ЛЕКЦИЯ КЛЕИ Лектор Комарова Людмила Юрьевна Клеи

ЛЕКЦИЯ КЛЕИ Лектор: Комарова Людмила Юрьевна

Клеи – композиции на основе химических соединений, которые склеивают поверхности между собой благодаря клеевой прослойке и прочных адгезионно-когезионных связей без изменения структуры и других свойств склеиваемых материалов. Состав клеёв: • Полимеры, олигомеры линейного строения или с небольшими боковыми ответвлениями, с оптимальной степенью полимеризации, содержащие химически активные группы (-СООН, -СО, -NН 2), с низкой температурой стеклования для эластичности клеевой пленки (Тс. д. б. ниже обычной комнатной); • Пластификаторы – низкомолекулярные нелетучие вещества уменьшающие межмолекулярное взаимодействие, так как раздвигают молекулы полимера, и снижающие температуру стеклования. Одновременно экранирующие полярные группы и тем самым уменьшающие когезионное взаимодействие. • Растворители или разбавители, придающие текучесть; • Наполнители для снижения расхода; • Добавки

Требования к клеям: • Должны быть удобными в работе, т. е. легко наноситься тонкими равномерными слоями; • Обеспечивать высокую прочность клеевых соединений и сохранять ее во времени; • Обладать достаточной вязкостью и липкостью, чтобы обеспечивать фиксацию склеиваемых деталей; • Иметь определенное время схватывания; • Должны быть светлыми или бесцветными и не иметь резкого запаха; • Иметь р. Н среды 5 -8, чтобы не происходило пожелтения бумаги, обесцвечивания красок, изменения цвета покровных материалов, коррозии оборудования; • Не должны быть токсичными, пенящимися; • При высыхании пленка должна давать минимальную усадку или отсутствие таковой, чтобы предотвратить деформацию склеиваемых деталей. Выдерживать деформацию на растяжение, сжатие и изгиб; • Должны быть влагостойкими и биостойкими; • Обладать морозостойкостью.

Процесс склеивания проходит в четыре этапа: • Первый – смачивание. Зависит от природы склеиваемых смачивание материалов. Полярные материалы, такие как бумага, ткань хорошо смачиваются водными растворами и дисперсиями. Неполярные материалы (ПП, ПЭТ) плохо смачиваются водными клеями. Для повышения смачивания вместо воды подбирают подходящие растворители, вводятся ПАВ, проводят специальную обработку поверхности. Полнота смачивания зависит от соотношения поверхностных натяжений адгезива и субстракта. Мерой смачиваемости является краевой угол смачивания. Угол смачивания не должен превышать 30 о. Чем лучше смачивание, тем ровнее наносится клей. • Второй – липкость, т. е. удержание во влажном состоянии липкость одного материала другим без самопроизвольного разделения. • Третий – схватывание - закрепление, прочное эластичное состояние за счет частичного отверждения. • Четвертый – окончательное закрепление за счет полного отверждения за определенный промежуток времени.

Прочность склейки нарастает во времени и зависит от: • Адгезии, т. е. сил, действующих между склеиваемым материалом и клеевым слоем. Адгезия в свою очередь зависит от : - механического фактора - площади контакта склеиваемых материалов, именно пористости, шероховатости; - от групп, способных поляризоваться за счет ван-дерваальсовых сил, т. е. притягиваться друг к другу; - от диффузии макромолекул или их сегментов в микропоры материала, что увеличивает молекулярный контакт; - от подвижности клея, определяемой значением вязкости в момент контактирования; - от температуры, повышенного давления и времени воздействия в процессе склеивания. • Когезии, т. е. от сил взаимного притяжения макромолекул и других взаимодействий в клеевой пленке. • Толщины клеевого слоя

• • • Механизм образования клеевого слоя: Испарение растворителя, разбавителя; Впитывание растворителя; Впитывание и испарение растворителя; Охлаждение расплава; Химические реакции полимеризации и поликонденсации

• В процессе эксплуатации или хранения склеенного материала наступает процесс естественного старения, т. е. разрушение клеевой пленки под влиянием внешних факторов. • Долговечность клея должна соответствовать продолжительности эксплуатации изделия. На долговечность влияют: водостойкость, биологическая стойкость, термостойкость, светостойкость. Биологическую стойкость определяют отсутствием поражения клея бактериями или грибками.

Классификация клеёв по происхождению Клеи Природные Растительные Синтетические Водные растворы Водные дисперсии Животные Минеральные Растворы полимеров в органических растворителях Клеи-расплавы Полиуретановые

Сырьё для растительных клеёв: • Белок семян бобовых растений, крахмал, декстрин, природные смолы, каучук. Сырьё для клеёв животного происхождения: • Белковые вещества, содержащиеся в тканях, костях, крови и молоке животных. Минеральные клеи – силикатные, битумные, асфальтные. Сырьё для синтетических клеёв – синтетические смолы. По реактивной способности клеи делят на термопластичные и термореактивные.

• Термопластичные клеи отверждаются физическим путем в результате удаления растворителей-разбавителей, сохраняя линейное строение цепей макромолекул. Клеевой слой эластичный и размягчающийся под воздействием теплоты. • К термопластичным относятся: мездровый, костный, клеирасплавы, нитроцеллюлозные, поливинилацетатные, поливинилхлоридные и др. • Термореактивные клеи отверждаются химическим путем в результате реакций поликонденсации и полимеризации, образуется необратимый клеевой слой с повышенной тепловодостойкостью. • Термореактивный клей - жидкая композиция из реакционноспособного олигомера и низкомолекулярного отвердителя. • К термореактивным относятся: полиуретановые, эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные, УФклеи.

Растительные клеи • Это водные растворы крахмала и декстрина. Закрепление клеёв происходит за счет испарения и впитывания воды. Эти клеи имеют невысокую липкость и невысокую прочность склейки. Они просты в изготовлении, обеспечивают хорошее смачивание и равномерное нанесение, светлые. К недостаткам можно отнести нестабильность при хранении, низкую биостойкость и то, что относятся к пищевым продуктам. Используются для склейки бумаги с бумагой и бумаги с картоном.

Клеи животного происхождения • Из этой группы клеёв востребованы в полиграфии костный и мездровый клеи. Эти клеи имеют высокую липкость, быстро схватываются переходя в гель, обеспечивают прочное скрепление деталей, относятся к клеям с хорошими потребительскими свойствами. Но эти клеи образуют хрупкие клеевые пленки. Для повышения эластичности в них вводят пластификаторы, кроме того они имеют резкий неприятный запах и темный цвет, требуют контролируемого постоянного подогрева. Относятся к клеям с низкой биостойкостью, для повышения которой в состав вводят антисептики. • Применяют клеи при изготовлении переплетных крышек и в качестве добавки к другим клеям.

Синтетические клеи в виде водных растворов • Основной представитель этой группы клеёв применяемый в полиграфии - это натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Nа-КМЦ). Этому клею характерны те же свойства, что и клеям растительного происхождения, но он более стабильный. Клей практически бесцветный, обеспечивает невысокую прочность склейки, не имеет запаха, безопасен для здоровья, относительно дешевый. • Применяют для склеивания бумаги с бумагой и бумаги с картоном.

Синтетические клеи в виде дисперсий • Представителями: поливинилацетатная дисперсия (ПВАД) и латексный клей. Достоинство - достаточно быстрое высыхание за счет впитывания и испарения жидкой фазы дисперсии, чаще воды. (Дисперсии – коллоидные системы, в которых частицы тв. полимера равномерно распределены в жидкой фазе) • Вязкость ПВАД колеблется в широких пределах в зависимости от степени полимеризации и концентрации полимера в дисперсии. Клеи обладают достаточной липкостью, прочностью, оптимальным временем схватывания. Эластичность клеевой пленки ПВАД повышают пластификаторами. ПВАД выпускают пластифицированные и непластифицированные. Клеи белые, не имеют резкого запаха и не требуют подогрева. • Недостаток – низкая морозостойкость, при температуре от -5 до -10 о. С дисперсия необратимо коагулирует и теряет свои рабочие свойства. • ПВАД применяется широко во всех технологических операциях склеивания, в том числе и для бесшвейного склеивания книжных блоков.

• Латексный клей представляет собой дисперсию синтетического бутадиен-стирольного каучука в растворителе. Клей белого цвета, стабильный в хранении. Клей чувствителен к изменению р. Н среды, при сдвиге в слабощелочную область необратимо коагулирует. Клей обеспечивает прочную высокоэластичную склейку деталей. • Клею свойственно сильное вспенивание, что негативно сказывается на равномерности нанесения клеевого слоя, поэтому вводят пеногаситель-терпинеол. Клей имеет резкий специфический запах и плохо смывается. • Для повышения липкости и прочности склейки в состав добавляют костный клей. • Латексные и костно-латексные клеи широко применяются в технологических процессах.

Синтетические клеи на основе органических растворителей • Используются легколетучие растворители (ацетон, этилацетат, спирты и др. ). Высыхают клеи очень быстро за счет испарения растворителя. Клеи обеспечивают высокую первоначальную липкость и высокую прочность склейки, устойчивость к атмосферным воздействиям. Однако такие клеи пожароопасны и требуют использования мощных вентиляционных устройств, обеспечивающих экологическую безопасность окружающей среде. • Имеют специфический запах. • Клеи используются в основном для клеевой припрессовки пленки, для соединения материалов различной природы (пленки, алюминиевая фольга, бумага, картон)

Клеи-расплавы – термоклеи • При обычной температуре это твердые, не липкие вещества в виде гранул, прутков, нитей, пленок. При нагревании постепенно размягчаются и переходят в вязкотекучее состояние. При охлаждении мгновенно застывают, образуя прочную эластичную пленку. Твердое вещество представляет собой гетерогенную смесь термопластичных синтетических полимеров, чаще используют сополимеры винилацетата с этиленом. Различные свойства клея достигаются изменением соотношения его составных частей. Для увеличения липкости клея в его состав вводят модифицированную канифоль, для улучшения текучести – воск или парафин, а для предотвращения старения – антиоксиданты. Подвержен старению, важно, чтобы температура плавления была ниже температуры распада полимера. Следует избегать перегрева также, как и частого повторного расплавления. При температурах превышающих норму возникают изменение свойств клея, он трескается и темнеет, ухудшаются его адгезионные и когезионные свойства, клеевая пленка становится хрупкой.

• Термоклей характеризуется недостаточными смачивающими свойствами, так как в отличие от дисперсионных клеев он не содержит дисперсионной среды для набухания волокон бумаги. Достоинство: отсутствие паров растворителя, т. е. более экологичный; высокая скорость склейки. • Рекомендуемая толщина клеевого слоя 0, 5 -0, 7 мм, в некоторых случаях до 1 мм. • Широко используются для бесшвейного скрепления книжных блоков. Для сшивания тетрадей применяются термонити. • Использование термоклея позволяет повысить производительность, за счет применения быстроходных машин и оптимизации технологического процесса.

Склеивание холодным (дисперсионным) и термоклеем. Блоки, скрепленные дисперсионным и термоклеем, имеют различную прочность. Дисперсионный клей высыхает благодаря отдаче воды книжному блоку, а также её испарению. По мере обезвоживания дисперсии частицы синтетической смолы образуют твердую пленку. Вместе с водой в бумагу проникают малые частицы синтетического вещества, повышая прочность скрепления. Обеспечивает долговременную склейку. • Термоклей не содержит воды, не проникает в бумагу. После нанесения клей застывает, скрепляя элементы блока благодаря стягивающему действию пленки. Этим можно объяснить меньшую прочность склейки по сравнению с дисперсионным клеем. Термоклеи обеспечивают прочность склейки не более 8 -10 лет. • Расход термоклея больше, чем дисперсионного(холодного)

Полиуретановый клей • Выпускается одно- и двухкомпонентные, сольвентные и бессольвентные (содержат растворитель или без него) • Клеевой слой получается за счет химических реакций. Сшивка молекул происходит за счет активных конечных групп полимера под действием воды, содержащейся в воздухе или в бумаге. • Клей обеспечивает очень высокую прочность и быстроту склейки практически к любой поверхности, образует эластичные тонкие устойчивые к жирам и старению клеевые слои. Клеевой слой выдерживает температуру от - 50 о. С до +120 о. С без утраты эластичности. Образуемый слой водо- и газонепроницаем. • Период отверждения клея колеблется от 5 -7 дней до 14 в зависимости от условий (влажность, температура) • К недостаткам относится высокая стоимость и необходимость герметичного хранения клея без доступа влаги, из-за которой происходит активация полимеризации.

• Применяется для склеивания деталей изделия длительного срока пользования. Применяют для бесшвейного склеивания книжных блоков. А также для склейки стекла, керамики, пластиков, металла, древесины, различных полимерных материалов. • Существует большая перспектива внедрения полиуретановых термоклеев в брошюровочнопереплетных линиях, но требуется переоснащение технологического оборудования: нужны новейшие клеевые аппараты с емкостями, имеющими специальное покрытие, облегчающее чистку. В помещениях необходимо строго поддерживать температурный режим, контролировать и поддерживать определенную влажность воздуха.

• • • Применение того или иного клея зависит от ряда факторов: Вида продукции, требований к её качеству (прочности, долговечности); Характера полуфабрикатов, из которых изготовлены элементы блоков; Требований к производительности и длительности цикла скрепления; Традиций и вкуса производственников и заказчиков; Относительной стоимости клеев.