Пластмас у будівництві
Значення пластмас в сучасному житті важко переоцінити. Висока міцність, стійкість до зношування і довговічність пластмас роблять їх одним з найсучасніших і поширених матеріалів в деяких галузях промисловості. У будівництві пластмаси застосовуються як будівельні матеріали, як напівфабрикати і як будівельні конструкції.
Будівельні матеріали - це, наприклад, маси для покриття підлог, що ущільнюють маси для деформаційних швів, добавки до розчинів і бетону, а також клеї для керамічної плитки.
Напівфабрикати - це, наприклад, водовідвідні труби, дренирующие труби, покриття підлог, рулонні гідроізоляційні матеріали і плити для тепло-і звукоізоляції. Як правило, такі вироби випускаються стандартними відрізками певної довжини, і призначені для різання прямо на місці установки.
Склад, властивості і опис пластмас
Пластмаси (або, більш широко, синтетичні матеріали) - це матеріали, що виготовляються штучно (синтетично) з продуктів нафтохімії і газопереробки, а також з вихідних речовин вугілля, вапна, води і повітря. Майже всі пластмаси містять, як і природні органічні речовини, в якості найважливіших елементів вуглець і водень.
Тому вони відносяться до органічних матеріалів. Є також синтетичні матеріали, у яких найважливішим елементом є кремній. До групи матеріалів, виготовлених із застосуванням кремнію, відноситься силікон і його похідні.
Пластмаси, як і природні органічні матеріали, складаються з дуже великих молекул, які складені з багатьох атомів. Тому їх називають макромолекулами (по-грецьки макро - великий). Макромолекули можуть мати ниткоподібні будівлю або будова у вигляді просторової сітки.
Відповідно промисловим стандартам пластмаси мають короткі позначення, які виведені з їх хімічних найменувань. Наприклад, полівінілхлорид позначають PVC, а фенолформальдегідні смоли позначають PF.
Пластмаси одержують за допомогою синтезу. Це органічні, макромолекулярні матеріали. Вони складаються в основному з елементів вуглецю (С), водню (Н), кисню (О), азоту (N), сірки (S) і кремнію (Si).
Форма, величина і розташування макромолекул, поряд з хімічним складом, визначають властивості пластмас.
Синтетичні матеріали в масовому виробництві виходять трьома способами синтезу: шляхом полімеризації, шляхом поліконденсації і полімерного складання.
При полімеризації майже однакові основні молекули, звані також мономерами, групуються в ниткоподібні (ланцюгові) макромолекули.
Основні молекули, з яких складаються пластмаси - це ненасичені вуглеводневі сполуки, як, наприклад, етилен. Після відділення парних з'єднань цих молекул вони перетворюються в полімери, в довгі молекули, або полімери, етилен - в поліетилен.
Основні полімери - це поліетилен (захисні плівки, труби, рукава) і полівінілхлорид (дренажні труби, покриття підлог і окантовочні профілі).
При поліконденсації утворюються макромолекули шляхом з'єднання різних основних молекул, наприклад фенолу (С6Н5ОН) з формальдегідом (СН2О), при одночасному відділенні (конденсації) простих речовин, як, наприклад,
вода (Н2О). Важливими конденсат є фенольні смола, мочевіноформальдегидних смола і поліаміди.
При полімерному складання утворюються ниткоподібні (ланцюгові) або просторово-сітчасті макромолекули також за рахунок з'єднання різних основних молекул, наприклад діалколі (спирти) (C4HS (OH) 2) з діізоціанатами (C6H12 (CNO) 2), без відділення побічних продуктів. Важливими матеріалами цього виду є поліуретанові смоли.
Шляхом відповідного хімічного складу і методу отримання синтетичних матеріалів або шляхом змішування різних синтетичних матеріалів можна отримати матеріали з практично будь-якими заданими властивостями.
Типовими властивостями синтетичних матеріалів є:
• різні механічні властивості,
• стійкість проти корозії і хімікатів. Синтетичні матеріали:
• добре приймають потрібну форму і обробляються,
• добре фарбуються в масі,
• мають гладку, декоративну поверхню.
Однак синтетичні матеріали володіють також властивостями, які обмежують їх застосування:
• здебільшого, мала стійкість проти високих температур.
• здебільшого не володіють високою міцністю і
• частково синтетичні матеріали нестійкі проти розчинників.
Висока стійкість проти розкладання синтетичних матеріалів є перевагою при їх використанні, однак для їх видалення це є недоліком. У зв'язку з ростом виробництва синтетичних матеріалів їх утилізація стала проблемою захисту навколишнього середовища.
Пластмаси, як правило, поділяються за їх механічними властивостями і їх поведінки при нагріванні на термопласти, дуропласти і еластомери.
Термопласти - це синтетичні матеріали, які при нагріванні стають м'якими, а при охолодженні знову тверднуть. Вони складаються з нітеобразних (ланцюгових) макромолекул, які в більшості випадків між собою переплітаються, як волокна фетру або можуть бути пов'язані між собою (частково-кристалічну будову).
При невисоких температурах ланцюгові молекули лежать пітно і майже нерухомо один біля одного. Пластмаса тверда і крихка. Зі збільшенням температури ланцюга молекул починають рухатися, і сили тяжіння між ними стають все менше. Пластмаса стає еластичною. При подальшому нагріванні сили тяжіння зменшуються так сильно, що окремі молекули починають ковзати відносно один одного, пластмаса стає пластичною. Так як ланцюга молекул заважають один одному в їх русі при подальшому підвищенні температури, то пластмаса стає тільки вузький і поточної, але не газоподібної. При охолодженні зміни стану матеріалу відбуваються в зворотному порядку. Вони можуть повторюватися скільки завгодно, якщо тільки за рахунок перегріву не розірвуться ланцюга молекул, в результаті чого настає хімічне розкладання синтетичного матеріалу.
Термопласти в їх твердому стані можуть оброблятися різанням. У пластичному стані можна змінювати їх форму шляхом вигину, витяжки та
видування. Якщо пластмаса м'яка, то се застосовують шляхом розпилення, пресування, прокатки або спінювання.
Важливими термопластами є полівінілхлорид (PVC), полівінілацетат (PVAC), полістирол (PS), поліетилен (РЕ). Також найважливіші термопласти - це поліметилметакрилат або акрилове скло (РММА), поліамід (РА), полікарбонат (PC) і поліізобутилен (Р1В) (табл. 3.56).
Дуропласти - це синтетичні матеріали, які в затверділому стані і при сильному нагріванні не розм'якшуються і не плавляться. Вони складаються з макромолекул, які, як правило, утворюються шляхом поліконденсації з різних попередньо вироблених вихідних продуктів. Макромолекули дуропласт мають просторово-сітчасту будову.
Поставляються, як правило, в рідкому вигляді вихідні продукти, наприклад фенол і формальдегід, з'єднуються під впливом тепла, тиску або хімічних речовин, званих отвердителями, і утворюються дуропласти. Цей процес твердіння може бути перерваний, але його не можна повернути назад. Не зовсім затверділі дуропласти ще в більшості випадків розчинні або расплавляеми. Процес твердіння можна продовжити і довести до повного твердіння.
Властивості штучних смол з дуропласт можна змінювати для різних цілей підмішуванням наповнювачів, як, наприклад, кам'яного борошна, деревної муки або обрізків текстилю. Синтетичні матеріали на основі дуропласт можуть оброблятися пилкою, напилком, рубанком з утворенням стружки. Їх можна склеювати і вспінювати, але не можна зварювати. Чи не повністю затверділі штучні смоли можуть формуватися без стружок в формувальних пресах і там же твердеть під тиском. Найбільш важливими дуропласт є фенольні смоли, мочевіноформальдегідние смоли і меламінові смоли, епоксидні смоли, ненасичені поліестрові смоли та поліуретани.
Особливе значення в будівництві мають синтетичні спінені матеріали (пінопласти). Вони об'єднують властивості пластмас, як, наприклад, стійкість проти рослинних і тваринних шкідників, з властивостями пінистих матеріалів. Пінопласти розрізняють по виду синтетичного матеріалу, будовою, механічному поведінки і за методом виготовлення. Спінені матеріали зі структурою з закритими порами перешкоджають повітрообміну і капілярному дії. Тому їх застосовують переважно в якості звукоізоляційних вкладишів. Спінені матеріали з відкритими порами підходять більше для звукопоглинання. Структурні - або інтегральні пінопласти, переважно з поліуретану, мають всередині закрито-пористу, а зовні щільну, майже безпористу структуру. З них виробляють самонесучі конструкції, як, наприклад, двері і стільці, а також імітацію дерев'яних балок і дверних полотен.
За механічним поведінки розрізняють тверді, напівтверді і пружно-м'які пінопласти. Тверді пінопласти отримують з фенольних мочевіноформальдегидних смол. Поліуретанові смоли можуть застосовуватися як для твердих, так і для м'яких і пружних пінопластів.
Синтетичні спінені матеріали виготовляються у вигляді плит або формованих виробів на великих відливальних або шприцевальними установках. Часто поліуретан вспенивают за допомогою розпилювальних пістолетів, що приводяться в дію вручну або за допомогою стиснутого повітря, отримуючи «місцеву піну» прямо на будмайданчику. Так можна заповнювати шви або порожнечі, наприклад монтажні шліци, або зміцнювати дверні петлі та інші деталі (монтажна піна).
Еластомери - це синтетичні матеріали з еластичними властивостями. Вони легко змінюють форму; якщо напруга знімається. вони знову приймають свою первісну форму. Еластомери відрізняються від інших еластичних синтетичних матеріалів тим, що їх еластичність, подібна гумі, в значній мірі залежить від температури. Так, наприклад, силіконовий каучук залишається пружним в діапазоні температур від -60 до +250 ° С.
Еластомери, так само як і дуропласти, складаються з просторово-сітчастих макромолекул. Однак молекулярна сітка у еластомерів має більш широкі осередки і більш рідкісна, ніж у дуропласт (рис. 3.183). При зміні форми осередки розсуваються, не руйнуючи місця зв'язку. Після зняття напруги осередку, подібно гумі, притягуються до свого початкового положення, синтетичний матеріал знову приймає свою первинну форму.
Силікони відносяться до групи синтетичних матеріалів, які мають склад, відмінний від інших пластмас, і в яких головним чином атоми вуглецю замінені атомами кремнію. Властивості силіконів залежать від довжини їх макромолекул і від ступеня їх сітчастої структури. Силікони з ниткоподібні (ланцюговими) макромолекулами - це силіконові масла, макромолекули зі слабкою сітчастою структурою дають силіконові каучуки, а макромолекули з сильною сітчастої структурой- силіконові смоли.
Силікони - це маслянисті матеріали, пофарбовані зазвичай в білий колір або прозорі. Вони водовідштовхувальні і стійкі до змін температури від -90 до + 180 ° С. Уже невеликі кількості силіконового масла роблять лаки, папір і текстиль водовідштовхувальними. Розчини силіконової смоли тому часто застосовують як водовідштовхувальні покриття кам'яної кладки і бетону. Силіконові каучуки можна також виробляти в вспененном вигляді. Силіконові пінопласти в основному застосовують для високоцінних меблевих робіт.
Переважно застосовуються в будівництві синтетичні пінопласти складаються з дуропласт, як, наприклад, на основі поліуретанових або
фенольних смол. Вони бувають однокомпонентними і двокомпонентними і застосовуються для заповнення пустот і зміцнення будівельних конструкцій (монтажна піна).