Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Fakulta lesnická a dřevařská Ústav nábytku a speciálních výrobků ze dřeva DIPLOMOVÁ PRÁCE Suchá povrchová úprava MDF desek - soudržnost folie a podkladu Brno 2008 Bc. Eliška Václavková

2 2

3 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Suchá povrchová úprava MDF desek - soudržnost folie a podkladu, vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a byla zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Ke zveřejnění musí dát souhlas i poskytovatel vstupních údajů. V Brně, dne: Podpis studenta... 3

4 Abstrakt Česky Jméno: Bc. Eliška Václavková Název diplomové práce: Suchá povrchová úprava MDF desek - soudržnost folie a podkladu Abstrakt: Tato diplomová práce navazuje na moji bakalářskou práci, která pojednávala o povrchové úpravě MDF desek suchou cestou pomocí impregnované folie na bázi papíru. Je tedy rozšířením této práce a zabývá se problematikou povrchové úpravy MDF desek suchou cestou. Je zaměřena na analýzu a vyhodnocení soudržnosti folie a podkladu u dvou druhů lepidel v závislosti na jejich funkčních vlastnostech. Cílem je vyhodnotit a omezit vady, které vznikají ve výrobě při oplášťování MDF desek suchou cestou. V práci je podrobně popsána technologie používaná při této povrchové úpravě. Klíčová slova: MDF, tavná lepidla na bázi APAO, dekorační folie, oplášťování, přilnavost, soudržnost, Abstrakt: This diploma thesis follows my bachelor s thesis, which dealt with surface dry adjustments of MDF boards using impregnated paper-based clingfilms. So this is the enlarging of my previous work and deals with a problematics of a surface dry adjustment of MDK boards. It is focused on a analysis and evaluating the cohesiveness of clingfilms and on two kinds of glues in a dependance on their functional characteristics. The goal is to evaluate and eliminate faults, which rise during the production of sheating of MDF desks by dry method. In the thesis, there is described a technology, which is used in this surface adjustment. Key words: Medium density fibreboard, fusible glues on a APAO base, surface decorative foil, sheating, cohesoin, cohesivness 4

5 Mé poděkování patří všem, kteří svými radami a připomínkami přispěli ke vzniku této diplomové práce. Především děkuji panu Ing. Jiřímu Potáčkovi, CSc. za odbornou pomoc a poskytnuté informace, panu Ing. Karlu Krontorádovi, CSc. za odborné vedení a pomoc a paní doc. Ing. Daniele Tesařová, Ph.D. za ochotu a pomoc v laboratoři. 5

6 OBSAH 1. ÚVOD CÍL DIPLOMOVÉ PRÁCE METODIKA ANALÝZA SOUČASNÉHO STAVU STŘEDNĚ HUSTÁ VLÁKNITÁ DESKA MDF PŘÍPRAVA SUROVINY PRO VÝROBU MDF DESEK Rozvlákňování Kontrola kvality rozvlákňování Příprava lepící směsi a dávkování chemikálií Tvorba a lisování vláknitého koberce VLASTNOSTI MDF DESEK MOŽNOSTI DOKONČOVÁNÍ MDF DESEK VARIANTY POVRCHOVÉ ÚPRAVY MDF POŽADOVANÉ HODNOTY NA MDF MOŽNOSTI POUŽITÍ MDF TAVNÉ LEPIDLO POUŽITÉ K NALEPENÍ FOLIE PŘEDNOSTI A NEDOSTATKY LEPENÍ OBECNÉ VLASTNOSTI LEPIDEL A TEORIE LEPENÍ PRAKTICKÉ VLASTNOSTI LEPIDEL HISTORIE LEPIDEL A LEPENÍ HISTORIE, VÝVOJ A VLASTNOSTI TAVNÝCH LEPIDEL ÚSKALÍ POUŽITÍ TAVNÝCH LEPIDEL PRO OBALOVÁNÍ PROFILŮ PŘEDNOSTI POUŽITÍ TAVNÝCH LEPIDEL PRO OBALOVÁNÍ PROFILŮ IMPREGNOVANÁ PAPÍROVÁ FOLIE DŮVOVODY POUŽITÍ FOLIÍ A JEJICH ROZDĚLENÍ VÝROBA FOLIÍ A JEJICH SLOŽENÍ IMPREGNACE, ŘEZÁNÍ A SKLADOVÁNÍ FOLIE KONTROLA IMPREGNACE UŽITKOVÉ VLASTNOSTI FOLIÍ NEJČASTĚJŠÍ VÝROBNÍ ZÁVADY A JEJICH PŘÍČINY POVRCHOVÁ ÚPRAVA OPLÁŠŤOVÁNÍM POPIS SUCHÉ POVRCHOVÉ ÚPRAVY OPLÁŠŤOVÁNÍM VÝHODY A NEVÝHODY OPLÁŠŤOVÁNÍ DRUHY NANÁŠENÍ DRUHY PODKLADOVÝCH MATERIÁLŮ POUŽÍVANÉ PRO OPLÁŠŤOVÁNÍ

7 7.5. OPLÁŠŤOVACÍ MATERIÁLY LEPIDLA VHODNÁ PRO TECHNOLOGII OPLÁŠŤOVÁNÍ SOUČASNÉ MOŽNOSTI TECHNOLOGIE OPLÁŠŤOVÁNÍ PŘEDEPSANÉ POŽADAVKY OPLÁŠŤOVACÍ STROJ PUR 46 L A JEHO ZHODNOCENÍ VE VÝROBĚ POPIS OPLÁŠŤOVACÍHO STROJE PUR 46 L TECHNOLOGIE VÝROBY VSTUPNÍ MATERIÁLY VADY A JEJICH PŘÍČINY VZNIKU OPLÁŠŤOVACÍ STROJ PRAKTICKÉ VYUŽITÍ A ZHODNOCENÍ EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ A DOSAŽENÉ VÝSLEDKY ZKOUŠKA ZJIŠTĚNÍ PŘILNAVOSTI POVRCHOVÝCH VRSTEV (ČSN ) VÝSLEDKY MĚŘENÍ DISKUZE ZÁVĚR SUMMARY SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM TABULEK SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM ZKRATEK SEZNAM GRAFŮ SEZNAM PŘÍLOH

8 1. Úvod Dřevo je obnovitelná surovina, kterou při rozumném systému hospodaření v lesích nelze vyčerpat. Současně je to ekologická surovina, jejíž použití zásadně omezuje produkci skleníkových plynů a právě proto je velmi důležitým materiálem pro výrobu a to mnohdy v odvětvích, kde bychom použití dřeva nečekali. Mezi hlavní přednosti výrobků ze dřeva patří dlouhodobá vazba uhlíku. Na konci životního cyklu výrobků z tohoto materiálu, které nelze recyklovat, slouží jako palivo a jsou schopné nahradit energeticky náročnější materiály jako ocel, beton, cihly, atd. Hlavními trhy pro výrobky ze dřeva jsou USA a Kanada, Evropa (spotřeba na hlavu 3x nižší než v USA) a Japonsko. Více než polovinu dřevozpracujícího průmyslu tvoří nábytkářství, zbylou část tvoří materiály pro stavebnictví, výroba řeziva a hoblovaných výrobků. Deskové materiály se na nábytkářské výrobě podílejí necelými deseti procenty. Výroba deskových materiálů je však velice důležitá, protože je při ní možné zpracovat suroviny, které už nelze použít pro jiné výrobky. Tato výroba využívá suroviny, které je nevýhodné z pohledu uzavřeného uhlíkového cyklu pálit. Deskové materiály jsou výborným ekologickým i ekonomickým materiálem. Desky s různým stupněm dokončení vytváří předpoklady pro vysokou produktivitu v navazujícím průmyslu. Jako surovinu pro výrobu desek lze použít i takové dřevní sortimenty, které jsou jinak nezpracovatelné, včetně dřeva recyklovaného. Tím lze prodloužit dobu použití dřeva a omezit produkci skleníkových plynů. Povrchové úpravy aglomerovaných se dají rozlišit podle různých kritérií: Např. podle použitých dokončovacích materiálů na mokré a suché PÚ. K mokrým PÚ patří: Reliéfování Nanášení tmelů pro vyrovnání nerovností povrchů aglomerovaných materiálů Moření vodnými roztoky barev či speciálních chemikálií, které dávají transparentní zabarvení povrchové plochy Potiskování povrchu AM dezénem napodobňující texturu přírodního dřeva Lakování roztoky či disperzemi filmotvorných látek 8

9 Suché povrchové úpravy: Laminování, tj. nalisování papíru impregnovaných syntetickými pryskyřicemi na podkladový materiál ( MDF, VD aj.) Foliování, tj. nalepování speciálních folií Nalepování laminátu Suchá povrchová úprava by se dala rozdělit také na: tvarové 3D povrchy folie na bázi plastu 2D, při kterých se upravuje folie na bázi papíru. Pro diplomovou práci byla vybrána PÚ 2D, tedy olepování podkladového materiálu folií na bázi papíru. Povrchová úprava prostřednictvím oplášťování spočívá v postupném nalepování nepružné tenké vrstvy ušlechtilého materiálu na podklad. Samotná technologie oplášťování je relativně mladá, teprve počátkem 70. let se rozšířila z USA do Evropy. Obalování profilů z materiálu MDF je dnes stále více využívaným typem PÚ. Můžeme říci, že v jednom procesu, procesu lisování, jsou konstrukční dílce nalepením dekorační folie současně dokončeny tzv. suchým způsobem viz.výše. Tato technologie musí být v souladu s ustanovením evropských norem, které jsou závazné, určují požadavky na výrobky a definují bezpečný a kvalitní výrobek, který musí plnit funkci, pro kterou je určen. Pro lepení folií na MDF profil lze teoreticky použít 4 skupiny lepidel: PVAC lepidla hlavně pro kašírování Tavná lepidla na bázi EVA kopolymerů Tavná lepidla APAO na bázi polyolefinů PUR lepidla vodou ředitelná nebo roztoková V závislosti na systému nanášení je možné používat lepidla kapalná nebo tavná. Přípustná jsou pouze lepidla minimálně zatěžující životní prostředí a neohrožující zdraví. Obvykle používaná kapalná lepidla jsou na bázi PVAC, tedy disperzní, vodou ředitelná nebo roztoková PUR. PVAC lepidla vyhovují všude tam, kde se oplášťovací 9

10 materiál nepřekrývá a nároky na lepenou spáru nejsou velké. Pro vysoké nároky na lepenou spáru a zejména tam, kde dochází k překryvu oplášťovacích materiálů např. na bázi impregnovaných papírů je vhodné používat PUR lepidla. Tavná lepidla mohou být na bázi EVA, polyolefinů nebo PUR. Pro běžné nároky se používají EVA lepidla, pokud se žádá vyšší odolnost vůči teplotě je vhodné použít lepidla na bázi polyolefinů a pro nejvyšší nároky slouží lepidla PUR. Při technologii nanášení válečkem mohou tavná lepidla obsahovat plniva. Při tryskovém nanášení se doporučuje používat výhradně lepidla bez plniv, a to kvůli jejich abrazivním účinkům. Dalším nepříjemným faktorem plniv v lepidle je zanášení nanášecího zařízení. Pro experimentální měření byla vybrána střední úroveň, tedy tavná lepidla na polyolefinické bázi APAO, která jsou vhodná hlavně u tryskového nanášení. U tohoto způsobu nanášení se může vyskytovat a řeší se problém teplotní odolnosti. V diplomové práci jsem podrobila zkoušce přilnavosti povrchových vrstev dle normy ČSN dva typy lepidel od předních evropských výrobců těchto lepidel. Ikdyž se jedná o druhově, cenově a kvalitativně téměř shodná lepidla, jejich rozdílnost jsem naměřila, graficky znázornila a vyhodnotila. Obecně se ale dá říci, že problematika držení povrchů či povrchových vrstev na deskových materiálech je definována termínem "přídržnost povrchu". Jako taková je vyjádřena silou, kterou je nutno vyvinout pro odtržení definované plochy z povrchu desky. Zkoušku popisuje ČSN Na základě proměnlivosti této síly při změnách podmínek - například použitých lepidel viz. výše, je pak možné na základě statistického vyhodnocení výsledků provedených laboratorních zkoušek docházet k jednotlivým závěrům. Například - jedno lepidlo drží lépe než druhé, jedna velikost nánosu lepidla je lepší než jiná, zdrsnění povrchu před nanesením lepidla má nebo nemá vliv na přídržnost povrchu a podobně. 10

11 2. Cíl diplomové práce Diplomová práce je orientována na studium a vyhodnocení výsledků experimentálního měření vlastností vybraných druhů lepidel v závislosti na jejich užití ve výrobě, tak aby to přineslo co nejefektivnější výsledky, pomocí provedené zkoušky přilnavosti povrchových vrstev dle normy ČSN od předních evropských výrobců těchto lepidel. Předmětem práce bylo otestování a vyhodnocení vybraných dvou druhů lepidel, které z nich lépe splňuje požadované hodnoty, jež firma LIGNOR centrum s.r.o. nyní používá a také následná eliminace vad, které mohou ve výrobě vznikat při nedodržení základních technologických podmínek. Použitím jiného druhu lepidla viz. výše, může docházet k proměnlivosti adhezivních sil při změnách podmínek ve výrobě. Z naměřených hodnot a díky velkému počtu vzorků jsem provedla statistické vyhodnocení výsledků naměřených laboratorních zkoušek a z nich vyvodila jednotlivé důsledky a závěry. Jako příkladem bych mohla uvést, že jedna velikost nánosu lepidla je lepší než jiná nebo jedno lepidlo drží lépe než druhé, atd. Analýzou výsledků dojde k vyhodnocení nejlepšího lepidla ze 2 typů zkoušených lepidel dle normy po stránce jeho vlastností. Po stránce ekonomické není rozdílnost v ceně vysoká. Na základě dosažených výsledků bude konstatována vhodnost použití ve výrobě. Podnětem byla také skutečnost, že o této problematice neexistuje dostatečné množství informací a samotná povrchová úprava oplášťováním není masově rozšířená. Diplomová práce v sobě zahrnuje i několik oblastí, které s danou problematikou úzce souvisí a jsou jí značně ovlivňovány, např. zkouška na zjišťování hustotního profilu pro posouzení kvality podkladového materiálu, jež představuje jednu ze základních technologických podmínek úspěšné výroby oplášťovaných profilů. Související témata jsou, zde popisována formou úvah a přispívají tak k řešení dané práce. K hlavním tématům patří samotný podkladový materiál MDF deska, její složení, její charakteristické vlastnosti a její příprava povrchu před dokončováním, mají podstatný vliv na soudržnost podkladu s dekorační folií, dále pak typ krycího materiálu, jeho vlastnosti a správný způsob použití. Velký vliv nese samotná technologie oplášťování MDF desek a v neposlední řadě popis činitelů, kteří ovlivňují celý proces, a to nejen výrobní. Cílem práce bylo prostřednictvím získaných teoretických informací z literatury a laboratorně naměřených dat získat podklady pro praktické řešení celého problému. 11

12 3. Metodika Základní metodikou bylo laboratorní testování, ověření a statistické vyhodnocení provedených zkoušek u vybraných dvou typů lepidel u relativně nové technologie povrchové úpravy MDF desky - medium density fibreboard (středně hustá dřevovláknitá deska), papírovou dekorativní folií prostřednictvím technologie oplášťování dle normy ČSN Zkouška slouží k posouzení pevnosti přilepení folie na podklad danými typy lepidel. Podstatou zkoušky je zjištění zatížení, potřebného k porušení lepeného spoje na zkušebním tělese daných rozměrů, při namáhání tahem kolmo k rovině lepené spáry. Měření a získávání hodnot bylo provedeno v laboratoři na MZLU v Brně. V diplomové práci je popsán podkladový materiál MDF deska, její základní vlastnosti a parametry, které je nutné dodržet pro výrobu desky v požadované kvalitě, formou úvah přispívajících k řešení dané práce. Pro posouzení kvality byla provedena zkouška na zjišťování hustotního profilu. Norma pro tuto zkoušku doposud neexistuje. Výsledky byly použity pro stanovení hustoty v celé desce. Hustotní profil byl naměřen pomocí přístroje X Ray stense LAB, vyrobený v Německu. Systém je založen na měření pomocí záření a to vystřelených elektronů, kde se zaznamenává zpomalení tohoto záření skrz materiál, čímž se definuje hustotní profil. Vzorky MDF desky jsou odebírány a řezány pro tuto vlastnost dle normy ČSN EN Zkušební tělesa mají tvar čtverce s nominální délkou strany 50 mm ± 1 mm. Na základě dosažených výsledků z přístroje byly sestaveny grafy a provedeno zhodnocení rozložení hustotního profilu mající podstatný vliv na pevnost a stálost MDF desky. 12

13 4. Analýza současného stavu Výroba dřevotřískových desek v zemích EU za posledních deset let stabilně roste a v roce 2006 přesáhla hodnotu 37 mil. m 3. Postupně také roste import a export. Na konci loňského roku a letos bude v oblasti Evropy dokončeno jedenáct projektů nových linek na výrobu dřevotřískových desek s plánovanou kapacitou nad 5,5 mil. m 3. Mezi základní deskové materiály patří: Desky dřevotřískové, které představují nejběžnější typ desek. Obvykle třívrstvé se dvěma typy třísek. Používají se jak v nábytkářském průmyslu tak ve stavebnictví. Desky s orientovanými třískami (OSB), obvykle třívrstvé s velkoplošnými třískami. Vlákna jsou u středových a povrchových třísek na sebe kolmá. Středně husté dřevovláknité desky (MDF), rychle se rozšiřující typ desky. Materiálem je dřevní vlákno. Jsou v celém průřezu tvořeny stejným vláknem, i když vlivem lisování se hustota od povrchu ke středu mění. Používají se zejména v nábytkářském průmyslu a stavebnictví. Požadované vlastnosti těchto desek jsou určeny evropskými normami, např. EN 312, EN 789, EN Velký důraz je kladen na zdravotní nezávadnost. Evropskými normami jsou stanoveny také maximální přípustné limity volného formaldehydu. Ty jsou kontrolovány ve výrobcích spolu s používanými technologie výroby a používanými lepidly na producentech desek nezávislými laboratořemi. V případě exportu požadují různé státy vlastní certifikaci nejen pro zdravotní nezávadnost, ale i pro mechanicko fyzikální vlastnosti. Diplomová práce se zaměřuje na aglomerovaný materiál, tedy MDF desku. Jedná se o materiál relativně nový v porovnání s dřevotřískovou deskou, nárůst jeho spotřeby a také výrobních kapacit v Evropě je poměrně výrazný. Za posledních deset let se spotřeba více než zdvojnásobila. Očekávaná spotřeba v roce 2007 je okolo 13 mil. m 3. Předpokládá se, že po realizaci 10 nových projektů výrobních linek se kapacita na konci roku bude pohybovat nad hranicí 15 mil. m 3 za rok. 13

14 Graf č. 1 Evropská výroba vybraných produktů v m Dřevotřískové desky MDF Překližka Tvrdé desky OSB Řezivo Graf č. 2 MDF ( Medium Density Fibreboard) v zemích EPF v tis.m 3 [ Spotřeba Kapacita

15 Graf č. 3 Spotřeba a kapacita MDF v EU [ Graf č. 4 Relativní vývoj produkce MDF v zemích EPF 20% 15% Průměrný nárůst 7.3% 10% 5% 0% -5% -10% I 98 II 98 III 98 IV 98 I 99 II 99 III 99 IV 99 I 00 II 00 III 00 IV 00 I 01 II 01 III 01 IV 01 I 02 II 02 III 02 IV 02 I 03 II 03 15

16 Graf č. 5 Vývoj zásob MDF zemí EPF v % roční výroby 12% 10% 8% 10,9 % 9,9 % 6% 4% 2% 6,4% Průměrná úroveň 8.4% 0% I 98 II 98 III 98 IV 98 I 99 II 99 III 99 IV 99 I 00 II 00 III 00 IV 00 I 01 II 01 III 01 IV 01 I 02 II 02 III 02 IV 02 I 03 II 03 Poznámka: EPF je zájmové sdružení výrobců desek - European Panel Federation Brussels, Allee Hof Ter Vleest 5. EPF vzniklo sloučením sdružení výrobců dřevotřískových desek FESYP a sdružení výrobců MDF desek EMB. Z těchto grafů (č. 1 až 5) a uvedených číselných hodnot vyplývá, že během posledních let nastal prudký nárůst spotřeby MDF desek v Evropě Aby byly splněny i estetické požadavky, je nutné povrch MDF desek zušlechtit. Tím vyvstává do popředí vyřešit problém kvalitní a adekvátní povrchové úpravy vzhledem k jejímu použití. Dá se říci, že všechny materiály na bázi dřeva a výrobky z nich, se kterými přicházíme do styku, musí být opatřeny konečnou povrchovou úpravou. Aby tento materiál byl schopen svoji funkci plnit dlouhodobě, je nutné jej chránit. Mezi hlavní požadavky na povrchovou úpravu dřeva patří: odolnost proti UV záření, materiál může pod vlivem ultrafialového záření černat a ztrácet svoji hmotu odolnost proti vodě, působením vody dochází k rozkladu dřevní hmoty a vytváření podmínek pro biologické napadení ochrana před biologickým poškozením, dřevokazným hmyzem, plísněmi nebo houbami 16

17 odolnost proti zašpinění, zvětralé dřevo je více porézní a rychle spolu s vodou přijímá nečistoty estetické požadavky Vliv povrchové kvality na finální kvalitu a užitné vlastnosti je vysoký. Povrchová úprava materiálů na bázi dřeva má podstatný význam, neboť prodlužuje jejich životnost, zvýrazňuje a dokresluje přirozenou krásu dřeva a materiálů na bázi dřeva, zlepšuje užitné vlastnosti výrobků, potlačuje barevné rozdíly povrchu a zvýrazňuje tvar produktu. Hlavní funkcí povrchové úpravy je zvýšení užitné hodnoty výrobků, estetické a ekologické vlastnosti dokončovaných povrchů, potlačení barevných rozdílů podkladů a zajištění zdravotní nezávadnosti výrobků. Při volbě povrchové úpravy se musí brát v úvahu také vliv podkladového materiálu. Použité technologie nanášení, vysoušení a vytvrzování se odvíjejí od použitého strojně-technologického zařízení a i od použitého brusného zařízení pro přípravu dokončovaných povrchů. 4.1 Středně hustá dřevovláknitá deska MDF MDF jsou začáteční písmena jednotlivých slov anglického názvu Medium Density Fibreboard a též německého názvu Mitteldichtefaserplatten středně husté vláknité desky nebo-li polotvrdé vláknité desky. Podle mezinárodního standartu ISO 818 patří do skupiny polotvrdých vláknitých desek s hustotou od kg/m 3. Hlavním důvodem proč vznikla MDF, byla snaha získat homogenní materiál, který by nahradil masivní dřevo a který by se vyznačoval především většími rozměry, minimálními objemovými změnami vlivem vlhkosti, dobrou opracovatelností a pevností. Málokdo asi ví, že tento poměrně mladý a moderní materiál je starý více než 30 let. MDF je produktem technologicky vyvinutým v první polovině 60. let v USA, kde se také koncem 60. let začala průmyslově vyrábět. Podle patentu Maloneye byla postavena první linka ve firmě Allied Chemical v Depositu roku Po odstranění počátečních těžkostí v USA se výroba MDF rozšířila do všech světadílů. Druhé těžiště se podařilo vytvořit v Evropě. V Evropě byla první linka postavena v roce 1973 v Ribnitz Damgartenu (bývalá NDR), dále pak ve Španělsku a Itálii. Přibližně od počátku roku 1992 se vyrábí tyto desky i u nás, mezi přední výrobce patří DDL (Dřevozpracující družstvo Lukavec) s celkovým objemem výroby cca m 3 /rok. Z toho však pouhých 30% zůstává na našem trhu, zbývajících 70% je určeno na export. Rozšíření výroby MDF podpořily zejména tyto jejich vlastnosti zisk homogenního materiálu umožňující vytváření komplikovaných profilů bočních i čelních ploch, zisk materiálu nahrazující masivní dřevo, vyznačující 17

18 se především většími rozměry, minimálními objemovými změnami, dobrou pevností, kvalitnějším povrchem vhodným pro další povrchovou úpravu. Tyto aspekty vytvářejí předpoklady pro třírozměrné, tj. reliéfní opracování. Jemná struktura vláken dává deskám vysokou rozměrovou stabilitu a vysokou mechanickou pevnost. Zejména pozoruhodná je vysoká pevnost držení vrutu v úzké boční ploše, což je velkým problémem u třískových desek ( Hrázský a Král 2007) Pro výrobu MDF desek lze zpracovat jak jehličnaté, tak listnaté dřeviny, ale i dřeviny exotické například Eukalyptu Globulus. Pokud se zpracovává více dřevních druhů, je nutné jejich časově konstantní poměr pro nastavení technologických parametrů a tak zajištění kvality finálního výrobku. Z netradičních surovin jsou k výrobě MDF použitelné bagasa a jiné jednoleté rostliny, sláma, viničné pruty apod. MDF jsou vyráběny z dřevních vláken nebo vláken jiných lignocelulozových materiálů. Desky se vyznačují stejnorodou strukturou slisovaných vláken v celém svém průřezu. Jsou vyráběny převážně jako jednovrstvé, ale mohou být i vícevrstvé. MDF deska je právem považována za jeden z nejmladších materiálů používaných v našem oboru neboť její produkce v Evropě se na rozdíl od ostatních aglomerovaných materiálů za posledních deset let zvýšila přibližně 7- krát a u nás byl její masový nástup zaznamenán v posledních 3 4 letech. 4.2 Příprava suroviny pro výrobu MDF desek MDF se vyrábí z dřevěných vláken (především smrkových), pojených syntetickým lepidlem, za použití teploty a tlaku. Soudržnosti je dosaženo zplstnatěním vláken (a jejich přirozenou lepivostí) a přídavkem syntetické pryskyřice na vlákno. Desky jsou zařazeny do třídy A úniku volného formaldehydu dle ČSN EN 1084, toto zařazení odpovídá emisní třídě E1. Jedná se o desky určené k další povrchové úpravě pro jejich širší upotřebení. Pro suchý výrobní postup je vhodnější vlákno krátké a hladké, aby se ze vzduchové suspenze nevytvářely shluky, ale aby se vlákno při vrstvení ukládalo do vrstev se značnými styčnými plochami. Obsah vody v použitém dřevě má značný vliv na vlastnosti hotových desek. Nejlépe se surovina zpracovává, která má vlhkost nad bodem nasycení vláken, optimálně % relativní vlhkosti Rozvlákňování Dezintegrace dřevní hmoty (štěpek) nebo jiných lignocelulozových materiálů na jednotlivá vlákna nebo svazky vláken je hlavní účel rozvlákňování [obr. č. 1]. 18

19 Jde v podstatě o narušení spojení ve střední lamele, přičemž musí být zachována celistvost vlákna a jeho štíhlost. Dezintegrací dřevní či jiné lignocelulozové hmoty na vlákno lze dosáhnout mletím štěpek v různých typech mlýnů nebo holendrů nejlépe za spolupůsobení tepla, vlhkosti a mlecího tlaku eventuálně chemikálií. Hlavní faktory, které ovlivňují kvalitu vlákna vyráběného defibrováním jsou: Teplota při hydrotermické přípravě štěpek ve svislém předehřívači defibrátoru Vlhkost vstupní dřevní hmoty Charakter páry Kvalita mlecích segmentů a stav mlecích disků Mlecí mezera mezi disky Rychlost přechodu suroviny přes mlecí zařízení (tzv. mlecí tlak) Před vlastním rozvlákněním štěpek je výhodné jejich předpaření (hydrotermická příprava). Tento předehřev štěpky plastifikuje. Šnek ze štěpek vylisuje vodu a snižuje obsah vlhkosti dřevní hmoty asi na 85% a tak odstraňuje kondenzát z předpaření. Bez předpaření by byly do svislého předehřívače dávkovány štěpky o teplotě venkovního prostředí a musela by být přidána energie horké páry o mnohem vyšším tlaku k ohřátí štěpek na teplotu C. V mlecí skříni defibrátoru (rozvlákňovače) dochází k rozvláknění a nanesení hydrofobního prostředku (parafín) a ve výfukovém potrubí mlecí skříně k nanesení lepící směsi injekčním způsobem Blow line. Tento systém vylučuje lepidlové skvrny na vylisovaných deskách, systém není třeba čistit, nejsou zapotřebí speciální lepící směsi, ventilátory a chladící systémy, systém je bezporuchový. Obr.č 1 Rozvlákňování dřevní hmoty [ ] 19

20 4.2.2 Kontrola kvality rozvlákňování V praxi se kvalita rozvlákňování většinou kontroluje stanovením stupně jemnosti mletí. Princip tohoto stanovení spočívá na zjištění rychlosti odvodnění vláknité suspenze. Stupeň jemnosti mletí se pak udává v defibrátorových sekundách (firma Defibrátor) nebo ve stupních Schoppera Rieglera (podle konstruktérů přístroje Schopper Riegler). Přístroj stanovuje průměrnou jemnost mletí. Kvalita vlákna se stanovuje až po jeho vysušení a to tzv. síťovou analýzou, kdy se vlákno frakcionuje na vibračním třídiči se síty o různé velikosti ok Příprava lepící směsi a dávkování chemikálií Receptura přípravy lepící směsi, teplota sušení a řízení procesu lisování mají na kvalitu MDF podstatně větší vliv než při použití klasických zanášeček. Proto je nutné při nanášení lepidla injekčním způsobem zvlášť přizpůsobit jeho přípravu a způsob sušení. K tomu účinně přispívá řízení procesu na základě diferenčního tlaku páry v defibrátorech a přesné vážení MDF desek za účelem automatické regulace dávkovacích čerpadel lepidla a parafínu. Parafin je přidáván v tekutém stavu buď do svislého předehřívače na štěpky podrobující se hydrotermické přípravě před vlastním rozvlákňováním v mlecí komoře defibrátoru nebo, a to je častější a výhodnější způsob, do mlecí komory defibrátoru, čímž se dosáhne lepšího rozložení parafinu na vlákně. Sušení vlákna na technologicky požadovanou vlhkost probíhá v horizontálních nebo vertikálních proudových sušárnách, které jsou vyhřívány spalinami zemního plynu nebo dřevního prachu nebo párou přes výměník tepla. Při dávkování lepidla systémem Blow line se vlákno vysušuje na 8 12% Tvorba a lisování vláknitého koberce Sušárny musí být vybaveny kontinuálně pracujícím zařízením pro měření výstupní vlhkosti vlákna a též účinným protipožárním signalizačním a hasícím zařízením. Za sušárnou postupuje vlákno na pásovou váhu, kde je kontinuálně váženo. Od pásové váhy je materiál dopravován do mezizásobníku vlákna a odtud do vrstvící stanice. Zde je formován vlastní koberec vlákna, určený k lisování jenž je opět kontinuálně vážen (kg/m 2 ). Za váhou je z koberce vytlačen vzduch v předzhutňovači a koberec je lisován v kontinuálním předlise, čímž se sníží jeho výška z původních mm (podle tloušťky vyráběných desek ) na mm, tzn. na jednu čtvrtinu. Po průchodu detektorem kovů je nekonečný koberec podélně a příčně dělen tak, aby jednotlivé formáty odpovídaly rozměrům čtyřetážového taktového lisu (3000 x 5650 mm), kde dochází ke konečnému lisování koberce. 20

21 Průběh lisování, zejména rychlost zhušťování vláknitého koberce, je rozhodující pro vytvoření hustotního profilu MDF, který má vliv i na úroveň fyzikálních a mechanických vlastností MDF desek. Vytváření hustotního profilu v povrchových vrstvách (PV) se děje v podstatě v čase mezi uzavíráním lisu a dosažením požadované tloušťky, zatímco ve středové vrstvě (SV) se vytváří hustotní profil teprve poté. Odpor zhušťování závisí na dřevině, teplotě a vlhkosti. Vlákna v PV se zhustí rychleji než studená vlákna uvnitř koberce. Pomalejší uzavírání lisu se projeví tak, že vlákna v důsledku prohřátí a přívodu vlhkosti i ve středové vrstvě se stávají plastickými a tím se dají lépe zhustit. Toto uzavírání a tedy dlouhé časy zhušťování vedou k plochým hustotním profilům. Nevýhodou a z toho plynoucí nutností jsou vysoké přídavky na obroušení. U kontinuálních lisů, které se ve světě používají nejčastěji, je realizován přívod vlhkosti do koberce buď parním nárazem nebo parní injektáží v lisu. Linky, které používají parní injektáž vyrábějí MDF desky téměř s konstantním hustotním profilem v jejich průřezu. Je složeno z aerodynamického dutého tělesa, které je upevněna na břevnu kolmo na směr výrobního toku a to přes celou šířku koberce, břevno je výškově stavitelné a nachází se vždy uprostřed jakékoliv tloušťky vláknitého koberce. Následně je přiváděna pára, která je rovnoměrně rozstřikována z horních a dolních trysek do obou polovin vláknitého koberce. Po parní injektáži je horní polovina koberce položena na spodní. Systém poskytuje mnoho výhod např. při stejné lisovací teplotě větší výrobní rychlost, a to až o 20 %, příznivě ovlivňuje obsah vlhkosti vláknitého koberce a tím i MDF desek, podporuje dosažení vyšší pevnosti v tahu kolmo na rovinu desky a také kladně ovlivňuje hustotní profil, který je tak plošší, protože prohřáté středové vrstvy jsou elastičtější a tím rychleji zhustitelné. Zvláštním lisovacím režimem (krokové uzavírání lisu) dochází k nestejnoměrnému, ale symetrickému rozložení hustoty v celém průřezu materiálu, což má velký vliv na výslednou kvalitu desky. Hustota MDF je ve vzájemné závislosti s většinou vlastností těchto desek. Zhušťovací proces při jejich výrobě musí být veden tak, aby vzniklo, co největší hustotní maximum a tento vrchol je co možná nejblíže u povrchu MDF desky, tzn. na okraji profilu. Výsledný hustotní profil má podstatný vliv na obrábění MDF desek, ovlivňuje např. opotřebení nástrojů při frézování. Lisovací čas je závislý na teplotě, obvyklá teplota C. Po vyjmutí z lisu jsou MDF desky chlazeny v hvězdicovitých turniketech. Poté jsou příčně a podélně děleny, stohovány a odváženy do meziskladu za účelem zrání. Následuje broušení na širokopásových bruskách. Doporučená rychlost brusného pásu je 1500 m/min. Tloušťková tolerance broušených MDF desek se pohybuje v rozmezí 0,1-0,2 mm. 21

22 Tato teoretická část ukazující důležitost správného vytvoření hustotního profilu je laboratorně ověřena v kapitole 9. Experimentální měření, kde je popsán přístroj X Ray stense LAB vyrobený v Německu pro měření hustotního profilu u MDF desky s přesností na 0,01 mm. Jsou zde zároveň popsány a vysvětleny výsledky této zkoušky. Po broušení následuje povrchová úprava, podle typu zvolené varianty a odběratele. 4.3 Vlastnosti MDF desek Desky na bázi dřeva mají oproti přirozenému dřevu některé výhody, jako např. menší stupeň variability a nižší anizotropii. MDF deska představuje homogenní velkoplošný materiál, který se dá téměř bezproblémově použít v nábytkářském průmyslu. Vyznačují se hladkým, stabilním povrchem a homogenností v průřezu. Vysoká rozměrová stabilita a vysoká mechanická pevnost je docílena jemnou strukturou vláken. Desky MDF jsou vyráběny v tloušťkách od mm a o hustotě od kg/ m 3. Na základě velmi jemné, homogenní struktury desky mohou být boky a také plochy profilované. Desky nad 15 mm tloušťky mají dobrou pevnost na ploše i boku pro udržení šroubů. Velkou předností je vysoká pevnost držení vrutu v úzké boční ploše, což představuje velký problém u třískových desek. Díky dobrým vlastnostem při opracování i na bocích a dobrým možnostem lakování a potahování vznikají pro tento materiál nové možnosti tvarování. MDF lze použít pro výrobu téměř jakýchkoliv profilů, jejíž tvary jsou ohraničeny pouze fantazií jednotlivých designérů, ale je výhodnější se vyhýbat ostrým hranám, neboť jsou velmi citlivé na poškození a způsobují problémy při broušení a dokončování. U hlubokých a komplikovaných profilů, kde se odebírá velké množství materiálu, je doporučováno nejdříve profil vytvořit nahrubo a postupně následujícími operacemi vytvořit konečný profil s vysokou kvalitou povrchu. 4.4 Možnosti dokončování MDF desek U MDF desek můžeme provádět operaci frézování, jedná se o operaci, při které však na povrchu vznikají vlnovité nerovnosti, a to v důsledku otáček stroje, počtu břitů a rychlosti posuvu. Při stanovování kvality obráběného dílce je rozhodujícím faktorem počet vlnek na jednotku délky, udávanou v centimetrech. U masivního dřeva se akceptuje 6 vlnek na 1 centimetr, při obrábění MDF (vzhledem k jemné materiálové struktuře) je nutné pro dobrý, jakostní povrch docílit minimálně 8 vlnek na 1 cm.. Navazující operací na frézování je broušení. Poslední broušení probíhá brusnými pásy o zrnitosti 150, takže ve většině případů může být povrchová plocha přímo dokončována. 22

23 Při dokončování materiálem o nízkých tloušťkách a např. na vysoký lesk, se doporučuje jemné broušení povrchu brusnými pásy o zrnitosti 160/200/240. Používá se oscilační ruční bruska nebo podélná či širokopásová bruska s oscilační patkou. Doporučené rychlosti posuvu jsou od m/min. Broušení je doprovázeno vznikem velkého množství prachu, který je nebezpečný, proto je důležité, aby bylo zabezpečeno účinné odsávání prachu. Prach vznikající obráběním MDF je velmi jemný, a proto velmi nebezpečný, z hlediska možnosti vzniku požárů a explozí. Odstraňování přeřezaných vláken a odstraňování stop po opracování frézovacím nástroje představuje velmi důležitý úkon, jelikož je tímto možno předejít eventuálním těžkostem při dokončování MDF např. lakováním. MDF desky se dají poměrně lehce spojovat, ať už pomocí speciálních vrutů a válcovým dříkem, kolíků tak také jinými materiály pomocí lepených spojů, známých u spojování masivního dřeva. Tato možnost spojování vyplývá z homogenního hustotního profilu a kompaktnosti MDF (Hrázský a Král 2007). 4.5 Varianty povrchové úpravy MDF Mezi běžně používané postupy patří dokončování nátěrovými hmotami, povrchová úprava papírovou folií, povrchová úprava melaminovými foliemi a dýhování. Vhodnost použití systému je dána typem dokončovacího zařízení, které má výrobce k dispozici a hlavně zmiňovanými požadavky na vysokou kvalitu povrchové úpravy MDF. Vlivem zvyšujících se nároků kladeným na kvalitu MDF desek se provádí různé povrchové úpravy. Rozvoj výroby povrchově upravovaných dílců si vyžádal a vyžaduje technologické změny i na tomto úseku výroby nábytku, např. v posledních letech se začala klasická technika úpravy povrchu dýhováním nahrazovat materiály, jež dýhu lehce nahradily a dalo by se říci, že i předčily. Postupně se začaly vyrábět stroje, které dílce dokázaly olepit dýhou později i dalšími materiály. Vývoj a realizace těchto strojů se odvíjela od rostoucí výroby nábytku, zejména dýhovaného. Také rozvoj chemického průmyslu např. vývoj nových lepidel nebo vývoj výroby přesných a povrchově dokonale opracovaných materiálů další vývoj jen urychlil. Impulsem nebylo jen nahrazení dýh drahých exotických dřevin materiálem esteticky stejně hodnotným a přitom ekonomicky podstatně výhodnějším, ale také vytvoření umělé modifikace náhražky, jejíž použití přinese řadu výhod např. zjednodušení samotného výrobního procesu úpravy povrchu konstrukčních dílců a tím určitě v konečném důsledku zvýhodnění celkové výroby po ekonomické stránce. 23

24 4.6 Požadované hodnoty na MDF Středně husté dřevovláknité desky (MDF) vyrobené suchým způsobem musí splňovat všeobecné požadavky normy ČSN EN Vláknité desky Požadavky Část 5 : Požadavky na desky vyrobené suchým procesem (MDF). V normě jsou uvedeny požadavky na MDF desky určené do suchého prostředí a jsou znázorněny v tabulce č. 1. Z této normy vychází firma LIGNOR centrum s.r.o. při nákupu MDF desek, jako podstatného požadavku pro výrobu kvalitních oplášťovaných dílců. Tabulka č.1: Požadavky na kvalitu MDF desek pro všeobecné použití v suchém Vlastnost Bobtnání po 24h. prostředí dle normy ČSN EN Metoda zkoušení Jednotka Rozsah jmenovitých tloušťek [ mm] 1,8 >2,5 >4 až >6 až >9 až >12 >19 až až až 19 až 30 2,5 >30 > 45 až 45 EN 317 % Rozlupčivost EN 319 N/ mm 2 0,65 0,65 0,65 0,65 0,60 0,55 0,55 0,50 0,50 Pevnost EN 310 N/ mm Modul N/ pružnost v EN 310 mm 2 ohybu Možnosti použití MDF Protože se jedná o kompozitní materiály, je pro určitou desku často možné realizovat požadavky, které jsou přesně nasměrovány na uvažované použití. Příkladem je vývoj polotvrdých vláknitých desek pro nábytek a zčásti pro nosné použití v průmyslu. Vývoj těchto desek stále pokračuje a doposud nebyly stanoveny všechny charakteristické mechanické vlastnosti. Desky MDF desky se používají místo běžných třískových desek tehdy, pokud záleží na jemném povrchu dílů, které mají být lakovány krycím lakem nebo kašírovány foliemi. 24

25 Po obroušení se MDF desky uplatňují zejména v průmyslové výrobě různě frézovaného nábytku jako náhrada masivního dřeva, při výrobě stylového nábytku, kuchyňského nábytku, moderního nábytku do obývacích pokojů a ložnic, nálisků a profilovaných lišt, dále také hudebních nástrojů, hudebního nábytku, polic, zásuvek, hraček atd. Velký rozsah tloušťek (8, 10, 12, 16, 18, 19, 22, 25, 28, 30, 32 mm) umožňuje jejich použití v různých oblastech. Podle požadavků zákazníka je možné dodat různé rozměry přesných nábytkářských přířezů. Posuzujeme-li využití MDF je potřeba také přihlédnout na úspory surovinových a výrobních nákladů, zvýšení produktivity práce, vytváření nových designů. Obr. č. 2 Povrchově neupravená MDF deska [ 25

26 5. Tavné lepidlo použité k nalepení folie 5.1 Přednosti a nedostatky lepení Společnost klade na výrobce nábytku stále vyšší nároky, proto potřebují tito výrobci kvalitnější, rychlejší a modernější stroje a přípravky pro uspokojení zákazníků, jejichž zájem zaručuje firmě prosperitu a dobré postavení na trhu. Proto je otázka lepení, vznik pevného a výborného spoje a v našem případě olepení aglomerovaného materiálu v požadované kvalitě tak důležitým a zásadním tématem a v mnoha ohledech i stále problémem. Společným znakem je skutečnost potřeby účinného spojovacího systému. Základním řešením je použití vhodného lepidla, odpovídajícímu aplikačnímu zařízení a také pomocného materiálu (folie). V současné době se stále více dostávají do popředí systémy spojování nejrůznějších materiálů pomocí lepidel. Přibližně 25% objemu trhu lepidel se aplikuje při plošném lepení povrchu dřevotřískových desek, při hranování kolmých hran, olepování tvarovaných hran a oplášťování lišt, latí a profilovaných panelů obkladů stěn. 5.2 Obecné vlastnosti lepidel a teorie lepení Lepidla patří do skupiny nekovových materiálů, mezi nekovové materiály schopné spojit volné části tuhých těles v důsledku přilnavosti k jejich povrchu a vnitřní pevnosti (adheze a koheze). Pro dobré přilnutí lepidla na povrch substrátu, musí obsahovat části, které budou dostatečně provhlčeny. Schopnost provhčení substrátových povrchů závisí na jejich povrchovém napětí, dále je důležitá vnitřní pevnost lepidla, po ztuhnutí musí být vyšší než vnitřní pevnost slepovaných substrátů. Podle charakteru lepidla probíhá proces ztuhnutí: I. Odpařením vody II. Ochlazením taveniny III. Chemickou reakcí Lepením označujeme trvalé spojení materiálů, součástí dílců a celých výrobků roztokem lepidla, kapalnou látkou nebo látkou v pevném stavu, která přechází do stavu kapalného. Lepidlo je nutno dále navrhovat tak, aby se proces lepení mohl včlenit do stávajícího výrobního procesu. Proto se vyžaduje, aby počáteční přilnavost, doba tuhnutí a zpracovatelnost lepidla byly přesně přizpůsobeny daným podmínkám. Pro tyto důvody se v průmyslové oblasti používají rozličné typy lepidel. Jednotlivé typy lepidel se odlišují ve formulacích i v technologických předpisech aplikace. Stále větší důraz 26

27 se klade na hospodárnost technologie, ochranu pracovníka, a co nejmenší dopad na životní prostředí. Lepení je v současné době jedna z nejprogresivnějších výrobních technologií a technik používaných v nábytkářském průmyslu. Vývoj nových druhů lepidel, zejména syntetických, umožňuje realizaci plynulých výrobních procesů při lepení. Použití kvalitních lepidel, vhodně zvolené typu lepidla, jeho vlastností, dodržení zásad a pokynů výrobců, technologie, zásad nanášení a nových technologických postupů vytváří předpoklady pro kvalitní lepení a pro výrobu kvalitního nábytku. Technologický proces lepení se skládá z dílčích na sebe navazujících operací - nanášení lepidla, skládání lepených materiálů, vytvrzování lepidla při současném působení tepla a tlaku resp. bez působení tepla a tlaku. Jedním z předpokladů pro to, aby nastala adheze lepidla k lepenému materiálu je, aby z plochy materiálu, který vstupuje do procesu lepení, byly odstraněny mechanické a chemické nečistoty jako je prach, piliny, mastnota. Technologie lepení se stala důležitým prvkem modernizace montážních a dokončovacích prací ve většině výrobních odvětví. I když lepidla mají dlouholetou historii, mají ještě stále určitou perspektivistu vývoje. Je to proto, že lepení patří mezi nejefektivnější způsoby spojování různých substrátů. Použití lepidla však není možní všude a vykazuje tedy i své nedostatky v podobě použití ve vymezeném intervalu teplot (nejsou odolné teplotám již několik stupňů pod jejich bodem měknutí). V současné době je velké množství druhů a typů lepidel, které nemají totožné vlastnosti a mohou se tedy někdy vyskytnout problémy při jejich aplikaci. Proto je důležité a nutné prověřit : Možnost náchylnosti ke studenému toku Náchylnost na negativní vliv vlhkosti Přítomnost škodlivých látek při aplikaci (někdy) Vliv okolního prostředí, teploty, vlhkosti Průběh používání a při likvidaci. 27

28 5.3 Praktické vlastnosti lepidel Pro dosáhnutí specificky vyšší lepivosti u lepidla, tedy dosáhnutí vyšší polarity nebo povrchového napětí, se do směsi přidávají modifikační komponenty, např. pryskyřice. Důležitou vlastností je také tekutost lepidla a jeho tixotropní vlastnosti. Tyto vlastnosti určují míru vsakování do pórů slepovaných substrátů a zabezpečují nestékavost na kolmém povrchu. Použití lepidel vyžaduje řadu technických vlastností a obchodních podmínek : Jednoduchou přípravu před aplikací a dlouhodobou životnost lepící směsi Snadnou a rovnoměrnou aplikaci, např. roztíratelnost, stříkatelnost Dobrou pevnost spoje a dostatečnou pružnost tlumící vliv objemových změn substrátů Nízkou náročnost na teplotu a tlak při aplikaci Dlouhodobé zachování inertní barvy adhezivního spoje a okolí Vysoký obsah sušiny a co nejdelší skladovatelnost Regulovatelný čas pro spojení substrátu, teda zaschnutí, ztuhnutí, vytvrzení Malé smrštění po vytvoření adhezivního spoje Dobrou odolnost povětrnostním vlivům, zvýšené teplotě a mikrobiologickým činitelům Zabránění výskytu látek porušujících bezpečnostní předpisy a zdravotně nevyhovujících látek při aplikaci a při amortizaci Minimální vliv na opotřebení aplikačního zařízení Přiměřená cena beze změn v co nejdelším horizontu Operativní dostupnost pro nákup a dodávky Pohotovostní servis při změně podmínek vzniku adhezivního spoje 5.4 Historie lepidel a lepení K nejstarším spojovacím prvkům patřily živočišné výkaly a bláto, bitumen (ropa, zemní plyn, přírodní asfalt tj. přírodní hořlaviny rozpustné v organických rozpouštědlech), klihy (zpracované z kostí, rybích šupin atd.). V 19. století s rozvojem průmyslové výroby se zavádí lepidla klihová a škrobová pro papírenský a dřevařský průmysl. Mezníkem se stal pro použití lepidel vývoj syntetických produktů začátkem 20. století. Největší změny, technologický rozvoj a ekonomický efekt v mnoha oblastech průmyslu v použití lepidel nastal během posledních 50. let. Lepidla v těchto oblastech představují důležitý pomocný 28

29 materiál při konstrukci výrobků, který přispívá k zdokonalení jejich kvality, snížení finanční nákladnosti a např. časové náročnosti na jejich výrobu. Dnes existuje i nepřeberné množství adheziv, určených k lepení folií. Jejich použití není všestranné a určit správný typ, je často kompromisem mezi cenou lepidla a jeho funkčními vlastnostmi. Nedostatky lepidla se však většinou projevují až při jeho aplikaci ve výrobě a velmi často až u konečného zákazníka. Proto je nutné věnovat výběru správného lepidla a jeho odzkoušení dostatečnou pozornost, neboť jeho podcenění by mohlo mít velmi špatné následky a to nejen ztrátu zákazníka, ale i ztrátu dobrého jména firmy. 5.5 Historie, vývoj a vlastnosti tavných lepidel Tavná lepidla jsou směsi termoplastických hmot a přísad, které se vyznačují tím, že jsou za normální tepoty nelepivá a neobsahují žádná organická rozpouštědla. Rozdělení tavných lepidel podle způsobu vytváření adhezivního spoje: Uzavíratelná Polymerní směs na bázi etylenvinylactátu Neuzavíratelná Polymerní směs na bázi etylenvinylactátu bez vosku nebo v kombinaci s jiným polymerem Na tlak citlivá polymerní kaučukovitá Průmyslové podniky nemají čas ani možnosti podrobně zkoumat jemné odlišnosti na první pohled vlastnostmi téměř shodných lepidel. Tyto jemné odlišnosti však mnohdy rozhodují o technickém a tím i obchodním úspěchu firmy. Proto je nanejvýš nutné se těmto otázkám empiricky věnovat např. na nezávislé univerzitní půdě. Tavná lepidla patří mezi nejnovější a nejpočetnější druhy lepidel, proto je práce zaměřena na jeden druh tavných lepidel a to tavná lepidla na polyolefinické bázi APAO, jejich výhody nevýhody, vlastnosti a vhodnost použití. V kapitole 9. Experimentální měření, je provedena analýza 2 druhů tavných lepidel na polyolefinické bázi a následně jejich porovnání, grafické znázornění a celkové zhodnocení. 29

30 Polyolefinická lepidla se skládají z amorfního poly-alfa olefinu, pryskyřice a vosku. Plniva nebyla v tomto projektu tolerována z důvodu nebezpečí zvýšeného opotřebení tryskové soustavy nanášecího zařízení (abrazivní účinky minerálního plniva). Pro lepidla tohoto typu se vžila zkratka APAO. Výhodou APAO lepidel bývá výborná adheze na nepolární povrchy, delší otevřená doba a zejména zvýšená teplotní odolnost spoje. Není problém dosáhnout bodu měknutí lepidla okolo 120 C. Teplotní odolnost spoje se potom pohybuje okolo 100 C a to je již s rezervou dostatečná hodnota i pro obalování nábytkových MDF profilů dekoračními foliemi. Samozřejmě nevýhodou pro komerční využití je vyšší cena ve srovnání s tavnými lepidla na bázi EVA kopolymerů. Otevřená doba je parametr závislý na bodu měknutí (čím vyšší bod měknutí, tím kratší otevřená doba), ovšem i tak je možné dosáhnout hodnot až 3-5 minut od nánosu lepidla. Strukturální změny ve vychládající tavenině APAO lepidla jsou pomalejší než u lepidel na bázi Eva kopolymerů a to je důvodem, proč může být otevřená doba delší. Tavná lepidla se nanášejí v podobě taveniny na papír a před úplným vychladnutím musí dojít ke slepení papíru a MDF podkladu. Podstatnou výhodou tavných lepidel je to, že nemusí zůstat po vychladnutí tak měkká a už vůbec nemusí být trvale lepivá jako disperzní PSA lepidla. Tavná lepidla těží z výhody nízkého povrchového napětí taveniny. Vzhledem k tomu, že taveniny mají newtonovskou reologii, není zde problém s nastavováním tokových vlastností. Viskozita lepidla pro štěrbinové nanášení by měla být v rozmezí od 1500 do 6000 mpas, což je dost široký interval, umožňující větší volnost ve formulaci lepidla. Navíc lze viskozitu regulovat nastavením aplikační teploty od 150 C do 190 C. Tavná lepidla jsou schopna lepit v určitém časovém rozmezí, které není přesně ohraničeno poklesem teploty taveniny. Ještě i po relativním vychladnutí kapaliny je povrch lepidla schopen přilepení, protože strukturální změny lepidla ještě neproběhly a amorfní materiál lepidla je stále aktivní. Za normální teploty jsou tavná lepidla pevné látky termoplastického charakteru. Ke zpracování se roztaví a nanáší se pouze na jeden povrch. Tavná lepidla mohou být ve stavu sklovitém (tvrdě elastickém), což je základní skupenství za normální teploty, ve stavu viskoelastickém (měkce elastickém), což je stav změknutí za působením zvýšené teploty a plastickém, v tomto stavu je lepidlo ve stavu taveniny. Ochlazením se tavné lepidlo vrací ze stavu plastického přes viskoelastický do sklovitého. 30

31 Obrázek č. 3: Typický cyklus účinnosti tavného lepidla po roztavení [GELBIČ, J. Tavná lepidla, aplikace syntetických lepidel v knihařství balení a kartonáži výrobě nábytku] Principy aplikace tavných lepidel: Aplikace může být ve formě kapky, přerušovaných proužků, rastrovacích plošek, a rozprášených kapek. Způsob aplikace taveniny na substrát je dotykem (válečkem s ozubeným kolečkem) a nástřikem - tryskovým systémem. Lepidlo se v připraveném stavu nanese na adherent a druhá plocha se k němu přitlačí a tlakem zalisuje Úskalí použití tavných lepidel pro oplášťování profilů 1) Ekonomická stránka - nutnost zakoupení finančně náročnější tavné technologie: Nanášecí zařízení je ve srovnání s podobným zařízením na tekutá lepidla výrazně komplikovanější a tím i dražší. Přistupují také náklady na provoz, zejména na elektrický ohřev. 2) Nutnost správného a přesného nastavení aplikačních parametrů: prvotní nastavení oplášťovacíí linky je složitější než u podobných zařízení na kapalná lepidla a je náročnější také na kvalifikaci obsluhy. 31

32 5. 7 Přednosti použití tavných lepidel pro obalování profilů 1) Vliv na životní prostředí a jeho ochrana: tavná lepidla obsahují 100% aktivních složek, žádné pomocné látky (rozpouštědla) se z nich při aplikaci neodpařují. Odsávací zařízení má zde proto pouze funkci odstranění typické pryskyřičné vůně roztaveného lepidla, která by mohla obtěžovat obsluhu oplášťovací linky. 2) Skladovatelnost tavných lepidel je bezproblémová: tavná lepidla mají záruční dobu 2 roky, nevadí jim skladování v netemperovaných skladech v zimním období. Nepodléhají biologické degradaci. 3) Snadnější údržba zařízení: Po skončení pracovní směny není nutné čištění stroje. Po opětovném zapnutí ohřevu se lepidlo převede do tekutého stavu a může se pokračovat v lepení. Tento přístup je výrazně šetrnější k životnímu prostředí, protože se omezuje vznik odpadů z technologie lepení (Kachyňa a Krontorád 2004). 6. Impregnovaná papírová folie Rozvoj výroby aglomerovaných materiálů, jejich stále zvyšující se spotřeba a náročnost konečného spotřebitele donutila výrobce aglomerovaných materiálů (MDF deska) zvýšit finalizaci svých výrobků a dodat jim, tak vyšší kvalitu, trvalost, životnost, dokreslení přirozené kresby dřeva a ekonomické zhodnocení. Výrobci tedy začali svoje výrobky povrchově upravovat. Tomuto trendu napomohla i skutečnost, že stoupající požadavky nábytkářského průmyslu na povrchově upravené velkoplošné materiály nebylo možné použít klasické povrchové úpravy. Proto i nábytkářský průmysl obohacení trhu o aglomerované materiály s novou povrchovou úpravou uvítal. V současné době se povrch těchto materiálů upravuje mnoha způsoby, které můžeme následovně rozdělit: 1. podle podmínek použití upraveného materiálu: - vnitřní účely (interiérové použití) - vnější účely (exteriérové použití) 2. podle materiálu použitého na povrchovou úpravu: - mokrá povrchová úprava: nanášení tmelů, tekuté nátěrové látky, moření, potiskování, lakování a reliéfování. 32