Общие сведения о разработке клеевых композиций
Клеевые композиции обычно включают основу, структурирующий агент (отвердитель), наполнитель, растворитель, ингредиенты общего (пластификатор и т. д.) и специального (адгезионные добавки) назначения. Кратко рассмотрим роль каждого из этих компонентов, а также основные возможности повышения эффективности их действия.
Связующие клеевых композиций. Химическая природа и старение полимеров — основ клеевых композиций — определяют комплекс основных адгезионных и когезионных характеристик состава. Наиболее существенное значение имеют вид, число и характер распределения функциональных групп в молекулярной цепи, природа и размер боковых цепей, число узлов, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение полимера. Оптимальное сочетание этих признаков характерно для полимеров адгезионного назначения, которые отличаются повышенной поверхностной энергией и значением когезионных параметров, отвечающих наиболее эффективному смачиванию и растеканию.
Обычно в качестве основного компонента клеевых композиций используют полимеры общего назначения. К таким полимерам относят производные поливинилацетатата и их сополимеры, азот- и галогензамещенные диеновые эластомеры, полиуретаны, полиэфиры.
Самостоятельная группа адгезивов — мономерные соединения. Особенностью их использования является формирование пространственных структур и сетки межфазных связей непосредственно в процессе склеивания. К мономерным адгезивам относятся цианакрилаты, диметилвинилэтинилкарбинол (карбинольный клей), диакрилатгликоли (анаэробные клеи, отверждаемые без доступа кислорода воздуха). Экономически применение таких продуктов более оправдано, чем полимеров. Мономерные адгезивы отличает повышенная технологичность за счет низкой вязкости, отсутствия растворителей, возможности регулирования свойств в широких пределах. К их недостаткам принадлежит способность развивать увеличенные внутренние напряжения, снижающие долговечность склеек.
Промежуточной группой адгезивов являются олигомеры, сочетающие достоинства как полимерных, так и мономерных клеев. Именно эта группа находит наибольшее распространение в технике склеивания. В нее входят полиуретаны, непредельные олигоэфиры, фенолальдегидные и эпоксидные смолы. Адгезионные свойства олигомеров регулируют их модификацией полимерными продуктами, другими олигомерами, структурирующими агентами. Адгезионная способность названных соединений обусловлена наличием в их составе адгезионноактивных групп в основной или боковой цепях, а также общей гибкостью макромолекул.
При склейке строительных материалов особое значение имеют неорганические клеи. Для них адгезионные свойства обусловлены процессом образования неорганического полимера в дисперсных средах, что предопределяет специфику разработки и применения адгезивов.
Для того чтобы порошкообразный материал (связку) перевести в твердое монолитное состояние, обычно используют затворение (почти исключительно водой или водными растворами). Поэтому образующаяся фаза содержит полярные водные молекулы и представляет собой комплексное соединение. Процессы гидрации приводят к росту концентрации твердой фазы, причем межчастичные расстояния не препятствуют аттракционному взаимодействию, в результате чего происходит агрегация частиц, и в итоге — омоноличивание системы.
По характеру комплексообразования неорганические клеи могут быть разделены на следующие группы;
водно-солевые (кристаллогидраты) и кислотно-солевые системы;
гетеро (N, S) и органосолевые системы;
комплексы типа двойных солей;
сложные и комплексные гетеросоединения;
солевые системы, в которых один из компонентов — расплав;
системы порошкообразных неорганических соединений с расплавами металлов и неметаллов.
Среди гидратных вяжущих наиболее эффективны комплексы, включающие многозарядные катионы с малым ионным радиусом и высокополяризуемые катионы. При этом особенно высокие адгезионные свойства проявляются в случае большой доли ковалентных связей в комплексе, а также при значимости вклада водородных связей.
Наиболее практическое значение в строительной практике находят мастики на основе портландского и глиноземистого цемента, а также натриевого и калиевого жидкого стекла. В настоящее время большинство клеев и мастик на основе неорганических вяжущих содержит органический компонент. Так, в составы мастик на основе цементов вводят поливинилацетатнуто дисперсию и стабилизированные латексы различных синтетических каучуков, а в мастики на основе жидкого стекла вводят фуриловый спирт и водорастворимые эпоксидные олигомеры.
Модели полимера, включающей адгезионноспособные группы в основной цепи, отвечают линейные полигексатриены-1, 3, 5. Исследование свойств клеевых соединений, полученных с их применением, свидетельствует о наибольшем эффекте именно для азотсодержащих гетерилзамещенных полигексатриенов: если в среднем сопротивление склеек сдвигу составляет около 10 МПа, то в этом ряду минимальное значение равно 12,7, а максимальное — 21,4 МПа (табл. 1.1). Дополнительный рост адгезионной способности наблюдается при переходе к галогенированным полигексатриенам: при применении хлорированных, бромированных к иодированных поли-2-галоген- и поли-2-метил-4-галогенгексатриенов в качестве адгезивов разрушение склеек происходит не по приповерхностном слоям резиновой части образца, а глубоко по ее объему.
Второй из моделей отвечают полимеры с адгезионноспособными группами в боковых цепях. По химической природе к ним близки карбоцепные амид- и уретансодержащие полимеры, боковые цепи которых включают азотсодержащие NH—СО или NH—СО—О группы в сочетании с двойными связями. Как следствие, соответствующие склейки металлов характеризуются высокими прочностными свойствами (табл. 1.2): только для карбоцепных амидосодержащих полимеров наблюдаемый прирост прочности по сравнению с прочностью промышленных продуктов близкой химической природы (поли-Ц-металакриламидом) составляет не менее 150—160 %.