КЛЕЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОСТРОПЛИТ
ADHESIVE FOR MAKING CHAFF BOARD

Изобретение относится к получению клеев на основе карбамидоформальдегидных смол, используемых в деревообрабатывающей промышленности при изготовлении костроплит.
Известен клей для производства древесностружечных плит, включающий карбамидоформальдегидную смолу и кислотный отвердитель (Доронин Ю.Г. Синтетические смолы в деревообработке / Ю.Г. Доронин, С.Н. Мирошниченко, М.М. Свиткина. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1987. - с.45-56).
Однако при использовании такого клея при осмолении костры льна в производстве костроплит не удается достичь равномерного его распределения по поверхности всех частиц. Как правило, на поверхности готовой плиты присутствуют участки с повышенным содержанием связующего и участки слабо осмоленные. Неравномерность осмоления костры приводит к нестабильности свойств по толщине и формату плиты, что негативно отражается на качестве продукции.
Известен клей на основе карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной спиртом в количестве 10-20 мас.ч. и пластификатором (Патент SU 89455 Провод со стеклянной изоляцией / Г.С. Петров, Е.Н. Рассадина, В.А. Самойлов, Л.З. Реут. - №413976; заявл. 10.03.1950. - 2 с). Известен клей на основе карбамидоформальдегидной смолы, изготовленный путем синтеза карбамида и формальдегида в присутствии 10 молей бутанола с последующей его отгонкой. (Патент SU 116081. Способ получения синтетических клеев. / Е.Н. Рассадина, А.А. Ванштейдт, Г.А. Штрайхман, М.А. Павловская, Т.М. Циркель, Е.Д. Файнберг. - №592078; заявл. 12.02.1958. - 2 с). Данные клеи предназначены для повышения адгезионного контакта со стеклом, металлами, слюдой.
Недостатком данных клеев является повышенный расход бутанола, используемого на стадии синтеза смолы, что увеличивает стоимость продукции. Также данные клеи обладают недостаточной пластичностью клеевого шва.
Известна клеевая композиция, включающая карбамидоформальдегидную смолу, кубовый остаток производства диметилтерефталата, 50%-ную непластифицированную дисперсию поливинилацетата, отвердитель, наполнитель, растворитель (Патент SU 602523 Клеевая композиция. / Б.П. Жвиронайте, Л.П. Дамбраускас, И.Л. Румскене, К.И. Ярушявичус, П.А. Кайкарис, А.И. Ласис, Ю.А. Шубин, М.И. Залога. - №2457112/23-05; заявл. 01.03.1977. - 3 с). Однако данный клей не обеспечивает полного смачивания костры льна при производстве костроплит.
Технической задачей изобретения является создание клея на основе карбамидоформальдегидной смолы, обеспечивающего пластичность клеевого шва, равномерное осмоление и высокую адгезию по отношению к частицам костры льна при изготовлении костроплит и повышение физико-механических характеристик готовой продукции при минимизации расхода модификатора и упрощения технологического процесса приготовления клеевого состава.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в состав клея, включающего готовую карбамидоформальдегидную смолу и кислотный отвердитель, на стадии смешивания компонентов в качестве модификатора дополнительно вводят поливинилацетатную дисперсию и бутанол-1 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Карбамидоформальдегидная смола 100
Хлористый аммоний 0,6-0,65
Поливинилацетатная дисперсия 10-20
Бутанол-1 0,4-0,6
Клей готовят следующим образом. Исходные компоненты смешивают в установках приготовления связующего непрерывного действия, например ДКС-1. Компоненты связующего (раствор готовой карбамидоформальдегидной смолы, раствор хлористого аммония, поливинилацетатная дисперсия, бутанол-1) в соответствующих пропорциях подаются раздельно насосами-дозаторами в лабиринтную мешалку, где происходит смешивание компонентов клея между собой и образование однородного клеевого состава. Из лабиринтной мешалки подготовленное связующее подается в смеситель на стадию осмоления наполнителя.
Существенным признаком, отличающим заявляемое техническое решение от прототипа, является то, что в клеевой состав на основе готовой карбамидоформальдегидной смолы на стадии смешивания компонентов клея дополнительно вводят поливинилацетатную дисперсию в количестве 10-20 мас.ч. и бутанол-1 в количестве 0,4-0,6 мас.ч., что позволяет повысить пластичность клеевого шва, улучшить равномерность распределения клея по частицам костры и повысить физико-механические показатели костроплит.
Требуемое количество вводимого модификатора определено на основе экспериментальных исследований с привлечением основных положений теории смачивания и адгезии, согласно которой полимерные составы, применяемые при осмолении наполнителей, должны обеспечивать полное смачивание поверхности субстрата. Для достижения полного смачивания и высокой адгезии необходимо, чтобы поверхностное натяжение субстрата (костры льна) было больше поверхностного натяжения адгезива (клея) (Берлин А.А. Основы адгезии полимеров. / А.А. Берлин, В.Е. Басин. - М.: Химия, 1974. - с.78). Согласно данной теории равномерность осмоления частиц наполнителя и адгезионный контакт повышаются при снижении поверхностного натяжения адгезива до уровня поверхностного натяжения субстрата и снижении краевого угла смачивания.
2
2
Поливинилацетатная дисперсия обладает меньшим поверхностным натяжением (48,6 МДж/м), чем карбамидоформальдегидная смола (63,4 МДж/м), при их совмещении происходит снижение поверхностного натяжения клеевого состава за счет присутствия в дисперсии ПВА эмульгатора - поливинилового спирта, который действует как поверхностно-активное вещество. Кроме этого, входящий в состав дисперсии ПВА пластификатор - дибутилфталат способствует повышению пластичности отвержденного модифицированного клея. Полного смачивания костры льна при модификации карбамидоформальдегидной смолы поливинилацетатной дисперсией достичь не удается, поэтому для более качественного осмоления рекомендуется введение в клеевой состав бутанола-1.
При введении в состав клея на основе карбамидоформальдегидной смолы дисперсии ПВА и бутанола-1 наблюдается снижение краевых углов смачивания (табл.1). Кроме этого, при данной модификации существенно уменьшается усадка отвержденной клеевой композиции, что снижает вероятность появления внутренних напряжений в клеевых соединениях.
В табл.2 приведены сравнительные физико-механические характеристики костроплит, изготовленных с применением клея на основе карбамидоформальдегидной смолы КФН-66, отвердителя (хлористого аммония) с введением в качестве модификатора поливинилацетатной дисперсии ДФ50Н в количестве от 0 до 30 мас.ч. и бутанола-1 в количестве от 0,4 до 0,8%. Расчетный расход абсолютно сухого связующего составлял 12% относительно массы костры. Из табл.2 видно, что при введении в клеевой состав дисперсии ПВА и бутанола-1 повышаются физико-механические характеристики костроплит, при этом значимое увеличение физико-механических характеристик костроплит достигается при введении в клеевой состав 10-20 мас.ч. дисперсии ПВА и бутанола-1 в количестве 0,4-0,6%. Данное количество вводимых добавок следует считать рациональным.
В табл.3, 4 представлены основные реологические характеристики исследуемых клеевых составов в отвержденном состоянии. Полученные результаты свидетельствуют о повышении модулей упругости и эластичности отвержденных модифицированных клеевых композиций и приближении их к соответствующим значениям для костры льна. Кроме этого, при данной модификации существенно уменьшается усадка отвержденной клеевой композиции, что снижает вероятность появления внутренних напряжений в клеевых соединениях.
Таблица 1
Характеристики исследуемых адгезивов
Адгезив
Поверхностное натяжение, σ, мДж/м<sup>2</sup>
Косинус угла смачивания
Угол смачивания, град
Смола КФН-66
63,4
0,509
59°24'
ПВА
48,6
0,827
34°12'
Смола КФН-66 + 10% ПВА
56,9
0,567
55°24'
Смола КФН-66 + 20% ПВА
53,9
0,629
51°0'
Смола КФН-66 + 30% ПВА
51,6
0,650
49°30'
Смола КФН-66 + 10% ПВА + 0,4% бутанола-1
50,4
0,770
39°36'
Смола КФН-66 + 20% ПВА + 0,4% бутанола-1
48,2
0,890
27°06'
Смола КФН-66 + 30% ПВА + 0,4% бутанола-1
47,3
0,926
22°12'
Смола КФН-66 + 10% ПВА + 0,6% бутанола-1
49,3
0,852
31°30'
Смола КФН-66 + 20% ПВА + 0,6% бутанола-1
44,8
1,0
0°
Смола КФН-66 + 30% ПВА + 0,6% бутанола-1
44,3
1,0
0°
Смола КФН-66 + 10% ПВА + 0,8% бутанола-1
45,2
0,962
15°54'
Смола КФН-66 + 20% ПВА + 0,8% бутанола-1
43,6
1,0
0°
Смола КФН-66 + 30% ПВА + 0,8% бутанола-1
43,1
1,0
0°
Таблица 2
Сравнительные свойства костроплит на основе олигомера КФН-66
№
Количество вводимой дисперсии ПВА, мас.ч.
Количество вводимого бутанола-1, мас.ч.
Предел прочности при изгибе, МПа
Предел прочности при перпендикулярном отрыве, МПа
Разбухание по толщине, %
Водопоглощение, %
1
0
0
12,5
0,21
37,6
95
2
10
0
16,3
0,36
28,1
66,2
3
20
0
18,1
0,38
25,1
60,5
4
30
0
14,2
0,29
27,3
72,1
5
0
0,4
16,6
0,28
28,6
69,6
6
10
0,4
22,4
0,45
21,0
41,2
7
20
0,4
20,4
0,40
14,5
51,5
8
30
0,4
18,9
0,36
17,3
65,3
9
0
0,6
18,7
0,30
23,6
62,9
10
10
0,6
24,4
0,45
17,5
40,3
11
20
0,6
21,4
0,44
14,3
48,6
12
30
0,6
20,9
0,40
16,3
57,1
13
0
0,8
19,0
0,34
23,0
61,76
14
10
0,8
23,0
0,42
21,0
43,2
15
20
0,8
18,8
0,36
16,5
58,5
16
30
0,8
16,2
0,29
19,3
67,2
Таблица 3
Деформации образцов за время приложения нагрузки (определенные на консистометре Хепплера)
Образец
Упругая деформацияε<sub>упр</sub>, мм·10<sup>-2</sup>
Эластическаядеформация ε<sub>э</sub>, мм·10<sup>-2</sup>
Остаточная деформация ε<sub>ост</sub>, мм·10<sup>-2</sup>
Общая деформация мм·10<sup>-2</sup>
Время приложения нагрузки τ, с
КФН-66
5
1
5,5
11,5
150
КФН-66 + 10% ПВА
8
1
10
19
180
КФН-66 + 20% ПВА
10,5
1,5
13,5
25,5
190
КФН-66 + 30% ПВА
10,5
1,5
13,5
25,5
190
Костра льна
9,5
2
10,5
22
150
Примечание. При введении в клеевой состав бутанола-1 деформационные свойства отвержденных модифицированных клеев практически не изменяются.
Таблица 4
Реологические свойства отвержденных клеев и наполнителей композиционных материалов
Образец
Модуль упругости Е<sub>1</sub>, МПа
Модуль относительноймедленной эластической деформации Е<sub>2</sub>, МПа
Модуль эластичности Е<sub>э</sub>, МПа
КФН-66
1200
6000
1000
КФН-66 + 10% ПВА
750,0
6000
666,7
КФН-66 + 20% ПВА
571,4
4000
500,0
КФН-66 + 30% ПВА
571,4
4000
500,0
Костра льна
631,6
3000
521,7