Полимерными материалами называются соединения, образованные из макромолекул, которые состоят из множества связанных между собой атомов.
Макромолекулы содержат сотни тысяч и миллионы атомов, прочно связанных между собой, тогда как молекулы обычных органических соединений, называемых низкомолекулярными веществами, насчитывают единицы, десятки и реже сотни атомов. Это основное различие в размерах молекул и, следовательно, молекулярных масс, высоко- и низкомолекулярных соединений и определяет их основные свойства.
Низкомолекулярные вещества легко и быстро растворяются в растворителях, образуя довольно подвижный раствор, в то время как высокомолекулярные вещества почти нерастворимы или медленно растворяются с образованием при этом коллоидного высоковязкого раствора.
Для изготовления пластмасс, применяемых в строительстве, используют полимеры, получаемые полимеризацией и поликонденсацией.
Полимеры – это вещества, состоящие из гигантских молекул, которые построены из множества связанных между собой атомов.
Полимеризацией называют процесс соединения множества молекул низкомолекулярного вещества, т.е. мономера в одну большую макромолекулу высокомолекулярного вещества, т.е. полимера.
К техническим изделиям из пластмасс предъявляются весьма разнообразные требования. В связи с этим возникает необходимость совмещать различные типы полимеров для получения материалов с комплексом требуемых свойств. Такими материалами являются продукты совместной полимеризации двух или нескольких различных типов мономеров (мономеры – это низкомолекулярные соединения, молекулы которых способны вступать в реакции, приводящие к образованию полимеров).
К полимеризационным материал относят: полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиизобутилен и др.
Полиэтилен – это полимерный материал, который получают путем полимеризации этилена под давлением.
Изготавливают полиэтилен тремя способами:
- при высоком давлении (до 1500 ат);
- при низком давлении (до 1-5 ат);
- при среднем давлении (35-40 ат).
Полиэтилен, полученный при низких давлениях, имеет большую плотность, жесткость, прочность т повышенную теплостойкость по сравнению с полиэтиленом, синтезированным при высоком давлении.
Физические свойства полиэтилена зависят от степени его полимеризации, например, температура плавления низкомолекулярного полиэтилена – около 100?С, а высокомолекулярного – около 120?С.
Высокомолекулярный полиэтилен не растворим на холоде и в обычных условиях, но при t=80?С он растворяется в некоторых растворителях (бензоле, толуоле и др).
Предел прочности его при растяжении составляет 10-20 МПа.
Полиэтилен находит широкое применение в строительстве. Он используется для производства мелиоративных труб, гидроизоляционных пленок и др. изделий.
Полипропилен – полимерный материал, полученный путем полимеризации пропилена. Полимеризация при t=70-75?С и давлении 1-1,2 МПа длится 5-6 ч. При этом отделяется белый порошок (полипропилен), который затем промывают спиртом, отжимают и высушивает.
Полипропилен характеризуется высокими техническими свойствами, имеет низкую стоимость и поэтому может широко использоваться в строительстве.
Предел прочности при разрыве – 30-35 МПа. Пленки из полипропилена прозрачны, паро- и газонепроницаемы. Применяют этот материал также для изготовления труб диаметром 25-150 мм и др. изделий, а также в качестве антикоррозийного и декоративного материала.
Полистирол – это материал, полученный полимеризацией стирола.
Астирол – это бесцветная жидкость, не смешивается с водой, но образует растворы со спиртом, эфиром и др. органическими растворителями.
Полистирол – прозрачный материал, обладает почти абсолютной водостойкостью, высокой химической стойкостью. Полистирол используют для изготовления цветных плиток, применяемых для облицовки стен, пористых плит для тепло- и звукоизоляции, эмали для внутренней отделки и др.
Основными недостатками полистирола, как строительного материала, являются большая хрупкость, низкая ударная вязкость, малая морозо- и светостойкость.
Полиизобутилен – каучукоподобный эластичный материал, являющийся продуктом полимеризации изобутилена.
Изобутилен – это газ, получаемый из побочных продуктов при крекинге нефти.
Полиизобутилен обладает такими ценными свойствами, как водостойкость и устойчивость к агрессивным средам (кислотам, щелочам, солям и т.д.).
Основной областью применения является химическая промышлен-ность, где его используют в виде защитных пленок. В строительстве поли-изобутилен можно также применять в виде гидроизоляционных пленок как прокладочный материал для фундаментов, для уплотнения стыков в крупнопанельном домостроении.
Полиакрылаты – это бесцветные, светостойкие, прозрачные полимеры. Они могут быть окрашены в различные цвета. В строительстве весьма перспективно применение органического стекла для остекления различных зданий, особенно парников и теплиц, для заполнения дверных и оконных проемов и т.д.
Поливинилацетат – это полимер сложных эфиров винилового спирта (винилацетата).
Винилацетат представляет собой бесцветную легкоподвижную жид-кость с характерным запахом, получаемую из ацетилена и уксусной кислоты.
Поливинилацетат слабо набухает в воде и имеет предел прочности при растяжении 50 МПа. Однако он не устойчив к действию кислот и щелочей, а при нагревании выше 150?С разлагается с выделением уксусной кислоты.
Применяют поливинилацетат главным образом в производстве лаков, т.к. он обладает высокой адгезией (к стеклу и камню), пластичностью и светостойкостью. В виде эмульсий его используют для изготовления мастичных полов.
Вторым способом получения полимеров является поликонденсация.
Поликонденсация – это процесс получения полимеров, при котором наряду с образованием полимера происходит выделение того или иного низкомолекулярного продукта (воды, соляной кислоты, углекислоты и др.).
В результате реакции поликонденсации образуются следующие полимеры с различными свойствами: фенолоформальдегидные, полиэфирные, карбамидные, эпоксидные, кремнийорганические и др. смолы.
Фенолформальдегидные смолы получают в виде твердых продуктов для производства твердых порошков, а также для лакокрасочной промышленности.
Полиэфирные смолы получают поликонденсацией многоатомных спиртов с многоосновными кислотами. Используют их для изготовления лаков, эмалевых красок и при производстве линолеума.
Карбамидные полимеры получают путем амидоформальдегидной по-ликонденсации.
Они светостойки, не имеют запаха, долговечны. На их основе получают древесно-стружечные плиты, слоистые пластики. В основном их применяют для изготовления отделочных материалов, используют в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов.
Эпоксидные смолы представляют собой продукты поликонденсации эпихлоргидрина с фенолом в щелочной среде.
Эпоксидные смолы имеют хорошую адгезию со всеми материалами.
В зависимости от соотношения исходных компонентов получают эпоксидные смолы различной консистенции – от жидких до твердых высокоплавких.
Эпоксидные смолы затвердевают и переходят в неплавкое и нерастворимое состояние при введении отвердителей. В зависимости от рода отвердителя эпоксидные смолы твердеют при обычной температуре или при нагревании.
Регулируя содержание и вид отвердителя, можно получить продукты, которые характеризуются высокой химической стойкостью, механической прочностью.
Эпоксидные смолы в основном используются в виде различного рода смесей, в которые помимо смолы и отвердителей входят пластификаторы и наполнители. Эти смеси в затвердевшем состоянии обладают высокой прочностью, водостойкостью, малой водопроницаемостью и др. свойствами.
В зависимости от назначения эпоксидные полимеры делятся на клеи, пропиточные и заливочные смеси (компаунды).
Типичным представителем клеев, затвердевающих при обычной тем-пературе, является клей состава: 92-94% эпоксидной смолы и 6-8% отвердителя – полиэтиленполиамина. Введение в эту смесь пластификатора (до 20-25% смолы) значительно улучшает эластичность клеевой пленки, а при введении наполнителя повышается механическая прочность и стойкость к резким изменениям температуры.
Клеи на основе эпоксидных смол широко используются для склеивания силикатного стекла, стекла и фарфора с металлами, а также для склеивания блоков пролетных строений железобетонных мостов, строительных деревянных и каменных конструкций, устройства полов и др.
Более прочный шов получается в случае твердения при высоких температурах.
Клеевой шов водостоек, устойчив к действию щелочей и кислот и почти не дает усадки.
Применение эпоксидных смол в сочетании с кремнийорганическими смолами позволяет получать материалы с теплостойкостью до 180-200?С.
Кремнийорганические полимеры содержат кремний.
По физическим свойствам эти полимеры делятся на эластомеры, твердые и жидкие смолы. Их используют для получения жаростойких лаков и эмалей, которые выдерживают высокую температуру и надежно защищают черные и цветные металлы от коррозии.
Пластмассы с минеральными наполнителями (асбестом, кварцевой мукой и стекловолокном) выдерживают температуру до 350-400?С.
Кремнийорганические соединения обладают гидрофобными свойствами, т.е. несмачиваемостью, что позволяет с их помощь придавать гидрофобность некоторым материалам, защищая их тем самым от преждевременного разрушения.