Короткі теоретичні відомості
Лабораторна робота №1
Синтетичні сполучні для деревних матеріалів
Мета роботи: знайомство з класифікацією та особливостями синтетичних полімерів, що використовуються як клейові матеріали в деревообробці та практичне закріплення методик визначення водневого показника, змішування з водою та умовної в'язкості.
Короткі теоретичні відомості
Клеями (зв'язуючими) прийнято називати такі склади, які за певних умов внаслідок хімічних реакцій здатні твердіти і з'єднувати один з одним однакові або різні матеріали: деревину, папір, пластичні маси та ін Клеї можуть бути одно-або багатокомпонентними. До складу сполучного можуть входити полімер, затверджувач, наповнювач, пластифікатор, розчинник. Затверджувачі і пластифікатори вводять в основному сполучні на основі синтетичних смол.
Затверджувачі застосовують для прискорення процесу затвердіння сполучного. В однокомпонентне сполучне затверджувач не додається, для нього поняття «смола» та «клей» – ідентичні (приклад: фенолоформальдегідна смола).
Наповнювачі (крохмаль, деревне борошно, каолін та ін.) використовують для підвищення в'язкості та зменшення усадки клейових сполук, тобто для зниження усадкової напруги. Наповнювачі можуть бути інертними, не з'єднаними хімічними зв'язками з отвержденным зв'язуючим (каолін) або активними, що вбудовуються в структуру свердління (карбоксиметилцелюлоза).
Пластифікатори (гліцерин, дибутилфталат, трикрезілфосфат та ін) служать для зменшення крихкості клейових сполук.
Розчинники (спирт, ацетон, вода) вводять до складу клеїв для зниження їх в'язкості, концентрації та інших цілей.
У процесах виробництваматеріалів з деревини використовуються сполучні:
-синтетичні полімери (їх прийнято називати синтетичні смоли);
-мінеральні в'яжучі (гіпс, цемент, рідке скло, магнезіальні в'яжучі);
-природні полімери (тварини походження - мездровий і казеїновий клеї; рослинного походження - крохмаль, декстрин, танін та ін);
-штучні полімери (одержують із природних полімерів шляхом полімераналогічних перетворень).
Мінеральні в'яжучі використовують для виробництва деревних композитів будівельного призначення. Природні сполучні нині у промисловості майже застосовуються, штучні сполучні з урахуванням природних компонентів розробляються Німеччини, Франції, Китаї.
Основними сполучними у виробництві матеріалів основі деревини є синтетичні полімери.Методи їх отримання:ланцюгова полімеризація,ступінчаста поліконденсація,поліприєднання. Останнім часом використовується метод зміни властивостей природних чи синтетичних полімерів шляхом введення у полімерну макроструктуру фрагментів іншої структури – хімічна модифікація полімерів.
Полімеризація - ланцюгова реакція, при якій мономери шляхом послідовного приєднання до активного центру утворюють макромолекули (стадії реакції: утворення активного центру - ініціювання або збудження молекул мономеру; зростання ланцюга; обрив або передача ланцюга). Якщо реакції використовують молекули одного полімеру, її називають гомополімеризацією, якщо двох і більше мономерів – сополимеризацией.Процес триває до витрати мономерів, на кінцях макромолекули немає вільних функціональних груп.
Методом полімеризації синтезують такі полімери, що використовуються яксполучних у процесах виробництва клеєних матеріалів з деревини (або для модифікації сполучних), як полівініловий спирт, полівінілацетат та ін.
Поліконденсація - ступінчастий процес отримання полімеру з поліфункціональних мономерів, при якому можуть виділятися (або не виділятися)низкомолекулярні побічні продукти (вода або ін.), а на кінцях макромолекули завжди присутні вільні функціональні групи .Отримані при поліконденсації проміжні та кінцеві молекули стійкі і можуть бути виділені зі сфери реакції на будь-якій стадії процесу.
Методом поліконденсації синтезуються карбамідоформальдегідні, фенолоформальдегідні, меламіноформальдегідні смоли.
Поліприєднання – ступінчастий процес отримання полімеру з однорідних або різнорідних молекул, а також циклічних сполук, при якому не виділяютьсянизькомолекулярні побічні продукти (вода або ін.), а на кінцях макромолекули відсутні вільні функціональні групи.
Методом поліприєднання синтезують поліуретанові полімери, що використовуються як сполучні, лаки, пінополіуретани.
За формою молекул розрізняють лінійні, розгалужені та пошиті (або сітчасті, або просторові) полімери.
Лінійні полімери – це такі, довжина макромолекули яких у сотні та тисячі разів перевищує її поперечний розмір. Лінійні полімери (крім жорстколанцюгових ароматичних) при нагріванні здатні плавитися або розм'якшуватися, деякі з них розчиняються в органічних розчинниках.
У розгалужених полімерах поряд з основним ланцюгом є бічні, пов'язані з основним ланцюгом хімічними зв'язками і складаються з ланок зазвичай того ж складу. Розгалужені полімери здатні набухати в органічних розчинниках і принагріванні розм'якшуватися.
Зшитими називають полімери, ланцюги яких з'єднані між собою хімічними зв'язками в єдину сітку. Зшиті полімери не плавляться і не розчиняються в органічних розчинниках. Якщо сітчастий полімер піддати часткової деструкції міжмолекулярних хімічних зв'язків, то він набуває здатність до розчинення(приклад : отримання целюлози з деревини, коли лігнін переводять в розчинний стан).
За реакцією на нагрівання полімери діляться на термопластичні та термореактивні.Термопластичні мають лінійну структуру, здатні плавитися при нагріванні, при цьому вони не мають точки плавлення, процес протікає в певному інтервалі температур (приклад : новолачні фенолоформальдегідні смоли).Термореактивні мають дво- або тривимірну сітчасту структуру, при нагріванні незворотно переходять у твердий стан (приклад : резольні фенолоформальдегідні смоли). Термопластичні полімери можуть використовуватися в деревообробці для облицювання плитних матеріалів кромковим пластиком, термореактивні – для виробництва клеєних матеріалів з деревини, для їхньої захисно-декоративної обробки.
Найбільш поширеними в даний час є карбамідо-і фенолоформальдегідні смоли.
Карбамідоформальдегідні смоли (КФС) застосовують у виробництві фанери, деревинно-стружкових плит, для склеювання деталей меблів. Структура отвержденной КФС представлена рис. 1.1.