Лако-красочные материалы — производство

В табл. 10.1 представлены основные типы полимеров, используемые в рецептурах клеев-расплавов.

Таблица 10.1. Исходные полимеры, используемые в рецептурах клеев-расплавов

Сополимер полииннилацетата и полиэтилена (/ЛИ)

Полиэтилен низкой плотности Сополимер поли. тгмлакрнлата и полиэтилена Парафиновые воски Полипропилен

Блок-сополимеры стирола и бутадиена Блок-сополимеры стирола и изопрена

Фенольные олигомеры_______________________________________________________________

Парафннопын воск представляет основу самого старейшего клея-расплава, ко­торым является сургуч. Парафиновый воск используют в низкоплавких клеях- расплавах. что приводит к получению клея, обладающего сравнительно малой н|юч- ностью. Полиэтилен высокого давления позволяет получить клей-расплав с более высокой прочностью, имеющий практически такую же структуру, что и парафино­вый воск, но большее количество узлов разветвления н полимере. Наиболее часто в промышленности используют сополимер этилена и винилацетата, известный также как этилен-нинилацетатный полимер или сокращенно EVA. Эти материалы пред­ставляют собой статистические сополимеры этилена и винилацетата при содержа­нии винилацетата, составляющем примерно от 18 до 52%. Индекс расплава может меняться от 0.G до 500 г/10 мин. Такой широкий выбор материалов дает исключи­тельную возможность разработчику клея найти оптимальное сочетание свойств. Ис-
ходиым полимером независимо от его состава является в рецептуре клея-расплава основной материал, обеспечивающий получение максимальной прочности.

Другими основными ингредиентами в рецептуре клея-расплава являются: при­дающее липкость вещество, пластификатор, воск и антиоксидант. Вещества, повы­шающие липкость, были рассмотрены в предыдущей главе. Роль вещества, повы­шающего липкость, в клее-расплаве аналогична роли, которую он играет в клеях типа PSA. Однако липкость клея-расплава быстро исчезает и только некоторые спе­циальные рецептуры расплавов сохраняют липкость после достижения комнатной температуры. Критерий, определяющий липкость клея-расплава, тот же самый, что и в случае клеев типа PSA. Однако время, в течение которого клей удовлетворяет критерию липкости Далквиста, представляет собой промежуток времени, когда мо­дуль упругости клея составляет менее 3 х Ю6 Н/м2. Как только клей затвердевает, повышающее липкость вещество изменяет температуру Г твердого клея. Предель­ное значение температуры Т_ может быть рассчитано но уравнению Фокса, если компоненты клея полностью совместимы.

Те же самые повышающие липкость вещества, рассмотренные в предыдущей главе, используют для регулирования эксплуатационных характеристик клсев — расплавов. Некоторое замечание необходимо сделать относительно термостабиль­ности таких веществ в расплаве. Повышающие липкость вещества, обладающие не­предельными связями, потенциально могут находиться в гелеобразном состоянии, в то время как клей находится в состоянии расплава, и не могут быть пригодны для использования. Кроме рассмотренных в предыдущей главе веществ в качестве до­бавки, повышающей липкость, в расплавах используют хлорированные полиолефи­ны, которые улучшают способность клеев смачивать поверхности.

Пластификаторы могут быть введены и клей-расплав, чтобы он постоянно со­хранял мягкость или эластичность. С этой целью используют фталаты, трикрезол — фосфат и полибутоны. Действие этих материалов противоположно действию ве­ществ. повышающих липкость, так как они уменьшают температуру Г, к то время как последние ее повышают. Пластификатор должен быть полностью растворим в исходном олигомере, так как в противном случае может происходить нежелатель­ное фазовое разделение в процессе хранения или нанесения клея. Другим важным критерием при выборе пластификатора является его летучесть при температуре плавления. При несоблюдении этого критерия может происходить нежелательное вытекание продукта.

Одним из наиболее важных ингредиентов в рецептуре расплава является воск. Воски уменьшают вязкость расплава и поверхностное натяжение жидкою клея. Яв­ляясь в полной мере углеводородными материалами, воски, как правило, обладают более низким поверхностным натяжением, чем исходный полимер расплава, и та­ким образом получают более низкое поверхностное натяжение самого клея. Неко­торые воски. известные как микрокристаллические, не только уменьшают вязкость и поверхностное натяжение расплава, но также упрочняют расплав в результате образования кристаллитов, которые увеличивают сопротивление деформации при приложении нагрузки.

В клеях-расилавах применяют также наполнители. Такие материалы как глина и тальк могут быть использованы для регулирования вязкости расплава и прида-

ния клею непрозрачности. Наиболее часто эти материалы вводят в клеи для умень­шения стоимости их производства. Последним ингредиентом рецептуры является антиоксидант. Так как эти клеи могут длительное время находиться в аппликаторе перед применением, антиоксидант является обязательным компонентом рецепту­ры, особенно в случае клеев на основе этилена. Для этой цели используют такие материалы, как несвязанные фенолы.

Важно рассмотреть особенности структуры исходного полимера расплава, на­пример, EVA, так как они оказывают влияние на конечные характеристики или тех­нологию нанесения клея. Из анализа, приведенного в предыдущих разделах книш, следует, что увеличение содержания винилацетата в исходном полимере повышает когезионную прочность материала, делая его более прочным и стабильным при при­ложении нагрузки. Однако увеличение содержания винилацетата также увеличива­ет и поверхностное натяжение расплава, приводя таким образом к более трудному смачиванию им субстратов с менее высокими энергетическими характеристиками. Увеличение содержания винилацетата также снижает растворимость восков в клее­расплаве, что еще больше затрудняет создание его рецептуры. Индекс расплава так­же оказывает существенное влияние на прочность клеевого соединения Материа­лы с высоким индексом расплава имеют меньшую молекулярную массу и поэтому меньшую прочность по сравнению с материалом, имеющим низкое значение индек­са расплава.

Клеи-расплавы с правильно подобранным рецептурном составом находят все бо­лее широкое применение в промышленности. Одним из основных направлений яв­ляется использование их для склеивания бумаги. Упаковку из гофрированного кар­тона герметизируют с помощью клеев-расплавов с отработанной рецептурой, так как существует большое количество упаковочного материала, используемого для хране­ния и демонстрации продуктов. Основанные на подборе рецептуры клеи-расплавы также находят широкое применение в переплетном деле, хотя использовавшиеся ранее дія переплета книг в мягких дешевых бумажных обложках клеи-расплавы не являлись оптимальными с точки зрения их дипольного хранения. Разработанные за последние 20 лет современные рецептуры клеев-расплавов привели к получению более долговечных переплетов дія книг в бумажной обложке и даже издатели книг в жестком переплете в настоящее время используют клен-расплавы в переплетных работах. Клеи-расплавы используют также в деревообрабатывающей промышлен­ности. Рабочий-столяр может соединять детали, используя расплав в качестве фик­сирующего средства, в то время как стандартный клей для древесины получает воз­можность отверждаться. Однако, как правило, расплавы не используют в мебельной промышленности из-за их термопластичной природы, поскольку эти клен очевидно подвержены ползучести при нагружении. Значения прочности при сдвиге на образ­цах с нахлесткой, характерные для клеев-расплавов (выше их температуры стекло­вания), обычно составляют 0,7 3.5 М Па и прочность при расслаивании обычно рав­на 0.9 3,5 кН/.м. Клеи-расплавы при температурах ниже их температур стеклования могут иметь свойства, которые приближаются к свойствам конструкционных клеев. Однако значения прочности на отслаивание могут быть низкими, так как дтя этих материалов характерно стремление становиться хрупкими стеклами из-за того, что их молекулярные массы имеют низкие значения, не позволяющие сохранять высо-

кий индекс текучести расплава. Типичная рецептура клея-расплапа, используемого для уплотнения картонной тары, приведена в табл. 10.2.

Таблица 10.2. Пример рецептуры клея-расплава 111 40% сополимера EVA

15% повышающего липкость вещества на основе фенольной смолы

12,5% повышающего липкость вещества на основе полктерпена

12,5% повышающего липкость вещества на основе синтетического политерпена

20% воска

0,1% антиоксиданта

Приведенная в табл. 10.2 рецептура демонстрирует интересную особенность. В этом клее-расплаве присутствует намного больше активирующих веществ, чем в сополимере EVA. Можно получить более глубокое представление об этих материалах, рассмотрен работу 111 иха и Хамсда, которые исследовали температурно-частотную зависимость механических свойств клеев-расплавов на основе сополимера EVA в за­висимости от содержания присутствующих в рецептуре компонентов. Они изучили также совместимость повышающих липкость веществ и воскон и сравнили получен­ные результаты с характеристиками при расслаивании. На рис. 10.2 приведено схема­тическое представление полученных ими результатов. Для некоторого повышающего липкость вещества они установили, что при увеличении его концентрации наблюда­ют результат, аналогичный получаемому в случае клеев типа PSA. Температура Г воз­растает с увеличением содержания вещества, повышающего липкость, и положение плато модуля упругости снижается. При определенном содержании этого вещества появляется несмешиваемость. В данной точке стеклообразная область значительно расширяется. Нели рассматривать тангенс потерь для тех же самых систем, то можно обнаружить два максимума, свидетельствующие о наличии двух температур стекло­вания. Целесообразно сравнить рецептуру клея, приведенную в табл. 10.2, с кривы­ми на рис. 10.2. Используемое количество повышающего липкость вещества харак­теризует такую рецептуру как композицию, в которой данное вещество становится несмешнвающнмся. Структура, состоящая из отдельных фаз, делает клей жестким в той же области, в которой он был эластичным, т. е. в области выше температуры стеклования сополимера EVA. Очевидно, что характеристики сдвига этого клея улуч­шаются при увеличении содержания вещества, повышающего ли и кость.

Ших и Хамед 13] исследовали также влияние содержания воска на температурно­частотную зависимость механических свойств клея-расплава на основе сополимера EVA. На рис. 10.3 приведено схематическое представление полученных ими резуль­татов исследований, в которых сополимер EVA модифицировали путем использова­ния определенного количества вещества, повышающего липкость, и различных кон­центраций воска. Анализ этого рисунка показывает, что при малых концентрациях воск ведет себя как разбавитель, понижающий плато кривой модуля упругости. При более высоких концентрациях воск повышает плато кривой модуля упругости, не оказывая заметного влияния на температуру стеклования смеси сополимера EVA и вещества, повышающего липкость. Однако при достаточно больших концен грациях