Лако-красочные материалы — производство

Продукты конденсации карбамида с формальдегидом являются весьма распространенными клеями для склеивания древесины, фа­неры и других древесных материалов. Преимуществами карбамидо­формальдегидных клеев по сравнению с фенолоформальдегидными являются их бесцветность, светостойкость и значительно меньшая токсичность. Однако карбамидоформальдегидные клеи образуют менее водостойкие и менее прочные клеевые соединения.

Строение карбамидоформальдегидных смол окончательно не установлено. Весьма вероятно, что вначале образуются полимеры, которые содержат метилольные группы. Они обычно и использу­ются в качестве клеевых смол. Под действием катализаторов или при нагревании эти полимеры приобретают пространственное строе­ние. Часть метилольных групп сохраняется в конечном продукте, обусловливая его адгезионные свойства.

В качестве катализаторов используются вещества кислого ха­рактера— соляная, серная, уксусная, щавелевая, молочная кисло­ты, контакт Петрова, а также аммониевые соли сильных кислот. Скорость отверждения зависит от природы отвердителя, его количе­ства и температуры отверждения. При рН^=6—5,5 смолы отверж­даются при повышенной температуре, при рН—3—5 — при ком­натной. Отверждение карбамидоформальдегидных смол сопровож­дается усадкой, приводящей к возникновению внутренних напряже­ний и к растрескиванию отвержденной смолы. При использовании карбамидоформальдегидных смол для приготовления клеев эти не­достатки в известной степени могут быть устранены введением на­полнителей и пластификаторов. Наполнителями могут служить дре­весная мука, крахмал, декстрин, а также некоторые минеральные вещества. Рецептуры некоторых карбамидоформальдегидных кле­евых смол приведены в табл. 1.29, а их свойства — в табл. 1.30.

При изготовлении клеев находят применение как жидкие, так И пастообразные смолы. Для получения жидких смол используют эмалированные или алюминиевые реакторы обычной конструкции. Производство пастообразных смол осуществляется в варочных ап­паратах типа вертикальных закрытых клеемешалок с водяным обо­гревом и охлаждением. Ниже в качестве примера приведен способ получения карбамидоформальдегидной клеевой смолы МФС-1 [287].

В реактор загружают формалин и карбамид. Смесь нагревают при переме­шивании в течение 20—40 мин до 80—90 °С и выдерживают при этой темпера­туре в течение 1 ч. Через 1 ч начинают отбор проб для установления характера среды. По исчезновении щелочной реакции на фенолфталеин содержимое аппа­рата нагревают еще 1 ч при 80—90 °С, а затем, .охладив до 70 °С, обезвоживают под вакуумом при 60—70 °С и остаточном давлении 100 мм рт. ст. до получения продукта 55—60%-ной концентрации.

Предложены карбамидоформальдегидные клеи, пластифициро­ванные непосредственно перед склеиванием многоатомными спир­тами [287].

Состав и свойства карбамидоформальдегидных клеев, а также режимы склеивания некоторыми клеями (при фанеровании древе­сины) приведены в табл. 1.31 и 1.32.

Прочность клеевых соединений фанеры при скалывании состав­ляет 15—40 кгс/см2, а после выдержки в воде при 20 °С в течение 48 ч — 30 кгс/см2. Сосновые бруски толщиной 25 мм, склеенные клеем на смоле М-60 при нагревании с помощью токов высокой частоты, имеют прочность при скалывании 67 кгс/см2, прочность березовых брусков той же толщины, склеенных тем же способом клеем на смоле М-70, составляет 90 кгс/см2. После выдержки скле­енных образцов в воде в течение 24 ч прочность снижается на 20— 30%. После кипячения в воде в течение 1 ч клеевые соединения на карбамидоформальдегидных клеях разрушаются.

Описаны карбамидные клеевые смолы с пониженной токсич­ностью марок КС-68-М, СК-75 и КВС [288]. Они применяются в производстве древесностружечных плит, мебели, для настила по лов (смола КВС). Их свойства приведены ниже:

TOC o "1-3" h z КС-68-М СК-75 КВС

Концентрация, % • . . 55 70 65

Вязкость по ВЗ-4, с . . 20—50 30—120 90—150 Содержание свободного

Формальдегида, % . . . До 0,3 0,7 0,5

Разрушающее напряжение при скалывании по кле­евому слою фанеры пос­ле вымачивания в воде в

Течение 24 ч, кгс/см2 14 16 16

Для склеивания бумаги, картона и приклеивания бумаги к стеклу применяется нетоксичный клей МФ-60, представляющий со­бой однородную текучую массу белого цвета. Клеящая способность определяется при нанесении клея на полоску бумаги (10X3 см)

И наложении на нее сухого чистого листа такой же бумаги; проч­ное склеивание должно произойти через 4—5 мин. Срок хранения клея — 6 мес.

Известны порошкообразные карбамидные смолы, которые мо­гут быть получены путем распыления жидкой смолы с последующей сушкой мельчайших частиц смолы в атмосфере горячего воздуха или топочных газов. При склеивании фанеры клеями на основе по­рошкообразных смол марок М-48 и М-70 прочность при скалыва­нии клеевого соединения составляет 21—22 кгс/см2; после выдерж­ки в холодной воде в течение 24 ч заметного снижения прочности не наблюдается.

При склеивании древесины используются также вспененные карбамидоформальдегидные смолы. Применение вспененных смол позволяет значительно снизить расход клея. Для повышения ста­бильности вспененных клеевых смол в их состав вводят поверхност — но-активные вещества. В качестве вспенивающих агентов предло­жены пылевидный альбумин, гидролизованный белок крови (про­дукт марки ПО-6), сапонин и продукт под названием сапонал. Практическое применение нашел только пылевидный альбумин, ко­торый вводят в количестве 0,2—1,0%.

В производстве вспененных клеев используются карбамидные смолы МФС-1, МФ-17 и др. Смолы вспенивают механическим взбивателем или путем продувки воздуха с применением в каче­стве вспенивающего агента альбумина (0,3—0,5% от массы смолы) и других веществ. Прочность клеевых соединений фанеры и древес­ностружечных плит на вспененных карбамидоформальдегидных клеях составляет 21—33 кгс/см2, после выдержки в воде 12— 25 кгс/см2.

За рубежом известны клеи Каурит на основе карбамидоформ­альдегидных смол [289], применяющиеся для склеивания фанеры и древесных материалов. Процесс изготовления наиболее типично­го представителя этой группы клеев — клея Каурит W заключает­ся в конденсации 1 моль технического карбамида с 2 моль 2%-но — го формальдегида до образования смолообразного 36%-ного про­дукта с последующим выпариванием полученной смолы в вакууме при 65 °С до получения продукта, содержащего 55% сухого остат­ка. В концентрированную смолу вводят 8—10% древесной, ржа­ной или картофельной муки (в качестве наполнителя) и доводят рН клея (путем добавления едкого натра) до 7. Клей Каурит W может быть также приготовлен в виде сухого порошка; для этого смолу сушат распылением до содержания в ней влаги 2—2,5%.

Клеем Каурит W можно склеивать и на холоду, и при нагрева­нии. При склеивании при нагревании применяют отвердитель, со­стоящий из хлористого аммония (8 вес. ч.); 25%-ного аммиака (27 вес. ч.) и карбамида (45 вес. ч.); 10 вес. ч. этого отвер- дителя вводят в 100 вес. ч. жидкого клея Каурит. Однако клеевые соединения на таком клее неводостойки. Для улучшения водостой­кости рекомендуется отвердитель, состоящий из 90 вес. ч. резорци-

6*
на и 10 вес. ч. хлористого аммония. Такой отвердитель вводят в клей в количестве от 10 до 25 вес. ч. на 100 вес. ч. жидкого клея Каурит W.

При склеивании фанеры клеями Каурит без нагревания на одну из склеиваемых поверхностей наносят раствор, состоящий из 15 вес. ч. хлористого аммония, 78 вес. ч. воды, 6 вес. ч. этилового спирта, и сушат при 20 °С. На другую склеиваемую поверхность наносят Каурит W, обе поверхности соединяют и немедленно за­прессовывают. Продолжительность отверждения зависит от темпе­ратуры прессования:

Температура прессования, °С… 20 15 10 Продолжительность выдержки под прессом, ч 3 10 24

Швейцарской фирмой «Ciba» выпускаются порошкообразные карбамидоформальдегидные клеи, используемые в виде водных рас­творов для склеивания древесных материалов как на холоду, так и при нагревании.

Для модификации карбамидных смол с целью придания им эла­стичности могут быть использованы каучуковые латексы, поли- метнлметакрилатный латекс и поливинилацетатная эмульсия [290]. Наиболее высокие показатели эластичности и прочности получены при совмещении карбамидных смол с различными каучуковыми ла — тексами, например с ДММА-65-1ГП (сополимер бутадиена и ме — тилметакрилата), МХ-30 (сополимер хлоропрена и метилметакри — лата), JIB (сополимер винилацетата и хлоропрена), J1HT-1, JI-4, JI-7, JIA (хлоропреновые латексы) и др. Все эти латексы хорошо совмещаются с карбамидными смолами и способствуют увеличению эластичности клеевых швов. Латексы же сополимеров ДММА-65-1ГП и МХ-30, кроме того, повышают водостойкость кле­евых композиций. В табл. 1.33 приведены показатели прочности и эластичности клеевых пленок при различном соотношении смолы и латексов. Температура склеивания 60°С, продолжительность вы­держки в прессе 10 мин.

Как видно из таблицы, оптимальное соотношение смолы и латекса ’70:30. С уменьшением содержания латекса снижаются эластич­ность и прочность пленки.

В качестве отвердителей карбамидолатексных клеев примёняют хлористый аммоний или щавелевую кислоту. Для приготовления клея горячего отверждения используют хлористый аммоний (1 вес. ч.), для клея холодного отверждения — 10%-ный раствор щавелевой кислоты (5—10 вес. ч.). При раздельном нанесении смо­лы и отвердителя берут 5%-ный раствор щавелевой кислоты.

При приготовлении клея температура воздуха в помещении должна быть не ниже 18 °С, а относительная влажность не выше 65%. Смола должна иметь температуру 18—20 °С. Жизнеспособ­ность клея при такой температуре 4—12 ч, при раздельном нане­сении смолы и отвердителя жизнеспособность неограниченная.

Для приготовления клея в клеемешалку заливают смолу и от­вердитель. Раствор тщательно перемешивают, затем добавляют необходимое количество латекса, продолжая дальнейшее переме­шивание в течение 10—15 мин для получения однородной массы..

Карбамидолатексные клеи можно использовать для склеивания различных неметаллических материалов. Оптимальный режим при­клеивания декоративного бумажнослоистого пластика к стружеч­ным и столярным плитам следующий: выдержка в прессе 10— 15 мин при 50±5°С: 6—10 мин при 100±5°С и 3—5 мин при 115±5°С.

Расход карбамидолатексного клея на 1 м2 поверхности умень­шается более чем на 30% по сравнению с расходом немодифици — рованного карбамидного клея. Применение латекса способствует снижению коробления щитов, облицованных декоративным бумаж — нослоистым пластиком, на 35—40%.

Немаловажным фактором, определяющим качество склеивания, является продолжительность закрытой выдержки до запрессовки. Рекомендуется закрытая выдержка в течение 20 мин при темпера­туре воздуха в помещении 18—20 °С.

Прочность клеевых соединений на карбамидолатексных клеях составляет 22—25 кгс/см2. Испытания на ускоренное старение ме­тодом циклических воздействий показали, что клеевые соединения на модифицированных латексом карбамидных смолах по прочност­ным показателям не уступают соединениям на основе немодифици — рованных карбамидных смол.