Клеи и клеящие материалы: потребительские свойства, классификация, характеристика ассортимента, требования к качеству, упаковке, маркировке и хранению

К клеящим материалам относят клеи, липкие ленты и клеи-герметики.

Склеивание – процесс образования прочного адгезионного соединения однородных или разнородных материалов. Оно необходимо как в производстве товаров на промышленных предприятиях, так и в быту – наклеивание обоев, ремонт обуви, мебели, склеивание фарфоровых изделий и др.

Клеи– это адгезивы, которые применяют для соединения различных материалов за счет образования прочной связи пленки клея с поверхностями склеиваемых материалов. Клеевые растворы, или клеи представляют собой вязкие растворы клеящих материалов орга­нической или неорганической (например, силикатный клей) природы в воде или в органи­ческих растворителях. В состав клея могут входить также наполнители, пластификаторы, инициаторы, катализаторы, отвердители и дубители. В клеи на белковой основе, подверженные загниванию и воздействию грибков, добавляют, кроме того, антисептики и консервирующие вещества.

Адгезионные соединения формируются за счет различных процессов:

- испарения органических растворителей или воды из клея-раствора, например, силикатного клея, резинового клея;

- химических реакций между компонентами клея, в частности, за счет реакции сшивания молекул (например, эпоксидный клей);

- охлаждения и затвердевания массы клея (клей-расплав).

Основным показателем качества клея является его адгезионная, или клеящая способность. Она определяется по прочности соединения двух стандартных образцов различными методами: на сдвиг, на скалывание, на отслаивание.

Клеи характеризуются следующими показателями, которые являются не только показателями качества, но и конкурентоспособности товара.

1. Универсальность – это способность клея склеивать широкий круг материалов различной природы. Определяется химической природой и составом клея.

2. Химическая стойкость – отношения готового клеевого соединения к действию воды, кислот, щелочей, органических растворителей.

3. Термическая стойкость – стойкость клеевого соединения к перепадам температуры при кратковременном и длительном воздействии.

4. Безопасность клеев определяется безвредностью их компонентов для человека, животных и окружающей среды.

5. Сохраняемость клеев – способность клея сохранять свои функциональные свойства в заданных пределах в течение определенного времени. Это время называется сроком хранения клея и совпадает со сроком годности.

6. Вязкость - показатель текучести клея. Клей не способен выполнять свою основную функцию – склеивание, если он теряет текучесть.

7. Жизнеспособность клея - время после приготовления клея, в течение которого он пригоден к применению. Для многокомпонентных клеев с отвердителями данный показатель является очень важным свойством. Жизнеспособность многокомпонентных синтетических клеев обычно равна 1,5 – 2 часа. При пониженной температуре жизнеспособность увеличивается. В зависимости от вида клея время «схватывания» может составлять от нескольких минут до нескольких часов. Для повышения жизнеспособности клеев растительного и животного происхождения, которые в водных растворах могут подвергаться процессам бактериального загрязнения, в них вводят антисептики.

Клеи классифицируются по ряду признаков: природа клеящего материала, ус­ловия отверждения, консистенция, водостойкость, назначение и др.

Одним из ключевых показателей является природная основа клея, определяется его происхождением. Клеи бывают природного, искусственного или синтетического происхождения, органической или неорганические природы.

Природные клеи подразделяются на клеи животного, раститель­ного и минерального происхождения. Основой клеев животного происхождения являются белковые вещества: коллаген (в мезд­ровом и костном клеях) и казеин (в казеиновом клее). Мездровый и костный клеи называют коллагеновыми. Основой клеев расти­тельного происхождения является крахмал (картофельный, куку­рузный) и продукты его переработки (декстрины). К минеральным клеям относят силикатный и асфальтобитумные клеи. Силикатный клей - это концентрированный водный раствор силикатов натрия и калия (растворимое, или жидкое, стекло) переменного состава.

Основой большинства синтетических клеев являются поли­меры или мономеры и олигомеры, превращающиеся в полимеры в процессе склеивания. Синтетические клеи получают с исполь­зованием синтетических каучуков, термореактивных и термоплас­тичных смол. Основой клеев могут быть смеси полимерных смол, смеси смол с каучуками и т. и. Перспективно использование в клее двух полимеров - термопластичного и термореактивного, например, клей-расплав в сочетании с эпоксидной смолой.

В зависимости от характера склеивания и отверждения клеи и клеевые соединения (швы) подразделяются на обратимые и необратимые.

Обратимыми являются клеи на основе термопластичных смол, а необратимы­ми - на основе термореактивных.

Термопластичными клеями служат растворы или расплавы термопластичных смол. Процесс отверждения их пленки связан или с остыванием клея, или с ис­парением из него органического растворителя.

При нагревании или действии органических растворителей клеевая пленка размягчается или растворяется. Сле­довательно, клеевой шов термопластичных клеев обратим и может быть нарушен. Поэтому обратимые клеи применяются в тех случаях, когда клеевой шов не под­вергается действию повышенных температур и растворителей.

Термореактивные, или клеи на основе термореактивных смол, относятся к нео­братимым клеям. Процесс отверждения их клеевой пленки связан с химическими превращениями, которые приводят к неплавкости и нерастворимости клеевого шва, вследствие чего эти клеи применяются для получения особо прочных соединений.

Необратимые клеи отверждаются или при нагревании (клеи на основе резольных смол) или при введении специальных добавок - отвердителей. Некоторые из необратимых клеев не требуют для отверждения обязательного нагревания, поэтому называются клеями холодного отверждения в отличие от клеев горяче­го отверждения.

В большинстве случаев клеи представляют собой сиропооб­разные растворы этих смол в органических растворителях, их вы­пускают одно- и многокомпонентными.

В состав клеев входит основа клея и растворители — вода или органические соединения: ацетон, этиловый спирт, бензин, хлорпроизводные, ароматические соединения; пластификаторы (дибутилфталат, диоктилфталат); наполнители.

Наполнители - важные компоненты клеев, которые обеспечи­вают необходимую вязкость клея, уменьшают усадку при затверде­вании клеевого слоя и повышают его прочность (кварцевый песок, каолин, мел и др.). Некоторые наполнители являются специально введенным балластом, который незначительно ухудшает комплекс свойств, но удешевляет клей. Такие наполнители называют экстендерами.

Отвердители входят в состав клея на основе ненасыщенных (термореактивных) смол. Вместе с ними используют катализаторы (ускорители) процесса отверждения. Они поступают в продажу в отдельной упаковке (двухупаковочные). Пленки термореактив­ных клеев при нагревании отвердевают необратимо.

Загустители и разбавители используют для регулирования вязкости клеев.

Стабилизаторы добавляют в клеи для повышения стойкости клеевых соединений к внешним воздействиям в про­цессе эксплуатации.

Клеи-расплавы - это термопластичные безрастворные клеи, они приобретают адгезионные свойства только при нагревании, а после охлаждения клеевое соединение твердеет. Их преимущест­во - отсутствие органических растворителей. Основным базовым продуктом клеев общего назначения является полиэтилен и сополи­меры этилена с винилацетатом (СЭВА) с различным содержанием винилацетатных групп. Используют также полиамиды, полиэфиры, поливинилбутираль, полиизобутилен, полиуретаны.

Классификация клеев проводится по условиям склеивания, водостойкости клеевого соединения, по агрегатному состоянию, по назначению и по природе происхождения основы клея.

По условиям склеиванияклеи делят на контактные, в которых происходит склеивание без приложения давления, и липкие (липкие ленты), требующие приложения давления.

По водостойкости клеевого соединения клеи бывают высоководоупорными (кипящая вода), водоупорными (вода комнатной температуры) и нестойкими к холодной воде (клеи растительного и животного происхождения). Природные клеи казеиновый и де­кстриновый обладают низкой водостойкостью, однако их досто­инство - гигиенические и экологические свойства: они разрешены для использования в материалах, контактирующих с пищевыми продуктами (склеивание пакетов, пачек, коробок).

По агрегатному состоянию клеи бывают твердые (кусочки, прутки, хлопья, например, КМЦ-клей) и жидкие - в виде растворов (силикатный) или дисперсий (ПВА-эмульсия).

По назначению бытовые клеи подразделяются на четыре подгруппы:

- клеи хозяйственного назначения: для ремонта в домашних условиях, склеивания изделий, мелкого ремонта: клей обойный на основе карбоксиметилцеллюлозы или метилцеллюлоэы; клеи ПВА с разной прочностью клеевого соединения (универсальный, сверхсильный и др.), клей стиропор (для накле­ивания потолочных плиток из полистирола), клей «Момент», клеи - жидкие гвозди, которые выпускают в ассортименте для склеивания различных поверхностей, и др.;

- клеи специального назначения: клеи столярные («Кедр»), резиновые («Гумми»), клеи для наклеивания паркета, термостойкие клеи; клеи 88-М, 88-СА, 88-НП для склеивания резины с ме­таллами; клей ПФ-14, клеи БФ-2 и др.;

- универсальные: «Универсал», «Уникум», «Феникс», эпоксидных клеи, способные склеивать широкий круг материалов;

- канцелярские: Г1ВА, силикатный, казеиновый.

По природе происхождения основы клея ассортимент клеев делят на следующие группы:

- клеи животного просихождения;

- клеи растительного происхождения;

- минеральные клеи;

- клеи искусственного происхождения;

- синтетические клеи.

К группе клеев животного происхождения относят мездровый, костный и казеиновый клеи.

Мездровый (столярный) клей вырабатывают из обрезков шкур животных и мездры, в состав которых входит белковое вещест­во - коллаген. Кожевенное сырье очищают, обрабатывают из­вестковым раствором и варят в воде. При варке образуется вязкий раствор, содержащий продукты распада коллагена, который затем фильтруют, разливают в формы, упаривают и охлаждают. Мездровый клей получают в виде пластин или порошка и используют для склеивания деревянных изделий, в переплетном деле.

Костный клей вырабатывают из костей животных, клеящей основой в них служит белок оссеин (разновидность белка коллагена), находящихся в хрящах. Кости обезжиривают бензином для удаления минеральных веществ обрабатывают соляной ки­слотой, после чего варят в горячей воде до получения вязкого клеевого раствора. Костный клей выпускают в виде плиток, че­шуек, гранул, студнеобразной массы и используют в основном для производства клеевых красочных составов. Недостатками мездрового и костного клеев являются: длительное приготовле­ние, низкая водо- и теплостойкость, подверженность микробио­логическим воздействиям.

Казеиновый клей («Канцелярский казеиновый», «12 табуре­ток») вырабатывают на основе кислотного казеина, выделяемого из обезжиренного молока кислотами. Выпускают казеиновый клей в виде зерен, кусков или жидким и применяют для склеи­вания древесины, бумаги, картона, приготовления красок.

Клеи растительного происхождения получают из крахмала и продуктов его переработки. Крахмальный клей производят из сы­рого кукурузного или картофельного крахмала, который при на­гревании в воде набухает. В результате образуется клейстер, об­ладающий адгезионной способностью. Применяют крахмальный клей для склеивания бумаги, картона, в обувном и кожгалантерейном производстве. К недостаткам крахмального клея можно отнести низкую влагостойкость и низкую стойкость к воздейст­вию грибков.

Декстриновый клей получают из продуктов гидролиза крах­мала. Выпускают его в виде порошка или кусков и применяют для склеивания бумаги, картона, наклеивания этикеток и почто­вых марок. Недостатками декстринового клея являются отсутст­вие водостойкости и стойкости к действию плесени и бактерий.

К минеральным клеям относят силикатный и асфальтобитум­ный клеи.

Силикатный клей представляет собой водный раствор сили­катов натрия или калия (жидкое стекло). Силикатный клей при­меняют при производстве огнезащитной пропитки для древеси­ны, проклейки бумаги, при производстве огнестойких силикат­ных красок.

Асфальтобитумный клей — это расплав или густой раствор асфальтов и битумов в бензине, имеющий черный цвет. Приме­няют этот клей в основном в строительстве, для защиты поверх­ностей от коррозии. Недостатком асфальтобитумного клея явля­ется низкая теплостойкость.

Среди клеев искусственного происхождения наибольшее распространение получили клеи на основе эфиров целлюлозы.

В качестве клеящего вещества в нитроцеллюлозном клее приме­няют эфир целлюлозы и гликолевой кислоты - карбоксиметил целлюлозу (КМЦ). В состав нитроцеллюлозного клея также мо­гут входить растворители (ацетон, бутилацетат), пластификато­ры (касторовое масло) и синтетические смолы (полиэфирные). Нитроцеллюлозный клей быстро высыхает, имеет хорошую вла­гостойкость, однако характеризуется высокой горючестью. При­меняют нитроцеллюлозный клей для склеивания кожи и ткани.

Синтетические клеи получают на основе синтетических термопластичных и термореактивных смол и каучуков. Их классифицируют и называют по природе полимерной основы. Из эфироцеллюлозных клеев для бытовых целей применяют клеи на основе карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), водные растворы которой используют в качестве обойного клея.

Термопластичные клеи применяют в основном для склеива­ния неметаллических поверхностей и выпускают в виде раство­ров, эмульсий, пленок и лент. Получают их на основе поливинилацетатной, поливинилхлоридной, полиамидной смол. Водо­эмульсионные поливинилацетатные клеи (ПВА) применяют для склеивания бумаги, картона, кожи, стекла, тканей, паркета, ла­мината, древесины («Монолит», «Момент-столяр», «Кедр», «Акрол столярный»). Клеи на основе поливинилхлорида используют для склеивания бумаги, ткани, кожи, наклеивания линолеума, облицовочных плит, паркета.

Термореактивные клеи представляют собой сиропообразные растворы смол в органических растворителях. Для производства данных клеев преимущественно используют эпоксидные, поли­эфирные и мочевиноформальдегидные смолы.

По составу термо­реактивные клеи могут быть одно- и многокомпонентные, а по условиям склеивания — горячего и холодного отверждения. Эпоксидные клеи характеризуются хорошими адгезионными свойствами, стойки к действию воды, кислот, щелочей и создают прочные соединения. Применяют их для склеивания древесины, пластмасс, металлов, стекла, кожи. Мочевиноформальдегидные клеи применяют в основном для склеивания древесины, фанеры. Фенолоформальдегидные клеи (например, серии БФ) применя­ют для склеивания металла, фарфора, стекла, пластмасс, кожи и тканей между собой и с металлом.

Однако в последнее время фе­нолоформальдегидные клеи распространены недостаточно ши­роко вследствие токсичности входящих в его состав компонентов (фенола и формальдегида). Клеи из полиэфирных смол исполь­зуют для производства замазок и добавляют в нитроцеллюлозные клеи в целях повышения их адгезионной способности.

Резиновые клеи — это растворы синтетических каучуков или сырых резиновых смесей в бензине (или бензоле). Свойства резиновых клеев обусловлены видом применяемого каучука. Латексные каучуковые клеи (например, «Бустилат») применяют для наклеивания линолеума, плиток, обоев. На основе каучуков изготавливают также липкие ленты на бумажной, тканевой или полимерной основе. Клей на основе дивинилнитрильного каучука (СКН) дает клеевой шов, который стоек не только к действию воды, но и к действию нефтепродуктов. Наиритовый клей (раствор полихлоропренового ка­учука - ПХП) хорошо склеивает резину и кожу при изготовлении обуви, а также текстильные ткани и другие материалы. Растворы сырых резиновых смесей используются для ремонта автопокрышек с последующей горячей вулканизацией.

Все резиновые клеи дают эластичное влагостойкое клеевое со­единение.

Эпоксидные клеиприобретают все большее значение. Они име­ют широкий спектр продуктов для их получения - эпоксидных смол с различным содержанием эпокси-групп. Клеи отличаются исключительно высокой адгезионной способностью ко многим материалам, химической инертностью, создают прочные клеевые соединения, а шов обладает низкой усадкой. Клеи являются универ­сальными, применяются как в быту, так и в промышленности.

Постоянно-липкие материалы. Многие виды термопластич­ных смол (сополимеры этилена-винилацетата, бутадиен-стирола, изопрен-стирола, акрилонитрил-бутадиен-стирола) используют для изготовления пленок с остаточной липкостью - липких лент, липких наклеек. Их называют адгезивами, чувствительными к дав­лению. Нанесенный на них клеевой состав имеет длительную жизнеспособность, со временем не затвердевает и не высыхает и проявляет свои адгезионные свойства при приложении неболь­шого давления.

Липкие ленты (скотчи) выпускают в рулонах шириной 10-40 мм на бумажной, тканевой или полимерной основе (прозрачной - на целлофане, полиэтилене; непрозрачной - на лавсане и др.).

Их используют для ремонта книг, отделочных, электротехнических работ, для скрепления потребительской и транспортной тары (кар­тонных ящиков).

При нанесении на пластик (рейки, уголки) они могут использоваться для заделки стыков в ванной комнате, на кухне.

Антиклей (антиадгезионное средство) - современные препа­раты для обработки поверхностей с целью снижения адгезии на основе кремнийорганических соединений. После обработки анти­клеем на поверхность невозможно наклеить, например, несанкци­онированные объявления и т.д.

Герметики - пастообразные клеевые составы для герметиза­ции и уплотнения швов в различных конструкциях. Собственно герметики выполняют функцию заполнения швов, уплотнения, герметизации, гидроизоляции. К таким герметикам не предъявля­ют требований высокой прочности, поскольку они работают чаще всего в статических условиях.

Герметики используют в строительстве и в быту. Они представ­ляют собой липкие, пластичные массы, состоящие из связующего вещества и наполнителей. Клеящей и связующей основой гермети­ков являются синтетические смолы и каучуки (кремнийорганические смолы и силиконовые каучуки; полиизобутилен, бутилкаучук, нитрильные каучуки). В вулканизующиеся герметики перед упот­реблением вводят вулканизующие вещества.

Герметики кровельные предназначены для защиты и ремонта кровли и чердачных помещений; гидроизоляционные герметики (по влажной поверхности) предназначены для защиты подвальных помещений, сантехнического и канализационного оборудования. Выпускают гидроизоляционные герметики высыхающего типа, предназначенные для антикоррозионной защиты металлических и полимерных емкостей для хранения и транспортирования пи­тьевой воды.

Акриловые и силиконовые герметики выпускают в тубах или баллонах под строительный «пистолет», что дает удобство использования при заделке швов в плинтусах, деревянных конструкци­ях, аквариумах, бассейнах и пр. Отверждение происходит на воз­духе. В герметики, работающие во влажных средах, специально добавляют противогрибковые препараты. Силиконовые герметики масло- и бензостойки, способны работать в диапазоне температур от минус 50 до плюс 250 °С.

Широко распространены так называемые монтажные пены, которые служат для заделки стыков или швов шириной более 3 см. Они заполняют пространство между конструкционными элемен­тами, но не пригодны для сопротивления нагрузкам и выполняют только роль инертного заполнителя. Наиболее распространены полиуретановые пены, которые выпускают в аэрозольных балло­нах вместимостью 0,3; 0,5; 0,75 дм³ (марки «Пинофлекс», «Макрофлекс», «Квадро» и др.)

Наряду с традиционными клеями большое распространение получают клеи-герметики, служащие для уплотнения и защиты различных бытовых изделий и предметов от воздействия воды, воздуха, агрессивных сред и тепла.

Клеи-герметики выполняют двойную функцию - герметизации и склеивания для получения прочного и герметичного соедине­ния. В отличие от герметиков, клеи-герметики должны обладать свойством текучести.

Разновидностью клеев-герметиков, содержащих минеральные наполнители, можно считать мастики и затирки, которые приме­няют для наклеивания керамической плитки и заделки швов между ними. Мастики и затирки поступают в продажу в сухом виде и за­творяются водой. После высыхания они дают водостойкий шов.

При определении качества клеящих материалов проводят испытание как само­го клея, так и клеевого соединения Клей должен быть однородным по составу, без посторонних примесей, плесени и гнилостного запаха. У жидкого клея проверяют вязкость, содержание сухого остатка и другие показатели, а также неизменяемость их в процессе хранения.

Клеевые соединения (швы) испытывают главным образом на прочность при растяжении, сдвиге, расслаивании, ударе и других воздействиях.

При хранении клеящих материалов животного и растительного происхожде­ния должны быть приняты меры к предотвращению их загнивания и поражения грибками.

Эти виды клеев необходимо хранить в сухом, прохладном помещении с вытяж­ной вентиляцией.

Горючие клеи и клеи с ядовитыми и токсичными выделениями (фенол и др.) должны быть в герметичной упаковке. Хранят их в специально отведенных по­мещениях.

Методы испытания, упаковка, транспортирование, а также условия хранения клея­щих материалов указаны в соответствующих стандартах и технических условиях.

Маркировка клеев должна производиться в соответствии с Законом РФ «О защите прав потребителей». На потребительскую тару (полиэтиленовый пакет, коробку, пачку) и транспортную тару (мешок, ящик) с клеем наносят типографским способом маркировку или наклеивают этикетку с указанием:

- наименования предприятия-изготовителя и (или) товарного знака;

- наименования продукции и ее назначения;

- марки клея;

- номера партии для транспортной тары;

- массы нетто, а для транспортной тары массы нетто и брутто;

- количества единиц потребительской упаковки (пакетов, коробок, пачек) в мешке или ящике;

- даты выработки, срока и условий хранения;

- способа применения;

- обозначения нормативного документа (стандарт, технические условия, технический регламент), по которому изготовлен и может быть идентифицирован клей.

Клеи хранят в проветриваемых помещениях при температуре не ниже минус 20⁰ С (для некоторых видов, например, клея «Момент») и не выше 30⁰ С, вдали от источников тепла. Гарантийный срок хранения в зависимости от вида клея от 12 до 18 месяцев.