Материал: 2873

21

Экспериментальная часть

Для измерения краевого угла смачивания подложек различными адгезивами в данной работе используется метод жидкой капли. На подложку, имеющую гладкую поверхность, пипеткой наносят каплю адгезива. Каплю выдерживают некоторое время при определенной температуре для ее растекания на твердой поверхности и установления равновесного краевого угла смачивания. После этого проводят измерения, пользуясь установкой, схема которой приведена на рис. 6.

Контур капли, помещенной между линзой и источником света диапроектора (рис. 6), проектируют на экран, получая увеличенное в 15 раз изображение капли.

1

Контур капли зарисовывают на листе бумаги и в точке ее соприкосновения с твердой поверхностью около границы раздела трех фаз проводят касательную. Краевой угол смачивания образца приближенно определяют и при помощи обычных угломерных устройств.

Для более точного определения краевых углов смачивания используют метод, согласно которому измеряют высоту капли жидкости (h), а также диаметр (d) или радиус окружности (r) смачивания. Зная эти размеры капли, рассчитывают tgθ по следующим формулам:

22

Однако в данной работе преимущественно используются капли малого размера, для которых деформацией за счет массы можно пренебречь, и для углов θ < 90о формула (11) упрощается и принимает вид

Рассчитав по (12) значение tgθ, определяют краевой угол смачивания, пользуясь инженерным калькулятором. За искомую величину θ принимают среднее из трех параллельных измерений, результаты опытов сводят в табл. 5.

Таблица 5

Сделайте вывод о смачиваемости каждого вида подложки различными адгезивами, построив ряд возрастания или убывания смачивания. Сравните разные подложки между собой по степени смачиваемости. Какая из них является гидрофобной или гидрофильной, лиофобной и лиофильной?

Вопросы для самоконтроля и повторения

1.Какие явления называют поверхностными? Примеры.

2.Что такое краевой угол смачивания?

3.Какие поверхности являются гидрофильными и гидрофобными, лиофильными и лиофобными?

23

Лабораторная работа № 4

ПРИГОТОВЛЕНИЕ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ

Цель работы:

1.Ознакомиться с рецептурой и технологией приготовления различных клеевых композиций на основе КФС и на основе эпоксидной смолы.

2.Сравнить действие различных отвердителей и наполнителей на время отверждения.

Теоретическая часть

Процессы и операции склеивания присутствуют во многих областях деятельности человека: промышленность, строительство, деревообработка и производство мебели, машино- и приборостроение, текстильная промышленность, медицина, упаковочные материалы и др., поскольку именно они способны обеспечить надежность соединения деталей и легкость конструкции.

Склеивание – это технологический процесс получения неразъемного соединения путем адгезионного взаимодействия клея (адгезива) и подложек (склеиваемых поверхностей).

Клеевые материалы – это сложные многокомпонентные системы, основными компонентами которых являются: 1) связующие (клееобразователи) на основе органических или неорганических полимеров или олигомеров; 2) отвердители – химические соединения, вводимые в раствор олигомера для ускорения сшивки и полимеризации; 3) ингибиторы и замедлители отверждения; 4) наполнители, загустители, разбавители; 5) стабилизаторы, тиксотропные добавки; 6) ПАВ, антипирены, вещества, повышающие липкость, растворители, пластификаторы.

Все многообразие клеевых материалов классифицируют по следующим признакам:

1. По происхождению: а) животные (из белковых веществ животных: из молока – казеиновые, крови – альбуминовые; костей, кожи и шкур – костные и мездровые; б) растительные – крахмал, белки семян растений (чины, бобовых, сои, подсолнечника и др.); в) синтетические клеи – получены из синтетических полимеров и олигомеров путем реакций полимеризации и поликонденсации.

24

Природные клеи являются непрочными, нестойкими к воде и микроорганизмам. Они применяются для склеивания бумаги, картона, в производстве музыкальных инструментов, реставрации гравюр и др., в пищевой промышленности для наклеивания этикеток. Синтетические клеи обладают лучшими адгезионными качествами и прочностными свойствами по сравнению с природными клеями.

2.По внешнему виду и форме различают жидкие клеи (растворы, расплавы, эмульсии) и твердые клеи (порошки, гранулы, пленки, ленты и др.).

3.По водостойкости: высоководоупорные – выдерживают воздействие кипящей воды без заметного снижения прочностных качеств (клеи на основе фенолформальдегидных смол); водоупорные – выдерживают воздействие холодной воды (карбамидоформальдегидные смолы, альбуминовые клеи); неводоупорные – не выдерживают воздействие воды (казеино-аммиачные клеи).

4.По реакционной способности: термореактивные – клеи на основе мономеров или олигомеров, которые необратимо отверждаются под действием тепла и катализатора по реакции полимеризации или поликонденсации (резольные, карбамидные, меламиновые смолы); термопластичные – клеи на основе растворов полимеров в органических растворителях, способные обратимо расплавляться и отверждаться после охлаждения и нагревания (природные клеи, порошковые, эмульсионные и пленочные синтетические клеи на основе винилацетата, полиэфиров и полиамидов).

5.По назначению различают клеи: токопроводящие высокоомные с порошком графита; для бытовых нужд; для кожи; для древесины; канцелярские; универсальные.

6.По химической природе связующего-клееобразователя различают:

а) акриловые клеи – на основе мономеров акриловой, метакриловой кислот, акрилатов, имеют высокую адгезию к различным материалам (металлы, стекло, резина, дерево, пластик и др.), прочность, долговечность, высокую скорость отверждения, малотоксичны.

Различают анаэробные акриловые клеи – отверждаются только в отсутствие кислорода, например, в условиях резьбовых соединений; и цианакрилатные клеи – на основе эфиров альфа-цианакриловой кислоты CH2=C(CN)COOR (R-метил, этил, пропил, бутил, аллил);

б) клеи на основе канифоли (смола живицы сосны) – приклеивание бумаги и этикеток;

25

в) клеи на основе каучуков (резиновые клеи), получаемые из натурального и синтетического каучука (дивинилстирольный, изопреновый, хлоропреновый, уретановый, кремнийорганический каучуки и др.), имеющие высокие эластические характеристики после отверждения;

г) клеи на основе карбамидоформальдегидных олигомеров, получаемые при конденсации карбамида с формальдегидом при степени поликонденсации не выше 10. При отверждении они образуют прозрачные, светостойкие, малоэластичные твердые полимеры, нестойкие к действию воды, склонные к усадке, растрескивающиеся со временем;

д) и многие другие виды клеев в зависимости от типа полимерного связующего.

Вдеревообрабатывающей и мебельной промышленности при производстве фанеры, древесностружечных (ДСП) и древесных пластиков и др. широко используют клеевые композиции на основе карбамидоформальдегидных смол (КФС). Наполнителями клеевых композиций обычно являются древесная мука, крахмал, некоторые минеральные вещества (8-10 % (масс.)). Клеи на основе КФС отверждаются в присутствии веществ кислотного характера, преимущественно щавелевой, сульфонафтеновой, хлороводородной и хлорида аммония (0,5-1 % (масс.), как при нагревании (90-120 оС), так и при комнатной температуре.

Впроцессе производства мебели, а также в первое время при эксплуатации из жидких и отвержденных карбамидоформальдегидных клеевых композиций выделяется свободный формальдегид, который попадает в атмосферу и смывные воды при промывке клеенаносящего оборудования, что наносит значительный ущерб окружающей среде за счет токсичного действия на живые организмы. В связи с этим перед учеными и технологами всего мира стоит задача снижения содержания токсичного формальдегида в клеях на основе КФС. На кафедре химии ВГЛТА разработан способ снижения содержания свободного формальдегида в КФ клее за счет введения в рецептуру специальных наполнителей, которые являются адсорбентами (поглотителями) формальдегида. В качестве наполнителя в клеевую композицию вводятся кислотнообработанные глинистые минералы (алюмосиликаты), которые обладают повышенной адсорбционной способностью к формальдегиду, или кислотнообработанные отходы деревообрабатывающих предприятий: древесная мука, измельченная кора различных пород деревьев и др.