Полиуретановый клей

Полиуретановый клей — это синтетический клеящий состав на основе полиуретановых смол и форполимеров, отверждение которого происходит за счет реакции с влагой (водой) воздуха или поверхности. Относится к классу реакционных клеев, образующих прочное, эластичное и водостойкое соединение. Ключевыми характеристиками полиуретановых клеев являются высокая адгезия к большинству материалов (включая непористые и влажные поверхности), способность заполнять зазоры, вибростойкость и устойчивость к атмосферным воздействиям.

История

Разработка полиуретановых клеев началась в 1930-х годах в Германии, когда химики компании IG Farben под руководством Отто Байера впервые синтезировали полиуретаны. Первоначально эти материалы использовались в производстве волокон и пен, но к 1950-м годам были созданы первые коммерческие клеевые составы на их основе.

Широкое применение полиуретановые клеи получили в 1960–1970-х годах в автомобильной и авиационной промышленности, где требовалось прочное и эластичное соединение различных материалов. В 1980-х годах появились однокомпонентные составы, отверждаемые влагой воздуха, что значительно упростило их использование. С 1990-х годов полиуретановые клеи активно применяются в строительстве, мебельной и обувной промышленности, а также в быту.

Классификация

Полиуретановые клеи классифицируют по нескольким признакам:

По составу и способу отверждения

• Однокомпонентные (1К) — готовы к применению, отверждаются под действием влаги воздуха или поверхности. Не требуют смешивания.
• Двухкомпонентные (2К) — состоят из смолы и отвердителя, которые смешиваются перед нанесением. Отверждение происходит за счет химической реакции между компонентами, независимо от влажности.

По консистенции

• Жидкие — низкой вязкости, применяются для пропитки и склеивания пористых материалов.
• Гелеобразные (тиксотропные) — не стекают с вертикальных поверхностей, удобны для заполнения зазоров и ремонта.
• Пастообразные — высокой вязкости, используются для склеивания крупных деталей и заполнения швов.

По назначению

• Строительные — для монтажа окон, дверей, сэндвич-панелей, теплоизоляции.
• Мебельные — для склеивания древесины, ДСП, МДФ, фанеры.
• Обувные — для соединения кожи, резины, текстиля.
• Автомобильные — для приклеивания стекол, уплотнителей, пластиковых деталей.
• Термостойкие — выдерживают температуры до +120…+150 °C.
• Эластичные — сохраняют гибкость после отверждения, применяются для вибронагруженных соединений.

Устройство и принцип действия

Основой полиуретанового клея являются изоцианатные форполимеры — олигомеры, содержащие реакционноспособные изоцианатные группы (-NCO). При контакте с влагой (водой) происходит химическая реакция: изоцианатные группы реагируют с молекулами воды, образуя амины и углекислый газ, а затем — полимочевину и полиуретан. В результате образуется прочная эластичная полимерная сетка.

В двухкомпонентных составах отвердитель содержит активные водородсодержащие группы (например, полиолы), которые реагируют с изоцианатами без участия влаги.

Процесс отверждения однокомпонентного полиуретанового клея включает несколько стадий:

1. Нанесение клея на одну или обе склеиваемые поверхности.
2. Открытая выдержка (удаление растворителя, если он есть).
3. Соединение деталей и фиксация.
4. Отверждение (набор прочности) — от нескольких часов до 24 часов, в зависимости от состава, температуры и влажности.

Характеристики

Основные технические характеристики полиуретановых клеев:

• Адгезия — высокая к большинству материалов: дереву, бетону, кирпичу, металлу, пластикам (ПВХ, полистирол, акрил), стеклу, керамике, резине, коже. Низкая — к полиэтилену, полипропилену, фторопласту.
• Эластичность — после отверждения клеевой шов сохраняет эластичность, что позволяет компенсировать температурные и механические деформации.
• Водостойкость — устойчив к воздействию воды, не разрушается при длительном контакте с влагой.
• Морозостойкость — выдерживает циклы замораживания-оттаивания, сохраняет прочность при низких температурах.
• Термостойкость — рабочая температура обычно от -40 до +80…+120 °C, некоторые составы до +150 °C.
• Теплопроводность — низкая, близка к теплопроводности полимеров (около 0,2–0,3 Вт/(м·К)).
• Электрические свойства — является диэлектриком.
• Стойкость к химическим веществам — устойчив к маслам, жирам, растворителям, слабым кислотам и щелочам; разрушается под действием сильных кислот, щелочей и концентрированных растворителей.
• Время отверждения — от 10–30 минут (начальное схватывание) до 24 часов (полный набор прочности).
• Расход — от 100 до 500 г/м² в зависимости от пористости поверхности и консистенции клея.

Применение

Полиуретановые клеи используются в различных отраслях:

Строительство

• Монтаж оконных и дверных блоков, подоконников, откосов.
• Приклеивание теплоизоляционных плит (пенополистирол, минеральная вата) к стенам и фундаментам.
• Склеивание сэндвич-панелей, газобетона, кирпича, бетона.
• Гидроизоляция швов и стыков.
• Приклеивание напольных покрытий (паркет, ламинат, линолеум, ковролин).

Мебельная промышленность

• Склеивание деталей из древесины, ДСП, МДФ, фанеры.
• Облицовка кромок и пластиком.
• Изготовление мягкой мебели (приклеивание поролона, ткани).

Автомобильная промышленность

• Приклеивание ветровых и задних стекол.
• Крепление уплотнителей, декоративных накладок, пластиковых панелей.
• Ремонт кузовных элементов.

Обувная и кожгалантерейная промышленность

• Склеивание подошвы с верхом обуви.
• Соединение кожаных, текстильных и резиновых деталей.

Быт и ремонт

• Склеивание керамической плитки, камня, стекла.
• Ремонт пластиковых изделий, игрушек, обуви.
• Герметизация швов и трещин.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая прочность и эластичность соединения.
• Отличная адгезия к большинству материалов, включая влажные.
• Водостойкость и морозостойкость.
• Возможность заполнения зазоров до 5–10 мм.
• Устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам.
• Отсутствие усадки при отверждении.
• Долговечность (срок службы шва — 20–50 лет).

Недостатки

• Чувствительность к ультрафиолетовому излучению (разрушается под прямыми солнечными лучами, требуется защита).
• Относительно высокая стоимость по сравнению с ПВА или эпоксидными клеями.
• Токсичность в жидком виде (содержит изоцианаты, которые могут вызывать аллергию и раздражение).
• Требует аккуратного нанесения (трудно удалить до отверждения).
• Ограниченный срок хранения (обычно 6–12 месяцев) и чувствительность к влаге в упаковке.

Техника безопасности

При работе с полиуретановыми клеями необходимо соблюдать меры предосторожности:

• Работать в хорошо проветриваемом помещении или использовать средства защиты органов дыхания (респиратор).
• Избегать попадания клея на кожу и слизистые оболочки; при контакте немедленно промыть водой.
• Использовать защитные перчатки и очки.
• Хранить в плотно закрытой таре, в сухом прохладном месте, вдали от источников огня.
• Не допускать нагрева выше +30…+40 °C.

Интересные факты

• Полиуретановые клеи могут склеивать даже мокрую древесину, что невозможно для большинства других клеев.
• Некоторые однокомпонентные составы при отверждении выделяют углекислый газ, что может вызывать вспенивание и увеличение объема клея (пеноклеи).
• Полиуретановые клеи используются в авиастроении для склеивания композитных материалов.
• В быту полиуретановые клеи часто называют «жидкими гвоздями», хотя это коммерческое название относится к группе монтажных клеев на различной основе.

Источники

• Петрова, И. В. «Клеи и герметики: свойства и применение». — М.: Химия, 2005.
• ГОСТ 30535-97 «Клеи полиуретановые. Технические условия».
• Справочник по строительным материалам / под ред. А. М. Иванова. — СПб.: Стройиздат, 2010.
• Технические описания производителей (Sika, Henkel, Bostik, «Технониколь»).
• Энциклопедия полимеров / под ред. В. А. Кабанова. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.