Статьи

Клеями называют составы, которые в определенных усло­виях (нагрев, дав­ление, химические реакции) затверде­вают и соединяют отдельные масси­вы одного и того же материала или раз­нородных материа­лов (например, дре­весина + пластмасса, древе­сина + металл, древесина + бумага).

 

Старинная мебель, как правило, включает элемен­ты, облицованные шпоном: редкий мастер мог позволить себе изготавливать мебель целиком из массива древе­сины ценных пород. Высоко было развито производство клеев животного и расти­тельного происхождения и склеивание ими в древнем Египте, Риме, Афинах, Китае, на Руси. Древние египтяне для изготовления мебели использовали шпон черного дерева, инкрустированный слоновой костью. О техни­ке фанерования в Древней Греции и Риме свидетель­ствует Плиний: «Вот первый источник роскоши — покры­вать один вид дерева дру­гим». Переход к склеиванию в эпоху Возрождения позво­лил отказаться от механиче­ских способов скрепления деталей — шпонок, нагелей, гвоздей; на смену тяжелой неуклюжей мебели пришли изящные, комфортабельные, изысканные   изделия   (техника маркетри в то время достигает расцвета).

Промышленное произ­водство клеев началось в XVII веке, а первый патент — на рыбий клей — был выдан в Англии в 1791 году. В России первую фабрику по производству адгезивов открыли братья Мамонтовы в 1854 году.

Если говорить о совре­менном понимании термина «клей», можно вспомнить клеи из шкур (мездровый клей), из костей (костный клей), из рыбных продуктов, из крови животных (альбуминовый клей). Американский химик Бакеланд в начале XX века предложил использовать отхо­ды производства бильярдных шаров из целлулоида для прессования самых разных изделий. Это и была первая синтетическая смола, которую назвали его именем — «баке­лит». Началась эра синтети­ческих клеев. Синтетические смолы и каучуки предопреде­лили распространение прин­ципиально новых технологи­ческих процессов в дерево­обработке. При резком росте объемов склеивания значе­ние растительных и животных клеев упало.

 

Явление склеивания было известно давно, но задумы­ваться о его природе стали относительно недавно.

В начале XVIII века фран­цуз Дезагюлье ввел понятие «адгезия», наблюдая сли­пание двух кусков мягкого металла, прижатых друг к другу. Таким образом, адгезия — это прилипание, связь между поверхностями раз­нородных или однородных твердых или жидких тел. Связь эта проявляется благодаря межмолекулярным взаимо­действиям, силам сцепления молекул, атомов, ионов, нахо­дящихся в поверхностных слоях контактирующих тел. Поэтому клеи часто назы­вают адгезивами. Второе важное понятие — «когезия», т. е. сцепление молекул, ато­мов, ионов между собой в объеме тела. Если сопри­касающиеся поверхности однородны, адгезия пере­ходит в когезию, обуславли­вающую прочность сцепле­ния тел, склеивания. В свою очередь, когезия зависит от величины молекул и разнооб­разных химических свойств клея. Когезия клеевого слоя характеризует его механиче­ские свойства — прочность, жесткость, смачиваемость. Последним свойством нужно управлять, т. к. только при хорошей смачиваемости клеем можно ожидать, что возникнет прочное соедине­ние. Таким образом, хорошие клеи должны обладать высо­кой адгезией, когезионной прочностью, достаточной эластичностью, минимальной усадкой. Склеивание счи­тается хорошим, если проч­ность клеевого состава близка к прочности склеиваемых материалов. Проверяется это просто: если при скалывании по клеевому слою разруше­ние произойдет по древесине (когезионный характер разру­шения), прочность склеивания достаточная.

В деревообработке приме­няют значительное количество типов и марок синтетических клеев на основе разнообраз­ных смол.

Самые прочные и водостой­кие клеевые соединения обе­спечивают фенолформальде-гидные смолы (ФФС). Однако в силу ряда отрицательных качеств (токсичности, запа­ха, темного цвета) их приме­нение ограничено производ­ством водостойкой фанеры, несущих клееных деревянных конструкций (балок, арок, столбов), древеснослоистых пластиков и т. п.

Второй обширный класс смол и клеев на их осно­ве — карбамидоформальдегидные (или карбамидные) смолы (КФ). Высокая адге­зионная способность, боль­шая скорость отверждения, значительная сырьевая база, простота и удобство исполь­зования предопределили их преимущественное распро­странение в деревообра­ботке. Клеевые соединения карбамидных смол бесцветны и не имеют запаха. Карбамидоформальдегидные смолы — основной вид смол в производстве мебели (облицовывание плитных материа­лов шпоном, ламинатами и пленками на основе пропи­танных бумаг, выпуск мебель­ного щита, изготовление гнутоклееных деталей сложных форм), древесностружечных плит, фанеры. По водостой­кости клеевые соединения на их основе относят к типу средних. Основное сырье для получения карбамидных смол — мочевина и форма­лин; смолы образуются при поликонденсации этих двух основных компонентов в при­сутствии катализаторов. При склеивании большое внима­ние уделяется состоянию воз­душной среды у рабочих мест. Наиболее опасно выделение свободного формальдегида: в воздухе производственных помещений не должно быть более 0,5 мг свободного фор­мальдегида на 1 м³ объема. Эмиссия свободного фор­мальдегида из готовой  продукции регламентируется российскими и европейски­ми стандартами (МУ 1696-77, EN 717-1. EN 717-2).

Низкий уровень  эмиссии формальду в рецептуре. Для сохра­нения клеящих свойств такие смолы при синтезе усиливают, например, меланином, одна­ко они имеют небольшой срок хранения.

Третий класс смол — это полимеризационные смолы. Полимеры (поливинилаце-тат, полиметилметакрилат), обладающие адгезионны­ми свойствами, дают эла­стичные, химически стойкие клеевые соединения, имею­щие, однако, пониженную теплостойкость. У некоторых размягчение клеевого слоя наступает уже при 40°С, а при 60°С происходит поте­ря прочности

 

Один из наиболее распро­страненных клеев — поливинилацетатный (ПВА). Наиболее удобна эмульсия поливинила-цетата: она не требует спе­циальной подготовки к склеи­ванию, обладает неограни­ченной жизнеспособностью. Механизм склеивания прост: вода из клея уходит в древеси­ну, а на поверхности остается эластичная пленка из полиме­ра. В связи с этими особенно­стями ПВА не рекомендуется для изделий, работающих под нагрузкой. Он удобен для обли­цовывания кромок мебельных щитов, для соединения шпона на ребро, для музыкальных инструментов и т. п.

Имея хорошую адгезию к шпону, клей на основе водной дисперсии ПВА идеально под­ходит для наклеивания рубашек шпона на основу (как прави­ло, это плиты ДСП). Последние прекрасно впитывают воду из клея, но избыток влаги приво­дит к набуханию стружек, что при высыхании под облицовкой создает высокие механические напряжения, понижающие проч­ность и надежность склеивания.  Уменьшение же содержания воды, в свою очередь, влечет увеличение вязкости, что сказы­вается на удобстве нанесения клея (кистью, валиком или валь­цовыми устройствами). Причем пластифицированная диспер­сия ПВА, образующая прозрач­ный клеевой шов, тоже не реша­ет проблему, т. к. проявляет поры.

На малых предприятиях после нанесения клея ПВА на основание и наложения на него рубашки шпона следует холод­ная выдержка под прессом. Здесь также важна вязкость: слишком жидкий клей будет при прессовании просачивать­ся на лицевую сторону шпона через поры (размеры пор, например, у дубового шпона составляют десятые доли мил­лиметра). Компромисс тради­ционно достигается введением наполнителей. Оптимальное содержание нелетучих веществ (сухой остаток) для ПВА составляет 55-60%.

Клеи на основе ПВА — кис­лые (рН = 4,5-5,5), поэтому в присутствии соединений железа может наблюдаться окрашивание шпона, богатого дубильными веществами (дуб, каштан, ясень). В связи с этим применяют специальные про­кладки из бумаги или алюми­ниевой фольги для исключения контакта сырого клеевого слоя с железом (струбциной, плита­ми пресса и т. п.). Применение наполнителей также нейтрали­зует среду (рН = 6-8).

При прессовании плит в про­цессе облицовки шпоном необ­ходимо учитывать хорошую впитывающую способность натурального шпона и сразу после отвода воды из клеево­го слоя (15-30 мин в холодном режиме) прекращать прес­сование. Плиты пресса пре­пятствуют испарению воды из шпона, и если заготовку пере­держать, шпон набухнет. По этой же причине облицован­ные плиты после прессования нельзя сразу штабелировать; не менее трех часов их выдер­живают на воздухе в отрытом состоянии. Увеличение темпе­ратуры прессования сокра­щает его время.

Поверхности, облицованные шпоном с применением ПВА, подвергают очень щадящей шлифовке, если затем сле­дует их отделка нитролаком. Содержащиеся в нем рас­творители растворяют и ПВА, вследствие чего происходит вспучивание стыков между пла­стинами шпона или даже непо­средственно под шпоном.

Для приклеивания к древе­сине поролона, кожи, метал­ла, различных декоративно-облицовочных и пленочных мате­риалов (в том числе и полихлор­виниловых пленок) используются дисперсионные полиуретановые клеи, получаемые на основе изоцианатов и олигоэфиров. Они применяются как для холодно­го, так и для горячего склеивания. Особенность применения клеев этой группы — двухразо­вое нанесение клея с подсуш­кой каждого слоя до отлипания. Существенные недостатки —токсичность и высокая стоимость.

 

В наши дни, когда пробле­ма разрушения и загрязнения окружающей среды приобре­ла глобальный характер, необ­ходим поворот технологий к природе, к более безопасным и чистым веществам. Возможно, мы стоим на пороге третьего этапа   в   развитии   адгезионных соединений — возврата к клеям, синтезированным природой, — биоклеям (например, липкие выделения термитов, паучий клей). Термитники, изго­товленные термитами из пережеваннои насекомыми древе­сины и глины, по прочности пре­восходят арболит (цементно-древесные плиты, созданные человеком), а наличие в моле­куле паучьего клея разнообраз­ных активных групп ГОН, "СООН, ~NH₂) обеспечивает подобным материалам хорошую адгезию к древесине, коже, бумаге, пластикам. Прочностные и адге­зионные свойства биоклеев могли бы удовлетворить самые серьезные запросы современ­ных технологий. Поэтому ученые и стремятся получить их синтетические аналоги. Науке, имею­щей и прорывные разработки, и свежие идеи, и небанальные решения в этом направлении, только предстоит воплотить их в технологиях. И, вполне возмож­но, когда-нибудь синтетические аналоги биоклеев станут мас­совыми промышленны­ми клеями.