Полная версия

Главная arrow Техника

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Адгезия полимеров к целлюлозе

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 невооруженным 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. (рис. 4.7).

Схема химического состава древесины

Рис. 4.7. Схема химического состава древесины

Гемицеллюлоза состоит из пентозанов (СзНзОД и гексозанов С6Ню05. Состав лигнина очень сложен и состоит из комплекса ароматических веществ - а-оксикетонов.

Из активных групп в целлюлозе присутствуют гидроксильные, карбоксильные и альдегидные группы (табл. 4.4).

Таблица 4.4

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 (табл. 4.5).

Таблица 4.5

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:

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

Мочевина понижает вязкость глютеновых клеев. Поэтому при ее введении до 2% происходит увеличение прочности адгезионного соединения за счет снижения вязкости клея, следовательно, увеличение площади фактического контакта. Дальнейшее увеличение содержания мочевины (больше 2%) приводит к уменьшению числа функциональных групп в клее, что снижет адгезионную прочность, 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 63°С свертываться, а при 75°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 сушки (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 фенолоформальдегидные смолы, поливинилацетаты, полиэфирактилаты, полиуретаны, эпоксидные смолы, бутадиен-нитрил ьные, полихлоропропеновые, наирит и др. [18].

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:

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

С эпоксидными смолами гидроксилы целлюлозы могут реагировать следующим образом:

Более активными являются низкомолекулярные фракции ФФС, так как они способны проникать внутрь древесины по системе пор и капиляров, следовательно, при этом увеличивается площадь контакта и химического взаимодействия с целлюлозой, поэтому возрастает прочность адгезии (табл. 4.6).

Таблица 4.6

Прочность материалов на основе древесной стружки, _склеенной различными адгезивами _

Природа адгезива

Предел прочности при растяжении, кГ/см2

Водопогло- щение, %

Мочевино-формальдегидная смола МФ-17

40

60

Фенолоформальдегидная смола Ф-35

154

9

Мочевино-меламино- формальдегидная смола

176

8

Мочевино-фурфурольно- формальдегидная смола

128

7

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

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>