Обсуждаем на форуме
Список тематических статей
Клеи и мастики для строительных целей
Клеи и мастики для строительных целей
В современном строительстве основные направления использования полимерных клеев и мастик следующие:
1) конструкционное назначение:
· изготовление деревянных, металлических, пластмассовых конструкций;
· сборка водопроводных и вентиляционных систем в зданиях; топливоподающих систем в строительных машинах;
· ремонт узлов и деталей приводных механизмов, электродвигателей, аппаратуры управления и двигателей внутреннего сгорания строительных машин;
· соединение железобетонных элементов в сборном мостостроении.
2) крепление отделочных, футеровочных, антикоррозионных, тепло- и звукоизоляционных материалов к строительным конструкциям и технологическому оборудованию.
Составы и получение полимерных клеев и мастик
Клеи представляют собой индивидуальные вещества или смеси органических, элементоорганических или неорганических соединений, которые обладают хорошей адгезией, когезионной прочностью, достаточной эластичностью и долговечностью в условиях применения и способны отверждаться с образованием прочных клеевых соединений.
Мастиками называются клеевые композиции, которые не только соединяют различные материалы между собой, но могут и покрывать поверхности деталей и конструкций относительно толстым слоем для защиты их от коррозии, заполнять щели, раковины, отверстия и другие углубления для получения однородной гладкой поверхности или обеспечения герметичности швов. По свойствам и технологии мастики мало отличаются от клеев, и только повышенная вязкость или значительное содержание наполнителей служат основанием для отнесения клеевого состава к разряду мастик.
Основой полимерных клеев и мастик являются полимеры или вещества (мономеры, олигомеры), превращающиеся в полимеры в процессе склеивания.
Добавки для полимерных клеев и мастик
В состав полимерных клеев и мастик кроме полимерного связующего входят также отвердители, наполнители, пластификаторы, поверхностно-активные вещества, стабилизаторы, антипирены, растворители и др.
Отвердители — вещества, которые при взаимодействии с функциональными группами полимеров реакционноспособных олигомеров образуют сетчатые полимеры. Процесс отверждения осуществляется при формировании клеевого соединения. Соотношение полимера и отвердителя в клее должно быть эквимольным.
Отвердители классифицируют по характеру действия:
· отвердители, молекулы которых входят в структуру образующегося полимера;
· катализаторы ускоряют взаимодействие олигомеров между собой или с отвердителем, но не входят в структуру образующегося полимера;
· инициаторы вызывают отверждение олигомеров, содержащих ненасыщенные группы по механизму радикальной полимеризации.
В качестве отвердителей применяют полифункциональные соединения, такие как, ди- и полиамины, фенолы, гликоли, ангидриды ди- и тетракарбоновых кислот, ди- и полиизоцианаты, алкоксиланы и др.
Выбор отвердителей для конкретного связующего определяется типом функциональных групп отверждающегося олигомера. Количество отвердителя и олигомера обычно приближается к стехиометрическому.
Катализаторами отверждения являются третичные амины, кислоты Льюиса (эпоксидные олигомеры); кислоты, основания (феноло-, аминоформальдегидные олигомеры, полиуретаны); органические соли металлов, олово и титанорганические соединения и др. (кремнийорганические олигомеры).
Инициаторами отверждения являются органические пероксиды, диазосоединения и др. Инициаторы отверждения часто используют в сочетании с ускорителями, такими как третичные амины, алкилариламин, алифатические полиамины. Количество катализатора или инициатора в олигомере составляет 0,1–5%.
Наполнители обеспечивают необходимые реологические свойства клея или мастики, снижают их усадку при отверждении, сближают коэффициенты линейного расширения полимерных пленок, клея или мастики и субстрата, регулируют электро- и теплопроводность, снижают стоимость клеев и мастик.
В качестве наполнителей для клеев и мастик применяют тонкодисперсные или волокнистые минеральные и органические вещества: пылевидный кварцевый песок, цементообразные металлы и их оксиды, нитриды бора и алюминия, каолин и глины, стеклоткань и стеклянные волокна, целлюлозу и др.
Пластификаторы — вещества, вводимые в клей или мастику для придания им эластичности и пластичности. Пластификаторы снижают температуры стеклования и текучести клея, повышают его морозостойкость.
Наибольшее промышленное применение в качестве пластификаторов нашли сложные эфиры, сложные полиэфиры и эпоксидированные соединения.
Из сложных эфиров чаще всего используют производные органических кислот (диэфирные пластификаторы) и ортофосфорной кислоты (фосфорсодержащие пластификаторы).
К диэфирным пластификаторам относятся:
· сложные эфиры алифатических и ароматических дикарбоновых кислот и алифатических или циклических спиртов;
· сложные эфиры насыщенных алифатических монокарбоновых кислот или ненасыщенных монокарбоновых кислот или ароматических монокарбоновых кислот и спиртов или гликолей.
К фосфорсодержащим пластификаторам относятся сложные эфиры ортофосфорной кислоты и спиртов или фенолов.
К полиэфирным пластификаторам относятся низкомолекулярные полиэфиры, полученные поликонденсацией дикарбоновых кислот с полиолами или переэтерификацией низших эфиров дикарбоновых кислот полиолами.
К эпоксидированным пластификаторам относятся эпоксидированные растительные масла и эфиры жирных кислот таллового масла.
Выбор типа и количества пластификатора полимера зависит от природы полимера, условий его переработки и эксплуатации.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — органические соединения, адсорбция которых из их растворов приводит к резкому снижению поверхностного натяжения на поверхности раздела раствора с газом, жидкостью или твердым телом.
ПАВ подразделяют на две группы, различающиеся характером адсорбции дисперсных систем.
К первой группе относятся низкомолекулярные соединения дифильного характера, которые состоят из гидрофильной части, содержащей полярные группы (–OH, –COOH, –SO3H, –OSO3H, –COOMe, –N+(CH3)3I–, –NH2) и гидрофобной части, содержащей алифатическую цепь, иногда включающей ароматическую.
По химическим свойствам ПАВ этой группы классифицируют на: анионактивные, катионактивные, неионогенные.
К анионактивным ПАВ относятся производные карбоновых кислот (мыла); первичные и вторичные алкилсульфаты; сульфаты сложных эфиров моно- и алкилбензолсульфонаты; сульфо- и карбоксиэтоксилаты спиртов; аминосульфонаты, амиды сульфоновых кислот; соли перфторированных карбоновых кислот и др.
Наибольшее применение находят алкилсульфаты RSO3Me и алкиларилсульфонаты RC6H4OSO3Me. Например, додецилсульфат и додецилбензолсульфонат. Данные ПАВ малотоксичны, термически стабильны, обладают высокой поверхностной активностью.
Из катионактивных ПАВ наибольшее применение имеют азотсодержащие ПАВ: амины и их соли, моно и бисчетвертичные аммониевые соединения алифатической структуры, моно- и бисчетвертичные аммониевые соединения с атомом азота в четвероциклическом кольце. Важнейшие из них — соединения пиридина, хинолина и др.
Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они могут вступать в химическое взаимодействие с поверхностью и характеризоваться бактерицидными свойствами.
Неионогенные ПАВ не диссоциируют в воде на ионы. К ним относятся различные спирты, эфиры и другие.
Ко второй группе ПАВ относятся высокомолекулярные соединения, в которых чередуются гидрофильные и гидрофобные группы, равномерно распределенные по всей длине полимерной цепи. Например, желатин, поливиниловые спирты, казеин, полиакриламид и др.
ПАВ применяются для обработки дисперсных и волокнистых наполнителей, для стабилизации пен, эмульсий, для улучшения смачивающей способности полимерными композициями различных субстратов, для придания антистатических свойств полимерным изделиям. Обычно ПАВ вводят в клеи в количестве 0,5–2% от массы полимера.
Стабилизаторы — специальные вещества, которые снижают скорости химических процессов, приводящих к старению полимерных клеев.
В зависимости от природы агрессивных агентов или физических факторов, обусловливающих старение полимеров, стабилизаторы подразделяют на антиоксиданты, светостабилизаторы, антирады и др.
К стабилизаторам предъявляются следующие требования: устойчивость к действию тепла и кислорода воздуха, совместимость с полимером, невысокая летучесть из полимера во время переработки и эксплуатации, стойкость к вымыванию из полимерного изделия, отсутствие токсичности.
Антиоксиданты — соединения, замедляющие окислительные процессы, приводящие к старению полимеров. Антиоксиданты способны обрывать разветвленно-цепное окисление полимеров. Обычно их вводят в полимер в количестве 0,1–3 %масс.
Светостабилизаторы — соединения, защищающие полимеры от действия света. Светостабилизаторы снижают скорость первичных фотохимических процессов и вторичных термических и фотохимических процессов, обычно их вводят в полимер в количестве 0,25–2%.
Антирады — соединения, повышающие стойкость полимеров к действию ионизирующих излучений.
Антирады действуют как «энергетические губки», принимающие, поглощающие и рассеивающие энергию в виде тепла или флуоресценции, не претерпевая при этом существенных изменений. Механизм защитного действия антирадов окончательно не установлен.
Наибольшее применение находят следующие соединения: углеводороды (нафталин, антрацен, фенантрен, бензантрацен); амины (производные п-фенилендиамина, фенилнафтиламины); фенолы (β-нафтол, п-метоксифенол, пиракатехин); фенотиазин и его производные; бензо- нафтохиноны; фенил- и нафтилхинонимы; гидрохинон, хингидрон; 2,5-дифенил-и 2- (1-нафтил)-3-фенилоксазолы; гидрохинолин и 2,2,4-триметил-6-фенил-1,2-дигидрохинолин и др. Анитирады вводят в полимер в количестве 0,1–10 %масс.
Антипирены — вещества, понижающие горючесть полимерных материалов.
К антипиренам предъявляются следующие требования: совмещаться с полимером и не мигрировать на поверхность; не ухудшать химические и другие физические свойства; не разлагаться при переработке и эксплуатации полимера; быть нетоксичными, не выделять при горении токсичных продуктов, уменьшать дымообразование [13].
Наибольшее распространение для полимеров получили антипирены, высокохлорированные парафины; гидроксид алюминия; соединения бора, фосфора; бромпроизводные ароматических углеводородов; смеси солей неорганических кислот с меламино- и фенолоформальдегидными смолами; амины никеля, цинка, кобальта; карбонаты и сульфаты аммония; соли молибдена, ванадия, селена; оксиды различных металлов; бромированные олигомерные продукты.
Содержание антипирена подбирают для каждого вида полимера индивидуально, и оно составляет чаще 5–15% в пересчете на активный элемент. Например, синтетический состав для поликарбонатов и эпоксидных композиций может содержать 12–12,5% бромсодержащего компонента и 2–3% триоксида сурьмы. При этом образуются трудногорючие полимеры с кислородным индексом 39–40%.
Для достижения эффекта снижения горючести в полимер вводят антипирены в количестве, эквивалентном содержанию в полимере 20% брома, 40% хлора, 5–6% фосфора, 12–25% азота.
Растворители — химические соединения, вводимые в клей для перевода их в состояние, удобное для нанесения на склеиваемые поверхности. Растворители способны растворять полимеры и отвердители клея, быстро смачивать склеиваемые поверхности и обеспечивать диффундирование молекул полимера к их активным центрам. Полярность растворителя должна быть близка к полярности растворяемого вещества.
В качестве растворителей наиболее часто применяют ацетон, этиловый спирт, метил- и этилацетат, циклогексанон, метилпирролидон и др..
Классификация клеев и мастик
В настоящее время существует несколько видов классификации клеев и мастик:
· по химической природе основного компонента (натуральные, синтетические);
· по товарному виду (твердые, пастообразные, жидкие);
· по характеру отверждения (холодного, горячего отверждения, влагоотверждающиеся и т.д.);
· по жизнеспособности (секунды, часы, месяцы);
· по компонентности (однокомпонентные, двухкомпонентные, многокомпонентные);
· по деформативности (склейки жесткие, эластичные);
· по эксплуатационным свойствам (водостойкие, маслостойкие, коррозионностойкие, специального назначения и др.);
· по способности склеивать те или иные материалы (для древесины, металлов, полимеров и др.);
· по назначению (для строительных конструкций, для отделочных работ и др.).
Однако ни один из перечисленных способов классификации нельзя признать исчерпывающим, так как в зависимости от свойств склеиваемых материалов одни и те же клеи могут попасть в разные классы.
Наиболее приемлемой является классификация, в основу которой положено разделение клеев и мастик по химической природе и свойствам связующих, входящих в состав клея или мастики.
Полимерные клеи и мастики классифицируют по принадлежности основного компонента к термореактивным, термопластичным полимерам, к эластомерам и термоэластопластам.
Клеи и мастики на основе термореактивных полимеров (эпоксидных, фенолоформальдегидных, карбамидных и др.) образуют в большинстве случаев прочные и теплостойкие клеевые соединения, которые применяют в нагруженных конструкциях из металлов и неметаллических материалов.
Клеи и мастики на основе термопластичных полимеров (поливинилацетата, полиизобутилена, поливинилового спирта и др.) характеризуются сравнительно невысокой теплостойкостью, ползучестью под нагрузкой и используются в основном для несиловых соединений неметаллических материалов.
Клеи на основе эластомеров и термоэластопластов хорошо сопротивляются ударным и вибрационным нагрузкам, повышенной температуре, агрессивным средам. Ими склеивают металлы в силовых и не силовых узлах.
