Как клеить древесину

Волынский И. Как клеить древесину // Витрина. 2001. №4. C.53-59

Многие из тех, кто нынче занимается изготовлением окон и дверей, некогда получили базовое образование по далёким от этой области специальностям. Украинцам, пережившим общегосударственную перестройку, пришлось ещё и основательно перестраивать собственную жизнь, в том числе профессиональную.



Естественно, что бывшим экономистам или химикам, текстильщикам или математикам порой не хватает фундаментальных знаний, когда дело касается, скажем, технологии механической обработки древесины или её склеивания. Не отступая от основной своей задачи - рассказывать о новом в строительных технологиях Запада, наш журнал охотно предоставляет свои страницы и квалифицированным отечественным специалистам, прежде всего преподавателям вузов. Своими статьями и консультативными материалами они могут оказать неоценимую помощь новоиспечённым производственникам, желающим получить специальные знания и глубже разобраться в теоретических основах технологии - будь она для деревообработки, раскроя стекла или изготовления конструкций из металлопластиковых профилей.

Смолы и клеи для древесины

Основу большинства используемых в деревообработке клеёв составляет та или иная синтетическая смола - высокомолекулярный продукт, способный при определённых условиях к отвердению. Клей как конечный продукт получают в результате добавления в смолу технологически важных компонентов, прежде всего способствующих отвердению. Существуют и одно-компонентные клеи, например резиновые, поливинилацетатные и другие, не содержащие отвердителей.

В зависимости от их поведения при нагревании, смолы делятся на термореактивные и термопластичные. Первые, расплавившись, уже в нагретом виде необратимо твердеют, а термопластичные остаются жидкими, их отвердение возможно за счёт охлаждения расплава. Грамотный технолог может сам направленно менять некоторые свойства клея, используя такие приёмы как наполнение, пластифицирование, модифицирование. Наполнители влияют на вязкость клея, его усадку, прочностные свойства шва. Добавляя в небольших количествах специальные вещества - пластификаторы, можно снизить жесткость клеевого шва. Наконец, смешивание различных клеев позволяет получать новые их модификации, то есть связующие с иными свойствами.



Клеи на основе карбамидо-формальдегидных смол - самые распространённые. Исходными материалами для них являются карбамид (мочевина) и формальдегид - бесцветный газ с резким запахом. Карбамидо-формальдегидные (КФ) клеи бесцветны, имеют слабый запах, сравнительно недороги, быстро твердеют, обеспечивают высокую прочность клеевого шва. Их термостойкость характеризуется диапазоном температур от минус 40 до плюс 60 оС.

К недостаткам КФ-клеёв, сужающим область их применения, можно отнести ограниченную водостойкость, наличие токсичного компонента (свободный формальдегид), значительную усадку, неравномерное заполнение швов, опасность коррозии.

Характеристика основных марок (по ГОСТ 14231-88), применимых в строительстве:

? КФ-О - малотоксичный (не более 0,25% свободного формальдегида), используется в производстве фанеры и стройматериалов (кроме древесностружечных плит), подходит для склеивания бумаги;

? К.Ф-Б - быстротвердеющий, находит применение при облицовывания поверхностей шпоном, в производстве фанеры, теплоизоляционных материалов;

? КФ-Ж - с повышенной жизнеспособностью, идёт на изготовление фанеры, деталей мебели, столярно-строительных изделий;

? КФ-БЖ - соединяет в себе преимущества двух предыдущих, а потому находит самое широкое применение;

Все КФ-смолы можно использовать как для холодного, так и для горячего склеивания (в зависимости от используемого отвердителя), но не ранее чем через 24 часа после приготовления. Карбамидные смолы, отвердевающие под действием кислоты, после добавления отвердителя их жизнеспособность невелика и они пригодны для использования лишь в течение двух-четырех часов.



Клеи на основе меламиновых смол изготавливаются в СНГ, в основном, на импортном сырье, поскольку собственного промышленного производства меламина у нас пока нет. Реакция меламина с формальдегидом дает более развитую трехмерную структуру, чем получаемая при взаимодействии формальдегида и карбамида, так что соединение на меламиновом клее будет более прочным и долговечным Из-за высокой стоимости меламина его используют как добавку к карбамидным смолам (15-20% от обшей массы клея), но поскольку он труднорастворим, прямая модификация этих смол меламином невыгодна. Куда эффективнее совмещать их с меламиноформальдегидными смолами, которые могут твердеть как при повышенной температуре, так и при комнатной (последнее возможно, если добавлен кислый отвердитель).

Клей = смола + отвердитель

Клеи на основе феноло-формальдегидных смол, получаемых в результате реакции фенола с формальдегидом, могут быть как термопластичными, так и тормореактивными. Это зависит от соотношения исходных компонентов если фенол и формальдегид взять поровну или с преобладанием формальдегида (обычно не более чем в два раза), получается термореактивная смола, а при избытке фенола - термопластичная.

Клей = смола + высокая температура

Для склеивания древесины применяют термореактивные смолы горячего и холодного отвердевания. Смолы горячего отвердения имеют повышенную щелочность и непригодны для холодного склеивания. При горячем склеивании фенольными смолами отвердитель не требуется: реакция происходит быстро благодаря высокой температуре, и смола по существу является однокомпонентным клеем. При холодном склеивании для отвердения используются диэтиленбензосульфокислоты (БСК). Клеи горячего отвердения применяют, в основном, для производства водостойкой фанеры, холодного - для склеивания деталей строительных конструкций, где горячий метод склеивания не подходит из-за большой толщины материала.

В сравнении с карбамидными, фенольные смолы обеспечивают более высокую водо- и атмосферостойкость клеевых соединений. Однако они обходятся дороже, медленнее отвердевают, более токсичны, дают темный клеевой шов, могут вызвать кислотное повреждение древесных волокон. Клеи некоторых марок после нанесения необходимо подсушивать.

Резорциновые клеи очень востребованы изготовителями клееных деревянных строительных конструкций. Резорцин - двухатомный фенол С6Н4(ОН)2 - бесцветное или слабо окрашенное кристаллическое вещество с едва заметным запахом, более высокореакционное, чем обычный одноатомный фенол. В результате реакции поликонденсации резорцина с формальдегидом получается клей, дающий шов более плотной объемной структуры с высокими физико-механическими показателями. Подобно тому, как меламин способен "усиливать" карбамидные клеи, резорцин делает более крепкими фенолформальдегидные клеи.

Резорцинформальдегидные смолы в чистом виде термопластичны. Их основное преимущество перед фенольными в том, что они твердеют в щелочной среде и имеют более высокую концентрацию (60-65%). При холодном склеивании отвердителем служит параформ - параформальдегид (СН2О)n, добавка которого создает избыток формальдегида и делает смолу термореактивной. В качестве примера такой смолы, применимой для клееных деревянных конструкций, можно назвать ФР-12 Она удобна для склеивания в поле токов высокой частоты, однако очень дорогая (примерно в 8 раз дороже фенольных смол) ввиду дефицитности резорцина.

Фенолорезорциновые и фенолоалкилрезорциновые смолы также отверждаются параформом. Марки ФРФ-50 и ДФК-14 с содержанием резорцина до 50%, по качеству не уступающие резорцинформальдегидным клеям, применяются для склеивания деталей строительных конструкций из хвойной древесины холодным или теплым способом Жизнеспособность этих клеев при температуре 20оС составляет всего полтора часа.

Алкилрезорциновые смолы (ФР-100, ДФК-1АМ) получают при термическом разложении горючих сланцев. Благодаря наличию отечественной сырьевой базы, они не так дороги - вдвое дешевле резорцинформальдегидных клеев, а срок хранения у них втрое больше, чем у фенольных смол Получаемая по новой технологии синтеза смола ФР-100 с концентрацией резорцина до 58,6% содержит свободного формальдегида не более 0,12%. Жизнеспособность клея на её основе превышает два с половиной часа, а прочность при скалывании достигает 7,4 МПа.

Отвердитель параформ поставляют в виде порошка, в который в качестве наполнителя добавлена древесная мука (до 15%). Это повышает эластичность клеевого шва, предотвращает комкование нараформа и способствует проявлению тикстропного эффекта, то есть способности клея удерживаться на вертикальной поверхности.

Поливинилацетатные (ПВА) клеи относятся к термопластичным и поэтому подходят только для холодного или тёплого (не выше 80?С) склеивания. Они эластичны, химически стойкие и почти неограниченно жизнеспособны, поскольку быстро самоотвердевают при комнатной или повышенной температуре только за счёт удаления влаги и роста макроцепей молекул.

Для склеивания древесины лучше всего подходит дисперсия ПВА, преимущество которой перед раствором в том, что вода из неё испаряется быстрее, а это ускоряет склеивание. Эмульгатором в ПВА-дисперсиях является поливиниловый спирт, пластификатором - дибутилфталат (5-15%). Большинство ПВА-дисперсий сохраняют свои свойства при температурах от 1 до 40?С, некоторые марки морозостойки. Если содержание пластификатора превышает 7%, дисперсия утрачивает морозостойкость, поэтому в зимнее время пластификатор поставляется отдельно.

Несмотря на довольно низкую теплостойкость (до 40-60 оС) и водостойкость дисперсий ПВА и их склонность к текучести под нагрузкой, они как экологически самые чистые связующие остаются пока наиболее приемлемыми для склеивания деталей мебели и столярно-строительных изделий, эксплуатируемых внутри помещений. Время отвердения при 20оС составляет не более получаса, а при повышенной температуре его можно сократить до одной минуты. Шов получается совершенно бесцветный.

Наиболее распространённые марки отечественных клеёв - ДБ 48/4Н и ДБ 48/4С. Обозначения расшифровываются так: Д -дисперсия, Б - содержащая дибутилфталат, 48/4 - среднее процентное содержание, соответственно, полимера и пластификатора, И - низковязкая, С - средневязкая.

Плёнкообразующая способность клея ПВА определяется "точкой беления" - минимальной температурой плёнкообразования (МТП), которая зависит от кислотности клея. При малой кислотности, например при рН = 6, удовлетворительная прочность достигается при температуре не ниже 30оС, поэтому разводить клей водой не рекомендуется, лучше использовать слабые кислоты.

Большинство ПВА-дисперсий выпускаются со сравнительно небольшим сухим остатком (35-55 %), так как при высокой концентрации полимера стабильность клея падает. От величины сухого остатка зависит вязкость клея, которая возрастает примерно пропорционально квадрату концентрации полимера. Иногда в клей специально вводят загустители, например 0,5% силиката натрия, что увеличивает тиксотропность дисперсной системы.

Для повышения водо- и теплостойкости к ПВА-дисперсии добавляют карбамидную смолу. Модифицированный таким способом клей требует и добавки отвердителя, например щавелевой кислоты.

Теперь в продаже есть импортные твердеющие одно- и двухкомпонентные ПВА-клеи, которые отличаются высокой водо- и теплостойкостью. Добавка (до 5%) так называемого турбоотвердителя (полиизоцианата) превращает клей из термопластичного в термореактивный, то есть делает водостойким и более твёрдым. Эта добавка не приводит к преждевременному отвердению клея, однако смесь следует использовать в течение двух часов, позже полиизоцианат утрачивает эффективность.

Водорастворимый клей может быть водостойким

Не так давно на рынке появились однокомпонентные водостойкие клеи с низкой МТП - дисперсии сополимеров винилацетата с этиленом или другими мономерами. Они не требуют дополнительной пластификации и весьма экономичны, так как содержат дешёвый этилен (до 60-90%), который служит в дисперсии внутренним пластификатором.

Клеи-расплавы продаются в виде твёрдых гранул, которые не содержат растворителей (сухой остаток 100%) и имеют очень длительный срок хранения. Перед применением гранулы расплавляют, температура их размягчения 80-90оС, рабочая обычно 190-210оС. Отвердение с расплавов про