Как делают клей: химия и технология производства от ПВА до эпоксидки
Клей делают путём растворения или диспергирования адгезионно-активного вещества в воде или органическом растворителе с добавлением пластификаторов, наполнителей и стабилизаторов. Принцип работы любого клея одинаков: состав заполняет микропоры на поверхностях, затвердевает и удерживает детали за счёт молекулярного притяжения (адгезии) и внутренней прочности (когезии). Разница между марками определяется химической природой основы и механизмом отверждения.
ПВА: самый распространённый клей
Поливинилацетат (ПВА) получают полимеризацией мономера — винилацетата. Жидкий винилацетат подаётся в реактор-полимеризатор вместе с водой, поверхностно-активными веществами (эмульгаторами) и инициаторами реакции (персульфатами). При температуре 60–80 °C начинается цепная радикальная полимеризация: молекулы мономера соединяются в длинные цепочки. Реакция идёт 4–6 часов; при этом образуется белая водная дисперсия с содержанием полимера 50–55%.
Полученную дисперсию охлаждают, корректируют вязкость добавлением воды и при необходимости вводят пластификатор (дибутилфталат), повышающий эластичность клеевого шва. Готовый ПВА фасуют в пластиковые флаконы и ёмкости. Клей склеивает бумагу, дерево и пористые материалы: вода испаряется, полимерные цепочки сближаются и образуют прочную плёнку. ПВА-Д3 для влагостойкой столярки содержит дополнительные сшивающие агенты, повышающие стойкость шва к воздействию воды.
Эпоксидный клей: двухкомпонентная система
Эпоксидный клей состоит из двух компонентов: смолы и отвердителя. Смолу получают поликонденсацией бисфенола А с эпихлоргидрином при температуре 50–100 °C в присутствии щёлочи. Продукт реакции: вязкая жидкость с характерными эпоксидными группами (оксирановыми кольцами) на концах молекул. Её очищают от соли и воды, проверяют эпоксидное число (количество активных групп) и расфасовывают.
Отвердитель (чаще полиамин или ангидрид) производят отдельно. Пользователь смешивает оба компонента в заданном соотношении (обычно 2:1 или 1:1 по объёму): аминные группы отвердителя вступают в реакцию с эпоксидными группами смолы, образуя трёхмерную сетчатую структуру. Время гелеобразования при комнатной температуре составляет 20–60 минут, полная прочность набирается через 24 часа. Температура ускоряет отверждение: при 60 °C процесс завершается за 1–2 часа.
Резиновый и контактный клей
Резиновый клей представляет собой раствор натурального или синтетического каучука в нефтяных растворителях (нефрасе, толуоле). Каучук предварительно пластицируют на вальцах, затем растворяют в аппарате с мешалкой при комнатной температуре в течение 8–12 часов. В состав вводят смолы (канифоль, терпеновые) для усиления адгезии и антиоксиданты для стабильности при хранении. Содержание сухого остатка в готовом клее составляет 20–35%.
Контактный клей (например, «Момент») работает иначе: оба склеиваемых материала покрывают клеем, дают растворителю испариться 5–10 минут, затем прижимают поверхности друг к другу. При контакте полимерные молекулы немедленно образуют связи. Именно поэтому такой клей называют контактным: прочность возникает мгновенно при сжатии.
Термоклей и клей-расплав
Термоклей это стержни из термопластичного сополимера (этилен-винилацетат, полиамид или полиолефин). Сырьё плавят при 160–200 °C, экструдируют через круглую фильеру и нарезают на стержни стандартного диаметра 7 или 11 мм. При повторном нагреве в клеевом пистолете клей плавится и после нанесения застывает в течение 30–60 секунд. Такой механизм позволяет работать с широким кругом материалов: от текстиля до древесины и пластика.
На российских предприятиях производство клеёв сосредоточено в нескольких крупных химических кластерах. Контроль качества включает проверку вязкости, прочности клеевого соединения на отрыв и сдвиг (по ГОСТ 14759 и ГОСТ 15140), а также открытое время — промежуток, в течение которого клей остаётся активным после нанесения. Срок хранения большинства клеёв составляет от 6 до 24 месяцев при соблюдении температурного режима.
