Эксплуатационные требования к клеям – способность склеивать и прочно удерживать склеенные материалы. Первое свойство оценивается адгезией к древесине, то есть связью между клеем и подложкой. Второе – когезией, то есть связью между частицами внутри данного клея. К эксплуатационным требованиям относятся также водостойкость, влагостойкость (атмосферостойкость), биостойкость, термостойкость, эластичность, нейтральность к древесине (не разрушать ее), долговечность.
Клей – вещество, способное при определенных условиях переходить в твердое состояние, прочно удерживая при этом соединенные материалы.
В деревообрабатывающей промышленности применяются в качестве клеевых веществ высокомолекулярные соединения природного и синтетического происхождения.
К природным соединениям относятся: целлюлоза, каучуки, глютин, получаемый из подкожного слоя, костей и хрящей животных, казеин, получаемый из молока, и альбумин, – из крови животных. Эти клеи являются клеями животного происхождения, еще их называют белковыми.
К синтетическим полимерам относятся синтетические смолы. По способу получения они делятся на две основные группы.
Конденсационные образуются в результате реакции поликонденсации не менее двух химических веществ. Это карбамидоформальдегидные смолы (КФС), фенолоформальдегидные (ФФС), меламиноформальдегидные, карбамидомеламиноформальдегидные, резорциноформальдегидные.
Полимеризационные образуются в результате реакции полимеризации одного или нескольких веществ мономеров. Это поливинилацетатная дисперсия, полихлорвинил, синтетические каучуки.
Наибольшее распространение в деревообрабатывающей промышленности получили карбамидоформальдегидные смолы и клеи на их основе.
Эти клеевые соединения неустойчивы к одновременному воздействию тепла и влаги, поэтому не применяются при эксплуатации в атмосферных условиях. Наиболее распространенными являются следующие марки смол: КФ-О; КФ-Ж; КФ-Б; КФ-БЖ; малотоксичные КФ-01, КФ-02, КФ-НФП, СК-75, КФ-МТ-15 КП.
Карбамидоформальдегидные жидкие смолы имеют ограниченный срок хранения, так как в них не прекращается процесс конденсации, приводящий к повышению вязкости, поэтому существуют порошкообразные смолы, которые получают высушиванием жидких в определенных условиях до твердого состояния. Они значительно дольше сохраняют свою жизнеспособность, удобны при транспортировке, приготовление клеев не вызывает затруднений. Высушивание производится путем распыления смолы в потоке горячего воздуха. Срок хранения 2-3 года.
Наиболее распространенный тип клеев на основе карбамидоформальдегидных смол – двухкомпонентные: смола и отвердитель.
Клеи холодного отверждения приготавливаются с использованием растворов кислот (щавелевой, ортофосфорной и др.). На 100 массовых частей (м.ч.) смолы берется от 4 до 10 м.ч. кислоты (5…10 % раствора), то есть количество отвердителя устанавливается для каждой партии смолы.
Для горячего отверждения чаще всего используют хлористый аммоний (NH4Cl) в соотношении смолы к отвердителю в м.ч. 100 : 1. При взаимодействии формальдегида с NH4Cl образуется соляная кислота, что вызывает увеличение кислотности. При концентрации водородных ионов 2,5…4,0 происходит желатинизация клея.
Фенолоформальдегидные смолы обеспечивают получение наиболее прочных и водоупорных клеевых соединений, способных переносить переменные воздействия температуры и влажности.
Вместе с тем отметим недостатки: высокая стоимость сырья, повышенная токсичность, темный цвет клеевого шва и др.
В зависимости от назначения фенольные смолы могут быть клеящие и пропитывающие. Клеящие смолы из-за высокой стоимости сырья изготавливают раздельно для горячего и холодного склеивания.
Наибольшее применение получили следующие марки смол для горячего склеивания:
СФЖ-3011 – смола высокотоксичная, водорастворимая, обеспечивает получение клеевых соединений высокой прочности и водостойкости. Используется как однокомпонентный клей, то есть не требует отвердителя. Обязательно подсушивание клеевого слоя после нанесения на склеиваемую поверхность.
СФЖ-3013 – смола водорастворимая, ограниченной токсичности, используется для склеивания фанеры ФСФ повышенной водостойкости без подсушки намазанных серединок шпона. Клей на основе смолы СФЖ-3013 многокомпонентный.
СФЖ-3014 – водорастворимая,атмосферостойкая, предназначена для производства ДСтП и ДВП.
С-50 – водорастворимая, отличается низкой вязкостью и высоким содержанием свободного фенола. Используется как пропиточная для изготовления специальной клеящей пленки.
СБС-1 – (лак бакелитовый) спирторастворимая. Ее применяют при изготовлении бакелизированной фанеры и древеснослоистого пластика, а также для производства пленочного клея (бакелитовой пленки).
В состав многокомпонентных клеев входят наполнители и ускорители. Наполнители – мел, древесная мука, лигнин, пшеничная мука и др. Ускорители – параформ, резоцин, уротропин, резорциноформальдегидная смола Р-1. Едкий натр уменьшает содержание свободного фенола.
Пленочные фенольные клеи (пленка бакелитовая) изготавливаются на основе пропиточных смол С-50, СБС-1 и бумаги. Бакелитовая пленка представляет собой сульфатную бумагу толщиной 30…40 мкм, массой 1 м2 – 18…22 г, пропитанную смолой С-50. Для изготовления пленочного клея бумагу пропитывают смолой на пропиточной машине и подсушивают в сушильном агрегате для удаления влаги и частично летучих веществ. Поликонденсация клея при этом углубляется, но он сохраняет клеящие свойства, растворимость и способность плавиться при повышенной температуре.
Фенолоформальдегидные смолы холодного отверждения отличаются более высоким содержанием сухих веществ, повышенными вязкостью и содержанием свободного фенола и формальдегида. Они применяются для склеивания при нормальной температуре и с подогревом массивной древесины.
Для отверждения этих смол необходим отвердитель - керосиновый контакт или бетанафталинсульфокислота, наполнители - древесная мука, лигнин.
Марки смол холодного отверждения: СФЖ-309; СФЖ-3016; СФЖ-3015, ВИАМ Ф-9. На 100 м.ч. смолы – 20…25 м.ч. отвердителя.
Меламиноформальдегидные и карбамидомеламиноформальдегидные смолы соединяют в себе положительные свойства карбамидных и фенольных смол. Обладают способностью переходить в нерастворимое и неплавкое состояние, высокой водо-, свето-, тепло- и химической стойкостью. Имеют минимальную продолжительность желатинизации при температуре больше 100 оС, дают бесцветный клеевой шов, обладают меньшей, чем у фенольных смол, токсичностью.
Но широкому применению меламиноформальдегидных смол препятствует высокая стоимость исходного продукта – меламина.
Марки:
МС - меламиноформальдегидная смола, используется при производстве водостойкой фанеры. В связи с высокой стоимостью и ограниченным сроком хранения смола МС практически не применяется.
МП- меламиноформальдегидная смола, используется для пропитки сульфитной бумаги, декоративной бумаги, применяемой для отделки древесных плит и фанеры.
ММС – карбамидомеламиноформальдегидная смола, отличается более высокой водостойкостью по сравнению с карбамидной смолой и в то же время является более дешевой, чем чистые меламиновые смолы. Клей на основе этой смолы пригоден для склеивания в поле ТВЧ, для склеивания фанеры повышенной водостойкости.
Смола ММП - карбамидомеламиноформальдегидная смола, (водная) пропиточная смола, предназначена для отделочной пленки, а также для пропитки текстурной и кроющей бумаги, применяемых в производстве декоративной фанеры.
ММПК - карбамидомеламиноформальдегидная (безводная) смола, используется для пропитки декоративной бумаги и бумаги-основы, применяемых для отделки древесных плит и фанеры.
Резорциноформальдегидные смолы можно применять для получения клеев горячего и холодного склеивания. По своим адгезионным свойствам, водостойкости, стойкости к атмосферным воздействиям, биологической стойкости резорциноформальдегидные клеи отвечают высоким требованиям, предъявляемым в производстве фанеры повышенной водостойкости, строительных деревянных конструкций, лыж и других видов клееной продукции. Однако в связи с высокой стоимостью резорцина их применение ограничено, экономически выгоднее использовать резорциновые смолы в качестве добавок к фенолоформальдегидным смолам в качестве ускорителей отверждения. Примером является водорастворимая резорциноформальдегидная смола Р-1.
В связи с высокой стоимостью и дефицитностью резорциновых смол в последнее время нашли применение менее токсичные и более дешевые фенолоалкилрезорциновые и алкилрезорциновые смолы - ФР-12, ФР-100, ФРФ-50, ДФК-1АМ, ДФК-14.
Поливинилацетатная дисперсия (ПВАД) – водная дисперсия поливинилацетата – жидкость белого цвета, состоящая из мелких частиц поливинилацетата размером 1…3 мкм, растворенных в воде. При концентрации ПВАД 50 % концентрация водородных ионов равна 4,5…6.
ПВАД обладает высокой клеящей способностью, химической нейтральностью, быстро затвердевает при нормальной температуре и может склеиваться при минимальном давлении. Клеевой шов не затупляет режущий инструмент.
Максимальная прочность достигается при 100 м.ч. ПВАД на 8…10 м.ч. пластификатора.
Недостатками ПВАД являются размягчение клеевого шва под воздействием влаги и при температуре менее 40 оС, возникновение явления текучести под действием длительной нагрузки.