Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по химии и физике полимеров. Учебное пособие
.pdf
41
Многие применяемые в строительстве полимерные материалы
горючи, поэтому для предотвращения или уменьшения горючести к
полимерам добавляют антипирены, из которых наибольшее
распространение имеют галогеносодержащие органические
соединения – гексабромбензол, октабромдифенил и др.
11. Характеристика основных полимеров
Полиэтилен[-СН2-СН2-]n– получают из этилена полимеризацией
в разных условиях: полиэтилен высокого давления с разветвлённым
строением (ПВД) – получают при высоком давлении (120-320 МПа) и
температуре до 320 0С; имеет низкую плотность (0,91-0,93 г/см3);
полиэтилен низкого давления (до 1МПа) и температуре 60-70 0С –
полимеризация протекает в присутствии катализатора Циглера-Натта
(TiCl4+(C2H5)3Al); имеет неразветвленную, почти линейную, структуру.
Чем меньше разветвлений у макромолекул, тем плотнее они
«упакованы». Поэтому полиэтилен низкого давления прочнее и жестче,
а высокого – более эластичный и гибкий материал.
Полиэтилен – нерастворимое твёрдое прозрачное вещество,
устойчив к действию кислот, за исключением азотной; выдерживает
низкую температуру до -700С. Однако его теплостойкость невелика.
Изделия из ПНД лучше эксплуатировать при температуре не выше
1000С, а из ПВД – не выше 600С. Полиэтилен – нетоксичный материал.
Из него делают трубы, изделия домашнего обихода, ёмкости для
химических веществ, пенопласты, отличающиеся необычайной
лёгкостью. Полиэтилен используют в качестве электроизоляционного
материала, а также для изготовления композиционных или
наполненных, армированных материалов, содержащих свыше 20%
дешевого наполнителя – мела, талька, каолина и др. Полиэтилен
широко применяют в производстве строительного материала труб, в
строительстве, в атомной промышленности.
Полипропилен [–СН2–СН(СН3)–]n– получают ионной
полимеризацией пропилена в присутствии катализаторов ЦиглераНатта; имеет молекулярную массу 300-700 тысяч. Является хорошим
диэлектриком, имеет более высокую механическую прочность и
теплостойкость, чем полиэтилен; применяется для изготовления
посуды, упаковочной пленки, электроизоляционных покрытий, для
армирования бетона и др.
Полиизобутилен[–СН
полимеризацией изобутилена, используя в качестве катализатора
–СН(СН3)2–]n–получают ионной
2
42
различные соединения галогенов (AlCl
, AlBr3). Он представляет
3, BF3
собой эластичный каучукоподобный материал, обладающий хорошей
стойкостью к агрессивным средам и, что очень важно,
водостойкостью. Это качество заслуживает особого внимания при
производстве различных строительных работ, где полиизобутилен
применяют в виде гидроизоляционных плёнок, прокладочных
материалов при сооружении фундаментов и для гидроизоляционных
мембран при постройке автомобильных дорог. Увеличение прочности
и жесткости конструкций из полиизобутилена при введении в него
активных наполнителей (сажа, графит и др.) делает этот полимер ещё
более незаменимым материалом в строительстве.
Поливинилхлорид, ПВХ [–СН2–СНСl–]n–получают радикальной
полимеризацией хлористого винила; это один из самых
распространенных полимеров, применяемых в строительстве. Из него
производят линолеум, гидро- и газоизоляционные пленки и листы,
идущие на облицовку различных технических емкостей, моющиеся
обои, трубы и пр. Из пластифицированного ПВХ изготавливают
пленки и линолеум, непластифицированный ПВХ (винилпласт)
обладает высокой механической прочностью и устойчивостью к
агрессивным жидкостям. ПВХ на бумажной основе – пеноплен,
рельефный отделочный материал, окрашенный в различные цвета.
Бутадиеновый, дивиниловый каучук [–СН2–СН=СН–СН2–]n–
получают полимеризацией бутадиена-1,3 (дивинила) с использованием
катализаторов Циглера – Натта. Стереорегулярный синтетический
дивиниловый каучук (СКД) содержит около 90% 1,4-цис-звеньев.
Вулканизируют серой, а в качестве наполнителя используют сажу.
Резина устойчива к многократным деформациям и обладает высокой
износо- и морозостойкостью. Применяют в производстве шин,
резинотехнических изделий, для изоляции кабелей.
Изопреновый каучук [–СН2–С(СН3)=СН–СН2–]n– получают
полимеризацией изопрена (2-метилбутадиена) на
стереоспецифических катализаторах; имеет строение, подобное
природному каучуку (цис-1,4) и является синтетическим заменителем
природного каучука.
Хлоропреновый каучук, наирит (неопрен)
[–СН2–ССl=СН–СН2–]n– получают полимеризацией хлоропрена
(2-хлорбутадиена); отличается большой износостойкостью и
негорючестью, устойчив к различным маслам и нефтепродуктам,
органическим растворителям, к щелочам и кислотам. Используется в
качестве изоляции, для производства бензостойких резиновых изделий,
клеев.
43
Бутадиеннитрильный каучук СКН
[–СН2–СН=СН–СН2–СН2–СН(СN)]n – получают сополимеризацией
бутадиена с акрилонитрилом; относят к каучукам специального
назначения, отличающихся высокой масло- и бензостойкостью,
устойчивостью к высокой температуре. Используют в виде латекса в
производстве бумаги и нетканых текстильных изделий.
Бутадиенстирольный каучук СКС
[–СН2–СН=СН–СН2–СН2–СН(С
бутадиена с винилбензолом (стиролом); отличается большой
прочностью и применяется для изготовления протекторов
автомобильных шин, кабелей, а также в обувной промышленности.
Имеет недостаток – нестойкость к маслам и органическим
растворителям.
Бутилкаучук [–СН2–С(СН3)=СН–СН2–СН2–С(СН3)2–]]n–
получают сополимеризацией изопрена с изобутиленом, относят к
каучукам специального назначения.
Практически нет ни одной отрасли промышленности, где бы ни
использовался каучук в виде резины. Её применяют не только в
производстве шин и резинотехнических изделий, медицинского
оборудования, в самолёто- и ракетостроении, но даже в строительстве.
Она может входить в элементы строительных конструкций, начиная с
фундамента и заканчивая деталями отделки зданий. Резина играет
важную роль при возведении сейсмоустойчивых сооружений. С этой
целью здания сооружают на особом фундаменте, способном поглощать
колебания грунта. Такой фундамент представляет собой многослойные
элементы из чередующихся каучуковых блоков и стальных листов.
Каучук может улучшать и свойства бетона. Если к цементной массе
вместо воды добавить суспензию синтетического каучука, то бетон
приобретает повышенную водонепроницаемость, устойчивость против
масел и агрессивных жидкостей. Кроме того, он не растрескивается
при резких колебаниях температуры.
Поливинилацетат, ПВА [–СН2–СН(ОСОСН3)–]n–можно
получить радикальной полимеризацией винилацетата. В зависимости
от условий получения средняя молекулярная масса поливинилацетата
составляет 500-1600 тыс. Жидкие низкомолекулярные продукты
полимеризации винилацетата в органических растворителях (спиртах,
кетонах, эфирах), а также водные дисперсии поливинилацетата
используют в качестве клеев. Они обладают хорошей адгезией к
различным материалам, дёшевы, а водные дисперсии негорючи и
безвредны. Используют для склеивания бумаги, пластмасс, древесины,
тканей, кожи, металлов. Применяют в различных отраслях
– получают сополимеризацией
6Н5)]n
44
n
СН
n CH2
= C –
COOCH
3
→ –
H2C – C –
С
OOC
Н
СН
промышленности, строительстве. Поливинилацетатная дисперсия
(ПВАД) входит в состав полимерцементных и полимербетонных
покрытий, используется для получения бесшовных полов, не боящихся
влаги, является основой водоэмульсионных красок, используемых для
внутренней и наружной отделки зданий культурно-бытового
назначения (например, краски марок ВА-17, ВА-27, ВА-27А и др.). Эти
краски высыхают за 2-3 часа и дешевле масляных. Они обладают
высокой адгезией к различным поверхностям, их можно наносить
непосредственно на влажные стены и потолок. Кроме того, при
высыхании этих красок выделяются только пары воды, а штукатурка,
содержащая ПВАД, очень прочная и непачкающаяся. Вытесняя
цементный раствор и густотертую краску, ПВАД может использоваться
в качестве связующего для скрепления к стенам керамической плитки
и при изготовлении полимербетона, а также входить в состав
пропиточного средства для предохранения древесины от гниения.
Полиметилметакрилат – органическое стекло,
распространенный конструкционный материал, используют в
строительстве, из него изготовляют декоративные плитки, проводят
остекление средств транспорта; получают радикальной полимеризацией
в присутствии пероксидных катализаторов метилового эфира
метакриловой кислоты по схеме:
Тефлон или политетрафторэтилен, фторопласт-4
–(СF2-CF2)–n– получают эмульсионной полимеризацией
тетрафторэтилена в присутствии пероксидных катализаторов. Его
называют «органической платиной» за исключительную устойчивость к
действию практически всех агрессивных веществ, выдерживает
температуру в интервале от -269о до +260оС; используют для
изготовления трубопроводов, уплотнительных материалов, в хирургии, в
домашнем хозяйстве.
Полистирол [–СН2–СН(С
полимеризацией стирола (винилбензола) блочным или эмульсионным
методом в присутствии пероксидных катализаторов; используют в
качестве электроизоляционного материала, изготовления пенопластов,
емкостей для агрессивных жидкостей, а также как сополимер с
бутадиеном для получения каучука СКС. Полистирол применяют для
)–]n– получают радикальной
6Н5
45
C
H
OH
+ nHCHO
→
n
OH
CH
OH
CH
OH
n-2
+ nHO
остекления зданий, изготовления декоративных стекол и цветных плиток
для облицовки стен. Пенообразный полистирол используют для
изоляции холодильных установок, устройства стен и потолков
холодильных камер, облицовки в системах кондиционирования воздуха.
Пористый полистирол (поропласт) применяют в строительстве как
звуко- и теплоизоляционный материал. Из полистирола изготовляют
латексные краски, эмали, гидроизоляционные пленки и
антикоррозионные покрытия; вспененные гранулы полистирола
используют в качестве заполнителя при получении легкого бетона.
Поливиниловый спирт [–СН2– СН(ОН)–]n– получают кислотным
или щелочным гидролизом поливинилхлорида или поливинилацетата
(реакция полимераналогичных превращений); применяется в качестве
эмульгатора водных эмульсий в пищевой и фармацевтической
промышленности, для производства гибких труб, устойчивых к
действию масел и бензола.
Эпоксидные полимеры - получают поликонденсацией
эпихлоргидрина глицерина с 4,4-диоксидифенилпропаном (дианом),
который получают конденсацией фенола с ацетоном в соотношении 2:1:
5
O
H2+
H3C
C
O
C
00C
H
H
3
-
H2O
O
Наличие в эпоксидных полимерах эпокси- и гидроксильных групп
позволяет производить отверждение веществами, способными
реагировать с этими группами. Под действием отвердителей (например,
ПЭПА – полиэтиленполиамин) линейные эпоксидные полимеры
переходят в нерастворимые соединения, имеющие трехмерную
структуру. Материалы на основе эпоксидных полимеров обладают
высокой адгезией к бетонам, металлам, древесине, а также к
пластическим массам. Совмещением эпоксидных полимеров с
дегтевыми материалами получают прочные и экономичные связующие
для полимербетонов и мастик.
Фенолоформальдегидные полимеры получают в результате
поликонденсации небольшого избытка фенола с формальдегидом
(отношение между ними 6:5 или 7:6) в присутствии соляной кислоты
при нагревании получаются смолоподобные вещества – новолаки.
3
O
C
C
H
3
H
46
OH
CH2
OH
CH2
OH
CH2
OH
CH2
CH
CH2
CH
2
CH
2
−
H
OH
-
H2C
H
H
H
H H H H
H
CH2OH
H H H
H
H
CH2
2
−
OH
OH
Новолаки имеют линейное строение, растворяются в спирте, маслах
и являются термопластами. При поликонденсации фенола с избытком
формальдегида в щелочной среде образуются термореактивные
полимеры разветвленного строения – резолы. При нагревании резолы
переходят в нерастворимое трехмерное сетчатое строение:
На основе резольных полимеров получают пластмассы –
фенопласты. В зависимости от наполнителя фенопласты известны под
названием фаолит (наполнитель асбест), стекловолокнит (наполнитель
стекловолокно), арзалит (наполнитель графит). Литые
фенолоформальдегидные полимеры без наполнителя называют
карболитом; их применяют для получения клея, спиртовых лаков,
эмалей, красок, политуры, твердых древесноволокнистых и
древесностружечных плит, для изготовления сотопластов и
стеклотекстолита, панелей, плит для стен и перекрытий зданий, сборных
конструкций и т.д.
CH
2
Мочевиноформальдегидные или карбамидные полимеры. -
получают поликонденсацией мочевины и формальдегида. Реакция
образования этих полимеров протекает по схеме, аналогичной
образованию фенолоформальдегидных полимеров. При
взаимодействии мочевины с формальдегидом вначале образуются её
моно- или диметилолпроизводные, которые в кислой среде, отщепляя
воду, образуют легко полимеризующиеся метиленмочевины,
представляющие собой аморфные неплавкие и труднорастворимые
порошки. При полимеризации метиленмочевин могут образовываться
как линейные, так и пространственные полимеры:
H2N – CO – NH2 + 2HCHO → HOCH2 – NH – CO – NH – CH2OH + 2H2O
2
CH
H2N – CO – NH2 + HCHO → H2N – CO – NH – CH2OH + H2O
47
O = C
NH –
CH2OH
NH2
-
H2O
O = C
NH2
N = CH
монометиленмоче
вина
O = C
NH –
CH2OH
NH – CH2OH
-
H2O
O = C
N = CH
2
ди
метил
ен
мочевина
N = CH
2
CO
–N – CH2 – N – CH2 – N –
–N – CH2 – N – CH2 – N –
CO
CO
→
→
Карбамидные полимеры нашли широкое применение в
производстве строительных материалов (искусственный мрамор, стекло,
паркетные полы). Изделия из мочевиноформальдегидных полимеров
бесцветны или имеют светлую окраску, что немаловажно для
изготовления отделочных стройматериалов. Карбамидные полимеры
обладают высокой светостойкостью, твердостью и значительно
дешевле фенолоформальдегидных. Эти полимеры применяют для
получения лаков, клеев, пористых материалов и слоистых пластиков с
использованием ткани, бумаги и стеклоткани. На основе карбамидных
полимеров производят облицовочные и древесно-стружечные плиты,
термостойкие пенопласты (мипора), применяющиеся в качестве
термоизоляционных материалов, а также искусственный мрамор,
который используется в качестве связующего для цемента и
мраморной крошки. Из модифицированных карбамидных полимеров
можно получать изоляционные лаки, используемые для покрытия
металлов, стекол, паркетных полов, и дешевые клеи, которые служат, в
основном, для склеивания древесины (фанеры) и пористых
материалов.
Фурановые полимеры – получают полимеризацией
соответствующих фурановых соединений. Среди многочисленных
фурановых полимеров особое значение имеют полимеры на основе
фурфурола и различных фенолов, альдегидов и кетонов, а также
фурилового спирта. Наиболее важной группой фурановых полимеров,
нашедших промышленное применение, являются фурфуролацетоновые
полимеры. Для их получения используют мономер ФА – продукт
конденсации эквимолярных количеств фурфурола и ацетона в
щелочной среде. Мономер ФА имеет следующий состав (в %):
2
48
n
CH
CH
3
OH +
m
COCl
→
CH
CH
C
монофурфурилиденацетон – 65-70, дифурфурилиденацетон – 20-25,
олигомеры – 2-5, вода – 0,5-1,5, фурфурол – до 1,3, ацетон – до 1.
Мономер ФА в присутствии кислых катализаторов (в основном
бензолсульфокислоты) превращается в фурфуролацетоновые
полимеры, имеющие сложное строение. При различных соотношениях
фурфурола и ацетона были получены другие мономеры (ФАМ, 2ФА,
4ФА и др.). Фурфуролацетоновые полимеры находят разнообразное
применение в строительстве. Так, одним из наиболее
распространенных материалов на основе ФА является бесцементный
бетон – полимербетон. Разработаны пресс-материалы с
наполнителями: со стекловолокном (ФАС), асбестом (ФАА), графитом
(ФАГ). Из фурфуролацетонового полимера получены различные
полимерные замазки (мастики), обладающие высокой механической
прочностью и коррозионной стойкостью. Например, замазки «фаизол»
и «ферганит» используют для защиты бетонных строительных
конструкций в химических цехах, футеровки химических аппаратов и
т.д. Широкое применение в качестве связующего нашли продукты
совмещения мономера ФА с эпоксидными полимерами –
фураноэпоксидные полимеры (ФАЭД). Они используются в качестве
антикоррозионных лаковых покрытий, а также для получения водо -,
термо - и химически стойких клеев и композиций.
Поликарбонаты (лексан, дифлон) – получают поликонденсацией
фосгена с щелочным раствором 4,4′ -дигидроксидифенилпропана в
присутствии катализатора. Поликарбонаты – термопластичные
полимеры, применяют как конструкционные материалы.
Глифталевые (полиэфирные полимеры) –получают
поликонденсацией гликолей или многоатомных спиртов с
двухосновными кислотами или их ангидридами. В зависимости от
соотношения исходных продуктов могут образоваться линейные
3
2
3
49
полимеры (полиглицерофталат) или, в избытке фталевого ангидрида,
полиэфиры пространственного строения:
...
-ООС-С
... OCH2 CH CH2OOC C6H4 COO CH2 CH CH2 OOC C6H4 COO ...
-СОО-СН2-СН(ОН)-СН2-О-
6Н4
O
...
CH CH2OOC C6H4 COO CH2 CH CH2 OOC C6H4 COO ...
O
В строительном деле широко применяют полиэфирные полимеры на
основе фталевого ангидрида и глицерина – глифталевые полимеры.
Глифталевые полимеры используют при изготовлении лаков, эмалей,
клеев, грунтовок и мастик, а также для производства алкидного
линолеума и замазок для футеровок.
Широко известны алкидные рулонные отделочные материалы и
изделия, например, линкруст – рулонный материал с рельефным
рисунком, который используют для внутренней отделки стен. При
поликонденсации многоатомных спиртов с непредельными
многоосновными кислотами образуются эфиромалеинатные полимеры,
идущие на изготовление стеклопластика и санитарно-технических
изделий. При получении стеклопластиков часто используют и
эфиракрилатные полимеры, образуемые при поликонденсации
этиленгликоля с метакриловой кислотой. Материалы, полученные на
основе полиэфирных полимеров, могут быть окрашены минеральными
или органическими пигментами и красителями (фталоцианиновыми
или антрахиноновыми). Некоторые полиэфирные полимеры склеивают
стеклопластики с асбестоцементными и древесноволокнистыми
плитами, сотопластами, а также друг с другом. Их используют при
изготовлении некоторых шпаклевочных масс, применяемых для гидрои пароизоляции бетона и наливных полов, приобретающих после
отверждения высокую ударную прочность и стойкость к истиранию,
действию воды и агрессивных сред. При добавлении паст некоторых
органических красителей в диоктилфталате можно получать
окрашенные монолитные полы. Иногда при изготовлении наливных
полов используют полиэфирно-кумароновые мастичные составы с
OOC
C6H
4
CO O
...
50
минеральными наполнителями. Сочетание полиэфирных эластичных
полимеров с хрупкими кумароновыми полимерами позволяет
создавать покрытие полов с высокими эксплуатационными
свойствами. Стеклоткани или стеклянные волокна, пропитанные
растворами полиэфиров в стироле, превращаются в стеклопласты, не
уступающие по прочности стали, но со значительно меньшей
плотностью. Из такого материала можно получать различные
санитарно-технические изделия повышенной прочности (ванны, трубы
и т.д.).
Полисульфидные каучуки (тиоколы) – применяют в качестве
пластификаторов при производстве клеящих и кроющих строительных
полимерных материалов – альтинов. Тиоколы используют в качестве
покрытий при сооружении бетонных резервуаров для нефти, защитных
покрытий при возведении подводных металлических сооружений, для
изготовления масло- и бензостойких рукавов и т.д. На основе жидких
тиоколов изготавливают пасты для герметизации различных емкостей,
швов и стыков. Такие герметики противостоят тепловому старению
(при 50-700С). Применяют их для герметизации швов наружных
стеновых панелей зданий и других крупносборных строительных
сооружений, оконных проёмов, трещин и неплотностей бетонных и
железобетонных конструкций и сооружений. Тиоколы используют для
получения клеев, покрытий, красок воздушной сушки, шпатлёвки, для
пропитки кожи и дерева.
Кремнийорганические полимеры, полиорганосилоксаны –
получают поликонденсацией органических производных
ортокремневой кислоты, у которой одна или две гидроксильные
группы замещены на алкильные или арильные группы.Так как
основная цепь этих полимеров построена из атомов кремния и
кислорода, они обладают удивительными свойствами, сочетая в себе
эластичность органических полимеров с твердостью и
теплостойкостью неорганических веществ. Кремнийорганические
полимеры применяют при создании лаков и клеев, эмалей,
обладающих жаростойкими и атмосферостойкими свойствами, а также
при изготовлении стеклотекстолита, пенопласта и других материалов,
использующихся в строительном деле. Однако в основном их
применяют как гидрофобные соединения, при добавлении которых в
бетоны достигается полная водостойкость последних. Их строение
выражают следующей общей формулой:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]