Liimaus ja liimat

Puun liimaus
Liimaus on puutuoteteollisuuden tärkeä osaprosessi. Kehittynyt puutuoteteollisuus perustuu suurelta osalta liimauksen. Seuraavassa luetellaan muutamia tärkeimpiä käyttöaloja:

Sahateollisuus

• jatkettu sahatavara

• liimapuupalkki

Puulevyteollisuus

• vaneri-, lastu-, kuitu- ja MDF-levyt

• liimapuulevy

Rakennuspuusepänteollisuus

• ovet

• ikkunat

• parketit

Huonekaluteollisuus

• liitokset

• reunalistoitus

• viilutus

• tuotteiden kokoonpano
   

Muovien, metallien ja rakennusaineiden liimaus puuhun
Liimasauma on liitos, jossa kaksi kappaletta on sidottu kiinteästi toisiinsa. Muihin liitostapoihin verrattuna liimaus tarjoaa useita etuja, mistä johtuu sen kasvava suosio.

Liimauksen etuja:

• Liimaamalla voidaan liittää toisiinsa pinta-alaltaan suuria kappaleita.

• Lähes kaikkia aineita voidaan liimata.

• Liimaus on varsin nopea ja useimmiten kustannuksiltaan halvin liitostapa.

Liimauksen haittoja:

• Liimauksessa tarvitaan useimmiten kalliita välineitä kuten puristimia.

• Liimauksen lämmönkestävyys on yleensä suhteellisen alhainen.

• Pitkäaikainen rasitus aiheuttaa liimasaumassa helposti pysyviä muodonmuutoksia.

Nykyisin lähes kaikkia aineita on mahdollista liimata puuhun, mikä on tehnyt mahdolliseksi puutuotteiden yhä pitemmälle menevän jalostuksen palvelemaan puupohjaisten tuotteiden käyttäjiä. Kehittynyt puutuoteteollisuus perustuu suurelta osalta liimauksen hyväksikäyttöön.

 

Liiman sitoutuminen puuhun
Liiman sitoutumiseen puuhun eli adheesioon vaikuttaa lukuisia tekijöitä. Kuvassa sideaine tunkeutuu huokoiseen aineeseen mekaanisessa adheesiossa. Liiman mekaanisen tartunnan lisäksi prosessiin vaikuttaa ns. spesifinen adheesio, joka perustuu puun ja liima-aineen molekyylien väliseen vuorovaikutukseen. Kuvassa liima-aineen sähköisesti varautuneet molekyylit kiinnittyvät puuaineeseen. Nykyisen käsityksen mukaan molemmat adheesion lajit yhdessä aiheuttavat liiman kiinnittymisen.

Kestävän liimasauman muodostumiselle asetetaan seuraavat edellytykset:

• Liiman on kostutettava puupinta, jolloin kiinnittyminen puuaineeseen on mahdollista.

• Liiman kiinnittymisen puuaineeseen eli adheesion on oltava riittävä.

• Liiman sisäisen lujuuden eli koheesion on oltava riittävä.

• Liiman tulee kovetuttuaan pystyä seuraamaan rikkoutumatta puupinnan elämistä etenkin kosteusmuutosten seurauksena.

• Liimauksen tulee kestää käyttöolosuhteissa vanhentumatta.
   

Liima tunkeutuu puuainekseen riittävästi ainoastaan nesteenä. Samalla neste työntää pois puuaineksen pinnalle kerääntyneet epäpuhtaudet. Edellytyksenä on, että liima leviää puuaineksen pinnalle, toisin sanoen kostuttaa riittävästi liimattavia pintoja. Kostumisen mittana on kuvan liimapisaran kyky tunkeutua pinnan epätasaisuuksiin. Jos nesteenä levitettävä liima kerääntyy pisaroina puun pinnalle, on liimaseos sopimatonta ja sauman lujuus muodostuu heikoksi. Liimaukseen käytetään myös kiinteitä liimakalvoja, mutta edellytyksenä on tällöinkin liimattavien pintojen riittävä kostuminen lämmön vaikuttaessa kalvoon.

Liiman kostutuskyky. a) Riittämätön puupinnan kostuminen ja b) hyvä puupinnan kostuminen
 

Mikäli liimasauma murtuu koestettaessa puun ja liiman rajapinnasta, ei käytännössä useinkaan ole kysymys liiman huonosta kiinnittymisestä, vaan pinnan huonosta kostumisesta tai muusta pinnan liimausominaisuudesta. Liiman imeytyminen riippuu puun ominaisuuksien lisäksi etupäässä liiman viskositeetista. Käyttökelpoisten puuliimojen sakeus vaihtelee 200-15 000 cP. Kevyillä puulajeilla on käytettävä sakeampia liimoja liiallisen imeytymisen estämiseksi. Kertamuoviliimoilla viskositeetti vähenee huomattavasti puristuksen alkuvaiheessa, jolloin liiallisen imeytymisen vaara on suuri.

Liima ei kuitenkaan saa tunkeutua liiaksi puun sisään, sillä itse liimasaumaan on jäätävä tarpeeksi tartunta-ainetta kiinteän ja yhtenäisen sauman muodostamiseksi. Liimattaessa on riittävän puristuspaineen käyttö osoittautunut välttämättömäksi. Tärkeintä on saada liima-aine tunkeutumaan ehjään puuaineeseen tuhoutuneen ja osittain polaarittoman pintakerroksen lävitse. Kuumaliimauksessa liima-ainetta imeytyy yleensä niin huomattavasti, että puun pinnan erityiskäsittelyä ei tarvita.

Puuliimat ovat sauman muodostumishetkellä liuosmuodossa, jolloin liiman kovettuessa liuote poistuu saumasta ja tapahtuu voimakasta kutistumista. Ilmiöön vaikuttaa puun ja liimalaadun lisäksi liiman kuiva-ainepitoisuus. Paksuissa saumoissa on käytettävä kuiva-ainepitoisia ja vähän liuotetta sisältäviä liimoja. Sauman kutistuminen yhdessä puun kosteus- ja lämpötilavaihteluiden kanssa aiheuttaa jännityksiä, jotka pyrkivät vääntämään kappaletta sekä rikkomaan saumaa. Liiman on kaikissa käyttöolosuhteissa kuitenkin kestettävä saumaan syntyneet jännitykset.

 

Liimat
Liimoja luokitellaan varsin monella tavalla. Seuraavassa esitetään yleisimmät perusteet:

• liiman kosteuden- ja säänkestävyysominaisuudet

• sitomis- eli kovettumislämpötila

• puurakenteen kantavuusluokka

• liiman käyttötarkoitus

• liiman sideaineen alkuperä ja kemiallinen koostumus.

Liiman kosteuden- ja säänkestävyysominaisuuksien perusteella erotetaan seuraavat kolme luokkaa:

1. kuivaan sisäkäyttöön soveltuvat liimat, jotka eivät siedä kosteutta

2. kosteiden sisätilojen liimat

3. ulkotilojen säänkestävät liimat.

Sitomis- eli kovettumislämpötilan perusteella erotetaan

• kylmäkovettuvat liimat

• kuumakovettuvat liimat.

Kylmäkovettuvat liimat sitovat jo huoneenlämpötilassa. Kuumakovettuvat liimat vaativat tavallisimmin yli 100 °C:n lämpötilan kovettuakseen.

Rakenteet jaetaan ei-kantaviin ja kantaviin, joista viimeksi mainittujen puurakenteiden valmistusta koskevat rakentamisesta annetut lait ja määräykset. Näissä määritellään mm. rakenteisiin käytetyt liimat ja liimausmenetelmät.

Sideaineeseen perustuvaa luokittelua selvennetään seuraavassa taulukossa, jossa on kiinnitetty huomiota liiman sitomistapaan. Sen perusteella liimat jaetaan kemiallisesti ja fysikaalisesti kovettuviin tuotteisiin. Lisäksi on eroteltu luonnonperäiset ja synteettiset useimmiten öljyyn ja maakaasuun perustuvat tuotteet.
 

Kemiallisesti kovettuvissa liuosliimoissa sauma muodostuu pienistä molekyyleistä, jotka kovettuessaan muodostavat aluksi ketjumaisia molekyylejä. Nämä verkkoutuvat ja muodostavat suuria avaruusmolekyylejä.

Fysikaalisesti kovettuvissa liuosliimoissa ovat molekyylit kiinnittyneet toisiinsa liuoteaineiden poistuessa saumasta. Muodostuneet sidokset ovat heikkoja ja kestämättömiä veden ja liuotinaineiden vaikutusta vastaan. Lämmön vaikutuksesta liimasauma yleensä pehmenee ja jopa sulaakin. Liimoja kutsutaan myös termoplastisiksi kestomuoviliimoiksi. Fysikaalisesti kovettuvien liimojen pääryhmä koostuu polymerisaatiolla sitovista tuotteista, joista tärkeimmät ovat erilaiset dispersioliimat. Tunnetuimmat tuotteet ovat PVAc- ja polyakrylaattiliimat.

Sulateliimat ovat kiinteitä aineita, jotka 150-200 °C:n lämpötilassa ovat sulia. Kovettuminen tapahtuu liiman jäähtyessä. Sulateliimat ovat käyttökelpoisia esimerkiksi reunalistoituksessa ja muissa lyhyttä puristusaikaa vaativissa liimauksissa.

Tarraava kontaktiliima on kiinteä, elastinen tuote, joka sitoo välittömästi. Varsinainen kontaktiliima on kuivuva elastomeeri, joka sitouduttuaan saattaa menettää tartuntavoimansa liiaksi kuivuessaan.
 

Puuliimat sisältävät yleensä vettä, joka on halvin liuote. Kovettumistapahtumassa on siten kosteuden läsnäolo otettava aina huomioon. Liimoissa esiintyvät osaset ovat varsin erisuuruisia. Osa aineesta on liuenneena ja osa ainoastaan dispergoituneena. Pienemmät osaset toimivat usein stabilisaattoreina estäen suurempien partikkeleiden liittymisen yhteen. Jos lisätään liiaksi liuotetta, tavallisimmin vettä, saattaa stabiloiva vaikutus hävitä ja osaset saostuvat kumimaisena ja liukenemattomana sakkana. Muuttumispistettä kutsutaan usein vesitoleranssiksi. Säilytettäessä liuoksia pitempiä aikoja pyrkivät partikkelit laskeutumaan alaspäin.