Водные связующие
Клеи - природные или синтетические вещества, применяемые для соединения различных материалов. Их действие основано на адгезионной связи между клеевой пленкой и поверхностями склеиваемых материалов. По природе основного компонента различают неорганические, органические и элементоорганические клеи. К неорганическим клеям относят жидкое стекло (водные растворы силикатов натрия и калия), клей-фритты (водные суспензии композиций, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов). Жидкое стекло (силикатный клей) применяют для склеивания целлюлозных материалов, клей-фритты для склеивания металлов и керамики. Органические клеи — композиции на основе природных и синтетических полимеров. В производстве клеев первого типа используют вещества животного и растительного происхождения - продукты переработки мездры, костей и чешуи (коллаген), крови (альбумин), молока (казеин), камеди, крахмал, декстрин, каучук натуральный, гуттаперчу, соевый казеин. Их применяют для склеивания древесины, бумаги, кожи, текстильных материалов и т.д.
Группа синтетических клеев включает композиции на основе полиакрилатов, полиамидов, полиуретанов, синтетических каучуков, феноло-формальдегидных, полиэфирных, карбамидных, эпоксидных смол и т.п. Такие клеи обеспечивают прочность склеивания многих материалов и устойчивость клеевых соединений в различных средах. Применяются для склеивания металлов, стекла, керамики, пластмасс, древесины, камня и других материалов.
Элементоорганические клеи (основа - кремнеорганические, бороорганические, металлоорганические и другие полимеры) обеспечивают высокую прочность соединения различных материалов при кратковременном нагревании до 1000°С и выше и выдерживают длительное нагревание при 400-600°С. Используются для склеивания металлов, керамики, графита, термостойких пластмасс и других материалов.
Гели - (от лат. gelo - застываю) - дисперсные системы, обладающие некоторыми свойствами твердых тел (способностью сохранять форму, прочность, упругость). Типичные гели имеют вид студенистых тел (например, желатиновый студень, столярный клей). Свойства гелей обусловлены тем, что в них дисперсная фаза образует пространственную структуру (сетку), а дисперсионная среда (жидкость или газ) расположены в ячейках этой структуры.
Коллоиды, правильнее коллоидные системы - дисперсные системы, промежуточные между истинными и грубодисперсными системами – суспензиями и эмульсиями; жидкие коллоиды - золи, твердые студенистые- гели. Прежде коллоидами называли клееподобные тела (6елок, крахмал, клей и пр.).
Дисперсные системы – образования из двух или большего числа фаз (тел) с сильно развитой поверхностью раздела между ними, в дисперсной системе одна из фаз (дисперсная фаза) распределена в виде мелких частиц (кристалликов, капель, пузырьков) в другой фазе (дисперсионной среде).
Органические клеи
Животного происхождения
Желатин (франц. gelatine, от лат. gelatus - замерзший, застывший) - продукт денатурации коллагена (белковой соединительной ткани). Получают вывариванием костей, хрящей, сухожилий, кожи.
В зависимости от сырья, из которого получают желатин, и степени чистоты различают клеи: «желатин пищевой», «фотожелатин», «технический желатин», столярный (костный, кожный) клей, рыбий (осетровый) клей и др. При снижении относительной влажности воздуха сухая желатиновая пленка становится хрупкой. Для уменьшения хрупкости в раствор клея добавляют гигроскопические вещества: глицерин, мед, патоку или фруктозу в количестве 15-25% от сухого веса желатина. Из раствора желатина, содержащего 40-50% глицерина, изготавливают валики красочные для раскатывания краски в литографии, линогравюре. Применяют в пищевой промышленности, в фотографии - для изготовления фотоэмульсии на пленке и бумаге. В полиграфии - печатные формы в гелиогравюре, цинкографии, шелкографии и фототипии. В качестве клея - для проклейки высших сортов бумаги, в переплетных работах, как связующее различных грунтов в живописи и графике.
Казеин (от лат. caseus - сыр) - сложный белок, фосфопротеид; образуется из белка молока - казеиногена при его свертывании под действием молочной или соляной кислот, а также сычужного фермента. Казеин составляет основную массу обезжиренного творога. Творог сушат, измельчают в светло-желтый зернистый порошок, который используют в качестве клея. Казеиновый порошок не растворяется в воде, а только слабо набухает (2-3 часа), после чего растворяется в щелочной среде(соде, едкого калия или натрия, буры, аммиака или извести) при нагревании до 50-60°С на водяной бане. Для полного растворения на 100 г сухого казеина необходимо 2,8 г едкого натра, или 30 мл нашатырного спирта (25%), или 18г буры. После высыхания клеевая пленка не растворяется в воде. Казеин обладает высокой клеящей и адгезионной способностью, остается жидким при 15-20%-ной концентрации, более концентрированные студенеют. Клей быстро подвергается гнилостному разрушению, поэтому его готовят перед употреблением, а для более длительного использования добавляют камфару или фенол (0,1%). Пластификатор - глицерин (5-10%). Применяется для склеивания древесины, клеевой настенной живописи, изготовления казеино-масляной темперы, при производстве высокосортной мелованной бумаги.
Растительного происхождения
Камеди, гумми (от греч. kommidion, kommi, лат. gummi) - густые соки, которые выделяются при механических повреждениях коры (вишня, слива) или заболеваниях растений (напр., аравийская камедь, или гуммиарабик); содержатся также в семенах некоторых растений и водорослях. Применяются в качестве клеев, красок (акварель, гуашь) для производства искусственного волокна, пленок, взрывчатых веществ и т. д.
Гуммиарабик- прозрачная камедь, вытекающая из надрезов африканской акации. Состоит из калиевых и кальциевых солей арабиновой кислоты. Растворяется в воде 1:2. Имеет низкую вязкость при высоких концентрациях раствора. Коэффициент преломления п=1,45. Хрупкая, блестящая клеевая пленка требует обязательного введения пластификатора (глицерин, мед). Антисептик. Связующее клеевых красок - акварель, гуашь.
Крахмал (польск. Krochmal, от нем. Kraftmehl) - основной резервный углевод растений; смесь полисахаридов общей формулы (C6H10O5)n. Белый аморфный порошок, нерастворимый в воде, дает с йодом интенсивное синее окрашивание. Особенно богаты крахмалом зерна риса, кукурузы, пшеницы, клубни картофеля.
Клейстер крахмальный - коллоидный раствор крахмала в воде, беловатая полупрозрачная масса имеет небольшую липкость и клеящую силу. Крахмал в холодной воде не растворяется, но при нагревании зерна его набухают и при 6б°С (картофельный) и 75°С (кукурузный) лопаются - образуется клейстер. После высыхания клеевая пленка снова становится нерастворимой в холодной воде. Приготовление: 5-10 г сухого крахмала смешивают с 10-20 мл воды при 20-30°С и 0,4 г буры (антисептик), затем при помешивании вливают кипящую воду, доводя раствор до 100 мл. Готовый раствор нельзя нагревать до кипения или кипятить, так как качества его ухудшаются и раствор плохо наносится на склеиваемые поверхности. Клейстер применяют для склеивания бумаги, в качестве связующего сангины и пастели, грунтов на бумаге для графических материалов. Мягкие сорта бумаги перед рисованием желательно покрыть 2-3%-ным раствором крахмального клейстера, чтобы при использовании резинки или растушки поверхность меньше ворсилась.
Декстрин (от лат. dexter - правый) - промежуточный продукт гидролиза крахмала. Имеет низкую вязкость: 50%-ный.раствор декстрина по вязкости соответствует 5%-ному раствору крахмального клея. Свойствами несколько напоминает гуммиарабик, но более хрупок. Для повышения эластичности необходимо добавлять глицерин или мед (до 30%). При гидролизе крахмала получают три модификации, растворимые в холодной воде: декстрин белый - 75%. желтый -85% и палевый - 95%. При нагревании на водяной бане все декстрины полностью переходят в раствор, но через несколько суток белый и частично желтый декстрины из жидкого превращаются в желеобразную массу. Применяется при отделке тканей, гуммированной и декоративных бумаг, как клеящее вещество для бумаги и картона. Декстрин имеет высокий показатель преломления и поэтому используется в производстве дешевых акварельных, гуашевых и других водорастворимых красок.
Синтетические клеи
Поливинилацетат (ПВА) - синтетический термопластичный полимер, продукт полимеризации винилацетата. Твердое бесцветное прозрачное нетоксичное вещество; не имеет запаха. Плотность 1,1-1,2 г/см3; свыше 65°С становится пластичным. Растворим в уксусной кислоте и многих органических растворителях: ацетоне, метаноле, этилацетате, бензоле, метилен-хлориде и др. ПВА вследствие сложной эфирной связи неустойчивы к воде, которая проникает между цепями полимера, раздвигая их. При этом покрытие мутнеет и ослабляется связь его с основой. Увеличение влагопрочности покрытия достигается введением в состав дихроматов меди, натрия или аммония. ПВА-дисперсия хорошо совместима с глютиновым клеем (желатином, костным клеем) и Na-КМЦ (натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы). Покрытия устойчивы к истиранию и свету, не желтеют при длительном воздействии солнечного света. Пластифицированная дисперсия и темперы, изготовленные на ее основе, не морозостойки и при отрицательной температуре минус 5-8°С необратимо свертываются (коагулируются). Сухая клеевая пленка становится хрупкой и ломкой при минус 20°С, но при повышении температуры восстанавливает свойства.
Краски на основе поливинилацетата обладают хорошим глянцем и сильной адгезией к различным подложкам. Клей ПВА прекрасно походит для дерева, бумаги, картона, кожи и текстиля. Применяется для бесшвейного скрепления журналов (при объеме свыше 80 страниц) и книжных блоков. Спиртовой раствор ПВА- высокоэластичный лак для лакирования оттисков. Он используется и при ламинировании оттисков, т. е. при прессовке к ним полимерных пленок. Водно-спиртовые растворы (3-5%) служат прекрасным фиксативом для рисунков пастелью, углем, сангиной и т.д
Поливиниловый спирт (ПВС) (-СН2—СНОН-)п - синтетический полимер, продукт реакции поливинилацетата с метиловым спиртом; плотность 1,2-1,3 г/см3, при 220-230°С размягчается с разложением. Белое твердое нетоксичное вещество. Хорошо растворим в воде и в высших спиртах (гликоле и глицерине), устойчив к действию большинства универсальных растворителей, масел, разбавленных кислот и щелочей. Нерастворим в этиловом и метиловом спиртах. В водных растворах ПВС при длительном хранении превращается в гель. Применяется для получения волокон, пленок, для аппретирования тканей, в качестве эмульгатора и загустителя водных растворов и латексов. Водные растворы ПВС бесцветны, не портятся и сохраняют стабильность в течение нескольких месяцев. Высыхая, ПВС дает бесцветные и прозрачные покрытия, светоустойчивые и газонепроницаемые. ПВС можно применять в смеси с крахмалом, казеином или латексом. Благодаря высокой связующей способности ПВС входит в состав меловых покрытий при изготовлении мелованной бумаги и картона.
Водные растворы поливинилового спирта, смешанные с дихроматом аммония (10-15% к весу сухого ПВС), применяются в качестве копировальных слоев при изготовлении фотомеханических печатных форм высокой, офсетной и трафаретной печати.