, Стокгольм, Швеция

  • Повышение гидрофобности и стабильности размеров древесины, обработанной парафиновой / акрилатной эмульсией на основе методологии отклика поверхности

    Abstract

    Обработка древесины проводилась с помощью парафинно-акрилатной эмульсии.Методология поверхности отклика (RSM) применялась для моделирования и определения взаимосвязи между гидрофобностью и влияющими факторами. Результаты показали, что концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии оказывают значительное влияние на водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах (MG). WA, очевидно, уменьшалась с увеличением процентного содержания акрилатной эмульсии. Модели корреляции для WA и MG показали хороший прогноз благодаря прямолинейному распределению на нормальном графике вероятности остатков.Оптимальные условия (5,57% концентрация парафиновой эмульсии, 20% процентная доля акрилатной эмульсии и время обработки 10 мин), предоставленные RSM, были приемлемыми для прогнозирования MG и WA. По сравнению с необработанной (66 °) древесиной, обработанной парафиновой эмульсией (94 °), древесина, обработанная составной эмульсией, показала самый высокий угол контакта с водой (133 °) и лучшую стабильность размеров. Это можно приписать синергетическому эффекту (эффект наполнения и эффект наполнения), обеспечиваемый парафином и акрилатом, которые могут образовывать полностью гидрофобную пленку в древесине.

    Ключевые слова: парафин, акрилат, обработка древесины, гидрофобность, стабильность размеров, методология поверхности отклика

    1. Введение

    Древесина как возобновляемый и натуральный материал является важным материалом для человеческого общества. Однако из-за химических компонентов древесины незащищенная древесина при наружном применении легко подвергается анизотропному набуханию или усадке и подвержена химическому или биологическому разложению. Улучшение гидрофобности и стабильности размеров древесины было постоянной исследовательской задачей ради лучшего использования этого экологически чистого материала [1,2].Пропитка древесины парафиновой эмульсией — популярный метод уменьшения поглощения воды, а более высокое поглощение парафина повышает эффективность этой обработки. Кроме того, этим методом можно улучшить как фотостабильность, так и устойчивость древесины к гниению [3,4]. В наших предыдущих исследованиях [5,6] парафиновая эмульсия Пикеринга была успешно приготовлена ​​для обработки твердой древесины и древесной муки для изготовления композитов, благодаря чему гидрофобность, термическая стабильность и твердость поверхности древесины и композитов заметно улучшились.Эмульсия парафина — это дисперсия, в которой гидрофобный парафин гомогенно диспергирован в воде в виде мелких частиц с помощью определенных поверхностно-активных веществ. Он широко используется в деревообрабатывающей промышленности для улучшения водоотталкивающих свойств древесины. Например, сообщается, что парафиновая эмульсия с концентрацией 2,5 мас.% Значительно снижает водопоглощение древесины [7]. Более того, некоторые исследования показали, что пропитка древесины парафиновой эмульсией может значительно улучшить ее механические свойства [8].Однако из-за своей химической инертности парафин не может образовывать полностью водостойкую гидрофобную пленку на поверхности древесины в результате химических реакций, защищающих компоненты древесины от воздействия воды. Установлено, что физическая адгезия или эффект заполнения пор древесины улучшает гидрофобность древесины, обработанной парафином [5,9].

    По сравнению с парафиновой эмульсией, акрилатная эмульсия получается путем полимеризации мономеров, таких как сложные эфиры акриловой или метакриловой кислоты. Он находит широкое применение в клеях, красках, лаках, пропитанной бумаге и в деревообрабатывающей промышленности [10].Кроме того, пропитка древесины многофункциональными мономерами может образовывать химические связи между модификаторами и древесной матрицей для уменьшения количества гидроксильных групп в стенках клеток, что приводит к улучшенной гидрофобности, устойчивости к гниению и механическим свойствам [11]. Процесс радикальной полимеризации приводит к образованию различных типов полимеров, которые могут защитить древесную матрицу от воды. Сообщается, что введение метилметакрилата и стирола в структуру древесины с помощью метода вакуума / давления и последующего термического процесса катализатора приведет к улучшению стабильности размеров, термической стабильности и устойчивости к гниению [12].Long et al. [13] приготовили акрилатную эмульсию с суспензией нанооксида алюминия для покрытия древесины. Когда суспензия наночастиц оксида алюминия с концентрацией 1,5 мас.% Была смешана с акрилатной эмульсией, поверхность древесины показывала улучшения в стойкости к истиранию и твердости. Hoque et al. [14] и Islam et al. [15] подготовили композиты дерево / поли (метилметакрилат) путем пропитки древесины мономерами метилметакрилата, благодаря чему были получены улучшения водоотталкивающих свойств, стабильности размеров и устойчивости к биоразложению.С другой стороны, акрилатные эмульсии, благодаря их типу эмульсии масло-в-воде (М / В), и другие модификаторы на водной основе являются смешиваемыми, и полученные в результате составные модификаторы могут дать некоторые синергетические улучшения в анти-погодных условиях, гидрофобности и др. и стойкость древесины к гниению [16].

    Таким образом, комбинированная обработка парафиновой эмульсией и акрилатной эмульсией представляется многообещающим методом синергетического улучшения гидрофобности древесины и стабильности размеров. Благодаря наличию акрилата образование парафиновой пленки может быть улучшено.В этом исследовании парафиновая эмульсия и акрилатная эмульсия были физически смешаны в виде сложной эмульсии для обработки древесины. Эмульсию акрилата использовали для модификации парафиновой эмульсии путем физического смешивания. Целью данного исследования является изучение влияния концентрации парафиновой эмульсии, процентного содержания акрилатной эмульсии и времени обработки на гидрофобность и массовый процент прироста (MG) обработанной древесины с помощью методологии поверхности отклика (RSM). RSM известен как эффективный математический и статистический инструмент для оценки влияния независимых переменных и их взаимодействия на ответы.Кроме того, было проведено сравнительное исследование для оценки оптимального состояния, полученного с помощью RSM. Водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах в древесине, обработанной смешанной эмульсией, были рассчитаны для оценки подтверждения прогноза. Краевой угол смачивания водой (WCA), стабильность размеров и микроструктура необработанной древесины и древесины, обработанной различными эмульсионными системами (парафиновая эмульсия и составная эмульсия), также были исследованы, чтобы прояснить влияние добавления акрилатной эмульсии на гидрофобность древесины, обработанной парафиновой эмульсией.

    2. Материалы и методы

    2.1. Материалы

    Жидкий парафин высокой чистоты (≥99%), Твин 80 (HLB = 15) и Span 80 (HLB = 4,3) в качестве поверхностно-активных веществ были закуплены у Beijing Chemical Ltd., Пекин, Китай. Акрилатная эмульсия ВА-201, 10% была предоставлена ​​компанией Beijing Donglian Chemical Ltd., Пекин, Китай. Заболонь сосны южной ( Pinus spp.) С плотностью воздушной сушки 0,43 г / см -3 и средней шириной годичных колец 0,6 см была собрана на северо-востоке Китая.

    2.2. Приготовление парафиновой эмульсии «масло в воде»

    Согласно нашему предыдущему исследованию [5], Твин 80 (1,3 мас.% От массы воды) и Спан 80 (1,5 мас.% От массы воды) добавляли к деионизированной воде и осторожно перемешивали при скорость 500 об / мин за 30 с. Затем к смеси добавляли масляную фазу (1: 5 по объему) и предварительно эмульгировали при 5000 об / мин в течение 2 минут. После этого предварительную эмульсию (около 800 г) дополнительно эмульгировали при 45 МПа в течение 5 минут в гомогенизаторе высокого давления (APV-2000, APV Manufacturing Poland Sp.z.o.o., Быдгощ, Польша).

    2.3. Приготовление эмульсии соединения парафин / акрилат

    Перед добавлением эмульсии акрилата, эмульсия парафина была разбавлена ​​для получения эмульсий 2 мас.%, 5 мас.% И 8 мас.%. Затем добавляли 10 мас.% И 20 мас.% Акрилатных эмульсий (в расчете на массу парафиновой эмульсии) и осторожно перемешивали при 1000 об / мин для получения гомогенной эмульсии соединения. Различные комбинации составных эмульсий перечислены в. Размер капель эмульсии определяли с помощью лазерного анализатора размера частиц (Delsa Nano C, Beckman Coulter, Атланта, Джорджия, США).Для каждого образца было проведено три измерения светорассеяния, средние значения представлены в.

    Таблица 1

    Различные комбинации и размеры капель в сложных эмульсиях.

    Составные эмульсии Концентрация парафиновой эмульсии (%) Процент акрилатной эмульсии (%) Размер капли (нм)
    2-10
    CE2-20 2 20 164.3
    CE5-10 5 10 184,6
    CE5-20 5 20 176,5
    CE8-10 CE8-10
    CE8-20 8 20 184,0

    2.4. Обработка древесины и определение характеристик

    Образцы древесины обрабатывали парафиновой эмульсией и составной эмульсией в процессе вакуумирования / давления.Образцы с размерами 20 (L) × 20 (R) × 20 (T) мм 3 сначала вакуумировали при -0,09 МПа в течение 30 минут, а затем создавали давление 0,6 МПа в течение 45 минут. После пропитки избыток эмульсии удаляли чистым полотенцем, а затем образцы сушили в печи при 60 ° C в течение 24 часов. После этого образцы были отверждены при 103 ° C для достижения постоянного веса. Прирост массы в процентах (MG) был рассчитан с использованием следующего уравнения с шестью повторами для среднего значения:

    MG% = m0′ − m0m0 × 100%

    (1)

    где m0 ′ — высушенный в печи вес после обработки, а m 0 — высушенный в печи вес до обработки.Для каждого образца было выполнено шесть повторов и рассчитаны средние значения.

    Для испытаний на водопоглощение (WA) размеры образцов составляли 20 (L) × 20 (R) × 20 (T) мм 3 . Время погружения в деионизированную воду составляло 48 ч, рассчитывались средние значения для шести повторов. Для расчета водопоглощения использовались следующие уравнения:

    WA% = m1 − m0m0 × 100% необработанной древесины

    (2)

    или WA% = m1 − m0′m0 ′ × 100% обработанной древесины

    (3 )

    где м 1 относится к высушенной в печи массе после погружения.

    После испытаний погружением была определена стабильность размеров необработанных и обработанных образцов древесины в соответствии с китайским стандартом GB / T 1928–2009. Измеряли изменения размеров в тангенциальном направлении, радиальном направлении и продольном направлении образцов. Коэффициент тангенциального набухания (TSR), коэффициент радиального набухания (RSR) и коэффициент продольного набухания (LSR) были рассчитаны с использованием следующих уравнений с пятью повторами для каждого образца:

    TSR = T1-T0T0 × 100%

    (4 )

    RSR = R1 − R0R0 × 100%

    (5)

    LSR = L1 −L0L0 × 100%

    (6)

    где T 1 , R 1 и L 1 — размеры в разных направлениях после погружения; и T 0 , R 0 и L 0 — размеры высушенных в печи образцов в различных направлениях перед погружением.

    Для измерения краевого угла смачивания воды (WCA) применялся метод лежащей капли (OCA20, DataPhysics Instruments GmbH, Фильдерштадт, Германия). Капли деионизированной воды помещали на строганные поперечные сечения образца, обработанного различными эмульсиями, и через 30 с наблюдали АВП с помощью встроенной цифровой камеры. Были представлены средние значения трех повторов.

    Микроморфологию образцов до и после обработки различными эмульсиями наблюдали с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (S-3400, Hitachi, Токио, Япония, 10 кВ).Перед наблюдением все образцы были высушены при 103 ° C, а поперечные поверхности образцов были покрыты тонким слоем Pt-Pb. Наблюдалось распределение эмульсии в древесине.

    2.5. Методология поверхности отклика

    Для исследования влияния акрилатной эмульсии на MG и WA обработанной древесины был применен дизайн Бокса – Бенкена (BBD). Три фактора и их уровни были выбраны в соответствии с предыдущими исследованиями авторов [5,17] и показаны в. В этом исследовании для получения аппроксимации ответа использовался подобранный полиномиальный регрессионный анализ второго порядка, и была получена следующая модель:

    Y = b0 + ∑i = 1kbi Xi + ∑i, jkbijXiXj + ∑i = 1kbiiXi2

    (7 )

    где b 0 — свободный член уравнения регрессии, b 1 , b 2 ,…, b k и b 11 , b 22 ,…, b kk коэффициенты являются линейным и квадратичным членами, соответственно, и b 12 , b 13 ,…, b k− 1 k — условия взаимодействия.

    Таблица 2

    Параметры и уровни, используемые для древесины, обработанной эмульсией.

    процентное содержание акрила

    Коды параметров Уровни
    −1 0 1
    Концентрация парафиновой эмульсии (%) A 2 5 8
    0 10 20
    Время обработки (мин) C 10 25 40

    Для проведения анализа RSM была проведена регрессия собранных данных, где наблюдаемая переменная (отклик) была аппроксимирована на основе функциональной связи между оцениваемыми переменными и одной или несколькими входными переменными [18,19,20,21].Метод наименьших квадратов использовался для подбора уравнения модели, содержащего входные переменные, путем минимизации остаточной ошибки, измеренной суммой квадратов отклонений между фактическим и прогнозируемым ответом. Это включало расчет оценок коэффициентов регрессии. Вычисленные коэффициенты для уравнения модели были проверены на статистическую значимость путем проверки значимости регрессионной модели, значимости отдельных коэффициентов модели и несоответствия. Более того, адекватность модели была исследована путем изучения остатков, которые представляют собой различия между наблюдаемыми и прогнозируемыми значениями [22].Это было выполнено с использованием нормальных графиков вероятности остатков, чтобы уточнить, подходит ли модель для прогнозирования ответов. Стратегия эксперимента показана на схеме 1.

    3. Результаты и обсуждение

    3.1. Дисперсионный анализ для MG

    показывает рабочие условия и результаты для ответов MG и WA. Чтобы избежать эффектов порядка, эксперименты проводились случайным образом в пяти повторах каждый и рассчитывались средние значения.

    Таблица 3

    Экспериментальные условия и результаты для древесины, обработанной смешанной эмульсией.

    7295

    7295

    00

    Порядок выполнения Факторы MG (%) WA (%)
    Концентрация парафиновой эмульсии (%) Процент акрилатной эмульсии (%) Время обработки (мин.

    1 5.00 0.00 40.00 8.90 44.10
    2 8.00 20.00 25.00 16.82 3529542
    3 5,00 10,00 25,00 15,64 40,45
    4 2,00 10,00 40,00 40,00 10.00 25.00 11.09 40.98
    6 8.00 10.00 40.00 18.53 39.73
    10,00 25,00 14,68 43,17
    8 8,00 0,00 25,00 14,46 40,88 44,30
    10 5,00 0,00 10,00 8,80 46,54
    11 2,00 0.00 25,00 4,80 52,60
    12 5,00 20,00 40,00 14,51 34,98
    14 5,00 10,00 25,00 15,34 42,37
    15 5,00 10,00 25.00 12,52 42,72
    16 8,00 10,00 10,00 18,96 39,84
    17

    Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для оценки эффективности квадратичной модели для проверки статистической значимости модели BBD. Как показано в, выбранная модель для MG была очень значимой, со значением P <0.01. Как видно на фиг., Переменные A и B имеют доминирующий вклад в MG, среди которых концентрация парафиновой эмульсии (A) показала большее влияние на MG ( P -значение <0,0001). Напротив, время обработки (C) показало незначительное влияние на MG (значение P > 0,1). Это можно объяснить различием между размером капель эмульсии компаунда и размером пор в структуре древесины (микропоры <2 нм, мезопоры 2–50 нм и макропоры> 50 нм).Другими словами, эмульсия могла проникать в структуру древесины намного быстрее, когда размер капель был меньше размера пор, и в результате время обработки могло повлиять на MG. Однако, если размер капель эмульсии больше, чем размер пор, время обработки может оказать небольшое влияние на MG [23]. Эффекты взаимодействия лечебных параметров (AB, AC и BC) не оказали значительного влияния на MG. Кроме того, несоответствие показало незначительное влияние на MG, указывая на то, что оно не значимо по сравнению с чистой ошибкой.Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии показано на рис. Как показано ниже, увеличение концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии привело к постоянному увеличению MG. Эти данные могут сыграть важную роль в контроле MG во время обработки древесины.

    Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии на MG: ( a ) 3D и ( b ) контурные графики поверхности.

    Таблица 4

    Дисперсионный анализ для модели MG.

    456

    Источник Сумма квадратов Степени свободы Среднее квадратическое F -Значение P -Модельное значение Вероятность> F
    6 36,97 11,15 0,0006 a
    A — Концентрация парафиновой эмульсии 137,12 1 137,12 41.36 <0,0001 a
    B — Процентное содержание акрилатной эмульсии 73,81 1 73,81 22,26 0,0008 a 9029

    0,41 0,12 0,7311 n
    AB 8,12 1 8,12 2,45 0,1486 n
    1 0,56 0,17 0,6891 n
    BC 1,77 1

    1 1,77 0,53 9029 9029

    9029 9029

    3,32
    Неподходящий 17,66 6 2,94 0,76 0,6372 n

    3.2. Уравнение регрессии для MG

    Уравнение поверхности отклика для MG в древесине, обработанной сложной эмульсией, было получено с помощью программного обеспечения Design-Expert. Как показано в, модель была выбрана автоматически, чтобы представить взаимосвязь между MG и параметрами лечения с учетом более высоких значений коэффициента детерминации (R 2 ). R 2 был рассчитан как 0,8290, что означает, что модель подходит для 82,9% MG. Это показало хорошее соответствие экспериментальным результатам и могло удовлетворительно объяснить влияние переменных на ответы.Как пористый биоматериал, распределение пор по размерам в древесине может влиять на проникновение и распределение эмульсии компаунда, что, в свою очередь, может в некоторой степени влиять на R 2 [23]. Извлеченные модельные элементы:

    MG = −0,96745 + 2,06333A + 0,65208B + 0,070833C − 0,0475AB − 8,333 × 10−3AC − 4,433 × 10−3BC

    (8)

    Таблица 5

    Параметры ANOVA для Модель MG.

    Отклик Стандартное отклонение R 2 Скорректированный R 2
    MG 1.83 0,8290 0,7895

    График нормальной вероятности остатков для MG показан на рис. Он показывает, что остатки обычно лежат на почти прямой линии, показывая, что ошибки распределены нормально [24,25]. Это указывает на то, что модель может эффективно прогнозировать MG в древесине, обработанной сложной эмульсией.

    График нормальной вероятности остатков MG.

    3.3. Дисперсионный анализ и модель для WA

    Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для оценки эффективности модели для проверки статистической значимости ().Статистические параметры, включая значения F , коэффициент детерминации (R 2 ) и скорректированный R 2 , сведены в. Высокие значения F (12,77–40,55) показали, что параметры модели и лечения (переменные A и B) имеют статистически значимое влияние на WA. Подобные выводы, основанные на значениях F , можно было найти в предыдущем исследовании [26]. Принимая во внимание значение P , концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии показали большее влияние на WA по сравнению со временем обработки.Эффекты взаимодействия параметров лечения (AB, AC и BC) показали незначительное влияние на WA. Эти результаты согласуются с результатами анализа MG в предыдущем разделе (Раздел 3.1). Более того, значение P для несоответствия было незначительным (значение P > 0,1), что указывает на то, что распределение экспериментальных данных было независимой от модели мерой чистой ошибки. Полученное модельное уравнение для WA выглядит следующим образом.

    WA = + 54,45025 + 1,46458A − 0,53567B + 0,012250C − 0.23667AB − 8.8333 × 10−3AC − 5.333 × 10−4BC

    (9)

    Таблица 6

    Дисперсионный анализ для модели WA.

    47295

    47295

    Источник Сумма квадратов Степени свободы Среднее квадратическое F-значение P-значение Вероятность> F
    Модель

    12,77 0,0004 a
    A — Концентрация парафиновой эмульсии 151.12 1 151,12 40,55 <0,0001 a
    B — Процентное содержание эмульсии акрилата 130,57 1 130,57

    130,57

    35 Время лечения 1,27 1 1,27 0,34 0,5720 n
    AB 2,02 1 2,02 0.54 0,4789 n
    AC 0,63 1 0,63 0,17 0,6892 n
    BC 0,026 1 9029 8 295

    −3 0,9356 n
    Остаточный 37,27 10 3,73
    Неподходящий 31.82 6 5,30 3,89 0,1046 n

    Таблица 7

    Параметры дисперсионного анализа для модели WA.

    Отклик Стандартное отклонение R 2 Скорректированный R 2
    WA 1,75 0,8763

    0,8763 2 значение для модели (0.8763) показал, что модель может хорошо объяснить экспериментальные результаты. Кроме того, скорректированный R 2 (0,8478) предполагает, что существует высокая степень корреляции между экспериментальными и прогнозируемыми значениями.

    показывает реакцию поверхности WA как функцию концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии. WA снижается с увеличением концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии. Это можно объяснить гидрофобностью парафина.Кроме того, акрилатная эмульсия может образовывать полную полимерную пленку в процессе сушки (постобработка после пропитки эмульсией) в древесине и предотвращать проникновение воды [27,28]. Следовательно, синергетический гидрофобный эффект, обеспечиваемый эмульсией парафина и акрилата, улучшает гидрофобность обработанной древесины.

    Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии на WA: ( a ) трехмерные и ( b ) контурные участки поверхности.

    График нормальной вероятности остатков для WA показан на.Невязки обычно попадают на почти прямую линию, что означает, что ошибки распределяются нормально. Это говорит о том, что предложенная модель удовлетворительна. Это также указывает на то, что модель может эффективно прогнозировать WA в древесине, обработанной смешанной эмульсией.

    График нормальной вероятности остатков для WA.

    3.4. Оптимизация параметров и подтверждающие тесты

    Оптимизация переменных была проведена для одновременного увеличения MG и минимизации WA. Оптимальные экспериментальные условия, предсказанные RSM, следующие: концентрация парафиновой эмульсии 5.57%, процентное содержание акрилатной эмульсии 20% и время обработки 10 мин. Полученные MG и WA составили 17,6% и 37,9% соответственно. Для подтверждения прогноза были проведены эксперименты в оптимальных условиях. Эксперименты проводились в трех повторностях, и средние прогнозируемые и экспериментальные значения для двух ответов показаны в.

    Таблица 8

    Прогнозируемые и экспериментальные значения, полученные при оптимальных условиях.

    Индекс MG (%) WA (%)
    Прогнозируемое значение 17.6 37,9
    Экспериментальное значение 19,5 42,7
    Ошибка 9,7 11,2

    Экспериментальные данные были близки к прогнозируемым значениям . Эта ошибка может быть связана с иерархической структурой древесины с разными размерами пор, что приводит к разному распределению эмульсии компаунда, что может повлиять на MG и WA. Однако можно сказать, что оптимизация была разумной.Это произошло потому, что все фактические значения для прогона подтверждения находились в пределах 90% -ного интервала прогноза (около 10% ошибок), в то время как R 2 для моделей MG и WA составлял 82% и 87% соответственно.

    3.5. Угол контакта с водой и стабильность размеров

    Для дальнейшего уточнения влияния эмульсии компаунда на гидрофобность древесины были исследованы угол контакта с водой (WCA), стабильность размеров и микроструктура обработанной древесины. Согласно оптимальным условиям, содержание твердых веществ в эмульсии соединения составляло 13 мас.%, Что определяли как концентрацию парафиновой эмульсии в этой части, чтобы избежать влияния содержания твердых веществ на испытание.WCA свидетельствует о гидрофобности древесины [29]. Как показано на a, WCA во всех образцах древесины, обработанных эмульсией, явно увеличилась по сравнению с контрольным образцом (необработанная древесина). После пропитки парафиновой эмульсией WCA увеличилась до 94 °, что свидетельствует о значительном повышении гидрофобности за счет проникновения парафина. Более того, WCA в древесине, обработанной смешанной эмульсией, составляла 133 °. Это предполагает, что гидрофобность может быть дополнительно улучшена путем добавления акрилатной эмульсии. Это связано с тем, что эмульсия акрилата может образовывать гидрофобную пленку в древесине за счет капиллярной силы в процессе последующей обработки (сушка для деэмульгирования).С помощью гидрофобного парафина эта микроструктура или распределение могут защитить древесину от проникновения воды и снизить смачиваемость поверхности.

    ( a ) Угол контакта с водой и ( b ) изменения размеров необработанной (контрольной) и обработанной древесины.

    Как правило, изменение размеров может уменьшиться после гидрофобной обработки древесины. Это в основном связано с проникновением в поры гидрофобных материалов, которые могут предотвратить водопоглощение и разбухание.Как и ожидалось, парафиновая эмульсия показала положительное влияние на параметры стабильности размеров, включая TSR, RSR и LSR (b). Это согласуется с результатами испытаний WCA, указывающими на положительное влияние акрилатной эмульсии на стабильность размеров.

    3.6. Микроструктура

    Наблюдения за микроструктурой могут помочь лучше понять процесс обработки древесины. СЭМ-микрофотографии необработанных и обработанных эмульсией образцов древесины показывают заметные различия (). Некоторые просветы частично или полностью заполнены парафином или акрилатом.По сравнению с контрольным образцом (а) древесина, обработанная парафиновой эмульсией, имела гладкие стенки ячеек из-за объемного эффекта проникновения жидкого парафина и покрытия (b). Это могло вызвать отторжение воды клеточными стенками [5,30]. С введением акрилатной эмульсии эффект заполнения обработанной древесины оказался более заметным (c). Коллоидные частицы полимера могут эффективно заполнять поры в древесине и образовывать гидрофобные пленки за счет капиллярных сил во время процесса сушки. В результате синергетический эффект (эффект наполнения и эффект наполнения) парафина и акрилата играет важную роль в улучшении гидрофобности и стабильности размеров древесины, обработанной сложной эмульсией.

    СЭМ-микрофотографии необработанных (контрольных) и обработанных образцов древесины: ( a ) контрольный ( b ) обработка парафиновой эмульсией и ( c ) обработка эмульсией соединения.

    4. Выводы

    Методология поверхности отклика была успешно использована для исследования взаимосвязи между гидрофобностью и параметрами обработки древесины. Концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии существенно влияли на водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах (MG).WA, очевидно, уменьшалась с увеличением процентного содержания акрилатной эмульсии. Наблюдения СЭМ подтвердили, что это явление было вызвано лучшим эффектом заполнения эмульсии компаунда за счет образования полностью гидрофобной пленки в структуре древесины. Модели корреляции для WA и MG показали хороший прогноз из-за почти линейного распределения на нормальном графике вероятности остатков. Оптимальные условия (5,57% концентрация парафиновой эмульсии, 20% процентная доля акрилатной эмульсии и время обработки 10 мин), предоставленные RSM, были приемлемыми для прогнозирования MG и WA.По сравнению с необработанной (66 °) и обработанной парафиновой эмульсией (94 °) древесиной (94 °) древесина, обработанная составной эмульсией в оптимальных условиях, показала самый высокий WCA (133 °) и лучшую стабильность размеров. Это можно приписать синергетическому эффекту парафина и акрилата (эффект объемности и эффект наполнения) и последующему образованию гидрофобных пленок в древесине.

    Повышение гидрофобности и стабильности размеров древесины, обработанной эмульсией парафин / акрилатный компаунд за счет оптимизации методологии отклика поверхности

    Реферат

    Обработка древесины проводилась с помощью эмульсии парафин-акрилатного компаунда.Методология поверхности отклика (RSM) применялась для моделирования и определения взаимосвязи между гидрофобностью и влияющими факторами. Результаты показали, что концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии оказывают значительное влияние на водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах (MG). WA, очевидно, уменьшалась с увеличением процентного содержания акрилатной эмульсии. Модели корреляции для WA и MG показали хороший прогноз благодаря прямолинейному распределению на нормальном графике вероятности остатков.Оптимальные условия (5,57% концентрация парафиновой эмульсии, 20% процентная доля акрилатной эмульсии и время обработки 10 мин), предоставленные RSM, были приемлемыми для прогнозирования MG и WA. По сравнению с необработанной (66 °) древесиной, обработанной парафиновой эмульсией (94 °), древесина, обработанная составной эмульсией, показала самый высокий угол контакта с водой (133 °) и лучшую стабильность размеров. Это можно приписать синергетическому эффекту (эффект наполнения и эффект наполнения), обеспечиваемый парафином и акрилатом, которые могут образовывать полностью гидрофобную пленку в древесине.

    Ключевые слова: парафин, акрилат, обработка древесины, гидрофобность, стабильность размеров, методология поверхности отклика

    1. Введение

    Древесина как возобновляемый и натуральный материал является важным материалом для человеческого общества. Однако из-за химических компонентов древесины незащищенная древесина при наружном применении легко подвергается анизотропному набуханию или усадке и подвержена химическому или биологическому разложению. Улучшение гидрофобности и стабильности размеров древесины было постоянной исследовательской задачей ради лучшего использования этого экологически чистого материала [1,2].Пропитка древесины парафиновой эмульсией — популярный метод уменьшения поглощения воды, а более высокое поглощение парафина повышает эффективность этой обработки. Кроме того, этим методом можно улучшить как фотостабильность, так и устойчивость древесины к гниению [3,4]. В наших предыдущих исследованиях [5,6] парафиновая эмульсия Пикеринга была успешно приготовлена ​​для обработки твердой древесины и древесной муки для изготовления композитов, благодаря чему гидрофобность, термическая стабильность и твердость поверхности древесины и композитов заметно улучшились.Эмульсия парафина — это дисперсия, в которой гидрофобный парафин гомогенно диспергирован в воде в виде мелких частиц с помощью определенных поверхностно-активных веществ. Он широко используется в деревообрабатывающей промышленности для улучшения водоотталкивающих свойств древесины. Например, сообщается, что парафиновая эмульсия с концентрацией 2,5 мас.% Значительно снижает водопоглощение древесины [7]. Более того, некоторые исследования показали, что пропитка древесины парафиновой эмульсией может значительно улучшить ее механические свойства [8].Однако из-за своей химической инертности парафин не может образовывать полностью водостойкую гидрофобную пленку на поверхности древесины в результате химических реакций, защищающих компоненты древесины от воздействия воды. Установлено, что физическая адгезия или эффект заполнения пор древесины улучшает гидрофобность древесины, обработанной парафином [5,9].

    По сравнению с парафиновой эмульсией, акрилатная эмульсия получается путем полимеризации мономеров, таких как сложные эфиры акриловой или метакриловой кислоты. Он находит широкое применение в клеях, красках, лаках, пропитанной бумаге и в деревообрабатывающей промышленности [10].Кроме того, пропитка древесины многофункциональными мономерами может образовывать химические связи между модификаторами и древесной матрицей для уменьшения количества гидроксильных групп в стенках клеток, что приводит к улучшенной гидрофобности, устойчивости к гниению и механическим свойствам [11]. Процесс радикальной полимеризации приводит к образованию различных типов полимеров, которые могут защитить древесную матрицу от воды. Сообщается, что введение метилметакрилата и стирола в структуру древесины с помощью метода вакуума / давления и последующего термического процесса катализатора приведет к улучшению стабильности размеров, термической стабильности и устойчивости к гниению [12].Long et al. [13] приготовили акрилатную эмульсию с суспензией нанооксида алюминия для покрытия древесины. Когда суспензия наночастиц оксида алюминия с концентрацией 1,5 мас.% Была смешана с акрилатной эмульсией, поверхность древесины показывала улучшения в стойкости к истиранию и твердости. Hoque et al. [14] и Islam et al. [15] подготовили композиты дерево / поли (метилметакрилат) путем пропитки древесины мономерами метилметакрилата, благодаря чему были получены улучшения водоотталкивающих свойств, стабильности размеров и устойчивости к биоразложению.С другой стороны, акрилатные эмульсии, благодаря их типу эмульсии масло-в-воде (М / В), и другие модификаторы на водной основе являются смешиваемыми, и полученные в результате составные модификаторы могут дать некоторые синергетические улучшения в анти-погодных условиях, гидрофобности и др. и стойкость древесины к гниению [16].

    Таким образом, комбинированная обработка парафиновой эмульсией и акрилатной эмульсией представляется многообещающим методом синергетического улучшения гидрофобности древесины и стабильности размеров. Благодаря наличию акрилата образование парафиновой пленки может быть улучшено.В этом исследовании парафиновая эмульсия и акрилатная эмульсия были физически смешаны в виде сложной эмульсии для обработки древесины. Эмульсию акрилата использовали для модификации парафиновой эмульсии путем физического смешивания. Целью данного исследования является изучение влияния концентрации парафиновой эмульсии, процентного содержания акрилатной эмульсии и времени обработки на гидрофобность и массовый процент прироста (MG) обработанной древесины с помощью методологии поверхности отклика (RSM). RSM известен как эффективный математический и статистический инструмент для оценки влияния независимых переменных и их взаимодействия на ответы.Кроме того, было проведено сравнительное исследование для оценки оптимального состояния, полученного с помощью RSM. Водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах в древесине, обработанной смешанной эмульсией, были рассчитаны для оценки подтверждения прогноза. Краевой угол смачивания водой (WCA), стабильность размеров и микроструктура необработанной древесины и древесины, обработанной различными эмульсионными системами (парафиновая эмульсия и составная эмульсия), также были исследованы, чтобы прояснить влияние добавления акрилатной эмульсии на гидрофобность древесины, обработанной парафиновой эмульсией.

    2. Материалы и методы

    2.1. Материалы

    Жидкий парафин высокой чистоты (≥99%), Твин 80 (HLB = 15) и Span 80 (HLB = 4,3) в качестве поверхностно-активных веществ были закуплены у Beijing Chemical Ltd., Пекин, Китай. Акрилатная эмульсия ВА-201, 10% была предоставлена ​​компанией Beijing Donglian Chemical Ltd., Пекин, Китай. Заболонь сосны южной ( Pinus spp.) С плотностью воздушной сушки 0,43 г / см -3 и средней шириной годичных колец 0,6 см была собрана на северо-востоке Китая.

    2.2. Приготовление парафиновой эмульсии «масло в воде»

    Согласно нашему предыдущему исследованию [5], Твин 80 (1,3 мас.% От массы воды) и Спан 80 (1,5 мас.% От массы воды) добавляли к деионизированной воде и осторожно перемешивали при скорость 500 об / мин за 30 с. Затем к смеси добавляли масляную фазу (1: 5 по объему) и предварительно эмульгировали при 5000 об / мин в течение 2 минут. После этого предварительную эмульсию (около 800 г) дополнительно эмульгировали при 45 МПа в течение 5 минут в гомогенизаторе высокого давления (APV-2000, APV Manufacturing Poland Sp.z.o.o., Быдгощ, Польша).

    2.3. Приготовление эмульсии соединения парафин / акрилат

    Перед добавлением эмульсии акрилата, эмульсия парафина была разбавлена ​​для получения эмульсий 2 мас.%, 5 мас.% И 8 мас.%. Затем добавляли 10 мас.% И 20 мас.% Акрилатных эмульсий (в расчете на массу парафиновой эмульсии) и осторожно перемешивали при 1000 об / мин для получения гомогенной эмульсии соединения. Различные комбинации составных эмульсий перечислены в. Размер капель эмульсии определяли с помощью лазерного анализатора размера частиц (Delsa Nano C, Beckman Coulter, Атланта, Джорджия, США).Для каждого образца было проведено три измерения светорассеяния, средние значения представлены в.

    Таблица 1

    Различные комбинации и размеры капель в сложных эмульсиях.

    Составные эмульсии Концентрация парафиновой эмульсии (%) Процент акрилатной эмульсии (%) Размер капли (нм)
    2-10
    CE2-20 2 20 164.3
    CE5-10 5 10 184,6
    CE5-20 5 20 176,5
    CE8-10 CE8-10
    CE8-20 8 20 184,0

    2.4. Обработка древесины и определение характеристик

    Образцы древесины обрабатывали парафиновой эмульсией и составной эмульсией в процессе вакуумирования / давления.Образцы с размерами 20 (L) × 20 (R) × 20 (T) мм 3 сначала вакуумировали при -0,09 МПа в течение 30 минут, а затем создавали давление 0,6 МПа в течение 45 минут. После пропитки избыток эмульсии удаляли чистым полотенцем, а затем образцы сушили в печи при 60 ° C в течение 24 часов. После этого образцы были отверждены при 103 ° C для достижения постоянного веса. Прирост массы в процентах (MG) был рассчитан с использованием следующего уравнения с шестью повторами для среднего значения:

    MG% = m0′ − m0m0 × 100%

    (1)

    где m0 ′ — высушенный в печи вес после обработки, а m 0 — высушенный в печи вес до обработки.Для каждого образца было выполнено шесть повторов и рассчитаны средние значения.

    Для испытаний на водопоглощение (WA) размеры образцов составляли 20 (L) × 20 (R) × 20 (T) мм 3 . Время погружения в деионизированную воду составляло 48 ч, рассчитывались средние значения для шести повторов. Для расчета водопоглощения использовались следующие уравнения:

    WA% = m1 − m0m0 × 100% необработанной древесины

    (2)

    или WA% = m1 − m0′m0 ′ × 100% обработанной древесины

    (3 )

    где м 1 относится к высушенной в печи массе после погружения.

    После испытаний погружением была определена стабильность размеров необработанных и обработанных образцов древесины в соответствии с китайским стандартом GB / T 1928–2009. Измеряли изменения размеров в тангенциальном направлении, радиальном направлении и продольном направлении образцов. Коэффициент тангенциального набухания (TSR), коэффициент радиального набухания (RSR) и коэффициент продольного набухания (LSR) были рассчитаны с использованием следующих уравнений с пятью повторами для каждого образца:

    TSR = T1-T0T0 × 100%

    (4 )

    RSR = R1 − R0R0 × 100%

    (5)

    LSR = L1 −L0L0 × 100%

    (6)

    где T 1 , R 1 и L 1 — размеры в разных направлениях после погружения; и T 0 , R 0 и L 0 — размеры высушенных в печи образцов в различных направлениях перед погружением.

    Для измерения краевого угла смачивания воды (WCA) применялся метод лежащей капли (OCA20, DataPhysics Instruments GmbH, Фильдерштадт, Германия). Капли деионизированной воды помещали на строганные поперечные сечения образца, обработанного различными эмульсиями, и через 30 с наблюдали АВП с помощью встроенной цифровой камеры. Были представлены средние значения трех повторов.

    Микроморфологию образцов до и после обработки различными эмульсиями наблюдали с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (S-3400, Hitachi, Токио, Япония, 10 кВ).Перед наблюдением все образцы были высушены при 103 ° C, а поперечные поверхности образцов были покрыты тонким слоем Pt-Pb. Наблюдалось распределение эмульсии в древесине.

    2.5. Методология поверхности отклика

    Для исследования влияния акрилатной эмульсии на MG и WA обработанной древесины был применен дизайн Бокса – Бенкена (BBD). Три фактора и их уровни были выбраны в соответствии с предыдущими исследованиями авторов [5,17] и показаны в. В этом исследовании для получения аппроксимации ответа использовался подобранный полиномиальный регрессионный анализ второго порядка, и была получена следующая модель:

    Y = b0 + ∑i = 1kbi Xi + ∑i, jkbijXiXj + ∑i = 1kbiiXi2

    (7 )

    где b 0 — свободный член уравнения регрессии, b 1 , b 2 ,…, b k и b 11 , b 22 ,…, b kk коэффициенты являются линейным и квадратичным членами, соответственно, и b 12 , b 13 ,…, b k− 1 k — условия взаимодействия.

    Таблица 2

    Параметры и уровни, используемые для древесины, обработанной эмульсией.

    процентное содержание акрила

    Коды параметров Уровни
    −1 0 1
    Концентрация парафиновой эмульсии (%) A 2 5 8
    0 10 20
    Время обработки (мин) C 10 25 40

    Для проведения анализа RSM была проведена регрессия собранных данных, где наблюдаемая переменная (отклик) была аппроксимирована на основе функциональной связи между оцениваемыми переменными и одной или несколькими входными переменными [18,19,20,21].Метод наименьших квадратов использовался для подбора уравнения модели, содержащего входные переменные, путем минимизации остаточной ошибки, измеренной суммой квадратов отклонений между фактическим и прогнозируемым ответом. Это включало расчет оценок коэффициентов регрессии. Вычисленные коэффициенты для уравнения модели были проверены на статистическую значимость путем проверки значимости регрессионной модели, значимости отдельных коэффициентов модели и несоответствия. Более того, адекватность модели была исследована путем изучения остатков, которые представляют собой различия между наблюдаемыми и прогнозируемыми значениями [22].Это было выполнено с использованием нормальных графиков вероятности остатков, чтобы уточнить, подходит ли модель для прогнозирования ответов. Стратегия эксперимента показана на схеме 1.

    3. Результаты и обсуждение

    3.1. Дисперсионный анализ для MG

    показывает рабочие условия и результаты для ответов MG и WA. Чтобы избежать эффектов порядка, эксперименты проводились случайным образом в пяти повторах каждый и рассчитывались средние значения.

    Таблица 3

    Экспериментальные условия и результаты для древесины, обработанной смешанной эмульсией.

    7295

    7295

    00

    Порядок выполнения Факторы MG (%) WA (%)
    Концентрация парафиновой эмульсии (%) Процент акрилатной эмульсии (%) Время обработки (мин.

    1 5.00 0.00 40.00 8.90 44.10
    2 8.00 20.00 25.00 16.82 3529542
    3 5,00 10,00 25,00 15,64 40,45
    4 2,00 10,00 40,00 40,00 10.00 25.00 11.09 40.98
    6 8.00 10.00 40.00 18.53 39.73
    10,00 25,00 14,68 43,17
    8 8,00 0,00 25,00 14,46 40,88 44,30
    10 5,00 0,00 10,00 8,80 46,54
    11 2,00 0.00 25,00 4,80 52,60
    12 5,00 20,00 40,00 14,51 34,98
    14 5,00 10,00 25,00 15,34 42,37
    15 5,00 10,00 25.00 12,52 42,72
    16 8,00 10,00 10,00 18,96 39,84
    17

    Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для оценки эффективности квадратичной модели для проверки статистической значимости модели BBD. Как показано в, выбранная модель для MG была очень значимой, со значением P <0.01. Как видно на фиг., Переменные A и B имеют доминирующий вклад в MG, среди которых концентрация парафиновой эмульсии (A) показала большее влияние на MG ( P -значение <0,0001). Напротив, время обработки (C) показало незначительное влияние на MG (значение P > 0,1). Это можно объяснить различием между размером капель эмульсии компаунда и размером пор в структуре древесины (микропоры <2 нм, мезопоры 2–50 нм и макропоры> 50 нм).Другими словами, эмульсия могла проникать в структуру древесины намного быстрее, когда размер капель был меньше размера пор, и в результате время обработки могло повлиять на MG. Однако, если размер капель эмульсии больше, чем размер пор, время обработки может оказать небольшое влияние на MG [23]. Эффекты взаимодействия лечебных параметров (AB, AC и BC) не оказали значительного влияния на MG. Кроме того, несоответствие показало незначительное влияние на MG, указывая на то, что оно не значимо по сравнению с чистой ошибкой.Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии показано на рис. Как показано ниже, увеличение концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии привело к постоянному увеличению MG. Эти данные могут сыграть важную роль в контроле MG во время обработки древесины.

    Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии на MG: ( a ) 3D и ( b ) контурные графики поверхности.

    Таблица 4

    Дисперсионный анализ для модели MG.

    456

    Источник Сумма квадратов Степени свободы Среднее квадратическое F -Значение P -Модельное значение Вероятность> F
    6 36,97 11,15 0,0006 a
    A — Концентрация парафиновой эмульсии 137,12 1 137,12 41.36 <0,0001 a
    B — Процентное содержание акрилатной эмульсии 73,81 1 73,81 22,26 0,0008 a 9029

    0,41 0,12 0,7311 n
    AB 8,12 1 8,12 2,45 0,1486 n
    1 0,56 0,17 0,6891 n
    BC 1,77 1

    1 1,77 0,53 9029 9029

    9029 9029

    3,32
    Неподходящий 17,66 6 2,94 0,76 0,6372 n

    3.2. Уравнение регрессии для MG

    Уравнение поверхности отклика для MG в древесине, обработанной сложной эмульсией, было получено с помощью программного обеспечения Design-Expert. Как показано в, модель была выбрана автоматически, чтобы представить взаимосвязь между MG и параметрами лечения с учетом более высоких значений коэффициента детерминации (R 2 ). R 2 был рассчитан как 0,8290, что означает, что модель подходит для 82,9% MG. Это показало хорошее соответствие экспериментальным результатам и могло удовлетворительно объяснить влияние переменных на ответы.Как пористый биоматериал, распределение пор по размерам в древесине может влиять на проникновение и распределение эмульсии компаунда, что, в свою очередь, может в некоторой степени влиять на R 2 [23]. Извлеченные модельные элементы:

    MG = −0,96745 + 2,06333A + 0,65208B + 0,070833C − 0,0475AB − 8,333 × 10−3AC − 4,433 × 10−3BC

    (8)

    Таблица 5

    Параметры ANOVA для Модель MG.

    Отклик Стандартное отклонение R 2 Скорректированный R 2
    MG 1.83 0,8290 0,7895

    График нормальной вероятности остатков для MG показан на рис. Он показывает, что остатки обычно лежат на почти прямой линии, показывая, что ошибки распределены нормально [24,25]. Это указывает на то, что модель может эффективно прогнозировать MG в древесине, обработанной сложной эмульсией.

    График нормальной вероятности остатков MG.

    3.3. Дисперсионный анализ и модель для WA

    Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для оценки эффективности модели для проверки статистической значимости ().Статистические параметры, включая значения F , коэффициент детерминации (R 2 ) и скорректированный R 2 , сведены в. Высокие значения F (12,77–40,55) показали, что параметры модели и лечения (переменные A и B) имеют статистически значимое влияние на WA. Подобные выводы, основанные на значениях F , можно было найти в предыдущем исследовании [26]. Принимая во внимание значение P , концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии показали большее влияние на WA по сравнению со временем обработки.Эффекты взаимодействия параметров лечения (AB, AC и BC) показали незначительное влияние на WA. Эти результаты согласуются с результатами анализа MG в предыдущем разделе (Раздел 3.1). Более того, значение P для несоответствия было незначительным (значение P > 0,1), что указывает на то, что распределение экспериментальных данных было независимой от модели мерой чистой ошибки. Полученное модельное уравнение для WA выглядит следующим образом.

    WA = + 54,45025 + 1,46458A − 0,53567B + 0,012250C − 0.23667AB − 8.8333 × 10−3AC − 5.333 × 10−4BC

    (9)

    Таблица 6

    Дисперсионный анализ для модели WA.

    47295

    47295

    Источник Сумма квадратов Степени свободы Среднее квадратическое F-значение P-значение Вероятность> F
    Модель

    12,77 0,0004 a
    A — Концентрация парафиновой эмульсии 151.12 1 151,12 40,55 <0,0001 a
    B — Процентное содержание эмульсии акрилата 130,57 1 130,57

    130,57

    35 Время лечения 1,27 1 1,27 0,34 0,5720 n
    AB 2,02 1 2,02 0.54 0,4789 n
    AC 0,63 1 0,63 0,17 0,6892 n
    BC 0,026 1 9029 8 295

    −3 0,9356 n
    Остаточный 37,27 10 3,73
    Неподходящий 31.82 6 5,30 3,89 0,1046 n

    Таблица 7

    Параметры дисперсионного анализа для модели WA.

    Отклик Стандартное отклонение R 2 Скорректированный R 2
    WA 1,75 0,8763

    0,8763 2 значение для модели (0.8763) показал, что модель может хорошо объяснить экспериментальные результаты. Кроме того, скорректированный R 2 (0,8478) предполагает, что существует высокая степень корреляции между экспериментальными и прогнозируемыми значениями.

    показывает реакцию поверхности WA как функцию концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии. WA снижается с увеличением концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии. Это можно объяснить гидрофобностью парафина.Кроме того, акрилатная эмульсия может образовывать полную полимерную пленку в процессе сушки (постобработка после пропитки эмульсией) в древесине и предотвращать проникновение воды [27,28]. Следовательно, синергетический гидрофобный эффект, обеспечиваемый эмульсией парафина и акрилата, улучшает гидрофобность обработанной древесины.

    Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии на WA: ( a ) трехмерные и ( b ) контурные участки поверхности.

    График нормальной вероятности остатков для WA показан на.Невязки обычно попадают на почти прямую линию, что означает, что ошибки распределяются нормально. Это говорит о том, что предложенная модель удовлетворительна. Это также указывает на то, что модель может эффективно прогнозировать WA в древесине, обработанной смешанной эмульсией.

    График нормальной вероятности остатков для WA.

    3.4. Оптимизация параметров и подтверждающие тесты

    Оптимизация переменных была проведена для одновременного увеличения MG и минимизации WA. Оптимальные экспериментальные условия, предсказанные RSM, следующие: концентрация парафиновой эмульсии 5.57%, процентное содержание акрилатной эмульсии 20% и время обработки 10 мин. Полученные MG и WA составили 17,6% и 37,9% соответственно. Для подтверждения прогноза были проведены эксперименты в оптимальных условиях. Эксперименты проводились в трех повторностях, и средние прогнозируемые и экспериментальные значения для двух ответов показаны в.

    Таблица 8

    Прогнозируемые и экспериментальные значения, полученные при оптимальных условиях.

    Индекс MG (%) WA (%)
    Прогнозируемое значение 17.6 37,9
    Экспериментальное значение 19,5 42,7
    Ошибка 9,7 11,2

    Экспериментальные данные были близки к прогнозируемым значениям . Эта ошибка может быть связана с иерархической структурой древесины с разными размерами пор, что приводит к разному распределению эмульсии компаунда, что может повлиять на MG и WA. Однако можно сказать, что оптимизация была разумной.Это произошло потому, что все фактические значения для прогона подтверждения находились в пределах 90% -ного интервала прогноза (около 10% ошибок), в то время как R 2 для моделей MG и WA составлял 82% и 87% соответственно.

    3.5. Угол контакта с водой и стабильность размеров

    Для дальнейшего уточнения влияния эмульсии компаунда на гидрофобность древесины были исследованы угол контакта с водой (WCA), стабильность размеров и микроструктура обработанной древесины. Согласно оптимальным условиям, содержание твердых веществ в эмульсии соединения составляло 13 мас.%, Что определяли как концентрацию парафиновой эмульсии в этой части, чтобы избежать влияния содержания твердых веществ на испытание.WCA свидетельствует о гидрофобности древесины [29]. Как показано на a, WCA во всех образцах древесины, обработанных эмульсией, явно увеличилась по сравнению с контрольным образцом (необработанная древесина). После пропитки парафиновой эмульсией WCA увеличилась до 94 °, что свидетельствует о значительном повышении гидрофобности за счет проникновения парафина. Более того, WCA в древесине, обработанной смешанной эмульсией, составляла 133 °. Это предполагает, что гидрофобность может быть дополнительно улучшена путем добавления акрилатной эмульсии. Это связано с тем, что эмульсия акрилата может образовывать гидрофобную пленку в древесине за счет капиллярной силы в процессе последующей обработки (сушка для деэмульгирования).С помощью гидрофобного парафина эта микроструктура или распределение могут защитить древесину от проникновения воды и снизить смачиваемость поверхности.

    ( a ) Угол контакта с водой и ( b ) изменения размеров необработанной (контрольной) и обработанной древесины.

    Как правило, изменение размеров может уменьшиться после гидрофобной обработки древесины. Это в основном связано с проникновением в поры гидрофобных материалов, которые могут предотвратить водопоглощение и разбухание.Как и ожидалось, парафиновая эмульсия показала положительное влияние на параметры стабильности размеров, включая TSR, RSR и LSR (b). Это согласуется с результатами испытаний WCA, указывающими на положительное влияние акрилатной эмульсии на стабильность размеров.

    3.6. Микроструктура

    Наблюдения за микроструктурой могут помочь лучше понять процесс обработки древесины. СЭМ-микрофотографии необработанных и обработанных эмульсией образцов древесины показывают заметные различия (). Некоторые просветы частично или полностью заполнены парафином или акрилатом.По сравнению с контрольным образцом (а) древесина, обработанная парафиновой эмульсией, имела гладкие стенки ячеек из-за объемного эффекта проникновения жидкого парафина и покрытия (b). Это могло вызвать отторжение воды клеточными стенками [5,30]. С введением акрилатной эмульсии эффект заполнения обработанной древесины оказался более заметным (c). Коллоидные частицы полимера могут эффективно заполнять поры в древесине и образовывать гидрофобные пленки за счет капиллярных сил во время процесса сушки. В результате синергетический эффект (эффект наполнения и эффект наполнения) парафина и акрилата играет важную роль в улучшении гидрофобности и стабильности размеров древесины, обработанной сложной эмульсией.

    СЭМ-микрофотографии необработанных (контрольных) и обработанных образцов древесины: ( a ) контрольный ( b ) обработка парафиновой эмульсией и ( c ) обработка эмульсией соединения.

    4. Выводы

    Методология поверхности отклика была успешно использована для исследования взаимосвязи между гидрофобностью и параметрами обработки древесины. Концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии существенно влияли на водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах (MG).WA, очевидно, уменьшалась с увеличением процентного содержания акрилатной эмульсии. Наблюдения СЭМ подтвердили, что это явление было вызвано лучшим эффектом заполнения эмульсии компаунда за счет образования полностью гидрофобной пленки в структуре древесины. Модели корреляции для WA и MG показали хороший прогноз из-за почти линейного распределения на нормальном графике вероятности остатков. Оптимальные условия (5,57% концентрация парафиновой эмульсии, 20% процентная доля акрилатной эмульсии и время обработки 10 мин), предоставленные RSM, были приемлемыми для прогнозирования MG и WA.По сравнению с необработанной (66 °) и обработанной парафиновой эмульсией (94 °) древесиной (94 °) древесина, обработанная составной эмульсией в оптимальных условиях, показала самый высокий WCA (133 °) и лучшую стабильность размеров. Это можно приписать синергетическому эффекту парафина и акрилата (эффект объемности и эффект наполнения) и последующему образованию гидрофобных пленок в древесине.

    Повышение гидрофобности и стабильности размеров древесины, обработанной эмульсией парафин / акрилатный компаунд за счет оптимизации методологии отклика поверхности

    Реферат

    Обработка древесины проводилась с помощью эмульсии парафин-акрилатного компаунда.Методология поверхности отклика (RSM) применялась для моделирования и определения взаимосвязи между гидрофобностью и влияющими факторами. Результаты показали, что концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии оказывают значительное влияние на водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах (MG). WA, очевидно, уменьшалась с увеличением процентного содержания акрилатной эмульсии. Модели корреляции для WA и MG показали хороший прогноз благодаря прямолинейному распределению на нормальном графике вероятности остатков.Оптимальные условия (5,57% концентрация парафиновой эмульсии, 20% процентная доля акрилатной эмульсии и время обработки 10 мин), предоставленные RSM, были приемлемыми для прогнозирования MG и WA. По сравнению с необработанной (66 °) древесиной, обработанной парафиновой эмульсией (94 °), древесина, обработанная составной эмульсией, показала самый высокий угол контакта с водой (133 °) и лучшую стабильность размеров. Это можно приписать синергетическому эффекту (эффект наполнения и эффект наполнения), обеспечиваемый парафином и акрилатом, которые могут образовывать полностью гидрофобную пленку в древесине.

    Ключевые слова: парафин, акрилат, обработка древесины, гидрофобность, стабильность размеров, методология поверхности отклика

    1. Введение

    Древесина как возобновляемый и натуральный материал является важным материалом для человеческого общества. Однако из-за химических компонентов древесины незащищенная древесина при наружном применении легко подвергается анизотропному набуханию или усадке и подвержена химическому или биологическому разложению. Улучшение гидрофобности и стабильности размеров древесины было постоянной исследовательской задачей ради лучшего использования этого экологически чистого материала [1,2].Пропитка древесины парафиновой эмульсией — популярный метод уменьшения поглощения воды, а более высокое поглощение парафина повышает эффективность этой обработки. Кроме того, этим методом можно улучшить как фотостабильность, так и устойчивость древесины к гниению [3,4]. В наших предыдущих исследованиях [5,6] парафиновая эмульсия Пикеринга была успешно приготовлена ​​для обработки твердой древесины и древесной муки для изготовления композитов, благодаря чему гидрофобность, термическая стабильность и твердость поверхности древесины и композитов заметно улучшились.Эмульсия парафина — это дисперсия, в которой гидрофобный парафин гомогенно диспергирован в воде в виде мелких частиц с помощью определенных поверхностно-активных веществ. Он широко используется в деревообрабатывающей промышленности для улучшения водоотталкивающих свойств древесины. Например, сообщается, что парафиновая эмульсия с концентрацией 2,5 мас.% Значительно снижает водопоглощение древесины [7]. Более того, некоторые исследования показали, что пропитка древесины парафиновой эмульсией может значительно улучшить ее механические свойства [8].Однако из-за своей химической инертности парафин не может образовывать полностью водостойкую гидрофобную пленку на поверхности древесины в результате химических реакций, защищающих компоненты древесины от воздействия воды. Установлено, что физическая адгезия или эффект заполнения пор древесины улучшает гидрофобность древесины, обработанной парафином [5,9].

    По сравнению с парафиновой эмульсией, акрилатная эмульсия получается путем полимеризации мономеров, таких как сложные эфиры акриловой или метакриловой кислоты. Он находит широкое применение в клеях, красках, лаках, пропитанной бумаге и в деревообрабатывающей промышленности [10].Кроме того, пропитка древесины многофункциональными мономерами может образовывать химические связи между модификаторами и древесной матрицей для уменьшения количества гидроксильных групп в стенках клеток, что приводит к улучшенной гидрофобности, устойчивости к гниению и механическим свойствам [11]. Процесс радикальной полимеризации приводит к образованию различных типов полимеров, которые могут защитить древесную матрицу от воды. Сообщается, что введение метилметакрилата и стирола в структуру древесины с помощью метода вакуума / давления и последующего термического процесса катализатора приведет к улучшению стабильности размеров, термической стабильности и устойчивости к гниению [12].Long et al. [13] приготовили акрилатную эмульсию с суспензией нанооксида алюминия для покрытия древесины. Когда суспензия наночастиц оксида алюминия с концентрацией 1,5 мас.% Была смешана с акрилатной эмульсией, поверхность древесины показывала улучшения в стойкости к истиранию и твердости. Hoque et al. [14] и Islam et al. [15] подготовили композиты дерево / поли (метилметакрилат) путем пропитки древесины мономерами метилметакрилата, благодаря чему были получены улучшения водоотталкивающих свойств, стабильности размеров и устойчивости к биоразложению.С другой стороны, акрилатные эмульсии, благодаря их типу эмульсии масло-в-воде (М / В), и другие модификаторы на водной основе являются смешиваемыми, и полученные в результате составные модификаторы могут дать некоторые синергетические улучшения в анти-погодных условиях, гидрофобности и др. и стойкость древесины к гниению [16].

    Таким образом, комбинированная обработка парафиновой эмульсией и акрилатной эмульсией представляется многообещающим методом синергетического улучшения гидрофобности древесины и стабильности размеров. Благодаря наличию акрилата образование парафиновой пленки может быть улучшено.В этом исследовании парафиновая эмульсия и акрилатная эмульсия были физически смешаны в виде сложной эмульсии для обработки древесины. Эмульсию акрилата использовали для модификации парафиновой эмульсии путем физического смешивания. Целью данного исследования является изучение влияния концентрации парафиновой эмульсии, процентного содержания акрилатной эмульсии и времени обработки на гидрофобность и массовый процент прироста (MG) обработанной древесины с помощью методологии поверхности отклика (RSM). RSM известен как эффективный математический и статистический инструмент для оценки влияния независимых переменных и их взаимодействия на ответы.Кроме того, было проведено сравнительное исследование для оценки оптимального состояния, полученного с помощью RSM. Водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах в древесине, обработанной смешанной эмульсией, были рассчитаны для оценки подтверждения прогноза. Краевой угол смачивания водой (WCA), стабильность размеров и микроструктура необработанной древесины и древесины, обработанной различными эмульсионными системами (парафиновая эмульсия и составная эмульсия), также были исследованы, чтобы прояснить влияние добавления акрилатной эмульсии на гидрофобность древесины, обработанной парафиновой эмульсией.

    2. Материалы и методы

    2.1. Материалы

    Жидкий парафин высокой чистоты (≥99%), Твин 80 (HLB = 15) и Span 80 (HLB = 4,3) в качестве поверхностно-активных веществ были закуплены у Beijing Chemical Ltd., Пекин, Китай. Акрилатная эмульсия ВА-201, 10% была предоставлена ​​компанией Beijing Donglian Chemical Ltd., Пекин, Китай. Заболонь сосны южной ( Pinus spp.) С плотностью воздушной сушки 0,43 г / см -3 и средней шириной годичных колец 0,6 см была собрана на северо-востоке Китая.

    2.2. Приготовление парафиновой эмульсии «масло в воде»

    Согласно нашему предыдущему исследованию [5], Твин 80 (1,3 мас.% От массы воды) и Спан 80 (1,5 мас.% От массы воды) добавляли к деионизированной воде и осторожно перемешивали при скорость 500 об / мин за 30 с. Затем к смеси добавляли масляную фазу (1: 5 по объему) и предварительно эмульгировали при 5000 об / мин в течение 2 минут. После этого предварительную эмульсию (около 800 г) дополнительно эмульгировали при 45 МПа в течение 5 минут в гомогенизаторе высокого давления (APV-2000, APV Manufacturing Poland Sp.z.o.o., Быдгощ, Польша).

    2.3. Приготовление эмульсии соединения парафин / акрилат

    Перед добавлением эмульсии акрилата, эмульсия парафина была разбавлена ​​для получения эмульсий 2 мас.%, 5 мас.% И 8 мас.%. Затем добавляли 10 мас.% И 20 мас.% Акрилатных эмульсий (в расчете на массу парафиновой эмульсии) и осторожно перемешивали при 1000 об / мин для получения гомогенной эмульсии соединения. Различные комбинации составных эмульсий перечислены в. Размер капель эмульсии определяли с помощью лазерного анализатора размера частиц (Delsa Nano C, Beckman Coulter, Атланта, Джорджия, США).Для каждого образца было проведено три измерения светорассеяния, средние значения представлены в.

    Таблица 1

    Различные комбинации и размеры капель в сложных эмульсиях.

    Составные эмульсии Концентрация парафиновой эмульсии (%) Процент акрилатной эмульсии (%) Размер капли (нм)
    2-10
    CE2-20 2 20 164.3
    CE5-10 5 10 184,6
    CE5-20 5 20 176,5
    CE8-10 CE8-10
    CE8-20 8 20 184,0

    2.4. Обработка древесины и определение характеристик

    Образцы древесины обрабатывали парафиновой эмульсией и составной эмульсией в процессе вакуумирования / давления.Образцы с размерами 20 (L) × 20 (R) × 20 (T) мм 3 сначала вакуумировали при -0,09 МПа в течение 30 минут, а затем создавали давление 0,6 МПа в течение 45 минут. После пропитки избыток эмульсии удаляли чистым полотенцем, а затем образцы сушили в печи при 60 ° C в течение 24 часов. После этого образцы были отверждены при 103 ° C для достижения постоянного веса. Прирост массы в процентах (MG) был рассчитан с использованием следующего уравнения с шестью повторами для среднего значения:

    MG% = m0′ − m0m0 × 100%

    (1)

    где m0 ′ — высушенный в печи вес после обработки, а m 0 — высушенный в печи вес до обработки.Для каждого образца было выполнено шесть повторов и рассчитаны средние значения.

    Для испытаний на водопоглощение (WA) размеры образцов составляли 20 (L) × 20 (R) × 20 (T) мм 3 . Время погружения в деионизированную воду составляло 48 ч, рассчитывались средние значения для шести повторов. Для расчета водопоглощения использовались следующие уравнения:

    WA% = m1 − m0m0 × 100% необработанной древесины

    (2)

    или WA% = m1 − m0′m0 ′ × 100% обработанной древесины

    (3 )

    где м 1 относится к высушенной в печи массе после погружения.

    После испытаний погружением была определена стабильность размеров необработанных и обработанных образцов древесины в соответствии с китайским стандартом GB / T 1928–2009. Измеряли изменения размеров в тангенциальном направлении, радиальном направлении и продольном направлении образцов. Коэффициент тангенциального набухания (TSR), коэффициент радиального набухания (RSR) и коэффициент продольного набухания (LSR) были рассчитаны с использованием следующих уравнений с пятью повторами для каждого образца:

    TSR = T1-T0T0 × 100%

    (4 )

    RSR = R1 − R0R0 × 100%

    (5)

    LSR = L1 −L0L0 × 100%

    (6)

    где T 1 , R 1 и L 1 — размеры в разных направлениях после погружения; и T 0 , R 0 и L 0 — размеры высушенных в печи образцов в различных направлениях перед погружением.

    Для измерения краевого угла смачивания воды (WCA) применялся метод лежащей капли (OCA20, DataPhysics Instruments GmbH, Фильдерштадт, Германия). Капли деионизированной воды помещали на строганные поперечные сечения образца, обработанного различными эмульсиями, и через 30 с наблюдали АВП с помощью встроенной цифровой камеры. Были представлены средние значения трех повторов.

    Микроморфологию образцов до и после обработки различными эмульсиями наблюдали с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (S-3400, Hitachi, Токио, Япония, 10 кВ).Перед наблюдением все образцы были высушены при 103 ° C, а поперечные поверхности образцов были покрыты тонким слоем Pt-Pb. Наблюдалось распределение эмульсии в древесине.

    2.5. Методология поверхности отклика

    Для исследования влияния акрилатной эмульсии на MG и WA обработанной древесины был применен дизайн Бокса – Бенкена (BBD). Три фактора и их уровни были выбраны в соответствии с предыдущими исследованиями авторов [5,17] и показаны в. В этом исследовании для получения аппроксимации ответа использовался подобранный полиномиальный регрессионный анализ второго порядка, и была получена следующая модель:

    Y = b0 + ∑i = 1kbi Xi + ∑i, jkbijXiXj + ∑i = 1kbiiXi2

    (7 )

    где b 0 — свободный член уравнения регрессии, b 1 , b 2 ,…, b k и b 11 , b 22 ,…, b kk коэффициенты являются линейным и квадратичным членами, соответственно, и b 12 , b 13 ,…, b k− 1 k — условия взаимодействия.

    Таблица 2

    Параметры и уровни, используемые для древесины, обработанной эмульсией.

    процентное содержание акрила

    Коды параметров Уровни
    −1 0 1
    Концентрация парафиновой эмульсии (%) A 2 5 8
    0 10 20
    Время обработки (мин) C 10 25 40

    Для проведения анализа RSM была проведена регрессия собранных данных, где наблюдаемая переменная (отклик) была аппроксимирована на основе функциональной связи между оцениваемыми переменными и одной или несколькими входными переменными [18,19,20,21].Метод наименьших квадратов использовался для подбора уравнения модели, содержащего входные переменные, путем минимизации остаточной ошибки, измеренной суммой квадратов отклонений между фактическим и прогнозируемым ответом. Это включало расчет оценок коэффициентов регрессии. Вычисленные коэффициенты для уравнения модели были проверены на статистическую значимость путем проверки значимости регрессионной модели, значимости отдельных коэффициентов модели и несоответствия. Более того, адекватность модели была исследована путем изучения остатков, которые представляют собой различия между наблюдаемыми и прогнозируемыми значениями [22].Это было выполнено с использованием нормальных графиков вероятности остатков, чтобы уточнить, подходит ли модель для прогнозирования ответов. Стратегия эксперимента показана на схеме 1.

    3. Результаты и обсуждение

    3.1. Дисперсионный анализ для MG

    показывает рабочие условия и результаты для ответов MG и WA. Чтобы избежать эффектов порядка, эксперименты проводились случайным образом в пяти повторах каждый и рассчитывались средние значения.

    Таблица 3

    Экспериментальные условия и результаты для древесины, обработанной смешанной эмульсией.

    7295

    7295

    00

    Порядок выполнения Факторы MG (%) WA (%)
    Концентрация парафиновой эмульсии (%) Процент акрилатной эмульсии (%) Время обработки (мин.

    1 5.00 0.00 40.00 8.90 44.10
    2 8.00 20.00 25.00 16.82 3529542
    3 5,00 10,00 25,00 15,64 40,45
    4 2,00 10,00 40,00 40,00 10.00 25.00 11.09 40.98
    6 8.00 10.00 40.00 18.53 39.73
    10,00 25,00 14,68 43,17
    8 8,00 0,00 25,00 14,46 40,88 44,30
    10 5,00 0,00 10,00 8,80 46,54
    11 2,00 0.00 25,00 4,80 52,60
    12 5,00 20,00 40,00 14,51 34,98
    14 5,00 10,00 25,00 15,34 42,37
    15 5,00 10,00 25.00 12,52 42,72
    16 8,00 10,00 10,00 18,96 39,84
    17

    Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для оценки эффективности квадратичной модели для проверки статистической значимости модели BBD. Как показано в, выбранная модель для MG была очень значимой, со значением P <0.01. Как видно на фиг., Переменные A и B имеют доминирующий вклад в MG, среди которых концентрация парафиновой эмульсии (A) показала большее влияние на MG ( P -значение <0,0001). Напротив, время обработки (C) показало незначительное влияние на MG (значение P > 0,1). Это можно объяснить различием между размером капель эмульсии компаунда и размером пор в структуре древесины (микропоры <2 нм, мезопоры 2–50 нм и макропоры> 50 нм).Другими словами, эмульсия могла проникать в структуру древесины намного быстрее, когда размер капель был меньше размера пор, и в результате время обработки могло повлиять на MG. Однако, если размер капель эмульсии больше, чем размер пор, время обработки может оказать небольшое влияние на MG [23]. Эффекты взаимодействия лечебных параметров (AB, AC и BC) не оказали значительного влияния на MG. Кроме того, несоответствие показало незначительное влияние на MG, указывая на то, что оно не значимо по сравнению с чистой ошибкой.Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии показано на рис. Как показано ниже, увеличение концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии привело к постоянному увеличению MG. Эти данные могут сыграть важную роль в контроле MG во время обработки древесины.

    Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии на MG: ( a ) 3D и ( b ) контурные графики поверхности.

    Таблица 4

    Дисперсионный анализ для модели MG.

    456

    Источник Сумма квадратов Степени свободы Среднее квадратическое F -Значение P -Модельное значение Вероятность> F
    6 36,97 11,15 0,0006 a
    A — Концентрация парафиновой эмульсии 137,12 1 137,12 41.36 <0,0001 a
    B — Процентное содержание акрилатной эмульсии 73,81 1 73,81 22,26 0,0008 a 9029

    0,41 0,12 0,7311 n
    AB 8,12 1 8,12 2,45 0,1486 n
    1 0,56 0,17 0,6891 n
    BC 1,77 1

    1 1,77 0,53 9029 9029

    9029 9029

    3,32
    Неподходящий 17,66 6 2,94 0,76 0,6372 n

    3.2. Уравнение регрессии для MG

    Уравнение поверхности отклика для MG в древесине, обработанной сложной эмульсией, было получено с помощью программного обеспечения Design-Expert. Как показано в, модель была выбрана автоматически, чтобы представить взаимосвязь между MG и параметрами лечения с учетом более высоких значений коэффициента детерминации (R 2 ). R 2 был рассчитан как 0,8290, что означает, что модель подходит для 82,9% MG. Это показало хорошее соответствие экспериментальным результатам и могло удовлетворительно объяснить влияние переменных на ответы.Как пористый биоматериал, распределение пор по размерам в древесине может влиять на проникновение и распределение эмульсии компаунда, что, в свою очередь, может в некоторой степени влиять на R 2 [23]. Извлеченные модельные элементы:

    MG = −0,96745 + 2,06333A + 0,65208B + 0,070833C − 0,0475AB − 8,333 × 10−3AC − 4,433 × 10−3BC

    (8)

    Таблица 5

    Параметры ANOVA для Модель MG.

    Отклик Стандартное отклонение R 2 Скорректированный R 2
    MG 1.83 0,8290 0,7895

    График нормальной вероятности остатков для MG показан на рис. Он показывает, что остатки обычно лежат на почти прямой линии, показывая, что ошибки распределены нормально [24,25]. Это указывает на то, что модель может эффективно прогнозировать MG в древесине, обработанной сложной эмульсией.

    График нормальной вероятности остатков MG.

    3.3. Дисперсионный анализ и модель для WA

    Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для оценки эффективности модели для проверки статистической значимости ().Статистические параметры, включая значения F , коэффициент детерминации (R 2 ) и скорректированный R 2 , сведены в. Высокие значения F (12,77–40,55) показали, что параметры модели и лечения (переменные A и B) имеют статистически значимое влияние на WA. Подобные выводы, основанные на значениях F , можно было найти в предыдущем исследовании [26]. Принимая во внимание значение P , концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии показали большее влияние на WA по сравнению со временем обработки.Эффекты взаимодействия параметров лечения (AB, AC и BC) показали незначительное влияние на WA. Эти результаты согласуются с результатами анализа MG в предыдущем разделе (Раздел 3.1). Более того, значение P для несоответствия было незначительным (значение P > 0,1), что указывает на то, что распределение экспериментальных данных было независимой от модели мерой чистой ошибки. Полученное модельное уравнение для WA выглядит следующим образом.

    WA = + 54,45025 + 1,46458A − 0,53567B + 0,012250C − 0.23667AB − 8.8333 × 10−3AC − 5.333 × 10−4BC

    (9)

    Таблица 6

    Дисперсионный анализ для модели WA.

    47295

    47295

    Источник Сумма квадратов Степени свободы Среднее квадратическое F-значение P-значение Вероятность> F
    Модель

    12,77 0,0004 a
    A — Концентрация парафиновой эмульсии 151.12 1 151,12 40,55 <0,0001 a
    B — Процентное содержание эмульсии акрилата 130,57 1 130,57

    130,57

    35 Время лечения 1,27 1 1,27 0,34 0,5720 n
    AB 2,02 1 2,02 0.54 0,4789 n
    AC 0,63 1 0,63 0,17 0,6892 n
    BC 0,026 1 9029 8 295

    −3 0,9356 n
    Остаточный 37,27 10 3,73
    Неподходящий 31.82 6 5,30 3,89 0,1046 n

    Таблица 7

    Параметры дисперсионного анализа для модели WA.

    Отклик Стандартное отклонение R 2 Скорректированный R 2
    WA 1,75 0,8763

    0,8763 2 значение для модели (0.8763) показал, что модель может хорошо объяснить экспериментальные результаты. Кроме того, скорректированный R 2 (0,8478) предполагает, что существует высокая степень корреляции между экспериментальными и прогнозируемыми значениями.

    показывает реакцию поверхности WA как функцию концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии. WA снижается с увеличением концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии. Это можно объяснить гидрофобностью парафина.Кроме того, акрилатная эмульсия может образовывать полную полимерную пленку в процессе сушки (постобработка после пропитки эмульсией) в древесине и предотвращать проникновение воды [27,28]. Следовательно, синергетический гидрофобный эффект, обеспечиваемый эмульсией парафина и акрилата, улучшает гидрофобность обработанной древесины.

    Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии на WA: ( a ) трехмерные и ( b ) контурные участки поверхности.

    График нормальной вероятности остатков для WA показан на.Невязки обычно попадают на почти прямую линию, что означает, что ошибки распределяются нормально. Это говорит о том, что предложенная модель удовлетворительна. Это также указывает на то, что модель может эффективно прогнозировать WA в древесине, обработанной смешанной эмульсией.

    График нормальной вероятности остатков для WA.

    3.4. Оптимизация параметров и подтверждающие тесты

    Оптимизация переменных была проведена для одновременного увеличения MG и минимизации WA. Оптимальные экспериментальные условия, предсказанные RSM, следующие: концентрация парафиновой эмульсии 5.57%, процентное содержание акрилатной эмульсии 20% и время обработки 10 мин. Полученные MG и WA составили 17,6% и 37,9% соответственно. Для подтверждения прогноза были проведены эксперименты в оптимальных условиях. Эксперименты проводились в трех повторностях, и средние прогнозируемые и экспериментальные значения для двух ответов показаны в.

    Таблица 8

    Прогнозируемые и экспериментальные значения, полученные при оптимальных условиях.

    Индекс MG (%) WA (%)
    Прогнозируемое значение 17.6 37,9
    Экспериментальное значение 19,5 42,7
    Ошибка 9,7 11,2

    Экспериментальные данные были близки к прогнозируемым значениям . Эта ошибка может быть связана с иерархической структурой древесины с разными размерами пор, что приводит к разному распределению эмульсии компаунда, что может повлиять на MG и WA. Однако можно сказать, что оптимизация была разумной.Это произошло потому, что все фактические значения для прогона подтверждения находились в пределах 90% -ного интервала прогноза (около 10% ошибок), в то время как R 2 для моделей MG и WA составлял 82% и 87% соответственно.

    3.5. Угол контакта с водой и стабильность размеров

    Для дальнейшего уточнения влияния эмульсии компаунда на гидрофобность древесины были исследованы угол контакта с водой (WCA), стабильность размеров и микроструктура обработанной древесины. Согласно оптимальным условиям, содержание твердых веществ в эмульсии соединения составляло 13 мас.%, Что определяли как концентрацию парафиновой эмульсии в этой части, чтобы избежать влияния содержания твердых веществ на испытание.WCA свидетельствует о гидрофобности древесины [29]. Как показано на a, WCA во всех образцах древесины, обработанных эмульсией, явно увеличилась по сравнению с контрольным образцом (необработанная древесина). После пропитки парафиновой эмульсией WCA увеличилась до 94 °, что свидетельствует о значительном повышении гидрофобности за счет проникновения парафина. Более того, WCA в древесине, обработанной смешанной эмульсией, составляла 133 °. Это предполагает, что гидрофобность может быть дополнительно улучшена путем добавления акрилатной эмульсии. Это связано с тем, что эмульсия акрилата может образовывать гидрофобную пленку в древесине за счет капиллярной силы в процессе последующей обработки (сушка для деэмульгирования).С помощью гидрофобного парафина эта микроструктура или распределение могут защитить древесину от проникновения воды и снизить смачиваемость поверхности.

    ( a ) Угол контакта с водой и ( b ) изменения размеров необработанной (контрольной) и обработанной древесины.

    Как правило, изменение размеров может уменьшиться после гидрофобной обработки древесины. Это в основном связано с проникновением в поры гидрофобных материалов, которые могут предотвратить водопоглощение и разбухание.Как и ожидалось, парафиновая эмульсия показала положительное влияние на параметры стабильности размеров, включая TSR, RSR и LSR (b). Это согласуется с результатами испытаний WCA, указывающими на положительное влияние акрилатной эмульсии на стабильность размеров.

    3.6. Микроструктура

    Наблюдения за микроструктурой могут помочь лучше понять процесс обработки древесины. СЭМ-микрофотографии необработанных и обработанных эмульсией образцов древесины показывают заметные различия (). Некоторые просветы частично или полностью заполнены парафином или акрилатом.По сравнению с контрольным образцом (а) древесина, обработанная парафиновой эмульсией, имела гладкие стенки ячеек из-за объемного эффекта проникновения жидкого парафина и покрытия (b). Это могло вызвать отторжение воды клеточными стенками [5,30]. С введением акрилатной эмульсии эффект заполнения обработанной древесины оказался более заметным (c). Коллоидные частицы полимера могут эффективно заполнять поры в древесине и образовывать гидрофобные пленки за счет капиллярных сил во время процесса сушки. В результате синергетический эффект (эффект наполнения и эффект наполнения) парафина и акрилата играет важную роль в улучшении гидрофобности и стабильности размеров древесины, обработанной сложной эмульсией.

    СЭМ-микрофотографии необработанных (контрольных) и обработанных образцов древесины: ( a ) контрольный ( b ) обработка парафиновой эмульсией и ( c ) обработка эмульсией соединения.

    4. Выводы

    Методология поверхности отклика была успешно использована для исследования взаимосвязи между гидрофобностью и параметрами обработки древесины. Концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии существенно влияли на водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах (MG).WA, очевидно, уменьшалась с увеличением процентного содержания акрилатной эмульсии. Наблюдения СЭМ подтвердили, что это явление было вызвано лучшим эффектом заполнения эмульсии компаунда за счет образования полностью гидрофобной пленки в структуре древесины. Модели корреляции для WA и MG показали хороший прогноз из-за почти линейного распределения на нормальном графике вероятности остатков. Оптимальные условия (5,57% концентрация парафиновой эмульсии, 20% процентная доля акрилатной эмульсии и время обработки 10 мин), предоставленные RSM, были приемлемыми для прогнозирования MG и WA.По сравнению с необработанной (66 °) и обработанной парафиновой эмульсией (94 °) древесиной (94 °) древесина, обработанная составной эмульсией в оптимальных условиях, показала самый высокий WCA (133 °) и лучшую стабильность размеров. Это можно приписать синергетическому эффекту парафина и акрилата (эффект объемности и эффект наполнения) и последующему образованию гидрофобных пленок в древесине.

    Повышение гидрофобности и стабильности размеров древесины, обработанной эмульсией парафин / акрилатный компаунд за счет оптимизации методологии отклика поверхности

    Реферат

    Обработка древесины проводилась с помощью эмульсии парафин-акрилатного компаунда.Методология поверхности отклика (RSM) применялась для моделирования и определения взаимосвязи между гидрофобностью и влияющими факторами. Результаты показали, что концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии оказывают значительное влияние на водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах (MG). WA, очевидно, уменьшалась с увеличением процентного содержания акрилатной эмульсии. Модели корреляции для WA и MG показали хороший прогноз благодаря прямолинейному распределению на нормальном графике вероятности остатков.Оптимальные условия (5,57% концентрация парафиновой эмульсии, 20% процентная доля акрилатной эмульсии и время обработки 10 мин), предоставленные RSM, были приемлемыми для прогнозирования MG и WA. По сравнению с необработанной (66 °) древесиной, обработанной парафиновой эмульсией (94 °), древесина, обработанная составной эмульсией, показала самый высокий угол контакта с водой (133 °) и лучшую стабильность размеров. Это можно приписать синергетическому эффекту (эффект наполнения и эффект наполнения), обеспечиваемый парафином и акрилатом, которые могут образовывать полностью гидрофобную пленку в древесине.

    Ключевые слова: парафин, акрилат, обработка древесины, гидрофобность, стабильность размеров, методология поверхности отклика

    1. Введение

    Древесина как возобновляемый и натуральный материал является важным материалом для человеческого общества. Однако из-за химических компонентов древесины незащищенная древесина при наружном применении легко подвергается анизотропному набуханию или усадке и подвержена химическому или биологическому разложению. Улучшение гидрофобности и стабильности размеров древесины было постоянной исследовательской задачей ради лучшего использования этого экологически чистого материала [1,2].Пропитка древесины парафиновой эмульсией — популярный метод уменьшения поглощения воды, а более высокое поглощение парафина повышает эффективность этой обработки. Кроме того, этим методом можно улучшить как фотостабильность, так и устойчивость древесины к гниению [3,4]. В наших предыдущих исследованиях [5,6] парафиновая эмульсия Пикеринга была успешно приготовлена ​​для обработки твердой древесины и древесной муки для изготовления композитов, благодаря чему гидрофобность, термическая стабильность и твердость поверхности древесины и композитов заметно улучшились.Эмульсия парафина — это дисперсия, в которой гидрофобный парафин гомогенно диспергирован в воде в виде мелких частиц с помощью определенных поверхностно-активных веществ. Он широко используется в деревообрабатывающей промышленности для улучшения водоотталкивающих свойств древесины. Например, сообщается, что парафиновая эмульсия с концентрацией 2,5 мас.% Значительно снижает водопоглощение древесины [7]. Более того, некоторые исследования показали, что пропитка древесины парафиновой эмульсией может значительно улучшить ее механические свойства [8].Однако из-за своей химической инертности парафин не может образовывать полностью водостойкую гидрофобную пленку на поверхности древесины в результате химических реакций, защищающих компоненты древесины от воздействия воды. Установлено, что физическая адгезия или эффект заполнения пор древесины улучшает гидрофобность древесины, обработанной парафином [5,9].

    По сравнению с парафиновой эмульсией, акрилатная эмульсия получается путем полимеризации мономеров, таких как сложные эфиры акриловой или метакриловой кислоты. Он находит широкое применение в клеях, красках, лаках, пропитанной бумаге и в деревообрабатывающей промышленности [10].Кроме того, пропитка древесины многофункциональными мономерами может образовывать химические связи между модификаторами и древесной матрицей для уменьшения количества гидроксильных групп в стенках клеток, что приводит к улучшенной гидрофобности, устойчивости к гниению и механическим свойствам [11]. Процесс радикальной полимеризации приводит к образованию различных типов полимеров, которые могут защитить древесную матрицу от воды. Сообщается, что введение метилметакрилата и стирола в структуру древесины с помощью метода вакуума / давления и последующего термического процесса катализатора приведет к улучшению стабильности размеров, термической стабильности и устойчивости к гниению [12].Long et al. [13] приготовили акрилатную эмульсию с суспензией нанооксида алюминия для покрытия древесины. Когда суспензия наночастиц оксида алюминия с концентрацией 1,5 мас.% Была смешана с акрилатной эмульсией, поверхность древесины показывала улучшения в стойкости к истиранию и твердости. Hoque et al. [14] и Islam et al. [15] подготовили композиты дерево / поли (метилметакрилат) путем пропитки древесины мономерами метилметакрилата, благодаря чему были получены улучшения водоотталкивающих свойств, стабильности размеров и устойчивости к биоразложению.С другой стороны, акрилатные эмульсии, благодаря их типу эмульсии масло-в-воде (М / В), и другие модификаторы на водной основе являются смешиваемыми, и полученные в результате составные модификаторы могут дать некоторые синергетические улучшения в анти-погодных условиях, гидрофобности и др. и стойкость древесины к гниению [16].

    Таким образом, комбинированная обработка парафиновой эмульсией и акрилатной эмульсией представляется многообещающим методом синергетического улучшения гидрофобности древесины и стабильности размеров. Благодаря наличию акрилата образование парафиновой пленки может быть улучшено.В этом исследовании парафиновая эмульсия и акрилатная эмульсия были физически смешаны в виде сложной эмульсии для обработки древесины. Эмульсию акрилата использовали для модификации парафиновой эмульсии путем физического смешивания. Целью данного исследования является изучение влияния концентрации парафиновой эмульсии, процентного содержания акрилатной эмульсии и времени обработки на гидрофобность и массовый процент прироста (MG) обработанной древесины с помощью методологии поверхности отклика (RSM). RSM известен как эффективный математический и статистический инструмент для оценки влияния независимых переменных и их взаимодействия на ответы.Кроме того, было проведено сравнительное исследование для оценки оптимального состояния, полученного с помощью RSM. Водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах в древесине, обработанной смешанной эмульсией, были рассчитаны для оценки подтверждения прогноза. Краевой угол смачивания водой (WCA), стабильность размеров и микроструктура необработанной древесины и древесины, обработанной различными эмульсионными системами (парафиновая эмульсия и составная эмульсия), также были исследованы, чтобы прояснить влияние добавления акрилатной эмульсии на гидрофобность древесины, обработанной парафиновой эмульсией.

    2. Материалы и методы

    2.1. Материалы

    Жидкий парафин высокой чистоты (≥99%), Твин 80 (HLB = 15) и Span 80 (HLB = 4,3) в качестве поверхностно-активных веществ были закуплены у Beijing Chemical Ltd., Пекин, Китай. Акрилатная эмульсия ВА-201, 10% была предоставлена ​​компанией Beijing Donglian Chemical Ltd., Пекин, Китай. Заболонь сосны южной ( Pinus spp.) С плотностью воздушной сушки 0,43 г / см -3 и средней шириной годичных колец 0,6 см была собрана на северо-востоке Китая.

    2.2. Приготовление парафиновой эмульсии «масло в воде»

    Согласно нашему предыдущему исследованию [5], Твин 80 (1,3 мас.% От массы воды) и Спан 80 (1,5 мас.% От массы воды) добавляли к деионизированной воде и осторожно перемешивали при скорость 500 об / мин за 30 с. Затем к смеси добавляли масляную фазу (1: 5 по объему) и предварительно эмульгировали при 5000 об / мин в течение 2 минут. После этого предварительную эмульсию (около 800 г) дополнительно эмульгировали при 45 МПа в течение 5 минут в гомогенизаторе высокого давления (APV-2000, APV Manufacturing Poland Sp.z.o.o., Быдгощ, Польша).

    2.3. Приготовление эмульсии соединения парафин / акрилат

    Перед добавлением эмульсии акрилата, эмульсия парафина была разбавлена ​​для получения эмульсий 2 мас.%, 5 мас.% И 8 мас.%. Затем добавляли 10 мас.% И 20 мас.% Акрилатных эмульсий (в расчете на массу парафиновой эмульсии) и осторожно перемешивали при 1000 об / мин для получения гомогенной эмульсии соединения. Различные комбинации составных эмульсий перечислены в. Размер капель эмульсии определяли с помощью лазерного анализатора размера частиц (Delsa Nano C, Beckman Coulter, Атланта, Джорджия, США).Для каждого образца было проведено три измерения светорассеяния, средние значения представлены в.

    Таблица 1

    Различные комбинации и размеры капель в сложных эмульсиях.

    Составные эмульсии Концентрация парафиновой эмульсии (%) Процент акрилатной эмульсии (%) Размер капли (нм)
    2-10
    CE2-20 2 20 164.3
    CE5-10 5 10 184,6
    CE5-20 5 20 176,5
    CE8-10 CE8-10
    CE8-20 8 20 184,0

    2.4. Обработка древесины и определение характеристик

    Образцы древесины обрабатывали парафиновой эмульсией и составной эмульсией в процессе вакуумирования / давления.Образцы с размерами 20 (L) × 20 (R) × 20 (T) мм 3 сначала вакуумировали при -0,09 МПа в течение 30 минут, а затем создавали давление 0,6 МПа в течение 45 минут. После пропитки избыток эмульсии удаляли чистым полотенцем, а затем образцы сушили в печи при 60 ° C в течение 24 часов. После этого образцы были отверждены при 103 ° C для достижения постоянного веса. Прирост массы в процентах (MG) был рассчитан с использованием следующего уравнения с шестью повторами для среднего значения:

    MG% = m0′ − m0m0 × 100%

    (1)

    где m0 ′ — высушенный в печи вес после обработки, а m 0 — высушенный в печи вес до обработки.Для каждого образца было выполнено шесть повторов и рассчитаны средние значения.

    Для испытаний на водопоглощение (WA) размеры образцов составляли 20 (L) × 20 (R) × 20 (T) мм 3 . Время погружения в деионизированную воду составляло 48 ч, рассчитывались средние значения для шести повторов. Для расчета водопоглощения использовались следующие уравнения:

    WA% = m1 − m0m0 × 100% необработанной древесины

    (2)

    или WA% = m1 − m0′m0 ′ × 100% обработанной древесины

    (3 )

    где м 1 относится к высушенной в печи массе после погружения.

    После испытаний погружением была определена стабильность размеров необработанных и обработанных образцов древесины в соответствии с китайским стандартом GB / T 1928–2009. Измеряли изменения размеров в тангенциальном направлении, радиальном направлении и продольном направлении образцов. Коэффициент тангенциального набухания (TSR), коэффициент радиального набухания (RSR) и коэффициент продольного набухания (LSR) были рассчитаны с использованием следующих уравнений с пятью повторами для каждого образца:

    TSR = T1-T0T0 × 100%

    (4 )

    RSR = R1 − R0R0 × 100%

    (5)

    LSR = L1 −L0L0 × 100%

    (6)

    где T 1 , R 1 и L 1 — размеры в разных направлениях после погружения; и T 0 , R 0 и L 0 — размеры высушенных в печи образцов в различных направлениях перед погружением.

    Для измерения краевого угла смачивания воды (WCA) применялся метод лежащей капли (OCA20, DataPhysics Instruments GmbH, Фильдерштадт, Германия). Капли деионизированной воды помещали на строганные поперечные сечения образца, обработанного различными эмульсиями, и через 30 с наблюдали АВП с помощью встроенной цифровой камеры. Были представлены средние значения трех повторов.

    Микроморфологию образцов до и после обработки различными эмульсиями наблюдали с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (S-3400, Hitachi, Токио, Япония, 10 кВ).Перед наблюдением все образцы были высушены при 103 ° C, а поперечные поверхности образцов были покрыты тонким слоем Pt-Pb. Наблюдалось распределение эмульсии в древесине.

    2.5. Методология поверхности отклика

    Для исследования влияния акрилатной эмульсии на MG и WA обработанной древесины был применен дизайн Бокса – Бенкена (BBD). Три фактора и их уровни были выбраны в соответствии с предыдущими исследованиями авторов [5,17] и показаны в. В этом исследовании для получения аппроксимации ответа использовался подобранный полиномиальный регрессионный анализ второго порядка, и была получена следующая модель:

    Y = b0 + ∑i = 1kbi Xi + ∑i, jkbijXiXj + ∑i = 1kbiiXi2

    (7 )

    где b 0 — свободный член уравнения регрессии, b 1 , b 2 ,…, b k и b 11 , b 22 ,…, b kk коэффициенты являются линейным и квадратичным членами, соответственно, и b 12 , b 13 ,…, b k− 1 k — условия взаимодействия.

    Таблица 2

    Параметры и уровни, используемые для древесины, обработанной эмульсией.

    процентное содержание акрила

    Коды параметров Уровни
    −1 0 1
    Концентрация парафиновой эмульсии (%) A 2 5 8
    0 10 20
    Время обработки (мин) C 10 25 40

    Для проведения анализа RSM была проведена регрессия собранных данных, где наблюдаемая переменная (отклик) была аппроксимирована на основе функциональной связи между оцениваемыми переменными и одной или несколькими входными переменными [18,19,20,21].Метод наименьших квадратов использовался для подбора уравнения модели, содержащего входные переменные, путем минимизации остаточной ошибки, измеренной суммой квадратов отклонений между фактическим и прогнозируемым ответом. Это включало расчет оценок коэффициентов регрессии. Вычисленные коэффициенты для уравнения модели были проверены на статистическую значимость путем проверки значимости регрессионной модели, значимости отдельных коэффициентов модели и несоответствия. Более того, адекватность модели была исследована путем изучения остатков, которые представляют собой различия между наблюдаемыми и прогнозируемыми значениями [22].Это было выполнено с использованием нормальных графиков вероятности остатков, чтобы уточнить, подходит ли модель для прогнозирования ответов. Стратегия эксперимента показана на схеме 1.

    3. Результаты и обсуждение

    3.1. Дисперсионный анализ для MG

    показывает рабочие условия и результаты для ответов MG и WA. Чтобы избежать эффектов порядка, эксперименты проводились случайным образом в пяти повторах каждый и рассчитывались средние значения.

    Таблица 3

    Экспериментальные условия и результаты для древесины, обработанной смешанной эмульсией.

    7295

    7295

    00

    Порядок выполнения Факторы MG (%) WA (%)
    Концентрация парафиновой эмульсии (%) Процент акрилатной эмульсии (%) Время обработки (мин.

    1 5.00 0.00 40.00 8.90 44.10
    2 8.00 20.00 25.00 16.82 3529542
    3 5,00 10,00 25,00 15,64 40,45
    4 2,00 10,00 40,00 40,00 10.00 25.00 11.09 40.98
    6 8.00 10.00 40.00 18.53 39.73
    10,00 25,00 14,68 43,17
    8 8,00 0,00 25,00 14,46 40,88 44,30
    10 5,00 0,00 10,00 8,80 46,54
    11 2,00 0.00 25,00 4,80 52,60
    12 5,00 20,00 40,00 14,51 34,98
    14 5,00 10,00 25,00 15,34 42,37
    15 5,00 10,00 25.00 12,52 42,72
    16 8,00 10,00 10,00 18,96 39,84
    17

    Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для оценки эффективности квадратичной модели для проверки статистической значимости модели BBD. Как показано в, выбранная модель для MG была очень значимой, со значением P <0.01. Как видно на фиг., Переменные A и B имеют доминирующий вклад в MG, среди которых концентрация парафиновой эмульсии (A) показала большее влияние на MG ( P -значение <0,0001). Напротив, время обработки (C) показало незначительное влияние на MG (значение P > 0,1). Это можно объяснить различием между размером капель эмульсии компаунда и размером пор в структуре древесины (микропоры <2 нм, мезопоры 2–50 нм и макропоры> 50 нм).Другими словами, эмульсия могла проникать в структуру древесины намного быстрее, когда размер капель был меньше размера пор, и в результате время обработки могло повлиять на MG. Однако, если размер капель эмульсии больше, чем размер пор, время обработки может оказать небольшое влияние на MG [23]. Эффекты взаимодействия лечебных параметров (AB, AC и BC) не оказали значительного влияния на MG. Кроме того, несоответствие показало незначительное влияние на MG, указывая на то, что оно не значимо по сравнению с чистой ошибкой.Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии показано на рис. Как показано ниже, увеличение концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии привело к постоянному увеличению MG. Эти данные могут сыграть важную роль в контроле MG во время обработки древесины.

    Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии на MG: ( a ) 3D и ( b ) контурные графики поверхности.

    Таблица 4

    Дисперсионный анализ для модели MG.

    456

    Источник Сумма квадратов Степени свободы Среднее квадратическое F -Значение P -Модельное значение Вероятность> F
    6 36,97 11,15 0,0006 a
    A — Концентрация парафиновой эмульсии 137,12 1 137,12 41.36 <0,0001 a
    B — Процентное содержание акрилатной эмульсии 73,81 1 73,81 22,26 0,0008 a 9029

    0,41 0,12 0,7311 n
    AB 8,12 1 8,12 2,45 0,1486 n
    1 0,56 0,17 0,6891 n
    BC 1,77 1

    1 1,77 0,53 9029 9029

    9029 9029

    3,32
    Неподходящий 17,66 6 2,94 0,76 0,6372 n

    3.2. Уравнение регрессии для MG

    Уравнение поверхности отклика для MG в древесине, обработанной сложной эмульсией, было получено с помощью программного обеспечения Design-Expert. Как показано в, модель была выбрана автоматически, чтобы представить взаимосвязь между MG и параметрами лечения с учетом более высоких значений коэффициента детерминации (R 2 ). R 2 был рассчитан как 0,8290, что означает, что модель подходит для 82,9% MG. Это показало хорошее соответствие экспериментальным результатам и могло удовлетворительно объяснить влияние переменных на ответы.Как пористый биоматериал, распределение пор по размерам в древесине может влиять на проникновение и распределение эмульсии компаунда, что, в свою очередь, может в некоторой степени влиять на R 2 [23]. Извлеченные модельные элементы:

    MG = −0,96745 + 2,06333A + 0,65208B + 0,070833C − 0,0475AB − 8,333 × 10−3AC − 4,433 × 10−3BC

    (8)

    Таблица 5

    Параметры ANOVA для Модель MG.

    Отклик Стандартное отклонение R 2 Скорректированный R 2
    MG 1.83 0,8290 0,7895

    График нормальной вероятности остатков для MG показан на рис. Он показывает, что остатки обычно лежат на почти прямой линии, показывая, что ошибки распределены нормально [24,25]. Это указывает на то, что модель может эффективно прогнозировать MG в древесине, обработанной сложной эмульсией.

    График нормальной вероятности остатков MG.

    3.3. Дисперсионный анализ и модель для WA

    Дисперсионный анализ (ANOVA) был проведен для оценки эффективности модели для проверки статистической значимости ().Статистические параметры, включая значения F , коэффициент детерминации (R 2 ) и скорректированный R 2 , сведены в. Высокие значения F (12,77–40,55) показали, что параметры модели и лечения (переменные A и B) имеют статистически значимое влияние на WA. Подобные выводы, основанные на значениях F , можно было найти в предыдущем исследовании [26]. Принимая во внимание значение P , концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии показали большее влияние на WA по сравнению со временем обработки.Эффекты взаимодействия параметров лечения (AB, AC и BC) показали незначительное влияние на WA. Эти результаты согласуются с результатами анализа MG в предыдущем разделе (Раздел 3.1). Более того, значение P для несоответствия было незначительным (значение P > 0,1), что указывает на то, что распределение экспериментальных данных было независимой от модели мерой чистой ошибки. Полученное модельное уравнение для WA выглядит следующим образом.

    WA = + 54,45025 + 1,46458A − 0,53567B + 0,012250C − 0.23667AB − 8.8333 × 10−3AC − 5.333 × 10−4BC

    (9)

    Таблица 6

    Дисперсионный анализ для модели WA.

    47295

    47295

    Источник Сумма квадратов Степени свободы Среднее квадратическое F-значение P-значение Вероятность> F
    Модель

    12,77 0,0004 a
    A — Концентрация парафиновой эмульсии 151.12 1 151,12 40,55 <0,0001 a
    B — Процентное содержание эмульсии акрилата 130,57 1 130,57

    130,57

    35 Время лечения 1,27 1 1,27 0,34 0,5720 n
    AB 2,02 1 2,02 0.54 0,4789 n
    AC 0,63 1 0,63 0,17 0,6892 n
    BC 0,026 1 9029 8 295

    −3 0,9356 n
    Остаточный 37,27 10 3,73
    Неподходящий 31.82 6 5,30 3,89 0,1046 n

    Таблица 7

    Параметры дисперсионного анализа для модели WA.

    Отклик Стандартное отклонение R 2 Скорректированный R 2
    WA 1,75 0,8763

    0,8763 2 значение для модели (0.8763) показал, что модель может хорошо объяснить экспериментальные результаты. Кроме того, скорректированный R 2 (0,8478) предполагает, что существует высокая степень корреляции между экспериментальными и прогнозируемыми значениями.

    показывает реакцию поверхности WA как функцию концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии. WA снижается с увеличением концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии. Это можно объяснить гидрофобностью парафина.Кроме того, акрилатная эмульсия может образовывать полную полимерную пленку в процессе сушки (постобработка после пропитки эмульсией) в древесине и предотвращать проникновение воды [27,28]. Следовательно, синергетический гидрофобный эффект, обеспечиваемый эмульсией парафина и акрилата, улучшает гидрофобность обработанной древесины.

    Влияние концентрации парафиновой эмульсии и процентного содержания акрилатной эмульсии на WA: ( a ) трехмерные и ( b ) контурные участки поверхности.

    График нормальной вероятности остатков для WA показан на.Невязки обычно попадают на почти прямую линию, что означает, что ошибки распределяются нормально. Это говорит о том, что предложенная модель удовлетворительна. Это также указывает на то, что модель может эффективно прогнозировать WA в древесине, обработанной смешанной эмульсией.

    График нормальной вероятности остатков для WA.

    3.4. Оптимизация параметров и подтверждающие тесты

    Оптимизация переменных была проведена для одновременного увеличения MG и минимизации WA. Оптимальные экспериментальные условия, предсказанные RSM, следующие: концентрация парафиновой эмульсии 5.57%, процентное содержание акрилатной эмульсии 20% и время обработки 10 мин. Полученные MG и WA составили 17,6% и 37,9% соответственно. Для подтверждения прогноза были проведены эксперименты в оптимальных условиях. Эксперименты проводились в трех повторностях, и средние прогнозируемые и экспериментальные значения для двух ответов показаны в.

    Таблица 8

    Прогнозируемые и экспериментальные значения, полученные при оптимальных условиях.

    Индекс MG (%) WA (%)
    Прогнозируемое значение 17.6 37,9
    Экспериментальное значение 19,5 42,7
    Ошибка 9,7 11,2

    Экспериментальные данные были близки к прогнозируемым значениям . Эта ошибка может быть связана с иерархической структурой древесины с разными размерами пор, что приводит к разному распределению эмульсии компаунда, что может повлиять на MG и WA. Однако можно сказать, что оптимизация была разумной.Это произошло потому, что все фактические значения для прогона подтверждения находились в пределах 90% -ного интервала прогноза (около 10% ошибок), в то время как R 2 для моделей MG и WA составлял 82% и 87% соответственно.

    3.5. Угол контакта с водой и стабильность размеров

    Для дальнейшего уточнения влияния эмульсии компаунда на гидрофобность древесины были исследованы угол контакта с водой (WCA), стабильность размеров и микроструктура обработанной древесины. Согласно оптимальным условиям, содержание твердых веществ в эмульсии соединения составляло 13 мас.%, Что определяли как концентрацию парафиновой эмульсии в этой части, чтобы избежать влияния содержания твердых веществ на испытание.WCA свидетельствует о гидрофобности древесины [29]. Как показано на a, WCA во всех образцах древесины, обработанных эмульсией, явно увеличилась по сравнению с контрольным образцом (необработанная древесина). После пропитки парафиновой эмульсией WCA увеличилась до 94 °, что свидетельствует о значительном повышении гидрофобности за счет проникновения парафина. Более того, WCA в древесине, обработанной смешанной эмульсией, составляла 133 °. Это предполагает, что гидрофобность может быть дополнительно улучшена путем добавления акрилатной эмульсии. Это связано с тем, что эмульсия акрилата может образовывать гидрофобную пленку в древесине за счет капиллярной силы в процессе последующей обработки (сушка для деэмульгирования).С помощью гидрофобного парафина эта микроструктура или распределение могут защитить древесину от проникновения воды и снизить смачиваемость поверхности.

    ( a ) Угол контакта с водой и ( b ) изменения размеров необработанной (контрольной) и обработанной древесины.

    Как правило, изменение размеров может уменьшиться после гидрофобной обработки древесины. Это в основном связано с проникновением в поры гидрофобных материалов, которые могут предотвратить водопоглощение и разбухание.Как и ожидалось, парафиновая эмульсия показала положительное влияние на параметры стабильности размеров, включая TSR, RSR и LSR (b). Это согласуется с результатами испытаний WCA, указывающими на положительное влияние акрилатной эмульсии на стабильность размеров.

    3.6. Микроструктура

    Наблюдения за микроструктурой могут помочь лучше понять процесс обработки древесины. СЭМ-микрофотографии необработанных и обработанных эмульсией образцов древесины показывают заметные различия (). Некоторые просветы частично или полностью заполнены парафином или акрилатом.По сравнению с контрольным образцом (а) древесина, обработанная парафиновой эмульсией, имела гладкие стенки ячеек из-за объемного эффекта проникновения жидкого парафина и покрытия (b). Это могло вызвать отторжение воды клеточными стенками [5,30]. С введением акрилатной эмульсии эффект заполнения обработанной древесины оказался более заметным (c). Коллоидные частицы полимера могут эффективно заполнять поры в древесине и образовывать гидрофобные пленки за счет капиллярных сил во время процесса сушки. В результате синергетический эффект (эффект наполнения и эффект наполнения) парафина и акрилата играет важную роль в улучшении гидрофобности и стабильности размеров древесины, обработанной сложной эмульсией.

    СЭМ-микрофотографии необработанных (контрольных) и обработанных образцов древесины: ( a ) контрольный ( b ) обработка парафиновой эмульсией и ( c ) обработка эмульсией соединения.

    4. Выводы

    Методология поверхности отклика была успешно использована для исследования взаимосвязи между гидрофобностью и параметрами обработки древесины. Концентрация парафиновой эмульсии и процентное содержание акрилатной эмульсии существенно влияли на водопоглощение (WA) и прирост массы в процентах (MG).WA, очевидно, уменьшалась с увеличением процентного содержания акрилатной эмульсии. Наблюдения СЭМ подтвердили, что это явление было вызвано лучшим эффектом заполнения эмульсии компаунда за счет образования полностью гидрофобной пленки в структуре древесины. Модели корреляции для WA и MG показали хороший прогноз из-за почти линейного распределения на нормальном графике вероятности остатков. Оптимальные условия (5,57% концентрация парафиновой эмульсии, 20% процентная доля акрилатной эмульсии и время обработки 10 мин), предоставленные RSM, были приемлемыми для прогнозирования MG и WA.По сравнению с необработанной (66 °) и обработанной парафиновой эмульсией (94 °) древесиной (94 °) древесина, обработанная составной эмульсией в оптимальных условиях, показала самый высокий WCA (133 °) и лучшую стабильность размеров. Это можно приписать синергетическому эффекту парафина и акрилата (эффект объемности и эффект наполнения) и последующему образованию гидрофобных пленок в древесине.

    Пропитка древесины — STANDARD OIL DEV CO

    Это изобретение относится к усовершенствованию обработки древесины, прессованных древесноволокнистых плит и т.п. минеральными восками, благодаря чему значительно повышается стойкость изделий к действию воды.

    Пропитка древесины воском с высокой температурой плавления в настоящее время является обычной практикой, и различные особенности этой обработки описаны в патентах и ​​другой литературе. Древесина после тщательной сушки погружается в ванну с расплавленным высокоплавким воском, таким как воск Montan, с приложением давления или без него, и продукт с заметно превосходными свойствами, такими как простота полировки, устойчивость к короблению, растрескиванию, гниению и тому подобное. обеспечен. Монтанский воск, который особенно подходит для этой обработки, представляет собой минеральный воск, который обычно импортируется и производится путем экстракции лигнита и пирописсита подходящими растворителями.Вместо воска Montan можно использовать другие воски, такие как карнаубский и канделильский, отвержденный воск Montan, такой как воск Romalin, или парафиновые воски с высокой температурой плавления из нефти. Воск можно использовать в смеси с подходящими растворителями и проникающими маслами, такими как цилиндровое масло, тяжелая нафта и т.п., с огнезащитными средствами, такими как биборат натрия, парадихлорбензин и т.п., и с токсичными агентами или консервантами, такими как креозот, бета-нафтол. , фторид натрия; хлорид цинка, сульфат алюминия, соединения мышьяка, бура и тому подобное.Эти различные агенты также могут быть добавлены к древесине перед обработкой воском.

    Хотя пропитанная воском древесина обладает весьма желательными свойствами, они, тем не менее, обычно обладают тем недостатком, что белые пятна появляются на поверхности древесины, где бы она ни находилась в контакте с водой в течение значительного периода времени. Например, древесина, пропитанная воском Montan, очень желательна для напольных покрытий, поскольку она не коробится и ее легко поддерживать в полированном состоянии.

    Однако на таком полу появляются белые пятна, если на него пролита вода, и эти пятна можно удалить только очень тщательной полировкой. Теперь я нашел средства, с помощью которых пропитанное воском дерево может стать устойчивым к действию воды, так что отбеливание или тенденция к образованию пятен не проявляются даже тогда, когда вода остается на дереве в течение продолжительных периодов времени.

    В моем улучшенном процессе я сначала обрабатываю древесину водным раствором кислотного химического вещества.

    Предпочтительно, чтобы это химическое вещество было таким, которое не вызывает обугливания или чрезмерного окисления древесины во время последующей сушки и пропитки воском, и я обнаружил, что в целом не обугливающиеся кислоты и кислые соли являются удовлетворительными. Среди них можно упомянуть уксусную кислоту, соляную кислоту, щавелевую кислоту, сульфат цинка, квасцы калия, сульфат алюминия и т.п. или их смеси. Свободные окисляющие кислоты, такие как серная, даже в очень разбавленном виде вызывают заметное потемнение во время последовательной пропитки воском, и их можно использовать, когда желательна глянцевая поверхность черного дерева.Для целей настоящего изобретения разбавленные кислородсодержащие кислоты, если их концентрация в воде ниже примерно 10%, я классифицирую с не обугливающими кислотными химическими веществами. Я отличаю это потемнение древесины от обугливания более сильных веществ, таких как концентрированная серная кислота, и определяю обугливание как действие, вызывающее заметное ухудшение физических характеристик древесины; то есть частичное разложение древесины. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предварительно обработать древесину, чтобы после пропитки воском не образовывались пятна от воды, без существенного разложения во время стадии предварительной обработки.

    Пропитка древесины кислотным химическим веществом должна быть незначительной, и обычно достаточно погрузить древесину на короткое время, например, от десяти минут до одного часа, в ванну, состоящую из водного раствора химического вещества, которое требуется. использовать. Также можно использовать водный спрей. Очень разбавленные концентрации, такие как 10% или 5% или даже меньше химического вещества, являются удовлетворительными, и концентрация около 1% была использована с преимуществом. Эта обработка оставляет только очень небольшой след химического вещества, пропитанного в древесине, и ее следует отличать от этапов предварительной обработки для защиты от огня или добавления консервантов, в которых добавляются более высокие проценты, такие как даже одна треть веса древесины.Такие обработки, в отличие от моей, также обычно увеличивают тенденцию к образованию пятен на древесине. Как правило, нет необходимости подвергать древесину какой-либо специальной сушке перед моей обработкой, поскольку частично высушенная на воздухе древесина, как правило, находится в удовлетворительном состоянии. Однако, если древесина влажная или свежесрезанная и зеленая, может быть предпочтительнее высушить или приправить ее на короткое время.

    К водному раствору, используемому в моем процессе, могут быть добавлены подходящие проникающие вещества, и время обработки может быть соответственно сокращено.Такие проникающие агенты предпочтительно представляют собой летучие органические вещества, растворимые в химическом растворе и не оказывающие вредного воздействия на древесину во время ее последующей обработки и использования.

    Я обнаружил, что низшие алифатические спирты подходят для этого применения, и особенно желателен изопропиловый спирт, широко известный как «Петрохол». Эти проникающие растворы можно также использовать в очень разбавленных концентрациях ниже примерно 10%, и я нашел удовлетворительным раствор, содержащий примерно 1% петрохола и 1% уксусной кислоты или соляной кислоты.

    Мой процесс предпочтительно применяется к древесине, древесноволокнистым плитам и т.п., которые уже имеют форму для их конечного использования, и в этом случае необходимо пропитать древесину только на небольшую глубину ниже поверхности. Тем не менее, мой способ также может применяться к грубой древесине, и в таких случаях предпочтительно сушить древесину более тщательно с вакуумом или без него и наносить обрабатывающий раствор при повышенном давлении.

    Повышенные температуры, хотя обычно не являются необходимыми, имеют преимущество в том, что время обработки существенно сокращается.Например, повышение температуры примерно на 40 ° F выше нормальной позволяет проводить обработку примерно за половину обычно необходимого времени. Могут использоваться температуры, даже достаточные для испарения воды при используемом давлении, и обработка может проводиться с использованием парообразного обрабатывающего агента, например, смесью паров соляной кислоты и водяного пара, с парами спирта или другими проникающими агентами или без них.

    Мое изобретение не должно ограничиваться какой-либо теорией работы моего процесса или какими-либо иллюстративными примерами, а только нижеследующей формулой изобретения, в которой я хочу заявить о всей новизне, насколько это позволяет известный уровень техники.

    I претензия: 1. Усовершенствование процесса пропитки древесины, древесноволокнистой плиты и т.п. соединениями, в которых основным ингредиентом является воск Montan или аналогичный воск, с целью сделать пропитанную воском древесину неотбеливающейся в присутствии вода, которая включает предварительную обработку древесины, включающую смачивание древесины раствором хлористого водорода в низшем алифатическом спирте и воде, причем указанный раствор содержит не более 10% хлористого водорода.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    © 2022 ООО «ПСК Грэйт Сервис»