Натуральные клеи широко используются в нашей жизни. Согласно различным источникам, их можно разделить на животные, растительные и минеральные. К животным клеям относятся кожный клей, костный клей, шеллак, казеиновый клей, альбуминовый клей, клей из рыбьего пузыря и др.; к растительным клеям относятся крахмал, декстрин, канифоль, гуммиарабик, натуральный каучук и др.; к минеральным клеям относятся минеральный воск, асфальт. Благодаря обилию ресурсов, низкой цене и низкой токсичности, они широко используются в производстве мебели, переплетном деле, упаковке и ремеслах.
крахмальный клей
После того, как крахмальные клеи вошли в XXI век, хорошие экологические характеристики материала станут одной из главных особенностей новых материалов. Крахмал — это нетоксичный, безвредный, недорогой, биоразлагаемый и экологически чистый природный возобновляемый ресурс. Он широко используется в различных отраслях промышленности. Особенно в последние годы мировые технологии промышленного производства клеев развиваются в направлении энергосбережения, низкой стоимости, безвредности, высокой вязкости и отсутствия растворителей.
Как экологически чистый продукт, крахмальный клей привлекает широкое и пристальное внимание в клеевой промышленности. Что касается применения и разработки крахмальных клеев, то перспективными являются крахмальные клеи, окисленные кукурузным крахмалом, и именно в этой области ведутся наиболее активные исследования и их применение.
В последнее время крахмал в качестве клея в основном используется в производстве бумаги и бумажных изделий, например, для запечатывания картонных коробок, маркировки, склеивания отдельных листов, приклеивания конвертов, склеивания многослойных бумажных пакетов и т. д.
Ниже представлены несколько распространенных крахмальных клеев:
Клей из окисленного крахмала
Желатинизатор, приготовленный из смеси модифицированного крахмала с низкой степенью полимеризации, содержащего альдегидную и карбоксильную группы, и воды под действием окислителя путем нагревания или желатинизации при комнатной температуре, представляет собой загруженный крахмальный клей. После окисления крахмала образуется окисленный крахмал, обладающий водорастворимостью, смачиваемостью и адгезивными свойствами.
Малое количество окислителя, недостаточная степень окисления, уменьшение общего количества новых функциональных групп, образующихся в результате взаимодействия с крахмалом, увеличение вязкости клея, снижение начальной вязкости, низкая текучесть. Это оказывает значительное влияние на кислотность, прозрачность и содержание гидроксильных групп в клее.
С увеличением времени реакции степень окисления возрастает, содержание карбоксильной группы увеличивается, вязкость продукта постепенно снижается, но при этом прозрачность улучшается.
Этерифицированный крахмальный клей
Этерифицированные крахмальные клеи — это неразлагаемые крахмальные клеи, которые наделяют крахмал новыми функциональными группами посредством реакции этерификации между гидроксильными группами молекул крахмала и другими веществами, тем самым улучшая свойства крахмальных клеев. Благодаря частичному сшиванию этерифицированного крахмала повышается вязкость, улучшается стабильность при хранении, повышаются влагозащитные и противовирусные свойства, а клеевой слой выдерживает перепады температур и влажности.
Клей на основе привитого крахмала
Прививка крахмала заключается в использовании физических и химических методов для того, чтобы молекулярная цепь крахмала генерировала свободные радикалы, и при взаимодействии с полимерными мономерами образовывалась цепная реакция. В результате на основной цепи крахмала образуется боковая цепь, состоящая из полимерных мономеров.
Благодаря тому, что молекулы полиэтилена и крахмала содержат гидроксильные группы, между молекулами поливинилового спирта и крахмала могут образовываться водородные связи, которые играют роль «прививки» между молекулами поливинилового спирта и крахмала, благодаря чему полученный крахмальный клей обладает лучшими адгезионными, текучими и морозостойкими свойствами.
Поскольку крахмальный клей является природным полимерным клеем, он недорог, нетоксичен, безвкусен и не загрязняет окружающую среду, поэтому он широко исследуется и применяется. В последнее время крахмальные клеи в основном используются для склеивания бумаги, хлопчатобумажных тканей, конвертов, этикеток и гофрированного картона.
Целлюлозный клей
К производным эфиров целлюлозы, используемым в качестве клеев, относятся в основном метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза и другие этилцеллюлозы (ЭЦ): это термопластичный, нерастворимый в воде, неионогенный алкиловый эфир целлюлозы.
Обладает хорошей химической стабильностью, высокой щелочестойкостью, превосходной электроизоляцией и механическими реологическими свойствами, а также сохраняет прочность и гибкость при высоких и низких температурах. Легко взаимодействует с воском, смолами, пластификаторами и т. д., используется в качестве клея для бумаги, резины, кожи и тканей.
Метилцеллюлоза (КМЦ): ионный эфир целлюлозы. В текстильной промышленности КМЦ часто используется в качестве замены высококачественного крахмала в качестве проклеивающего агента для тканей. Текстиль, покрытый КМЦ, может повысить мягкость и значительно улучшить свойства печати и окрашивания. В пищевой промышленности различные виды мороженого с добавлением КМЦ обладают хорошей стабильностью формы, легко окрашиваются и не размягчаются. В качестве клея он используется для изготовления щипцов, картонных коробок, бумажных пакетов, обоев и искусственной древесины.
Эфир целлюлозыПроизводные: в основном нитроцеллюлоза и ацетат целлюлозы. Нитроцеллюлоза: также известная как нитрат целлюлозы, содержание азота в ней обычно составляет от 10% до 14% из-за различной степени этерификации.
Высокое содержание этого вещества обычно называют огнеупорным хлопком, который использовался в производстве бездымного и коллоидного пороха. Низкое содержание обычно называют коллодием. Он нерастворим в воде, но растворим в смеси этилового спирта и эфира, и полученный раствор называется коллодием. Поскольку растворитель коллодия испаряется и образует прочную пленку, его часто используют для укупорки бутылок, защиты ран и в качестве первого в истории пластикового целлулоида.
Если в качестве модификатора добавить соответствующее количество алкидной смолы, а в качестве упрочняющего агента использовать соответствующее количество камфоры, получится нитроцеллюлозный клей, который часто используется для склеивания бумаги, ткани, кожи, стекла, металла и керамики.
Ацетат целлюлозы: также известный как ацетат целлюлозы. В присутствии катализатора серной кислоты целлюлозу ацетатируют смесью уксусной кислоты и этанола, а затем добавляют разбавленную уксусную кислоту для гидролиза продукта до желаемой степени этерификации.
По сравнению с нитроцеллюлозой, ацетат целлюлозы можно использовать для создания клеев на основе растворителей для склеивания пластиковых изделий, таких как очки и игрушки. По сравнению с нитратом целлюлозы, он обладает превосходной вязкостью и прочностью, но имеет низкую кислотостойкость, влагостойкость и устойчивость к атмосферным воздействиям.
белковый клей
Белковый клей — это вид натурального клея, основным сырьем которого являются протеинсодержащие вещества. Клеи могут изготавливаться из животного и растительного белка. В зависимости от используемого белка, они делятся на животные (феновый клей, желатин, комплексный белковый клей и альбумин) и растительные (камедь бобовая и др.). Как правило, они обладают высокой прочностью сцепления в сухом состоянии и используются в мебельном производстве и производстве изделий из древесины. Однако их термостойкость и водостойкость низки, что делает клеи на основе животного белка более важными.
Клей на основе соевого белка: Растительный белок является не только важным пищевым сырьем, но и имеет широкий спектр применения в непищевых областях. Разработанный на основе клеев из соевого белка, еще в 1923 году Джонсон подал заявку на патент на клеи из соевого белка.
В 1930 году клей для плит на основе фенольной смолы, полученной из соевого белка (DuPont Mass Division), не получил широкого распространения из-за слабой прочности склеивания и высокой стоимости производства.
В последние десятилетия, в связи с расширением рынка клеев, повышенная кислотность мировых запасов нефти и загрязнение окружающей среды привлекли внимание, что заставило клеевую промышленность пересмотреть подход к созданию новых натуральных клеев, в результате чего клеи на основе соевого белка вновь стали предметом активных исследований.
Соевый клей нетоксичен, безвкусен, прост в использовании, но обладает низкой водостойкостью. Добавление 0,1%–1,0% (по массе) сшивающих агентов, таких как тиомочевина, сероуглерод, трикарбоксиметилсульфид и др., может улучшить водостойкость и сделать клеи пригодными для склеивания древесины и производства фанеры.
Клеи на основе животных белков: Клеи животного происхождения широко используются в мебельной и деревообрабатывающей промышленности. К наиболее часто используемым изделиям относятся мебель, такая как стулья, столы, шкафы, модели, игрушки, спортивные товары и террасы.
Новые жидкие клеи животного происхождения с содержанием твердых веществ 50-60% включают быстросохнущие и медленносохнущие типы, которые используются для склеивания каркасных панелей шкафов из ДВП, при сборке мобильных домов, твердых ламинатов и других недорогих термостойких материалов. Клеи применяются в небольших и средних случаях, когда это необходимо.
Клей животного происхождения — это основной тип клея, используемый в клейких лентах. Эти ленты можно использовать как для обычных легких пакетов для розничной торговли, так и для более прочных лент, например, для запечатывания или упаковки твердых волокон и гофрированных коробок для транспортировки, где требуются быстрые механические операции и длительная высокая прочность сцепления.
В настоящее время количество костного клея велико, и часто используется кожный клей отдельно или в сочетании с костным клеем. Согласно данным Coating Online, используемый клей обычно имеет состав с содержанием твердых веществ около 50% и может смешиваться с декстрином в количестве от 10% до 20% от сухой массы клея, а также с небольшим количеством смачивающего агента, пластификатора, ингибитора гелеобразования (при необходимости).
Клей (60–63℃) обычно смешивают с краской на подложке, при этом количество нанесенного твердого вещества, как правило, составляет 25% от массы бумажной основы. Влажную ленту можно сушить под натяжением с помощью паровых нагревательных валиков или регулируемых воздухонагревателей.
Кроме того, животный клей применяется в производстве абразивных материалов, таких как наждачная бумага и марля, для проклейки и нанесения покрытий на текстиль и бумагу, а также для переплета книг и журналов.
клей на основе дубильных веществ
Дубильные вещества — это органические соединения, содержащие полифенольные группы, широко распространенные в стеблях, коре, корнях, листьях и плодах растений. В основном их получают из отходов коры древесины и растений с высоким содержанием дубильных веществ. Дубильные вещества, формальдегид и вода смешиваются и нагреваются для получения дубильной смолы, затем добавляются отвердитель и наполнитель, и путем равномерного перемешивания получают дубильный клей.
Дубильные вещества обладают хорошей устойчивостью к старению под воздействием тепла и влажности, а их свойства склеивания древесины аналогичны свойствам фенольных клеев. В основном они используются для склеивания древесины и других материалов.
лигниновый клей
Лигнин — один из основных компонентов древесины, его содержание составляет около 20-40% древесины, уступая по этому показателю только целлюлозе. Извлечь лигнин непосредственно из древесины сложно, и основным источником являются целлюлозно-бумажные отходы, которые чрезвычайно богаты ресурсами.
Лигнин используется не в качестве клея сам по себе, а как полимер фенольной смолы, получаемый в результате взаимодействия фенольной группы лигнина и формальдегида. Для повышения водостойкости его можно использовать в сочетании с изопропан-эпоксиизоцианатом, фенолом, резорцином и другими соединениями. Клеи на основе лигнина в основном используются для склеивания фанеры и древесностружечных плит. Однако, учитывая его высокую вязкость и насыщенный цвет, после усовершенствования область применения может быть расширена.
арабская камедь
Аравийская камедь, также известная как камедь акации, — это экссудат, выделяемый деревом семейства саранчовых. Название происходит от обильного производства этого растения в арабских странах. Аравийская камедь в основном состоит из полисахаридов с низкой молекулярной массой и гликопротеинов акации с высокой молекулярной массой. Благодаря хорошей растворимости в воде, состав аравийской камеди очень прост и не требует ни нагревания, ни ускорителей. Аравийская камедь очень быстро сохнет. Она может использоваться для склеивания оптических линз, почтовых марок, наклеивания товарных знаков, склеивания пищевой упаковки, а также в качестве вспомогательного материала для печати и окрашивания.
Неорганический клей
Клеи, созданные на основе неорганических веществ, таких как фосфаты, сульфаты, соли бора, оксиды металлов и т. д., называются неорганическими клеями. Их характеристики:
(1) Высокая термостойкость, выдерживает температуру 1000 ℃ и выше:
(2) Хорошие омолаживающие свойства:
(3) Небольшая усадка
(4) Высокая хрупкость. Модуль упругости на порядок выше, чем у органических клеев:
(5) Водостойкость, кислото- и щелочестойкость низкие.
А вы знали? Клеи используются не только для склеивания.
Антикоррозийная защита: Паровые трубы судов в основном покрыты алюмосиликатом и асбестом для обеспечения теплоизоляции, но из-за утечек или чередования холода и тепла образуется конденсат, который скапливается на наружной стенке донных паровых труб; а длительное воздействие высоких температур приводит к образованию растворимых солей, которые вызывают коррозию наружной стенки.
С этой целью в качестве покрытий на нижний слой силиката алюминия можно использовать клеи серии «жидкое стекло», образующие покрытие с эмалеподобной структурой. При механическом монтаже компоненты часто скрепляются болтами. Длительное воздействие воздуха на болтовые соединения может вызвать щелевую коррозию. В процессе механических работ болты иногда ослабляются из-за сильной вибрации.
Для решения этой проблемы соединительные элементы можно склеивать неорганическими клеями в процессе механической установки, а затем соединять болтами. Это позволяет не только усилить конструкцию, но и обеспечить защиту от коррозии.
Биомедицинские свойства: состав биокерамического материала на основе гидроксиапатита близок к неорганическому компоненту человеческой кости, обладает хорошей биосовместимостью, способен образовывать прочную химическую связь с костью и является идеальным материалом для замещения твердых тканей.
Однако общий модуль упругости изготовленных имплантатов из гидроксиапатита высок, прочность низка, а активность не идеальна. В качестве адгезива выбран фосфатный стекловолоконный материал, и порошок гидроксиапатита склеивается при более низкой температуре, чем традиционная температура спекания, за счет действия адгезива, что снижает модуль упругости и обеспечивает активность материала.
Компания Cohesion Technologies Ltd. объявила о разработке герметика Coseal, который может использоваться для фиксации кардиохирургических имплантатов и успешно применяется в клинической практике. Сравнительное исследование 21 случая кардиохирургических операций в Европе показало, что использование Coseal значительно снижает образование хирургических спаек по сравнению с другими методами. Последующие предварительные клинические исследования продемонстрировали большой потенциал герметика Coseal в кардиохирургии, гинекологии и абдоминальной хирургии.
Применение клеев в медицине известно как новый перспективный этап в клеевой промышленности. Конструкционный клей состоит из эпоксидной смолы или ненасыщенного полиэстера.
В оборонной технике: Подводные лодки-невидимки являются одним из символов модернизации военно-морской техники. Важным методом обеспечения малозаметности подводных лодок является укладка звукопоглощающих плиток на корпус. Звукопоглощающая плитка представляет собой разновидность резины со звукопоглощающими свойствами.
Для обеспечения прочного соединения глушительной плитки и стальной пластины стенки катера необходимо использовать клей. Применение в военной сфере: техническое обслуживание танков, сборка военных катеров, сборка легких бомбардировщиков, склеивание теплозащитного слоя боеголовок ракет, подготовка камуфляжных материалов, борьба с терроризмом и противодействие терроризму.
Удивительно, правда? Не смотрите на наш маленький клей, в нем скрыто много знаний.
Основные физико-химические свойства клея.
Время операции
Максимальный временной интервал между смешиванием клея и соединением деталей, подлежащих склеиванию.
Начальное время отвердевания
Время достижения прочности, необходимой для снятия соединения, обеспечивает достаточную прочность для работы с клеевыми соединениями, в том числе для перемещения деталей из зажимных приспособлений.
время полного затвердевания
Время, необходимое для достижения окончательных механических свойств после смешивания клея.
срок хранения
При определенных условиях клей может сохранять свои эксплуатационные свойства и срок хранения с указанной прочностью.
прочность сцепления
Под действием внешней силы возникает напряжение, необходимое для разрушения границы раздела между клеем и склеиваемым материалом в клеящейся детали или вблизи нее.
прочность на сдвиг
Прочность на сдвиг — это сила сдвига, которую может выдержать поверхность соединения при повреждении соединяемого элемента; её единица измерения — МПа (Н/мм²).
Неравномерная прочность на отрыв
Максимальная нагрузка, которую может выдержать соединение при воздействии неравномерной силы отрыва, определяется тем, что нагрузка в основном сосредоточена на двух или одном крае клеевого слоя, а сила выражена на единицу длины, а не на единицу площади, и измеряется в кН/м.
Предел прочности
Предел прочности на растяжение, также известный как равномерный предел прочности на отрыв и положительный предел прочности на растяжение, обозначает силу растяжения на единицу площади при повреждении адгезии под действием силы и выражается в МПа (Н/мм²).
прочность кожуры
Прочность на отслаивание — это максимальная нагрузка на единицу ширины, которую могут выдержать склеиваемые детали при заданных условиях отслаивания; её единица измерения — кН/м.
Дата публикации: 25 апреля 2024 г.