Виды, состав и основные свойства клеев

По физическому состоянию клей представляет собой:

- жидкости различной вязкости (жидкие мономеры, растворы, дисперсии и эмульсии),

- пленки,

- порошки,

- прутки, расплавляемые перед употреблением или наносимые на горячие поверхности.

 

По природе бывают:

- природные,

- синтетические.

 

В группу природных клеев входят:

- животные (глютиновые, казеиновые, альбуминовые),

- растительные (на основе жмыхов и шротов масляничных и бобовых растений, природных смол, натурального каучука, крахмала, декстрина),

- минеральные (силикатные, асфальтовые, битумные).

 

Из природных клеев в производстве мебели, фанеры и строительных конструкциях используют (незначительно) клеи животного происхождения.

 

Синтетические клеи вырабатывают на основе синтетических смол, которые получают из простых веществ в результате сложных химических процессов. Клеи состоят из:

- основного клеевого вещества,

- растворителя,

- и вспомогательных веществ — клееобразователей, наполнителей, катализаторов, отвердителей, стабилизаторов, дубителей, антисептиков, пластификаторов и вспенивающих веществ.

 

Растворители применяют для растворения основного клеевого вещества и доведения его до определенной концентрации. К растворителям относятся:

- вода,

- спирт,

- водные растворы щелочей,

- органические растворители.

 

Клееобразователи способствуют переходу основного клеевого вещества в состояние раствора. К ним относятся:

- жидкое стекло,

- едкий натр,

- известь,

- аммиак.

Наполнителями называют вещества, применяемые для уменьшения расхода основного клеевого вещества и уменьшения просачивания клея на лицевую поверхность, а также усадочных явлений в клеевом шве. В качестве наполнителя применяют:

- древесную муку,

- гипс и др.

 

Катализаторы — вещества, применяемые для ускорения процесса смолообразования при производстве синтетических смол. К катализаторам относят:

- неорганические и органические кислоты,

- соли этих кислот,

- сульфонафтеновые кислоты,

- щелочи.

 

Отвердителями называют вещества, применяемые для более ускоренного перехода смоляных клеев в твердое нерастворимое и неплавкое состояние.

Для фенолформальдегидных смол холодного отверждения это:

- керосиновый контакт

- сульфонафтеновые кислоты.

Для карбамидоформальдегидных смол отвердителями являются:

— хлористый аммоний и слабые кислоты (щавелевая, молочная, муравьиная).

 

Стабилизаторы — вещества, помогающие сохранять клеящие свойства клеев, концентрацию в течение определенного времени. В качестве стабилизаторов используют:

- ацетон,

- этиловый спирт,

- органические растворители.

 

Дубители придают клеям водостойкость. К ним относят:

- уротропин,

- формалин,

- медные соли.

 

Антисептики — ядовитые вещества, убивающие микроорганизмы и придающие клеевым веществам биологическую стойкость. В качестве таких веществ используют:

- фенол,

- крезол,

- формалин,

- сульфонафтеновые кислоты,

- фтористый натр.

 

Пластификаторы используют преимущественно в смоляных клеях для придания им пластичности и снижения хрупкости клеевого шва.

 

Вспенивающие вещества применяют для вспенивания карбамидных смол с целью их экономного использования. Наиболее распространенное и дешевое вспенивающее вещество — пылевидный альбумин.

 

Требования, предъявляемые к клеям

Клеи должны отвечать следующим требованиям:

- прочно склеивать,

- быть простыми в употреблении,

- иметь жизнеспособность и большой срок хранения;

- быть водостойкими (для изделий, работающих в условиях высокой влажности);

- быть биостойкими (сопротивляться разрушительной деятельности микроорганизмов);

- не разрушать волокно древесины и не изменять ее естественной окраски;

- быть сравнительно дешевыми,

- не вызывать затупления режущих инструментов при обработке материалов;

- быть безвредными для человеческого организма,

- не воспламеняться.

 

Свойства клеев

Адгезией (или прилипанием) называют связь между поверхностями двух разнородных жидких или твердых тел. Хорошей адгезией к древесине и древесностружечным плитам обладают клеи животного происхождения и карбамидные. Их применяют при облицовывании, изготовлении мебельных щитов и плит.

Прочность клеевых соединений характеризуется пределом прочности клеевого шва. Все клеи, применяемые для склеивания древесины, образуют соединения, прочность которых при испытании на склеивание должна соответствовать установленным техническим условиям на изготовление мебели (при облицовывании должна быть не менее 1 МПа, в остальных случаях склеивания — не менее 2 МПа).

Вязкостью называют внутреннее трение, проявляющееся при взаимном перемещении частиц жидкости (раствора). Вязкость клея указывает на возможность его применения для различных видов склеивания (рабочая вязкость). Показателем условной вязкости является отношение времени истечения (в секундах) 200 см³ клеевого раствора стандартной концентрации и температуры через сопло вискозиметра ко времени (в секундах) истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20 °С.

Клеи пониженной вязкости легко впитываются древесиной, от чего прочность клеевого соединения снижается. С увеличением вязкости клея до определенных пределов, различных для разных типов клеев, их пропитывающая способность снижается и прочность соединения повышается. Клеи с повышенной вязкостью трудно наносить на поверхности. Они, как правило, образуют толстый малопрочный клеевой слой.

Концентрацией клеевого раствора называют процентное содержание в нем товарно-сухого клея, а в смоляных клеях — сухих веществ — и выражают ее в процентах от массы раствора. Чем больше концентрация клеевого раствора, тем выше его вязкость.

Водостойкость — свойство клея не снижать прочности клеевого соединения при воздействии на него влаги. По водостойкости клеи делятся на:

- повышенной водостойкости,

- водостойкие,

- ограниченно водостойкие,

- неводостойкие.

К водостойким относится большинство синтетических клеев; ограниченно водостойки казеиновые, совершенно не водостойки глютиновые клеи.

 

Жизнеспособность клеев характеризуется временем, в течение которого клеевой раствор пригоден для использования. Жизнеспособность клеев, кроме глютиновых, находится в пределах от 2 до 8 ч. По истечении этого срока они густеют, вследствие чего клеящая способность клеев снижается и затрудняется их нанесение на поверхность деталей. Жизнеспособность глютиновых клеев — несколько суток. Для приведения загустевшего клея в рабочее состояние его подогревают.

 

Просачивание клея сквозь древесину, а также изменение цвета древесины от клея обычно наблюдается при облицовывании шпоном. Просачивание представляет собой образование клеевых пятен на наружном слое шпона в результате проникания клея из нижерасположенного клеевого слоя. Такие явления происходят из-за:

- недостаточной вязкости раствора,

- избыточного давления при облицовывании,

- наличия кислот и щелочей в древесине или клее.

Биологическая стойкость клеев различна. Клеи органического происхождения представляют собой при благоприятных условиях хорошую питательную среду для микроорганизмов. Такие клеи легко поражаются бактериями и грибами, что резко снижает прочность клеевого соединения. К грибостойким относятся синтетические клеи.

 

Схватываемость (скорость застудневания, затвердевания) зависит от вида и состава клея. Схватываемость животных клеев зависит от:

- температуры склеивания,

- скорости испарения воды из клеевого шва.

 

Превращение синтетических клеев в твердое нерастворимое состояние происходит вследствие химической реакции, под влиянием высокой температуры реакция протекает быстрее.

 

По внешнему ввиду различают клеи:

- жидкие,

- гелеобразные,

- порошкообразные,

- пленочные,

- прутки,

- гранулы.

 

По реакционной способности клеи могут быть:

- термореактивные (необратимые),

- термопластичные (обратимые).

Термореактивные клеи под влиянием теплоты и катализатора переходят из жидкого состояния в твердое, нерастворимое и необратимое состояние (смолы резольные, мочевинные и меламиновые).

Термопластичные клеи способны под влиянием теплоты расплавляться, а после охлаждения вновь затвердевать, не изменяя химического состава. При последующем нагревании такие клеи снова расплавляются, например, мездровый и костный клеи, новолачные смолы, клеи-расплавы.

Синтетические клеи

 

Преимущества синтетических клеев заключаются в абсолютной грибостойкости, высокой водостойкости и большой прочности клеевого соединения. К недостатку синтетических клеев следует отнести:

- повышенную вредность,

- пониженную жизнеспособность,

- повышенную твердость клеевого шва.

Синтетические клеи различают:

по физическому состоянию — твердые, пастообразные, жидкие, порошкообразные и пленочные;

по растворимости — спирторастворимые, водорастворимые и дисперсии (нерастворимые);

по отношению к тепловому воздействию — термопластичные (обратимые, например, «расплав») и термореактивные (необратимые), которые в свою очередь подразделяются на клеи холодного и горячего отверждения.

Многие синтетические клеи при комнатной и повышенной температуре отверждаются слишком медленно. Для интенсификации процесса отверждения в клеевые составы вводят отвердители.

 

Клеи чаще всего обозначают по типу смолы — основного компонента. Хотя одни и те же клеи могут быть применены для склеивания различных материалов, можно выделить основное назначение каждой группы клеев.

Аминоальдегидные смолы и клеи на их основе:

- мочевиноформальдегидные (карбамидные)

- меламиноформальдегидные.

 

Мочевиноформалъдегидные смолы, модифицированные дисперсиями термопластов и эластомеров.

Дисперсионные клеи на основе пласто- и эластомеров:

- дисперсии полимеров и сополимеров винилацетата,

- каучуковые латексы,

- дисперсии пласто- и эластомеров,

- модифицированные термореактивными смолами

 

Клеи-расплавы:

- сополимер этилена и винилацетата,

- полиамид (клеящая нить)

 

Универсальные клеи на основе эпоксидных и полиуретановых смол.

 

Полиэфирные клеи.

Клеи на основе раствора термопластов или на основе поливинилбутиральной, поливинилацетатной, перхлорвиниловой, терефталатной, полиамидной, акриловой смол.

Каучуковые клеи на основе натурального, синтетического и других каучуков.

 

Белковые (глютиновые) клеи называют животными или коллаге- новыми. Клеящие свойства определяются свойством животного белка — коллагена. Вырабатывают его из мездры (подкожного слоя шкур животных), из обрезков сырых шкур и отходов кожевенных заводов, а также из очищенных и обезжиренных костей животных, рогов, копыт.

Эти клеи применяют для склеивания деревянных деталей, эксплуатируемых внутри отапливаемых помещений и не подвергающихся воздействию влаги, а также в абразивном и спичечном производстве.

Промышленность выпускает глютиновый клей в плитках длиной до 250 мм, шириной до 90, толщиной до 16 мм, дробленый, гранулированный, чешуйчатый и галерту.

Клей галерта должен быть однородной желеобразной массы, без сгустков, темных пятен, гнилостного запаха. В нее обязательно вводят антисептики.

Глютиновые клеи в воде сильно набухают: мездровый клей поглощает воды в 6... 10, костный — в 3...7 раз больше своей массы. При нагревании до температуры 30°С клей начинает размягчаться, а затем плавиться и превращается в мягкую липкую студнеобразную массу и при более высоких температурах переходит в раствор. При охлаждении клей затвердевает и образуется желатинообразная масса/

При склеивании в процессе отверждения происходит удаление влаги из клеевого раствора, что вызывает усадку клея до 50...80% от первоначальной массы.

Клеевой раствор нaнocят толщиной 0,08...0,15 мм. При температуре воздуха более 30°С и влажности 80% клеевое соединение разрушается.

 

Клей мездровый (ГОСТ 3252—80) в зависимости от физико- химических свойств подразделяют на марки:

- КМЭ (экстра),

- КМВ (высший сорт),

- КМ-1, КМ-2 и КМ-3 (цифры указывают прежние сорта).

 

Плиточный клей должен быть от светло-желтого до темно-коричневого цвета с гладкой или гофрированной блестящей поверхностью.

Хранят клей в сухих помещениях с относительной влажностью не более 90 % в упаковке, на настиле из досок или в контейнерах. Гарантийный срок хранения твердого клея 12 мес, галерты — 12 дней с момента изготовления.

 

Клей костный (ГОСТ 2067—80) плиточный темно-коричневого цвета, плитки площадью 400 см²; дробленый клей — частицы размером 10 мм от темно-желтого до темно-коричневого цвета; гранулированный клей — однородные гранулы размером 10 мм от темно-желтого до темно-коричневого цвета.

Чешуйчатый клей представляет хлопьевидные или порошкообразные частицы ненормируемых размеров от светло-желтого до светло-коричневого цвета с сероватым оттенком.

Галерта (клеевой студень) — темно-желтого или коричневого цвета. Массовая доля влаги основных видов клея не более 17 %, массовая доля влаги галерты 59 %. Прочность склеивания древесины (1 • 105 Па) не менее: клея с государственным Знаком качества — 110; высшего сорта — 100; 1-го — 90; 2-го — 75; 3-го — 60.

Плиточный, дробленый, гранулированный, чешуйчатый клей хранят в упакованном виде на деревянном настиле в закрытых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 75 % и температурой не выше 30° С.

Гарантийный срок хранения плиточного, дробленого, гранулированного клея 18 мес; чешуйчатого — 12, галерты — 2 мес (со дня выработки).

 

Приготовление

Глютиновые клеи приготовляют следующим образом. Плитки клея для набухания укладывают в чистую посуду и заливают водой комнатной температуры, лучше кипяченой, так, чтобы вода полностью закрывала клей. Замачивание клея длится от 6 до 12 ч, пока он равномерно и полностью набухает. При набухании мездровый клей впитывает 600... 1000% воды, костный — 300...700 % воды по массе.

Плитки перед замачиванием целесообразно дробить. Это уменьшает время набухания клея. Посуду для приготовления клеевого раствора и его хранения моют горячей водой.

Набухший клей перекладывают в клееварочный котел, нагревают до 70...80°С и периодически перемешивают. Клей при этом переходит в раствор. Клей нельзя кипятить или разогревать долго, так как его клеящие свойства снижаются.

Рабочая температура раствора костного клея 40...60 °С, мездрового — 50...70 °С. Для поддержания этой температуры клеянки, в которых раздают клей на рабочие места, делают с двойными стенками, между которыми наливают горячую воду. Применяют клеянки с электронагревом.

Качество глютинового клея можно определить во время его приготовления. Гнилостный запах набухшего клея, разваливание плиток при набухании и разрыв их краев, сильное загрязнение воды> в которой набухал клей, образование большого количества пены при разогревании и размешивании клеевого раствора — все это признаки пониженного качества клея.

Пена в клеевом растворе снижает прочность склеивания. В клеевой прослойке остаются пузырьки воздуха, на месте которых склеивание не происходит. Для уменьшения пены клеевой раствор перед употреблением должен отстояться в течение 5... 10 мин. При сильной пенистости раствор рекомендуется в виде исключения прокипятить в течение 2...3 мин и снять образовавшуюся при этом пену.

Качество клеевого раствора зависит от его концентрации, вязкости и густоты. Мездровый клей, как правило, требует больше воды, чем костный. Для склеивания на гладкую фугу приготовляют клеевой раствор мездрового клея концентрации 35...40 %, костного — 45.„55 %. Для облицовывания шпоном нужен 40...45%-ный раствор мездрового клея и 52...55%-ный костного.

Вязкость клеевого раствора определяется свойствами исходного сырья, из которого приготовлен клей, и зависит от его концентрации и температуры.

Густота раствора глютинового клея имеет большое значение. Чрезмерно густой клей трудно наносить на склеиваемые поверхности, он быстро застудневает, при запрессовывании требует повышенного давления. При пользовании густым раствором клея недостаточное давление пресса может привести к образованию толстой клеевой прослойки (больше 0,15 мм), что снизит прочность склеивания. При чрезмерно жидком клеевом растворе, наоборот, может получиться клеевая прослойка очень тонкая (меньше 0,8 мм), прерывистая, склеивание будет непрочным (голодная склейка).

Густоту клеевого раствора практически определяют по стеканию его с кисти: раствор нормальной густоты стекает с кисти ровной сплошной просвечивающей струей без сгустков; жидкий клей стекает быстро тонкой струей, чрезмерно густой — прерывающейся струей со сгустками.

Загустевший клеевой раствор подогревают и, если необходимо, разводят горячей водой, хорошо размешивая. Застудневший раствор клея хранят в помещении с пониженной температурой (5...10°С) не более 2...3 сут.

 

В казеиновых клеях (ГОСТ 3056—74) основной составной частью является молочный белок — казеин (обезжиренный творог). Казеин в чистом виде быстро набухает, но не растворяется и клея не образует. Хорошо растворяется казеин в щелочной среде. Разные щелочи действуют на него неодинаково. Например, казеин, растворенный в водном растворе едкого натра, образует клей большой жизнеспособности (до 48 ч), но незначительной водостойкости.

Казеин, растворенный в известковом молоке, наоборот, образует клей высокой водостойкости, но незначительной жизнеспособности. Таким клеем можно работать только 15...20 мин, после чего он превращается в камень (затвердевает) и к дальнейшему использованию не годится.

В столярном производстве казеиновый клей приготовляют только из порошка, который содержит все составляющие компоненты, кроме воды.

Порошок должен иметь желтовато-белый цвет и представлять собой однородную массу без посторонних примесей, насекомых, их личинок и следов плесени.

Легко разминающиеся комки допускаются. Порошок клея не должен иметь гнилостного запаха.

Упаковывают порошок в фанерные бочки или ящики, выложенные внутри пергаментной или плотной упаковочной бумагой, а также в крафт-целлюлозные мешки с плотными многослойными стенками. На таре вместе с другими данными обязательно должна быть указана дата приготовления клея.

Хранят казеиновый клей в упаковке завода-поставщика в сухом, проветриваемом, крытом помещении на деревянных помостках при температуре не выше 30 °С.

Не допускается укладывать клеевой порошок около отопительных печей, паровых труб и других источников теплоты, так как при температуре 40 °С казеин теряет клеящие свойства. Срок годности клея в порошке 5 мес.

При вскрытии тары казеиновый клей необходимо тщательно перемешивать, так как во время транспортирования более тяжелые составные части порошка (едкий натр, медный купорос) обычно оседают на дно. Поэтому в одной таре может оказаться клеевой порошок неодинаковых свойств, хотя на заводе он был составлен по одному рецепту.

По приготовлении клеевого раствора клей в порошке постепенно всыпают в воду комнатной температуры (14...20°С) при постоянном перемешивании. Порошок смешивают с водой в соотношении от 1:1,7 до 2,3 (в зависимости от желаемой вязкости). Размешивание продолжают с небольшими перерывами в течение часа до получения однородной сметанообразной тягучей массы серовато-белого или слегка фиолетового цвета с запахом керосина. Размешивать надо тщательно, чтобы не оставалось нерастворившихся комков.

Готовый клеевой раствор стекает с деревянной лопатки непрерывной струйкой или нитью, оставляя на поверхности лопатки блестящую пленку. Взятый пальцами клей образует между ними тянущиеся нити.

Жизнеспособность рабочих растворов казеиновых клеев (в зависимости от рецептуры) 4...7 ч, после чего он загустевает. Загустевший клей, потерявший способность стекать с кисти, к употреблению не годен. Разбавлять клеевой раствор водой для снижения вязкости не допускается.

Казеиновые клеи дают прочные соединения, но вследствие сильной щелочности окрашивают древесину, богатую дубильными веществами. Их применяют для наклеивания толстых листовых материалов (фанеры, древесностружечных плит) при изготовлении мебельных щитов, при склеивании древесины, декоративного бумажно-слоистого пластика, картона, тканей.

Карбамидные клеи

Эти клеи обеспечивают высокую прочность при склеивании древесных материалов и удовлетворительную тепловодостойкость. Они получили большое распространение в столярно-мебельном производстве.

Клеи применяют для склеивания фанеры, деталей мебели из древесных материалов, изготовления гнуто-клееных деталей и др.

Смола КФ-17 (ТУ 6-05-1006—83) пластифицирована диэтилен- гликолем и стабилизирована водным аммиаком. Смолу используют как основу в клеях холодного отверждения для склеивания деталей мебели из древесных материалов, а также для приклеивания к ним облицовочных материалов на основе пропитанных бумаг.

Смолу М-70 (ТУ 13-369—77) применяют в основном для склеивания шиповых соединений и облицовывания щитовых деталей.

Смола КС-В-СК (ТУ 6-05-211-1006—79) приготовлена с добавлением меламина и поливинилацетатной дисперсии (ПВАД). Используют смолу в качестве основы клея повышенной водостойкости для склеивания древесных материалов холодным и горячим способом. При холодном способе отвердителем является щавелевая кислота, а при горячем — хлористый аммоний.

Введение в состав карбамидоформальдегидных смол меламина повышает тепло-, свето- и химостойкость. Из-за высокой стоимости клеи этого вида применяют ограниченно.