книги из ГПНТБ / Темкина Р.З. Синтетические клеи для деревообрабатывающей и строительной промышленности стенограмма лекции, прочитанной в ЛДНТП для работников деревообрабатывающей промышленности

Склеивание собранных деталей осуществляется в гидравличе­ ских, пневматических или винтовых прессах, а также в струбцинах.

Давление прессования, в зависимости от конструкции склеи­ ваемых материалов, может быть в пределах от 0,3 до 5 kzIcm2.

Минимальная продолжительность прессования при температуре 18—20° составляет 5—12 часов. Склеенные детали конструкции выдерживаются при нормальной температуре до начала их меха­ нической обработки в течение до 24 часов. Такая выдержка необ­ ходима для более полного отверждения клеевого соединения.

При работе с клеями холодного отверждения допускается также нагрев клеевого слоя при температуре не выше 60°. Склеивание с применением нагрева производится по специальным инструкциям.

4. КЛЕЯЩИЕ МОЧЕВИНО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫЕ СМОЛЫ

Клеящие мочевино-формальдегидные или карбамидные смолы

приобрели важное значение в фанерном и мебельном производстве.

В последние годы они все больше и больше начинают применяться и в строительном деле.

Обладая ценными техническими свойствами, мочевино-формаль-

дегидныс смолы зарекомендовали себя как высококачественные клеящие вещества. Применение их обеспечивает не только высо­ кую прочность склеивания древесины, но и повышение производи­ тельности труда, возможность механизации и автоматизации про­ цессов склеивания и фанерования. В отличие от феноло-формаль- дегидных смол, карбамидные смолы не требуют предварительной

19

подсушки клеевого слоя, нанесенного на склеиваемую поверхность древесины.

Значительным преимуществом клеев на основе мочевяно-фор- мальдегидных смол является большая скорость их отверждения при термическом воздействии по сравнению с феноло-формальде- гидными клеями. Работами ЦНИИФМ установлено, что процессы склеивания слоистой древесины с применением карбамидных смол

при обычном контактном нагреве в гидравлических прессах проте­ кают в 2—2,5 раза быстрее по сравнению со временем склеивания древесины водорастворимыми феноло-формальдегидными смолами. Особенно резко проявляется разница в скоростях склеивания дре­ весины карбамидными и феноло-формальдегидными клеями при нагреве в поле токов высокой частоты. Применение карбамидных клеев в этих условиях позволяет сократить цикл склеивания в 10— 20 раз.

Изделия из древесины, склеенные карбамидными смолами, от­ личаются высокой механической прочностью, биологической стой­ костью и значительной водостойкостью. Однако клеевые соедине­ ния из карбамидных смол проявляют меньшую устойчивость к на­

греванию и длительному воздействию влаги, чем таковые на основе феноло-формальдегидных смол.

Для повышения водо- и термостойкости мочевино-формальде- гидных смол их часто модифицируют меламином. Древесина, скле­

енная мочевино-меламино-формальдегидными смолами, проявляет большую устойчивость к действию переменной температуры и влажности, что особенно важно для клееных строительных кон­ струкций.

Общие закономерности процесса конденсации

мочевины с формальдегидом

Клеящие мочевино-формальдегидные смолы получаются при

взаимодействии мочевины с формальдегидом. Свойства мочевино-

формальдегидных смол зависят от условий проведения реакции — от pH среды, соотношения исходных веществ, температуры, про­ должительности конденсации и условий последующей обработки продуктов реакции. Начальными продуктами реакции взаимодей­ ствия мочевины и формальдегида являются монометилолмочевина и диметилолмочевина. Эти соединения обладают кристаллической структурой и хорошо растворяются в воде. Они образуются при сравнительно умеренной температуре в щелочной и нейтральной

среде в результате присоединения одной или двух молекул фор­

мальдегида к молекуле мочевины.

В условиях повышенной температуры (70—90е) и в кислой среде при pH = 4,5-^- 6,0 метилольные соединения мочевины легко реагируют друг с другом и с мочевиной с образованием смоло­

20

образных веществ. Процесс поликонденсации начальных продук­ тов реакции сопровождается выделением воды и формальдегида.

По своему составу смолообразные вещества являются смесью продуктов разной степени конденсации. Они обладают свойствами

коллоидных растворов различной вязкости и концентрации. Прове­ дение же реакции взаимодействия мочевины и формальдегида в сильнокислой среде при pH = 2-нЗ приводит к образованию аморфных, плохо растворимых соединений, непригодных в каче­ стве клеящих веществ.

В промышленности наибольшее распространение получили ме­ тоды приготовления мочевино-формальдегндных смол, основанные на проведении реакции вначале в нейтральной или щелочной среде, а затем в кислой, или вначале в кислой, а затем в нейтральной или слабощелочной. Используется также метод конденсации и в

щелочной среде. В зависимости от того, в какой среде протекает взаимодействие мочевины с формальдегидом, меняются свойства клеящей смолы — ее вязкость, консистенция, стабильность при хранении, скорость отверждения.

Смолы, полученные в щелочной среде, обладают пастообразной

консистенцией и поэтому они могут храниться не более

2—3 суток.

Клеящие карбамидные смолы, получаемые в среде с перемен­ ной кислотностью, обладают легкотекучей, сиропообразной кон­ систенцией и могут храниться более длительное время. Способность склеивать древесину не только при нагревании, но и без нагрева, на холоду обеспечивается проведением процесса конденсации не в щелочной среде, а в среде с переменной кислотностью. Для ре­ гулирования значения pH среды при взаимодействии мочевины с формальдегидом применяют различные вещества—основания, соли, органические и минеральные кислоты. Чаще всего применяют

едкий натр, гексаметилентетрамин (уротропин), аммиак, хлори­

стый цинк, серную и соляную кислоты, хлористый аммоний, му­ равьиную кислоту и др.

Важным фактором, оказывающим влияние на свойства гото­ вого продукта, является соотношение исходных компонентов. Для производства мочевино-формальдегидных смол молярные соотно­ шения мочевины и формальдегида обычно принимают равными

от 1 : 1,5 до 1:2. Это значит, что на каждые 100 весовые части мочевины в реакцию вводят от 200 до 266—270 весовых частей 40%-ного формалина.

Исследования показали, что по мере увеличения количества формальдегида в исходной смеси улучшаются адгезионные свой­ ства готовой смолы и повышается скорость ее отверждения. Однако наряду с этим увеличиваете^ и содержание в смоле свободного^

формальдегида.

Опыты показали, что качество смолы с точки зрения содержа­ ния в ней свободного формальдегида зависит также от порядка

введения в реакцию мочевины.

21

Из рис. 4 видно, чю в то время, как при одновременном добав­

лении к формалину всей мочевины получаемые продукты содер­

жали 1,3% свободного формальдегида, введение того же количечества мочевины в три приема приводило к снижению свободного

формальдегида почти в два раза.

Уменьшить содержание свободного формальдегида в готовой клеящей смоле можно также путем добавления мочевины в коли­

Различное действие температуры в пределах 60—90° объ­ ясняется различной скоростью вступления в реакцию мочевины, формальдегида и побочных превращений формальдегида. В про­ мышленности клеящие карбамидные смолы получают преимуще­ ственно при повышенной температуре (80—100°).

В связи с тем, что продукты мочевино-формальдегидной кон­ денсации, получаемые с применением 40%-ного формалина, содер­

жат около 50—55% воды, они являются низковязкими и поэтому

обладают большой пропитывающей способностью. В таком виде они не могут применяться в качестве клеящих веществ, но успешно используются как связующие в производстве древесно-стружечных плит, щитов и прессованных изделий.

Для получения клеящих смол требуемой вязкости и концентра­

ции смолообразные продукты конденсации частично обезвоживают

22

под вакуумом. Исследованиями установлено, чго оптимальными условиями для получения клеящих смол с содержанием сухих веществ от 55 до 70% являются: температура процесса — 60—65°С и остаточное давление в системе в пределах 60—100 мм рг. ст.

Рис. 5. Изменение содержания в продуктах конденсации свободного формальде­

Растворы смолы определенной концентрации и вязкости можно также вспенивать или высушивать распылением до порошкообраз­ ного состояния, а также использовать для получения пленочных

клеев путем пропитки бумаги смолой и последующей сушки.

Получение и свойства клеящих карбамидных смол

В деревообрабатывающей промышленности нашли применение мочевино-формальдегидные смолы различного назначения. Вакуу­ мированные смолы с содержанием сухих веществ 55—60% широко используются для склеивания фанеры, столярных и фанерных плит,

для склеивания и фанерования деталей и узлов мебели, музыкаль­ ных инструментов, футляров телевизоров и радиоприемников. С применением карбамидных смол производится изготовление гнутоклееных деталей и узлов мебели (царги, ножки для столов,

стульев и др.).

Для склеивания и фанерования многих мебельных деталей ши­ роко применяются пленочные карбамидные клеи.

На базе применения мочевино-формальдегидных смол, обла­ дающих большой скоростью отверждения, внедряются новые спо­

23

собы скоростного склеивания и фанерования деталей мебели,

склеивания строительных деталей при нагреве в поле токов высо­ кой частоты, электроконтактном и паровом обогреве.

Все большее значение приобретают пониженной концентрации и вязкости невакуумированные мочевино-формальдегидные смолы, применяемые как пропиточные и связующие средства в производ­ стве древесно-стружечных плит, щитов для корпусной мебели, из­ готавливаемых из измельченной древесины и отходов производ­ ства. Клеи на основе мочевино-формальдегидных смол нашли также применение для склеивания древесины холодным способом, ребросклёивания лущеного и строганого шпона, изготовления за­ мазок для заделки дефектов древесины и грунтовочных составов.

Наиболее широкое применение в промышленности получили мочевино-формальдегидные смолы марок МФ-17, МФС-’, М-4,

М-60, М-70, М-48 и пленочные клеи на основе смолы 1\4МПК.

Состав и основные свойства мочевино-формальдегидных смол

различного назначения приведены в табл. 3.

Смола МФ-17 конденсируется сначала в кислой, а затем в ще­ лочной среде в присутствии аммиачной воды. Содержит не менее

,70% сухих веществ. Имеет в своем составе стабилизатор-диэги- ленгликоль. Вязкость смолы колеблется в пределах 30—150°ФЭ. Смола МФ-17, входящая в состав клея К-17, при температуре не выше 20° может сохраняться в течение 4—6 месяцев. Она приме­ няется для склеивания и фанерования древесины при повышенной температуре и без нагрева.

Состав клея К-17

натра. Содержит 55—60% сухих веществ. Обладает пастообразной консистенцией и поэтому не может храниться более 2—3 суток. Применяется для склеивания и фанерования древесины только при

нагревании.

Состав клея МФС-1

(в вес. частях)

раствора хлористого цинка. Готовая смола содержит 55—60% сухих веществ. Вязкость смолы М-4 должна быть в пределах 40—60 сек.

по воронке ВЗ-4, продолжительность хранения — 14—30 суток.

24

Свойства смолы

Применяется для склеивания и фанерования древесины горячим и

холодным способами.

Смола М-60 конденсируется в среде с переменным значением pH, от 7,5—8,0 до 6,0. Для создания требуемой величины pH среды применяются растворы едкого натра и хлористого аммония. Нева-

куумированная смола М-60 содержит 48+3% сухих веществ. Она известна под маркой смолы М-48. Эту смолу с добавкой 0,5—1,0%

хлористого аммония применяют в качестве связующего вещества в производстве древесно-стружечных плит, мебельных щитов и других изделий, получаемых из отходов древесины методом горя­ чего прессования под давлением.

Срок хранения смолы М-48 составляет 10—12 месяцев.

Смола М-60 характеризуется содержанием 60+3% сухих ве­ ществ. Вязкость ее может быть различной. Для склеивания фанеры вязкость смолы М-60 должна быть не ниже 1,5 минут истечения по воронке ВЗ-4, а для фанерования мебельных деталей можно приме­

нять смолу с вязкостью 40—60 сек. Срок хранения ее при 20° со­ ставляет 2—3 месяца. Ниже приводится состав для склеивания и фанерования древесины горячим и холодным способами.

Соответствующие значения pH среды устанавливаются с примене­ нием 40 %-кого раствора едкого натра и 20%-ного раствора хло­ ристого аммония. При содержании 67—70% сухих веществ смола М-70 обладает большой скоростью отверждения. Сроки хранения смолы при 20° — 3—4 месяца. Смолу М-70 применяют для ско­ ростных процессов склеивания и фанерования, особенно при нагре­ вании в поле токов высокой частоты и контактном электроподо­ греве. Смола М-70 применяется также для склеивания древесины при нормальной температуре, без нагрева.

Состав клея М-70

26

В клей М-70 можно добавлять мочевину в количестве 3% от веса смолы.

Смолы ММС и ММ ПК являются продуктами совместной кон­ денсации мочевины и меламина с формальдегидом. Клеящая мо- чевино-меламино-формальдегидная смола ММС 60 %-ной концен­ трации применяется для склеивания, фанерования мебельных дета­

лей, для склеивания деревянных строительных конструкций.

Клеевой шов на основе смолы МААС водостоек и выдерживает длительное воздействие переменных атмосферных условий.

Пропиточная мочевино-меламино - формальдегидная смола ММПК, содержащая 44—48% сухой смолы, используется для

изготовления пленочных клеев.

Отверждение клеящих мочевино-формальдегидных смол

Подобно феноло-формальдегидным смолам резольного типа, продукты конденсации мочевины с формальдегидом в процессе от­ верждения претерпевают три стадии превращения — начальную Л, промежуточную В и конечную С.

Соединения начальной стадии представляют собой гидрофиль­

ные коллоидные растворы полностью или частично растворимые в

воде. Эти соединения при дальнейшем нагревании переходят в состояние В. Образующиеся на второй стадии продукты плохо растворимы в воде, но способны еще размягчаться при нагрева­ нии. В конечной стадии С смолы находятся з отвержденном со­ стоянии, не плавятся и не растворяются в воде.

Для быстрого и более полного превращения карбамидных смол

внеплавкое и нерастворимое состояние при склеивании древесины

всмолу вводят специальные отверждающие средства — отверди­ тели. В качестве отвердителей применяют вещества, обладающие кислыми свойствами, способные повышать концентрацию водород­ ных ионов в смоле. К ним относятся аммонийные соли сильных кислот, щавелевая, молочная, лимонная кислоты и др. Наиболее широко в качестве отвердителя применяется хлористый аммоний.

Врезультате добавления хлористого аммония снижается pH кар­ бамидных смол, что в условиях повышенной температуры приво­ дит к быстрому переходу смолы в неплавкое и нерастворимое со­

стояние. Установлено, что количество добавляемого хлористого аммония оказывает сильное влияние на длительность процесса утверждения смолы. С увеличением содержания в смоле хлори­ стого аммония, повышается активная кислотность среды и тем самым ускоряется протекание завершающей стадии реакции поли­

конденсации.

На рис. 6 показано изменение длительности отверждения кар­ бамидных смол разных марок при одинаковых условиях нагрева­ ния (100°С) в зависимости от количества хлористого аммония.

27

Из рис. 6 видно, что для всех исследуемых типов карбамидных смол наименьшая длительность отверждения достигается при наи­ большем количестве хлористого аммония.

Изменение скорости отверждения при изменении количества хлористого аммония в условиях опыта сравнительно велико. Так,

например, если при 0,2% NH4C1 время отверждения для смолы

количества хлористого аммония было обнаружено, что влияние последнего имеет другой характер. Как показали исследования,

время, необходимое для образования прочного клеевого соедине­

ния, вначале с увеличением количества отвердителя до 1 —1,5%

уменьшается, а при дальнейшем увеличении его, например до 5%, резко возрастает.

Для иллюстрации на рис. 7 приведены результаты опытов по склеиванию из лущеного шпона толщиной 1,5 мм однолистных 3-слойных пакетов смолой М-60 при температуре плит пресса 150° и удельном давлении 20 кг/см2. Подобные результаты полу­ чены и для других марок карбамидных смол, а также при склеи­ вании древесины в условиях высокочастотного нагрева.

Повышенное содержание в смоле хлористого аммония приво­

дит к соответствующим изменениям коллоидной структуры смолы

28