Феноло-формальдегідні клеї - будівництво та ремонт
Феноло-формальдегідні смоли, що є основним компонентом однойменних клеїв, є продуктом реакції поліконденсації фенолу та його гомологів (крезолів, ксиленолів) з формальдегідом у присутності кислих або лужних каталізаторів.
Залежно від співвідношення вихідних продуктів та режиму виготовлення феноло-формальдегідні смоли поділяють на новолачні (термопластичні) та резольні (термореактивні). Для клеїв використовують, як правило, резольні смоли. Затвердіння їх відбувається у кілька стадій. На 1 стадії смола називаєтьсярезолом. Вона добре розчиняється у лугах, ацетоні, спиртах, етилацетаті. Нагрівання резолу переводить його в 2 стадію -резитол, який не розчиняється, а лише набухає в деяких органічних розчинниках та слабких розчинах лугів. Подальше нагрівання ретолу переводить його на 3 стадію -резит, неплавкий і нерозчинний продукт. Перехід у стадію 3 супроводжується значною усадкою полімеру.
Резити- це тверді, крихкі речовини, схильні до усадки, з хорошими діелектричними властивостями та хімічною стійкістю.
Затвердіння феноло-формальдегідних клеїв можливе при підвищеній температурі без введення затверджувачів (гарячий спосіб) та при нормальній температурі (15-17 °С) з затверджувачами (холодний спосіб).
Швидкість затвердіння в першому випадку суттєво залежить від температури у клейовому шві. Так, за 130 °С феноло-формальдегідний клей (смола Б) затверджується за 13 хв, а при 155 °З - за 3 хв.
При склеюванні холодним способом клей отверждается протягом 24-48 год. Як затверджувачів використовують бензол-і толуолсульфокислоти. Промислове застосування отримав затверджувач - суміш сульфонафтенових кислот, так званий контактПетрова, що є побічний продукт переробки нафти. Кількість цього затверджувача, що вводиться в смолу, залежить від його активності (кислотного числа) та температури склеювання.Кислотне числобуває в межах 65-95 од. Його визначають наступним чином: відважують 4-5 г контакту в колбі, доливають в неї 25 см ? дистильованої води, 25 см ? етилового спирту і 2-3 краплі фенолфталеїну. Отриманий склад титрують 1 н. розчином їдкого натру до рожевого фарбування.
Кислотне число, виражене в міліграмах натрію їдкого на 1 г контакту, визначають за формулою Рис. 1.
Мал. 1. Формула кислотного числаN- кількість нормального розчину їдкого натру, що йде на нейтралізацію навішування контакту, см3;k- навішування контакту, г;
Контакт Петрова з кислотним числом більше 95 різко скорочує життєздатність клею та викликає прискорене старіння клейового шва, тому перед вживанням його розводять водою.
Кислоти, що входять в контакт Петрова, кородируют матеріали, що склеюються, наприклад метали. Тому феноло-формальдегідні клеї холодного затвердіння для склеювання металів не застосовують або застосовують із захисним підшаром. Спірним досі залишалося питання дії контакту Петрова на деревину.
Дослідження показали, що існує межа в кількостях отверджувача, вище якого може відбуватися значне ослаблення деревини клеями холодного затвердіння. Деревина послаблюється і в тому випадку, коли для прискорення склеювання підігрівають клейовий шар, що містить контакт Петрова. Однак помірне нагрівання (60-70 ° С) при помірному вмісті контакту (15-20%) не дає негативних наслідків.
Для розчинення феноло-формальдегідних клеїв застосовують ацетон, спирт, воду. Упромисловості використовують переважно водорозчинні та спирторозсільні смоли. Перші переважні для склеювання деревини як дешевші і менш дефіцитні.
Пластифікатори для феноло-формальдегідних клеїв не застосовують через погану сумісність їх з полімером. Для наповнення клеїв використовують борошно, бавовняні очеси, азбест, мелену шкаралупу горіхів і фруктових кісточок. Наповнені клеї застосовують в основному для склеювання деревини.
Властивості сполук на феноло-формальдегідних клеях залежать від способу затвердіння та вмісту низькомолекулярних компонентів. Клеї холодного затвердіння утворюють крихкі прошарки, що мають значну (6-8%) усадку. Такі прошарки розтріскуються через появу в них внутрішніх напруг.
З'єднання на клеях гарячого затвердіння більш стійкі до коливань температури та довговічні.
Феноло-формальдегідні клеї та сполуки на них водо- та теплостійкі. Виливки клею КБ-3, наприклад, лише трохи змінюють міцність при тривалому вимочуванні у воді. Набухання при цьому за 3-5 місяців становить лише 8-10%. Одночасне зволоження та нагрівання (до кип'ятіння) у воді знижує міцність виливків на 30-40%.
Водо та теплостійкістьз'єднання залежать від складу поміру та його концентрації в клеї. Менш стійки з'єднання на клеях, виготовлених на основі так званих сумарних фенолів (суміш фенолу та його гомологів) та на клеях з малою концентрацією полімеру (20-30%). Термічне розкладання фенолоформальдегідних полімерів починається при температурі близько 200 °С.
Як уже говорилося, феноло-формальдегідні смоли застосовують в основному для склеювання деревини, деревних пластиків та плит. Затверджуються вони холодним та гарячим способами.
Для склеювання металів тапластмас застосовуютьфеноло-формальдегідні смоли, модифіковані полівінілбутіралем(клеї БФ). Окремі марки клеїв БФ відрізняються співвідношенням цих двох основних компонентів, феноло-формальдегідна смола надає сполукам міцність та термостійкість, а полівінілбутираль – еластичність та вібраційну стійкість. Так, у складі широко відомого клею БФ-2 на 1 вагу. ч. феноло-формальдегідної смоли припадає 1 вага. ч. полівінілбутиралю, а у складі клею БФ-4 на 1 вагу. ч. смоли – 5,67 вага. ч. полівінілбутіралю.
Клей БФ-2 застосовують для склеювання виробів з порцеляни, фаянсу, скла, дерева, багатьох металів та пластмас. Вироби із целулоїду, полівінілхлориду, органічного скла, полістиролу клеєм БФ-2 не склеюються.
Перед склеюванням поверхню виробів ретельно очищають від бруду, пилу, іржі, слідів жиру та просушують. На обидві поверхні, що склеюються, наносять тонкий шар клею і висушують на повітрі. Потім наносять другий шар клею та злегка підсушують. Після цього склеювані частини з'єднують так, щоб було забезпечене щільне з'єднання. Склеювання проводять при температурі 100-150 ° С протягом 1,5-2 години. Після прогрівання виріб охолоджують у скріпленому стані до кімнатної температури.
Можна склеювати вироби при кімнатній температурі, але в цьому випадку виріб повинен бути витриманий у скріпленому стані протягом 3-4 діб.
З'єднання металів на клеях типу БФ мають високу міцність: опір, зсув сталевих пластинок становить 200-350 кг/см², чавунних і дюралюмінієвих - 150-300 кг/см². При склеюванні пластмас міцність з'єднання часто перевищує міцність самих матеріалів, що склеюються. Недоліком клеїв БФ є відносно низька термостійкість.
Для підвищення теплостійкості та еластичностіфеноло-формальдегідні смоли модифікують синтетичними каучуками, поліамідами та кремнійорганічними сполуками. Крім того, феноло-формальдегідні смоли модифікують поліхлоропреном у поєднанні з поліамідом. Однак такі клейові композиції менш теплостійкі, ніж, наприклад, широко відомий клей фенолонітрильний ВК-32-200. Цей клей складається з двох компонентів: феноло-формальдегідної смоли (лаку ІФ) та розчину гумової суміші (бутадієнакрилонітрильного каучуку СКН-40), взятих у співвідношенні 7:180. Робоча в'язкість його 200-700 спз. Клей готують не раніше ніж за 24 години до застосування. Наносять клей двома шарами.
Перший шар витримують 30 хв за нормальної температури, другий - 90 хв при 60°С. Клей затверджується при 180°С протягом 1-2 год. Необхідний тиск при склеюванні 6-20 кг/см², витрата клею 150-200 г/м² на кожен шар. Клей ВК-32-200 може бути отриманий у вигляді плівки, застосування якої в окремих випадках значно спрощує процес склеювання. Клеєм ВК-32-200 можна склеювати сталь, алюміній, титанові сплави, склотекстоліт, пінопласти. Міцність склеювання, сталі та алюмінію (опір зсуву) досягає 200 кг/см², а склотекстоліту 100 кг/см². При тривалому (400 год) нагріванні склеєних металевих виробів міцність з'єднання залишається вищою 100 кг/см², що вважатимуться задовільним. З'єднання на клеї ВК-32-200 стійкі до змінних температур в інтервалі від -60 до +200°С.
Аналогічні технологічні характеристики мають феноло-каучукові клеї ВК-3 і ВК-4, що відрізняються підвищеною еластичністю і поліпшеними фізико-механічними властивостями. Клеєм ВК-3 склеюють метали та неметалеві матеріали, що працюють в інтервалі температур від -60 до +200 °С. Клей готують змішуванням спиртового розчину феноло-формальдегідної смолиіз розчином гумової суміші на основі акрилонітрильного каучуку. На відміну від клею ВК-32-200 він містить добавки, що підвищують еластичність, застосовувати його можна в рідкому вигляді та у вигляді плівки. Сполуки на клеї ВК-3 стійкі до дії води, розчинів солей, бензину, масел, спирту. Клей не викликає корозії кольорових та чорних металів.
Клей ВК-4 теплостійкіший, ніж клей ВК-32-200, з'єднання металів на ньому можна експлуатувати при 275-300 °С. Застосовується в рідкому вигляді та у вигляді плівки, а також у поєднанні підшару з рідкого клею з плівкою.
За допомогою клею ВК-4 можна склеювати різні сталі, титанові та інші сплави. Затвердіння клею відбувається при 200 ° С протягом 2 год при питомому тиску 10-20 кг/см2.
Підвищеною теплостійкістю відрізняються клеї, модифіковані кремнійорганічними сполуками.
Поєднанням феноло-формальдегідних смол з полівінілацеталями та алкоксисиланом отримують клеї ВС-ЮТ та ВС-350, призначені для склеювання металів, склотекстолітів різних марок, а також теплостійких пінопластів. Основою цих клеїв служить композиція ВС-10, що складається з полівінілацеталю і алкоксисилану, які при нагріванні вступають в реакцію і утворюють полімер просторової будови. Фенолоформальдегідна смола також реагує з алкоксисиланом, в результаті утворюється блоксополімер з високою теплостійкістю. З'єднання на клеях ВС-ЮТ і ВС-350 мають гарну водостійкість і характеризуються високими показниками тривалої міцності. Олія, гас і бензин практично не впливають на властивості клейових сполук.
Клей ВС-ЮТ і ВС-350 застосовують для кріплення фрикційних накладок при ремонті будівельних машин, а також для вклеювання втулок і наклеювання стрічок при виведенні зносу частин машин, що нагріваються, що нагріваються вексплуатації.
Клей ВС-10Т є розчином полівінілацеталю, феноло-формальдегідної смоли та алкоксисилану в суміші органічних розчинників. Концентрація сухої речовини становить 15-30%, в'язкість клею коливається в межах 50-120 с по віскозиметру ВЗ-1.
Клей наносять на очищені та знежирені поверхні двома шарами з розрахунку 70 г сухої речовини на 1 м² поверхні, що склеюється. Склеювання проводять при 180-200° протягом 2 год під тиском 0,5-2 кг/см².
Міцність клейового з'єднання сталі досягає 180 кг/см² і після тривалого нагрівання при 200° залишається вище 60 кг/см². Клей ВС-ЮТ стійкий до дії масел та рідких палив, не токсичний, не викликає корозії металів. Зберігають клей у закритій тарі протягом 6 місяців і більше, при загусанні розбавляють до необхідної консистенції.
Клей ВС-350 відрізняється від клею ВС-ЮТ тим, що містить феноло-формальдегіднофурфурольну смолу і має більш високу (до 350 °С) теплостійкість. Технологія склеювання така сама, як і для клею ВС-ЮТ.
За кордоном для з'єднання металів застосовують феноло-формальдегідні клеї у комбінації з поліамідною плівкою. Основою плівки часто служить склотканина, просочена смолою.
На поверхню металу спочатку наносять шар феноло-формальдегідної смоли і підсушують його протягом 30 хв, потім накладають поліамідну плівку, з'єднують деталі і витримують з'єднання під тиском 0,7-7 кг/см² протягом 2 хв при температурі 220 °С. Міцність з'єднання при нормальній температурі до 350 кг/см², внаслідок тривалого впливу навантаження, межа міцності знижується більш ніж у 3 рази. Тривале нагрівання (до 150 ° С) знижує короткочасний опір зсуву до 200-230 кг/см2.
Незважаючи на давність застосування феноло-Формальдегідні клеї властивості їх вивчені ще недостатньо повно. Залишається предметом дискусій механізм утворення просторової сітки та адгезійних зв'язків у резитах. Ведуться пошуки нових способів модифікації клеїв.
У будівництві феноло-формальдегідні клеї застосовують для виготовлення столярних виробів, дерев'яних конструкцій, деталей збірних будинків, для склеювання тришарових панелей, ремонту машин, кріплення теплоізоляції, а також при обробці будівель (пристрої підлоги, перегородок тощо).