Особенность изготовления и использования клеев

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительный факультет

Кафедра химии

РЕФЕРАТ

по теме: «Клеи»

Исполнитель

Круглик Е.С.

7 апреля 2014 г.

РуководителЬ от кафедры

Л.М. Слепнёва

Минск - 2014



Оглавление

Введение

1. Жидкие клеи. Их разновидности

1.1 Клеи, содержащие растворитель

1.2 Контактные клеи

1.3 Реакционные клеи

2. Виды клеев. Способы получения

2.1 Казеиновый клей

2.2 Костный клей

2.3 Клейстер

2.4 Жидкое стекло

2.5 Эпоксидная смола

2.6 Полиэфирные клеи

2.7 Цианоакрилаты

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Клей - природное или синтетическое вещество, применяемые для соединения различных материалов за счёт образования адгезионной связи клеевой плёнки с поверхностями склеиваемых материалов. (На прочность клеевого шва влияет и когезия клея к поверхности.)

По составу клеи разделяют на:

-неорганические (растворы, расплавы, а также припои)

-органические (растворы, расплавы, полимеризующиеся)

Основой органического клея служат главным образом синтетические олигомеры1 и полимеры (фенолоформальдегидные2, эпоксидные3, полиэфирные4 смолы, полиамиды5, полиуретаны6, кремнийорганические полимеры7, каучуки8 и др.), образующие клеевую пленку в результате затвердевания:

-при охлаждении (термопластичные клеи),

-отверждении (термореактивные клеи),

-вулканизации (резиновые клеи);

Этим процессам иногда предшествует улетучивание растворителя.

К неорганическим клеям относят алюмофосфатные, керамические (основа -- оксиды магния, алюминия, кремния, щелочных металлов), силикатные (основа -- калиевое или натриевое жидкое стекло), металлические (основа -- жидкий металл, например ртуть).

По физическому состоянию клеи могут быть:

-жидкими (растворы, эмульсии9, суспензии10);

-твёрдыми (пленки, прутки, гранулы, порошки), используемыми в виде расплава или наносящиеся на нагретые поверхности.



1. Жидкие клеи. Их разновидности

Жидкие клеи - самая широкая группа клеев, включающая универсальные клеи, клеи для пластика, клеи для дерева, клеи для бумаги. Существуют в двух вариантах: с растворителем и без растворителя (основа - вода).

Метод склеивания: «влажное склеивание», или склеивание с односторонним нанесением клея, когда он наносится только на одну из склеиваемых поверхностей, которая немедленно соединяется со второй. После соединения поверхности следует слегка прижать друг к другу и при необходимости откорректировать их положение.

1.1 Клеи, содержащие растворитель

Такие клеи используются для различных видов поверхностей и особенно удобны в следующих случаях: когда требуется быстро получить результат; когда необходимо избежать деформации бумаги; для склеивания непористых материалов.

В клеях содержатся смола или каучук, разбавленные растворителем, например спиртом, ацетоном или метилацетатом11.

В процессе склеивания растворитель начинает испаряться, в результате чего клей затвердевает, поэтому склеиваемые материалы должны давать растворителю возможность проникать сквозь поры (этими свойствами обладают дерево, картон, кожа и т.п.).

Для непроницаемых, герметичных материалов, таких как металл, фарфор или твердый пластик, поверхность должна быть как можно длиннее и уже, чтобы растворитель мог испаряться по краям. Многие пластики повреждаются или даже расплавляются под действием клея, содержащего растворитель.

1.2 Контактные клеи

В отличие от жидких клеев подходят для склеивания герметичных материалов, через которые не испаряется растворитель. Контактные клеи обеспечивают быстрое и прочное склеивание большинства поверхностей. Не теряют эластичные свойства после затвердевания, поэтому особенно удобны для склеивания материалов, которые после соединения должны оставаться подвижными (подошвы обуви, кожаные ремни). В виде спрея контактные клеи незаменимы при склеивании больших площадей (например, для облицовки мебели). Выпускаются в двух вариантах: с растворителем и без растворителя.

1.3 Реакционные клеи

Реакционные клеи - это клеи, которые затвердевают в результате химической, физической или каталитической реакции. В зависимости от вида реакции клеи могут быть одно- или двухкомпонентные.

Однокомпонентные реакционные клеи:

Однокомпонентные реакционные клеи представляют собой неактивный отвердитель, который остается инертным в упаковке при нормальных условиях. Реакция начинается только тогда, когда отвердитель вступает в контакт со вторым реакционным компонентом, которым, в зависимости от вида клея, может выступать:

- влажность воздуха,

-УФ-излучение,

-кислород (аэробные клеи) или, наоборот, отсутствие воздуха, например клеи с содержанием металлических ионов (анаэробные клеи).

Двухкомпонентные реакционные клеи:

Представляют собой связующее вещество и отвердитель. Эти два компонента находятся в разных упаковках и в зависимости от вида клея могут быть жидкими, пастообразными или сыпучими. При смешивании компоненты вступают в реакцию, образуя клеевую смесь, которую необходимо использовать как можно быстрее, так как это единственные клеи с коротким рабочим периодом (они сразу начинают затвердевать).

Склеивание цианоакрилатными клеями12 (секундные клеи) происходит в результате соединения атмосферного кислорода с влажностью окружающей среды в месте склеивания, поэтому склеиваемые поверхности необходимо поддерживать в определенном состоянии, при необходимости их можно увлажнить с помощью дыхания.



2. Виды клеев. Способы получения

Клеи применялись еще в далекой древности. Пожалуй, это самый древнейший строительный материал из всех известных нам материалов. Его возраст - 80 тысяч лет. Безусловно, неандертальцы, жившие в пещерах, не догадывались обо всех возможностях клея, но в производстве орудий труда они его использовали, о чем свидетельствуют археологические раскопки. В учебниках истории мы долго смотрели на картинки с изображением наших предков, держащих в руках каменные топоры и палки с заостренными на концах камнями. На всех этих изображениях камень с деревом был скреплен неким подобием современных бечевок. Вполне вероятно, что так и было, но только до определенного времени. На каком-то этапе своего развития древние жители Земли узнали, что дерево и камень можно между собой склеивать, и сразу же этим воспользовались. Клеящим веществом послужила смола древних берез, получаемая в результате обжига дерева.

В течение 80 тысяч лет клей был и остается незаменимым помощником человека. В разные века для производства клея использовались такие "дары природы", как рога и копыта, шкуры, молоко, яичный желток, соки и смолы деревьев, известь и даже рыба.

2.1 Казеиновый клей

Производится на основе казеина - натурального животного белка, вырабатываемого из обезжиренного молока. Представляет собой смесь казеина, гашеной извести13 и минеральных солей (фтористого натрия, соды14, медного купороса15 и др.) и керосина16. Относится к группе экологически безопасных клеев животного происхождения.

Получение:

В домашних условиях для приготовления казеинового клея нежирное молоко ставят в теплое место, чтобы оно свернулось. Затем фильтруют, лучше через бумагу, чем через ткань или дуршлаг. Полученную массу промывают под водой, завязывают в тонкий мешочек и кипятят для удаления остатков жира. Получившийся состав раскладывают на ровном месте и сушат при комнатной температуре. Результат называется сухим казеином и для придания ему клеящих свойств в него необходимо добавить воды и буры17.

В промышленных масштабах казеиновый клей получают из отходов молочной промышленности в маслодельных предприятиях. В продукты переработки обезжиренного молока добавляют сычужный фермент18 либо различные кислоты, получая сычужный либо кислотный казеин. Интересно, что в этом производстве можно использовать как натуральные, так и неорганические кислоты, чаще всего применяют молочную кислоту.

2.2 Костный клей

Это клей, изготовленный из костей животных. Основной компонент -- желатин, образуемый при денатурации19 коллагена.

Получение:

Для получения клея кости животных очищают, дробят, обезжиривают, обрабатывают слабым раствором сернистой кислоты (H2SO3) для удаления минеральных солей и затем варят в специальных аппаратах, в которых кости подвергаются многократному воздействию пара и воды. В результате такой обработки имеющийся в костях коллаген переходит в глютин, который является клеящим веществом.

2.3 Клейстер

Клей, изготавливаемый из крахмала или муки.

Получение:

Крахмальный клейстер получают нагреванием водной суспензии картофельного (до 75 °С) или кукурузного (до 85 °С) крахмала.

Для изготовления мучного клейстера необходимо предварительно просеять муку через сито. Затем в кипящую воду необходимо постепенно, небольшими порциями подсыпать муку. Или размешать в холодной воде, а потом подогревать.

Полученный клейстер подогревать в течение 15--20 минут на слабом огне или поместить посуду с клейстером в ёмкость с кипящей водой (водяная баня). Мучной клейстер -- скоропортящийся продукт, пригоден не более чем на один день работы, так как он, особенно летом, в жаркую погоду, быстро закисает.

2.4 Жидкое стекло

Это водный щелочной раствор силикатов натрия (Na2O(SiO2)n) и (или) калия (K2O(SiO2)n). Реже в качестве жидкого стекла используют силикаты лития, например, в электродном покрытии. Одно из торговых названий -- «силикатный клей».

Получение:

В настоящее время изготовляется путем обработки в автоклаве кремнезёмсодержащего сырья концентрированными растворами гидроксида натрия или сплавлением кварцевого песка с содой.

Известны также способы получения жидкого стекла, основанные на прямом растворении кремнистого сырья (опоки, трепелы, диатомиты и др.) в растворах щелочей при атмосферном давлении и относительно невысокой температуре (температура кипения раствора щелочи).

2.5 Эпоксидная смола

Олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры.

Получение:

Эпоксидную смолу получают поликонденсацией эпихлоргидрина с различными органическими соединениями: от фенола до пищевых масел, скажем соевого. Такой способ носит название «эпоксидирование».

Ценные сорта эпоксидных смол получают каталитическим окислением непредельных соединений. Например, таким образом получают циклоалифатические смолы, ценные тем, что они совершенно не содержат гидроксильных групп, и поэтому очень гидроустойчивы, трекинго- и дугостойки.

Для практического применения смолы нужен отвердитель. Отвердителем может быть полифункциональный амин или ангидрид, иногда кислоты. Также применяют катализаторы отверждения -- кислоты Льюиса20 и третичные амины21.

После смешения с отвердителем эпоксидная смола может быть отверждена -- переведена в твердое неплавкое и нерастворимое состояние. Если это полиэтиленполиамин (ПЭПА --- смесь соед., содержащих фрагменты [-C2H4NH-]n), то смола отвердеет за сутки при комнатной температуре. Ангидридные отвердители требуют 10 часов времени и нагрева до 180 °C в термокамере.

2.6 Полиэфирные клеи

Основа полиэфирных клеев - олигомеры на базе ненасыщенных22 многоосновных кислот и многоатомных спиртов с молекулярной массой 500-3000. При приготовлении клеев также добавляют винилацетат (C4H6O2), стирол (C?H?), метилметакрилат (C5H8O2) и др.

Отверждают совмещенные с мономерами олигомеры при нагреве или и на холоду с инициаторами (к примеру, пероксиды: пероксид водорода - H2O2; пероксид натрия - Na2O2; бензоилпероксид - (C6H5CO2)2).

Композиции, которые способны быстро отвердевать при комнатной температуре, можно получать на основе ненасыщенных полиэфиров, содержащих третичные атомы азота. Как второй компонент используется стирол или олигоэфиракрилат. Для создания термостойких клеев можно применять ненасыщенные карборансодержащие полиэфиры со стиролом.

2.7 Цианоакрилаты

Основной компонент цианоакрилатных клеев удобных в быту для быстрого склеивания материалов.

Цианоакрилаты -- это эфиры цианакриловой кислоты.

Распространённое в быту название «суперклей».

«Суперклей» представляет собой жидкий мономер того или иного цианоакрилата (метил-, этил- и т. д.) с возможной добавкой до 10 % пластификаторов, активаторов, стабилизаторов, замедлителей, так же ультрадисперсного оксида кремния для загущения;

клей не содержит растворителей.

Жидкий цианакрилат способен к анионной полимеризации под действием слабощелочных агентов, в том числе и обычной воды. К сплошному отверждению «суперклея» в тонких слоях (в пределах 0,05-0,1мм) приводит влага, адсорбированная на склеиваемых поверхностях или содержащаяся в приповерхностных слоях материала (чем объясняется отличное склеивание пальцев, наряду с воздействием животных аминов).

Вредное застывание массы клея при хранении в неплотно закрытой таре вызывается не испарением растворителя, а воздействием атмосферной влаги (как это свойственно, например, силиконовым герметикам); при производстве клей закупоривается в осушенной атмосфере. Также, по утверждению в описаниях производителей, существует механизм отверждения щелочным агентом, связанный с нейтрализацией кислотного стабилизатора.



Заключение

Сам процесс склеивания на первый взгляд предельно прост, хотя на деле это далеко не так: нужно, чтобы клей обеспечивал максимальную адгезию (сцепление) одной поверхности с другой. При "схватывании" клея он из жидкого или пастообразного состояния переходит в твердое или пластичное. В основе такого процесса лежит либо испарение растворителя (воды, ацетона, спирта, бензина), либо химическая реакция, происходящая при повышенной температуре, под действием света или при введении реагента-отвердителя. клей казеиновый клейстер смола

(!) Поэтому прежде чем приступить к склеиванию, надо правильно выбрать сорт клея, учитывая, какие материалы предстоит соединять и в каких условиях будет использоваться склеиваемая вещь.



Список использованной литературы

1. Кукушкин, Ю.И. Химия вокруг нас. - М.: «Раритет», 2002. - 25с.

2. Пилипенко, А.Т. Справочник по элементарной химии./ А.Т. Пилипенко, В.Я. Починок, И.П. Середа, Ф.Д. - М.: «Академия», 1999. - 119с.



Приложение

1.Олигомер (греч. плйгпт -- малый, немногий, незначительный; мЭспт -- часть) -- молекула в виде цепочки из небольшого числа одинаковых составных звеньев (мономеров). Степень полимеризации, обычно, в пределах от 10 до 100.

2.Фенолформальдегидные смолы (PF, от англ. Phenol formaldehyde resin) -- синтетические смолы со свойствами реактопластов или термореактопластов. Являются жидкими или твердыми олигомерными продуктами поликонденсации фенола (C?H?OH) с формальдегидом (CH2O) в щелочной или кислой среде, что соответственно влияет на их свойства.

3.Эпоксидная смола -- олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры.

Эпоксиды -- насыщенные трехчленные гетероциклы, содержащие в цикле один кислородный атом.

Эпоксиды являются циклическими простыми эфирами, однако вследствие напряженности трехчленного цикла обладают высокой реакционной способностью в реакциях раскрытия цикла.

Общая структура эпоксидов

4. Полиэфирные смолы -- синтетические смолы, получаемые поликонденсацией многоосновных кислот и многоатомных спиртов.

5. Полиамиды -- пластмассы на основе линейных синтетических высокомолеку-лярных соединений, содержащих в основной цепи амидные группы --CONH--.

Полиамиды используются в машиностроении, автомобильной промышленности, текстильной промышленности, медицине и других областях.

6. Полиуретаны -- гетероцепные полимеры, макромолекула которых содержит незамещённую и/или замещённую уретановую группу --N(R)--C(O)O--, где R = Н.

Полиуретаны относятся к синтетическим эластомерам и нашли широкое применение в промышленности благодаря широкому диапазону прочностных характеристик.Исполь-зуются в качестве заменителей резины при производстве изделий, работающих в агрес-сивных средах, в условиях больших знакопеременных нагрузок и температур. Диапазон рабочих температур -- от ?60 °С до +80 °С.

7. Кремнийорганические соединения -- соединения, в молекулах которых имеется связь между атомами кремния и углерода. Кремнийорганические соединения иногда называют силиконами. Отличительной особенностью продукции на основе кремний-органических соединений от продукции на основе обычных органических соединений являются, как правило, более высокие эксплуатационные качества и характеристики, а также безопасность применения человеком. Кремнийорганические полимеры могут использоваться для изготовления форм в кулинарии. Полимеризация безопасна для человека и не требует вытяжки.

8. Каучуки -- натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.

Эластомер -- под этим термином понимают полимеры, обладающие в диапазоне эксплуатации высокоэластичными свойствами.

9. Эмульсия (новолат. emulsio; от лат. emulgeo -- дою, выдаиваю) -- дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).

Эмульсии могут быть образованы двумя любыми несмешивающимися жидкостями; в большинстве случаев одной из фаз эмульсий является вода, а другой - вещество, состоящее из слабополярных молекул.

10. Суспензия (лат. suspensio, буквально -- подвешивание, от лат. suspendo -- подвешиваю) -- смесь веществ, где твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частиц в жидком веществе во взвешенном (неосевшем) состоянии.

Суспензия -- это грубодисперсная система с твёрдой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Обычно частицы дисперсной фазы настолько велики (более 10 мкм), что оседают под действием силы тяжести (седиментируют).

11. Формулы:

Этиловый спирт (C2H5OH)

Ацетат

CH?COOC?H? этилацетат; CH?COONa ацетат натрия;

Метилацетат

СН3-СOO-CH3

12.Цианоакрилатный клей:

Цианоакрилаты -- основной компонент цианоакрилатных клеев (97-99 %).

Метил-2-цианакрилат, этил-2-цианакрилат и т. д., удобных в быту для быстрого склеивания материалов.

Цианоакрилаты -- это эфиры цианакриловой кислоты.

CH2 = C(CN)COOR

13. Гидроксид кальция (Ca(OH)2, гашеная известь или «пушонка») -- химическое вещество, сильное основание. Представляет собой порошок белого цвета, плохо растворимый в воде.

Тривиальное название «гашеная известь» -- так как её получают путём «гашения» (то есть взаимодействия с водой) «негашёной» извести -- оксида кальция (CaO).

CaO + H2O > Ca(OH)2

Эта реакция экзотермическая, идёт с выделением 16 ккал (67 кДж) на моль.

14.Сода (гидрокарбонат натрия NaHCO3) -- кислая соль угольной кислоты и натрия. Обыкновенно представляет собой мелкокристаллический порошок белого цвета.



Используется в пищевой промышленности, в кулинарии, в медицине как нейтрали-затор ожогов кожи и слизистых оболочек человека кислотами и снижения кислотности желудочного сока.

15.Медный купорос:

Сульфат меди(II) -- неорганическое бинарное соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO4. Нелетучая, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из вод-ных растворов кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO4·5H2O -- медный купорос.

Реакция гидратации безводного сульфата меди(II) экзотермическая и проходит со значительным выделением тепла.

16. Керосин (англ. kerosene от греч. кзсьт -- воск) -- горючая смесь жидких углеводородов (от C8 до C15) с температурой кипения в интервале 150-250 °C, прозрачная, бесцветная (или слегка желтоватая), слегка маслянистая на ощупь, получаемая путём прямой перегон-ки нефти.

17. Тетраборат натрия («бура») -- Na2B4O7, соль слабой борной кислоты и сильного основания, распространённое соединение бора, имеет несколько кристаллогидратов, широко применяется в технике.

Термин «бура» применяют по отношению к нескольким близким веществам: она может существовать в безводной форме, в природе чаще встречается в виде пятиводного (Na2B4O7·5H2O) или десятиводного (Na2B4O7·10H2O) кристаллогидрата:

18. Сычуг -- часть желудка жвачных так называемый железистый желудок. В сычуге телят, питающихся молоком, вырабатывается реннин -- пищеварительный сычужный фермент, расщепляющий пептиды.

Это первый фермент, выделенный химически. Датский учёный Кристиан Хансен выделил его путём экстракции солевым раствором из высушенного желудка телёнка.

19. Денатурация (лат. denaturatus; от лат. de- -- приставка, означающая отделение, удаление + лат. nature -- природа, естество) -- лишение естественных свойств.

Денатурация биополимеров -- изменение структуры их молекул, приводящее к потере их естественных свойств.

20.Кислоты Льюиса -- это любое соединение, способное принять электронную пару на незаполненную орбиталь. Иначе, кислота Льюиса -- акцептор пары электронов.

К таким кислотам относятся обычные протонсодержащие кислоты (HCl, H2SO4 и др.), так и апротонные кислоты (ZnCl2, AlCl3 и др.)

ПРИМЕР:

21.Третичные амины:

Амины -- органические соединения, являющиеся производными аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы.

По числу замещённых атомов водорода различают соответственно первичные (замещен один атом водорода), вторичные (замещены два атома водорода из трех) и третичные (замещены три атома водорода из трех) амины.

ПРИМЕР: триметиламин (CH3)3N; метилдифениламин СН3N(С6Н5)2 и др.

22.Ненасыщенные кислоты:

Ненасыщенными (непредельными) называются кистоты, содержащие в молекулах двойные или тройные связи.

ПРИМЕР:

акриловая кислота CH2=CH--СООН

кротоновая кислота CH3 - CH = CH - COOH

малеиновая кислота HOOC - CH = CH - COOH

23. Формулы:

винилацетат (C4H6O2)

стирол (C?H?)



метилметакрилат (C5H8O2)

Размещено на Allbest.ru

...