Классификация синтетических смол и клеев

В деревоперерабатывающей отрасли широко применяют различные клеевые материалы, которые изготавливают на основе природных (натуральных) или синтетических клеящих веществ.

В мировой практике для изготовления клееных древесных материалов, в первую очередь фанеры и древесностружечных плит, используют карбамидо, феноло- и меламиноформальдегидные смолы и клеи на их основе.

Синтетические смолы классифицируют по ряду признаков (рис. 2.1), основные из которых: реакция получения, отношение к теплу, водостойкость, токсичность и др.

По реакции получения смолы для клеев подразделяют на поликонденсационные и полимеризационные. 

В процессе полимеризации выходным продуктом является полимер, в результате реакции поликонденсации получают и полимер, и побочный низкомолекулярный продукт (вода или спирт).

Для изготовления фанеры и плит используют олигомеры, получаемые в процессе поликонденсации карбамида или фенола с формальдегидом.

Карбамидоформальдегидные смолы являются результатом поликонденсации карбамида [(NH₂)₂CO] с формальдегидом СН₂О в присутствии катализаторов. Они представляют собой смесь низкомолекулярных продуктов поликонденсации с молекулярной массой не более 700.

Реакция получения   поликонденсация полимеризация Вид мономера   карбамид фенол меламин поливинилацетат изоционат Состав клея   однокомпонентные многокомпонентные Отношение к теплу   термореактивные термопластичные Водостойкость   неводостойкие средней водостойкости высокой водостойкости Способ получения   периодический вакуумированный полувакуумированный непрерывный на основе форкоцентрата Вид растворителя   водорастворимые спирторастворимые органические растворители Класс    эмиссии и древесностружечных плит фанеры    Е0 Е1 Е2 Способ отверждения холодный горячий

Рис. 2.1. Классификация синтетических смол [1]

В процессе полимеризации выходным продуктом является полимер, в результате реакции поликонденсации получают и полимер, и побочный низкомолекулярный продукт (вода или спирт).

Для изготовления фанеры и плит используют олигомеры, получаемые в процессе поликонденсации карбамида или фенола с формальдегидом.

Карбамидоформальдегидные смолы являются результатом поликонденсации карбамида [(NH₂)₂CO] с формальдегидом СН₂О в присутствии катализаторов. Они представляют собой смесь низкомолекулярных продуктов поликонденсации с молекулярной массой не более 700.

Необходимым условием отверждения таких смол является введение в их состав отвердителей, способных повысить кислотность среды (снизить число рН). В качестве отвердителей применяют хлористый аммоний NH₄ Cl (для горячего склеивания) и водные растворы органических кислот – щавелевой (СООН)₂ и молочной СН₃СНОНСООН. Количество вводимого отвердителя должно обеспечить снижение числа рН смолы до 3,5–4,0. При отверждении в процессе взаимодействия метилольных и амидных групп у олигомера образуются поперечные связи с образованием трехмерной пространственной структуры, которая не изменяется при нагревании и под действием растворителей. Карбамидоформальдегидные клеи позволяют получать прочные клеевые соединения со средней водостойкостью.

Фенолоформальдегидные смолы и клеи позволяют создавать клеевые соединения повышенной прочности, эластичности, водостойкости и долговечности по сравнению с карбамидоформальдегидными клеями. Их получают путем поликонденсации фенола С₆Н₅ОН и формальдегида СН₂О в присутствии катализаторов. Готовые фенолоформальдегидные смолы представляют собой смесь олигомеров с молекулярной массой от 200 до 4000.

Смолы резольного типа имеют линейное строение [5,15,16]:

При отверждении однокомпонентных фенолоформальдегидных олигомеров резольного типа в результате нагревания углубляется процесс поликонденсации в присутствии оксиметильных функциональных групп с образованием смол, имеющих пространственную структуру. Во многокомпонентных системах углубление поликонденсации достигается путем введения в состав фенолоформальдегидных смол параформальдегида. Многокомпонентные клеи обладают повышенными по сравнению с исходными смолами вязкостью и концентрацией.

Вязкость смол и клеев, характеризующая внутреннее трение между слоями жидкости, является основным показателем для оценки способности связующего наноситься на поверхность древесины и растекаться по ней.

Важной характеристикой жидких клеящих смол служит их поверхностное натяжение, которое существенно влияет на способность связующего смачивать поверхность твердого тела, растекаться по ней, переноситься с одной поверхности на другую. Поверхностное натяжение клея зависит от поверхностной активности входящих в него компонентов. Чем меньше поверхностное натяжение жидкости, тем выше его способность смачивать поверхность твердого тела. Спирторастворимые клеи имеют меньшее поверхностное натяжение, чем водорастворимые, и лучше смачивают подложку. Феноло- и карбамидоформальдегидные водорастворимые олигомеры, поверхностное натяжение которых составляет 40–45 мДж/м² (у воды – 72,7 мДж/м²), удовлетворительно смачивают древесину технологической влажности (5– 10 %).

Серьезным недостатком феноло- и карбамидоформальдегидных смол является их относительно высокая токсичность, характеризуемая показателем эмиссии формальдегида Е (Е0, Е1, Е2).