Hаповhеhа клейова композиція

Изобретение относится к строительной и деревообрабатывающей отраслям промышленности, а именно к клеевым составам, которые могут найти широкое применение в производстве клееных материалов, изделий из дерева, а также в производстве легких, прочных конструкционных, или теплоизоляционных материалов для жилого и технического строительства, в том числе, в дачном и индивидуальном домостроении, в агропромышленном секторе и на севере, а также в вагоно-, судо-, автомобилестроении в качестве утепляющего материала в холодильниках, рефрижераторах и т.д. Известна наполненная клеевая композиция [1] (Каменецкий С.П. Перлиты. Свойства, технология и применение. - М.: Госстройиздат, 1963. - С.198), содержащая (в мас.ч. на 100% вещество): Изделия из такой композиции отличаются малым удельным весом и высокими теплоизолирующими свойствами. Вместе с тем, для них характерны малая огнестойкость и низкие прочностные свойства ограничивающие область применения, только изделиями теплоизоляционного назначения. Наиболее близкой к заявляемому изобретению по достигаемому эффекту является наполненная клеевая композиция [2] - (прототип, заявочный материал находится в настоящее время на рассмотрении), содержащая (в мас.ч. на 100% вещество): предлагается клеевая композиция, включающая двухупаковочное связующее, в которой согласно изобретению, в качестве связующего она содержит смесь простых ди/или полиолов с полиизоцианатом при следующем соотношении компонентов (в мас.ч. на 100% вещество): Для придания клеевому шву определенной цветовой окраски, например при использовании клеевой композиции в качестве клеющей при получении торцевого паркетного щита по [3], в ее состав вводится пигмент при следующем соотношении компонентов (в мас.ч. на 100% вещество): В качестве пигментов могут быть использованы пигменты органического и неорганического происхождения, в частности, в примерах приведено использование двуокиси титана, редоксайда (железоокисный красный), сажи П-234. При использовании данной клеевой композиции в качестве основы для создания легких теплоизоляционных материалов в нее дополнительно вводятся: добавка, повышающая огнестойкость изделий (например, из известных трихлорэтилфосфат) в количестве 25 - 30,0мас.ч. от содержания связующего (ди- и/или полиолы + полиизоцианат) и наполнитель при следующем соотношении компонентов (в мас.ч. 100% вещество): В качестве легкого наполнителя используют вспученный перлит, который производится крупнотоннажно по ТУ 21 УССР 391 - 86, в частности, производственным предприятием "Укрсактеплоизоляция" г.Киев. Выпускается вспученный перлит различного гранулометрического состава с средним размером зерен 0 - 2мм; 2 - 5мм; 5 - 10мм и имеет следующий химический состав: Однако материалы на основе такой композиции, хотя и обладают несколько более высокими теплоизоляционными и прочностными характеристиками, пониженным выделением формальдегида и достаточной огнестойкостью, но вместе с тем, прочность таких материалов для изготовления на их основе несущих конструкций, например стен, балок, перегородок и т.д., что существенно ограничивает сферу применения такой композиции. Кроме того, наличие в клеевом составе воды ограничивает спектр используемых склеиваемых материалов, только пористыми, из-за необходимости обеспечивания в дальнейшем отвода испаряемой влаги. Для устранения перечисленных недостатков Причем соотношение компонентов таково, что в сумме всегда составляет 100% по массе. Использование в заявляемой клеевой композиции полиуретанового связующего (дии/или полиол + полиизоцианат) в сочетании со вспученным перлитом позволяет получать легкие, прочные, водостойкие материалы. В качестве ди- и/или полиольной компоненты связующего могут быть использованы алифатические олиго-ди- и/или полиолы (типа: полиоксипропилен-, полиоксиэтилен-, полифуриты, сополимеры окиси пропилена с тетрагидрофураном) с молекулярной массой от 300 до 1100ед. В качестве изоцианатной - могут быть использованы: полиизоцианат - смесь изомеров или чистый толуилендиизоцианат 4,4дифенилметандиизоцианат и др. Однако, из соображений безопасности процесса, в данном заявляемом техническом решении используется только полиизоцианат. Его выбор обусловлен следующим образом: - в противоположность всем остальным индивидуальным изоцианатам являющимся летучими и высокотоксичными веществами, полиизоцианат не летуч и малотоксичен. Поэтому работа с ним не требует чрезвычайных мер предосторожности и может легко быть осуществлена с соблюдением обычных мер предосторожности; - будучи легкоподвижным жидким продуктом по своему физическому состоянию, полиизоцианат не требует для своего применения растворителей, что упрощает процесс и делает его взрыво- и пожаробезопасным; - использование полиизоцианата позволяет изготовлять наполненные композиционные материалы, в том числе и безпрессовым методом при нормальной температуре, что упрощает технологию; делает ее легко осуществимой и энергетически выгодной. Использование в качестве изоцианатной компоненты олигомерных продуктов блокирования диолов диизоцианатами (аддуктов) не исключается, однако менее целесообразно, поскольку аддукты имея большую молекулярную массу обладают зачастую высокой вязкостью и их дальнейшее использование может быть только в виде растворов в органических растворителях, что затрудняет технологический процесс. При этом основной реакцией, обеспечивающей получение прочного клеевого соединения или наполненных легких материалов на основе такой клеевой композиции является реакция уретанообразования, протекающая по схеме Избыток имеющийся в системе изоцианатных групп может взаимодействовать как с влагой, адсорбированной на наполнителе по схеме так и с выделившемся аминопроизводным, с которым вступает во вторичные реакции, по схеме обеспечивая дополнительно пространственное структурирование системы, а в конечном счете, повышая прочностные характеристики клеевых соединений или наполненных материалов. Таким образом, только при использовании вышеперечисленных компонентов в заявляемом соотношении, удается получать прочные клеевые соединения или теплоизоляционные материалы, намного превосходящие по свойствам материалы, получаемые по рецептуре прототипа. Для подтверждения заявляемого технического решения были изготовлены и испытаны образцы клеевых соединений и наполненных (вспученным перлитом) материалов на основе заявляемой клеевой композиции. При этом использовали следующее сырье и реактивы: в качестве олигоольной компоненты - диолы: - лапрол 302 (полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 300ед.) ТУ 6 - 05 - 221 - 826 86; - лапрол 402, ТУ 6 - 05 - 1986 - 85 (полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 400ед.); - лапрол 502, ТУ 6 - 05 - 1854 - 78 (полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 500ед.); - лапрол 602, ТУ 6 - 05 - 1855 - 78 (полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 600ед.); лапрол 1002, ТУ В-92 67 (полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000ед.); - лапрол 1102 - 4 - 80, ТУ 6 - 05 - 1827 - 77 (сополимер окисипропилена с тетрагидрофураном, при соотношении 80/20 в мас.%, молекулярной массой 1100ед.); - полифурит 1000, полимердиол на основе тетрагидрофурана с молекулярной массой 1000ед.; полиолы: - лапрол 503, ТУ 6 - 05 - 1679 - 83 (полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 500ед.; - лапрол 805, ТУ 6 - 05 - 1678 - 83 (полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 800ед.; - лапрол 1003-С, ТУ 6 - 05 - 1513 - 75 (полиоксипропиленгликоль с молекулярной массой 1000ед. В качестве изоцианатной компоненты использованы полиизоцианат марки "Б" ТУ 113 - 03 - 375 - 75 с содержанием свободных изоцианатных групп равным 29,6мас.%, г-экв. = 137,6ед., nD20 = 1,621, dч20 = 1,225г/см3. В качестве пигмента использовали: - двуокись титана (TiO2) анатазной формы по ТУ 6 - 092166 - 77; - сажу П-234 по ГОСТ 78 - 85 - 86; - железоокисный красный. В качестве добавки, повышающей огнестойкость материалов - трихлорэтилфосфат по ТУ 6 - 05 - 1611 - 78, в количестве 25 - 35мас.% от массы связующего (ди- и/или полиол + полиизоцианат). В качестве легкого неорганического наполнителя - вспученный перлит по ТУ 21 - УССР391 - 86 дисперсностью частиц 0 - 2мм и плотностью 78кг/м3. В качестве связующего по прототипу используют малотоксичную мочевиноформальдегидную смолу КФ-МТУ (ТУ ОП 1354 - 21 - 656 - 32 - 89) производства Велико Бычковского (Закарпатской обл.) лесохимкомбинат с с.о. 55,0мас.%, Ph = 7,0; h20B3-4 = 34сек, содержание свободного формальдегида равным 0,06мас.%. В качестве отвердителя смолы КФ-МТУ хлористый аммоний по ГОСТ 2210 - 73 в количестве 1мас.% от сухого остатка смолы, в виде водного раствора 20% по массе концентрации. В качестве наполнителя рецептуры по прототипу, кроме вспученного перлита, использовали древесные частицы смешанных пород постоянного состава фракции 10/5 с влажностью 4мас.%. Технология приготовления и испытания клеевых составов заключается в смешивании компонентов связующего (олигоол + изоцианат + трихлорэтилфосфат или смола КФ-МТУ + отвердитель + трихлорэтилфосфат) в течение 5мин и нанесение клеевой массы на деревянные образцы "крест-накрест". В качестве образцов используют прямоугольные параллелепипеды размером 20 ´ 20 ´ 60мм изготавливаемые из породы "дуб", с влажностью 4мас.%. Проклеенные, приготовленным клеевым составом, образцы помещали в приспособление, обеспечивающее удельное давление 0,1МПа и выдерживали при 20°C в течение 24 часов. Затем полученное клеевое соединение, испытывали на нормальный отрыв. В случае необходимости, для придания клеевой прослойке определенной цветовой окраски (например, при изготовлении торцевого паркета из древесных брусков), по способу [3] (положительное решение по заявке №4903572/15/006417 от 20.11.91) в клеевой состав вводят пигменты и смесь гомогенизируют в течение 10мин до достижения однородности. Проклейка таким составом деревянных образцов, отверждение и испытание аналогично ранее описанному. Возможен и другой вариант, когда пигмент смешивают с олигоолом и трихлорэтилфосфатом. Такой, окрашенный в цвет пигмента, полупродукт может храниться длительно до применения (несколько лет). Перед применением окрашенный полупродукт смешивают в нужном соотношении с полиизоцианатом и получают клеевой состав. Рецептуры исследуемых клеевых составов приведены в табл.1. Свойства клеевых соединений на их основе в табл.2. На основе пигментированной клеевой композиции и древесных брусков прямоугольного сечения размером 50 ´ 50 ´ 500мм породы "дуб". Изготовлен брус сечением 35 ´ 35см по способу [3] (положительное решение по заявке №4903572/15/006417) путем намазки боковых поверхностей приготовленным пигментированным клеевым составом (в качестве пигмента использована сажа П-234) сборки в пакет и отверждение в течение 24 часов при 20°C в зажимном устройстве. Полученный брус распиливают на ленточнопильном станке на плоские щитовые материалы (перпендикулярно длине бруса по штриховой линии) толщиной 25мм. Их прочность на изгиб (по некоторым клеевым составам) приведена в табл.2. Технология приготовления наполненных композиций на основе заявляемого клеевого состава заключалась в том, что сначала готовят клеевой состав (полиизоцианат + олигоол + трихлорэтилфосфат) путем совместного перемешивания в течение 5мин. Затем в лабораторный смеситель загружают наполнитель (вспученный перлит) и при непрерывном перемешивании в течение 6 - 10мин приливают клеевой состав. Смесь гомогенизируют еще 5мин. Составы исследуемых композиций приведены в табл.3. Затем проклеенную массу заполняют в форму, уплотняют вручную и оставляют твердеть при 20°C в течение 24 часа. По окончании изделие вынимают и испытывают по показателям, приведенным в табл.4. Приготовление композиций по прототипу, практически идентична. Заявляемая совокупность свойств иллюстрируется примерами. Изготовление образцов блочных материалов осуществлялось по следующей технологии. Пример 1. Наполненную клеевую композицию по рецептуре [4] (Селькевич А.А., Полубояринов О.И., Щедрова В.И. и др. Консервирование древесины. - Л., 1971. - С.82), табл.3, готовят путем смешивания в течение 5мин в лабораторном смесителе расчетного количества связующего (полиол + полиизоцианат + триэтилхлорфосфат) и наполнителя (вспученный перлит) с последующей гомогенизацией в течение 5мин. Затем полученную наполненную уретановую композицию помещают в форму с внутренними размерами, например: 10 ´ 10 ´ 10см или 5 ´ 20 ´ 20см, предварительно смазанную антиадгезионным составом и уплотняют массу вручную или вибрированием в течение 3мин до полного ее заполнения. Заполненную форму оставляют на 24 часа при комнатных условиях после чего освобождают от готового изделия и испытывают по следующим показателям: - плотность, в кг/м3; - прочность на сжатие в направлении перпендикулярном плоскости формирования на образцах 10 ´ 10 ´ 10см, в МПа; - водоразбухание по толщине за 24 часа при 20°C в дистиллированной воде, на образцах 10 ´ 10 ´ 10см, в %; потери массы при испытании на огнестойкость по методу "огневой трубы" на образцах 10 ´ 1 ´ 1см, в мас.% за 180сек; - коэффициент температуропроводности на образцах 5 ´ 20 ´ 20см, по ГОСТ 7076 - 87. Номера опытов в табл.1 и 2, 3 и 4 идентичны. Что касается блочных материалов по "прототипу", то их получают отверждением при 100°C в течение 24 часов. Анализируя полученные экспериментальные данные по прочности клеевого соединения видим, что во всех случаях опытные образцы показывают прочность склеивания в пределах 0,48 - 1,86МПа против 0,26МПа для образца по прототипу (превышение составляет 0,22 -1,6МПа, то есть в 1 5 раз). При анализе результатов по физикомеханическим свойствам наполненных вспученным перлитом композиционных материалов (табл.3 и 4) видим, что во всех случаях блочные материалы на основе заявляемой клеевой композиции намного прочнее образцов по прототипу. Они имеют sсж. в пределах 3,1 - 5,4МПа против 2,5МПа для образца по прототипу (что составляет превышение 25 105%) при прочих аналогичных характеристиках. На основе заявляемой композиции безпрессовым методом можно изготовлять блочные материалы практически любой толщины и размеров. Изобретение создано в связи с проведением работ по теме: "Обработка экологически чистых технологий и искусственных материалов", выполняемой по свободному плану в отраслевой лаборатории искусственных древесных материалов при кафедре химической технологии высокомолекулярных соединений Днепропетровского химико-технологического института.