Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический

университет»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ

В ДЕРЕВООБРАБОТКЕ

Методические указания к лабораторным работам

Казань

КГТУ

2007

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический

университет»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ

В ДЕРЕВООБРАБОТКЕ

Методические указания к лабораторным работам

2007

Казань

Составители: доцент П.А. Кайнов

проф. Р.Г. Сафин

доцент Р.Р. Сафин

доцент И.А. Валеев

ассист. Р.Р. Хасаншин

ассист. П.А. Кайнов

Технология применения полимеров в деревообработке: методические указания к лабораторным работам / сост.: П.А. Кайнов [и др.]. – Казань: Изд-во КГТУ, 2007. – 92 с.

Рассмотрены современные методы испытаний клеевых материалов и практические приёмы их проведения.

Предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 260200 «Технология деревообработки» и 170400 «Машины и оборудование лесного комплекса».

Подготовлены на кафедре «Переработка древесных материалов».

Печатаются по решению методической комиссии института химического и нефтяного машиностроения.

Рецензенты:

Введение

В современных условиях комплексное использование древесины невозможно без применения клеевых материалов. Так, на производство древесностружечных плит в России и странах ближнего зарубежья расходуется около 900 тысяч тонн синтетических смол, для производства фанерной продукции - около 200 тысяч тонн. Наиболее широко в производстве клееных материалов применяются феноло- и карбамидоформальдегидные смолы. Так, в США для изготовления фанеры расходуется 43% общего объема фенольных смол, а для производства древесностружечных плит – 75% всех карбамидных смол, производимых в США, для чего используется 30% формальдегида, 9% всего объема карбамида и 2% меламина. В нашей стране 75% фанеры изготавливают на карбамидоформальдегидных смолах и 17% - на фенолоформальдегидных клеях.

В последнее время большое внимание уделяется использованию воднодисперсионных клеев, особенно на основе дисперсии поливинилацетата (ПВА). В нашей стране для производства клеев используется около 80% ПВА, в США- 36%, Англии - 30%, в Германии – 52%.

Серьезным недостатком синтетических клеев является их токсичность. Основными токсичными веществами в производстве синтетических смол, применяемых в деревообработке, являются фенол, аммиак и формальдегид. Массовая доля свободного фенола и формальдегида, присутствующих в клеях, лежит в довольно широких пределах. Например, массовая доля свободного фенола для смолы СФЖ-3014 составляет 0,1%, а для смолы СФЖ-309 – 20%; массовая доля свободного формальдегида для СФЖ-3014 – 0,15%, а для СФЖ-3016 – 4%.

Токсичны и высококачественные фенолорезорциновые клеи. Содержание свободного фенола (%) в этих клеях следующее:

Раккол – ФР (ФРГ) – 100 – 15,3; Томарсинол – 5415 (Финляндия) – 6,0; Софракол РФ – 7010 (Франция) – 5,5; Аэродукс – 185 (Швейцария) – 18. Наши же клеи этого класса – ФРФ -50 и ДФК – 14 содержат соответственно 5,3 и 4,0% свободного фенола.

Токсичным агентом в карбамидных клеях является формальдегид, доля которого не должна превышать 1%.

Принятые сокращения:

КФС – карбамидоформальдегидные смолы;

ФФС – фенолоформальдегидные смолы;

МФС – меламиноформаледигные смолы;

РФС – резорциноформальдегидные смолы;

ПВАД – поливинилацетатная дисперсия.

Общие сведения о клеях и склеивании

Клей представляет собой вещество определенного состава, обладающее свойством склеивать однородные (древесина – древесина) или разнородные (древесина – металл) материалы.

Состав (композиция) клея определяется количеством ингредиентов, входящих в него, т.е. рецептурой. Основой клея (основной ингредиент) является связующее – вещество, непосредственно участвующее в процессе склеивания и образующее клеевой (сухой) слой между склеиваемыми материалами. Как правило, в производстве клееных материалов используются жидкие клеевые составы, в которых вторым ингредиентом является растворитель (вода, спирт, ацетон, бензин, этил- и бутилацетаты и др.). Они обеспечивают заданную концентрацию клея. В деревообработке используют также клеи, не требующие растворителей, например клеи-расплавы.

Применяют в качестве добавок и вспомогательные вещества, придающие клеям определенные свойства. Ими являются клееобразователи, отвердители, наполнители. пластификаторы и т.п.

Клееобразователи – вещества, способствующие переходу раствора в устойчивое коллоидное состояние. Такие вещества (известь гашеная, силикат натрия, щелочь, аммиак и др.) используют для клеев на основе растительных и животных белков.

Отвердители – вещества, выполняющие функции ускорителей реакций перехода клея из жидкого состояния в твердое. Для карбамидных смол это хлористый аммоний, щавелевая, молочная и лимонная кислоты, для фенолоформальдегидных смол – параформ, керосиновый контакт и др.

Наполнители представляют собой порошкообразные материалы или волокна (древесная мука, каолин, асбест, стекловолокно и др.). Критерием требуемого количества наполнителя служит, как правила, вязкость клея. Для каждого клея существует свой оптимум наполнителя.

Пластификаторы – вещества, добавляемые в клей для придания ему после отверждения пластических свойств. К ним относят этиленгликоль, глицерин и др.

Стабилизаторы – вещества, добавляемые в клей для повышения срока его использования, сохранения вязкости, жизнеспособности и т.п. Ими являются ацетон, спирт и др.

Антисептики – вещества, вводимые в клей для придания ему биостойкости, так как в клеях животного или растительного происхождения белки являются питательной средой для микроорганизмов. Антисептиками могут быть фенол и его производные, формалин, фтористый натр, вещества, содержащие серу и т.д.

Антипирены – вещества, повышающие огнезащитные свойства отвержденного клея. К ним относят некоторые соли аммония, соединения сурьмы и др.

Тиксотропные добавки (аэросил, силикаты алюминия и кальция, бентонит и др) предназначены для придания клею способности удерживаться на вертикальной поверхности, не стекая с нее.

Вспенивающие добавки (альбумин, сапонин, полисилоксаны и др.) используют для вспенивания клеев, что позволяет снизить впитываемость клеев, т.е. достичь их экономии.

Могут использоваться и другие добавки, исходя из конкретных задач применения клеев. Установление оптимальных их рецептов является важнейшей технологической задачей.

Существует значительное количество клеев, применяемых в промышленности, причем число их постоянно растет. В связи с этим возникает необходимость в их классификации. Для этого используют различные признаки. Например, классифицируют по способности склеивать те или иные материалы (клеи для древесины, клеи для металлов и т.д.). Иногда клеи делят на конструкционные и неконструкционные, в зависимости от способности воспринимать клеевым соединением силовые нагрузки. Предлагают классифицировать и по стойкости к действию температур, по способу отверждения и т.д.

Клеи, применяемые в деревообрабатывающей промышленности, классифицируют по следующим признакам: происхождению связующего вещества, внешнему виду, водостойкости, по отношению к нагреванию и условиям склеивания.

Клеи по происхождению связующего делят: на синтетические, которые подразделяют на поликонденсационные (фенолоформальдегидные, карбамидоформальдегидные и др.) и полимеризационные, получаемые в результате реакции полимеризации (поливинилацетатные, полиакриловые и др.); натуральные, которые подразделяют на клеи животного происхождения, получаемые из белков крови, хрящей, костей, молока животных, отходов рыбоконсервной промышленности (казеиновые, мездровые и др.), и клеи растительного происхождения, получаемые из растительных белков и клетчатки (соевые, крахмал и др.).

По внешнему виду клеи делят на жидкие, порошкообразные, пленочные, гранулированные.

По водостойкости клеевых соединений клеи бывают следующих видов:

- клеи высокой водостойкости (выдерживают кипячение в воде в течение 3 ч);

- клеи повышенной водостойкости (выдерживают кипячение в воде в течение 1 ч);

- клеи средней водостойкости (выдерживают вымачивание в воде в течение 24ч);

- клеи неводостойкие (не выдерживают воздействия воды).

По отношению отвержденного клея к нагреванию клеящие вещества подразделяются: на термореактивные (при повышенных температурах сохраняют свои свойства – не размягчаются, не расплавляются); термопластичные (при повышенных температурах размягчаются и затвердевают при охлаждении, например клеи-расплавы).

По условиям склеивания клеи делят на клеи холодного склеивания, клеи отверждающиеся при нормальной температуре, и клеи горячего склеивания, отверждающиеся при нагревании.

Исходя из условий получения смол и клеев, их применения в технологическом процессе, изготовления и использования клееных материалов, к ним предъявляются эксплуатационные, технологические и экономические требования.

Эксплуатационные требования предполагают удовлетворение клеев тем условиям эксплуатации, в которых будет использоваться клееный материал. Клей должен: обеспечивать высокую прочность склеивания, которая не должна существенно уменьшаться с течением времени эксплуатации, т.е. соединение должно быть долговечным; обеспечивать водостойкость и влагостойкость клеевого соединения, т.е. его прочность не должна снижаться от воздействия воды и влаги из воздуха; быть биостойким, не разрушать волокна древесины и не изменять ее цвет. После отверждения клей должен быть термостойким, т.е. не снижать прочность соединения при воздействии температуры. Клей должен обеспечивать эластичность клеевой прослойки, так как при эксплуатации возможны деформации склеенного материала, отвержденный клей не должен обладать абразивными свойствами, иначе будет затупляться инструмент. Могут предъявляться и другие требования к клеям – огнестойкость, бензостойкость, маслостойкость и др.

Технологические требования к клею: должен просто приготовляться; хорошо наноситься на склеиваемые поверхности принятым способом и смачивать их; вязкость клея должна обеспечивать требования технологии; должен иметь оптимальную скорость отверждения и отверждаться при невысокой температуре, так как высокая температура может изменять цвет древесины, ее влажность, повышать упресовку и коробление материала. Возможны и другие требования, например, высокие диэлектрические свойства, необходимые при склеивании в поле ТВЧ, и т.д.

Экономические требования: не должен быть дефицитным и дорогим; для его приготовления должно использоваться стандартное оборудование; расход его на единицу продукции должен быть минимальным; должен обеспечивать высокую производительность оборудования.