9.7. Общие сведения о пластмассах

Пластмассы (пластики) — материалы, обязательным компонен­том которых, играющим роль матрицы, являются полимеры. В пери­од формования изделий полимер находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а в готовых материалах и изделиях — в отвержденном состоянии. Основные виды полимеров, используемые в строительных пластмассах, описаны в гл. 10. Кроме полимеров в со­став большинства пластмасс входят наполнители, пластификаторы, красители и специальные добавки.

Пластмассы — относительно новый вид материалов. Первые пла­стмассы резина и эбонит (эластичный и твердый продукты вулканиза­ции природного каучука) появились в середине XIX в., когда был открыт процесс вулканизации. В 1872 г. был получен целлуло­ид — пластмасса на основе модифицированной целлюлозы, а в 1887 г.— галалит — пластмасса на основе казеина, белковой состав­ляющей молока. Первый синтетический полимер — фенолформаль-дегидная смола и пластмассы на ее основе — появились в начале XX в. В середине XX в. началось производство пластмасс на основе поливи-нилхлорида, полистирола и других синтетических полимеров. В 50—60-х годах активно начало развиваться производство пластмасс на базе полиэтилена, эпоксидных и полиуретановых смол.

В наше время пластмассы заняли заметное место во всех отраслях хозяйства, в том числе и в строительстве. Несмотря на значительно более высокую стоимость, они оказались конкурентоспособными по отношению к традиционным строительным материалам. Основная причина этого объясняется высокой технологичностью пластмасс. Они легко перерабатываются в самые различные материа­лы и изделия, из которых, в свою очередь, чрезвычайно просто полу­чать готовые конструкции. Яркий пример этому — линолеум, настилка которого сводится к раскатыванию рулона материала по по­верхности пола и закреплению его клеем. Таким образом получается декоративное, гигиеничное и износостойкое покрытие пола с необ­ходимыми тепло- и звукоизоляционными свойствами.

Свойства пластмасс. У пластмасс довольно необычный для строи­тельных материалов набор свойств (как положительных, так и отри­цательных);

• высокая прочность при малой плотности (р ср < 1500 кг/м3 , а у газонаполненных пластмасс уникально низкая плотность — 50... 10 кг/м³);

• более низкий (в 10 и более раз), чем у традиционных материалов, модуль упругости и соответственно высокая деформативность; за­метная ползучесть (развитие деформаций при длительном воздейст­вии нагрузок);

• высокая износостойкость при малой поверхностной твердости;

• водостойкость, водонепроницаемость и универсальная химиче­ская стойкость (к кислотам, щелочам, растворам солей);

• невысокая теплостойкость (в основном 100...200 °С; для некото­рых пластмасс 300...350 °С) и зависимость механических свойств от температуры;

• декоративность — способность окрашиваться в яркие тона и принимать нужную текстуру поверхности;

• хорошие электроизоляционные свойства и склонность к накап­ливанию статического электричества;

• склонность к старению (особенно под действием УФ-излучения и кислорода воздуха);

• горючесть, усугубляемая токсичностью продуктов горения;

• экологическая проблемность пластмасс.

Применение пластмасс в строительстве целесообразно и экономи­чески оправдано в таких вариантах, когда при небольшом расходе по­лимера на единицу продукции (м² или м³) достигается определенный технико-экономический эффект. Это, например, декоративные и гидроизоляционные полимерные пленки, листовые облицовочные материалы, покрытия полов, лаки, краски, клеи и мастики, трубы и другие погонажные изделия, санитарно-технические изделия, а так­же ультралегкие теплоизоляционные газонаполненные пластмассы (пено- и поропласты).

Состав пластмасс. Основные компоненты пластмасс: полимер, наполнитель, пластификатор, краситель и специальные добавки.

Полимер выполняет роль связующего и определяет основные свойства пластмассы.

Наполнитель уменьшает расход полимера и также придает пласт­массе определенные свойства. По виду и структуре наполнители мо­гут быть порошкообразные (мел, тальк, древесная мука), грубодиспер-сные (стружка, песок, щебень), волокнистые (стекловолокно, цел­люлозные волокна и т. п.), листовые (бумага, древесный шпон и т. п.). Волокнистые и листовые наполнители создают армирующий эффект, существенно повышая прочность и модуль упругости пласт­масс. Так, стеклопластики, углепластики, бумажно-слоистые пла­стики очень прочные и легкие конструкционные материалы.

Пластмассы могут быть наполнены (до 90.. .95 % по объему) возду­хом. Такие материалы, называемые пенопластами, обладают очень высокими теплоизоляционными свойствами.

Пластификаторы — вещества, повышающие эластичность пла­стмасс. Например, жесткий поливинилхлорид в линолеуме пласти­фицирован слаболетучими вязкими жидкостями (диоктилфталатом, трикрезилфосфатом и др.). Они, проникая между молекулами поли­мера, повышают их подвижность. Это делает материал пластичным. Пластификаторы также облегчают переработку пластмасс, снижая температуру перехода в вязкопластичное состояние.

Пигменты, применяемые в пластмассах, могут быть как мине­ральные, так и органические. Чтобы пластмасса длительно сохраняла цвет, от пигментов требуется в основном светостойкость, так как по­лимеры, будучи сами химически инертными, защищают пигменты от других агрессивных воздействий.

Стабилизаторы и антиоксиданты — необходимый компонент многих пластмасс, так как полимеры под действием солнечного света и кислорода воздуха стареют (происходит деструкция полимера и окислительная полимеризация), что приводит к потере эксплуатаци­онных свойств и разрушению пластмасс.

Отвердители и вулканизаторы используются в тех случаях, когда необходимо произвести отверждение жидких олигомеров (например, отверждение эпоксидной смолы аминными отвердителями) или сшивку макромолекул термореактивного полимера (например, вул­канизация каучука серой, отверждение фенолформальдегидных смол уротропином). В любом случае происходит укрупнение молекул ис­ходных продуктов с образованием пространственных сеток с помо­щью низкомолекулярных веществ. В ряде случаев отвердителями могут служить кислород или влага, содержащиеся в воздухе.

Пластмассы и экология. Широкое использование в нашей жизни пластмасс породило новую экологическую проблему. Полимеры и материалы на их основе (при условии правильного проведенного синтеза и переработки) в большинстве своем биологически инертны (безвредны). Поэтому может показаться, что пластмассы — экологи­чески чистые материалы. В действительности это далеко не так:

• производство полимеров и материалов на их основе связано со сложными и энергоемкими процессами, сопровождающимися вред­ными выбросами в атмосферу;

• отслужившие свой век полимерные материалы не вписываются в природный цикл (не гниют и не разлагаются под действием природ­ных факторов), поэтому количество отслуживших свое пластмасс по­стоянно увеличивается;

• при сжигании полимеры разлагаются с выделением токсичных низкомолекулярных продуктов.

Пластмассы на основе термопластичных полимеров могут ис­пользоваться вторично, но это не решает полностью проблемы их утилизации. Один из вариантов решения этой проблемы — получе­ние биологически разлагаемых полимеров, разработке которых в на­стоящее время уделяется серьезное внимание.