Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta. Vliv pojivové báze lepidel na pevnost a houževnatost lepeného spoje listnatých druhů dřev

Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nábytku, designu a bydlení Vliv pojivové báze lepidel na pevnost a houževnatost lepeného spoje listnatých druhů dřev Diplomová práce 2013 Bc.Vladimír Mrňous

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Vliv pojivové báze lepidel na pevnost a houževnatost lepeného spoje listnatých druhů dřev zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:.. podpis studenta

Poděkování Mé poděkování za odborné vedení a cenné rady patří především vedoucí mojí diplomové práce doc. Ing. Daniele Tesařové, Ph.D. Dále bych chtěl poděkovat panům Vojtěchu Vičarovi a Ing. Petru Čechovi, Ph.D. za jejich ochotu, rady a pomoc při výrobě zkušebních vzorků. Také bych chtěl poděkovat doc. Ing. Vladimíru Grycovi, Ph.D. za umožnění konzultace. A také všem, kteří mi ochotně pomáhali, jak s přípravou práce, tak i s poskytnutím materiálu na výrobu vzorků.

Abstrakt Jméno: Vladimír Mrňous Název diplomové práce: Vliv pojivové báze lepidel na pevnost a houževnatost lepeného spoje listnatých druhů dřev Tato diplomová práce se zabývá stanovením rázové houževnatosti lepeného spoje listnatých druhů dřev, vystavených klimatickým podmínkám. Rázová houževnatost byla zjišťována pomocí Charpyho kladiva. Jako zkoušená dřeva byla použita buk, dub a jasan. Zkoušené vzorky byly lepeny dvěma druhy lepidel. Jednalo se o jednokomponentní reaktivní lepidlo na bázi polyuretanu a jednosložkové lepidlo ze syntetických pryskyřic na bázi polyvinylacetátu. Zkušební tělesa byla vystavena působení normálních klimatických podmínek, snížené teplotě, zvýšené teplotě a kombinaci snížené a zvýšené teploty. Práce se dále zabývá analýzou vlivu použitého druhu dřeva, lepidla a klimatických podmínek na pevnost lepeného spoje. Klíčová slova: Rázová houževnatost, Charpyho kladivo, pevnost lepeného spoje, lepený spoj, lepidlo, reaktivní lepidla, roztoková lepidla, klimatické podmínky.

Abstrakt Name: Vladimír Mrňous Name of the thesis: Impact of glues binder basis on strenght and toughness of glued joints of broadleaved woods. This thesis provides assessment of surge toughness of glued joints of broadleaved woods exposed to climatic conditions. The surge toughness was investigated with the aid of Charpy s hammer. The examined woods were beech, oak and ash. The examined samples were glued with two types of glues. Single-component reactive glue on basis of polyurethane and single-component glue from synthetic resin on basis of polyvinyl acetate were used. The tested bodies were exposed to impact of ordinary climatic conditions, low temperature, high temperature and combination of low and high temperature. This work additionally analyse impact of the used type of wood, glue and climatic conditions to the strenght of glued joint. Key words: surge toughness, Charpy s hammer, strength of glued joint, glued joint, glue, reactive glues, solution glues, climatic conditions.

1 Úvod... 10 2 Cíl práce... 11 3 Literární část... 12 3.1 Stavba dřeva... 12 3.1.1 Chemické složení dřeva... 12 3.1.2 Anatomická stavba listnatých druhů dřev... 14 3.2 Mechanické vlastnosti dřeva... 16 3.3 Podstata lepení... 17 3.3.1 Lepidla... 18 3.3.2 Teorie lepení... 18 3.3.2.1 Mechanická teorie... 18 3.3.2.2 Specifické teorie adheze... 19 3.3.3. Smáčivost... 23 3.3.4 Reologie lepidel... 23 3.3.4.1 Reologie lepidel před nanášením... 23 3.3.4.2 Reologie lepidel při vytvrzování... 24 3.3.4.3 Reologie vytvrzených lepidel... 24 3.3.5 Faktory vztahující se k lepenému materiálu... 24 3.3.6 Faktory vztahující se k lepidlu... 26 3.3.7 Faktory vztahující se k technologickým podmínkám... 28 3.3.8 Rozdělení lepidel... 29 3.3.8.1 Podle původu... 29 3.3.8.2 Rozdělení podle charakteru vytvrzení... 30 3.3.8.3 Rozdělení podle formy skupenství... 30 3.3.8.4 Rozdělení podle vodovzdornosti... 30 3.3.8.5 Rozdělení podle způsobu zpracování... 30 3.3.8.6 Lepidla z přírodních surovin... 30 3.3.8.7 Lepidla syntetická... 31 3.4 Polyvinylacetátové lepidla... 31 3.5 Polyuretanová lepidla... 32 3.6 Typy lepených spojů... 34 3.7 Charakteristika lepených spojů:... 35 4 Materiál... 38 4.1 Zkoušené druhy dřev a jejich charakteristika... 38

4.2 Použité lepidla ke zkoušce pevnosti lepeného spoje... 41 5 Metodika... 44 5.1 Použité stroje a přístroje... 44 5.2 Zkušební tělesa... 50 5.2.1 Příprava vzorků... 50 5.2.2 Manipulace se vzorky před provedením rázové zkoušky... 52 5.2.3 Podstata zkoušky... 53 5.2.4 Postup zkoušky... 54 6 Výsledky laboratorního měření... 55 6.1 Výsledky rázové houževnatosti lepeného spoje u dřeva buku, při použití... 55 polyuretanového lepidla... 55 6.2 Výsledky rázové houževnatosti lepeného spoje u dřeva buku, při použití... 58 polyvinylacetátového (PVAc) lepidla... 58 6.3 Výsledky rázové houževnatosti lepeného spoje u dřeva dubu, při použití... 61 polyuretanového lepidla... 61 6.4 Výsledky rázové houževnatosti lepeného spoje u dřeva dubu, při použití... 64 polyvinylacetátového (PVAc) lepidla... 64 6.5 Výsledky rázové houževnatosti lepeného spoje u dřeva jasanu, při použití... 67 polyuretanového lepidla... 67 6.6 Výsledky rázové houževnatosti lepeného spoje u dřeva jasanu, při použití... 70 polyvinylacetávého (PVAc) lepidla... 70 7 Diskuse a vyhodnocení dosažených výsledků... 73 7.1 Vliv klimatických podmínek na pevnost lepeného spoje, zkoušeného na... 73 rázovou houževnatost u dřeva buku... 73 7.2 Vliv klimatických podmínek na pevnost lepeného spoje, zkoušeného na... 75 rázovou houževnatost u dřeva dubu... 75 7.3 Vliv klimatických podmínek na pevnost lepeného spoje, zkoušeného na... 76 rázovou houževnatost u dřeva jasanu... 76 7.4 Porovnání dosažených výsledků rázové houževnatosti a výsledků měření... 78 pevnosti lepených spojů ve smyku v tahu za stejných klimatických podmínek... 78 dosažených při řešení bakalářské práce... 78 7.4.1 Porovnání vlivu klimatických podmínek na pevnost lepeného spoje,... 78 zkoušeného na rázovou houževnatost a na smykovou pevnost v tahu u dřeva... 78 buku... 78

7.4.2 Porovnání vlivu klimatických podmínek na pevnost lepeného spoje,... 80 zkoušeného na rázovou houževnatost a na smykovou pevnost v tahu u dřeva... 80 dubu... 80 7.4.3 Porovnání vlivu klimatických podmínek na pevnost lepeného spoje,... 82 zkoušeného na rázovou houževnatost a na smykovou pevnost v tahu u dřeva... 82 jasanu... 82 8 Využití dosažených výsledků... 84 9 Závěr... 85 10 Conclusion... 87 11 Seznam citované literatury... 89 12 Seznam použité literatury... 90 13 Seznam zkratek... 92 14 Seznam tabulek... 93 15 Seznam obrázků... 97

1 Úvod Dřevo je jedním z nejstarších stavebních materiálů. Můžeme se sním setkat u nejrůznějších druhů staveb a konstrukcí. S rozvojem zpracování dřeva a převážně s vývojem nových spojovacích prostředků se používání dřeva rozšířilo na celou řadu staveb jak v inženýrském, tak pozemním stavitelství. Při použití dřeva na stavební konstrukce jsou oceňovány zejména jeho dostupnost, vysoká pevnost v poměru k hmotnosti, snadná opracovatelnost, dobré izolační vlastnosti. Období od 60. let lze označit jako obrodu dřevěných konstrukcí, která je charakterizována zejména rozvojem a zprůmyslněním výroby lepených dřevěných konstrukcí (halových konstrukcí, lehkých příhradových vazníků, plošných konstrukcí panelů apod). To mělo za následek rozvoj a vývoj nových druhů lepidel. Lepidla představují v dřevařském průmyslu důležitý pomocný materiál, který velkou mírou přispívá k výrobě nových lepených produktů. Lepidla a materiály sním vyrobené jsou důležitým přínosem, neboť dovolují nejen zpracovávat podrozměrné sortimenty ze dřeva, ale pomáhají vytvářet nové materiálové struktury, které v mnoha případech nahrazují různé sortimenty řeziva. Vzrůstající počet dřevěných staveb, dokazuje, že využívání dřeva a materiálů na bázi dřeva ve stavebních konstrukcích je intenzivní a zřejmě se bude i nadále zvyšovat. Některé typy dřevěných nosných systémů není prakticky reálné navrhovat a realizovat bez použití lepeného dřeva, zvyšuje se však i používání lepeného dřeva u tradičních typů konstrukcí.. 10

2 Cíl práce Cílem této diplomové práce je zabývat se analýzou vlivu použitého druhu dřeva a jeho vlivu na pevnost lepených spojů, analýzou pojivové báze lepidel na pevnost lepených spojů a analýzou klimatických podmínek působící na pevnost lepeného spoje. Lepený spoj bude v těchto případech zkoušen na rázovou houževnatost. Podkladem pro práci bude norma ČSN EN ISO 179-1. Rázová houževnatost bude zjišťována pomocí Charpyho kladiva. Jako zkoušená dřeva jsou použita buk, dub a jasan. Zkoušené vzorky budou lepeny dvěma druhy lepidel. Jedná se o jednokomponentní reaktivní lepidlo na bázi polyuretanu a jednosložkové lepidlo ze syntetických pryskyřic na bázi polyvinylacetátu. Zkušební tělesa budou vystavena působení normálních klimatických podmínek, snížené teplotě, zvýšené teplotě a kombinaci snížené a zvýšené teploty. 11

3 Literární část 3.1 Stavba dřeva 3.1.1 Chemické složení dřeva Slouží k základnímu pochopení jak submikroskopické, tak i mikroskopické stavby dřeva. Chemické složení dřeva ovlivňuje praktické využití dřeva, tak i jeho fyzikální a mechanické vlastnosti. Dřevo je velmi složitý komplex různých látek, z nichž základ tvoří polymery celulosa, hemicelulosy a lignin. Celulosa a hemicelulosy tvoří polysacharidický podíl dřeva, charakter ligninu je polyfenolický. Tyto složky tvoří tzv. hlavní složky dřeva. Jejich procentní zastoupení ve dřevě je 90-97 %, přičemž sacharidickou část tvoří 70 %. V menší míře jsou ve dřevě zastoupeny další organické a také anorganické látky, které se označují jako doprovodné složky dřeva. Tvoří 3-10 % dřevního komplexu. Základním elementárním složením dřeva je uhlík, kyslík, vodík a dusík. (Šlezingerová 2008) Celulosa Je polysacharid se stavební funkcí. Tvoří podstatnou část (kostru) buněčných stěn rostlinných buněk, tedy i buněk dřeva dřevin. Dřevo listnáčů obsahuje 41-48 % celulosy. Celulosa tvoří dlouhé vláknité makromolekuly, které vznikají spojením β-dglukopyranosových jednotek (1 4) β-d-glykosidovými vazbami. Vláknité makromolekuly celulosy se mohou prostřednictvím intermolekulových vodíkových vazeb, tj. vazeb mezi OH skupinami sousedních makromolekul celulosy, za současného působení van der Walsových interakcí, spojovat a vytvářet nadmolekulovou strukturu. Pro nativní celulosu je uváděn polymerizační stupeň 5-14 tisíc. U části celulosy jsou vodíkové vazby mezi řetězcovými makromolekulami rozloženy pravidelně za vzniku uspořádaného prostorového systému, který je podobný mřížce krystalu, tzv. krystalického podílu celulosy. Zbytek vláknitých makromolekul bez prostorového uspořádání tvoří tzv. amorfní podíl celulosy. Množství krystalické a amorfní celulosy je jedním z nejdůležitějších faktorů, ovlivňující chemické, fyzikální i mechanické vlastnosti celulosy i dřeva. Nárůst krystalického podílu pozitivně ovlivňuje hustotu dřeva, Langův modul pružnosti, 12

pevnost v tahu, tvrdost, rozměrovou stabilitu, pokles má vliv na chemickou reaktivitu, navlhavost, bobtnání, ohybovou pevnost, houževnatost. (Šlezingerová 2008) Obr.1: Vzorec celulosy (www.leccos.com) Hemicelulosy Jsou to na rozdíl od celulosy, heteropolysacharidy s nižším polymerizačním stupněm ( v rozmezí 100-200), nižší podíl ktystalické části a rozvětvenou strukturu. Jejich obsah, v závislosti na druhu dřeva, kolísá v rozmezí 20-35 %. Doprovází celulosu v jednotlivých vrstvách buněčných stěn anatomických elementů dřeva, tvoří zde tmelící složku mezi vláknitými strukturami celulosy a ligninem. Hemicelulosy ovlivňují chemické a fyzikální vlastnosti dřeva. Projevuje se to zejména při technologických procesech sušení, paření, vaření a lisování dřeva. (Šlezingerová 2008) Lignin Lignin je po celulose nejdůležitější a nejzastoupenější polymer dřeva. Makromolekuly ligninu jsou prostorově rozloženy, takže mohou dobře vyplňovat prostory mezi vláknitými strukturami polysacharidů. Průměrné procentuální zastoupení ligninu ve dřevě je u listnatých dřevin 19-28 %.. Lignin dodává dřevu specifické vlastnosti. Zvyšuje jeho mechanickou pevnost (tlakovou, ohybovou, houževnatost), snižuje propustnost dřeva. Lignin je chemicky méně stály než celulosa. Snadněji podléhá vlivu zásad, kyselin i jiných látek. (Šlezingerová 2008) Doprovodné složky dřeva Doprovodné složky dřeva jsou látky různé chemické povahy, které se ve dřevě vyskytují v malých množstvích, případně mohou být pouze u některých dřev.mají vliv na barvu dřeva, vůni, jeho vlastnosti, na opracování, sušení, povrchovou úpravu, impregnaci dřeva, trvanlivost a odolnost vůči biotickým a biotickým činitelům. 13

Dělí se podle toho zda se dají ze dřeva extrahovat, v tomto případě mluvíme o extraktivních látkách a na ty látky, které zůstávají ve dřevě jako tuhý zbytek po spálení dřeva anorganické látky. (Šlezingerová 2008) 3.1.2 Anatomická stavba listnatých druhů dřev Dřevo listnatých dřevin má oproti dřevu jehličnanů složitější stavbu. Je tvořeno větším počtem typů buněk. Dřevo listnáčů tvoří cévy, cévice, libriformní vlákna a parenchymatické buňky. Podle orientace ve dřevě jsou anatomické elementy orientovány ve směru podélné osy kmene nebo jsou uloženy kolmo na osu kmene. (Šlezingerová 2008) Obr.2: Prostorové znázornění anatomické stavby listnatého dřeva (Požgaj, Chovanec a kol., 1997): 1 -- letokruh, 2 -- jarní céva, 3 -- letní céva, 4 -- libriformní vlákno, 5 -- dřeňový paprsek, 6 -- podélný parenchym Cévy Cévy neboli tracheje jsou vodivé elementy dřeva listnáčů, Jsou to různě dlouhé kapiláry, tvořící ve dřevě síť axiálních vodivých drah. V jádrovém dřevě mohou být vyplněny jádrovými látkami, thylami, vodou, případně jsou prázdné. Ztenčeninami buněčný stěn cév, kterými se navzájem propojují, jsou dvůrkaté ztenčeniny neboli dvojtečky. Za určitých podmínek mohou být vnitřní prostory cév vyplněny thylami nebo jádrovými látkami ( gumy, olejnaté pryskyřice, fenolické látky). Thyly jsou tvořeny parenchymatickými buňkami, které dvojtečkami prorůstají do lumenů cév, 14

částečně nebo úplně je vyplňují a tím cévy vyřazují z vodivé funkce. Mohou se vyskytovat ve dřevě AK,DB,JL,BK aj. Thyly i ostatní látky uložené v cévách ovlivňují fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva, mohou mít vliv i na různé technologické procesy např. impregnaci dřeva, povrchovou úpravu aj. Z našich dřevin mají nejširší cévní články listnáče s kruhovitě pórovitou stavbou v jarním dřevě, dosahují zde šířky 200-400µm. Průměrné procentní zastoupení cév ve dřevě listnáčů se udává mezi 10 až 20 %. Uspořádání a velikost cév na příčném řezu patří k nejdůležitějším diagnostickým znakům při mikroskopickém určování dřev listnatých dřevin. Podle těchto znaků se dělí dřeva listnatých dřevin do tří základních skupin : a) dřeva s kruhovitě pórovitou stavbou: - kaštanovník, JS, AK, JM, morušovník, pajasan, DB b) dřeva s roztroušeně pórovitou stavbou: - PL, OL, BK, HB, LP, JV, BR, TP, HR, VR, jírovec, JB, JR c) dřeva s polokruhovitě pórovitou stavbou - OR, TR, SV (Šlezingerová 2008) Trachejdy ( cévice) Trachejdy jsou anatomické elementy dřeva s funkcí vodivou, mechanickou a někdy i zásobní. Existuje několik druhů trachejd, které se od sebe liší tvarem a funkcí. Můžeme je rozdělit na trachejdy cévovité, vazicentrické a vláknité. V některých případech mohou mít vnitřní prostor lemenů vyplněn thylami. ( Šlezingerová 2008) Libriformní vlákna Jsou podstatnou součástí dřeva většiny listnáčů. Tvoří v průměru 50-60 %, někdy až 75 % celkového objemu dřeva. Jsou to anatomické elementy s mechanickou funkcí. Jejich buňky jsou dlouhé, obvykle úzké, zašpičatělé. Tloušťka buněčných stěn se udává v rozmezí 3-7 µm. Tento údaj je velmi důležitý parametr, ovlivňující fyzikální, mechanické i technologické vlastnosti dřeva. Lybriformní vlákna jsou axiálně uložené anatomické elementy. (Šlezingerová 2008) 15

Parenchymatické buňky Procentní zastoupení se uvádí 8-3 % celkového objemu dřeva. Jejich funkce je především zásobní. Tvoří je různé typy hranolovitých nebo krychlovitých buněk. V jádrovém dřevě jsou v lumenech často uloženy anorganické nebo jádrové látky. Parenchymatické buňky jsou uloženy jednak ve směru podélné osy, kdy tvoří podélný neboli axiální dřevní parenchym, jednak kolmo na podélnou osu kmene, kdy tvoří dřeňové paprsky. Parenchymatické buňky se také podílejí na stavbě thyl v lupenech cév. (Šlezingerová 2008) 3.2 Mechanické vlastnosti dřeva Mechanické vlastnosti dřeva jsou dány jeho schopností odporovat působení vnějších mechanických sil. Mezi tyto vlastnosti patří : pružnost, pevnost, tvrdost a houževnatost dřeva. Vnější mechanické síly mohou působit následujícím způsobem: - staticky ( plynule a pomalu síla narůstá) - rázově ( síla působí ihned plnou hodnotou) - kmitavě ( síla mění střídavě směr i velikost) - trvale ( síla působí dlouhou dobu) (Pecina 2006) Pružnost dřeva Pokud působíme vnějšími mechanickými silami na dřevo, mění se jeho rozměry a tvar. Materiál klade odpor a vzniká napětí. Změnu rozměrů a tvaru označujeme jako deformace. Pokud působící síla nepřesáhne určitou mez, po její odstranění deformace mizí. Takovou deformaci označujeme jako pružnou ( dočasnou). Pokud však síla přesáhne určitou mez, nastává trvalá deformace., která již po odstranění síly nemizí. Nejvyšší možné napětí, po jehož odstranění se ještě obnoví počáteční rozměry i tvar se označuje mez pružnosti. Tuto mez nazýváme mez úměrnosti. Největší se uvádí u dřeva smrkového, následuje borové dřevo, modřín, jasanové a bukové. (Pecina 2006) 16

Pevnost dřeva Rozumíme jí schopnost odporovat porušení celistvosti dřeva působením mechanických sil. Velikost zatížení, při kterém došlo k porušení celistvosti dřeva, se označuje jako mez pevnosti. Pevnost dřeva se liší podle směru působící síly vzhledem ke směru vláken, dále potom na dřevině a na jakosti dřeva. Vlhkost má na pevnost dřeva nepatrný vliv. (Pecina 2006) Tvrdost dřeva Tvrdostí dřeva rozumíme schopnost materiálu klást odpor proti vnikání jiných těles, aniž by došlo k trvalé deformaci materiálu. Z hlediska použitelnosti dřeva je jeho rozhodující vlastností. Tato vlastnost úzce souvisí s hustotou dřeva. Tvrdé dřeviny mají větší hustotu a jsou tedy těžší. Podle tvrdosti dřeva rozdělujeme na měkká, tvrdá a velmi tvrdá. - měkká dřeva (do 40 MPa) smrk, jedle, borovice, lípa, topol - tvrdá dřeva (41-80 MPa) modřín, dub, buk, jilm, javor - velmi tvrdá dřeva (80-100 MPa) habr, jasan (Pecina 2006) Houževnatost dřeva Houževnatost je schopnost dřeva odolávat silám působícím na něj v jakémkoliv směru. Jejím protikladem je křehkost. Mírou houževnatosti je práce spotřebovaná na rozlomení zkoušeného kusu ( tzv. přerážecí prácep). Přerážecí práce se zjišťuje pomocí tzv. Charpyho kladiva. Výsledky zkoušek ukazují, že houževnatější jsou dřeva listnatých dřevin než jehličnanů. Nejpružnější je jasan, následuje javor, habr, dub, buk, modřín, smrk, a jedle. (Pecina 2006) 3.3 Podstata lepení Lepení můžeme označit jako spojení dvou na sebe přiléhajících materiálů v pevném skupenství pomocí látky v kapalné nebo tuhé formě procházející kapalným skupenstvím nebo plastickým stavem. Tato látka má schopnost vytvářet pevný film, umožňující trvalý spoj a dostatečnou pevnost mezi lepenými materiály. (Zemiar 2009) 17

3.3.1 Lepidla Lepidla (adheziva) jsou nekovové materiály o vysoké vnitřní soudržnosti (kohezi), schopné spojovat tuhá tělesa v důsledku přilnavosti (adheze) k jejich povrchům. (Drápela 1979) Můžeme je zařadit do skupiny pomocných materiálů. Tyto látky jsou kapalné, tuhé nebo přinejmenším po dobu působení na slepované materiály (při procesu lepení) se nachází v tekutém skupenství nebo v roztaveném či plastickém stavu. Pevnost lepeného spoje závisí nejen na dokonalé přilnavosti lepidla na povrch adherendu, ale i na dobré soudržnosti molekul lepidla po vytvrzení, také na jeho vysoké kohezi. (Král 2011) Adheze jsou přitažlivé síly, kterými se navzájem spojují částice na rozhraní mezi lepidlem a povrchem lepeného materiálu. Koheze pak představuje výsledek vzájemného působení molekul lepidla mezi sebou, tedy ve hmotě lepidla po vytvrzení.(zemiar 2009) Spojování pevných materiálů je velmi starý a rozšířený proces, který se používá nejen na spojování dřevěných výrobků, ale i jiných materiálů (plasty, kovy) nebo jejich kombinaci. V praxi je pro nás nejvíce důležitá přilnavost lepidla ke slepovanému povrchu, tedy adheze. Teorie o původu adhezivních sil a jejich závislost na složení lepidla a o vlastnostech povrchové vrstvy slepovaných materiálů není dosud jednotná. Z tohoto důvodu se lepení a zkoumání jevů sním spojených věnuje i nadále velká pozornost. Díky výzkumu byla zveřejněna celá řada názorů na lepení, které jsou zařazeny do teorie lepení. (Král 2011, Drápela 1979) 3.3.2 Teorie lepení 3.3.2.1 Mechanická teorie Podle této teorie je vysvětlována soudržnost lepeného spoje vniknutím tekutého lepidla do pórů a nerovností povrchu adherendu a po jeho vytvrdnutí vytvoření velkého počtu mikrokolíkových spojů. Touto teorií však nelze vysvětlit spojování neporézních materiálů a lepší lepivost dřeva v podélném směru, než v čelním řezu a to i přesto, že vnikání lepidla do kapilár z příčného řezu je intenzivnější, hlubší a počet 18

mikrokolíkových spojů je značně větší. Lepení tedy musí záviset i na jiných faktorech, které byly hledány zejména v chemické a molekulové interakci mezi adhezivem a adherendem. Takto vznikly různé další názory zahrnuté do tzv. specifické teorie adheze. (Král 2011) 3.3.2.2 Specifické teorie adheze Polarizační teorie Jeden z nejstarších názorů, vysvětlujících adhezi vzájemnou přitažlivostí molekul, je teorie polarizace. Byla publikována v roce 1935 de Brunem. Atomy v molekule jsou spojeny velmi pevnými chemickými nebo primárními vazbami. Rozlišujeme tři druhy chemických vazeb : - ionové ( elektrovalentní) - kovalentní - kovové Ke vzniku intramolekulární chemické vazby dochází působením přitažlivých a odpudivých sil na atomy. Mimo chemických vazeb mezi atomy existuje ještě slabší přitažlivé síly, které působí mezi molekulami a určují mnohé fyzikální vlastnosti většiny organických sloučenin. Tyto fyzikální anebo sekundární síly jsou označovány jako síly Van der Waalsovy. Van der Waalsovy síly se dělí obvykle na tři kategorie, a to na Keesomovy, Debyeovy a Londonovy síly. (Král 2011) Elektrostatická teorie Byla zveřejněna v letech 1948 až 1950 autory Derjagin a Kratovová. Podle ní je adheze vysvětlována elektrostatickými přitažlivými silami. Autoři vychází z pozorování, podle nichž při odtržení lepidlového filmu od lepeného materiálu vznikají elektrické výboje. Vysvětlují to tím, že dvouvrstvý systém ( lepidlový film a adherend) vytváří kondenzátor. Vliv elektrostatických nábojů na adhezi nebyl dostatečně dokázán. (Sedliačik 1998) 19

Teorie difúze Tuto teorii vypracoval Vojujkij a spolupracovníci v letech 1959 až 1963. Adhezi vysvětluje mezi dvěma materiály mikro-brownovým molekulovým pohybem, přičemž migrují molekuly z pojiva do adherendu a opačně. Tato teorie je však podmíněna dvěma předpoklady: 1. polymerní látky v adhezivu a substrátu musí být vzájemně rozpustné 2. makromolekuly nebo jejich částice musí mít dostatečnou pohyblivost (Král 2011) Teorie adsorpce (molekulová) Na povrchu každé kondenzované fáze působí síly, které jsou schopné vázat cizí materiál. Tento jev je označován jako adsorpce. Dotyková plocha dvou fází tvoří tzv. fázové rozhraní, ve kterém se vyskytuje volná energie. Tato volná energie vzniká tím, že mezi molekulami hmoty působí přitažlivé síly, které se uvnitř hmoty vzájemně saturují, zatím co na povrchu zůstávají částečně volné. U kapalin působí tato volná energie na zmenšení povrchu, vyjadřuje se jako povrchové napětí kapaliny. U pevných látek zabraňuje této tendenci jejich tuhost a nepoddajnost vůči přetváření. Zůstatková volná energie na povrchu pevných látek ovlivňuje proto adhezi tím, že podporuje roztečení kapalného adheziva na povrchu adherendu, čili podporuje jeho smáčení. V závislosti od hodnoty volné energie ve fázovém rozhraní a od povrchového napětí kapaliny rozteče se kapalina na povrchu pevného adherendu až po dosáhnutí rovnovážného stavu. Intenzita smáčení je vyjadřována kontaktním úhlem theta, který při hodnotě pod 90º naznačuje dobré, nad 90º špatné smáčení. (Sedliačik 1998) Teorie chemické vazby Podle Brockmana (1970) vznikají chemické (primární) vazby mezi lepidlem a substrátem. Známá je reakce nízkomolekulárních meziproduktů močovinových a melaminových lepidel s OH skupinami, tedy i s OH skupinami polysacharidů dřeva. Podobně reagují i polyizokyanátová lepidla. (Král 2011) 20

Obr.3: Vznik lepeného spoje (www.abclepidla.cz) Stérická adheze Zajímavé vysvětlení pro adhezi mezi povrchy polárních jako i nepolárních látek, např. mezi dřevem a polyetylénem, podává Treiber (1961). Vychází ze starších poznatků Staudingera a frajera a představuje si, že polyetylén rozpuštěný lisováním za tepla vniká do submikroskopických prostor buňkové stěny dřeva, přitom vytváří po ztuhnutí ochlazením inkluzní spojení, teda bez účinků primárních anebo sekundárních vazeb.. Označuje tento druh vazby jako sférickou adhezi. Od mechanické adheze se liší tím, že při mechanické adhezi lepidlo vniká a vytvrzuje v mikroskopických kapilárách dřeva, zatím co při stérické adhezi jde o stereochemické pochody mezi skupinami molekul v submikroskopických kapilárách. (Sedliačik 1998) Reologická teorie Je to nejnovější teorie, podle které cokoliv způsobuje adhezi na rozhraní dvou materiálů, pevnost lepeného spoje je dána zásadně fyzikálně-mechanickými a reologickými vlastnostmi materiálů, které vytvářejí lepený systém. Ze zkoumání vyplývá, že cokoliv způsobuje mezifázovou adhezi, pevnost lepeného spoje je dána mechanickými vlastnostmi materiálů, vytvářející spoj a místními napětími ve spoji, a ne mezifázovými silami, protože lom je v podstatě vždy kohezivní. Toto vysvětlení neřeší otázky příčiny vzniku spoje, ale umožňuje výpočty pevnosti spoje. (Král 2011) 21

Obr.4: Adheze (Feico 2004) Závěry adhesivních teorií Z výše uvedených adhezivních teorií vyplývá, že ani jedna teorie v podstatě nevysvětluje adhezi se všeobecnou platností. Každá teorie jde potvrdit pouze pro daný případ lepení, respektive pro použité lepidlo. Z velkého počtu uvedených názorů charakterizující adhezi můžeme říci, že adheze je velice komplikovaný proces, né složený jednoho procesu, ale hned několika. Jedná se o komplex složený z fyzikálněchemických procesů probíhající současně. Což vede k problémům při jejich dokazování. I přes to můžeme říci, už velké množství předpokladů a potřebných vlastností, které musí mít dobré lepidlo. ( Sedliačik 1998) Všechny teorie se shodují např. v tom, že se molekuly lepidla a substrátu musí dostatečně přiblížit, aby byla mezi nimi adheze. Proto lepidlo musí být kapalné, anebo aspoň v okamžiku lepení plastické. Lepidlo musí smáčet povrch tuhého substrátu. Aby dobře smáčelo, musí být jeho povrchové napětí nižší jako povrchové napětí tuhého substrátu. Lepidlo se musí v lepené spáře určitý čas udržet v kapalném skupenství, aby se mohly jeho molekuly orientovat. Přitom můžou účinkovat van der Walsové nebo polarizační síly, anebo nastává difúze molekul v důsledku Brownova pohybu. (Sedliačik 1998) 22

3.3.3. Smáčivost U kapalin jde především o velikost povrchového napětí styčných ploch, které vzniká přitažlivostí mezi částečkami kapaliny a částečkami sousedního pevného tělesa. Velikost povrchového napětí určuje také míru smáčivosti. Snášivost se měří okrajovým úhlem, který se vytvoří na hranici vodní hladiny a pevného tělesa. Čím je snášivost lepší, tím je okrajový úhel menší. Při špatné smáčivosti je okrajový úhel velký. Je-li větší než 90º, změní se snášivost v odpudivost. Dobrá snášivost je jednou ze základních podmínek dobré lepivosti lepidel. Materiál se může dobře spojovat jen takovým lepidlem, které má vůči němu dobrou snášivost.(boublík 1966) Obr.5: Úhly smáčení (coptel.coptkm.cz) 3.3.4 Reologie lepidel Je to nauka o deformaci a tečení deformovaných těles. U lepidel je třeba si všimnout těchto fází: 3.3.4.1 Reologie lepidel před nanášením Snadné nanášení lepidla a též dokonalé smáčení lepeného povrchu zajišťuje tekutost, popř. nízká viskozita lepidla. Hodnotu viskozity ovlivňuje koncentrace lepidla a velikost jeho makromolekul ( přímá závislost) a teplota (nepřímá závislost). Lepidlo však nesmí do lepeného povrchu vnikat nadměrně, aby nevznikl tzv. chudý spoj, jenž je málo pevný. Proto je třeba volit vždy lepidlo optimální tekutosti nebo jeho tečení korigovat přísadami (plnidly, nastavovaly) nebo ředěním. Tekutost lepidla naneseného na lepený povrch se snižuje unikáním disperzního média do dřeva, částečným odpařováním rozpouštědla nebo pokračující polykondenzací lepidla. Nános lepidla se stává lepkavým. (Drápela 1979) 23

3.3.4.2 Reologie lepidel při vytvrzování Tvrdnutí lepidla v lepeném spoji je provázeno kohezní pevností. Lepidla tuhnou v důsledku : - unikání disperzního média do dřeva (glutinová, škrobová, rozpouštědlová, disperzní PVAc lepidla), - snížení teploty (tavná lepidla), - zesítění molekul (reaktoplastická, kaučuková, vulkanizační, albuminová lepidla). Většinou se při tvrdnutí lepidel uplatňuje současně více vlivů. (Zemiar 2009) 3.3.4.3 Reologie vytvrzených lepidel Nepříjemný jev při tuhnutí lepidla je jeho smršťování, které pokračuje i po jeho úplném vytvrdnutí. Křehká lepidla mohou v důsledku smršťování popraskat v lepené spáře, což se projeví snížením pevnosti spoje. Pevnost lepeného spoje ovlivňuje tloušťka lepené spáry, se vrůstající tloušťkou spáry pevnost spoje klesá. V tomto směru jsou zvlášť choulostivá močovinoformaldehydová (MF) lepidla, o něco méně citlivá jsou lepidla glutinová a PVAc disperzní lepidla. (Drápela 1979) 3.3.5 Faktory vztahující se k lepenému materiálu Dřevo jako lepený materiál se výrazně liší jak chemicky, tak i morfologicky v závislosti na tom, jak je povrch připraven a jaký druh dřeva se používá. Při lepení dřeva je snaha mít dostatek otevřených buněk na povrchu materiálu z důvodu, aby lepidlo mohlo pronikat do lumenů buněk a byl větší prostor pro mechanické zajištění. Dostupnost otevřených buněk závisí na druhu dřeviny, typu buněk a způsobu přípravy povrchu. U tvrdých dřevin mají mladé buňky tenké stěny, které mají otevřené lumeny s dobrou penetrací pro lepidlo. Na druhé straně u tvrdých dřevin mají starší buňky tlusté stěny, které nejde snadno zlomit a poskytuje méně prostoru pro mechanické zakotvení. V principu všechny otevřené konce buněk, trhliny v buněčných stěnách umožňují lepidlu proniknout do lumenů. (Rowell 2005) 24

Dřevo po chemické stránce tvoří celulosa, hemicelulosy a lignin. Hlavní roli pro lepení mají celulosa a hemicelulosy a jejich polární charakter. Jejich hydroxylové skupiny vytváří ze dřeva polární látku, díky které může dřevo uplatnit adhesivní síly při lepení polárními lepidly. (Drápela 1979) Pochopení lepení dřeva vyžaduje jak porozumět jedinečnosti struktury dřeva mající vliv na tvorbu vazby lepeného spoje, tak pochopení snižování pevnosti lepeného spoje vyvolané změnami prostředí. Vzhledem k tomu, že přilnavost je mechanická vlastnost, jsou polymerní vlastnosti lepidla, dřevo a dřevo-lepící mezifázové oblasti jednou z oblastí nejdůležitější k pochopení lepení. Tím, že je dřevo nehomogenní materiál musí lepidlo pracovat s mnoha různými typy lepených povrchů. U tvrdých dřevin, tvoří malé vláknové buňky velké cévy a tedy hlavní spojovací povrch spolu s dřeňovými paprsky a dalšími buňkami. Dřevo je porézní, buněčný, anizotropní materiál. Tím že je porézní, voda a nízkomolekulární látky se rychle absorbují a procházejí dřevem. Druhy buněk a velikosti jsou výrazně odlišné u listnatého a jehličnatého dřeva. Jednotlivé druhy dřeviny v každé z těchto tříd se značně liší ve své schopnosti pronikání tekutin do povrchu. Může to být vlivem rozdílného množství extrahovatelných látek, tak i zastoupením různých typů buněk. I v rámci druhu jsou rozdíly u jarního dřeva proti letnímu dřevu, bělového dřeva oproti jádrovému dřevu, tlakové a tahové dřevo. Další faktorem je příprava povrchu lepeného materiálu, která má velký vliv na kvalitu povrchu dřeva. Jedním z problémů jsou slabé mezivrstvy, což je rozhraní mezi materiálem a lepidlem, které jsou často slabé a nedokáže být spojené v této vrstvě. Stehr a Johansson rozdělily slabé hranice dřeva na ty, které jsou chemicky slabé a na ty, které jsou mechanicky nedostačující (Stehr a Johansson, 2000). Rozdíl mezi nimi je, že chemicky slabá vrstva zahrnuje extraktivní látky, které jsou na povrchu a mechanicky slabá vrstva zahrnuje rozdrcené nebo prasklé vrstvy buněk. Role extrahovatelných látek byla obecně považována za významný faktor špatné přilnavosti. Jisté je, že látky s nízkou polaritou, malé molekuly přicházejí na povrch znemožnit proces smáčení. Není však dokázáno, zda jsou obvykle příčinou špatné pevnosti lepeného spoje. (Rowell 2005) 25

Mechanicky slabé povrchové vrstvy jsou často problémem dřeva, na jejich kvalitu má vliv obrábění povrchu materiálu. Dřevěné buňky jsou slabé v radiálním a tangenciálním směru. Pokud dojde vlivem špatného obrábění (např. tupý nástroj) k poškození povrchových vrstev materiálu, lepidlo nepronikne prostřednictvím rozdrcených buněk do dřeva, což bude mít za následek snížení pevnosti lepeného spoje. (Rowell 2005) V procesu vytvrzování lepidla hraje důležitý faktor i vlhkost dřeva. V případě kdy se pro lepení používají lepidla, u kterých vytvrzování nastává vlivem odpaření rozpouštědla ( vodou ředitelné lepidla). V takovýchto případech je zapotřebí, aby lepený materiál umožnil rozpouštědlu unikat a to jak odpařením lepenou spárou, tak i vsáknutím do lepeného dřeva. V případě, kdy se k lepení použije příliš vlhké dřevo, rozpouštědlo se bude méně absorbovat do dřeva a nebude mít kudy z lepené spáry unikat. To bude mít negativní vliv na tuhnutí lepidla. V opačném případě, kdy se lepí příliš suché dřevo může nastat opačný efekt, dřevo s nízkou vlhkostí bude více hydrofobní a bude absorbovat příliš rozpouštědla z lepidla. Optimální vlhkost dřeva by proto měla být v rozmezí 4 až 10 % vlhkosti. (Rowell 2005) 3.3.6 Faktory vztahující se k lepidlu Polymerizační stupeň S rostoucí délkou molekuly stoupá viskozita roztoků, adheze k podkladu zpravidla klesá a koheze stoupá, a naopak. S vyšší polymeračním stupněm se zpravidla také zlepšuje tepelná odolnost. Makromolekuly s nižším polymerizačním stupněm lépe difundují do mikroskopických pórů povrchu. Makromolekuly vyššího stupně jsou vhodnější pro vytvoření pevného filmu lepidla. Protože pro správnou funkci lepidla ve spáře je nutná jak vysoká adheze k podkladu, tak koheze, musí být v lepidle zastoupeny v kompromisním poměru vysokomolekulární i nízkomolekulární složky.(osten 1972) 26

Přídavek plniva Plnivo se přidává do lepidla hned z několika důvodů. Tím hlavním úkolem je nastavení viskozity lepidla, což ovlivňuje prosakování lepidla do lepeného materiálu a za druhé ovlivňuje tloušťku samotného lepidlového filmu. Další vlastností plniv je schopnost rozvedení vnitřního pnutí lepidla nebo fyzikálních vlastností lepidla a lepeného materiálu. (Osten 1972) Přídavek změkčovadla Změkčovadla jsou látky ovlivňující adhezi lepidla k lepenému materiálu, dodávající lepidlu větší měkkost a přilnavost lepidlového filmu. Jejich vlastností je umožnit makromolekulám lepidla větší pohyblivost a díky ní snadněji pronikat do pórů lepeného materiálu. (Osten 1972) Obsah rozpouštědla Rozpouštědla slouží k přípravě lepidel jako prostředek, usnadňující rovnoměrné nanesení polymeru na lepený povrch. Zlepšují také snášivost povrchu, a tím i kontakt lepidla s mikropovrchem hmoty. Rozpouštědlo se z filmu lepidla musí vždy zase odstranit. Děje se to trojím způsobem : - předběžným odpařením ve fázi otevřeného sestavení spoje - vsáknutím do jedné nebo obou lepených ploch s následným odpařením - polymerací, jde-li o reaktivní rozpouštědlo (Osten 1972) Viskozita lepidla Je funkcí obsahu sušiny, polymeračního stupně filmotvorného polymeru, poměru rozpouštědla k ředidlu a teploty. Čím je lepidlo viskóznější, tím hůře se nanáší a v extrémních případech dochází i k nedokonalému smáčení povrchu lepené hmoty. (Osten 1972) Kyselost a zásaditost Některé dvousložkové lepidla se vytvrzují silně kyselými nebo silně alkalickými tvrdícími katalyzátory. Takových lepidel nelze použít k lepení povrchů, které by potřebnou kyselost nebo alkalitu obsaženého tvrdidla otupovaly. Silně kyselé nebo alkalické lepící směsi vyžadují mimo to zvláštní péči o čistotu zařízeni a dodržování předpisů bezpečnosti práce.(osten 1972) 27

Homogenita lepidla U lepidel obsahující plniva dochází při skladování k sedimentaci plniva na dně nádob. Z tohoto důvodu je potřeba před samotným nanášením lepidlo dobře promíchat, aby se plniva v celém objemu rovnoměrně rozptýlila. Homogenita se vyžaduje i u reaktivních lepidel s přídavky tvrdidla a ostatních pomocných látek.(osten 1972) Objemová stálost filmu lepidla Během vytvrzování lepidlového filmu v lepené spáře dochází k objemovým změnám lepidla. Největším objemové změny nastávají při lepení rozpouštědlovými a disperzním lepidly na bázi termoplastických polymerů. K nejmenším objemovým změnám dochází při lepení tavnými a reaktivními lepidly. (Osten 1972) 3.3.7 Faktory vztahující se k technologickým podmínkám Tlak Tlak se při lepení vyvozuje z důvodu co největší eliminace nerovností na povrchu lepeného materiálu a aby došlo po celé lepené spáře k tenké uzavřené vrstvě lepidla. Velikost lisovacího tlaku musí umožnit, aby lepené plochy byly v co nejtěsnějším kontaktu, nesmí však být tak vysoký, aby nedošlo k zhuštění dřeva. Při velkém tlaku se může stát, že u úzkých dílců se lepidlo vytlačuje z lepené spáry ven a vzniká tak chudý spoj. Dobře zvolený tlak by měl umožnit rovnoměrné rozložení lepidla ve spáře. Rozložení tlaku má být rovnoměrné po celé ploše. (Zemiar 2009, Osten 1996) Teplota Při vytvrzování lepidla je teplota jedním z nejdůležitějších činitelů. Glutinová lepidla, která se nanášejí za tepla, vytvrzují chladnutím. Většina lepidel, která vytvrzují chemickou reakcí, lze proces lepení značně urychlit zvýšením teploty. Pokud k dokonalému vytvrzení lepidla při normální teplotě nastane po více hodinách, můžeme si tento proces výrazně zkrátit vyhřátím lepené spáry na minuty až sekundy. Čím větší je lisovací teplota, tím kratší je čas potřebný pro vytvrzení lepidla. Pokud by však teplota dosáhla příliš vysoké teploty, mohlo by dojít k degradaci jak lepidla, tak i samotného dřeva. (Eisner 1966) 28

Podle postupů používaných v praxi rozlišujeme lepení: a) za studena, je-li teplota spáry 15 až 25 ºC b) za tepla, je-li teplota spáry 30 až 100 ºC c) za horka, je-li teplota spáry nad 100 ºC Příliš vysoká lisovací teplota, může mít i naopak nepříznivý vliv, jak na lepený spoj, kdy může dojít k přehřátí lepidla a k následnému poklesu pevnosti lepení, tak na samotné dřevo. Dřevo se přílišnou vysokou teplotou přesušuje, tento proces ve dřevě probíhá nerovnoměrně, což způsobí vnitřní pnutí v lepené spáře. Z tohoto důvodu se provádí po lisování klimatizace, kdy dojde k vyrovnání pnutí. Vliv zvýšené teploty na zkrácení lisovacího času, závislý i na tloušťce lepeného dílce. Dřevo je díky své malé tepelné vodivosti dobrým izolantem, důležitou roli hraje tedy čas, za kterou se vyhřeje lepená spára ve středu dílce, aby došlo k dostatečnému vytvrzení lepidla. (Eisner 1966) Čas Lisovací čas udává po jakou dobu je lepený dílec pod účinkem tlaku a teploty. Během lisování musí proběhnout v lepené spáře fyzikálně-mechanické změny, aby došlo k potřebné jakostí lepení. Lisovací čas je závislý na druhu dřeviny, počtu vrstev a tloušťce lepeného souboru, teplotě lisování, velikosti lisovacího tlaku a velikosti nánosu lepidla. (Král 2011) 3.3.8 Rozdělení lepidel Lepidla tvoří sortiment s velice rozsáhlou a chemicky velmi různorodou skupinou látek, lze je proto dělit hned z několika hledisek. I přesto nelze přesně vystihnout jejich vlastnosti podle jejich zařazení. 3.3.8.1 Podle původu je rozdělujeme na : 1. živočišné glutinové, kaseinové, albuminové 2. rostlinné bílkovinové, škrobové, celulózové, pektinové, na bázi sulfitových výluhů, kaučukové, tříslovinové 3. minerální 4. syntetické polykondenzační, polyadiční, polymerizační 29

3.3.8.2 Rozdělení podle charakteru vytvrzení a) vratné ( vlivem vody je můžeme znovu rozpustit, kožní a kostní klíh) b) nevratné (syntetické, minerální pojiva) 3.3.8.3 Rozdělení podle formy skupenství a) kapalná b) prášková c) fólie d) granule 3.3.8.4 Rozdělení podle vodovzdornosti a) vysoce vodovzdorná (odolávající studené i vroucí vodě, páře, PF lepidla) b) vodovzdorné (odolávající studené vodě) c) nevodovzdorná 3.3.8.5 Rozdělení podle způsobu zpracování 1. podle použité teploty a) lepidla aplikovaná za studena ( pod 25 C, montážní lepidla) b) za tepla ( 30 až 100 C, lepidla na aglomerované materiály) c) za horka (nad 100 C, lepidla na aglomerované materiály) 2. podle způsobu dosažení pevnosti spoje a) odpařením a oddifundováním rozpouštědla b) chemickou reakcí (iniciovanou katalyzátorem, teplem, nebo kombinací obou činitelů) c) změnou teploty, tlaku, UV vytvrzením a pod. 3.3.8.6 Lepidla z přírodních surovin bílkovinová živočišná lepidla glutinová, kaseinová, albuminová rostlinné z rostlinných bílkovin, škrobové, z derivátů celulózy, pektiny, rostlinné gumy, algináty, sulfitové a sulfátové výluhy, třísloviny, kaučukové minerální pojiva vodní sklo, sádra, cementy, asfalty anorganická lepidla fosfátové, silikátové, metalické, keramické (Liptáková, Sedliačik, 1989) 30

3.3.8.7 Lepidla syntetická a) Termoreaktivní - močovinoformaldehydová - melaminoformaldehydová - tiomočovinová a dikyandiamidová - anilínformaldehydová - fenolformaldehydová - rezorcinformaldehydová - lepící fólie - epoxidová - polyuretanová b) Termoplastická - polyvinylacetátová - akrylátová - polyvinylchloridová - smíšená - kaučuková - tavná (Liptáková, Sedliačik, 1989) 3.4 Polyvinylacetátové lepidla Polyvinylacetátová (PVAc) lepidla patřící mezi termoplastické látky používané převážně v nábytkářském průmyslu. Polyvinylacetát vzniká polymerací vinylacetátu. Za normální teploty se jedná o průsvitně bílou a elastickou látku. Je nejedovatý, nehořlavý, stálý na světle, s výbornou přilnavostí k materiálům. Lepící film se vytváří fyzikálním procesem, který je založen na principu odstranění vody z lepidla, průnikem do dřevěného podkladu nebo odpařováním do okolního prostředí. PVAc lepidla mají krátkou dobu tuhnutí a vytváří flexibilní a neviditelné spoje. Vyznačují se dlouhou dobou skladovatelnosti. Existuje celá řada 31

variací těchto lepidel (homo nebo kopolymerní produkty, upravené nebo neupravené, s nebo bez změkčovadel). PVAc lepidla vykazují širokou škálu zpracovatelských a lepících vlastností. Mezi tyto vlastnosti můžeme zařadit např. viskozitu, rychlost vytvrzování, barvu lepidla, pružnost nebo křehkost, tvrdost a hladkost, apod. Vytvoření lepeného spoje, také vyžaduje aplikaci správného tlaku. Konečná pevnost je dosaženo po migrace zbytkové vody z lepené spáry. Minimální teplota tvorby filmu je 4-18 ºC, v závislosti na druhu lepidla a přídavku změkčovadel. Tato teplota je určena především teplotu skelného přechodu Tg použitého polymeru, který pro PVAc je přibližně 28 ºC. Parametry ovlivňující dobu schnutí jsou typ lepidla, druh dřeva, absorpční vlastnost dřevěného povrchu, vlhkost dřeva, relativní vlhkost a teplota okolního vzduchu, množství aplikovaného lepidla a teplota lepidla a dřevěných povrchů. V závislosti na složení lepidla, mohou být různé stupně odolnosti vůči vodě. Vodě odolná jsou například dvousložková PVAc lepidla. (Pizzi, Mittal 2003, Pecina 2006) 3.5 Polyuretanová lepidla Jsou také označována jako izokyanátová. Vytváří se reakcí izokyanátové složky s aminy, polyoly nebo jinými aktivními sloučeninami vodíku. (www.globalspec.com) Izokyanáty reagují s jinými látkami buď polyadicí nebo polykondenzací. Při výrobě polyuretanových lepidel, se používá nejčastěji polyadiční reakce. Jsou k dispozici jako jednosložkové nebo dvousložkové lepidla. Tyto lepidla mohou tvořit eleastomery nebo termosety. Stupeň zesítění a tedy pevnost jsou stanoveny různými surovinami v lepidlech. (Brockmann 2009) Obr.6: Polyadiční reakce vznik polyuretanu (www.wikipedia.infostar.cz) Jednosložková lepidla - tyto polyuretanová lepidla reagují s okolní vlhkostí. Vlhkost tuhnoucí polyuretany jsou používány v nábytkářském průmyslu. Jejich odolnost vůči teplu je zvýšena pomocí zesítění, které probíhá při pokojové teplotě. (Brockmann 2009) 32

Dvousložková lepidla - proces vytvrzování je zahájen spojením pryskyřice (polyglykoly nebo PUR) a tvrdidla (upravený izokyanát). Vytvrzování může trvat od několika málo hodin až několik dnů. Tento proces může však být urychleno teplem, a to také zvyšuje jeho pevnostní vazby. (Brockmann 2009) Polyuretanové lepidla vyžadují katalyzátor, teplo nebo vzdušnou vlhkost, aby mohla zahájit a dokončit vytvrzení. Nevýhodou polyuretanových lepidel je jejich krátká trvanlivost díky hygroskopické vlastnosti. (Ptáček 1999) Charakteristickým rysem struktury polymeru polyuretanových lepidel je přítomnost tvrdých a měkkých segmentů. Měkké segmenty jsou tvořeny z dlouhých řetězců polyéterovými polyoly, přičemž mají mírně síťovou strukturu s vlastnostmi eleastomeru. Tvrdé segmenty jsou vytvořeny síťováním diizokyanátů s krátkým řetězcem diolů nebo diaminy s vlastnostmi termosetů. (Brockmann 2009) K dispozici jsou 3 různé typy polyuretanových lepidel : dvousložková polyuretanová lepidla (PUR 2C) jednosložková polyuretanová lepidla vytvrzující teplem (PUR 1C - teplo) - tuhé polyuretany jednosložková polyuretanová lepidla vytvrzující vlhkostí (PUR 1C - vlhkost) - elastické polyuretany (kde polykondenzační reakce probíhá v první části procesu vytvrzování a adiční reakce probíhá v druhém kroku) (www.adhesiveandglue.com) Hlavními výhodami polyuretanů jsou jeho dobré mechanické pevnosti spojů, vysoká pružnost a odolnost proti dynamickému namáhání, vlhkosti a povětrnostním vlivům. Dobrá afinita k dřevu je v důsledku vysoké polarity, zejména diizokyanátové složky. (Sedliačik 1998) Nevýhodami jsou negativní zdravotní účinky polyizokyanátů. Při práci s těmito druhy lepidel by se měly dodržovat příslušná hygienická opatření. (Eisner 1966) 33

3.6 Typy lepených spojů Pevnost lepených spojů značně ovlivňuje způsob spojení dřeva vzhledem na jeho anatomickou stavbu, resp. na směr průběhu vláken. Různé způsoby spojení dřeva ve vztahu k průběhu vláken: Obr.7: Způsoby spojení dřeva ve vztahu k průběhu vláken (Sedliačik 1998) 1-příčné, 2-hvězdicovité, 3-rovnoběžné, 4-čelní, 5-zkosené Nejčastěji se spojují převážné dílce podélně s příčně se směrem vláken podle obr. 1 a 3, příčné spojení má značně nižší smykovou pevnost jako podélné. Příčina je v neúplném styku lepených dřevěných ploch. Problematické je čelné spojení ( obr. 4). Způsobuje únik velkého množství lepidla do otevřených kapilár nerovností povrchu, zapříčiněné vytrhnutím měkčích vláken jarního dřeva a tím vytvořením neúplného kontaktu lepených ploch. (Sedliacik 1998) Konstrukce lepených spojů Pro zachování dlouhodobé pevnosti spoje, je zapotřebí přizpůsobit celou konstrukci převážně takto: a) rovnoměrné rozložení mechanického namáhání, tak aby nepůsobilo pouze do jednoho místa b) spoj byl namáhán pokud možno v tahu a ve smyku a minimálně v odlupování c) velikost lepené plochy byla co největší a napětí rovnoměrně rozložené po celém spoji (Pokorný 2000) 34

Další možné typy lepených spojů: Obr.8: Přehled konstrukčních možností plochých spojů (Osten 1996) 1- spoj tupý, zkosený; 2 spoj jednoduše přeplátovaný, zkosený; 3 spoj dvojitě přeplátovaný; 4 spoj jednoduše přeplátovaný; 5 spoj jednoduše přeplátovaný, zkosený; 6 spoj lemový, jednoduše přeplátovaný; 7 spoj čelní s jednou příložkou; 8 a 9 spoje s příložkami různého tvaru; 10 čelní spoj s dvěma příložkami; 11 a 12 čelní spoj se dvěma zkosenými příložkami 3.7 Charakteristika lepených spojů: Dokonalý spoj Lepené plochy na sebe těsně doléhají. Vytvrzené lepidlo tvoří v lepené spáře tenký homogenní film. K porušení spoje je zapotřebí velká síla. Při násilném roztrhnutí lepených částí by mohlo dojít zpravidla k porušení lepeného dřeva. (Sedliačik 1998) 35

Rozlepený spoj Spoj je v místě nebo v celé ploše volný. Jsou viditelné spáry v lepeném spoji. Příčinou může byt: - nedostatečné opracování lepených povrchů, tím nedojde k dostatečnému doléhání - malý lisovací tlak - velké napětí v lepeném výrobku, příčinou může být nesprávná vlhkost dřeva - nerovnoměrný nebo v některých místech chybějící nános lepidla - předčasně vytvrzená vrstva lepidla před zalisováním lepených částí - nedokonalé vytvrzení lepidla v lepeném spoji - porušení dřeva v okolí lepeného spoje Chudý lepený spoj Spoj nemá na první pohled rozlepená místa, na jeho porušení je však potřeba poměrně malá síla, přičemž se neporuší dřevo v okolí lepeného spoje. V lepeném spoji se nevytvoří souvislý film lepidla, protože lepidlo se vsáklo do lepeného povrchu materiálu. Příčinou může byt: - příliš velká vlhkost a pórovitost lepeného dřeva - nedostatečná viskozita použitého lepidla - nedostatečný nános lepidla - příliš velký lisovací tlak, který způsobil zatlačení lepidla do dřeva nebo bylo lepidlo vytlačeno mimo lepený spoj - příliš pomalé vytvrzování lepidla v lepeném spoji Zrnitý spoj Spoj je málo pevný, film lepidla má krupicovitou strukturu. Příčinou může byt: - málo rozpuštěné práškové lepidlo - velký obsah nastavovala nebo plniva v lepené směsi, nedokonalé promíchání lepící směsi - nesprávné nastavovalo, které brání vsáknutí lepidla do dřeva - příliš velká vlhkost lepeného dřeva, které způsobuje vysrážení lepidla v roztoku (Sedliačik 1998) 36