Файл: Пинджоян М.Л. Декоративная фанера.pdf

хлопок, бумагу) фенолформальдегидные и мо­ чевино-формальдегидные смолы до отвержде­ ния, воду, спирт и окиси металлов.

К неполярным веществам относят нату­ ральный каучук, полистирол, полиэтилен, теф­ лон (фторопласт-4), минеральные масла и бен­ зол. Если к полярной жидкости добавить не­ полярную, притяжение между полярными мо­ лекулами окажется достаточным для вытес­ нения молекул неполярного вещества. Любое вещество с группой ОН можно отнести к по­ лярным веществам.

Для склеивания какого-либо тела необхо­ димо применять клей, смачивающий поверх­ ность материала. Иначе полярные материалы надо склеивать полярными клеями, неполяр­ ные материалы — неполярными клеями. Хотя это условие необходимо при склеивании ма­ териалов, оно не гарантирует хорошего каче­ ства соединения, так как смачивание клеем поверхности склеиваемого материала являет­ ся не единственным условием. Надо учитывать и напряжения, которые могут возникнуть в со­ единении. Следовательно, при затвердевании клеевой прослойки необходимо исключить возникновение остаточных напряжений, кото­ рые оказались бы достаточными для разруше­ ния соединений. Прослойка должна быть не жестче склеиваемого материала, так как

впротивном случае внешняя нагрузка может привести к разрушению соединения вследст­ вие неравномерной концентрации напряжений

внем. Указанные требования для создания

И

склеивание без учета и многих других фак­ торов.

Таким образом, адгезия обусловливается межмолекулярными силами. Верно и то, что адгезии благоприятствует чисто механическое закрепление клея, затвердевшего в неровно­ стях, имеющихся даже на непористых глад­ ких поверхностях, а также в порах таких ма­ териалов, как древесина. Можно заключить, что механическая адгезия увеличивает проч­ ность соединения, хотя есть основания счи­ тать, что пескоструйная обработка склеивае­ мых поверхностей во многих случаях увеличи­ вает прочность соединения. Однако последнее не является еще достаточным доказательст­ вом наличия механической адгезии (закрепле­ ния клея в неровностях поверхностей), так как площади соединяемых поверхностей могут быть легко увеличены во много раз.

На прочность клеевого соединения боль­ шое влияние оказывает пористость склеивае­ мых материалов, которая способствует уда­ лению растворителя из клеевой прослойки. При склеивании твердых непористых материа­ лов водным раствором мочевино-формальде­ гидной смолы получить прочное соединение невозможно, так как гладкая, непористая, по­ верхность затрудняет удаление воды. В этом случае необходимо удалить поверхностную пленку непористого материала. Для получе­ ния прочного соединения непроницаемых для жидкостей поверхностей следует применять клеи, не содержащие летучих растворителей. Кроме того, пористость материала может быть, вредной, если она приводит к поглощению

12

Склеиваемым материалом жидкого кЛее.вого раствора и к получению «голодного» соеди­ нения.

Из вышеизложенного следует, что клеи для склеивания поверхностей выбирают в зависи­ мости от природы поверхностей, подлежащих склеиванию. Поверхности полярных материа­ лов склеиваются полярными клеями. По воз­ можности поверхностям неполярных матери­ алов следует сообщить свойства полярных ма­ териалов. Если сделать это невозможно, ре­ комендуется применять неполярный раствори­ тель. Если склеиваемые поверхности непори­ сты, рекомендуется применять клеи, не содер­ жащие летучих веществ и не выделяющие их в процессе отверждения.

Термопластичные и термореактивные смолы

Термореактивные и термопластичные смолы характеризуются тем, что способны перехо­ дить из вязкотекучего состояния в твердое. Для термореактивных смол подобное изменение состояния необратимо, в то время как плав­ ление и охлаждение их можно повторять не­ обходимое количество раз. Отверждение таких смол аналогично процессу вулканизации кау­ чука. Термореактивные свойства обусловлива­ ются связыванием поперечными связями ли­ нейных молекул полимера с образованием твердой неплавкой трехмерной сетки. Молеку­ лы термопластичных смол не имеют жестких связей, однако между ними могут возникать большие силы притяжения. Термопластичная

13

смола размягчается в результате энергии теп­ лового движения, которая оказывается доста­ точной для преодоления сил притяжения. Так как у молекул смол разная величина, у них нет определенной точки плавления.

К группе важнейших синтетических тер­ мопластов относятся виниловые полимеры, или, как их еще называют, э т и л е н о в ы е смолы. Эти смолы получаются из мономеров типа

НRi;

С= С;

НR2.

Разные виниловые полимеры отличаются природой радикалов Ri и R2. Двойные связи мономеров непрочны, легко разрываются с об­ разованием длинных цепей:

атом водорода, получим формулу полистиро­ ла. При замене радикала Ri на группу СН3, a R2 — на группу СООСН3, получим формулу

14

При замене всех водородных атомов в по­ лиэтилене атомами фтора образуется т е ф ­ лон. Хотя сшивание линейных молекул попе­ речными связями возможно, тем не менее свя­ зи эти неполярны. «Сшивание» виниловых по­ лимеров поперечными связями приводит к по­ тере термопластичности и способности разбу­ хать в органических жидкостях.

Наиболее мощное средство для образова­ ния поперечных связей между полярными мо­ лекулами— применение формальдегида. При вводе в реакцию формальдегида с поливини­ ловым спиртом получаются выпускаемые под маркой «Формвар» смолы, которые, несмотря на высокую точку плавления, растворяются в таких жидкостях, как хлороформ. Объяс­ нить это можно тем, что формальдегид соеди­ няется с группами ОН в одной и той же цепи и не образует с другими цепями поперечных связей.

Термореактивные смолы в отличие от тер мопластичных при нагревании или под дей­ ствием катализаторов переходят в твердый, неплавкий и не размягчающийся при нагрева­ нии продукт. Жесткая структура продукта обусловлена с ш и в а н и е м линейных моле­ кул поперечными связями. Представителями термореактивных смол являются фенолфор­ мальдегидные, резорцино-формальдегидные, мочевино-формальдегидные и меламино-фор­ мальдегидные смолы. Эти смолы — продукты конденсации и получаются не путем простого образования цепей, а путем конденсации мо­ лекул, которые сопровождаются отщеплением некоторых структурных элементов исходных

15

Молекул. Виниловые полимеры образуются раскрытием двойных связей н соединением мономеров.

Вместо формальдегида для получения фе­ нольно-альдегидных смол могут быть приме­ нены также другие альдегиды — фурфурол, ацетальдегид и акролеин. Резольные феноль­ но-формальдегидные смолы получаются пу­ тем конденсации примерно равных количеств фенола и формальдегида или при небольшом избытке последнего в присутствии щелочного катализатора (NH3, КОН, NaOH и др.). При

следующие стадии:

С т а д и я А (резол) — смолообразное, про­ зрачное, желтовато-коричневое вещество. Пла­ вится при температуре 50—-70°, растворяется

вэтиловом и бутиловом спиртах, в эфире, ацетоне и в щелочах. Удельный вес 1,20— 1,25. Содержание свободного фенола 5—10%. Смола в стадии А имеет непостоянные свойст­ ва вследствие продолжающейся реакции кон­ денсации и при нагревании быстро переходит

встадию В.

С т а д и я В (резитол) — вещество не пла­ вится и не растворяется, в ацетоне и других растворителях набухает. При нагревании сна­ чала размягчается, а затем переходит в ста­ дию С.

С т а д и я С (резит) — окончательный про­ дукт полимеризации смолы стадии А при на­ греве до 140°. Прозрачная неплавкая масса желто-коричневого цвета. Удельный вес 1,25. В обычных растворителях не растворяется,

16

обладает высокой механической прочностью и является хорошим диэлектриком. Для пере­ хода из стадии А в стадию С при пониженных температурах в смолу добавляют различного рода отвердители. Следовательно, клеи на ос­ нове резольных фенольно-формальдегидных смол могут быть использованы для горячей

ихолодной полимеризации.

Внастоящее время клеи на основе синте­ тических смол занимают в деревообработке одно из главных мест среди известных клее­ вых материалов.

Целлюлоза и древесина

Выше было сказано о том, что физические свойства органических материалов, таких, как древесина, определяются природой сил, свя­ зывающих молекулы (первичных или вторич­ ных, полярных и неполярных сил), и величи­ ной вторичных сил. Если вторичные силы сла­ бы, выявляется кинетическая энергия (энер­ гия теплового движения) молекул и материал приобретает свойства каучука.

Мы привыкли рассматривать твердые тела с физической точки зрения как пространствен­ ную решетку, в соединениях которой нахо­ дятся молекулы этого тела. Молекулы твер­ дого тела колеблются с малыми амплитудами около неподвижных положений. Газообраз­ ное вещество состоит из молекул, между ко­ торыми действуют столь ничтожные силы при­ тяжения, что молекулы движутся беспорядоч­ но, сталкиваясь одна с другой; кинетическая

I ГОС. ПУБЛИЧНАЯ

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ

энергия в этом случае преобладает Над по­ тенциальной.

Полярные силы слишком велики, поэтому твердые полярные тела всегда остаются жест­ кими, если только они не набухают в какихлибо жидкостях, при этом размягчаясь. Мате­ риалы, вызвавшие набухание, при этом сами почти не улетучиваются. Такие материалы на­ зывают пластификаторами.

Целлюлоза считается прочным природным материалом, из которого состоят хлопок, лен, вискоза и древесина. Разрывная длина древе­ сины равна 14 км (сравните: разрывная дли­ на нержавеющей стали— 16 км, а алюминие­ вого сплава— 17 км). Молекула целлюлозы является полимером. Синтезировать ее из мономера пока не удалось, однако ее можно деструктировать или деполимеризовать.

У целлюлозы высокая прочность на раз­ рыв. Известно, что жвачные животные, преж­ де чем переварить целлюлозу, в желудке пре­ вращают ее в сахар. Аналогичное действие можно получить при обработке целлюлозы со­ ляной кислотой. В чем же секрет того, что са­ хар обладает меньшей прочностью на разрыв, чем целлюлоза. Очевидно, ответ следует ис­ кать в возрастании длины цепи при полиме­ ризации, обусловливающей определенную прочность целлюлозы. Каждый структурный элемент целлюлозы (молекулы ß-глюкозы)

18