• Статьи

Статьи

26.03.2013

Применение специальных жидкостей для снижения адгезионного взаимодействия на границе плита-пресс.

А.И.Ильиничев – начальник производственной лаборатории ООО «Химсинтез»

Одной из проблем, возникающих при производстве ДСП, МДФ и т.д., является налипание стружки на поверхность пресса (вальца). Это может привести к появлению на поверхности плиты каверн и, как результат, дальнейшей отбраковке плиты, а также к загрязнению пресса, что может потребовать остановки процесса для его очистки.

Рассмотрим основные причины вызывающие данное явление.

Как известно, адгезия — результат стремления системы к уменьшению поверхностной энергии. Поэтому адгезия является самопроизвольным процессом. Работа адгезии Wa, характеризующая прочность адгезионной связи, и определяется работой обратимо­го разрыва адгезионной связи, отнесенной к единице площади. Она измеряется в тех же единицах, что и поверхностное натя­жение (Дж/м2). Полная работа адгезии, приходящаяся на всю площадь контакта тел s, равна

Ws=Was

В случае процесса прессования плиты происходят межфазные взаимо-действия на границе поверхность пресса- пленка раствора связующего, т.е. абсолютно сухая стружка к поверхности пресса не налипает (рис.1).

На границе раздела возникнет межфазное натяжение, равное σ2,3. В результате первоначаль­ная энергия Гиббса системы уменьшается на величину, равную работе адгезии, т. е.

DG+Wa=0 или Wa=-DG (1.1)

Для начального и конечного состояний системыимеем:

Gнач2,33,.1 и Gкон2,3 (1.2)

где σ2,1,σ3,1 ,σ2,3- соответственно поверхностное натяжение пленки раствора связующего и поверхности пресса на границе раздела с воздухом и межфазное натяжение на границе пленки раствора связующего с поверхностью пресса. Изменение энергии Гиббса системы в процессе адгезии равно

DG=Gкон-Gнач2,32,13,1

или

Wа2,13,12,3 (1.3)

Это уравнение Дюпре. Оно отражает закон сохранения энергии при адгезии. Из него следует, что работа адгезии тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных ком­понентов и чем меньше конечное межфазное натяжение.

Таким образом, снижая σ2,1 и σ3,1, т.е. поверхностное натяжение на границе пленка раствора связующего- воздух, поверхность плиты пресса-воздух и повышая поверхностное натяжение на границе раздела пленка раствора связующего – поверхность плиты пресса.

Следует отметить тот факт, что уравнение Дюпре самостоятельно почти не использу­ется для расчета работы адгезии из-за трудности определения поверхностного натяжения твердых тел на границе с воздухом и жидкостью. Удобную для расчета этой величины форму имеет соотношение, получаемое в результате сочетания уравнения Дюпре с законом Юнга. Если разность σ3,12,3 в уравнении Дюпре заменить ее выражением из зако­наЮнга

σ3,12,32,1cos θ

Получим

Wa=σ2,12,1cos θ =σ2,1(1+cos θ) (1.4)

или

Wа/σ2,1= l+ cos θ (1.5)

Уравнение (1.4) или (1.5) называют уравнением Дюпре — Юнга; оно связывает работу адгезии с краевым уг­лом смачивания и позволяет рассчитать работу адгезии, если известны поверхностное натяжение жидкости и краевой угол смачивания. Обе эти величины можно сравнительно легко определить эксперимен­тально.

Уравнение 1.4 показывает, что сбалансированная разделительная жидкость должна содержать компоненты, которые, с одной стороны, снижают поверхностное натяжение в растворе связующего, а с другой повышают краевой угол смачивания в системе пленка раствора связующего – поверхность плиты пресса (рис.2).

В ООО «Химсинтез» была разработана и успешно испытана разделительная жидкость «Фристик»,  не уступающая по своим антиадгезионным свойствам лучшим зарубежным образцам.

Основное её преимущество перед большинством аналогов то, что она полностью готова к применению, тогда как аналоги представляют собой концентраты самоэмульгирующихся масляных эмульсий. То есть собственно разделительная жидкость может быть получена только после разведения концентрата в специальном аппарате оснащенном высокооборотной мешалкой.

В таблице 1 приведены усреднённые результаты по измерению краевого угла смачивания в системе «раствор связующего — стальная пластина».

Разделительную жидкость наносили методом полива на обезжиренные, тщательно промытые дистиллированной водой и высушенные стальные пластинки. Далее пластинки с нанесенным слоем препарата ставили в сушильный шкаф на 1 час при 180 °С. На высушенные пластинки шприцем наносилась капля раствора связующего на основе смолы  КФ-МТ-15.

Таблица 1. Результаты определения краевого угла и работы адгезии

Состав

cosθ

Θ, град.*

WА**, мДж/м2

начальный

через 4 мин

Не обработанная пластина

0,867

0,867

29,7

115,7

Пластина, обработанная жидкостью «Фристик»

0,47

0,902

61,3/26,1

104,4

* Начальное значение/через 4 мин., среднее из трех измерений.

** Начальная работа адгезии, мДж/м2.

Снижение краевого угла смачивания для системы «фристик-стальная пластина» связано с тем, что входящий в состав разделительной жидкости второй компонент начинает перераспределяться между поверхностью пластины и каплей раствора связующего.

 Измерение коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела «раствор связующего – воздух» до и после внесения разделительной жидкости осуществлялось методом отрыва кольца (метод дю Нуи)  с помощью тензиометра фирмы KRUSS К6.

Результаты усредненных измерений приведены в таблице 2.

Таблица 2. Измерение коэффициента поверхностного натяжения.

Вещество

Контактирующая среда

Температура, 0С

Коэффициент поверхностного натяжения (10−3 Н/м)

Исходный раствор связующего

Воздух

20

74,3

Раствор связующего с добавкой 2% разделительной жидкости

Воздух

20

40

Результаты таблицы 2 показывают, что разделительная жидкость «Фристик», даже в небольшом количестве существенно снижает коэффициент поверхностного натяжения в системе «раствор связующего – воздух».

Разделительная жидкость «Фристик» экологична, не содержит масел и силикона, поэтому не меняет рисунок плиты при её ламинировании. Она изготавливается из отечественного сырья, стабильна при хранении, недорога и обладает отличными потребительскими характеристиками.

[Вернуться назад]