Классификация клеев. По происхождению клеи могут быть разделены на три основные группы:

• животного происхождения - альбуминовые, фибриновые, кровяные, казеиновые, творожные, мездровые, костные и др.;
• растительного происхождения - из белков сои, клещевины, чины и др.;
• синтетические, или смоляные, к ним относятся продукты, получающиеся в результате реакции поликонденсации - фенол - или крезолформальдегидные, мочевино-формальдегидные клеи и др.

По способу перехода в твердое состояние клеи могут быть разделены на следующие группы:

• затвердевающие при нагревании - альбуминовые, кровяные, фибриновые, синтетические (фенольные и мочевинные) и т. д.;
• желатинизирующиеся при охлаждении - мездровый, костный и др.;
• затвердевающие в результате происходящей в растворе химической реакции- казеиновые, творожные, из растительных белков и т. д.;
• затвердевающие в результате испарения растворителя - водорастворимые, крахмальные, жидкое стекло и т. д.

По водоупорности клеи могут быть разделены на три группы:

• высоководоупорные, дающие прочность на скалывание после кипячения образцов в течение 1 ч не менее 15 кг/см2;
• водоупорные, дающие прочность на скалывание после вымачивания образцов в воде комнатной температуры в течение 24 ч не менее 5 кг/см2;
• неводоупорные, дающие прочность склеивания менее 5 кг/см2.

Составные части клея следующие:

• основное клеевое вещество,
• вспомогательные вещества и
• растворители.

Основными клеевыми веществами, непосредственно участвующими в склеивании древесины, являются белковые вещества животного и растительного происхождения и синтетические смолы. Вспомогательные вещества могут выполнять роль клееобразователей, катализаторов, отвердителей, стабилизаторов, наполнителей, дубителей, антисептиков, консервантов и пластификаторов. Растворители предназначаются для доведения клеевого вещества до определенной консистенции и концентрации, клеящими свойствами они не обладают.

Альбуминовый клей приготовляется путем воздействия на альбумин одного из щелочных клееобразователей, например гашеной извести. Альбумин представляет собой белок, содержащийся в крови животных. В зависимости от способа получения различают альбумин кристаллический и пылевидный. В состав альбумина входят белок (около 70-80%), вода, жиры и зола. Качество альбумина определяется количеством содержащегося в нем белка. Кристаллический альбумин имеет вид мелких чешуек темного (почти черного) цвета, а пылевидный альбумин - темно-коричневого порошка. Характерной чертой альбумина является способность растворяться в воде. При воздействии на растворенный в воде альбумин щелочью он образует коллоидный раствор, который при нагревании до 70° С и более обладает свойством сворачиваемости, переходит в нерастворимый в воде гель (студнеобразную фазу). На этом свойстве и основан горячий способ склеивания древесины альбуминовым клеем. Способ приготовления клея определяется видом применяемого основного клеевого материала.

Клей из кристаллического альбумина приготовляется следующим образом. После тщательного размола и просеивания альбумин замачивают в воде при соотношении 1:4. Продолжительность замачивания составляет 1,5-2 ч. Затем на него воздействуют известковым молоком и доводят содержание воды до требуемого по рецепту. Одновременно энергично перемешивают клеевую массу до ее загустевания, после, чего выдерживают в течение 1 ч для полного вызревания. Клей приготовляют при температуре 28-30° С.

Из пылевидного альбумина клей приготовляют, всыпая его в воду при непрерывном помешивании. Соотношение между альбумином и водой выдерживают близким к 1:1,5. После тщательного размешивания до вполне однородной тестообразной массы, в которой не должно быть комков, добавляют воду для достижения соотношений альбумина и воды 1:4. Затем во избежание вспенивания клеемешалку останавливают на 1,5 ч, после чего снова включают ее на 1-1,5 ч и вливают сначала известковое молоко, а потом остальную часть воды. Клей считается готовым после приобретения им сиропообразной консистенции.

Альбуминовый клей применяется для склеивания сухой и сырой древесины (фанеры). От воздействия альбуминовым клеем цвет древесины не меняется.

Клеи из крови животных и фибрина (сгустков крови) приготовляют аналогичным путем при тщательном перемешивании массы и подогрева ее с целью ускорения клееобразования.

Казеиновый клей получается в результате воздействия гидроокиси кальция (гашеной извести) на казеин, который представляет собой обезжиренный сушеный творог, содержащий 80- 90% белка и некоторое количество жира, золы и влаги. В зависимости от способа выделения творога из молока различают кислотный и сычужный казеин. Первый получается воздействием на молоко кислоты или в результате его естественного скисания. Сычужный казеин получают путем воздействия на молоко пепсина - фермента желудочного сока, извлекаемого из слизистой оболочки. В отличие от альбумина казеин в воде не растворяется, он способен только несколько набухать. При воздействии на казеин гашеной известью образуется коллоидный раствор, обладающий клеящей способностью.

Казеиновый клей приготовляется следующим образом. После размола и просеивания казеин замачивают в воде в течение 1-1,5 ч при соотношении 1:3 или 1:4. Затем на него воздействуют раствором известкового молока. После добавления остального количества воды его перемешивают при температуре 18-20° С до загустевания. Перед пуском в производство клей выдерживают 20-30 мин. Так приготавливают жидкосмешиваемые казеиновые клеи, применяемые для склеивания фанеры.

Для склеивания брусковых деталей применяют порошкообразные (сухосмешиваемые) казеиновые клеи экстра и обыкновенные (ОБ). В их состав входят, кроме казеина, фтористый натрий, гашеная известь, кальцинированная сода, медный купорос и керосин. Клей приготовляют из порошка, всыпая последний в воду при непрерывном перемешивании массы. Количество воды берется равным 170-230% от веса порошка. Готовый клей должен иметь вид однородной, клейкой на ощупь, сиропообразной массы.

Казеиновый клей применяется при холодном и горячем склеивании.

Введение в состав клея нескольких видов основных клеевых веществ - приготовление комбинированных клеев - преследует цель изменения тех или иных его свойств. Так, при добавлении к казеиновому клею альбумина увеличивается жизнеспособность и повышается водоупорность клеевого соединения. Введение в состав альбуминового или кровяного клея казеина улучшает его консистенцию, делая его более вязким. Комбинированные клеи приготовляются путем раздельного замачивания основных частей клея, последующего их смешивания и воздействия на смесь известковым молоком.

Мездровый клей приготовляется из подкожной ткани внутренней поверхности шкур животных (мездры), сухожилий, хрящей и других отходов мясокомбинатов; костный - из костей животных. Извлекаемый из костей путем варки белок носит название коллагена и обладает свойством набухать в холодной воде. При нагревании до температуры 80-90°С коллаген гидролизуется и переходит в глютин, являющийся собственно клеем.

Рабочий раствор клея приготавливается следующим образом. Дробленый клей, отвешенный в требуемом количестве (если он был в виде плиток), замачивается в соответствующем количестве холодной воды и оставляется для набухания в ней на 2-4 ч. Затем клей нагревают до 70-80° С, т. е. до полного растворения в воде. Мездровый и костный клеи могут применяться для склеивания массивной сухой древесины, а также при фанеровании заготовок. Рецепты наиболее употребляемых клеев из животных белков приведены в данной таблице.

Основой синтетических клеев являются синтетические смолы, представляющие собой сложные высокомолекулярные органические соединения, в состав которых входят углерод, водород, кислород и, в некоторых случаях, азот и сера. Образование таких соединений является результатом укрупнения молекул.

Основным сырьем для изготовления смол являются фенолы, мочевина (или их производные) и формальдегид. В качестве катализаторов, ускоряющих реакцию смолообразования, применяются щелочи, аммиак и др.

Фенолы представляют собой производные бензола, получающиеся при замене атома в бензольном ядре группой ОН. По внешнему виду это бесцветные кристаллы, краснеющие на воздухе, отличающиеся высокой гигроскопичностью и ядовитостью. При обычной температуре в воде малорастворимы. Хорошо растворяются в спирте, эфире и глицерине. Плавятся при температуре 39-41° С. Изготовляются путем разгонки каменноугольной, сланцевой, торфяной или древесной смолы, а также путем синтеза из бензола. Для приготовления смол применяют собственно фенолы, крезолы (одноатомные фенолы), фенольную фракцию (смесь фенола с крезолом), трикрезол, дикрезол, ксиленолы и др.

Мочевина представляет собой органическое соединение. Мочевина имеет вид белых блестящих ромбических или игольчатых кристаллов, обладающих слегка холодящим соленым вкусом. Плавится при температуре 132° С. Хорошо растворима в воде и этиловом спирте. В водных растворах щелочей разлагается. Изготовляется путем синтеза из аммиака и углекислоты и из карбаминовокислого аммония. Для повышения стойкости к горячей воде в состав клея вводят меламин, являющийся продуктом термического разложения мочевины и последующей перегруппировки.

Формальдегид представляет собой простейший альдегид с резким удушливым запахом, раздражающе действующим на слизистую оболочку дыхательных путей и глаз. Раствор форм альдегида в воде называется формалином. При длительном хранении или низких температурах последний полимеризуется, превращаясь в твердый продукт, называемый параформом. Формальдегид получается окислением метилового спирта кислородом, воздуха в присутствии катализатора.

При производстве слоистой древесины применяются в основном фенолформальдегидный и карбамидный клеи. Как было сказано, клей получается в результате реакции конденсации фенола с формальдегидом в присутствии катализатора. При молярном соотношении фенола с формальдегидом от 1:1 до 1:2 и при использовании щелочных катализаторов получаются термореактивные, или резольные, смолы. Отличительной их чертой является способность переходить под действием тепла или отвердителя в неплавкое состояние. В связи с этим у таких смол различают три возможные стадии: стадию А, или стадию резола, стадию В, или стадию резитола, стадию С, или стадию резита.

Смола, находясь в стадии А, способна плавиться и растворяться в спирте, ацетоне и других органических растворителях. Смола в стадии В неспособна плавиться; под действием тепла она лишь несколько размягчается. В обычных растворителях она нерастворима, а в ацетоне несколько набухает. Смола в стадии С нерастворима, неспособна плавиться и даже размягчаться. Переход из одной стадии в другую является необратимым процессом, что обеспечивает получение высоководоупорных клеевых соединений. Скорость перехода резольных смол из первой стадии в другие зависит от режима изготовления смол, соотношения между фенолом и формальдегидом, количества и вида катализатора и т. д. Переход может протекать при любых положительных температурах, величина которых будет определять его продолжительность. При изготовлении фенолформальдегидных смол в качестве растворителей могут применяться спирт и вода.

Смолы, при изготовлении которых применяется спирт, носят название спирторастворимых. Они отличаются сравнительно высокой стоимостью и применяются при изготовлении древесно-слоистых пластиков. Смолы, при изготовлении которых применяется вода, называются водорастворимыми, стоимость их заметно ниже спирторастворимых. Они используются для склеивания фанеры и плит горячим способом. Известны также фенолформальдегидные смолы, пригодные для холодного склеивания древесины. Для перевода их в твердое состояние в качестве отвердителя используется смесь кислот, получившая название контакта Петрова. Его добавляют в смолу от 20 до 50 вес. ч.

Указанные смолы содержат определенное количество свободного фенола, что требует устройства хорошей местной вытяжной вентиляции. Рецепты наиболее часто применяемых смол даны в этой таблице.

Для приготовления мочевино-формальдегидных (карбамидных) клеев применяются смолы, получающиеся в результате реакции конденсации мочевины и ее производных с формальдегидом в присутствии катализатора. Молярное соотношение между мочевиной и формальдегидом может быть от 1:1,5 до 1:2.

В качестве катализаторов могут применяться вещества, имеющие кислые или щелочные свойства. Смолы, сконденсированные в кислой среде, плохо рас творимы в воде и способны быстро желатинизироваться. Если среда щелочная, смолы полностью растворимы в воде, но способны быстро превращаться в пасту. Такие смолы пригодны для склеивания древесины при повышенной температуре. В случае конденсации в переменной среде (от слабощелочной до слабокислой) смола приобретает высокую скорость отверждения и неопасна с точки зрения прежде временного отверждения в варочном котле.

Мочевинные смолы при воз действии на них отвердителями и теплом обладают свойством переходить, как и фенолформальдегидные смолы, в новое состояние (из стадии А в стадии В и С). Находясь в стадии А, они представляют собой вязкие жид кости, растворимые в воде. При переходе в стадию В растворимость их в воде ухудшается и они становятся подобны желатинизированным продуктам. В конечной стадии С они неплавки и нерастворимы в холодной воде, но нестойки к действию горячей воды. Для повышения стой кости клея к горячей воде в состав смолы вводят некоторое количество меламина. Рецепты применяемых смол даны в таблице.

Для экономии основных составных частей и получения не расслаивающихся смол в состав некоторых из них добавляются наполнители в количестве 3-18%. Наполнителями служат белковые дрожжи, гидролизный лигнин, древесная мука, соевая мука, каолин, гипс, пшеничная мука, карбоксиметилцеллюлоза и др.

Для получения клея большинство из указанных смол требует воздействия отвердителя. Могут использоваться хлористый аммоний, щавелевая кислота, молочная кислота и др. Рецепты карбамидных клеев приведены в этой таблице.

Смолы, используемые для приготовления синтетических клеев, варят в специальном помещении, называемом смоловаркой. Смонтированная в ней установка для варки состоит из варочного котла, конденсатора (холодильника), вакуум-насоса и вспомогательных аппаратов (мерных и расходных баков для исходных материалов), которые связаны между собой трубопроводами в единую систему. Основной частью установки является варочный котел, изображенный на этом рисунке, представляющий собой герметически закрывающийся стальной сосуд, имеющий двойные стенки и снабженный механической мешалкой. Для подачи пара, воды, спуска готовой смолы и ручной загрузки котел имеет ряд отверстий. В крышке котла имеются отверстие для термометра и смотровые окна, закрытые толстыми стеклами. Варка может происходить периодическим и непрерывным способами.