
1766
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
_______________________
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет
архитектуры и строительства» (ПГУАС)
В.Н. Вернигорова, С.М. Саденко, Н.И. Макридин
АНАЛИЗ ПОЛИМЕРОВ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Пенза 2013
УДК 544.16:001.891(035.3) ББК 24.7
В35
Монография подготовлена в рамках реализации проекта «ПГУАС – региональный центр повышения качества подготовки высококвалифицированных кадров строительной отрасли» (конкурс Министерства образования и науки Российской Федерации – «Кадры для регионов»)
Рецензенты: чл.-корр. РААСН, доктор технических наук, профессор зав. кафедрой «Строительные материалы и технологии» Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева В.Т. Ерофеев; доктор технических наук, профессор кафедры
«Технологии строительных материалов и деревообработки» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства В.Л. Хвастунов
Вернигорова В.Н.
В35 Анализ полимеров строительного назначения: моногр. / В.Н. Вернигорова, С.М. Саденко, Н.И. Макридин. – Пенза,
ПГУАС, 2013. – 292 с.
ISBN 978-5-9282-0974-2
Изложены качественный и количественный анализ высокомолекулярных органических соединений, как природных, так и синтетических, используемых в строительном производстве. Приводится качественный и количественный элементный анализ, анализ функциональных групп, мономеров и полимеров. Излагаются принципы качественного анализа органических соединений. Приводится метрологические основы количественного анализа. Изложены методы определения влаги, летучих веществ, золы в природных (битумах, древесине) и синтетических полимерах, а также их физические константы. Приводятся методы определения молекулярных масс полимеров и их молекулярно-массового распределения.
Предназначена для магистров, аспирантов, специализирующихся по технологии строительных материалов и изделий и по строительному материаловедению, а также для студентов, обучающихся по направлению 270800 «Строительство».
ISBN 978-5-9282-0974-2 |
© Пензенский государственный университет |
|
архитектуры и строительства, 2013 |
||
|
||
|
© Вернигорова, В.Н, Саденко С.М., |
|
|
Макридин Н.И., 2013 |
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая монография является продолжением ранее изданного в издательстве АСВ (г. Москва) учебного пособия «Современные химические методы исследования строительных материалов» в 2003 году. В монографии изложены качественный и количественный химические методы анализа неорганических строительных материалов (воздушных и гидравлических), различных видов бетонов и природных известняков.
Полимеры и материалы на полимерной основе в больших объемах используются в строительной технологии, причем в чистом виде полимеры не применяются, они содержат различные вспомогательные вещества, которые определяют структуру и эксплуатационные свойства полимеров и изделий из них.
В настоящей монографии приведены методы качественного и количественного химических анализов полимеров; приводятся элементный анализ, анализ функциональных групп, мономеров и полимеров строительного назначения.
3
ВВЕДЕНИЕ
Строительное производство – крупный потребитель синтетических высокомолекулярных веществ – полимеров, олигомеров и добавок на основе отходов производства органических веществ, отходов переработки нефти, синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также природных высокомолекулярных соединений: битума, дегтя, пека.
Полимерные материалы обладают необходимым комплексом ценных физико-химических и строительно-эксплуатационных свойств. Это прежде всего прочность, небольшая объемная масса, высокая водо-, газо- и паронепроницаемость, химическая стойкость и устойчивость к коррозии. Полимерные материалы употребляются для внешней и внутренней отделки зданий, покрытия полов, тепло-, звуко- и гидроизоляции, герметизации стыков в крупнопанельном домостроении. С помощью полимерных материалов классические строительные материалы в известной степени модернизируются и приобретают новые и ценные качества. Добавление полимеров в цементные растворы и бетоны улучшает их эксплуатационные свойства. Наиболее целесообразно использование полимеров в качестве рулонных и плиточных материалов для покрытия полов, на основе вспененных полимеров изготавливают новые тепло- и звукоизоляционные материалы для утепления зданий. Полимерные материалы применяются в производстве различных санитарно-технических изделий, канализационных труб, в качестве связующего при производстве стеклопластиков и других строительных материалов. Полимеры в чистом виде в производстве строительных материалов используются редко. Из полимерных материалов получают различные композиции с добавлением пластификаторов, отвердителей, мягчителей, стабилизаторов.
В производстве строительных материалов и в строительстве в качестве добавок широко применяются ПАВ (0,1 0,2%) в бетоны и цементные растворы для улучшения их свойств. Применение добавок ПАВ при приготовлении бетонных смесей позволяет повысить их пластичность, транспортабельность и удобоукладываемость, а также позволяет регулировать скорость схватывания благодаря адсорбционному модифицированию поверхности частиц цемента и наполнителя, торможению зародышеобразования и роста кристаллов. Добавки ПАВ позволяют регулировать процессы воздухововлечения в бетонные смеси и стабилизации трехфазных пен, оптимизировать тем самым прочность, теплопроводность и другие свойства пенобетонов. Добавки ПАВ ускоряют процессы освобождения и очистки форм от остатков бетона, повышая производительность труда на заводах железобетонных изделий. Добавки ПАВ увеличивают прочность и продлевают срок службы дорожных покрытий, повышают производительность дорожных работ путем адсорбционного модифицирования поверхности частиц наполнителя (гравия, щебня,
4
песка), повышают прочность сцепления частиц наполнителя с битумом при приготовлении асфальтобетонных смесей. Четвертичные аммониевые соединения, высшие алкиламины, лецитин повышают реологические и физико-механические свойства асфальтобитумных смесей для кровли, битумных смесей для полов и уплотнений в строительстве, а также позволяют регулировать скорость схватывания наполненных эпоксидных композиций за счет адсорбционного модифицирования поверхности частиц наполнителя. В качестве добавок используются как индивидуальные ПАВ, так и их композиции, как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные ПАВ. В табл. 1 представлены полимерные органические соединения, используемые для модифицирования классических строительных материалов: цемента и бетона. В табл. 2 приводятся добавки ПАВ, применяемых для улучшения технологических и эксплуатационных свойств цементов и бетонов.
Таблица 1 Полимерные органические вещества, применяемые в строительстве
№№ |
Наименование и фрагмент |
|
Применение |
|
|
|||||
п/п |
структурной формулы |
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|||
1 |
Полиэтилен (ПЭ): |
Полиэтиленовая пленка |
исполь- |
|||||||
|
– СН2 – СН2 – … |
зуется в |
качестве |
облицовочного |
||||||
|
|
|
|
|
материала, для сооружения теплиц, |
|||||
|
|
|
|
|
изготовления |
трубопроводов |
для |
|||
|
|
|
|
|
воды и агрессивных жидкостей, |
|||||
|
|
|
|
|
для изготовления |
декоративных |
||||
|
|
|
|
|
плиток и покрытий в целях защиты |
|||||
|
|
|
|
|
от коррозии и атмосферных воз- |
|||||
|
|
|
|
|
действий |
|
|
|
|
|
2 |
Полиформальдегид (ПОЭ) |
Используется для получения син- |
||||||||
|
полиоксиэтилен: |
тетического волокна и различных |
||||||||
|
… – О – СН2 – СН2 – … |
изделий |
|
|
|
|
|
|||
3 |
Полипропилен (ПП): |
Используется для армирования це- |
||||||||
|
… – СН2 – |
СН – … |
ментного камня, для получения |
|||||||
|
|
|
|
|
гидроизоляционных |
пленок, |
а |
|||
|
СН3 |
|||||||||
|
также для изготовления специаль- |
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
ных асфальтов |
|
|
|
|
|
4 |
Полиизобутилен (ПИБ): |
Используется |
для |
изготовления |
||||||
|
СН3 |
гидроизоляционных |
пленок, |
про- |
||||||
|
кладочных материалов при изго- |
|||||||||
|
… – СН2 – |
|
С – … – |
|||||||
|
|
товлении фундаментов, гидрои- |
||||||||
|
|
|
|
|
золяционных мембран при по- |
|||||
|
СН3 |
|||||||||
|
стройке |
автомобильных |
дорог, |
|||||||
|
|
|
|
|
мастики «изол» и др. |
|
|
5

|
|
|
П р о д о л ж е н и е табл . 1 |
|
1 |
2 |
|
|
3 |
5 |
Полистирол (ПС): |
Применяют для остекления зданий, |
||
|
… – СН2 – СН – … |
изготовления |
декоративных сте- |
|
|
кол, цветных плиток для обли- |
|||
|
|
|
цовки стен. Пенополистирол слу- |
|
|
|
|
жит для устройства стен и потол- |
|
|
|
|
ков холодильных камер, облицовки |
|
|
|
|
в системах |
кондиционирования |
|
|
|
воздуха |
|
6 |
Сополимер стирола с акрило- |
|
|
|
|
нитрилом: |
--------- “ -------- |
||
|
… – СН2 – СН – СН2 – СН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Сополимер стирола с акри- |
|
|
|
|
лонитрилом и метилметакри- |
--------- “ -------- |
||
|
латом (МСН): |
|
|
СН3
…–СН2–СН–СН2–СН–СН2–С–…–
CN СООСН3
8 |
Поливинилхлорид (ПВХ): |
Используется |
для |
изготовления |
||
|
… – СН2 – СН – … |
линолеума, |
гидро- |
и |
газоизо- |
|
|
ляционных |
пленок |
и |
листов, |
||
|
Cl |
моющихся обоев, вентиляционных |
||||
|
коробов и труб, водосточных |
|||||
|
|
|||||
|
|
коробов, не боящихся коррозии, а |
||||
|
|
также |
плинтусов, |
|
карнизов, |
|
|
|
поручней, дверных ручек и т.д. |
6
|
|
|
|
|
|
|
|
П р о д о л ж е н и е табл . 1 |
|||||
1 |
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|||||
9 |
Поливинилиденхлорид |
|
Обладает |
высокой |
химической |
||||||||
|
(ПВИХ): |
|
стойкостью, поэтому изготавлива- |
||||||||||
|
Cl |
|
ют из поливинилиденхлорида тру- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
бопроводы, устойчивые к кислотам |
|||||
|
… – СН3 – С – … – |
|
|||||||||||
|
|
и щелочам, шланги, облицовочные |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Cl |
|
плиты; эмульсии поливинилиден- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
хлорида используют для пропитки |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
тканей, |
бумаги |
и |
других |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
материалов |
|
|
|
|
|
10 |
Поливиниловый спирт (ПВС): |
Используется |
для |
изготовления |
|||||||||
|
… – СН2 – |
|
СН – … |
|
синтетического |
волокна |
винол, |
||||||
|
|
|
поливинилацеталей, |
используемых |
|||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
ОН |
|
в строительстве для изготовления |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
прочных, прозрачных и гибких |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
пленок, для склеивания силикат- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ных стекол, получения трехслой- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ного безосколочного стекла «три- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
плекс» и т.д. |
|
|
|
|
|
11 |
Поливинилацетат (ПВА): |
В виде дисперсии вводится в |
|||||||||||
|
… – СН2 – |
СН – … |
|
состав лаков и клеев, применяется |
|||||||||
|
|
для получения моющихся обоев, |
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
ОСОСН3 |
|
для покрытия дерева, черепицы, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
керамики |
для придания |
им |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
гидрофобных |
свойств, |
|
для |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
получения |
полимерцементных |
и |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
полимербетонных покрытий и т.д. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
12 |
Полиакриловая |
кислота |
Используется |
для |
изготовления |
||||||||
|
(ПАК): |
|
гидроизоляционных пленок; вводят |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в состав целлюлозных лаков для |
|||||
|
… – СН2 – СН – … |
|
увеличения адгезии, водо- и атмо- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сферостойкости; акриловые дис- |
|||||
|
|
|
СООН |
|
|||||||||
|
|
|
|
персии используют для придания |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
бетону водонепроницаемости, |
в |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
качестве грунтовки при внутрен- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ней окраске стен, для изготовления |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
водоэмульсионных красок |
|
|
7

|
|
|
|
|
П р о д о л ж е н и е |
табл . 1 |
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|||
13 |
Полиметакриловая кислота |
--------- “ -------- |
|||||
|
(ПМАК): |
||||||
|
СН3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… – СН2 – С – … |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СООН |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
Полиметилметакрилат |
Используется |
для |
получения |
|||
|
(ПММА): |
органического стекла – «плекси- |
|||||
|
|
|
СН3 |
гласа», для изготовления потолков |
|||
|
|
|
|
|
со скрытым освещением, для |
||
|
… – СН2 – С – … |
||||||
|
остекления зданий и теплиц |
||||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СООCН3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
Полибутилметакрилат |
--------- “ -------- |
|||||
|
(ПБМА): |
||||||
|
|
|
СН3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… – СН2 – С – … |
|
|
|
|||
|
СООC4Н9 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
Полиакрилонитрил (ПАН): |
Используется |
для |
получения |
|||
|
|
|
|
|
метилакрилата, |
|
который |
|
… – СН2 – |
СН – … |
применяется |
для |
получения |
||
|
|
|
|
|
органического стекла. |
|
|
|
СN |
|
|||||
|
|
|
|
17 |
Полиакриламид (ПАА): |
Используется в качестве добавки. |
||
|
… – СН2 – СН – … |
|
||
|
|
|
|
|
|
СОN |
|
||
|
|
|
|
|
18 |
Полиметакриламид (ПМА): |
--------- “ -------- |
||
|
… – СН2 – С – СН3 – |
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
СОNН2 |
|
8

|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П р о д о л ж е н и е |
табл . 1 |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
19 |
Феноло-формальдегидный |
|
олигомер |
Используется |
для пол- |
||||||||||||||||||||
|
резольного типа (ФФО): |
|
|
|
|
|
|
учения |
клеев, |
спиртовых |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ОН |
|
|
ОН |
|
|
|
|
|
|
лаков, эмалей, красок, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
политур, |
древесностру- |
|||||||||
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
СН2 |
|
|
|
|
СН2 |
|
|
... |
жечных |
плит, |
панелей и |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плит для стен и перекры- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тий, сборных конструкций |
||
|
|
|
|
|
|
|
СН2 |
|
|
СН2ОН |
складов и гаражей и т.д. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
НОН2С |
|
|
|
|
|
|
|
|
СН2ОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
20 |
Фенолоформальдегидный |
|
олигомер |
--------- “ -------- |
|||||||||||||||||||||
|
новолачного типа (ФФО): |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ОН |
|
|
|
|
|
ОН |
|
|
|
|||||||||||
|
Н2С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН2 |
|
|
|
|
СН2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
орто-орто |
|
|
|
|
орто |
|
|
|
||||||||||||||||
|
ОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОН |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
СН2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН2 СН2
орто-пара пара
9

|
|
|
|
|
|
П р о д о л ж е н и е |
табл . 1 |
||||
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
||
21 |
Мочевиноформальдегидный |
олигомер |
Применяют для получения |
||||||||
|
(МОФО): |
|
|
|
|
лаков, клеев, пористых |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
материалов, |
|
слоистых |
||
|
…–NH–CO–N–CH2–N–CO–… |
пластиков, |
облицовочных |
||||||||
|
|
|
|
|
|
древесностружечных плит, |
|||||
|
|
|
|
CH2 |
|
термостойкого |
пенопласта |
||||
|
|
|
|
|
|
– мипоры и т.д. |
|
|
|||
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…–NH–CO–N–CH2–N–CO–… |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
Меламиноформальдегидный |
олигомер |
Используется для получе- |
||||||||
|
(МЕФО): |
|
|
|
|
ния водостойкой бумаги; в |
|||||
|
|
|
|
|
СН2ОН |
|
сочетании |
с |
фенолофор- |
||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
мальдегидными |
полимера- |
|||
|
|
|
N – СН2 – … – |
|
|||||||
|
|
|
|
ми, древесным шпоном, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
N |
|
|
N |
|
целлюлозой, |
бумагой, тка- |
|||
|
|
|
|
|
нью используется для про- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
…–Н2С– N – N – N – CH2 – … – |
изводства пресс-материалов, |
|||||||||
|
бумажно-слоистых плас- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
тиков, облицовочныхплит |
||||
23 |
Кремнийорганические полимеры (сил- |
Применяются для создания |
|||||||||
|
иконы или полисилоксаны): |
|
лаков и клев, эмалей, обла- |
||||||||
|
R |
|
|
|
|
дающих |
жаростойкими и |
||||
|
|
|
|
|
|
|
атмосферостойкими |
свой- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
… – Si – O – … |
|
|||||||||
|
|
ствами, |
для изготовления |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
R |
|
|
|
|
стеклотекстолита и |
пено- |
||||
|
|
|
|
|
|
арильный |
пласта |
|
|
|
|
|
(R и R – алкильный или |
|
|
|
|
|
|||||
|
радикал) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
Полиуретаны (ПУ): |
|
Используются |
для |
приго- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
товления |
антикоррозион- |
|||
|
…– О–R–ОСО–NH – R – NНСО–…, |
ных лаков, клеев, замазок |
|||||||||
|
где R – радикал диола; |
|
|||||||||
|
R = –(СН2)6– или С6Н3(СН3) |
|
и мастик, обладающих вы- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
сокой адгезией к различ- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ным материалам; пенопо- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
лиуретаны используются в |
||||
|
|
|
|
|
|
|
качестве тепло- и звуко- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
изоляционных материалов |
10