Клеящие вещества и материалы

Склеивание — процесс образования адгезионного соединения (соединения двух частей или деталей материала), применяется как в производстве товаров народного потребления, так и в быту — наклеивание обоев, ремонт обуви, мебели, склеивание фарфора, кожи, тканей, герметизация швов и трещин строительных конструкций.

К клеящим материалам относят клеи, липкие ленты и клей-герметики.

1. Клеи

— это адгезивы, которые применяют для соединения различных материалов за счет образования прочной связи пленки клея с поверхностями склеиваемых материалов. Наряду с традиционными клеями большое распространение получают клеи-герметики, служащие для уплотнения и защиты различных бытовых изделий и предметов от воздействия воды, воздуха, агрессивных сред и тепла.

Адгезионное соединение формируется за счет различных процессов:

испарения органических растворителей или воды из клея-раствора, например, нитроцеллюлозного клея, силикатного клея;
за счет химических реакций между компонентами клея, в частности за счет реакции сшивания макромолекул (эпоксидный клей);
за счет охлаждения массы клея (клей-расплав).

Основным показателем качества клея является его адгезионная, или клеящая, способность, она определяется по прочности соединения двух стандартных образцов различными методами на сдвиг, скалывание, отслаивание.

Вязкость характеризует текучесть клея, от вязкости зависит сохранность клея. Определяется показатель вязкости по времени истечения определенного объема клея на приборах различной конструкции, называемых вискозиметрами. Клей не способен выполнять свою основную функцию — склеивание, если он теряет текучесть (кроме клея-расплава).

Универсальность — это способность клея склеивать широкий круг материалов различной природы, она определяется химическим составом клея. К универсальным клеям относят клеи на основе синтетических смол.

Химическая стойкость клея определяется отношением клеевого вещества к действию воды, кислот, щелочей, органических растворителей.

Термическая стойкость клеевого соединения характеризуется его стойкостью к перепадам температуры при кратковременном и длительном воздействии.

Безопасность клеев определяется безвредностью их компонентов для человека. Для клеев, содержащих цианоакрилаты на маркировке дается информация: «Цианоакрилат. Опасность. Схватывает кожу и глаза моментально. Хранить в недоступном для детей месте».

Сохраняемость клеев способность клея сохранять свои функциональные свойства в заданных пределах в течение определенного времени. Это время называется сроком хранения клея и совпадает со сроком годности.

Для многокомпонентных клеев с отвердителями (например, эпоксидных) важным свойством является жизнеспособность — время в течение которого клей, полученный смешением отдельных упаковок, пригоден для использования непосредственно перед применением. Жизнеспособность многокомпонентных синтетических клеев обычно равна 1,5—2 ч и в зависимости от вида клея может быть от нескольких секунд (цианоакрилаты), минут до нескольких часов.

2. Состав клеев.

В состав клеев входит основа клея и растворители.

В качестве растворителей используются вода или органические соединения: ацетон, этиловый спирт, бензин, хлорпроизводные, ароматические соединения.

Пластификаторы (дибутилфталат, диоктилфталат) применяются для повышения пластичности и (или) эластичности клеевых составов.

По природе клеящего вещества клеи бывают природного, искусственного или синтетического происхождения, органической или неорганической природы. Природные клеи бывают животного, растительного происхождения и минеральные. Природные клеи (казеиновый и декстриновый) обладают низкой водостойкостью, однако их достоинство — гигиенические и экологические свойства. Они разрешены для использования в материалах, контактирующих с пищевыми продуктами (склеивание пакетов, пачек, коробок). Основой клеев животного происхождения являются белковые вещества: коллаген (в мездровом и костном клеях) и казеин (в казеиновом клее). Мездровый и костный клеи называют коллагеновыми клеями.

Основой распространенных клеев растительного происхождения является крахмал (картофельный, кукурузный) и продукты его переработки (декстрин). К минеральным клеям относят силикатный и асфальтобитумные клеи. Силикатный клей — это концентрированный водный раствор силикатов натрия и калия (растворимое или жидкое стекло) переменного состава.

К органическим клеям относятся композиции на основе природных и синтетических полимеров.

Синтетические клеи получают на основе синтетических термореактивных и термопластичных смол и каучуков. Синтетические клеи классифицируют и называют по природе полимерной основы. Из эфироцеллюлозных клеев для бытовых целей применяют клеи на основе карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), водные растворы которой используют в качестве обойного клея.

В состав клеев входят растворители — вода или органические соединения. В качестве органических растворителей используют ацетон, этиловый спирт, бензин, хлорпроизводные, ароматические соединения; пластификаторы (дибутилфталат, диоктилфталат); наполнители для уменьшения усадки при затвердевании клеевого слоя и повышения его прочности (кварцевый песок, каолин, мел). В клеи из ненасыщенных смол вводят отвердители, катализаторы, которые в продажу поступают в отдельной упаковке.

Наполнители — важные компоненты клеев, которые обеспечивают необходимую вязкость клея, уменьшают усадку при затвердевании клеевого слоя и повышают его прочность (кварцевый песок, каолин, мел и др.).

Отвердители входят в состав клея на основе ненасыщенных (термореактивных) смол. Вместе с ними используют катализаторы (ускорители) процесса отверждения. Они поступают в продажу в отдельной упаковке (двухупаковочные). Пленки термореактивных клеев при нагревании отвердевают необратимо.
Загустители и разбавители используют для регулирования вязкости клеев.
Стабилизаторы добавляют в клеи для повышения стойкости клеевых соединений к внешним воздействиям в процессе эксплуатации.

Для повышения жизнеспособности клеев растительного и животного происхождения, которые в водных растворах могут подвергаться процессам бактериального загрязнения, в них вводят антисептики. В полимерные клеи для повышения их стойкости к внешним воздействиям добавляют стабилизаторы.

3. Классификация клеев.

Классификация клеев проводится по условиям склеивания, характеру склеивания, водостойкости клеевого соединения, по агрегатному состоянию, назначению и наименованию основы клея. По условиям склеивания клеи делят на контактные (склеивание без приложения давления) и липкие (постоянно липкие) — адгезивы, чувствительные к давлению. По характеру склеивания термореактивные клеи бывают холодного и горячего отверждения.

По водостойкости клеевого соединения клеи бывают высоководоупорные (кипящая вода), водоупорные (вода комнатной температуры) и нестойкие к холодной воде (клеи растительного и животного происхождения).

По агрегатному состоянию клеи бывают твердые (кусочки, прутки, хлопья (КМЦ-клей) и жидкие — в виде растворов (силикатный) или дисперсий (ПВА-эмульсия). Большое распространение получили клеи — расплавы. Это термопластичные безрастворные клеи с использованием сополимера СЭВА (этилен с винилацетатом), которые становятся текучими при повышенной температуре и твердыми при комнатной.

По назначению бытовые клеи подразделяются на четыре подгруппы:

клеи хозяйственного назначения (клей обойный «МЦ», «Бустилат-М», клей обойный ПВА, клей «Gluetec»);
клеи специального назначения (клей столярный, резиновый);
универсальные (БФ, эпоксидный клей, клей 88-СА, Super Glue (Супер клей 25), ПФ-14);
канцелярские (ПВА, силикатный, казиновый).

Клеи природные называют по природе клеящей основы — казеиновый, мездровый, силикатный.

Синтетические клеи различаются по природе полимерной основы. Из эфироцеллюлозных клеев для бытовых целей применяют клеи на основе нитроцеллюлозы. В качестве клеящего вещества применяют также простой эфир целлюлозы и гликолёвой кислоты — карбоксиметилцеллюлозу, водные растворы которой используют в качестве обойного клея. Достоинствами нитроцеллюлозных клеев являются их быстрое высыхание и высокая влагостойкость клеевых соединений; недостатком нитроцеллюлозных клеев является их высокая горючесть. Нитроцеллюлозные клеи часто применяют для склеивания кожи и ткани, особенно при пошиве и ремонте обуви.
Термореактивные синтетические клеи вырабатывают преимущественно из полиэфирных и эпоксидных смол. В большинстве случаев они представляют собой сиропообразные растворы этих смол в органических растворителях, их выпускают одно- и многокомпонентными. Однокомпонентные клеи поступают в продажу в готовом виде. Феноло-формальдегидные смолы в спиртовых растворах (клеи БФ) в настоящее время используют ограниченно вследствие токсичности фенола и формальдегида. Пленки термореактивных клеев при нагревании отвердевают необратимо.
Многокомпонентные клеи (обычно двухкомпонентные) содержат смолу и отвердитель, который добавляют к раствору смолы перед употреблением клея. Выпускают клеи горячего и холодного отверждения, отличающиеся по составу.
Мочевино-формальдегидные клеи (синтетические столярные) в отличие от феноло-формальдегидных применяют в виде водных растворов. По сравнению с феноло-формальдегидными клеями они имеют ряд преимуществ: бесцветны, светостойки и менее токсичны, но по прочности склеивания и водостойкости уступают феноло-формальдегидным.
Клеи на основе эпоксидных смол приобретают все возрастающее значение. Они отличаются исключительно высокой адгезионной способностью ко многим материалам, создают очень прочные клеевые соединения и применяются для самых разнообразных целей. Они считаются универсальными.
Поливинилацетатные смолы широко применяют для изготовления клеев в виде водных эмульсий (ПВА канцелярский, ПВА-М). Поливинилхлоридные клеи (ПВХ) используют для наклеивания линолеума.
Резиновые клеи получают растворением синтетических каучуков (бутадиенового, дивинил-стирольного и др.) или сырых резиновых смесей в бензине. Растворы сырых резиновых смесей используются для ремонта автопокрышек с последующей горячей вулканизацией.
на основе олигоэфиракрилатов (анаэробные клеи), эмульсий акриловых мономеров (эмульсионные);
специальные цианакрилатные клеи, например Super GLUE 25 (супер клей 25) которые обладают прочностью, оптической прозрачностью и очень высокой адгезией к коже человека. Последнее обстоятельство требует осторожности при работе с ними.
Мочевино-формальдегидные (синтетические столярные) клеи в отличие от фенолоформальдегидных применяют в виде водных растворов. По сравнению с фенолоформальдегидными клеями они имеют ряд преимуществ: бесцветны, светостойки и менее токсичны, но по прочности склеивания и водостойкости уступают фенолоформальдегидным. Меламино-формальдегид-ные клеи применяют в производстве ламинированных древесных (мебельных) плит.
Поливинилацетатные (ПВА) клеи — эмульсионные клеи находят широкое применение (канцелярский, обойный, для наклеивания линолеума и др.). Водно-эмульсионные клеи могут быть получены на основе сополимеров винилацетата с винилхлоридом, эфирами акриловой и метакриловой кислот.
Эпоксидные клеи отличаются исключительно высокой адгезионной способностью ко многим материалам, химической инертностью, создают прочные клеевые соединения, а шов обладает низкой усадкой. Клеи являются универсальными, применяются как в быту, так и в промышленности.

Получение клеев:

Полиэфирные клеи получают с использованием олигомеров эфиров многоосновных кислот и многоатомных спиртов в комбинации с мономерами стирола, винилацетата и др. Клеи имеют высокую термостойкость и прочность.
Резиновые клеи получают растворением натуральных, синтетических каучуков (бутадиенового, дивинил-стирольного и др.) или сырых резиновых смесей в бензине.
Термореактивные синтетические клеи вырабатывают из акриловых, полиэфирных, эпоксидных смол, фенолоформальдегидных олигомеров и др.

4. Постоянно липкие материалы.

Многие виды термопластичных смол используют для изготовления пленок с остаточной липкостью — липких лент, липких наклеек. Их называют адгезивами, чувствительными к давлению. Нанесенный на них клеевой состав имеет длительную жизнеспособность, со временем не затвердевает и не высыхает и проявляет свои адгезионные свойства при приложении небольшого давления.

Липкие ленты выпускают в рулонах шириной 1…40 мм на бумажной, тканевой или полимерной основе. Их используют для ремонта книг, отделочных, электротехнических работ, для скрепления потребительской и транспортной тары (картонных ящиков). При нанесении на пластик они могут использоваться для заделки стыков в ванной комнате, на кухне.

Антиклей (антиадгезионное средство) — современные препараты для обработки поверхностей в целях снижения адгезии на основе кремнийорганических соединений. После обработки антиклеем на поверхность невозможно наклеить, например, несанкционированные объявления.

Герметики — пастообразные клеевые составы выполняют в разных конструкциях функцию заполнения швов, уплотнения, герметизации, гидроизоляции. К таким герметикам не предъявляют требований высокой прочности, поскольку они работают чаще всего в статических условиях.

В строительстве и в быту используют герметики — клеевые составы для герметизации и уплотнения швов в различных конструкциях. Они представляют собой липкие, пластичные пастообразные массы, состоящие из связующего вещества и наполнителей. Клеящей и связующей основой герметиков являются синтетические смолы и каучуки (кремнийорганические смолы (силиконовые каучуки), полиизобутилен, бутилкаучук, нитрильные каучуки). Например, для заделки стыковых швов при ремонте используется пластичная лента «Герлен». В вулканизующиеся герметики перед употреблением вводят вулканизующие вещества.

Собственно герметики выполняют функцию заполнения швов, уплотнения, герметизации. К таким герметикам не предъявляют требований высокой прочности. К ним относятся отверждающиеся герметики, например, полиуретановая пена «Супросил» (Германия) для заделки пустот.

Клеи-герметики выполняют двойную функцию — герметизация и склеивание для получения прочного и герметичного соединения. В отличие от герметиков клеи-герметики должны обладать свойством текучести.

Кровельные герметики предназначены для защиты и ремонта кровли и чердачных помещений; гидроизоляционные герметики (по влажной поверхности) предназначены для защиты подвальных помещений, сантехнического и канализационного оборудования.

Акриловые и силиконовые герметики выпускают в тубах или баллонах под строительный «пистолет», что дает удобство использования при заделке швов в плинтусах, деревянных конструкциях, аквариумах, бассейнах и пр. Отверждение происходит на воздухе. В герметики, работающие во влажных средах, специально добавляют противогрибковые препараты.

Широко распространены так называемые монтажные пены, которые служат для заделки стыков или швов шириной более 3 см. Они заполняют пространство между конструкционными элементами, но не пригодны для сопротивления нагрузкам и выполняют только роль инертного заполнителя.

Свойства резиновых клеев зависят от вида каучука.

Клей на основе дивинил-нитрильного каучука (СКН) дает клеевой шов, который стоек не только к действию воды, но и нефтепродуктов. Найритовый клей (раствор полихлоропренового каучука ПХП) хорошо склеивает резину и кожу при изготовлении обуви, а также текстильные ткани и другие материалы. Латексные каучуковые клеи применяют для наклеивания линолеума, плиток, обоев и др. Все резиновые клеи дают эластичное влагостойкое клеевое соединение.

Многие виды термопластичных смол (сополимеры этилена-винилацетата, бутадиен- стирола, изопрен-стирола, акрилонитрил-бутадиен-стирола) используют для изготовления пленок с остаточной липкостью — липких лент, липких наклеек (адгезивы, чувствительные к давлению). Нанесенный на них клеевой состав имеет длительную жизнеспособность, со временем не затвердевает и не высыхает.