9.3. Термореактивные полимеры

Молекулы термореактивных полимеров до их отверждения имеют линейное строение, такое же, как молекулы термопластичных поли­меров, но размер молекул реактопластов в этом состоянии сущест­венно меньше, чем у термопластов (как уже говорилось, такие продукты называют олигомерами).

В отличие от термопластов, у которых молекулы химически инер­тны и не способны соединяться друг с другом, молекулы термореак­тивных олигомеров химически активны. Они либо содержат двойные (ненасыщенные) связи, либо химически активные группы. Поэтому при определенных условиях (при нагревании, облучении или добав­лении веществ-отвердителей) молекулы термореактивных олигоме­ров соединяются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку, как бы одну гигантскую макромолекулу.

После отверждения свойства полимеров существенно изменяют­ся: они перестают размягчаться при нагревании, не растворяются, а только набухают в растворителях, становятся более прочными, твер­дыми и термостойкими.

К термореактивным полимерам, используемым в строительстве, относятся: фенолоальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпок-сидные и полиуретановые.

Фенолоальдегидные полимеры — первые синтетические полиме­ры, выпуск которых начался в начале XX в.

Фенолоформальдегидные полимеры — наи­более распространенный полимер этого класса. Их получают поли­конденсацией фенола и формальдегида. Характерная особенность этих полимеров — коричневый цвет. В зависимости от соотношения сырьевых компонентов можно синтезировать новолачные и резоль-ные олигомерные смолы.

Новолачные смолы (утверждаются только при добавлении ве-ществ-отвердителей (например, уротропина), а без них ведут себя как термопластичные полимеры (при нагревании плавятся и затвердева­ют при охлаждении).

Резольные смолы при нагревании без добавления отвердителей плавятся, а потом в расплавленном состоянии густеют и постепенно необратимо затвердевают.

До отверждения фенолоформальдегидные смолы хорошо раство­ряются в спиртах, ацетоне и других полярных растворителях. Фено­лоформальдегидные полимеры имеют хорошую адгезию к тканям, древесине и другим материалам и хорошо совмещаются с напол­нителями. Отвержденные полимеры обладают высокой химиче­ской стойкостью; они прочны, но хрупки. Для повышения эластичности и улучшения клеящих свойств их модифицируют дру­гими полимерами. Например, совмещая фенолоформальдегидную смолу резольного типа с поливинилбутиралем, получают водостой­кие и прочные клеи типа БФ (БФ-2, БФ-3, БФ-6). Такие клеи могут склеивать материалы при обычной температуре, но при горячем от-верждении прочность склейки повышается.

Резорцинформальдегидные смолы аналогич­ны по свойствам фенолформальдегидным. Так как резорцин значи­тельно активнее фенола, то отверждение резорцинформальдегидных смол может происходить без нагревания. Поэтому резорциновые смолы используют для получения замазок, мастик и клеев холодного отверждения. Твердость, тепло- и химическая стойкость резорцин­формальдегидных полимеров выше, чем фенолоформальдегидных.

Фенолоальдегидные полимеры в неотвержденном состоянии ток­сичны, поэтому при работе с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности.

Карбамидные полимеры — продукты поликонденсации мочевины и ее производных с формальдегидом; к ним относятся мочевинофор-мальдегидные и меламиноформальдегидные полимеры. По своим свойствам карбамидные полимеры имеют много общего с феноло-формальдегидными. Особенностью карбамидных полимеров являет­ся их бесцветность, светостойкость, отсутствие запаха и меньшая токсичность в исходном состоянии.

Мочевиноформальдегидные п олимеры — один из самых дешевых полимеров, что объясняется доступностью сырья и простотой синтеза. В строительстве мочевиноформальде-гидные полимеры широко применяют в качестве полимерного связующего. Для этих целей используют главным образом водные растворы мочевиноформальдегидных смол. Отверждение смол про­изводится кислотными отвердителями при обычной температуре или при нагревании.

Недостаток мочевиноформальдегидных полимеров — большая усадка при отверждении и недостаточная водостойкость отвержденно-го полимера. Для получения более водостойких материалов мочевино-формальдегидные полимеры модифицируют высшими спиртами, получая этерифицированные полимеры, растворимые в спиртах.

В основном мочевиноформальдегидные полимеры используют для склеивания древесины и изготовления древесно-стружечных плит.

Меламиноформальдегидные полимеры бо­лее дорогие, так как для их синтеза применяют более дорогое сы­рье — меламин. В отвержденном состоянии они имеют лучшие, чем мочевиноформальдегидные полимеры, свойства. Они характеризу­ются высокой твердостью и водостойкостью. Часто применяют сме­шанные мочевино- и меламиноформальдегидные полимеры.

Из меламиноформальдегидных полимеров получают клеи для склеивания древесины, бумаги. Пример материала, получаемого на таких клеях,— декоративный бумажно-слоистый пластик, имеющий гладкую твердую поверхность, с довольно высокой термостойкостью, и ламинированные покрытия для полов (ламинат) .

Большое количество карбамидных полимеров после соответству­ющей модификации используют для получения высококачественных лаков и красок, например для окраски автомашин.

Ненасыщенные полиэфиры — олигомерные продукты в виде вяз­ких жидкостей, способные переходить в твердое состояние при вве­дении отвердителей. В строительстве применяют смолы двух типов:

полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты.

Полиэфирмалеинатные смолы представляют собой раствор ненасыщенного, т. е. способного к сшивке, полиэфира в сти­роле. При введении в смолу инициирующей пары: перекисный ини­циатор (например, гипериз) и ускоритель разложения перекиси (например, нафтенат кобальта) — перекись, распадаясь, инициирует химическую активность стирола, и он сшивает молекулы полиэфира по ненасыщенным связям в пространственную сетку. При этом жид­кая смола превращается в твердый прочный материал. Обычно при­нимают соотношение смолы, инициатора и ускорителя 100 : 3 : 8. При 20 °С процесс отверждения длится 20...60 ч, но смола теряет те­ку честь (желируется) через 0,5... 2 ч.

Полиэфиракрилаты — олигомерные смолы, не содер­жащие стирола и отверждаемые перекисными отвердителями в соче­тании с ускорителями.

В отвержденном виде полиэфирные полимеры характеризуются высокой прочностью и химической стойкостью. Для снижения хруп­кости и получения высокопрочных конструкционных материалов их армируют стекловолокном. Такие материалы называют стеклопла­стиками.

В строительных отделочных работах полиэфирные смолы исполь­зуют для устройства наливных бесшовных полов, изготовления зама­зок и шпатлевок. Большое количество полиэфирных смол применяют для лакирования древесины.

Эпоксидные полимеры — большая группа олигомерных продуктов (от низковязких жидкостей до твердых смол), получивших свое назва­ние по эпоксидным группам, входящим в молекулу олигомеров. По этим эпоксидным группам линейные молекулы олигомерных смол можно сшивать отвердителями, главным образом аминами (например, полиэтиленполиамином ПЭПА). Благодаря высоким эксплуатацион­ным свойствам эпоксидные полимеры нашли широкое применение в различных областях техники.

Характерные особенности эпоксидных полимеров — высокая ад-гезия к большинству материалов, универсальная химическая стой­кость, водостойкость и водонепроницаемость. Прочность отвержден-ных эпоксидных смол высокая —до 100...150 МПа.

В строительстве чаще применяют эпоксидные смолы марок ЭД-16, ЭД-20, представляющие собой жидкости желтого цвета раз­личной вязкости. При введении отвердителя уже при нормальной температуре смола через 2...4 ч желируется, а через 8...12 ч необрати­мо затвердевает. Нагревание ускоряет твердение и увеличивает сте­пень отверждения. Положительное качество эпоксидных смол — малая усадка при твердении, что повышает прочность и трещино-стойкость изделий на их основе. Для повышения эластичности в смо­лы можно вводить пластификаторы.

Эпоксидные полимеры применяют для устройства наливных бес­шовных полов высокой износо- и химической стойкости, изготовле­ния конструкционных строительных клеев (для склеивания и ремонта бетонных и металлических конструкций), применяют также в красках и шпатлевочных составах, в герметиках и полимеррастворах специального назначения.

Полиуретановые полимеры в главной цепи макромолекулы содер­жат уретановую группу [— NH — (С—О) — О —]. Промышленное производство полиуретанов с каждым годом увеличивается благодаря большому разнообразию полиуретановых полимеров, обладающих ценными свойствами. Полиуретаны отличаются высокой прочно­стью, очень высокой стойкостью к истиранию и действию УФ излучения. Поэтому их применяют при изготовлении шин, конвей­ерных лент, подошв для обуви, покрытий полов общественных и про­мышленных зданий и спортивных площадок.

Большое количество полиуретанов используют для получения пе-, нопластов: эластичных — поролона и жестких строительных пено-пластов. Одна из интереснейших разновидностей полиуретанов -пенополиуретаны, наносимые напылением: жидкую полиуретано-вую смолу разбрызгивают из распылителя на изолируемую поверх­ность, на которой в течение 10...30 с полиуретан вспенивается и отвердевает. Отвердителем одного из типов полиуретановых смол служит вода, поэтому лаками на этих смолах можно покрывать и влажные поверхности. Полиуретанами также покрывают металлоче­репицу (марка покрытия «полур»), для обеспечения высокой долго­вечности.

При работе с олигомерными продуктами, в особенности фе­нол ьными и полиуретановыми, необходимо строго соблюдать технику безопасности, так как эти продукты раздражающе дей­ствуют на кожу и слизистые оболочки, а также являются силь­ными аллергенами. Рабочие места должны иметь хорошую вентиляцию, а работающие — снабжены средствами индивиду­альной защиты (перчатками, очками, респираторами).