Продукты конденсации карбамида с формальдегидом являются весьма распространенными клеями для склеивания древесины, фанеры и других древесных материалов. Преимуществами карбамидоформальдегидных клеев по сравнению с фенолоформальдегидными являются их бесцветность, светостойкость и значительно меньшая токсичность. Однако карбамидоформальдегидные клеи образуют менее водостойкие и менее прочные клеевые соединения.


Строение карбамидоформальдегидных смол окончательно не установлено. Весьма вероятно, что вначале образуются полимеры, которые содержат метилольные группы. Они обычно и используются в качестве клеевых смол. Под действием катализаторов или при нагревании эти полимеры приобретают пространственное строение. Часть метилольных групп сохраняется в конечном продукте, обусловливая его адгезионные свойства.


В качестве катализаторов используются вещества кислого характера— соляная, серная, уксусная, щавелевая, молочная кислоты, контакт Петрова, а также аммониевые соли сильных кислот. Скорость отверждения зависит от природы отвердителя, его количества и температуры отверждения. При рН^=6—5,5 смолы отверж-даются при повышенной температуре, при рН—3—5 — при комнатной. Отверждение карбамидоформальдегидных смол сопровождается усадкой, приводящей к возникновению внутренних напряжений и к растрескиванию отвержденной смолы. При использовании карбамидоформальдегидных смол для приготовления клеев эти недостатки в известной степени могут быть устранены введением наполнителей и пластификаторов. Наполнителями могут служить древесная мука, крахмал, декстрин, а также некоторые минеральные вещества.


При изготовлении клеев находят применение как жидкие, так и пастообразные смолы. Для получения жидких смол используют эмалированные или алюминиевые реакторы обычной конструкции. Производство пастообразных смол осуществляется в варочных аппаратах типа вертикальных закрытых клеемешалок с водяным обогревом и охлаждением. Ниже в качестве примера приведен способ получения карбамидоформальдегидной клеевой смолы МФС-1 [287].

В реактор загружают формалин и карбамид. Смесь нагревают при перемешивании в течение 20—40 мин до 80—90 °С и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч. Через 1 ч начинают отбор проб для установления характера среды. По исчезновении щелочной реакции на фенолфталеин содержимое аппарата нагревают еще 1 ч при 80—90 °С, а затем, .охладив до 70 °С, обезвоживают под вакуумом при 60—70 °С и остаточном давлении 100 мм рт. ст. до получения продукта 55—60%-ной концентрации.


Предложены карбамидоформальдегидные клеи, пластифицированные непосредственно перед склеиванием многоатомными спиртами [287].


Прочность клеевых соединений фанеры при скалывании составляет 15—40 кгс/см2, а после выдержки в воде при 20 °С в течение 48 ч — 30 кгс/см2. Сосновые бруски толщиной 25 мм, склеенные клеем на смоле М-60 при нагревании с помощью токов высокой частоты, имеют прочность при скалывании 67 кгс/см2, прочность березовых брусков той же толщины, склеенных тем же способом клеем на смоле М-70, составляет 90 кгс/см2. После выдержки склеенных образцов в воде в течение 24 ч прочность снижается на 20— 30%. После кипячения в воде в течение 1 ч клеевые соединения на карбамидоформальдегидных клеях разрушаются.


Описаны карбамидные клеевые смолы с пониженной токсичностью марок КС-68-М, СК-75 и КВС [288]. Они применяются в производстве древесностружечных плит, мебели, для настила по лов (смола КВС). Их свойства приведены ниже:


КС-68-М СК-75 КВС


Концентрация, % • . . 65 70 65


Вязкость по ВЗ-4, с . . 20—50 30—120 90—150 Содержание свободного


формальдегида, % . . . До 0,3 0,7 0,5


Разрушающее напряжение при скалывании по клеевому слою фанеры после вымачивания в воде в течение 24 ч.


Для склеивания бумаги, картона и приклеивания бумаги к стеклу применяется нетоксичный клей МФ-60, представляющий собой однородную текучую массу белого цвета. Клеящая способность определяется при нанесении клея на полоску бумаги (10X3 см) и наложении на нее сухого чистого листа такой же бумаги; прочное склеивание должно произойти через 4—5 мин. Срок хранения клея — 6 мес.


Известны порошкообразные карбамидные смолы, которые могут быть получены путем распыления жидкой смолы с последующей сушкой мельчайших частиц смолы в атмосфере горячего воздуха или топочных газов. При склеивании фанеры клеями на основе порошкообразных смол марок М-48 и М-70 прочность при скалывании клеевого соединения составляет 21—22 кгс/см2; после выдержки в холодной воде в течение 24 ч заметного снижения прочности не наблюдается.


При склеивании древесины используются также вспененные карбамидоформальдегидные смолы. Применение вспененных смол позволяет значительно снизить расход клея. Для повышения стабильности вспененных клеевых смол в их состав вводят поверхност-но-активные вещества. В качестве вспенивающих агентов предложены пылевидный альбумин, гидролизованный белок крови (продукт марки ПО-6), сапонин и продукт под названием сапонал. Практическое применение нашел только пылевидный альбумин, который вводят в количестве 0,2—1,0%.


В производстве вспененных клеев используются карбамидные смолы МФС-1, МФ-17 и др. Смолы вспенивают механическим взбивателем или путем продувки воздуха с применением в качестве вспенивающего агента альбумина (0,3—0,5% от массы смолы) и других веществ. Прочность клеевых соединений фанеры и древесностружечных плит на вспененных карбамидоформальдегидных клеях составляет 21—33 кгс/см2, после выдержки в воде 12— 25 кгс/см2.


За рубежом известны клеи Каурит на основе карбамидоформальдегидных смол [289], применяющиеся для склеивания фанеры и древесных материалов. Процесс изготовления наиболее типичного представителя этой группы клеев — клея Каурит W заключается в конденсации 1 моль технического карбамида с 2 моль 2%-но-го формальдегида до образования смолообразного 36%-ного продукта с последующим выпариванием полученной смолы в вакууме при 65 °С до получения продукта, содержащего 55% сухого остатка. В концентрированную смолу вводят 8—10% древесной, ржаной или картофельной муки (в качестве наполнителя) и доводят рН клея (путем добавления едкого натра) до 7. Клей Каурит W может быть также приготовлен в виде сухого порошка; для этого смолу сушат распылением до содержания в ней влаги 2—2,5%.


Клеем Каурит W можно склеивать и на холоду, и при нагревании. При склеивании при нагревании применяют отвердитель, состоящий из хлористого аммония (8 вес. ч.); 25%-ного аммиака (27 вес. ч.) и карбамида (45 вес. ч.); 10 вес. ч. этого отвер-дителя вводят в 100 вес. ч. жидкого клея Каурит. Однако клеевые соединения на таком клее неводостойки. Для улучшения водостойкости рекомендуется отвердитель, состоящий из 90 вес. ч. резорцина и 10 вес. ч. хлористого аммония. Такой отвердитель вводят в клей в количестве от 10 до 25 вес. ч. на 100 вес. ч. жидкого клея Каурит W.


При склеивании фанеры клеями Каурит без нагревания на одну из склеиваемых поверхностей наносят раствор, состоящий из 15 вес. ч. хлористого аммония, 78 вес. ч. воды, 6 вес. ч. этилового спирта, и сушат при 20 °С. На другую склеиваемую поверхность наносят Каурит W, обе поверхности соединяют и немедленно запрессовывают. Продолжительность отверждения зависит от температуры прессования:


Температура прессования, °С ... 20 15 10 Продолжительность выдержки под прессом, ч ........ 3 10 24


Швейцарской фирмой «Ciba» выпускаются порошкообразные карбамидоформальдегидные клеи, используемые в виде водных растворов для склеивания древесных материалов как на холоду, так и при нагревании.


Для модификации карбамидных смол с целью придания им эластичности могут быть использованы каучуковые латексы, поли-метнлметакрилатный латекс и поливинилацетатная эмульсия [290]. Наиболее высокие показатели эластичности и прочности получены при совмещении карбамидных смол с различными каучуковыми ла-тексами, например с ДММА-65-1ГП (сополимер бутадиена и метилметакрилата), МХ-30 (сополимер хлоропрена и метилметакрилата), JIB (сополимер винилацетата и хлоропрена), J1HT-1, JI-4, JI-7, JIA (хлоропреновые латексы) и др. Все эти латексы хорошо совмещаются с карбамидными смолами и способствуют увеличению эластичности клеевых швов. Латексы же сополимеров ДММА-65-1ГП и МХ-30, кроме того, повышают водостойкость клеевых композиций. В табл. 1.33 приведены показатели прочности и эластичности клеевых пленок при различном соотношении смолы и латексов. Температура склеивания 60°С, продолжительность выдержки в прессе 10 мин.


В качестве отвердителей карбамидолатексных клеев примёняют хлористый аммоний или щавелевую кислоту. Для приготовления клея горячего отверждения используют хлористый аммоний (1 вес. ч.), для клея холодного отверждения — 10%-ный раствор щавелевой кислоты (5—10 вес. ч.). При раздельном нанесении смолы и отвердителя берут 5%-ный раствор щавелевой кислоты.


При приготовлении клея температура воздуха в помещении; должна быть не ниже 18 °С, а относительная влажность не выше 65%. Смола должна иметь температуру 18—20 °С. Жизнеспособность клея при такой температуре 4—12 ч, при раздельном нанесении смолы и отвердителя жизнеспособность неограниченная.


Для приготовления клея в клеемешалку заливают смолу и отвердитель. Раствор тщательно перемешивают, затем добавляют необходимое количество латекса, продолжая дальнейшее перемешивание в течение 10—15 мин для получения однородной массы.


Карбамидолатексные клеи можно использовать для склеивания различных неметаллических материалов. Оптимальный режим приклеивания декоративного бумажнослоистого пластика к стружечным и столярным плитам следующий: выдержка в прессе 10— 15 мин при 50±5°С: 6—10 мин при 100±5°С и 3—5 мин при 115±5°С.


Расход карбамидолатексного клея на 1 м2 поверхности уменьшается более чем на 30% по сравнению с расходом немодифици-рованного карбамидного клея. Применение латекса способствует снижению коробления щитов, облицованных декоративным бумаж-нослоистым пластиком, на 35—40%.


Немаловажным фактором, определяющим качество склеивания, является продолжительность закрытой выдержки до запрессовки. Рекомендуется закрытая выдержка в течение 20 мин при температуре воздуха в помещении 18—20 °С.


Прочность клеевых соединений на карбамидолатексных клеях составляет 22—25 кгс/см2. Испытания на ускоренное старение методом циклических воздействий показали, что клеевые соединения на модифицированных латексом карбамидных смолах по прочностным показателям не уступают соединениям на основе немодифицированных карбамидных смол.