Волынский ТКМиП

50

Пленкообразующая способность существенно зависит от минимальной тем- пературы пленкообразования (МТП), определяемой главным образом кислотно- стью клея. При малой кислотности (например, при рН=6) удовлетворительная прочность достигается при температуре не ниже 30 0С . Поэтому разводить клей водой не рекомендуется, лучше использовать слабые кислоты.

Большинство клеев - дисперсий выпускаются со сравнительно малым сухим остатком (35-55 %), так как при высокой концентрации полимера в дисперсии падает стабильность клея. Вязкость клея тесно связана с сухим остатком и воз- растает примерно пропорционально квадрату концентрации. Иногда в клей спе- циально вводят загустители, например 0,5% силиката натрия, что увеличивает тикстропный эффект (способность клея удерживаться на вертикальной по- верхности) .

Специфическими компонентами дисперсионных клеев являются добавки, улучшающие пленкообразование (коалесценцию глобул), например гликолевые эфиры, карбинол. Обычно это малолетучие органические жидкости, которые обеспечивают пластификацию, набухание или ограниченное растворение поли- меров лишь на стадии пленкообразования, а потом полностью испаряются. Они снижают МТП и обеспечивают более полное и быстрое слияние глобул полиме- ра. Содержание добавки составляет 2-4% от массы пленкообразователя.

Морозостойкость - это способность дисперсии восстанавливать первоначаль-

ные свойства после определенного числа циклов замораживания до заданной температуры и оттаивания. Полное вымораживание воды происходит при тем- пературе от -15 до -40 0С в зависимости от состава композиции. Пластификато- ры и другие добавки снижают морозостойкость. В качестве антифризов нужно применять гидрофильные олигомеры, в том числе меламиноформальдегидные смолы.

ПВА является водостойким полимером и его растворы, например в спирте дают достаточно водостойкие соединения древесины. Однако в дисперсиях при- сутствует эмульгатор (поливиниловый спирт), который хорошо растворяется в воде и сильно влияет на прочность увлажненных клеевых соединений. Он бло-

кирует часть активных центров древесины и тем самым снижает адгезионные связи ПВА. Если эмульгатор совместим с полимером, то влияние воды на адге-

51

зию незначительно. Для повышения водостойкости можно заменять поливини- ловый спирт на другие защитные коллоиды, совместимые с ПВА.

Возможна добавка к ПВА-дисперии вакуумированной карбамидной смолы в количестве 30-50 м.ч. для получения клеевых соединений повышенной водо- стойкости и теплостойкости. В этом случае модифицированный клей требует добавки отвердителя - щавелевой кислоты 4-6 м.ч. (10 %-ной концентрации).

За рубежом выпускают отверждаемые одно- и двухкомпонентные ПВА-клеи высокой водо- и теплостойкости. Добавка так называемого турбоотвердителя превращает клей из термопластичного в термореактивный, что и вызывает по-

при скалывании вдоль волокон после суточного вымачивания образцов в холод- ной воде составила 48% от начальной, а после вымачивания в горячей воде - 68%.

В последнее время появились однокомпонентные водостойкие клеи - диспер- сии сополимеров винилацетата с этиленом или другими мономерами. Эти клеи не требуют дополнительной пластификации (этилен в дисперсии является внут- ренним пластификатором), весьма экономичны, так как содержат дешевый эти- лен (до 60 - 90%). При этом снижается и минимальная температура пленкообра- зования. В Японии доля таких клеев среди дисперсионных составила в 1985 году более 60%. Основные параметры импортных поливинилацетатных клеев указа-

ны в табл.1.15, 1.16.

1.15. Основные показатели ПВАклеев фирмы Klebit (ФРГ)

*) 1 - универсальный клей, 2 - изготовление реечных щитов, 3 - склеивание твердых пород древесины, 4 - склеивание каркасов, 5 - производство оконных блоков, 6 - обли- цовывание пластей стружечных плит, 7 - ламинирование ДСтП пленками, 8 - приклеи- вание декора на лакированную поверхность, 9 - склеивание в поле ТВЧ, 10 - склеива- ние корпусов радиоаппаратуры, 11 - облицовка кромок ДСтП, 12 - сращивание досок на зубчатый шип.

В Росии производится ограниченный ассортимент ПВА-клеев. Оптовая цена составляла приблизительно 20 р/кг (1997г).

1.8.2. Клеи - расплавы

Клеи-расплавы являются наиболее оригинальными клеями в области дерево- обработки ввиду рекордно малого времени отверждения - 3-5 с. Они представ- ляют собой типичные термопласты, т.к. при нагревании переходят в жидкую и клейкую массу. Клей применяется в горячем виде и отверждается за счет охла- ждения расплава. Он не содержит растворителей (сухой остаток 100 %), не дает усадки, имеет очень длительный срок хранения. Клей при нагревании не выделяет экологически вредных веществ. Можно провести некоторую аналогию между клеем - расплавом и обыкновенной водой, которая тоже может стать кле- ем в момент ее замерзания. Здесь есть только количественная разница - точка плавления льда 0 0С, а клея - расплава 150 - 200 0С.

Недостатки клеев-расплавов, общие для полимеризационных клеев, - невы- сокая водо- и теплостойкость, ползучесть под нагрузкой. Очень малое время отверждения определило и сравнительно узкую область применения этих клеев. Это, главным образом облицовка кромок ДСтП синтетическим кромочным пла- стиком на специальных автоматических линиях. Расплавы начали также при- менять для точечного ребросклеивания шпона и в производстве реечных щитов.

В состав наиболеее распространенного клея марки КРУС-2 входят:

53

а) основной полимер - этиленвинилацетат (ЭВА), который обеспечивает доста- точную когезию клея - 100 м.ч.

б) эфиры канифоли для регулирования вязкости и зазорозаполнения -140 м.ч.; в) полиуретан для повышения адгезионных свойств - 10 м.ч.; г) каолин в качестве наполнителя - 65 м.ч.;

д) оксид титана для увеличения термостабильности клея - 5 м.ч.

Клеи - расплавы изготовляют по следующей технологической схеме: дози- рование и смешивание компонентов, расплавление смеси при температуре 1200С, экструзия (выдавливание) смеси в виде нитей, их протяжка и охлаждение в воде, измельчение в гранулы, подсушка и упаковка в бумажные мешки.

Клеи имеют температуру размягчения 80-90 0С, рабочая температура состав- ляет обычно 190-210 0С, время отверждения 3-5 секунд, прочность соединения 2,5 МПа. Термостабильность клея КРУС-2 составляет около 5 часов. В

УкрНИИМОДе разработаны клеи марок КРШ и КРД для склеивания шпона в производстве художественного паркета и для крепления декоративных элемен- тов мебели. Клеи отличаются повышенной текучестью (не менее 100 г / 10 мин при 160 0С) и временем отверждения до 30 секунд.

Принципиально новыми среди расплавов являются полиуретановые клеи.

При нанесении расплавленной смолы на поверхность склеиваемого материала начальное сцепление обеспечивается чисто физическим процессом охлаждения расплава в течение 3-10 минут. Затем за счет влаги воздуха и древесины в по- лимере образуются поперечные связи, что делает клеевой шов нерасплавляе- мым и нерастворимым. Этот химический процесс длится несколько суток, но уже через 10 минут соединение имеет 70% конечной прочности. При комнатной температуре полиуретановые клеи имеют прочность в 3-4 раза выше, чем обычные клеи-расплавы. После кипячения в течение 6 часов они показывают 50% начальной прочности, а при 100 0С их прочность такая же, как у клеев - расплавов при 20 0С. Их выпускают упакованными в металлические картуши для защиты от влаги воздуха, а нанесение клея производится с помощью спе- циального пистолета.

Новинкой являются также вспененные клеи-расплавы - дисперсия газа и по- лиуретанового расплава, применяемые для крупногабаритных изделий методом распыления (марка клея Supracraft PU 586). Кроме полиуретановой основы для клеев-расплавов используются полиолефины и термопластичные каучуки. Пока- затели клеев-расплавов импортного производства даны в табл. 1.17.

Полиуретановые клеи являются водо-, термо- и морозостойкими быстротвер- деющими термореактивными клеями. Время полного отверждения - 5 дней. Их хранят в герметичной таре и наносят специальным инструментом. Клеи содер- жат изоцианаты, поэтому необходим отсос паров на участке нанесения клея.

Полиолефиновые клеи-расплавы являются эластичными термостойкими клеями с хорошей адгезией к различным материалам и высокой термостабильно- стью при рабочей температуре. Клей наносится на автоматических. установках

54

валиком или соплами при скорости подачи до 50 м/мин. Возможен неприятный запах. Оборудование следует чистить сначала в горячем виде стамеской, затем в холодном виде с помощью очистителя Иоват 40110.

Приведенные таблицы не отражают всего многообразия клеев - расплавов, выпускаемых зарубежными фирмами. Имеются также липкие клеи-расплавы на основе термопластичного каучука для монтажных работ (рабочая температура 150 0С), специальные патроны для машин Holz-her (облицовка кромок) и многое другое.

1.17. Основные показатели клееврасплавов Jowatherm фирмы Jowa (ФРГ)

1.8.3. Изоцианаты и полиуретановые клеи

Органические изоцианаты, то есть соединения имеющие группу N=C=O, при- меняют в промышленности стружечных плит Германии с 1973 г. В основном это дифенилметан-диизоцианат, обозначаемый как MDI. Считается, что изоцианат образует с лигнином и целлюлозой древесины химические соединения, что дает особенно прочное склеивание, по водостойкости не уступающее фенольным свя- зующим. К тому же MDI не содержит воду и растворители и поэтому не вносит в древесину дополнительную влагу, как это происходит в случае конденсационных смол. Другое преимущество изоцианатных связующих заключается в том, что они не содержат гигроскопичных солей и формальдегид, а по скорости отверждения несколько превышают карбамидные клеи, то есть отверждаются значительно бы- стрее, чем фенольные смолы.

Основной недостаток изоцианатов - это их способность склеиваться с метал- лом, что требует применения специальных разделителей. Используют 30%-ную эмульсию синтетического воска как внутренний разделитель, добавляемый прямо в клей. Как внешний разделитель можно применять смазочное мыло.

Склеивание стружечных плит на изоцианатных клеях решает проблему свобод- ного формальдегида и здесь сравнительно дорогой изоцианат выступает конку-

55

рентом гораздо более дешевым карбамидным клеям. Стремление снизить себе- стоимость клееной продукции привели к использованию изоцианатных эмуль- сий. Их преимущество заключается в том, что эмульсии способны блокировать отрицательное влияние некоторых компонентов древесины на прочность склеива- ния. В США изоцианатные клеи применяют в производстве трехслойных плит ОСБ (плиты из крупноразмерной ориентированной стржки). При этом MDI до- бавляется в средний слой плиты, а в наружных используют жидкие фенольные смолы (типа СФЖ).

Полиуретановые клеи получают при совмещении изоцианатов, с гидроксил- содержащими полиэфирами. В результате реакции ступенчатой полимеризации в процессе склеивания образуется полиуретан. Основное назначение полиуретано- вых клеев - склеивание металлов и неметаллических материалов. Они нашли также широкое применение в производстве пенопластов, каучуков, синтетиче- ских волокон (табл.1.18).

ВНИИСС разработал серию клеев Вилад в виде двухупаковочных составов - компонент А имеет полиэфирную основу , компонент Б является полиизоциана-

том (табл.1.19).

Вилад 11к-1 применяют для склеивания металлов, пластмасс, древесины и стекла. Компонент А представляет собой тикстропную массу на основе сложного олигоэфира и целевых добавок. Время полного отверждения при температуре 200С составляет около 7 суток, при 800С -5 часов, половинная прочность достига- ется соответственно через 16 и 2 часа. Клеевые соединения вибростойкие.

Вилад 11к-3 применяют для склеивания металлов, пластмасс, пеноматериалов, дерева и резины. Компонент А состоит из сложного олигоэфира и специальных добавок. После смешивания клей имеет вязкость 0,5-0,8 ГПа.с. Клеевые соедине- ния отличаются высокой стойкостью к воздействию вибраций, бензина и масла.

Вилад -15 предназначен для склеивания металлов, пластмасс, пеноматериалов. Компонент А состоит из смеси сложных и простых олигоэфиров, антипирена и других добавок. Клей после смешивания имеет низкую вязкость, можно добав- лять наполнитель в виде минеральных или металлических порошков. Места при- готовления клеев должны быть оборудованы вытяжкой.

1.18. Характеристика и область применения полиуретановых клеев

56

57

1.8.4. Каучуковые клеи

Каучуковые смеси - самостоятельный класс эластомерных клеящих материа- лов, подразделяемых на латексные и резиновые. Латексные клеи - это смеси ве- ществ (водные дисперсии), представляющих собой коллоидную систему. Рези- новые клеи являются растворами резиновых смесей или каучуков в органиче- ских растворителях.

Резиновые клеи могут быть вулканизирующимися, то есть содержать вещест- во, под воздействием которого при нагревании макромолекулы каучука связы- ваются между собой с образованием пространственных структур. Такими добав- ками являются сера, органические ускорители и активаторы. Некоторые виды клеев, содержащие ускорители, способны вулканизироваться без нагрева (само- вулканизироваться).

В большинстве современных резиновых клеев (табл.1.20) используют синте- тические каучуки в сочетании с модификаторами, мягчителями, антиоксиданта- ми, отвердителями, наполнителями. В качестве растворителей используют би- нарные или тройные смеси органических жидкостей - этилацетат, ацетон, мети- лэтилкетон, бензин. По условиям охраны труда ограничивается применение ди- хлорэтана и бензола. Обычное содержание сухих веществ в резиновых клеях

20-30%.

Клеи дают эластичные швы, хорошо противостоящие ударам и вибрации, но не выдерживающие больших нагрузок, так как склонны к ползучести.

1.20. Характеристики основных каучуковых клеев

58

При склеивании каучуковыми клеями требуется подсушка клеевого слоя до состояния отлипа при склеивании холодным способом и до состояния сухой пленки - при склеивании горячим способом. Прочность склеивания древеси- ны составляет всего 0,15-0,20 МПа после 24 часов, через 3 суток - около 2,0 МПа.

59

Латексные клеи представляют собой коллоидно-химические системы, в ко- торых каучук в виде мельчайших частиц диспергирован в воде. Их преимущест- во - отсутствие дорогих и легко воспламеняющихся растворителей, удобство работы. В состав клея входит стабилизатор коллоидной системы, агент вулка- низации, антиоксидант, пластификатор, клеящие вещества, органические рас- творители. Наиболее распространены латексы на основе сополимера дивинила с метилметакрилатом ДММА-65ГП. Нанесение клея двухстороннее, температура до 800С. Область применения - приклеивание ПВХ-пленок к щитовым деталям мебели, приклеивание тканей к пенопласту. Латексные клеи дают шов с прочно- стью на 40-60 % ниже, чем каучуковые.

1.9. Белковые клеи

Природные клеи, получаемые из животных или растительных белков, извест- ны с давних пор и сегодня также не потеряли своего промышленного значе- ния, несмотря на изобилие синтетических клеев. Преимущество природных клеев заключается в их нетоксичности и удобстве использования, достаточной прочности соединений.

К белковым клеям относятся:

а) мездровый, получаемый путем проваривания подкожного слоя шкуры жи- вотных и других отходов кожевенной промышленности; б) костный, получаемый из очищенных и обезжиренных костей животных; в) рыбий - из отходов рыбного производства; г) кожный - из обрезков дубленой кожи.

Исходным клеящим веществом в этих связующих является коллаген, который при температуре 80-90 0С гидролизуется, образуя глютин и хондрин. Клеящие свойства продукта зависят главным образом от содержания глютина, поэтому эта группа клеев называется глютиновыми клеями. Они выпускается в сухом виде или в виде студня.

Мездровый клей (ГОСТ 3252-80) поставляется сортов экстра, высший, пер- вый, второй, третий. Костный клей имеет сорта высший, первый, второй, тре- тий. Клеи приготовляют в виде водных растворов с концентрацией 35-55 %. Они имеют длительную жизнеспособность, безвредны, но не водостойки, поража- ются грибками и имеют большую усадку. Мездровый и костный клеи выпуска- ются также в виде клеевой бумажной ленты для ребросклеивания шпона. Шири- на ленты от 12 до 25 мм, расход клея 28-30 г/м2 бумажной основы.

Принципиально иная природа у казеиновых клеев. Их получают из обезжи- ренного молока (обрата) при действии на него сычужного фермента, минераль- ных или органических кислот. Эти клеи сравнительно водоупорны, дают проч- ные швы. Клей прост в приготовлении, имеет доступную сырьевую базу. Не- достатки клея - быстрое загустевание раствора, большое увлажнение древесины, окрашивание некоторых пород древесины, биологическая нестойкость.

Казеин бывает кислотный и сычужный. Первый получают при воздействии на обезжиренное молоко кислот: соляной, уксусной, молочной, серной; второй - при