Лако-красочные материалы — производство

Карбамидные клеи приготовляют из мочевино-формальдегидных смол, получаемых в резуль­тате реакций поликонденсации, протекающих между мо­чевиной и формальдегидом и сопровождающихся выделе­нием воды и газообразных продуктов. Карбамидные смо-

I педставляют собой светлые сиропообразные жидкости ЛЬ1 запахом формальдегида, содержащие 45—50% су — С го остатка. После вакуумирования (отгонки воды под x°vvmom) получают смолы с более высоким (65—70%) Удержанием сухого остатка. Невакуумированные смолы С еют низкую вязкость и при хранении расслаиваются ИМ два слоя: нижний пастообразный и верхний жидкий, НрИЧем клеящие свойства их равноценны. Вакуумирован — ные смолы имеют однородную консистенцию, не расслаи­ваются при хранении и имеют более высокую вязкость.

Процесс отверждения карбамидных клеев как на хо­лоду, так и ПРИ нагРеве> проходит через три стадии: си­ропообразное состояние, желатинизация, твердый не­плавкий и нерастворимый продукт.

Для карбамидных клеев используют отвердители, ко­торые с некоторой условностью можно подразделить на три группы: горячего, холодного и теплого (60—90° С) отверждения. К первой группе относятся аммонийные со­ли сильных кислот: хлористый аммоний (нашатырь), сульфат аммония, фосфат аммония и др. Действие этих отвердителей основано на их способности вступать в ре­акцию со свободным формальдегидом смолы, в результа­те чего выделяется свободная кислота, которая и приво­дит к отверждению клея. Ко второй группе отвердителей относятся слабые минеральные и органические кислоты: муравьиная, щавелевая, молочная, уксусная, лимонная и сульфонафтеновые кислоты (контакт Петрова). К отвер — дителям третьей группы можно отнести аммонийные соли слабых органических кислот. Они отверждают клей и на холоду, но при небольшом нагревании этот процесс идет быстрее. Процесс отверждения можно регулировать, вво­дя в клей так называемые буферные добавки: сульфит и тиосульфат натрия, гидрат окиси магния, а также амми­ак, уротропин, мочевину.

Отвердители применяют в виде водных растворов, до­бавляемых в клей из расчета 0,5—2% концентрированно­го вещества к весу смолы. Отвердитель должен постепен­но повышать вязкость клея, обеспечивая заданную жизне­способность его. Необходимо учитывать, что тепло, выделяющееся при смешивании смолы с отвердителем, Ускоряет нарастание вязкости. Во избежание этого реко­мендуется либо охлаждать сосуды и клеенамазывающие приспособления, либо наносить смолы и отвердитель раздельно (при раздельном способе раствор отвердителя наносится на одну из склеиваемых поверхностей, а смо­ла — на другую). Это значительно повышает жизнеспо­собность клея. Кроме того, количество отвердителя мож­но изменять, что, в свою очередь, позволяет регулировать скорость отверждения клея. Способ раздельного нанесе­ния особенно эффективен при холодном склеивании, про­должительность которого сокращается в 3—4 раза (д0 0,25—1 ч) по сравнению со способом подмешивания от­вердителя. Скорость отверждения карбамидных клеев за­висит от многих факторов. Так, чрезмерное увеличение количества отвердителя ухудшает условия склеивания из — за выделения свободной влаги. Увеличение содержания сухого остатка в смоле (с 50 до 70%) сокращает продол­жительность склеивания в 2,5 раза. Интенсивное нагрева­ние, предварительное вакуумирование, различная степень или глубина поликонденсации также влияют на скорость отверждения карбамидных клеев. Важнейшие свойства клеевых соединений (стойкость, прочность и долговеч­ность) зависят от наполнителей, их вида и количества. Наполнители увеличивают вязкость клея и предотвраща­ют быстрое впитывание или выдавливание его из клее­вого шва, а также сокращают расход смолы в толстых клеевых швах. Подбирая соответствующий наполнитель, можно успешно бороться с присущими карбамидным клеям хрупкостью или усадкой. В основном для наполне­ния карбамидных клеев используют тайфунированную древесную муку, иногда — литопон.

Введение наполнителей позволяет снизить расход клея на единицу поверхности. Чтобы сэкономить клей при склеивании фанеры и деревянных деталей, можно нано­сить его во вспененном состоянии. Для этого применяют специальные вспенивающие аппараты (мешалки), а в смолу добавляют стабилизирующие пену вещества: са­понин, казеин, альбумин, синтетические поверхностно-ак — тивные вещества, например ОП-7 и др.

На прочность соединений влияет также время откры­той выдержки до прессования. Для наиболее распростра­ненных клеев горячего отверждения МФ-17, М-4, МФС-1, М-60 время открытой выдержки составляет 60 мин, а для клея М-70 — не более 30 мин. Для клеев холодного от­верждения М-4, М-60, М-70 время выдержки составляет 20 мин, а для клея К-17 — 30 мин.

‘ Кольшой интерес представляют порошкообразные кар — иные клеи (сухие), получаемые распылением жидкой ^аМпы и последующей ее сушкой горячим воздухом или СМ°очными газами. Распыление может производиться Сосунками пневматического действия, работающими по индипу движения сжатого воздуха или пара перпен — "икулярно или параллельно струе смолы. Сухой клей поедставляет собой белый или светло-серый порошок, для предотвращения комкования которого в состав вводят не­большое количество керосина. Для растворения на I вес. ч. порошка берут 0,6—0,7 вес. ч. воды; растворение производят при перемешивании до получения однородной массы. Эти клеи изготовляют на основе различных кар­бамидных смол: М-48, М-70 и др. Разработан специаль­ный порошкообразный клей СМК-2, имеющий после раст­ворения водой вязкость 20—90° ФЭ и рН от 5,2 до 7,2. Жизнеспособность раствора не менее 2 суток; для ее уве­личения вводят этиловый спирт (до 10% от веса смолы).

Отвердителем служит молочная кислота, количество которой для клея рассчитывают по формуле

3,5 • ВС

Й(п-4>

Где А — вес молочной кислоты, г В — вес раствора смо­лы, г; С — концентрация раствора смолы, %; Е — концен­трация раствора молочной кислоты, %,’ 3,5 — поправоч­ный коэффициент.

Жизнеспособность клея после введения отвердителя 2—8 ч.

Прочность клеевых соединений древесины на порош­кообразных клеях достигает 20—22 кГ/см2 и не снижает­ся после вымачивания в воде в течение 24 ч.

Преимущество порошкообразных клеев состоит в удо­бстве транспортировки, хранения и приготовления. Одна­ко надо иметь в виду, что эти клеи гигроскопичны, поэто­му хранить их следует в сухом помещении и в закрытой таре при температуре не выше 20° С и влажности 5%.

Карбамидные клеи требуют относительно высокого Давления при запрессовке (5—10 кГ/см2). Соединения на клеях горячего отверждения более тепло — и атмосферо — стойки по сравнению с клеями холодного отверждения, ‘емпература склеивания при горячем отверждении не Должна превышать 125° С.

Карбамидные клеи горячего отверждения дают пр0ч ные соединения, стойкие к длительному воздействию хо­лодной воды и температуры от —40 до +60° С. Более вы­сокая температура приводит к процессам деструкции в клеевой прослойке. Теплый воздух (+80°С) вызывает снижение прочности соединения (за 6 ч— на 25—30%) Пребывание образцов на открытом воздухе под солнце^ приводит к полному расклеиванию соединений древесины в течение 3—4 лет.

Соединения на карбамидных клеях, в соответствии с ГОСТом, относят к категории средневодостойких. Испы­тывают соединения, вымачивая образцы в воде при ком­натной температуре в течение 24 ч. При этом несколько увеличивается прочность соединений вследствие повыше­ния эластичности клеевых прослоек, которые в сухом со­стоянии хрупки и жестки. Например, испытания фанеры, склеенной клеем МФС-1, показали, что прочность образ­цов в сухом состоянии составляет 20,5 кГ/см2, а после вы­мачивания в воде в течение 24 ч — 25 кГ/см2. Таким об­разом, вымачивание образцов в воде при комнатной температуре не является по своему характеру разруши­тельным для карбамидных смол и поэтому не должно служить условием стандартного испытания.

Так как соединения на карбамидных клеях сравни­тельно хорошо сопротивляются действию влаги, но разру­шаются при повышенной температуре, их можно характе­ризовать как нетеплостойкие. Испытания показывают, что соединения на карбамидных клеях не теряют прочно­сти при длительном, в течение 4—5 лет, воздействии тем­пературы до 50° С. При температуре 60—70° С прочность соединений постепенно снижается вследствие развития термической деструкции полимера.

Во влажной среде при нагревании прочность соеди­нений на карбамидных клеях снижается быстрее, чем на воздухе. Учитывая это свойство, эффективным методом проверки качества соединений на карбамидных клеях может служить вымачивание образцов в воде при темпе­ратуре 65—70° С в течение 3 ч.

Тепло — и атмосферостойкость карбамидных клеев можно повысить, вводя в мочевино-формальдегиднук> смолу меламин или используя для клея готовые мочеви — но-меламино-формальдегидные смолы, полученные в про­цессе совместной поликонденсации мочевины, меламина

Аоомальдегида. Добавление 10—20% порошкообразно — И ехнического меламина в готовую мочевино-формаль — В» ипную смолу повышает срок службы клееных изделий ДбГтмосферных условиях. Благодаря наличию трех амино — BDvnn меламин, введенный в смолу, энергично реагирует

Свободным формальдегидом, в результате чего процесс с°ИКОНденсации углубляется и усиливается теплостой­кость клеевой прослойки.

Наиболее устойчивый эффект теплостойкости клеевых соедине — ий достигается при использовании смол, полученных совместной нпнденсацией мочевины, меламина и формальдегида при соотношении между мочевиной и меламином примерно от I : 0,5 до I: I. Отечест­венный мочевино-меламиновый клей ММС, получаемый таким путем, имеет вязкость 300—800 сп, содержание сухого остатка 60%, содержа­ние свободного формальдегида 0,5—1,5%, соотношение мочевины и меламина в исходной смеси 1 :0,66, содержание меламина— 16%.

Отвердителем мочевино-меламинового клея служит хлористый аммоний, вводимый в количестве 0,5—1% от веса смолы. Избыток хлористого аммония снижает водостойкость клеевого соединения. Клей ММС обладает стойкостью к действию кипящей воды и, таким образом, по свойствам приближается к феноло-формальдегидным клеям, но в отличие от них отверждается значительно быстрее. Дру­гие отечественные мочевино-меламиновые клеи ММФ, М-61 близки по свойствам клею ММС.

Свойства карбамидных смол могут быть также значительно улуч­шены модификацией фуриловыми смолами или совместной конден­сацией мочевины и фурфурола (смолы ВМФ, МФФ, МФФР и др.).

Мочевино-фуриловая смола ВМФ отличается повышенной проч­ностью, водостойкостью и рекомендуется в качестве клея для древе­сины при производстве древесностружечных плит, древесных и бу­мажных пластиков. Она представляет собой однородную вязкую массу от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Удельный вес смолы 1,18—1,30 г/см3, вязкость по вискозиметру ВЗ-4 20—150 сек, Содержание сухого остатка 45—70%, концентрация водородных ионов 6,8—7,5, жизнеспособность с 1% хлористого аммония 0,8— 10 ч, срок хранения не менее 6 месяцев. Смолу ВМФ применяют для холодного и горячего отверждения в зависимости от глубины конден­сации и от используемых катализаторов. Прочность клеевых соедине­ний фанеры, изготовленной на смоле ВМФ, в сухом состоянии состав­ляет 12,4—22 кГ/см2, а после кипячения образцов в воде в течение 1 ч — 8,6—12,4 кГ/см2, в то время как прочность образцов фанеры на феноло-формальдегидной смоле С-1, испытанных в аналогичных условиях, составляет 12—18,2 кГ/см2 в сухом состоянии и 9,6— 15,2 кГ/см2 после кипячения в воде. Таким образом, клеевые соеди­нения на смоле ВМФ соответствуют требованиям, предъявляемым к водостойкой фанере. Это позволяет заменять дорогостоящие и де­фицитные феноло-формальдегидные клеи, используемые в производ­стве водостойкой фанеры и плит, на более доступные мочевино-фури — ловые, стоимость которых на 20% ниже.

Недостатками карбамидных клеев, особенно холодно­го отверждения, являются хрупкость клеевой прослойки

Значительная усадка, ограниченное зазорозаполнение, не_ высокая тепло — и атмосферостойкость. Эти недостатки могут быть устранены в результате модифицирования карбамидных смол поливинилацетатной эмульсией и не­которыми латексами. Поливинил ацетат, содержащийся в эмульсии, обладает термопластичными свойствами, поэто­му получающиеся в результате модификации карбамид- но-поливинилацетатные клеи эластичны, отверждаются с меньшей усадкой, не требуют высокого давления при склеивании и могут склеивать древесину с более высокой влажностью, чем это предусмотрено для карбамидных клеев.

Способ получения этого клея следующий: в гото­вую карбамидную смолу, не содержащую стабилизатора, добавляют поливинилацетатную эмульсию в количестве, зависящем от требуемой эластичности прослойки и от рН смолы и эмульсии, но не более 50% от веса сухого остат­ка карбамидной смолы. Отечественная поливинилацетат ная эмульсия содержит обычно 50% полимера и имеет рН 4—5. Введение в карбамидную смолу поливинилаце­татной эмульсии до некоторой степени эквивалентно действию кислого отвердителя (рН карбамидного клея, отверждаемого при нормальной температуре раствором щавелевой кислоты —5). Незначительная (0,5%) до­бавка щавелевой кислоты повышает скорость отвержде­ния карбамидно-поливинилацетатного клея. Отверждение при нормальной температуре происходит за 24—48 ч, а при повышенной (до 80°С) —за 5—10 мин. Более высо­кая температура вызывает расплавление поливинилаце — тата и ухудшает условия склеивания. Прочность клеевого соединения достигает при, склеивании древесины 45 кГ/см2 и незначительно снижается при вымачивании в воде комнатной температуры. Карбамидно-поливинилаце — татные композиции значительно более устойчивы к ста­рению, чем карбамидные клеи. Поскольку поливинилаце — татная эмульсия добавляется в карбамидную смолу в сравнительно небольших количествах, применение карба­мидно-поливинилацетатного клея экономически оправда­но. Одновременно с этим намечается тенденция к сниже­нию стоимости карбамидных смол в связи с развитием производства карбамида в больших масштабах для мине­ральных удобрений, животных кормов и других нужд народного хозяйства.

Г вмещая карбамидную смолу и латексы, можно получить кар но латексные клеи с повышенной эластичностью и несколько Кп ^ высокой водо — и теплостойкостью. Для этого вводят не менее оно/ латекса. Ниже дана рецептура двух карбамидно-латексных кле — из которых один (I) содержит латекс сополимера бутадиена и 6Б’ илметакрилата, а второй (II)—латекс сополимера метилметак — рилата и хлоропрена.

Компоненты клея: Содержание, вес. ч.

TOC o "1-3" h z I II

Смола МФ-17……………………………….. 100 100

Латекс ДММА-65-1 …………………….. 45-50 —

Латекс МХ-30 …………………………….. — 45—50

Щавелевая кислота (10%-ный вод­ный раствор) … 10—15 — Хлористый аммоний. . — 0,5—2,0

В строительстве карбамидные клеи применяют в ос­новном для склеивания древесины. Этому способствует простота обращения с ними, хорошая впитываемость клея в древесину, минимальное содержание летучих веществ, высокая скорость отверждения, относительно невысокая стоимость, обеспеченность сырьевой базой.