ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ КЛЕЙ НА ОСНОВЕ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ
PHENOL-FORMALDEHYDE RESIN BASED TWO-COMPONENT ADHESIVE

Изобретение относится к клеящим полимерным веществам и может найти широкое применение для склеивания различных материалов: древесины, древесных пластиков, полимеров, металлов, а также материалов, имеющих неровные поверхности, в частности пенопластов, пеноситаллов и других пористых материалов.
Фенолформальдегидные клеи характерны тем, что они обеспечивают образование наиболее прочных и водостойких клеевых соединений. Опыт промышленного применения фенольных клеев показывает, что материалы, склеенные этими клеями, приобретают способность хорошо переносить переменные воздействия влажности и температуры окружающей среды. Особое место среди указанной группы составов занимают клеи, увеличивающиеся в объеме в процессе отверждения за счет частичного вспенивания (подвспенивания). Указанные клеи обладают несомненными преимуществами благодаря такому технологическому свойству, как зазоропроницаемость при сохранении высоких прочностных показателей.
Число веществ, предложенных для ускорения отверждения и модификации составов на основе фенолформальдегидных смол, достаточно велико (Д.А.Кардашов. Синтетические клеи. - М.: Химия, 1976 г.). Однако для получения клеящих составов высокого качества необходимо точное согласование его жизнеспособности, скоростей первоначального набора прочности и полного набора прочности клеевого соединения. Специфика отвердителей, катализаторов и некоторых целевых добавок, предназначенных для получения клеев на основе фенолформальдегидных смол, состоит в том, что в качестве таковых должны быть выбраны комплексные многофункциональные системы, с помощью которых можно было бы регулировать указанные технологические и эксплуатационные показатели в достаточно широких пределах, а саму реакцию отверждения клеевого соединения проводить при возможно более низких температурах
Клеи на основе немодифицированных фенолформальдегидных смол получают главным образом на основе фенолформальдегидных смол резольного типа, отверждаемых при нормальных условиях с помощью кислых катализаторов (там же, стр.34-38).
Известен клеящий состав, предназначенный для склеивания фанеры и других материалов, получаемых горячим прессованием по патенту РФ №2154651 (опубл. в 2000 г.), включающий фенолформальдегидную смолу резольного типа, полученную конденсацией дифенилолпропана с формальдегидом в присутствии едкого натра при нагревании. Полученный состав имеет повышенные прочностные свойства при склеивании древесины и пониженную токсичность, однако имеет низкие прочностные показатели при склеивании других материалов, в частности металлов, а также высокую продолжительность первоначального набора прочности и общую продолжительность полного набора прочности. Кроме того, указанный состав имеет монолитную структуру после отверждения, что ухудшает его технологические показатели при применении для склеивания неровных поверхностей.
Известен пенообразующий состав из жидких фенолформальдегидных смол по патенту РФ №2237516 (опубл. в 2004 г.), представляющий собой жидкую новолачную фенолформальдегидную смолу, в которой мольное соотношение формальдегида и фенола составляет (0,5-0,8):1, сульфоароматическую кислоту в количестве, соответствующему кислотному числу от 80 до 210 мг КОН/г и воду в количестве не более 16%. Из вспенивающихся композиций с применением указанного катализатора получают фенолформальдегидные пенопласты с повышенной механической прочностью. Недостатком указанного решения является высокая кратность вспенивания, что ухудшает его прочностные свойства при применении в качестве клеящего вещества, а также низкая жизнеспособность.
Известна композиция для получения пенопласта на основе фенолформальдегидных смол «Пенорезол-НТ» по патенту РФ №2140942 (опубл. в 1999 г.), включающая (мас.ч.): фенолформальдегидную смолу резольного типа (100) и вспенивающее-отверждающий агент - продукт конденсации сульфофенилмочевины с формальдегидом и ортофосфорной кислотой марки ВАГ-3 (15-50), а также хлористое олово (0,01-4,0). Полученный пенопласт обладает низкими токсичностью и горючестью, высокими физико-механическими показателями, но низкой прочностью при использовании его в качестве клеящего вещества, а также низкой жизнеспособностью.
Наиболее близким решением в отношении заявляемой композиции является состав для получения резольно-новолачного фенолформальдегидного пенопласта по авторскому свидетельству СССР №519442 (опубл. в 1976 г.), предназначенный для напыления, обладающий повышенными огнестойкостью и пониженной токсичностью. В соответствии с решением прототипа могут быть использованы (мас.ч.): смесь жидкой резольной смолы (20-80) и жидкой новолачной смолы (20-80), кислотный агент отверждения (10-50), ПАВ - ОП-7, алюминиевую пудру и петролейный эфир. Недостатком решения прототипа является его недостаточно высокие технологические показатели, в частности большая кратность вспенивания, что приводит к низким прочностным показателям при использовании его в качестве клеящего вещества, а также низкая жизнеспособность состава.
Суть изобретения заключается в следующем.
Технической задачей заявляемого изобретения является разработка качественного и количественного состава ингредиентов для получения нетоксичного двухкомпонентного клея на основе фенолформальдегидной смолы.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологических и эксплуатационных характеристик получаемого клея, повышение жизнеспособности и прочности.
Технический результат изобретения в отношении заявляемого двухкомпонентного клея на основе фенолформальдегидной смолы достигается за счет применения в его составе отвердителя, включающего фенольную смолу новолачного типа и толуолсульфокислоту, и композицию смол следующего состава (мас.ч.):
Фенольная смола резольного типа - 34,3-23,0;
Карбамидоформальдегидная смола - 10-20;
Петролейный эфир - 3,0-4,6;
ОП-10 - 1,25-1,4;
Спирт фурфуриловый - 1,45-1,0,
при этом соотношение отвердителя и композиции на основе фенольной смолы составляет (мас.ч.): 50:50.
Исследования, проведенные заявителем, позволили создать двухкомпонентный клей с высокими технологическими показателями, способный к пенообразованию с высокими прочностными показателями. Используемый для подвспенивания клея в процессе его отверждения петролейный эфир, усиленный действием ОП-10, взятые в заданном соотношении, в сочетании с используемым отвердителем, обладающим одновременно и каталитическими свойствами, позволили стабилизировать процессы пенообразования, жизнеспособности и набора первоначальной прочности получаемого клея. Использование смеси фенольных смол с карбамидформальдегидной смолой позволило усилить адгезионные и когезионные свойства композиции, что объясняется синергетическим эффектом. Дополнительное введение фурфурилового спирта позволило нейтрализовать остаточный фенол в композиции, что способствовало решению технической задачи.
Отвердитель для двухкомпонентного клея на основе фенолформальдегидной смолы готовят в реакторе, снабженном высокоскоростной мешалкой, путем добавления к фенольной смоле новолачного типа толуолсульфокислоты, расплавленной при температуре 100-105°С в заданном соотношении. Композицию смол готовят в реакторе, снабженном высокоскоростной мешалкой, путем последовательного введения фенольной смолы резольного типа и карбамидформальдегидной смолы с последующим добавлением петролейного эфира и ОП-10 в заданном соотношении.
Двухкомпонентный клей на основе фенолформальдегидной смолы готовится путем прибавления отвердителя к композиции смол при постоянном высокоскоростном перемешивании в соотношении (мас.ч.): 50:50.
2
В соответствии с заявленным изобретением получают клей на основе фенолформальдегидной смолы «Тизорен» с жизнеспособностью от 30 мин до 1,5 ч; продолжительностью первоначального набора прочности 2,0-4,0 ч, полного набора прочности при температуре помещения 24-48 ч и при температуре 70-80°С 1-2 часа; термостойкостью - до 260°С (термостойкость оценивали по ГОСТ 26589-94 п.3.12.3). Отвержденный клей увеличивается в объеме на 150-230%, является нетоксичным веществом. Расход клея при его использовании составляет 200-350 г/м.
Для осуществления изобретения могут быть использованы следующие вещества:
Фенольная смола новолачного типа;
Толуолсульфокислота;
ОП-10 - вещество вспомогательное по ГОСТ 8433-81 - неионогенное ПАВ;
Фенольная смола резольного типа;
Карбамидоформальдегидная смола;
Петролейный эфир;
Спирт фурфуриловый.
Преимущества заявленного изобретения доказываются путем сравнения технологических показателей получаемого клея и его эксплуатационных свойств, а именно жизнеспособности, первоначального набора прочности при температуре помещения, полного набора прочности при температуре помещения, полного набора прочности при температуре 80°С и прочностью при сдвиге на стальных образцах СТ3 в соответствии с ГОСТ 14579-69 «Клеи. Метод определения прочности при сдвиге».
Реализация изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В соответствии с вышеописанным способом получали клей следующего состава (мас.ч.): отвердитель - жидкая фенольная смола новолачного типа 40,0, толуолсульфокислота 10,0; отвердитель использовали в соотношении (мас.ч.): 50:50 в смеси с композицией смол, включающей (мас.ч.): фенольную смолу резольного типа 34,3; карбамидоформальдегидную смолу 10,0, петролейный эфир 3,0; ОП-10 1,25; спирт фурфуриловый 1,45. Получали фенолформальдегидный клей со следующими технологическими показателями: жизнеспособность 1 ч; первоначальный набор прочности при температуре помещения 2,0 ч, полный набор прочности при температуре помещения 30 ч, полный набор прочности при температуре 80°С 1,5 ч, и эксплуатационными свойствами: прочность при сдвиге 25 МПа.
Пример 2. В соответствии с вышеописанным способом получали клей следующего состава (мас.ч.): отвердитель - жидкая фенольная смола новолачного типа 42,5; толуол-сульфокислота 7,5; отвердитель использовали в соотношении (масс.ч.): 50:50 с композицией смол, включающей (мас.ч.): фенольную смолу резольного типа 28,6; карбамидоформальдегидную смолу 15, петролейный эфир 3,8; ОП-10 1,4, спирт фурфуриловый 1,2. Получали фенолформальдегидный клей со следующими технологическими показателями: жизнеспособность 1 ч 40 мин; первоначальный набор прочности при температуре помещения 2, 5 ч, полный набор прочности при температуре помещения 36 ч, полный набор прочности при температуре 80°С 2 ч, и эксплуатационными свойствами: прочность при сдвиге 23 МПа.
Пример 3. В соответствии с вышеописанным способом получали клей следующего состава (мас.ч.): отвердитель - жидкая (фенольная смола новолачного типа 45,0; толуолсульфокислота 5,0; отвердитель использовали в составе композиции смол, включающей (мас.ч.): фенольную смолу резольного типа 23,0; карбамидоформальдегидная смола 20,0, петролейный эфир 4,6; ОП-10 1,4; спирт фурфуриловый 1.0. Получали фенолформальдегидный клей со следующими технологическими показателями: жизнеспособность 2,0 ч; первоначальный набор прочности при температуре помещения 4,0 ч, полный набор прочности 48 ч, полный набор прочности при температуре 80°С 3 ч, и эксплуатационными свойствами: прочность при сдвиге 18 МПа.
Пример 4 (в соответствии с прототипом). В соответствии с решением прототипа получали клеящий состав (мас.ч.): отвердитель - фенольная смола новолачного типа (60); толуолсульфокислота (40); отвердитель использовали в составе композиции следующего состава (мас.ч.): фенольная смола резольного типа (100); ОП-7 (1,2); петролейный эфир (15). Получали пенообразующий состав со следующими технологическими показателями; жизнеспособность 5 мин; первоначальный набор прочности при температуре помещения 1 ч 10 мин; полный набор прочности 18 ч; полный набор прочности при температуре 80°С 1 ч 20 мин, и эксплуатационными свойствами: прочность при сдвиге 9 МПа.
Источники информации
1. Д.А.Кардашов. Синтетические клеи. Москва: Химия. 1978, с.144-145.
2. Патент РФ №2154651 (опубл. в 2000 г.).
3. Патент РФ №2237516 (опубл. в 2004 г.).
4. Патент РФ №2140942 (опубл. в 1998 г.).
5. Авторское свидетельство СССР №519442 (опубл. в 1976 г.) - прототип.