Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.15 Konstrukční materiály Kapitola 31 Chemické látky používané pro výrobu Tomáš Wolny 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 CHEMICKÉ LÁTKY POUŽÍVANÉ PRO VÝROBU... 1 1.1 TAVNÁ LEPIDLA... 2 1.2 LEPIDLA PRO MATERIÁLY Z MASIVU A MONTÁŽNÍ LEPIDLA... 2 1.2.1 Polyvinylacetátová lepidla (PVAC)... 2 1.2.2 Kaučuková lepidla... 3 1.3 LEPIDLA PRO AGLOMEROVANÉ MATERIÁLY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 5 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 6
Úvod anotace Výukový materiál se zabývá Chemickými látkami používaných pro výrobu konstrukčních materiálů na bázi dřeva, jejich rozdělením, výrobou a použitím. Výklad je doplněn kontrolními otázkami k procvičování a opakování. Cílem výukového materiálu je poskytnutí dostatečného množství informací o široké škále těchto materiálů na bázi dřeva a operacích spojených s tímto materiálem. Výukový materiál je součástí celku, který se zabývá souhrnem nejčastější používaných Konstrukčních materiálů na bázi dřeva v dřevařské a nábytkářské výrobě. Zpracovaný materiál je možné použít při vyučování studijního oboru nábytkářství 33-42- M/01a učebních oborů truhlářů 33-56-H/01, tesařů 36-64-H/01. Vzdělávací materiál svým obsahem, pokrývá podstatnou obsahovou část tematických celků v odborných předmětech Nauka o materiálech. 1
1 Chemické látky používané pro výrobu V minulosti byla pro lepení dřeva využívána hlavně přírodní lepidla (glutinová, kaseinová a albuminiová). V průmyslové výrobě byla tato lepidla postupem času nahrazena lepidly syntetickými. Své místo však mají neustále ve specializovaných řemeslných výrobách, jakými jsou restaurování a výroba replik historického nábytku a uměleckých předmětů, výroba a opravy hudebních nástrojů apod. 1.1 Tavná lepidla Mezi nejnovější druhy lepidel patří tavná lepidla, která se svým složením a technologií zpracování výrazně liší od ostatních typů používaných pojiv. Za běžné teploty to jsou pevné látky termoplastického charakteru. Zpracovávají se tak, že se zahřejí na teplotu tání, která se pohybuje obvykle mezi 180 až 210 C. Při této teplotě se roztaví, zkapalní a stanou se lepivými. Při poklesu teploty pod tuto hranici opět tuhnou (Nutsch, 1999). Největší výhodou tavných lepidel je vysoká produktivita práce, kdy lepidlo po nanesení velice rychle tuhne. Nanesení lepidla a vytvrzení trvá jen několik sekund a zpracovávaný výrobek může pokračovat na další pracovní operaci. V dřevařském průmyslu se tavná lepidla používají zejména při olepování hran, profilů, sesazování dýh a při montážím lepení. S vývojem těchto lepidel se vyvinuly i nové stroje olepovačky. Jedná se o stroje, které v základním provedení mají zásobník na tavné lepidlo, které se taví, nanáší na boční plochu dílce a následně se na dílec přitlačuje olepovací materiál (papírová páska, ABS hrana, dýha, atd.). Nejmodernější a nejsložitější olepovačky pak v sobě dále sdružují další agregáty, jejichž přítomnost vede ke zvýšení produktivity a kvality práce. 1.2 Lepidla pro materiály z masivu a montážní lepidla 1.2.1 Polyvinylacetátová lepidla (PVAC) Vznikají polymerizací termoplastu vinylacetátu. Polyvinylacetát se nerozpouští ve vodě, ale jeho velmi malé částice jsou ve vodě jemně rozptýleny (dispergovány). Tato lepidla se vyskytují pouze v kapalné podobě a mají mléčně bílou barvu. Bez přídavku tvrdidel vytvrzují fyzikálně, s přidáním tvrdidla vytvrzují zčásti fyzikálně a zčásti chemicky. PVAC lepidla jsou ve stavu okamžitého použití, nemusí se do nich přidávat žádné přísady. Vyžadují-li to technologické podmínky, je možné je ředit vodou do asi 3 %. Teplotní odolnost lepeného spoje je 40-60 C, u dvouslokových lepidel až 150 C. Nad tyto teploty začínají spoje měknout. Spoje zůstávají v obou případech elastické, nepodléhají stárnutí a jsou odolné proti plísním. Tato lepidla nezpůsobují zbarvování dřeva, ale nesmí přijít do styku se železem. Prosáknuté lepidlo lze odstranit organickými rozpouštědly. Lepidla je možné modifikovat podle účelu použití: montáží, dýhovací, pro lepení ploch opatřených laky. 2
1.2.2 Kaučuková lepidla Dodávají se pouze v kapalné formě a k jejich ředění je zapotřebí speciálních ředidel. Při zpracovávání těchto lepidel se uvolňují hořlavé a zdraví škodlivé výpary. I tyto druhy se dají zpracovávat jako dvousložková s tvrdidly, kdy se pak z těchto lepidel stávají lepidla elastická dochází k částečnému zesíťování. 1.3 Lepidla pro aglomerované materiály Pro výrobu aglomerovaných materiálů se ve dřevozpracujícím průmyslu nejčastěji používají tyto druhy lepidel: močovino-formaldehydové (UF), fenol-formaldehydové (PF), melamin-formaldehydové (MF), izokyanátové a jeho polymery (MDI). Díky nízké ceně jsou UF lepidla nejrozšířenější především u výrobků pro interiérové využití. Tato lepidla ale nejsou vhodná pro výrobky do vlhkého prostředí, proto se někdy vylepšují MF lepidly, která mají podobnou strukturu a jsou odolnější proti vlhkosti. Obvykle však ani tato kombinace nesplňuje podmínky pro použití výrobku v exteriéru (Sedliačik, 1998). MF lepidla jsou také často z důvodu vyšší ceny melaminu modifikovány UF lepidly. Takto upravená lepidla pak bývají značena zkratkou MUF (melamin-močovino-formaldehydová lepidla). Váhový poměr melamin/močovina se během více než 40 let průmyslového využívání dostal z původně 70/30 až na dnešních 40/60. Existují i lepidla kde poměr melamin/močovina je 30/70, ale jejich použití je po výrobky do exteriéru nevhodné. Moderní továrny pro výrobu aglomerovaných materiálů pro nosné účely většinou používají PF lepidla (rozšířeno hlavně v Severní Americe), nebo kombinaci MF lepidel na třísky pro povrchové vrstvy a MDI lepidel na třísky pro středovou vrstvu. Výhodou MDI lepidel je snížení lisovacího času, které vede ke snižování nákladů. Za jejich nevýhodu je možno považovat dobrou lepící schopnost a přídržnost k oceli vedoucí k nutnosti používání chemických separátorů při lisování. Evropské závody, používající při výrobě aglomerovaných materiálů víceetážových lisů, většinou kombinují lepidla na bázi MUF a MDI. V některých provozech jsou na kontinuálních lisech vyráběny materiály lepené pouze MDI lepidly. Kombinace MUF lepidla pro povrchové vrstvy a MDI pro jádrovou vrstvu dosahuje velmi dobrých výsledků v pevnostních zkouškách (Thelandersson, Larsen, 2003), zejména díky větší pevnosti lepidel na bázi MDI. Větší pevnost lepidel MDI je vysvětlována jeho vyšší odolností proti teplu a prostorově se síťovanými spoji, které jsou vytvářeny reakcí isokyanátové skupiny s vodou. Na fyzikální vlastnosti produktu má dále vliv množství použitého lepidla. Tloušťkové bobtnání a odolnost proti vlhkosti se zvyšujícím se obsahem lepidla zlepšují. Tento fakt je vysvětlován snížením hygroskopicity, snížením prostupnosti ztenčenin buněčných stěn, a dále pak možným vznikem nových vnitrobuněčných vazeb. Se stoupajícím obsahem lepidla se zlepšují i mechanické vlastnosti, ale protože lepidlo je nejdražší slokou při výrobě desek, zvyšuje se také jejich cena. Výjimečně se jako pojivo pro výrobu aglomerovaných materiálů používá cement. Jako v případě ostatních lepidel se stoupajícím množstvím cementu se zlepšují mechanické vlastnosti. Oproti deskám lepeným syntetickými lepidly mají materiály lepené cementem větší hustotu a dosahují nižších hodnot při zkoušce rozlupčivosti. 3
Kontrolní otázky: 1. Jaková lepidla byla nejčastěji využívána v minulosti. 2. Uveď příklady chemických látek používaných k výrobě velkoplošných materiálů. 4
2 Doporučená literatura 1. Zdeňka Křupalová. Nauko o materiálech. Sobotáles Praha, 2008. ISBN 978-80-86817-25-5 2. Nutsch, W. A kol. Příručka pro truhláře. Sobotáles Praha, 1999. ISBN 80-85920-60-3 5
3 Použitá literatura a zdroje 1. Zdeňka Křupalová. Nauko o materiálech. Sobotáles Praha, 2008. ISBN 978-80-86817-25-5 3. Nutsch, W. A kol. Příručka pro truhláře. Sobotáles Praha, 1999. ISBN 80-85920-60-3 6