5. – 6. přednáška Plasty, lepidla a nátěrové hmoty Lepidla –lepení PLNH 5. – 6. přednáška Plasty, lepidla a nátěrové hmoty

Lepidla lepení Teorie lepení Vlastnosti lepidel a požadavky na lepidla Namáhání lepených spojů Složení lepidel Rozdělení lepidel Zástupci lepidel používaných při výrobě výrobků ze dřeva

Lepidla nekovové materiály Lepidla jsou nekovové materiály, které jsou schopny spojovat tuhá tělesa v důsledku dobré přilnavosti k jejich povrchu při dobré vnitřní soudržnosti Lepidla jsou látky kapalné nebo alespoň po dobu působení na slepované materiály, při procesu lepení, Nachází se: v tekutém skupenství nebo v roztaveném či plastickém stavu Adherend, je lepidlem spojovaný podklad pevného skupenství se označuje jako nebo substrát a lepidlo se nazývá adhezivum. [6][8]

Adheze Koheze Adheze je síla, která spojuje dva materiály na rozhraní jejich povrchu. Adheze je složitý problém. Je to soubor složený z různých fyzikálně-chemických pochodů probíhajících současně, a s tím souvisí těžkosti jejich dokazování. Koheze je vnitřní soudržnosti molekul materiálu (lepidla) při nanášení i po vytvrdnutí lepidla

Klíh je speciální název pro lepidlo vyvinuté pro lepení dřeva a jiných porézních materiálů, zpracovávané z kosti zvířat, chrupavek, rybích šupin, z krve jatečních zvířat

Lepení zastupuje jediný způsob nerozebíratelného a nedestrukční spojení dvou materiálů pomocí nekovových materiálů nenarušuje vlastnosti lepených materiálů poskytuje nové kombinační schopnosti materiálů, jinými způsoby spojování nedosažitelné. lepení dřeva se ve většině případů vyžaduje, aby pevnost spoje dosahovala vyšších hodnot než pevnost vlastního lepeného materiálu, tedy u nás dřeva. [4][5] [11]

Přilnavost lepidla je způsobena mechanickými silami (třením) chemickými silami difúzními silami (konce lepidel se zapojí do sousedních disperzí, s kterými vytvoří i chemické vazby) Pro docílení lepením pevného trvanlivého spojení je nutno: dobře oba spojované povrchy očistit povrchy srovnat a následně zdrsnit .

Mechanické adhezní síly V praxi rozeznáváme mechanické adhezní síly, které vznikají při mechanické zakotvení lepidla nerovnostech a pórech spojovaného materiálu a specifické síly přilnavosti skládající se sil chemických vazeb a fyzikálních sil. Koheze nebo-li síly vnitřní soudržnosti je definovaná jako stav, ve kterém jsou částice lepidla drženy silami chemických vazeb a mezimolekulárními silami

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR Techdrev - CZ.1.07/2.2.00/28.0019 Teorie lepení kolíková teorie, polarizační teorie, vodíkové, adsorpční, difúzní a teorie chemických vazeb. Každá z těchto teorií však objasňuje pouze určité druhy lepení. přilnavost, nebo-li adheze je složitý proces, který sdružuje dohromady komplex pochodů složený z různých fyzikálních a chemických dějů probíhajících současně. Protože děje probíhají současně, obtížně se dokazují. [4][5]

Teorie vysvětlující podstatu lepení Každá z těchto teorií lepení však objasňuje pouze určité druhy lepení. Z uvedených teorií vyplývá, že přilnavost, nebo-li adheze je složitý proces, který sdružuje dohromady komplex pochodů složený z různých fyzikálních a chemických dějů probíhajících současně. Všechny teorie se však shodují v tom, že při procesu lepení se musí: molekuly lepidlo a lepené povrchy dostatečně přiblížit, aby došlo k vzniku adheze mezi nimi lepidlo tekuté, aby došlo k dostatečnému přiblížení lepidla k lepenému podkladu, lepidlo dobře smáčet povrch substrátu,lepidlo určitý čas udržet v lepené spoji (spáře) v kapalném skupenství

Smáčení povrchu Smáčení lepených povrchů lepidlem se řadí k nejdůležitějším vlastnostem lepidla. Je to jeho schopnost smáčet povrch lepeného podkladu a závisí na povrchovém napětí lepidla a povrchovém napětí lepeného povrchu. Schopnost kapaliny smáčet pevný povrch je charakterizována úhlem smáčení. Kapalina dobře smáčí povrch, když je úhel smáčení menší než 90. Nesmáčí povrch, je-li úhel smáčení větší než 90 [4][5]

Na povrchu každého pevného těles působí povrchové síly, které se váží na volném povrchu vzduch, a tyto síly vztažené na plochu dílce se nazývají povrchové napětí. U kapalin působí povrchové napětí na zmenšení povrchu kapalin, a tím brání jejich roztečení. Povrchové napětí ovlivňuje nejen roztečení lepidla, ale i jeho smáčení povrchu substrátu. Aby se lepidlo dobře rozteklo a smáčelo lepený povrch, musí mít lepidlo povrchové napětí menší než povrchové napětí podkladu [4][5]

Z čeho vyplývají jejich vlastnosti? Základem jsou vlastnosti molekul: Jsou v neustálém neuspořádaném pohybu Udržují se přibližně ve stejných vzdálenostech od sebe Nejsou pevně vázané, mohou po sobě klouzat Jsou-li blízko u sebe–převažují síly přitažlivé Při větších vzdálenostech převažují síly odpudivé

Povrchové napětí síly mezi molekulami Jakou silou působí na molekulu uvnitř kapaliny ostatní molekuly? (kolem jsou další molekuly, ze všech směrů působí stejně velké přitažlivé síly) Výslednice sil je nulová Jaká síla působí na molekulu poblíž povrchu kapaliny? (u povrchu působí jen molekuly silami zdola) Výslednice

Povrchové napětí Povrchové napětí je efekt, při kterém se povrch tekutin chová jako elastická fólie a snaží se dosáhnout co možná nejhladšího stavu s minimálním rozpětím. To znamená, že se povrch tekutiny snaží dosáhnout stavu s nejmenší energií. Povrchové napětí je výsledkem vzájemné interakce přitažlivých sil molekul nebo atomů, z nichž se skládá povrchová vrstva.

Povrchové napětí Fyzikální veličina, která popisuje vlastnosti povrchové blány, se nazývá POVRCHOVÉ NAPĚTÍ Čím je povrchové napětí kapaliny větší, tím snáze se na jejím povrchu mohou udržet různá tělesa Povrchové napětí vody je 2 – 3x větší než povrchové napětí petroleje

Povrchová energie a úhel smáčení Povrchové jevy souborně označují řadu procesů probíha-jících na fázovém rozhraní dvou nebo tří fází. Povrchového napětí γ v N/m udává práci v J nutnou pro vytvoření 1 m2 nového povrchu nátěrového filmu. kde γ, G Gibbsova volná energie celého systému, A plocha fázového rozhraní, T teplota, p tlak, n celkový počet molů hmoty v systému. Tvar kapky, reprezentovaný úhlem θ, určují tři mezifázová napětí γSV, γSL, γLV Youngovou rovnicí. [4][5] γ LV cosθ =γ SV −γ SL

Úhel smáčení Kapalina se kompletně rozestírá na povrchu tuhé fáze, jestliže θ = 0°, kapalina povrch vůbec nesmáčí je - li θ = 180°. Obecně je povrch kapalinou smáčen při θ < 90° a nesmáčen

Vliv adsorpce na hodnotu úhlu smáčení Adsorbcí látek přítomných v plynné fázi na povrchu tuhé látky, která vede ke snížení povrchové energie tuhé látky z hodnoty γso (povrchová energie čisté tuhé látky) na hodnotu γsg (povrchová energie tuhé látky v rovnováze s parou kapaliny tvořící kapku, popř. dalších látek přítomných v plynné fázi, např. vody); rozdíl je povrchový tlak. Youngova rovnice má pak tvar   Vliv adsorpce na hodnotu úhlu smáčení

Kontaktní úhel dobře smáčející kapaliny (a) na čistém hladkém povrchu, (b) na drsném povrchu, (c) na chemicky heterogenním povrchu (φ1, popř. φ2 jsou podíly částí povrchu, které se liší chemickým složením, na nichž má uvažovaná kapalina úhel smáčení θ1, popř. θ2) [4][5]

Struktura lepeného spoje 1. lepený podklad -adherend (základní materiál) 2. přilnavostí zóna lepidla 3. přechodová přilnavostí zóna 4 nános lepidla - soudržností kohezní zóna 5. přechodová kohezní zóna 6. přilnavostí zóna lepidla

Pro dosažení kvalitního lepeného spoje je důležitá Správná volba lepidla s ohledem na vlastnosti lepených materiálů, jejich polaritu a mechanické vlastnosti jejich povrchů Při volbě lepidla je důležité znát hodnoty viskozity a povrchového napětí lepidla Správný způsob nanášení a zpracování lepidla, fyzikálně- mechanické vlastnosti lepidla i lepených materiálů Vhodné povrchové napětí lepeného povrchu, které musí být větší než povrchové napětí lepidla hraje velmi důležitou roli při dosažení co nejmenšího úhlu smáčení lepidla při lepení zvolených povrchů.

Způsoby namáhání lepidlových filmů [4][5] [11]

Tvorba lepidlového filmu Odpařením rozpouštědla (roztoková lepidla) vypařováním do ovzduší (musí se nechat zavadnout lepidlo) Odpařením vody u vodou ředitelných lepidel vypařováním vody do ovzduší (musí se nechat zavadnout lepidlo) adsorpcí disperzního media adherendem oddifundování disperzního media do adherendu (disperzní lepidlo PVAC) Chemickou reakcí u dvou-komponentních lepidel zesíťování molekul-tvorba trojrozměrné struktury (termoreaktivní a speciální lepidla) Vytvrzování UV zářením Ztuhnutím tavných lepidel snížením teploty (tavná lepidla)

Tvorba nátěrového filmu vodou ředitelných disperzních lepidel 1. nános disperzního lepidla, disperze se vznášejí ve vodě 2. část vody se odpařila a od- difundovala do podkladu, disperze se přiblížili k sobě 3. z nánosu disperzního lepidla se odpařila voda, disperze se při- blížily k sobě a dotýkají se. Vy- pařují se zbytky koalescenty a vznikají vazby mezi disperzemi. 4. vznikl pevný lepidlový film

Ztuhnutí tavného lepidla

Reologie lepidel při nanášení Rheologické vlastnosti lepidla v tekutém stavu. Lepidla v tekutém stavu jsou koloidní roztoky (nepravé roztoky), což je roztok částic o velikosti 1 až 10 nm, jedná se o koloidní částice) Vyšší viskozita lepidel při nanášení zajišťuje lepší vyplnění lepidlové spáry. Lepidlo musí spáru smáčet, proto se přidávají smáčedla, současně musí lepidlo zůstat ve spáře, a to zajišťují nastavovadla a plniva. Tato aditiva zajišťují, aby spoj nebyl chudý

Reologie lepidel při nanášení Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR Techdrev - CZ.1.07/2.2.00/28.0019 Reologie lepidel při nanášení Při vytvrzování lepidla dochází k přechodu ze stavu sol do gel, což souvisí se: zvýšení viskozity, zvýšení koheze, objemovými kontrakcemi lepidla, zesíťováním makromolekul lepidel. Objemová kontrakce při vytvrzování lepidla -pokud je lepidlo plastické - lze tlakem přiblížit plochy, ztenčit lepenou spáru a snížit pnutí ve spáře. Po vytvrzení nastává praskání lepidlového filmu, přídavek plniva může kontrakce potlačit [6][1]

Ideální je velmi tenká spára, tento jev nevadí u lepidel epoxidových a tavných reologie vytvrzeného lepidla pevnost lepidlového filmu je podmíněna 1. smršťováním lepidlového filmu 2. tloušťkou vrstvy lepidlového filmu ve spáře [1][11]

Reologie při vytvrzování lepidla Reologické vytvrzeného lepidla se projevuje chováním při působení vlhkosti roztahováním lepidlového filmu, současně s roztahováním vzniká vnitřní pnutí, které způsobí odtržení lepidlového filmu. pružností lepidla studeným tokem lepidlového filmu odolností proti stárnutí lepený povrch musí být suchý, čistý nezaprášený Ředění lepidla snižuje viskozitu, a tím i rychlost tvorby spoje[1]

Komponenty lepidel Hlavní složkou jsou makromolekulární látky v kapalném stavu (roztok, disperze, tavenina). Pro dosažení určitých požadovaných aplikačních vlastností se používají přísady: plniva pro úsporu drahých surovin, zlevnění mate- riálové skladby, snížení pnutí ve vytvrzeném stavu (např. mletý sádrovec 20-30 % hmot. mletý mastek, porcelánová moučka, práškové kovy, koloidní oxid křemičitý)

nastavovadla pro úsporu drahých surovin, zlevnění materiálové skladby, snížení pnutí ve vytvrzeném stavu, nastavovadla se vyznačují lepícími vlastnostmi (obilní mouka) tvrdidla katalytický účinek na lepidlo dvousložková lepidla zušlechťující přísady fungicidní, smáčedla, barviva, změkčovadla, stabilizátor

Tlako-citlivá lepidla Tlako-citlivá lepidla nanesená na nosiči . Tlako-citlivá lepidla lepicí pásky jsou definovaná jako lepidla určitá kategorie aplikovaná na lepicích páscích. Lepidla, která jsou při pokojové teplotě v suchém bezrozpouštědlovém stavu agresivní a neustále lepivá. Pro vytvoření pevného lepidlového spoje se pro aktivaci spojení je potřeba pouze tlak prstů nebo ruky na něho. Při zatlačení prsty nebo rukou na lepící pasku při for- mování lepeného spoje tlak působí na takicoféry rozptýlené v lepidle, a ty se zorientují a dostanou se do lepivého stavu. Takicioféry jsou materiály z pryže.

Oboustranné lepící pásky s nánosy tlakocitlivými lepidly Jednostranné lepicí pásky s nánosem tlako citlivého lepidla

Lepidla tvořící film působení UV záření

Vytvrzování UV zářením