Клей

1.3 Факторы, формирующие качество  клея

1.3.1 Сырьевые компоненты

Состав клеев очень сложен. Для их производства используют следующие группы сырья:

1. Клеящие вещества (крахмал, декстрин, растительные смолы, нитроцеллюлоза, каучук синтетический, а также синтетические смолы: бакилитовофенольные, полиэфирные, полиамидные и пр.) обеспечивают адгезионную и когезионную прочность клеевого соединения

2. Растворители (бензин, ацетон, сложные эфиры).

Основным свойством растворителя, определяющим его качество, является растворяющая способность. Чем выше скорость растворения, меньше вязкость растворенной композиции при одинаковой концентрации полимера и ниже температура, обеспечивающая растворение с заданной скоростью, тем активнее растворитель.

Другим важным свойством растворителей является их способность быстро смачивать поверхность и обеспечивать диффундирование молекул полимера к ее активным центрам.

Растворители оказывают значительное влияние на физико-механические свойства клеевых прослоек, в частности на величину усадочных напряжений, водо- и теплостойкость.

Однако присутствие растворителя в клее замедляет процесс отверждения, снижает прочность и герметичность клеевой прослойки, так как испарение растворителя сопровождается порообразованием. Поэтому содержание растворителя в клее должно быть ограничено минимумом, необходимым для выполнения технологических операций.

В результате взаимодействия между активными группами растворителей и свободными радикалами полимеров клеевая прослойка после отверждения может содержать некоторое количество остаточного растворителя, который временно играет роль пластификатора.

3. Пластификаторы (камфорное  масло, глицерин, высококипящие малолетучие  жидкости, представляющие собой  сложные эфиры, например: дибутилфталат, трифенилфосфат).

Одним из важных факторов, определяющих свойства адгезионного соединения, является количество и природа пластификаторов, которые иногда вводят для устранения неблагоприятного влияния усадки и внутренних напряжений в процессе образования клеевого слоя. Некоторые пластификаторы вследствие плохой совместимости с клеящим полимером внедряются прежде всего между наиболее крупными молекулярными образованиями (т.н. эффект межпачечной пластификации), разрушают их и тем самым положительно влияют на условия формирования адгезионного соединения. Также пластификаторы добавляют для придания клеевой плёнке гибкости и эластичности.

4. Наполнители (тальк, мел, каолин  др.).

Введение наполнителей снижает остаточное напряжение в клеевом слое, что сопровождается повышением прочности адгезионной связи. С помощью наполнителя (например, аэросила) можно регулировать тиксотропные свойства клеев. В некоторых случаях введение наполнителей способствует увеличению не только прочности, но и теплостойкости клеевых соединений, лучшему заполнению клеем зазоров между склеиваемыми поверхностями, позволяет экономить клеящие материалы. При использовании в качестве наполнителей металлических порошков повышается теплопроводность клеевых соединений; порошкообразные серебро, медь, никель и некоторые другие металлы, а также графит придают клеям способность проводить ток.

Наполнители в клеях вызывают и некоторые отрицательные явления. Органические наполнители, например, набухают, снижают водостойкость клеевых соединений. Высокопрочные минеральные порошки резко повышают абразивный износ режущих инструментов при обработке клееных изделий. Нестойкие к кислотам и щелочам наполнители могут вступать в реакцию с другими компонентами клея, например кислым катализатором, и в связи с этим ускорять или замедлять процесс отверждения.

5. Отвердители (металл, пластмасса, фарфор, стекло и пр).

Их добавляют в клей, чтобы ускорить реакцию отверждения клея.

В процессе отверждения клеев выделяется тепло, которое при большом объеме состава может привести к его перегреву, к нарушению структуры клея и значительной усадке клеевого слоя. Поэтому для обеспечения необходимой жизнеспособности клея при введении отвердителя предпринимают некоторые меры для отвода выделяющегося при реакции тепла (водяное охлаждение, ограничение объема реагирующих веществ).

Скорость отверждения имеет большое значение для склеивания. Она зависит не только от температуры, но и от содержания в композиции растворителей, пластификаторов, наполнителей. При медленном испарении растворителя действие отвердителей несколько ограничивается. Если наполнитель обладает кислотными или щелочными свойствами, то он может усиливать или ослаблять (нейтрализовать) действие отвердителей, также имеющих кислую или щелочную реакцию.

В некоторых случаях отверждение клеев может происходить под влиянием влаги, адсорбированной на склеиваемых поверхностях. Так отверждаются, например, цианакрилатные клеи. В других случаях (при склеивании металлов) отвердителем служит сам металл. При нанесении клея на поверхность очищенной детали сразу же начинается процесс отверждения. Необходимым условием этого является отсутствие кислорода воздуха на поверхности склеивания.

6. Ингибиторы и стабилизаторы

Для того чтобы продлить срок сохранности исходных продуктов для клеев, в них вводят вещества, тормозящие или полностью прекращающие процессы полимеризации. Такие вещества называют ингибиторами. Как правило, ингибиторы добавляют в весьма малых количествах.

В качестве ингибиторов стирола, метилметакрилата, акрилонитрила применяют гидрохинон, ароматические амины и некоторые нитросоединения.

На свойства клеевых соединений может влиять старение полимеров – процесс, при котором под влиянием различных факторов изменяется состав и структура молекул.

Для замедления процессов старения, развивающихся в полимерах под влиянием тепла, кислорода воздуха, солнечного облучения, в состав некоторых клеев вводят небольшие добавки противостарителя, или стабилизатора (многоатомные фенолы, амины и соединения, содержащие сульфгидрильные группы).

Кроме того в состав клеевых соединений входят прочие добавки, такие как антисептики, вещества, препятствующие комкованию порошкообразных клеев и т.д.

1.3.2 Технология производства  клея

Качество клеев зависит не только от сырьевых компонентов, но и от соблюдения технологии производства.

Единой методики производства клея нет, т.к. сырье, используемое при изготовлении различных типов клеев, и его свойства существенно отличаются друг от друга.

Самая общая технологическая схема производства клеев выглядит следующим образом:

1. Подготовка сырья.

2. Дробление сырья.

3. Взвешивание и подготовка  порций.

4. Обработка сырья в  смесителе.

5. Варка.

6. Отстой (вылеживание) продукта (для некоторых типов клеев).

7. Сушка и дробление  продукта.

8. Упаковка клеев.

Клеи-расплавы готовят по следующей технологической схеме: дозирование и смешивание компонентов (основной полимер – этиленвинилацетат, эфиры канифоли, полиуретан, каолин в качестве наполнителя и др. добавки), расплавление смеси при температуре 120°С, экструзия (выдавливание) смеси в виде нитей, их протяжка и охлаждение в воде, измельчение в гранулы, подсушка и упаковка в бумажные мешки.

Порошкообразные клеи получают распылением жидкой смолы и последующей ее сушкой горячим воздухом.

Получение поливинилацетатных клеев возможно путем растворения смолы в соответствующем растворителе с добавлением инициатора и ускорителя полимеризации.

Мездровый клей получают путем проваривания подкожного слоя шкуры животных и других отходов кожевенной промышленности.

Клей костный — получают из костей крупных позвоночных животных и костяных отходов, а также из лома различных костяных изделий. Для этого кости дробятся, обезжириваются, а затем варятся. Клеевой бульон, содержащий 10-20% клея, отстаивается, осветляется фильтрованием, иногда отбеливается и выпаривается в вакуум-аппарате до 30—40% содержания клея, далее перерабатывается на пластины.

Альбуминовый клей готовят на основе альбумина- животного белка, который при 75°С твердеет и становится нерастворимым. При выпаривании крови животных получают кристаллический или пылевидный альбумин, растворимый в воде в соотношении 1:9, затем при добавлении 10% гашеной извести получают желеобразную массу с клеящими свойствами.

Основной проблемой производства клеев является их высокая вязкость, которая затрудняет быстрое и качественное перемешивание, диспергирование и транспортирование к месту фасовки материалов.

Производство вязких и высоковязких водно-дисперсионных материалов, к которым относится клей, осуществляется по двум схемам, различающимся по принципу действий.

Первая схема базируется на подготовке материалов в вязкой среде. Предварительное перемешивание проводится, как правило, горизонтальной лопастной тихоходной мешалкой, с совмещением этого устройства с насосным – диспергирующим агрегатом. Такое совмещение позволяет производить выпуск вязких материалов одновременно с транспортированием их к месту фасовки.

Процесс изготовления клеев выглядит следующим образом. В верхний тихоходный растворосмеситель порционно загружаются весовые количества сырьевых компонентов. В течение 10-20 минут проходит перемешивание и предварительное диспергирование материала за счет трения эластичных частей лопастей мешалки о металлический корпус смесителя. Затем перемешанная композиция в полном объеме выгружается в накопительную часть нижнего агрегата, после чего включается шнек, при этом работает рециркуляционное насосное оборудование, возвращая после обработки указанную композицию обратно в накопительную емкость нижнего агрегата.

Одновременно с этим производится вторая загрузка в верхний агрегат. После окончания этой загрузки рукав рециркуляции частично перекрывается, и часть материала идет на фасовку.

Недостатком указанного способа является относительно невысокая производительность труда при высоких энергозатратах, достаточно длительное время изготовления (за счет перемешивания в вязкой среде), необходимость использования тонких готовых наполнителей (для получения однородных клеев).

Процесс изготовления по второй схеме подразумевает принципиально другую технологию производства.

Предварительное перемешивание и диспергирование проводится при высоких оборотах в жидкой среде (соответственно без высоких энергозатрат) и подразумевает загущение продукта на конечной стадии производства, с последующим транспортированием.

В отличие от первого метода в производстве задействовано съемное навесное оборудование, которое дает возможность не только перемешивать и дезинтегрировать, но и диспергировать материал. Используются рукава рециркуляции, шнек и насос, которые непосредственно совмещены с емкостью, в которой осуществлялась предварительная подготовка материала.

Установки, используемые при производстве клеев (УДИМ-1ПМ и ШУ-1), снабжены системой принудительной подачи материала к месту фасовки, которая содержит последовательно совмещенные - шнек, винтовой насос и гибкий шланг.

Упаковывают клеи в бумажные, полиэтиленовые пакеты, банки, бутылки, металлические тубы.

1.4 Системы оценки качества  клея

Приемка клеящих материалов проводится партиями.

При периодическом процессе производства за партию принимают количество аналогичного по составу и консистенции клеящего материала, полученного за один технологический цикл и сопровождаемого одним документом о качестве.

При непрерывном процессе производства за партию принимают количество аналогичного по составу и консистенции клеящего материала, изготовленного за ограниченный период времени, но не более суточной выработки и сопровождаемого одним документом о качестве.

При транспортировании клеящих материалов за партию принимают содержимое каждого транспортного средства.

Ко всем клеям предъявляют следующие требования: 

внешний вид; 

наличие посторонних примесей;  

массовая доля сухого остатка (массовая доля влаги); 

вязкость; 

толщина клеевого слоя; 

прочностные показатели клеевого соединения; 

жизнеспособность; 

клеящая способность; 

показатели безопасности.

Для некоторых видов клеев применимы особые требования. Например, к дисперсионным, эмульсионным, липким клеям и герметикам применим показатель активности водородных ионов; к клеям природного происхождения предъявляются требования к загниваемости и грибоустойчивости.

Документ о качестве должен содержать следующие данные: 

наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак или только его товарный знак; 

наименование, марку и цвет материала, сорт;