Тема 14

Полимерные материалы и изделия на основе пластических масс.

Один из решающих факторов дальнейшего технологического прогресса в строительстве – применение полимерных материалов. На их основе промышленность выпускает пластическую массу, которая в строительстве находит широкое применение.

Полимерные строительные материалы.

Полимеры - это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся элементарных звеньев одинаковой структуры. В зависимости от состава звеньев и вида химической связи в молекулах различают органические, элементорганические и неорганические полимеры.

Органические - это соединения, содержащие в главной цепи и боковых радикалах атомы углерода, водорода, азота, серы, кислорода и галогенов.

Элементорганические – цепь построена из атомов углерода и элементов, входящих в состав природных органических соединений(атомы кремния, алюминия, титана, олова и др.), например: кремнийорганические полимеры.

Неорганические полимеры – это высокомолекулярные соединения, не содержащие атомы углерода.

По форме макромолекул полимеры разделяют на линейные, разветвленные и сетчатые(пространственного строения).

Линейные макромолекулы имеют вид зигзагообразных или закругленных в спираль цепей.

Разветвленные макромолекулы характеризуются тем, что кроме основных цепей имеют боковые ответвления от них, звенья которых отличаются по химическому составу основных цепей.

Сетчатые полимеры состоят из молекул, соединенных ковалентными связями в поперечном направлении к основной цепи.

Линейные и разветвленные полимеры растворяются в некоторых органических растворителях, размягчаются при нагревании, а при охлаждении вновь затвердевают и приобретают прежние свойства. Такие полимеры называются термопластическими. Сетчатые полимеры не растворяются в растворителях, а лишь набухают, они не размягчаются при повторном нагревании. Их называют термореактивными.

Макромолекулы полимеров состоят из различного количества атомов углерода, иногда чередующихся с атомами кислорода, азота, серы и др.

По составу основной цепи макромолекул полимеры разделяются на группы

1. Карбоценные полимеры, основные цепи макромолекул которых состоят только из атомов углерода.

l l l l

– С – С – С – С – …

l l l l

2. Гетерогенные полимеры, в основные цепи которых кроме атомов углерода входят атомы кислорода, азота, серы и др.

l l l

… – С – О – С – О – С – …

l l l

Кроме указанных полимеров широко распространены кремнийорганические полимеры, в основные цепи которых входят неорганические соединения – кремний и кислород:

l l

… – Si – О – Si –…

l l

Полимеры характерны не только строением молекул, но и их размером, т.е. молекулярной массой. Чем больше молекулярная масса, тем больше прочность полимера, меньше его растворимость в органических растворителях.

В зависимости от способа производства полимеры подразделяются на полимеризационные и поликонденсационные полимеры.

Полимеризационные получают путем реакции полимеризации: т.е. молекулы исходного вещества(мономера) соединяются в одну большую молекулу(макромолекулу) с образованием нового вещества большого молекулярного веса – (полимера).

Побочных продуктов при реакции полимеризации нет.

Например схема полимеризации этилена имеет вид

n CH₂=CH₂→ - CH₂ – CH₂ – _n

Таким образом получают: полиэтилен, полиизобутилен, полистирол, поливиниацетат, полиуретан, поливинилхлорид и т.д.

Поликонденсационные полимеры образуются в результате последовательного взаимодействия молекул, содержащих 2 или несколько функциональных групп, способных вступить в реакцию.

В результате реакции поликонденсации выделяются также побочные продукты(вода, HCl и др.).

Например: Фенол С₆Н₅ОН при нагревании, например, в водных растворах кислот, вступает в реакцию с формальдегидом по схеме

( n+1)C₆H₅OH + nCH₂O → H C₆H₃(OH)CH_{2 n}^.C₆H₄OOH + nH₂O

В результате образуются фенолформальдегидные полимеры. При изготовлении строительных материалов и изделий наибольшее распространение нашли следующие полимерные материалы.

По такому же принципу образуются фенол-альдегидные, амино и амодоформальдегидные полимеры полиуретаны, эпоксидные полимеры и кремнийорганические, полиэфиракрилатные, полиаэфирмалеинатные.

При изготовлении строительных материалов и изделий наибольшее распространение нашли следующие полимерные материалы:

Полихлорвинил – ГОСТ-14332-78*Е, 14039-78*Е. термопластический полимер, химически инертен почти ко всем неорганическим кислотам. Выдерживает перепад температур от -40 до +60^оС. Срок его годности – 1 год.

Винипласт – ГОСТ 20282-86Е. Антикоррозионный материал в интервале t_p 0…60^оС. Плотность – 1.38 – 1.43 г/см³, R_раст -40 – 60 МПа,

R_сж- 80 – 100.

R_изг – 90 – 120.

Полистирол (ГОСТ 20282-86Е) – абсолютно водостоек, химически стоек, диэлектрик. Плотность 1.05 – 1.08 г/см³.

R_раст -37 – 48 МПа,

R_сж-

R_изг – 85.

Теплопроводность 0.09 – 0.14 Вт/м.

Температурный предел применения 60 – 70^оС.

Его недостатки: невысокая теплоемкость, горючесть, тенденция к растрескиванию при эксплуатации.

В строительном деле из полистирола изготавливают пленки, плитки для облицовки стен, поропласт, краски и эмаль.

Полиизобутилен ГОСТ 13306-86. Полимеризационный материал.

Плотность 1.33 – 1.42 г/см².

R_раст -3 – 7 МПа,

R_изг – ; R_сж- .

Отличается низкой температурой стеклования(-74^оС), не подвергается старению, устойчив к влаге, кислотам и щелочам. Растворим в углеводородах. В строительстве применяется в виде пленок декоративных и гидроизоляционных, а также как антикоррозионное покрытие.

Полиэтилен бывает 2-х разновидностей: высокого давления( низкой плотности) и низкого давления(высокой плотности) стоек к агрессивным средам. При повышенной температуре набухает, растворяется в бензоле, толуоле. В строительстве применяют в виде пленок, декоративных занавесей, гидро-, паро-, газоизоляции защитных покрытий и для изготовления санитарно-технических труб.

Полиметилметакрилат (ГОСТ 9784-75Е) – органическое стекло, отличается высокой прозрачностью, малой плотностью(1.8 – 1.2 г/см²), стойкостью к растворам щелочей, разбавленным кислотам, маслам, бензину, воде. R_раст =65 МПа,

R_изг = 60 -65; R_сж = 70 - 85 .

В строительстве применяют в виде листового материала, материала для дверных, оконных ручек и т.д. полиметилметакрилатную эмульсию применяют для моющих обоев, эмульсионных красок и грунтовок.

Полипропилен (ТУ 6-05-1849-78) – порошок, гранулы ТУ 6-05-1756-78 обладает высокой прочностью, термостойкостью, газо и паронепроницаемостью, стоек к действию воды, кислот, щелочей. Применяют в виде пленок, а также для производства санитарно-технических труб. R_раст =30 - 36 МПа,

R_изг = 80 - 110; R_сж = 60 - 70 .

Фторопласты – фторопласт 3, ГОСТ 13744-87, и фторопласт 4, ГОСТ 10007-80*Е. отличаются особо высокой химстойкостью, в широком диапазоне t_p от -195 до +300^оС.

В строительстве используют для изготовления пленок, водные суспензии используют для нанесения лаковых покрытий.

Полиуретаны (ТУ 6-05-1769-81 и ТУ 6-03-375-75). Устойчивы к действию разбавленных минеральных кислот, концентрированных органических щелочей. Из них готовят латексы, волокна, клей, лаки, эластомеры.

Латекс – это водная эмульсия каучукоподобных полимеров, в частности полиуретанов , предназначена для изготовления красок.

Эластомеры – по физико – механическим свойствам занимает промежуточное положение между каучуками и металлами. В зависимости от наполнителей их твердость можно менять от твердости стали до твердости каучука.

Полиэфирные смолы (ГОСТ-6-05-431-78). Используют главным образом для изготовления крупногабаритных изделий из стеклопластиков, как составную часть для производства пластобетона, а также шпатлевок и мастик для выравнивания и гидроизоляции бетона.

Фенолформальдные жидкие смолы(ГОСТ 20907-75*) это основной материал для изготовления фенолпласта и фаолита. Применяют для склеивания листов гипона в фанеру.

Эпоксидно-диановые неотвержденные смолы(ГОСТ 10587-84). В чистом виде они не применяются. Их применяют для приготовления клеев, лаков, эмалей, как связующее для стеклопластиков. Температура вспышки смол выше 270^оС.

Кремнийорганические полимеры(ГОСТ 6-05-445-79) – предназначены для придания гидрофобных свойств материалам и изделиям. Выпускается в виде гидрофобизирующей жидкости для нанесения на строительные конструкции, а также в качестве добавки к растворам бетонов с целью повышения их водостойкости. Выпускают из указанных полимеров также стеклотекстолит.

Каучук синтетический (ГОСТ 11138-78) используется для изготовления герметиков пеногерметиков, пропиточных композиций. Физико-механические характеристики: пластичность 0.1 – 0.6, R_раср= 12.3 – 15.5 Мпа, относительное удлинение 500 – 600%, остаточное 50 – 70%.

Композиция полимера с различными добавками называется пластической массой(сокращенно пластмасса)