КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Физико-химические и биохимические основы производства»

на тему: «Исследование факторов, формирующих качество клея»

Содержание

Введение

1. Литературная часть

1.1 Классификация клеев

1.2 Состояние рынка

1.3 Факторы, формирующие качество клея

1.3.1 Сырьевые компоненты

1.3.2 Технология производства

1.4 Системы оценки качества клея

2. Практическая часть

2.1 Цели и задачи исследования

2.2 Характеристика нормативных документов, действующих в области качества клея

2.3 Обоснование выбора объектов и их характеристика

2.4 Показатели качества клея ПВА и методы их определения

3. Экспериментальная часть

3.1 Результаты исследования образцов клея ПВА

3.2 Анализ факторов качества исследуемых образцов в продукции

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

В настоящее время помимо традиционных крепежных материалов имеется огромное количество всевозможных клеящих составов.

Клеи - это природные или синтетические вещества, применяемые для соединения различных материалов за счёт образования адгезионной связи клеевой плёнки с поверхностями склеиваемых материалов.

Технология применения клеев сравнительно проста, а по своим характеристикам они не хуже, а в некоторых случаях даже лучше традиционных крепежных материалов.

При склеивании, в отличие от сварки и пайки, не требуется нагревать изделие до высоких температур, а высокая термостойкость обеспечивает возможность повторных нагревов. Соединение может обладать эластичностью, что снижает уровень механических напряжений после отверждения и обеспечивает прочность в условиях термоударов и различных нагрузок.

Разрушение клеевого соединения, как правило, означает внезапный отказ изделия, поэтому к качеству клеев предъявляют высокие требования.

На формирование качества клеев оказывают влияние многие технологические моменты, имеющие место как при изготовлении клея, так и при его применении (склеивании).

От качества клеящего состава зависит прочность изделия в целом, его надежность и безопасность, поэтому важно исследовать факторы, определяющие качество клея.

1. Литературная часть

1.1 Классификация клеев

Ассортимент клеев подразделяют по следующим признакам:

1. по происхождению клеящего вещества;

2. по способам сцепления;

3. по назначению;

4. по функциональному назначению.

5. по отношению к нагреванию (термопластичные и термореактивные);

6. по водостойкости (высоководоупорные, водоупорные, неводоупорные);

7. по консистенции (твердые, жидкие, самоклеящиеся плёнки);

По происхождению клеящего вещества (рисунок 1):

Рисунок 1 - Классификация клеев по происхождению клеящего вещества

Клеи природного животного происхождения: мездровый, костный, рыбий.

Мездровый клей получают путём длительного уваривания подкожножировой клетчатки, обрезков шкур и других отходов при забое скота. Выпускают его в дробленом, чешуйчатом и плиточном видах, а также в виде галерты (клеевого студня). Мездровый клей, применяемый для склеивания древесины, имеет цвет от жёлтого до коричневого.

Костный клей получают увариванием обезжиренных костей животных. Форма выпуска и применение аналогичны мездровому. Цвет костного клея тёмно-коричневый, почти чёрный.

Рыбий клей - это жидкость светло-серого цвета, которую получают увариванием плавников и чешуи. Применяют в бумажном, текстильном производстве.

Клеи природного растительного происхождения: крахмальный, декстриновый, смоляной, нитроклей и др.

Клеи на основе крахмала и декстрина представляют собой порошки с добавлением антисептиков и веществ, препятствующих комкованию, имеют слабую клеящую способность. Крахмальный и декстриновый клеи применяются в текстильном производстве, а смоляной - в бумажном.

Нитроклей - это жидкость, получаемая при растворении нитроцеллюлозы в ацетоне и с добавлением пластификатора. Этот клей используется в мебельном и кожевенном производстве.

Клеи природного минерального происхождения - силикатные (канцелярские). Клеи минерального происхождения применяют для изготовления кислотоупорного цемента и бетона, для пропитывания тканей, укрепления слабых грунтов, для склеивания целлюлозных материалов и др.

Клеи синтетические на основе термореактивных смол - эпоксидные, феноло-формальдегидный, фенольно-каучуковый, полиэфирный, карбамидный и пр. Эти клеи практически универсальны в применении, отличаются высокой клеящей способностью и теплостойкостью.

Клеи синтетические на основе термопластичных смол - клеи ПВА, МАРС, МЦ, Ц, клеящие карандаши. Особенностью таких клеев является хорошая эластичность и относительно невысокая термостойкость. Последнее обстоятельство в значительной мере ограничивает область их применения - указанные клеи применяются для склеивания неметаллических материалов в изделиях несилового назначения.

К клеям на основе синтетических каучуков относят резиновые клеи. Это растворы каучуков в бензине, БУСТИЛАТ, ГУМИЛАКС, 88-Н. Их в основном применяют в строительных и ремонтных работах для склеивания обоев, при настилке линолеумов, облицовке плиткой и т.д.

По физико-химическому состоянию и (или) принципу склеивания клеи подразделяют на следующие классификационные группировки:

¦ растворные (раствор какого-либо высокополимера в органическом веществе, клееобразующее и связующее звено - полимер; в процессе склеивания растворитель испаряется, превращаясь в ядовитые пары);

¦ дисперсионные (составы на основе водных дисперсий или латексов полимеров, наполнителей, не содержат вредных и токсичных веществ);

¦ эмульсионные (состоят из диспергированных в воде мельчайших клеевых капель);

¦ активируемые растворителем (адгезионная способность такого клея проявляется при добавлении растворителя);

¦ активируемые теплом (адгезионная способность проявляется под действием тепловой энергии);

¦ расплавы (соединение осуществляется после остывания расплавленного клея);

¦ порошкообразные;

¦ пленочные (состоят из тонкой сульфатной бумаги, пропитанной фенолформальдегидной или карбамидоформальдегидной смолой,
под действием высокой температуры смола пленки плавится и отверждается, склеивание отличается высокой прочностью, водостойкостью и абсолютной грибостойкостью);

¦ чувствительные к давлению (обычно изготовляются в виде лент на подложке, действие проявляется после приложения кратковременного давления);

¦ липкие (такие клеи не высыхают длительное время, сохраняя липкость, а будучи нанесены на склеиваемые поверхности, прилипают к ним при легком нажатии);

¦ контактные (склеивание происходит сухой составляющей после испарения летучего растворителя);

¦ капсулированные (при использовании давление разрушает стенки капсул, обеспечивая контакт компонентов клея);

¦ анаэробные (однокомпонентные материалы, которые отверждаются при комнатной температуре при условии отсутствия контакта с кислородом);

¦ герметики (наряду с функцией соединяющего элемента выполняет функцию герметизирующего средства).

По функциональному назначению клеи подразделяются на конструкционные, неконструкционные и специальные.

К конструкционным клеям относят композиции, обеспечивающие передачу динамических и статических нагрузок от одной части детали или изделия к другой, сопряжённой с ней посредством клеевой плёнки. Основные требования, предъявляемые к клеям этой группы: достаточно высокая прочность при различных видах нагрузки в интервале температур эксплуатации изделия, отсутствие ползучести под действием длительной нагрузки и т.п.

Неконструкционные клеи -- композиции, применяемые для приклеивания декоративных, облицовочных или изоляционных материалов и покрытий, крепления мелких ненагруженных деталей (датчиков различного назначения, токопроводящих элементов электронных приборов и т.п.).

К специальным клеям относят композиции, обладающие дополнительными функционально важными свойствами, например токопроводящие клеи, оптические клеи, медицинские клеи и т.п.

Поскольку ассортимент клеев очень велик, выбор оптимального из них для данного назначения представляет собой довольно сложную задачу: клеи, предназначенные для металлов, не должны содержать анионов, способных вызвать их коррозию; эластичные материалы можно клеить только эластичными клеями на основе кремнийорганических полимеров;
пластмассы лучше клеить материалами, близкими по химической природе; если соединяемые поверхности плохо подогнаны, целесообразно применить вспенивающиеся клеи.

1.2 Состояние рынка клея

Рынок клеев представляется достаточно перспективным, поскольку для домашнего пользования и при проведении строительных работ вместо традиционных крепежных продуктов всё чаще используют различные клеящие вещества по причине их высокой технологичности, универсальности свойств, стойкости, долговечности при различных воздействиях среды.

Согласно исследованиям, проведенным компанией «Эй Ти Консалтинг» (рисунок 2), среди клеящих материалов отечественных производителей наиболее распространена продукция компаний: «Экохимтрейд-групп», Группа компаний «АСД», ООО «Текс», «Старатели», ЗАО «Глимс Продакшн», UNIS, ООО НПП «Экспоприбор», «Крепс», ПК Химический завод «Луч»:



Рисунок 2 - Распределение долей рынка клея среди отечественных производителей

Основные конкуренты - это импортные производители клеев, тем более их число заметно превышает количество российских производителей. Они выходят на рынок с четкой стратегией, и, зачастую, с более конкурентоспособным товаром как по качественным, так и по ценовым показателям.

По оценкам маркетингового агентства DISCOVERY Research Group, объём рынка промышленных клеев в РФ составляет примерно $50 млн.

Клеи для офисных, строительных и отделочных работ предлагают почти 20 зарубежных фирм, среди которых всемирно известные компании: Henkel, Kiesel, Uzin, Jowat AG, Stauf (Германия); Kiilto (Финляндия); Bostik Findley (Франция); Bona, Teraco (Швеция); Glidden и Franklin (США); Mapei, Rinaldi (Италия); Atlas (Польша); Orac Decor (Бельгия); Ceys (Испания) и др.

Абсолютный лидер на российском и мировом рынке клеев -- компания Henkel (20% оборота клеев). Согласно отчёту компании наибольшая доля продаж -- 18,8 % -- приходится на Россию, на втором месте Польша (13,7 %), на третьем -- Турция (12,2 %).

На рынке клеев также наблюдается тенденция импортозамещения. Это создаст более жёсткую конкурентную среду, что заставит игроков искать резервы для снижения цен, способно будет привести к повышению качества, обновлении и расширению ассортимента.

Составить исчерпывающую картину объемов продаж клея на отечественном рынке довольно сложно, т.к. имеющаяся статистика не отражает реальных объемов импортной продукции на рынке и не в состоянии назвать точную цифру отечественного производства клея.

По оценкам специалистов, доля отечественной и импортной продукции находится в соотношении 30% к 70% соответственно. При этом, большую выручку продавцы клея получают от продажи строительного и упаковочного клеев.

Перед отечественными производителями клеев практически всех видов существуют такие сложности, как отсутствие полноценной сырьевой базы, малая доля инвестиций в технологии и производство, постоянное воздействие коррупционного поля на производственный процесс.

Доля импортных клеевых материалов на российском рынке с каждым годом увеличивается. Основными причинами такого увеличения являются более технологичные, финансовоемкие и высокоавтоматизированные производства и низкая себестоимость продукции.

Состояние и перспективы рынка клея полностью зависят от тенденций и технологий, возникающих в смежных отраслях и находящих применение в отраслях потребления.

Согласно прогнозам аналитиков и мнениям большинства экспертов, сложившаяся ситуация на рынке клеев тенденций к изменению не имеет.

Поэтому для увеличения доли производства отечественные предприятия должны решать проблему организации и технического перевооружения собственной производственной базы, оптимизации нормативно-технической документации и расширения ассортимента. Это, безусловно, положительно скажется на увеличении объемов промышленного производства отечественной клеевой продукции и повышении степени ее конкурентоспособности.

1.3 Факторы, формирующие качество клея

1.3.1 Сырьевые компоненты

Состав клеев очень сложен. Для их производства используют следующие группы сырья:

1. Клеящие вещества (крахмал, декстрин, растительные смолы, нитроцеллюлоза, каучук синтетический, а также синтетические смолы: бакилитовофенольные, полиэфирные, полиамидные и пр.) обеспечивают адгезионную и когезионную прочность клеевого соединения

2. Растворители (бензин, ацетон, сложные эфиры).

Основным свойством растворителя, определяющим его качество, является растворяющая способность. Чем выше скорость растворения, меньше вязкость растворенной композиции при одинаковой концентрации полимера и ниже температура, обеспечивающая растворение с заданной скоростью, тем активнее растворитель.

Другим важным свойством растворителей является их способность быстро смачивать поверхность и обеспечивать диффундирование молекул полимера к ее активным центрам.

Растворители оказывают значительное влияние на физико-механические свойства клеевых прослоек, в частности на величину усадочных напряжений, водо- и теплостойкость.

Однако присутствие растворителя в клее замедляет процесс отверждения, снижает прочность и герметичность клеевой прослойки, так как испарение растворителя сопровождается порообразованием. Поэтому содержание растворителя в клее должно быть ограничено минимумом, необходимым для выполнения технологических операций.

В результате взаимодействия между активными группами растворителей и свободными радикалами полимеров клеевая прослойка после отверждения может содержать некоторое количество остаточного растворителя, который временно играет роль пластификатора.

3. Пластификаторы (камфорное масло, глицерин, высококипящие малолетучие жидкости, представляющие собой сложные эфиры, например: дибутилфталат, трифенилфосфат).

Одним из важных факторов, определяющих свойства адгезионного соединения, является количество и природа пластификаторов, которые иногда вводят для устранения неблагоприятного влияния усадки и внутренних напряжений в процессе образования клеевого слоя. Некоторые пластификаторы вследствие плохой совместимости с клеящим полимером внедряются прежде всего между наиболее крупными молекулярными образованиями (т.н. эффект межпачечной пластификации), разрушают их и тем самым положительно влияют на условия формирования адгезионного соединения. Также пластификаторы добавляют для придания клеевой плёнке гибкости и эластичности.

4. Наполнители (тальк, мел, каолин др.).

Введение наполнителей снижает остаточное напряжение в клеевом слое, что сопровождается повышением прочности адгезионной связи. С помощью наполнителя (например, аэросила) можно регулировать тиксотропные свойства клеев. В некоторых случаях введение наполнителей способствует увеличению не только прочности, но и теплостойкости клеевых соединений, лучшему заполнению клеем зазоров между склеиваемыми поверхностями, позволяет экономить клеящие материалы. При использовании в качестве наполнителей металлических порошков повышается теплопроводность клеевых соединений; порошкообразные серебро, медь, никель и некоторые другие металлы, а также графит придают клеям способность проводить ток.

Наполнители в клеях вызывают и некоторые отрицательные явления. Органические наполнители, например, набухают, снижают водостойкость клеевых соединений. Высокопрочные минеральные порошки резко повышают абразивный износ режущих инструментов при обработке клееных изделий. Нестойкие к кислотам и щелочам наполнители могут вступать в реакцию с другими компонентами клея, например кислым катализатором, и в связи с этим ускорять или замедлять процесс отверждения.

5. Отвердители (металл, пластмасса, фарфор, стекло и пр).

Их добавляют в клей, чтобы ускорить реакцию отверждения клея.

В процессе отверждения клеев выделяется тепло, которое при большом объеме состава может привести к его перегреву, к нарушению структуры клея и значительной усадке клеевого слоя. Поэтому для обеспечения необходимой жизнеспособности клея при введении отвердителя предпринимают некоторые меры для отвода выделяющегося при реакции тепла (водяное охлаждение, ограничение объема реагирующих веществ).

Скорость отверждения имеет большое значение для склеивания. Она зависит не только от температуры, но и от содержания в композиции растворителей, пластификаторов, наполнителей. При медленном испарении растворителя действие отвердителей несколько ограничивается. Если наполнитель обладает кислотными или щелочными свойствами, то он может усиливать или ослаблять (нейтрализовать) действие отвердителей, также имеющих кислую или щелочную реакцию.

В некоторых случаях отверждение клеев может происходить под влиянием влаги, адсорбированной на склеиваемых поверхностях. Так отверждаются, например, цианакрилатные клеи. В других случаях (при склеивании металлов) отвердителем служит сам металл. При нанесении клея на поверхность очищенной детали сразу же начинается процесс отверждения. Необходимым условием этого является отсутствие кислорода воздуха на поверхности склеивания.

6. Ингибиторы и стабилизаторы

Для того чтобы продлить срок сохранности исходных продуктов для клеев, в них вводят вещества, тормозящие или полностью прекращающие процессы полимеризации. Такие вещества называют ингибиторами. Как правило, ингибиторы добавляют в весьма малых количествах.

В качестве ингибиторов стирола, метилметакрилата, акрилонитрила применяют гидрохинон, ароматические амины и некоторые нитросоединения.

На свойства клеевых соединений может влиять старение полимеров - процесс, при котором под влиянием различных факторов изменяется состав и структура молекул.

Для замедления процессов старения, развивающихся в полимерах под влиянием тепла, кислорода воздуха, солнечного облучения, в состав некоторых клеев вводят небольшие добавки противостарителя, или стабилизатора (многоатомные фенолы, амины и соединения, содержащие сульфгидрильные группы).

Кроме того в состав клеевых соединений входят прочие добавки, такие как антисептики, вещества, препятствующие комкованию порошкообразных клеев и т.д.

1.3.2 Технология производства клея

Качество клеев зависит не только от сырьевых компонентов, но и от соблюдения технологии производства.

Единой методики производства клея нет, т.к. сырье, используемое при изготовлении различных типов клеев, и его свойства существенно отличаются друг от друга.

Самая общая технологическая схема производства клеев выглядит следующим образом:

1. Подготовка сырья.

2. Дробление сырья.

3. Взвешивание и подготовка порций.

4. Обработка сырья в смесителе.

5. Варка.

6. Отстой (вылеживание) продукта (для некоторых типов клеев).

7. Сушка и дробление продукта.

8. Упаковка клеев.

Клеи-расплавы готовят по следующей технологической схеме: дозирование и смешивание компонентов (основной полимер - этиленвинилацетат, эфиры канифоли, полиуретан, каолин в качестве наполнителя и др. добавки), расплавление смеси при температуре 120°С, экструзия (выдавливание) смеси в виде нитей, их протяжка и охлаждение в воде, измельчение в гранулы, подсушка и упаковка в бумажные мешки.

Порошкообразные клеи получают распылением жидкой смолы и последующей ее сушкой горячим воздухом.

Получение поливинилацетатных клеев возможно путем растворения смолы в соответствующем растворителе с добавлением инициатора и ускорителя полимеризации.

Мездровый клей получают путем проваривания подкожного слоя шкуры животных и других отходов кожевенной промышленности.

Клей костный -- получают из костей крупных позвоночных животных и костяных отходов, а также из лома различных костяных изделий. Для этого кости дробятся, обезжириваются, а затем варятся. Клеевой бульон, содержащий 10-20% клея, отстаивается, осветляется фильтрованием, иногда отбеливается и выпаривается в вакуум-аппарате до 30--40% содержания клея, далее перерабатывается на пластины.

Альбуминовый клей готовят на основе альбумина- животного белка, который при 75°С твердеет и становится нерастворимым. При выпаривании крови животных получают кристаллический или пылевидный альбумин, растворимый в воде в соотношении 1:9, затем при добавлении 10% гашеной извести получают желеобразную массу с клеящими свойствами.

Основной проблемой производства клеев является их высокая вязкость, которая затрудняет быстрое и качественное перемешивание, диспергирование и транспортирование к месту фасовки материалов.

Производство вязких и высоковязких водно-дисперсионных материалов, к которым относится клей, осуществляется по двум схемам, различающимся по принципу действий.

Первая схема базируется на подготовке материалов в вязкой среде. Предварительное перемешивание проводится, как правило, горизонтальной лопастной тихоходной мешалкой, с совмещением этого устройства с насосным - диспергирующим агрегатом. Такое совмещение позволяет производить выпуск вязких материалов одновременно с транспортированием их к месту фасовки.

Процесс изготовления клеев выглядит следующим образом. В верхний тихоходный растворосмеситель порционно загружаются весовые количества сырьевых компонентов. В течение 10-20 минут проходит перемешивание и предварительное диспергирование материала за счет трения эластичных частей лопастей мешалки о металлический корпус смесителя. Затем перемешанная композиция в полном объеме выгружается в накопительную часть нижнего агрегата, после чего включается шнек, при этом работает рециркуляционное насосное оборудование, возвращая после обработки указанную композицию обратно в накопительную емкость нижнего агрегата.

Одновременно с этим производится вторая загрузка в верхний агрегат. После окончания этой загрузки рукав рециркуляции частично перекрывается, и часть материала идет на фасовку.

Недостатком указанного способа является относительно невысокая производительность труда при высоких энергозатратах, достаточно длительное время изготовления (за счет перемешивания в вязкой среде), необходимость использования тонких готовых наполнителей (для получения однородных клеев).

Процесс изготовления по второй схеме подразумевает принципиально другую технологию производства.

Предварительное перемешивание и диспергирование проводится при высоких оборотах в жидкой среде (соответственно без высоких энергозатрат) и подразумевает загущение продукта на конечной стадии производства, с последующим транспортированием.

В отличие от первого метода в производстве задействовано съемное навесное оборудование, которое дает возможность не только перемешивать и дезинтегрировать, но и диспергировать материал. Используются рукава рециркуляции, шнек и насос, которые непосредственно совмещены с емкостью, в которой осуществлялась предварительная подготовка материала.

Установки, используемые при производстве клеев (УДИМ-1ПМ и ШУ-1), снабжены системой принудительной подачи материала к месту фасовки, которая содержит последовательно совмещенные - шнек, винтовой насос и гибкий шланг.

Упаковывают клеи в бумажные, полиэтиленовые пакеты, банки, бутылки, металлические тубы.

1.4 Системы оценки качества клея

Приемка клеящих материалов проводится партиями.

При периодическом процессе производства за партию принимают количество аналогичного по составу и консистенции клеящего материала, полученного за один технологический цикл и сопровождаемого одним документом о качестве.

При непрерывном процессе производства за партию принимают количество аналогичного по составу и консистенции клеящего материала, изготовленного за ограниченный период времени, но не более суточной выработки и сопровождаемого одним документом о качестве.

При транспортировании клеящих материалов за партию принимают содержимое каждого транспортного средства.

Ко всем клеям предъявляют следующие требования:

¦ внешний вид;

¦ наличие посторонних примесей;

¦ массовая доля сухого остатка (массовая доля влаги);

¦ вязкость;

¦ толщина клеевого слоя;

¦ прочностные показатели клеевого соединения;

¦ жизнеспособность;

¦ клеящая способность;

¦ показатели безопасности.

Для некоторых видов клеев применимы особые требования. Например, к дисперсионным, эмульсионным, липким клеям и герметикам применим показатель активности водородных ионов; к клеям природного происхождения предъявляются требования к загниваемости и грибоустойчивости.

Документ о качестве должен содержать следующие данные:

¦ наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак или только его товарный знак;

¦ наименование, марку и цвет материала, сорт;

¦ массу нетто;

¦ номер партии и дату изготовления;

¦ результаты проведенных испытаний или подтверждение о соответствии требованиям нормативно-технической документации;

¦ вид тары и количество единиц упаковки в партии;

¦ обозначение нормативно-технического документа.

Упаковочные единицы, отобранные случайной выборкой для контроля качества, должны быть перед вскрытием тщательно очищены снаружи от загрязнений.

Пробы отбирают при температуре хранения клеев по следующей схеме:

1. от упаковочных единиц, отобранных для контроля, отбирают точечные пробы;

2. из точечных проб составляют объединенную пробу;

3. от объединенной пробы отбирают среднюю пробу.

Точечные пробы жидких клеев отбирают после удаления с поверхности пленки и тщательного перемешивания до однородного состояния.

Пробы клея из тары различных видов и специализированных металлических контейнеров берут из любой точки емкости.

Объединенную пробу материала составляют смешением равных объемов точечных проб, взятых с верхнего, среднего и нижнего уровней в соотношении 1:2:1. Для клеящих материалов объединенная проба является средней (ее масса должна быть не менее 0,5 кг).

Вязкие или порошкообразные продукты проверяют в производственной емкости и, если она однородна по внешнему виду, пробу отбирают в различных частях общей массы с помощью трубки, ковша или пробоотборника, или несколько небольших проб отбирают через регулярные промежутки времени при заполнении контейнеров для перевозки.

Общую пробу сухих порошков готовят для каждой партии. Для проверки соответствия качества порошковых клеев требованиям стандарта от партии отбирают 3% упаковочных единиц (мешков, ящиков), но не менее трех единиц, взятых из разных мест партии. Пробу извлекают из участка, расположенного близко к центру емкости, с помощью соответствующих пробоотборников. Полученная таким образом общая проба должна содержать равные порции из каждой емкости и не должна превышать 2 кг.

Отбор проб клеев должен проводиться в соответствии с правилами безопасности, утвержденными в установленном порядке.

Метод предварительного контроля качества клеев включает два этапа: визуальный контроль и смешивание.

При визуальном контроле жидких и вязких клеев определяют приблизительный незаполненный объем сосуда, отмечают наличие поверхностной пленки и ее особенности (твердая или мягкая, тонкая, средней толщины или очень толстая), пленку отделяют от стенок сосуда и удаляют, анализируют консистенцию клея, отмечают разделение образца на фазы, тип осадка (мягкий, твердый или твердо-сухой), наличие примесей в клее.

Процедура смешивания зависит от типа осадка: образцы, в которых произошло гелеобразование или выпадение твердо-сухого осадка, которые не могут быть восстановлены, для испытаний не используют; образец, не содержащий твердого осадка, тщательно перемешивают (даже если нет видимого осадка) встряхиванием до тех пор, пока образец не будет однородным.

При визуальном контроле порошкообразных материалов не требуется специальных методов контроля, но особенности должны быть отмечены (необычный цвет, наличие больших или твердых кусочков, примесей и т.д.).

При получении неудовлетворительных результатов периодических испытаний изготовитель проверяет каждую партию до получения удовлетворительных результатов испытаний подряд не менее чем в 3 партиях.

В торговой практике при приёмке проверяют качество и целостность упаковки, четкость и полноту маркировки.

2. Практическая часть

2.1 Цели и задачи исследования

Цель данной курсовой работы - исследование факторов, формирующих качество клея ПВА, а также установление зависимости качества продукта от этих факторов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

¦ изучить нормативные документы, действующие в области качества клея;

¦ исследовать показатели качества клея ПВА;

¦ изучить методику определения показателей качества клея ПВА;

¦ определить технологические приемы, характеризующие каждый показатель качества;

¦ сделать анализ полученных результатов;

¦ установить взаимосвязь результатов исследования с технологией производства и составом клеев.

2.2 Характеристика нормативных документов, действующих в области качества клея

Все виды клеев должны вырабатываться в соответствии с положениями действующей нормативной документации.

Основными нормативными документами, действующими в области качества клеев, являются:

¦ ГОСТ 28780-90 «Клеи полимерные. Термины и определения»;

¦ ГОСТ 30535-97 «Клеи полимерные. Номенклатура показателей»;

¦ ГОСТ 26454-85 «Клеи. Метод определения модуля нормальной упругости клея в клеевом соединении»;

¦ ГОСТ 14759-69 «Клеи. Метод определения прочности при сдвиге»;

¦ ГОСТ 14760-69 «Клеи. Метод определения прочности при отрыве»;

¦ ГОСТ 28966.1-91 «Клеи полимерные. Метод определения прочности при расслаивании»

¦ ГОСТ 28966.2-91 «Клеи полимерные. Метод определения прочности при отслаивании» и т.д.

Также действуют стандарты, распространяющиеся на отдельные типы клеев:

¦ ГОСТ 18992-80 «Дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная. Технические условия»;

¦ ГОСТ 2199-78 «Клей резиновый. Технические условия»;

¦ ГОСТ 2067-93 «Клей костный. Технические условия»;

¦ ГОСТ 14887-80 «Клеи оптические. Типы»;

¦ ГОСТ 3252-80 «Клей мездровый. Технические условия» и пр.

Кроме того на предприятиях по производству клея активно используют ТУ (технические условия) - документы, в которых изготовитель добровольно устанавливает требования к качеству и безопасности конкретного вида продукции, необходимые и достаточные для ее идентификации, контроля качества, безопасности при изготовлении, хранении и транспортировании.

Технические условия включают следующие разделы:

1. Требования к качеству и безопасности.

2. Маркировка.

3. Упаковка.

4. Правила приемки.

5. Методы контроля качества.

6. Правила транспортирования и хранения.

7. Гарантии изготовителя.

Технические условия не должны противоречить требованиям государственных стандартов. Соответствие продукции стандартам является гарантией высокого качества.

2.3 Обоснование выбора объектов и их характеристика

Среди всего многообразия клеев наиболее популярен поливинилацетатный клей (ПВА).

Область применения клея ПВА достаточно широка - в строительной, текстильной, обувной, кожевенной, табачной промышленностях, при производстве упаковок, водно-дисперсионных красок, при выполнении офисных работ. Помимо высокой морозоустойчивости клеевого соединения и хорошей клеящей способности клей ПВА абсолютно нетоксичен, пожаро- и взрывобезопасен, рН - нейтральный, что позволяет использовать его в домашних условиях и детских учреждениях.

Для эксперимента были представлены 3 образца клея ПВА разных производителей:

¦ Образец №1 - Клей ПВА-М (ПК химический завод «Луч», г.Ярославль, изготовлен по ТУ 2385-006-02954519-96, срок годности 24 месяца);

¦ Образец №2 - Клей ПВА (НПП Экспоприбор, г.Обнинск, изготовлен по ТУ 2242-010-10834752-97, срок годности 12 месяцев);

¦ Образец №3 - Клей ПВА Универсальный (ООО «Компания РДК», г.Подольск, изготовлен по ТУ 2385-001-70464994-2004, срок годности 24 месяца).

Согласно заявленной маркировке анализируемые образцы предназначены для склеивания бумаги, картона, дерева, кожи, стекла, фарфора, фотобумаги.

Как известно, компании НПП Экспоприбор и ПК химический завод «Луч» входят в десятку крупных отечественных производителей клеев. Их продукция, отличающаяся высоким качеством, пользуется популярностью как среди заказчиков, так и среди непосредственных потребителей. Данный факт послужил стимулом для выбора продукции этих изготовителей.

ООО «Компания РДК», наиболее известная как производитель различных канцтоваров, приступила к выпуску клеев ПВА сравнительно недавно и, следовательно, менее известна на рынке клеев. Поэтому важно определить качество продукции ООО «Компания РДК» и сопоставить его с качеством известных производителей.

Кроме того цена представленных образцов не выходит за рамки средней розничной цены клея ПВА, что объясняет доступность и высокий спрос на данный товар.

2.4 Показатели качества клея ПВА и методы их определения

1. Определение внешнего вида и посторонних включений.

Внешний вид, цвет и наличие инородных включений определяют визуально.

Эксперимент проводят следующим образом: клей наливают в стакан (при температуре 23+2°C). В клей опускают стеклянную пластинку, предварительно обезжиренную этиловым спиртом. Затем пластинку вынимают и для стекания избыточного клея держат над стаканом 10-20 с. Образовавшуюся на стекле пленку просматривают на свет.

Испытание проводят трижды.

Пленка должна быть белого или слегка желтого цвета без комков и посторонних включений, с размером частиц 1-3 мкм.

2. Определение массовой доли сухого остатка в клее.

Массовая доля сухого остатка напрямую влияет на вязкость клея - чем выше доля сухого остатка, тем выше прочность клеевого соединения. Однако чрезмерно высокая концентрация клеев ведет к увеличению расхода клея, сокращает время их отверждения, влечет неравномерность нанесения на оклеиваемую поверхность.

Во взвешенный металлический бюкс помещают 1-2 г клея и снова взвешивают с погрешностью не более 0,001 г. Бюкс с навеской помещают в сушильный шкаф и, сняв крышку, высушивают при температуре 115 + 5°С до постоянной массы.

Взвешивание производят через 1,5 ч после начала просушивания в сушильном шкафу. Дальнейшие взвешивания производят через 20 мин до тех пор, пока разница между двумя последними взвешиваниями не будет превышать 0,001 г, после чего бюкс охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Массовую долю сухого остатка клея равна отношению массы клея после высушивания к массе клея до высушивания в процентах.

3. Определение показателя активности водородных ионов.

Величина рН имеет большое значение для определения условий хранения клеев, выбора типа и количества отвердителя, определения способности клеев соединять различные материалы, оценки возможной коррозионной активности.

Определение показателя активности водородных ионов проводят методом непосредственной оценки концентрации водородных ионов в водном растворе с массовой долей клея 1% при температуре 23 + 2°С по отсчетному устройству рН-метра.

За результат анализа принимают среднеарифметическое результатов двух параллельных измерений.

3. Экспериментальная часть

3.1 Результаты исследования образцов клея ПВА

1. Определение внешнего вида и посторонних включений.

Образец №1: вязкая однородная жидкость желтоватого цвета без комков и посторонних включений, без запаха;

Образец №2: вязкая однородная жидкость белого цвета без комков и посторонних включений, со слабым характерным запахом.

Образец №3: неоднородная жидкость белого цвета без комков и посторонних включений, с характерным запахом.

2. Определение массовой доли сухого остатка в клее (Приложение 1).

Образец №1: 83%;

Образец №2: 82%;

Образец №3: 76%.

3. Определение показателя активности водородных ионов.

Образец №1: рН = 6,9;

Образец №2: рН = 4,6;

Образец №3: рН = 5,03.

3.2 Анализ факторов качества исследуемых образцов в продукции

Показатели качества клея ПВА нормируются по ГОСТ 18992-80 «Дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная. Технические условия».

Данный документ внешний вид клея ПВА определяет как вязкую жидкость белого или слегка желтого цвета без комков и посторонних включений, с размером частиц 1-3 мкм, с возможностью образования поверхностной пленки.

На внешний вид клея ПВА оказывает влияние этап дробления сырья и варка (ее продолжительность и поддержание необходимой температуры), введение различных наполнителей с целью увеличения вязкости, а также соблюдение санитарно-гигиенических требований.

Согласно проведенным испытаниям исследуемые образцы полностью соответствуют требованиям стандарта.

Массовая доля сухого остатка в клее ПВА должна быть не менее 53%.

Представленные образцы соответствуют требованиям нормативного документа (рисунок 3):

Рисунок 3 - Массовая доля сухого остатка в клее ПВА

Массовая доля сухого остатка в образцах №1 и №2 практически одинаковая (83% и 82% соответственно). Концентрация сухих веществ в образце №3 несколько ниже (76%), что увеличивает время отверждения клеевого шва по сравнению с другими образцами, но одновременно снижает вязкость клея, что облегчает его нанесение и ведет к меньшему расходу связующего.

На количество сухого остатка оказывает влияние соотношение исходных сырьевых компонентов (клеящих веществ и воды), глубина поликонденсации, длительность сушки.

Массовая доля сухого остатка влияет на срок хранения клеев. Даты выпуска образца №1 (клей ПВА-М, ПК химический завод «Луч») и образца №2 (клей ПВА, НПП Экспоприбор): 07.2009 г. и 12.2009 г. соответственно. Массовая доля сухого остатка этих объектов примерно одинаковая (см. рисунок 2). Доля сухого остатка образца №3 (Клей ПВА Универсальный, ООО «Компания РДК») - 76% при дате выпуска 03.2010г.

Согласно ГОСТ 18992-80 «Дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная. Технические условия» показатель активности водородных ионов варьируется от 4,5 до 6,0. Значение рН свидетельствует о кислотности клея, которая отрицательно влияет на срок его хранения. В процессе изготовления клея заданную величину рН регулируют соответствующей дозировкой отвердителя или стабилизатора на заключительном этапе варки.

Рисунок 4 - Показатель активности водородных ионов

Исследования показали (рисунок 4), что образцы №2 и №3 отвечают требованиям стандарта по показателю активности водородных ионов (рН = 4,6 и рН = 5,03 соответственно). Значение рН образца №1 превышает установленные границы (рН = 6,9).

На прочность склеивания существенное влияние оказывает водородный показатель. По полученным результатам можно сделать вывод, что самую малую прочность будет иметь клеевое соединение образца №2 (pH=4,6), наиболее прочное соединение образует образец №1 (pH=6,9).

Заключение

В ходе исследований было выявлено, что на качество и срок хранения клея влияют как клеящие компоненты, так и свойства вводимых добавок. Также немаловажным фактором является соблюдение технологии производства клея, т.к. даже незначительное нарушение на одном из производственных этапов может привести к забраковке всей партии.

По экспериментальным данным требованиям ГОСТ 18992-80 «Дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная. Технические условия» по таким показателям качества как внешний вид, массовая доля сухого остатка и концентрация водородных ионов полностью отвечают образцы №2 (клей ПВА, НПП Экспоприбор) и №3 (клей ПВА Универсальный, ООО «Компания РДК»). Образец №1 (клей ПВА-М, ПК химический завод «Луч») превышает предельно допустимые значения по показателю концентрации водородных ионов.

Список использованной литературы

1. Кардашов Д.А. Синтетические клеи: Учебное пособие. - Москва: Изд-во «Химия», 1986.

2. Хрулев В.М. Синтетические клеи и мастики: Учебное пособие. - Москва: Изд-во «Высшая школа», 1991.

3. Айрапетян Л.Х., Заика В.Д., Елецкая Л.Д., Яншина Л.А. Справочник по клеям: Санкт-Петербург: Изд-во «Химия», 1990.

4. Волынский В.Н. Технология клееных материалов: Учебное пособие для вузов. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2003.

5. Давыдов А.Б. Клеи: Большая Советская Энциклопедия. - Москва: Изд-во «Советская энциклопедия», 1976.

6. Бегунков О.И. Испытания жидких клеевых материалов: Методические указания. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002.

7. Кардашов Д.А., Петрова А.П. Полимерные клеи. Создание и применение. - Москва: Изд-во «Химия», 1983.

8. ГОСТ 18992-80 Дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная. Технические условия.

9. ГОСТ 28780-90 Клеи полимерные. Термины и определения.

10. ГОСТ 30535-97 Клеи полимерные. Номенклатура показателей.

11. ГОСТ 9980.1-86 Материалы лакокрасочные Правила приемки.

12. ГОСТ 9980.2-86 Материалы лакокрасочные. Отбор проб для испытаний.

13. http://www.bitumsibir.ru/

14. http://www.znaytovar.ru/

15. http://ru.wikipedia.org/

16. http://www.mdm-techno.ru/

17. http://www.xumuk.ru/

18. http://www.atconsult.ru/interview/

19. http://www.Press-Release.ru/

Приложение

Определение массовой доли сухого остатка в клее

Массовую долю сухого остатка определяют по формуле:

где m - масса клея до высушивания, г;

m₁ - масса клея после высушивания, г.

1) Образец №1 (клей ПВА-М, ПК химический завод «Луч»):

2) Образец №2 (клей ПВА, НПП Экспоприбор):

3) Образец №3 (клей ПВА Универсальный, ООО «Компания РДК»):