Адгезия полимеров к древесине

 

Адгезия полимеров к целлюлозе имеет большое практическое применение в промышленности и в быту. Целлюлоза – это древесина (основа) – доски, древесно-стружечный материал (ДВП, ДСП), бумага, картон, х/б ткани, нити, полотно, хлопок.

Источником древесины является ствол дерева, он дает 50-90% древесины от объема всего дерева.

Древесина состоит из мельчайших частиц – клеток, преимущественно (до 98%) мертвых. Клеточная оболочка у молодых растительных клеток состоит из клетчатки или целлюлозы. Одревеснение клеточной оболочки происходит при жизни клеток в результате образования в них лигнина, при этом происходит прекращение их роста. Целлюлоза в клеточной оболочке представлена в виде волоконец, которые называются микрофибриллами. Промежуток между ними заполнен в основном лигнином, гемицеллюлозами и связанной влагой (17).

В процессе роста клеточные оболочки утолщаются, при этом остаются неутолщенные места, называемые порами. Поры служат для проведения воды с растворенными питательными веществами из одной клетки в другую.

В древесине имеются сосуды (каналы), крупные видны даже не вооруженным взглядом, но есть и микроскопические каналы. Эти сосуды предназначены для проведения воды от корней к кроне листьев.

Деревья условно делятся на лиственные (береза, липа и т.д.) и хвойные (сосна, ель, лиственница, можжевельник). Строение древесины также имеет отличия. В древесине хвойных деревьев находятся смоляные ходы – это их отличие от древесины лиственных пород. Смоляные ходы составляют единую систему сообщающихся каналов. Этим объясняется стойкость древесины хвойных пород к гниению. Особое место среди них занимает лиственница. Ее древесина имеет высокие физико-механические свойства (плотность и прочность на 30% выше, чем у сосны). Она обладает высокой стойкостью против гниения, известны 14 видов. Наибольшее хозяйственное значение имеют даурская и сибирская лиственницы.

Древесина – это сложный комплекс высокомолекулярных веществ. Около 90-95% любой древесины составляют целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин, а остальные 5-10% экстрактивные вещества – масло, смолы, минеральные соли и т.д. (рисунок 4.7).

 

 


Рисунок 4.7. Схема химического состава древесины

 

Гемицеллюлоза состоит из пентозанов (С5Н8О4) и гексозанов С6Н10О5. Состав лигнина очень сложен и состоит из комплекса ароматических веществ – a-оксикетонов.

Из активных групп в целлюлозе присутствуют гидроксильные, карбоксильные и альдегидные группы (таблица 4.2).

Таблица 4.2 – Содержание функциональных групп в целлюлозе

Вид целлюлозы Содержание групп, %
гидроксильные альдегид карбоксильные
Древесная целлюлоза 2,00 0,95 0,15
Фильтрованная бумага 1,80 0,85 0,01
Хлопковая целлюлоза 0,34 0,41 0,01

 

Древесина является субстратом сложного химического состава с большим количеством разнообразных функциональных полярных групп, основными из которых являются гидроксильные.

По физическим свойствам древесина – высокопористый субстрат, пронизанный капиллярами, каналами, порами и ячейками различных размеров, в которые затекает адгезив при ее склеивании, увеличивая тем самым площадь фактического контакта (таблица 4.3).

Таблица 4.3 – Состав различных пород древесины (в объем.%)

Порода древесины Древесина Вода Воздух
Твердые лиственные (дуб, ясень, вяз гладкий и.т.) 44,1 31,2 24,7
Мягкие лиственные (береза, осина, липа, ольха) 27,9 40,4 31,7
Хвойные 27,0 39,5 33,5

 

В качестве адгезивов для древесины применяют ВМС животного и растительного происхождения с активными полярными функциональными группами. В настоящее время применяют и синтетические ВМС, однако клеи животного и растительного происхождения по - прежнему находят широкое применение.

Белковые клеи – костный, мездровый, рыбный, казеиновый, альбуминовый. Основой этих клеев является коллаген – белок. Набухая в воде, он гидролизуется и превращается в глютин:

С102Н149О38N31 + H2O = С102Н151О39N31

(коллаген) (глютин)

Растворы глютинового клея наносят на субстрат в горячем виде, при остывании происходит желатинизация, а при высыхании – образуется клеевая пленка.

Мочевина понижает вязкость глютиновых клеев. Поэтому при ее введении до 2% происходит увеличение прочности адгезионного соединения за счет снижения вязкости клея, следовательно, к увеличению площади фактического контакта. Дальнейшее увеличение содержания мочевины (больше 2%) приводит к тому, что происходит уменьшение числа функциональных групп в клее, что приводит к снижению адгезионной прочности, несмотря на понижение вязкости клея.

Казеиновые клеи применяют в виде щелочных растворов и свойства их зависят от типа применяемой щелочи. Если применять растворы аммиака, едкого натра, соды, буры, то при высыхании образуется твердая клеевая пленка, которая при увлажнении набухает, а затем распускается, т.е. такие клеи имеют низкую влагостойкость. Нерастворимые в воде клеи дают растворы щелочноземельных металлов. Наиболее широко применяется казеиновый клей, содержащий гидроксид кальция. Он называется казеиново-известковый.

Распространенными являются альбуминовые клеи. Их основой является белок – альбумин, который способен при температуре 630С свертываться, а при 750 С – затвердевать, терять способность растворяться в воде. Адгезионные свойства клеев растительного и животного происхождения тесно связаны с их химической природой. Однако выяснение связей химической природы адгезив-субстрат затруднено. В основном это связано с тем, что в условиях повышенной влажности и сушке (в реальных условиях) происходит деформация древесины. А жесткий клеевой слой таких изменений не претерпевает. В результате создаются напряжения, которые приводят к снижению прочности.

Клеи растительного происхождения по свойствам и способам применения почти не отличаются от казеиновых. Из клеев растительного происхождения небелковой природы широко используются крахмальные и декстриновые.

В настоящее время в качестве синтетических адгезивов для склеивания древесины, производства фанеры, различных видов древесных плит применяют феноло-формальдегидные смолы, поливинилацетаты, полиэфирактилаты, полиуретаны, эпоксидные смолы, бутадиен-нитрильные, полихлоропропеновые, наирит и др.

Адгезия их к древесине обусловлена, в первую очередь, химической природой полимера. Показано, что функциональные группы полимеров могут взаимодействовать с функциональными группами целлюлозы.

С белковыми клеями и гидроксилсодержащими полимерами возможно протекание следующей реакции:

Цел-(ОН) + R-(ОН) → Цел-О-R+ Н2О

Изоцианаты, реагируя с функциональными группами гидроксилов целлюлозы, образуют связи типа:

Цел-(ОН) + O=C=NR → Цел-O-C(=O)-NНR

С эпоксидными смолами гидроксилы целлюлозы могут реагировать следующим образом:

Цел-(ОН) + R( )→ Цел-O-CН2 - СН(ОН)R

 

Более активными являются низкомолекулярные фракции ФФС, т.к. они способны проникать внутрь древесины по системе пор и капиляров, следовательно, при этом увеличивается площадь контакта и химического взаимодействия с целлюлозой, поэтому увеличивается прочность адгезии (таблица4.4).

 

Таблица 4.4 – Прочность материалов на основе древесной стружки, склеенной различными адгезивами

Природа адгезива Предел прочности при растяжении, кГ/см2 Водопоглощение, %
1. Мочевино-формальдегидная смола МФ-17
2. Феноло-формальдегидная смола Ф-35
3.Мочевино-меламино-формальдегидная смола
4. Мочевино-фурфурольно-формальдегидная смола

 

Таким образом, при выборе адгезива для склеивания изделий из целлюлозы необходимо учитывать условия эксплуатации КМ на их основе, уровень требований по прочностным характеристикам.

 






Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 2127;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2020 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.014 сек.