W zależności od materiału, który chcemy połączyć, możemy zastosować szeroką gamę klejów, które można podzielić na różne grupy, biorąc pod uwagę wygląd, przyczepność, wytrzymałość i strukturę chemiczną. Do produkcji kleju stosowane są różne dodatki poprawiające jego właściwości adhezyjne, przyspieszające utwardzanie lub zmniejszające lepkość.
Substancje klejące występują zazwyczaj w formie ciekłej. Czasami jednak mamy do czynienia z postacią stałą, np. w formie proszku, perełek, sztyftów lub wkładów, tworzących po roztopieniu spoinę. Jej wytrzymałość zależna jest od kilku czynników: kohezji, adhezji, kształtu i grubości warstwy kleju, a także od tzw. głębokości penetracji materiału przez substancję klejącą. Najważniejsze są tutaj siły adhezji i kohezji, które wpływają na rodzaj i siłę chemicznego oddziaływania kleju z łączonymi powierzchniami, a także na wytrzymałość mechaniczną samej warstwy kleju. Odpowiedni dobór kleju do rodzaju oraz wielkości materiałów, które są ze sobą łączone, umożliwia stosunkowo łatwe oraz skuteczne sklejenie ich ze sobą.
Do najistotniejszych zalet stosowania substancji klejących w porównaniu do innych technik łączenia materiałów (np. spajanie termiczne, mocowanie mechaniczne) zalicza się zdolność do wydajnego rozprowadzania naprężeń w całym połączeniu. Wśród innych korzyści można wymienić także poprawę estetyki łączenia oraz niskie koszty zmechanizowania takiego procesu.
Metody przygotowywania powierzchni przed klejeniem
W celu utworzenia wytrzymałej spoiny bardzo ważne jest odpowiednie przygotowanie powierzchni przed nałożeniem kleju. Wyróżnia się kilka podstawowych metod czyszczenia powierzchni, takich jak obróbka chemiczna, ścierna, odtłuszczanie, lakierowanie czy też tzw. aktywowanie powierzchni, które stosowane jest przede wszystkim przy tworzywach sztucznych. Jedną z podstawowych substancji używanych w tym celu jest kwas solny, który służy tutaj głównie jako środek do odtłuszczania powierzchni.
W przypadku nieodpowiedniego przygotowania powierzchni możemy mieć do czynienia z odrywaniem w różnych miejscach połączenia klejowego, na co mają wpływ siły adhezji i kohezji, powodując pęknięcia czy to wewnątrz spoiny, czy też na łączeniu kleju z inną powierzchnią. Także inne czynniki, takie jak światło, ciepło, naprężenia mechaniczne czy też rozpuszczenie substancji klejącej, mogą negatywnie wpływać na siły wiążące kleju.
Kleje – podział, surowce i produkcja
Substancje klejące dzielimy głównie ze względu na rodzaj metody łączenia materiałów. Podstawowy podział, który można zastosować, zależny jest od tego, czy dany związek wchodzi w reakcję chemiczną z materiałami i powoduje stwardnienie całej spoiny, a tym samym znaczne zwiększenie jej wytrzymałości mechanicznej. Innym kryterium podziału jest rodzaj zastosowanego surowca. W tym przypadku mamy do czynienia z klejami pochodzenia naturalnego (np. kleje roślinne i zwierzęce, które są wykorzystywane np. w przemyśle papierowym i tekstylnym) lub też syntetycznymi, które mają największe spektrum aplikacji użytkowych. W praktyce możemy wyróżnić wiele rodzajów klejów syntetycznych, takich jak np. cyjanoakrylany (potocznie znane jako superglue), kleje akrylowe, poliuretanowe, aminowe, epoksydowe, silikonowe i wiele innych.
Kleje cyjanoakrylowe
Kleje cyjanoakrylanowe istnieją na rynku przemysłowym już od lat 90. Ich szerokie zastosowanie jest spowodowane łatwością w aplikacji, szybkim twardnieniem w temperaturze pokojowej, odpornością na ciepło i wiele rozpuszczalników, a także silnymi właściwościami wiązania praktycznie każdego materiału.
Produkcja tego kleju, choć w teorii jest prosta, w praktyce sprawia pewne trudności. Surowce, czyli cyjanoakrylan alkilowy i formaldehyd, są kondensowane w obecności katalizatora zasadowego. Otrzymany polimer jest następnie dokładnie suszony i w ten sposób pozbawiany rozpuszczalnika. Główną trudnością w tym procesie jest skłonność monomeru do polimeryzacji spontanicznej, co wpływa na przebieg etapu suszenia i dalszej obróbki polimeru.
Kleje akrylowe
Podstawowymi surowcami do produkcji klejów akrylowych są kwasy akrylowe i metakrylowe oraz ich pochodne oparte na estrach. Inne związki, takie jak np. metakrylan metylu, są używane zazwyczaj jedynie jako pomocnicze monomery. Dzięki odpowiedniemu dobraniu polimerów i monomerów oraz warunków procesu polimeryzacji, można uzyskać ogromną paletę związków akrylowych o właściwościach klejących. Kleje akrylowe zazwyczaj zawierają w swoim składzie specjalny aktywator, który inicjuje proces utwardzania.
Kleje poliuretanowe
W tej grupie można wyróżnić kleje jednoskładnikowe oraz dwuskładnikowe. Pierwsze z nich zawierają w swoim składzie prepolimery i utwardzają się pod wpływem wody lub wilgoci z powietrza. W celu uzyskania odpowiedniej adhezji, połączenie materiałów za pomocą klejów jednoskładnikowych przeprowadza się zazwyczaj w specjalnych prasach pod wpływem nacisku, często przy podwyższonej temperaturze przyspieszającej czas utwardzania. Natomiast kleje dwukomponentowe zawierają dwa składniki (poliole oraz izocyjaniany) są gotowe do użycia po wymieszaniu ich w odpowiednich proporcjach.
Kleje poliuretanowe charakteryzuje bardzo dobra adhezja do gładkich oraz porowatych powierzchni. Dzięki temu skutecznie łączą różne materiały, takie jak drewno, papier, tektura, płyty warstwowe. Mogą być wykorzystywane również w branży budowlanej do klejenia betonu lub blachy. Spoiny wykonane z wykorzystaniem klejów poliuretanowych charakteryzuje bardzo dobra wytrzymałość, również w niskich temperaturach, wysoka elastyczność oraz wodoodporność.
Kleje silikonowe
Kleje silikonowe są niezastąpionym materiałem stosowanym w budownictwie, głównie w celu estetycznego wykańczania pomieszczeń. Charakteryzują się znakomitą elastycznością i adhezją do wielu rodzajów podłoży. Zapobiegają one zużywaniu materiałów poprzez równomierne rozłożenie obciążeń, a także obniżają koszty produkcji, zastępując tradycyjnie stosowane złącza mechaniczne, jak np. wkręty.
Kleje silikonowe są niezwykle uniwersalne. Pozwalają na łączenie ze sobą szeregu różnych materiałów, np. metali z tworzywami sztucznymi lub ze szkłem. Kleje silikonowe to głównie związki krzemoorganiczne produkowane z piasku o żelowej konsystencji. Jednym z głównych składników wysokiej jakości klejów silikonowych jest szkło wodne, które powstaje w wyniku reakcji krzemionki z ługiem sodowym. Silikony, dzięki swoim właściwościom, skutecznie zastąpiły kit okienny i różne uszczelniania stolarki budowlanej.
Kleje epoksydowe
Kleje epoksydowe poprzez swoją wytrzymałość oraz bardzo dobrą przyczepność do wielu powierzchni, należą do grupy uniwersalnych produktów klejących o licznych zastosowaniach. Jednym z głównych składników tych klejów jest produkowany przez Grupę PCC nonylofenol. Jest to mieszania izomerów zawierające głównie p-nonylofenol. Nonylofenol pełni rolę półproduktu w wielu procesach produkcyjnych.
Kleje epoksydowe swoją popularność zawdzięczają kilku cechom:
- dzięki posiadaniu grupy epoksydowej, hydroksylowej, aminowej i innych grup polarnych, wykazują silne zdolności adhezyjne i kohezyjne. Ma to bezpośredni wpływ na ich wysoką przyczepność do wielu materiałów, takich jak metal, szkło i ceramika. Mogą być także wytwarzane w celu uzyskania mieszanek o niskiej lepkości, które pozwalają na uzyskanie lepszego rozprowadzania, zwilżalności i przenikania kleju,
- utwardzają się bez uwalniania wody i innych związków chemicznych. Umożliwia to zatem wiązanie ich bez jakiegokolwiek użycia siły (nacisku), przez co mogą być zastosowane podczas klejenia takich materiałów jak metal i szkło,
- są niesamowicie odporne na szeroką gamę rozpuszczalników, a dodatkowo pełnią rolę skutecznej bariery dla ciepła i prądu elektrycznego,
- można modyfikować ich czas utwardzania przez stosowanie specjalnych środków utwardzających,
- podczas twardnienia kurczą się w bardzo niewielkim stopniu (nawet tylko o 1%), przez co naprężenie występujące w kleju jest mniejsze, a samo wiązanie kleju zdecydowanie mocniejsze,
- zapewniają największe wytrzymałości spośród wszystkich rodzajów klejów dostępnych na rynku.
Oferta Grupy PCC dla branży Klejów
Grupa PCC jest producentem szerokiej gamy polioli polieterowych (seria Rokopol®), które można wykorzystać do produkcji prepolimerów, nazywanych często klejami jednoskładnikowymi. Wchodzą one również w skład części poliolowej w poliuretanowych klejach dwukompenentowych Możemy je również znaleźć w uszczelniaczach i elastomerach. W produkcji materiałów poliuretanowych wykorzystywane są także różne substancje modyfikujące ich właściwości, w tym uniepalniacze fosforowe, dostępne w ofercie jako produkty serii Roflam, oraz stabilizatory termiczne serii Rostabil.
Kleje poliuretanowe znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, w tym również w górnictwie, budownictwie, motoryzacji i meblarstwie. W zakładach górniczych dzięki zastosowaniu klejów PUR uszczelniane są spękane górotwory. Doszczelnia się także z ich wykorzystaniem popękane konstrukcje budowlane, a także wzmacnia silnie rozluźnione skały i pokłady węgla. Umożliwia to minimalizowanie zagrożenia związanego z pracami wydobywczymi prowadzonymi w kopalniach. Do zastosowań w górnictwie dedykowane są produkty serii Promopur oraz Promostat.
Ważną grupą klejów poliuretanowych stanowią produkty przeznaczone do tworzenia nawierzchni sportowych, takie jak seria Active Play. Poprzez połączenie granulatu gumowego z odpowiednim klejem otrzymuje się jednolitą, bezpoinową powierzchnię, która może być wykorzystywana na kortach tenisowych, placach zabaw, boiskach sportowych oraz w siłowniach i klubach fitness. Utworzone w ten sposób nawierzchnie posiadają wysoki stopień elastyczności i sprężystości, amortyzują także upadki dzięki skutecznemu pochłanianiu energii.
Przyszłość branży klejów
Stale zwiększająca się produkcja samochodów i popyt na materiały opakowaniowe spowodowały bardzo duży rozwój sektora klejów. Taki wzrost wynika głównie z nowoczesnych trendów motoryzacyjnych, w których prace spawalnicze w zakresie montażu części silnikowych są stopniowo zastępowane przez stosowanie wysokiej jakości klejów oraz uszczelniaczy. Drugim motorem napędzającym tą branżę jest ciągle obserwowany wzrost działalności w zakresie infrastruktury. Szybka urbanizacja i powiększająca się liczba ludności w krajach rozwijających się spowodowały coraz szersze zastosowanie wysokiej jakości klejów w sektorze budowlanym. Ważnym trendem w tej branży jest także budowa domów energooszczędnych, gdzie montaż systemów ociepleniowych między innymi za pomocą klejów jest kluczowy w celu zapewnienia odpowiedniej termoizolacji budynku. Nowoczesne kleje są także wykorzystywane coraz szerzej w dynamicznie rozwijającym się przemyśle elektronicznym, między innymi w produkcji smartfonów, tabletów, laptopów oraz różnych gadżetów i akcesoriów.