Что такое биологическая стойкость клея

Виды, состав и основные свойства клеев

Клей— это природное или синтетическое вещество, применяемое для соединения различных материалов за счет образования адгезионной связи клеевой пленки с поверхностями склеиваемых материалов.

По физическому состоянию клей представляет собой жидкости различной вязкости (жидкие мономеры, растворы, суспензии и эмульсии), пленки, порошки или прутки, расплавляемые перед употреблением или наносимые на горячие поверхности.

В группу природных клеев входят животные или белковые (глютиновые, ка­зеиновые, альбуминовые), растительные (на основе жмыхов и шротов масляничных и бобовых растений, природных смол, натурального каучука, крахмала, декстрина), минеральные (силикатные, асфальтовые, битумные). Из природных клеев в производстве мебели, фанеры и строительных конструкций используются (незначительно) клеи животного происхождения.

Синтетические клеи вырабатывают на основе синтетических смол, которые получают из простых веществ в результате сложных химических процессов.

Клеи состоят из основного клеевого вещества растворителя и вспомога­тельных веществ.

Растворители применяют для растворения основного клеевого вещества и доведения его до определенной концентрации. К растворителям относятся вода, спирт, водные растворы щелочей, органические растворители.

Вспомогательные вещества разделяются на клееобразователи, наполнители, катализаторы, отвердители, стабилизаторы, дубители, антисептики, пласти­фикаторы и вспенивающие вещества.

Клееобразователи способствуют переходу основного клеевого вещества в состояние раствора. К ним относятся: жидкое стекло, едкий натр, известь, аммиак.

Наполнителями называют вещества, применяемые для уменьше­ния расхода основного клеевого вещества и уменьшения просачивания клея на лицевую поверхность, а также усадочных явлений в клеевом шве. В качестве на­полнителя применяются древесная мука, гипс и др.

Катализаторы — вещества, применяемые для ускорения процесса смолообразования при производстве синтетических смол. К катализаторам относят неорганические и органические кислоты, соли этих кислот, сульфонафтеновые кислоты, щелочи.

Отвердителями называют вещества, применяемые для более ускоренного перевода смоляных клеев в твердое нерастворимое и неплавкое состояние. Для феноло-формальдегидных смол холодного отверждения — это керосиновый контакт или сульфонафтеновые кислоты, а для мочевиноформальдегидных — хлористый аммоний и слабые кислоты (щавелевая, молочная, муравьиная).

Стабилизаторы — вещества, помогающие сохранять клеящие свойства клеев, концентрацию в течение определенного времени. В качестве ста­билизаторов используют ацетон, этиловый спирт, органические растворители.

Дубители придают клеям водостойкость. К ним относятся уротропин, формалин, медные соли.

Антисептики — ядовитые вещества, убивающие микроорга­низмы и придающие клеевым веществам биологическую стойкость. В качестве таких веществ используют фенол, крезол, формалин, сульфонафтеновые кислоты, фтористый натр.

Пластификаторы используют преимущественно в смоляных клеях для придания им пластичности и снижения хрупкости клеевого шва.

Вспенивающие вещества применяют для вспенивания карбамидных смол с целью их экономного использования. Наиболее распространен­ное и дешевое вспенивающее вещество — пылевидный альбумин.

Клеи должны отвечать следующим требованиям: прочно склеивать, быть простыми в употреблении, иметь жизнеспособность и большой срок хранения; быть водостойкими (для изделий, работающих в условиях высокой влажности) и биостойкими (сопротивляться разрушительной деятельности микроорга­низмов); не разрушать волокно древесины и не изменять ее естественной окра­ски; быть сравнительно дешевыми, не вызывать затупления режущих инструментов при обработке склеенных материалов; быть безвредными для человеческого организма и не воспламеняться.

Адгезией, или прилипанием, называют связь между поверхностями двух разнородных жидких или твердых тел. Хорошей адгезией к древесине и древесностружечным плитам обладают клеи животного происхождения и карбамидные. Их применяют при облицовывании, изготовлении мебельных щитов и плит.

Вязкостью называет внутреннее трение, проявляющееся при взаимном перемещении частиц жидкости (раствора). Вязкость клея указывает на возможность его применения для различных видов склеивания (рабочая вязкость). Показателем условий вязкости является отношение времени истечения (в с) 200 см 3 клеевого раствора стандартной концентрации и темпера­туры через сопло вискозиметра ко времени (в с) истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20°С.

Клеи пониженной вязкости легко впитываются древесиной, отчего прочность клеевого соединения снижается. С у сличением вязкости клея до определенных пределов, различных для разных типов клеев, их; пропитывающая способность снижается, и прочность соединения повышается. Клеи с повы­шенной вязкостью трудно наносить на поверхности, они, как правило, образуют толстый малопрочный клеевой слой.

Концентрацией клеевого раствора называют процентное содержание в нем товарно-сухого клея, а в смоляных клеях — сухих веществ и выражают в процентах от массы раствора. Чем больше концентрация клеевого раствора, тем выше его вязкость.

Водостойкость — свойство клея не снижать прочности клеевого соедине­ния при воздействии на него влаги.

По водостойкости клеи делятся на клеи повышенной влагостойкости, водостойкие и ограниченно водостойкие.

К водостойким относятся большинство синтетических клеев, ограниченно водостойки казеиновые, совершенно неводостойкие глютиновые клеи.

Жизнеспособность клеев характеризуется временем, в течение которого клеевой раствор пригоден для использования. Жизнеспособность клеев, кроме глютиновых, находится в пределax от 2 до 8 ч. По истечении этого срока они гу­стеют, вследствие чего клеящая способность клеев снижается и затрудняет их нанесение на поверхность деталей. Жизнеспособность глютиновых клеев — несколько суток. Загустевший клей подогревают.

Просачивание клея сквозь древесину, а также изменение цвета древесины от клея обычно наблюдается при облицовывании шпоном. Просачивание представляет собой образование клеевых пятен на наружном слое шпона в результате проникновения клея из нижерасположенного клеевого слоя. Такие явления происходят из-за недостаточной вязкости и густоты раствора, избыточного давления при облицовывании, наличия кислот и щелочей в древесине или клее.

Биологическая стойкость клеев различина. Клеи органического происхожде­ния представляют собой при благоприятных условиях хорошую питательную среду для микроорганизмов. Такие клеи легко поражаются бактериями и грибами, что резко снижает прочность клеевого соединения. К грибостойким относятся синтетические клеи.

Схватываемость (скорость застудневания, затвердевания) зависит от вида и состава клея. Схватываемость животных клеев зависит от температуры склеивания и скорости испарения воды из клеевого шва. Превращение синтетических клеев в твердое нерастворимое состояние происходит вследствие химической реакции, под влиянием высокой температуры реакция протекает быстрее.

По внешнему виду различают клеи жидкие, порошкообразные и пленочные.

По реакционной способности клеи могут быть термореактивные (необратимые) и термопластичные (обратимые). Термореактивные клеи под влиянием тепла и катализатора переходят из жидкого состояния в твердое, не­растворимое и необратимое состояние (смолы резольные, мочевинные и меламиновые). Термопластичные клеи способны под влиянием тепла расплав­ляться, а после охлаждения вновь затвердевать, не изменяя химического состава. При последующем нагревании такие клеи снова расплавляются, например, мездровый и костный клеи, новолачные смолы, клеи «расплавы».

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

24 вопроса о клее: как подобрать состав, чтобы получить
надежное и долговечное соединение? Часть 1

При множестве видов строительных, ремонтных и отделочных работ обойтись без клеящих материалов просто невозможно. Ассортимент клеев очень широк, и сориентироваться в нем бывает довольно сложно. Какие вопросы чаще всего встают перед потребителем?

Как классифицируют клеи?

По сфере применения клеи делятся на бытовые, профессиональные и промышленные. По типу — на органические и неорганические (применяемые на производстве высокотемпературные материалы). В свою очередь, все органические углеродосодержащие клеи по механизму отверждения можно разделить на две группы: термопластичные (физический процесс) и термореактивные (химический процесс). Термопластичные составы не являются конструкционными, иными словами — не рассчитаны на большие нагрузки. Они растворяются под воздействием органических растворителей и плавятся при температурах до 100°С. Термореактивные клеи обладают высокой когезионной (внутренняя прочность материала) и адгезионной прочностью — 40–300 кгс/см².

По форме выпуска различают клеи в растворе (в органических растворителях); эмульсионные; клеи-расплавы (твердая субстанция, переходящая при нагреве в вязкотекучее состояние); клеи, восприимчивые к давлению (рабочий слой на самоклеящихся лентах). Среди термореактивных выделяют составы 1К (преполимеры) и 2К (на основе отвердителей мономерного или олигомерного типа и на полимерной основе).

По типу полимерного связующего клеи подразделяются на полиуретановые, акрилатные, поливинилацетатные (ПВА), эпоксидные и др.

Чем характеризуются монтажные клеи на органической основе?

Это каучуковые составы, которые содержат минеральные наполнители, обеспечивающие их механические свойства и прочность сцепки. Такие клеи позволяют быстро и надежно зафиксировать на вертикальной поверхности предмет массой от 3 до 5 кг. Ими можно крепить к различным минеральным материалам изделия из древесины, древесных плит, металлов, пластиков (за исключением пенопластов) и др. Основание обязательно должно быть впитывающим, поскольку клей отверждается за счет ухода из него растворителя: частично он испаряется, а частично его вбирает в себя основа.

Фактором, сужающим область применения клеев на органических растворителях, является цвет клеящего состава. Большинство продуктов имеют коричневатый оттенок и могут не подойти для монтажа, например, некоторых элементов декора. Прозрачные клеи данного типа встречаются нечасто.

Работают с монтажными клеями по контактной схеме. Состав наносят на приклеиваемое изделие, затем прикладывают его к поверхности и крепко прижимают — клей должен проникнуть в основание, что является залогом качественной адгезии. Далее изделие нужно снять и выждать 3–5, максимум 10 минут. За это время растворитель частично улетучится, а клей перейдет в стадию гуммирования, то есть проявит свойство каучука и станет липким. Вторичное приклеивание обеспечит надежную фиксацию изделия, без угрозы его сползания.

Безопасны ли для здоровья человека клеи на растворителях?

У людей, постоянно работающих с такими материалами — плиточников, паркетчиков и т. п., могут появиться профзаболевания. В первую очередь опасность представляют клеи, содержащие ароматические соединения (толуол, бензол, ксилол и их гомологи), а также составы на растворителях галогенного типа (хлорсодержащие). Однако после высыхания они становятся совершенно безвредными и не несут в себе никакой угрозы для человека. Вообще же, при работе с любыми клеями на растворителях в обязательном порядке нужно использовать специальные защитные маски с фильтрами (простые респираторы здесь бесполезны).

Особенности монтажных клеев на водной основе

Это экологически безопасные, нетоксичные материалы с натуральными или синтетическими наполнителями, выпускаемые, в частности, в белом и прозрачном вариантах, что значительно расширяет возможности по их применению.

Так как отверждение водных клеев главным образом зависит от диффузии воды в материалы, качественное соединение можно получить только в случае впитывающего (пористого) основания: ДСП, МДФ, гипсокартон и т. п. Кроме того, процесс высыхания составов довольно продолжителен, и если речь идет о приклеивании на вертикальную поверхность изделия массой более 0,5 кг, чтобы оно не сползало, потребуется временная механическая фиксация.

Водорастворимые клеи имеют низкую морозостойкость. Под воздействием минусовых температур происходит расслоение дисперсии и наполнителей, и состав становится непригодным к применению

Что касается акриловых клеев, то, несмотря на заверения производителей, что они годятся для любых материалов, специалисты не рекомендуют применять их на металлах. Дело в том, что составы на водной основе могут спровоцировать коррозию.

Свойства реактивных клеящих составов

Клеи реактивного типа не содержат в своем составе ни воды, ни растворителей, ни изоцианатов (исключение — полиуретановые клеи).

Поскольку в реактивных составах нет летучих компонентов, ими можно соединять в любой комбинации различные впитывающие и невпитывающие материалы. Разумеется, кроме тех, что вообще не поддаются склеиванию обычными монтажными клеями: сюда относятся поверхности из силикона, полиолефинов, сополимеров (полиэтилен и полипропилен), покрытия из каучука и немодифицированного битума, тефлон. Впрочем, у отдельных производителей уже появились продукты (в частности, Classic Fix), предназначенные для работы с изделиями из полиэтилена и полипропилена.

Реактивные клеи могут применяться для монтажа зеркал, изделий из натурального камня, стекла, различных металлов (алюминий, цинк, сталь, медь)

По всем показателям: устойчивость к деформациям, прочность на отрыв, водостойкость и др. — реактивные клеи значительно превосходят клеи на растворителях или на водной основе. Это обусловлено тем, что за счет «сшивки» макромолекул они формируют клеевой шов с пространственной решеткой. Такая структура улучшает химические свойства соединения и придает ему способность нести высокие механические нагрузки.

На какую нагрузку должен быть рассчитан клеевой шов, создаваемый при монтаже тех или иных видов покрытий?

Тут важно, что и куда планируется приклеивать. Если, к примеру, речь идет о линолеуме, следует учитывать динамические нагрузки. Так как это напольное покрытие, по которому ходят, значение имеет также нагрузка на сжатие; это рулонный, сворачиваемый материал — прибавляем сюда еще и нагрузку к изгибу. Когда расчет ведется для настенной плитки, принимают во внимание влияние сдвига. Иными словами, выбор клея диктуют область его применения и вид предполагаемой нагрузки: на изгиб, на сжатие или на сдвиг, статичная она, динамическая, циклическая и т. п.

Можно ли определить долговечность клеевого соединения?

Согласно действующим в строительной отрасли нормам, значения прочности монтажных клеев устанавливаются в зависимости от класса нагрузки. При этом прочностные показатели рассчитываются для конкретных сочетаний материалов, например «дерево + дерево». Кроме того, на долговечность клеевого соединения влияют и другие факторы: в частности, толщина шва, условия окружающей среды в момент монтажа покрытий и в период их эксплуатации (температура и влажность воздуха, воздействие ультрафиолета, микроорганизмов и др.). Так что производитель дает инструкцию по применению состава и приводит его технические параметры, действительные при соблюдении указанных требований, но определить срок службы продукта он может только условно.

Как узнать, правильно ли подобран клей и надежным ли получится соединение?

Нужно проверить когезию и адгезию клея к материалу. Возьмем для примера ПВА. Приклейте к листу фанеры сосновый брусок, оставьте на пару суток, а потом оторвите его и посмотрите на разрыв. Если клей легко разойдется по шву, оставшись частью на фанере, а частью на бруске, значит, когезия у него слабая. То есть тяжелый предмет, посаженный на этот клей, под влиянием нагрузки рано или поздно отклеится. Качественным можно считать соединение, если разорвется не шов, а волокна древесины. Прочность сосны составляет 40–50 кгс/см², а прочность клеевого шва должна быть не ниже 100 кгс/см², то есть превышать ее в два раза. Также нужно посмотреть, как клей смачивает поверхность: если плохо, то сцепляемость с ней будет недостаточной и крепление ненадежным.

Подготовка поверхностей

Минеральные поверхности следует очистить, удалив с них все, что может отслоиться, и обработать металлической щеткой или абразивным электроинструментом. После этого, чтобы добиться качественной адгезии, основание нужно тщательно обеспылить (при необходимости можно пройтись по нему праймером).

С металлических поверхностей надо удалить ржавчину. Зеркала, изделия из металлов и пластиков (твердый ПВХ, оргстекло, поликарбонат) обязательно обезжиривают. Этой процедурой можно пренебречь, только если речь идет о совсем легких предметах, например декоративных уголках из ПВХ.

В качестве обезжиривающего средства обычно используют неагрессивные растворители типа уайт-спирита, поскольку ацетон может повредить некоторые пластики. Приступая к склеечным работам, следует убедиться, что уайт-спирит полностью испарился с поверхности

Источник

Состав клеев

Основой клеящих материалов являются клеящие вещества (адгезивы) природного, искусственного или синтетического происхождения органической природы, а также неорганические вещества. Все они обладают хорошей адгезией в сочетании с достаточно сильной когезией. Сейчас все большее распространение получают силиконовые клеи, основой которых являются элементоорганические соединения.

Чтобы получить клей заданной консистенции, необходимы растворители — вода и органические жидкости. Многие современные клеи и герметики (например, на основе акриловых смол) изготовлены на воде, что отвечает экологическим требованиям. В качестве органических растворителей используют ароматические и хлорированные углеводороды. Выбор растворителей обусловлен их доступностью, скоростью испарения, нетоксичностью, характером запаха и другими факторами. Наиболее часто применяют ацетон, этиловый спирт, бензин и др.

Для придания клеевому соединению эластичности в клеи вводят пластификаторы. В качестве пластификаторов используют органические жидкости — дибутилфталат, диоктилфталат, трифенил-фосфат и др.

Наполнители снижают стоимость клеев и герметиков, уменьшают усадку при затвердевании клеевой пленки, повышают ее прочность. Для этого используют кварцевый песок, каолин, древесные опилки и другие вещества.

В клеи на основе термореактивных смол вводят отвердители — катализаторы, которые поступают в продажу в отдельной упаковке и смешиваются с клеем непосредственно перед его применением. В зависимости от вида основы клея в качестве отвердителей используются кислоты, основания, амины и др. Вступая при смешивании в реакцию с основой клея, отвердители образуют полимеры сетчатого строения, что резко увеличивает химическую и термическую стойкость клеевого соединения.

Катализаторы в отличие от отвердителей не вступают в реакцию с основой клея, но ускоряют процесс отверждения клеевой пленки. Это также кислоты, основания, соли, перекиси. Главное требование при применении катализатора — строго дозированное его содержание в клее.

Превышение дозировки катализатора ухудшает прочность клеевого соединения.

В клеи, основой которых являются термореактивные смолы, могут быть введены ускорители, ингибиторы или замедлители, которые регулируют степень отверждения, ускоряя, замедляя или полностью прекращая процесс взаимодействия катализатора с основным клеящим компонентом.

Для повышения жизнеспособности клеев природного происхождения в них вводят антисептики.

Стабилизаторы добавляют в полимерные клеи для повышения их стойкости к внешним воздействиям.

Таким образом, рассмотренные выше компоненты можно использовать как модифицирующие агенты, введение которых приводит к изменению потребительских свойств клеев и качества клеевых соединений.

Источник

Потребительские свойства и показатели качества клеящих материалов

Функциональные свойства определяют назначение клеев. К ним относятся клеящая способность, вязкость, универсальность, химическая и термическая стойкость.

Клеящая способность обеспечивает прочность клеевого соединения. Она в основном определяется соотношением сил когезии и адгезии. Адгезионная прочность клеевого соединения зависит также от химической природы склеиваемых материалов, особенностей деформации компонентов клеевого слоя, состояния поверхности. Наибольшее влияние на прочность соединения имеют гидроксильные, эпоксидные, карбоксильные, изоцианатные и другие полярные группы в молекулах клеевой основы. Причем чем выше концентрация активных групп, тем прочнее клеевое соединение. Показатели прочности клеевого соединения зависят от его конфигурации и размеров, поэтому оцениваются по результатам испытаний стандартных образцов.

Вязкость характеризует текучесть клея и в некоторых случаях (клеи животного происхождения) прямо пропорциональна клеящей способности. Кроме того, от вязкости зависит сохранность клея.

Универсальность — способность клея соединять материалы различного происхождения. Как правило, это свойство определяется природой основы клея. Так, к универсальным клеям относят в первую очередь клеи на основе синтетических смол.

Химическая стойкость клея определяется отношением клеевого вещества к действию воды, кислот, щелочей, органических растворителей. Выражается потерей прочности клеевого соединения до и после воздействия химических реагентов. Химическая стойкость клеевого соединения может быть повышена путем герметизации (например, окрашиванием) или введением специальных добавок в состав клея.

Термическая стойкость клеевого соединения — это его устойчивость к высоким и низким температурам при кратковременном и длительном их воздействии. Она зависит от природы клея, добавок (антиоксидантов) и условий эксплуатации склеенного изделия.

К эргономическим свойствам относят удобство подготовки клеев к использованию, удобство их перевозки, хранения и использования, а также характер запаха.

Некоторые клеи требуют больших затрат времени для их подготовки к использованию. Например, клеи животного происхождения должны вначале набухнуть, затем раствориться, подвергнуться фильтрации и т.д. Правда, сейчас клеи выпускают, как правило, в готовом состоянии, в удобной упаковке с дозирующими устройствами.

Удобство перевозки и хранения зависит от агрегатного состояния клея, конструкции и формы тары.

Удобство использования клея определяется временем и трудоемкостью подготовки поверхностей материалов к склеиванию, а также временем на отверждение и высыхание клеевого шва. Время открытой выдержки означает, что после нанесения клея на поверхности их не следует соединять, пока не испарится вода или не улетучится растворитель. Для клея на водной основе оно составляет 1 —2 ч, для контактного клея на растворителе — 15 — 20 мин. Во время схватывания все еще можно поправить или переставить перед окончательной фиксацией соединения. Для клея на водной основе оно составляет 15 — 20 мин, на растворителе — 3 — 5 мин, для цианакрилатного — 15 —30 с. Во время отверждения происходит окончательное формирование пленки клея после сжатия соединяемых поверхностей. Для всех типов клея, кроме компаундов и клеев на органических растворителях, оно составляет от 12 до 48 ч. Холодное отверждение — склеивание при комнатной температуре, горячее — нагрев до температуры 60— 180 °С.

Безопасность клеящих материалов — это комплексное свойство. Прежде всего, она определяется безвредностью их компонентов для человека. Клеи на основе природных полимеров и большинства термопластичных смол безвредны. Эпоксидные клеи холодного отверждения могут вызывать заболевания кожи (дерматит, экзему), эпоксидные клеи горячего отверждения действуют на нервную систему и печень (эпихлоргидрин, толуол) или раздражают слизистую оболочку глаз и дыхательных путей (фталевый и малеиновый ангидриды). В меньшей степени токсичны фенолсодержащие, полиуретановые, полиамидные клеи. Токсичными для человека являются практически все органические легколетучие растворители, а также некоторые синтетические термореактивные смолы, используемые в качестве основы.

Безопасность клеящих материалов прямо зависит от степени защищенности человека от вредных воздействий компонентов клеящего средства. Это можно оценить по герметичности, удобству закрывания упаковки и летучести токсичных ингредиентов, то есть органических мономеров в синтетической клеевой основе.

Безопасность клеев связана с огнеопасностью органических растворителей и таких полимеров, как, например, нитроцеллюлоза. Огнестойкость обычно повышают, вводя специальные добавки (антипирены).

Надежность клеящих материалов есть способность сохранять свои функциональные свойства в заданных параметрах в течение определенного времени. Это время называется сроком хранения (сроком годности) клея. Характеризует надежность клея также его жизнеспособность, измеряемая временем, в течение которого клей, полученный смешением отдельных составляющих, пригоден для использования непосредственно перед применением из-за возможных изменений клеящей способности и вязкости. Эти изменения могут происходить вследствие отверждения или, например, студнеобразования. Особенно важен этот показатель для многокомпонентных (эпоксидных) клеев. Жизнеспособность многокомпонентных синтетических клеев обычно равна 1,5 —2 ч, а в зависимости от вида клея может быть от нескольких минут до нескольких часов.

Долговечность клеевого соединения характеризуется стабильностью свойств клея во времени и определяется по изменению его прочности в течение определенного промежутка времени. Как правило, при испытаниях клеевое соединение подвергают «ускоренному старению», а это приводит к изменению свойств адгезива.

К экологическим показателям качества клеящих материалов относится содержание вредных компонентов, выделяющихся из них в окружающую среду в процессе применения. Такими компонентами являются легколетучие органические растворители, летучие мономеры, пластификаторы и др.

Из эстетических свойств оценивают обычно цвет клея, дизайн его упаковки.

Источник