Как измерение краевого угла может помочь количественно оценить воздействие атмосферных осадков на краски для дерева на открытом воздухе

18 февраля 2022

Древесина является одним из самых важных материалов в нашей жизни благодаря своему широкому применению и благоприятным свойствам. Однако, незащищенная древесина легко подвергается усадке, разбуханию, а также биологической или химической деградации во время использования на открытом воздухе. Для защиты деревянных поверхностей путем их гидрофобизации было разработано огромное количество лакокрасочных составов. Одним из основных компонентов в красках для дерева являются связующие вещества, которые оказывают важное влияние на характеристики красок.

Очень распространенным и широко используемым связующим веществом для красок природного происхождения является льняное масло. Льняное масло относится к классу высыхающих масел с высокой высыхающей способностью, которые могут образовывать твердую и сплошную пленку путем окисления и сшивающей полимеризации. Кроме того, краски на основе связующих льняного масла привлекательны тем, что происходят из возобновляемых источников. Недавно Sansonetti et al. изучили свойства красок на основе льняного масла и их использование для защиты деревянных поверхностей.

В данной работе, в качестве тестовых покрытий использовались, соответственно, черная краска (BP) и серая краска (GP) на основе льняного масла в качестве связующего, и дисперсия на водной основе (WD). Для лучшего понимания этих трех красок были изучены вязкость и температура стеклования (T_g) пленок красок (Таблица 1). Именно T_g является важным параметром для покрытий по дереву, поскольку он оказывает значительное влияние на их наружное применение. Обычно более низкая T_g пленки покрытия благоприятна для наружного применения, так как ниже T_g краска становится более хрупкой и менее гибкой, что делает ее более уязвимой к механическим повреждениям. Причиной может быть более высокая степень сшивания в пленках WD по сравнению с GB и BP. Это также может быть причиной более высокой вязкости WD.

Таблица 1. Свойства красок на основе льняного масла.

Краска	Тип	Плотность (г/см³)	Вязкость t_30°C [сек]	T_g (^o)
GP	масляная	1.22	38.8	−23.7 ± 0.8
BP	масляная	1.24	29.3	−26.1 ± 0.5
WD	дисперсия	0.98	217.2	42.8 ± 0.4

Кроме того, смачиваемость поверхности окрашенной древесины является важным параметром, указывающим на её устойчивость к атмосферным воздействиям и на её водоотталкивающие свойства. Если поверхность древесины с покрытием более гидрофобная, то устойчивость к атмосферным воздействиям выше. Для оценки смачиваемости поверхности древесины с покрытием во время воздействия окружающей среды (OW) были проведены измерения краевого угла воды (CA). Как показано в таблице 2, все начальные значения CA и значения CA после 90 дней OW близки или превышают 90°, что указывает на то, что обработанная поверхность древесины демонстрирует и сохраняет хорошую гидрофобность. Кроме того, CA поверхности с покрытием GP увеличился через три месяца, что может быть вызвано более высокой степенью продолжающейся полимеризации в процессе OW. Кроме того, небольшое снижение СА на поверхности с покрытием ВР объяснялось наличием небольших пятен на окрашенной поверхности.

Таблица 2. Измерения СА поверхности с покрытием до и после 90 дней OW

Paint-n. layers	GP-2	GP-3	BP-1	BP-2	WD-3	WD-4
Начальный CA (^o)	87.7±1.3	88.0±0.8	93.7±1.0	89.4±1.4	94.3±1.7	93.4±4.1
CA после 91 дня(^o)	92.5±1.8	95.7±4.1	90.6±1.3	86.5±3.7	93.9±3.3	92.0±3.4

Краски на основе льняного масла являются экологически чистыми, однако им требуется длительное время для образования сплошной и прочной пленки, что улучшает их свойства. Измерения СА показали, что все три краски могут образовывать хорошую гидрофобную пленку на деревянных поверхностях, а дальнейшая полимеризация льняного масла и реакции сшивания пленки все еще происходят в процессе OW. Эта работа демонстрирует, как измерения СА могут быть использованы для количественной оценки влияния атмосферных воздействий на краски.

В данном исследовании использовалась система оптического контурного анализа OCA (DataPhysics Instruments GmbH, Германия).

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к следующей статье:

Changes in Ecological Linseed Oil Paints During Outdoor Weathering of Wood Panels; Errj Sansonetti, Dace Cīrule, Bruno Andersons, Ingeborga Andersone, Edgars Kuka; Key Engineering Materials, 2020, 316-321; DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.850.316.