Полімери і використання полімерних матеріалів
Синтетичні полімерні матеріали в будівництві застосовуються трохи більше півстоліття. За цей невеликий за історичними мірками відрізок часу полімери встигли стати майже незамінними компонентами в багатьох процесах, используясь в конструкційних міцних матеріалах в якості сполучних, як компоненти дорожніх покриттів, а так само як тепло- і гідроізолятори.
ЯК ОТРИМУЮТЬ ПОЛІМЕРИ
Слово «полімер» в перекладі з грецького означає «різноманітний» або «багатоскладний». Сьогодні саме так називають високомолекулярні сполуки, молекули яких складаються з великого числа однакових угруповань, з'єднаних хімічними зв'язками. Такі сполуки є головною складовою полімерного матеріалу - сполучною, який виконує роль полімерної матриці. При виготовленні вироби - будь то деталь або матеріал дорожнього покриття - стан полімерів вязкотекучее або еластичне, а при його експлуатації - склоподібний або кристалічна. У будівельній справі найбільш широко застосовують синтетичні, штучні полімери, які іноді також називають смолами. Як правило, найменування матеріалу відображає назва полімеру, який входить до його складу.
Є два основних способи отримати полімер: полімеризація і поліконденсація. При першому молекула полімеру утворюється шляхом послідовного приєднання молекул одного або декількох низькомолекулярних речовин (мономерів) до зростаючого активного центру - при цьому хімічний склад отриманого таким чином полімеру відповідає хімічним складом вихідного мономера; єдиним же продуктом реакції в більшості випадків є полімер. При другому ж способі, поліконденсації, полімери утворюються при нагріванні або під дією каталізаторів - процес при цьому супроводжується обов'язковим виділенням побічного низькомолекулярного речовини (води, спирту, галогеноводорода і т. Д.). Хімічний склад одержуваних таким чином смол відрізняється від хімічного складу вихідних продуктів, так як при реакції виділяються побічні продукти.
Термопласти, або термопластичні полімери, чиє затвердіння можна зупинити. Вони мають здатність при нагріванні знову купувати в'язкотекучий стан. У складних за формою виробах термопластичні полімери легко формуються і надійно зварюються. Велика частина термопластів розчиняються в органічних розчинниках, а при підвищенні температури їх механічні властивості знижуються. Це пояснюється лінійною будовою молекул полімеру: слабким зв'язком молекул один з одним, її слабшанням при нагріванні і нездатністю до утворення зшитих макромолекул.
Найвідоміші і широко поширені представники термопластичних полімерів - поліетилен, полістирол, полівінілхлорид і ін. Теплостійкість термопластів (ненаповнених) лежить в межах 60-100 ° С, коефіцієнт термічного розширення
4 «С» 1. Навіть при незначній зміні температури властивості термопластів різко змінюються; їх деформационная стійкість під навантаженням низька. У той же час термопласти відрізняються гарною розтяжністю і гнучкістю. Термопласти, як правило, отримують шляхом полімеризації.
Реактопласти, або термореактивні полімери, при нагріванні тверднуть є незворотнім. Їх початкові властивості і здатність плавитися не відновлюються. Їх затвердіння - результат хімічних реакцій утворення тривимірних полімерів (внаслідок зшивання лінійних молекул в просторові структури, що відбувається за допомогою сшивающих агентів або за рахунок активних груп самих полімерів). Термореактивні полімери після затвердіння не розчиняються в розчинниках, але в деяких з них можуть набухати. Якщо температура підвищується до певної межі, реактопласти спершу дещо змінюють свої властивості, а потім відбувається їх розкладання (термодеструкція). Теплостійкість сценарий реактопластов досягає меж 250-300 ° С. Міцність і твердість термореактивних полімерів вище, ніж у термопластів. Крім того, їм властива водостійкість. До цієї групи полімерів належать поліконденсаційні смоли: феноло-формальдегідні, епоксидні та інші.
ЗАСТОСУВАННЯ В БУДІВНИЦТВІ
Отже, корисними властивостями синтетичних полімерних матеріалів є їх хімічна стійкість, водонепроникність і стійкість до впливу мікроорганізмів, що дозволяємо широко їх застосовувати. При виготовленні будівельних конструкцій поширення набули скло і деревні пластики, полімербетон; для виробництва оздоблювальних матеріалів - піно і сотопласти. Області використання будівельних пластмас досить різноманітні, при цьому можна виділити основні вимоги, що застосовуються до матеріалів такого роду.
В першу чергу це можливість тривалої експлуатації і порівняно висока механічна міцність. Порівняно з неорганічними матеріалами, застосовуваними в будівництві, молекулярна решітка у органічних полімерів - одна з найбільш нетривких. Тому експлуатація пластмас можлива при невисоких температурах; схильні до вони і руйнування від окислення - в результаті цих процесів фізико-хімічні і технічні показники полімерів необоротно змінюються. Саме вплив цих впливів мають на увазі, коли говорять про старіння полімерних матеріалів і виготовлених з них виробів.
У дорожньому будівництві полімери використовуються в процесі приготування так званих полімерцементних бетонів. Вони являють собою суміші цементу і полімерів з наповнювачами (або без них). Цемент, вступаючи в хімічну взаємодію з водою, утворює цементний камінь, що з'єднує частинки наповнювача в моноліт. Рівномірно розподілений в бетоні полімер покращує зчеплення цементного каменю з на- полнітелем і окремих цементних зерен між собою.
Такі полімерні матеріали, як бутадієновий і хлоропреновий синтетичний каучук, лягли в основу рецептури складів латексцементних бетонів (полімерцементні бетони, що містять полімер у вигляді латексу). Бетони, що містять синтетичні латекси і емульсії регенерованого каучуку, застосовують для виготовлення дорожніх і аеродромних покриттів. До основних полімерним сполучною відносять також поливинилацетатні емульсії, дівінілстірольние, дівінілнітрільние і карбоксилатні латекси і латекс сополимера винилиденхлорида з вінілхлориду. Як стабілізатори сумішей водних дисперсій полімерів з цементом часто використовують казеїн, кальциновану соду, поташ, метилцеллюлозу. Роль наповнювачів в бетонах можуть виконувати кварцова мука і пісок, штучні піски, крихта вапняку і скельних порід.
Полімери входять до складу лакофарбових матеріалів, а також матеріалів захисних і декоративних покриттів. Полімерне сполучна має забезпечувати їм достатню твердість, необхідну еластичність, підвищену зносостійкість і гідравлічну стійкість. Тому напрямок досліджень в цій області пов'язано найчастіше з дослідженнями кінетики затвердіння термопластичних, зокрема поліуретанів і феноксісмол, продуктів очищення епоксидних полімерів, використовуваних для виробництва таких покриттів.
ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ГІДРОІЗОЛЯЦІЇ і ПОКРІВЛІ
Варто окремо сказати про матеріали для гідроізоляції, вироблених на полімерній основі. Перш за все це так звані полімерні композити, часто для стислості позначаються абревіатурою ПМК. У будівельній сфері найбільш поширене застосування ПМК на основі базальтового пластику й склопластику. З останнього виготовляють будівлі і окремі архітектурні елементи: балки, стінові панелі, світлопрозорі конструкції, як заповнення в яких використовується монолітний або стільниковий полікарбонат.
Вартість базальтового пластика істотно вище, ніж у склопластику, тому його використовують не так широко. При цьому базальтовий пластик має більший потенціал за рахунок своїх корисних властивостей і характеристик - включаючи, крім усього іншого, високу екологічність. З цього матеріалу виконується монтажна арматура, а також елементи конструкцій для будівництва тунелів, мостів, технічних споруд, гребель.
Якість виробів істотно підвищується, якщо до їх складу входять полімерні матеріали. Сучасні конструкції, що зводяться з метою захисту від атмосферної вологи і води, часто виготовляють із застосуванням полімерних гідроізоляційних матеріалів. Завдяки їм термін служби таких конструкцій може перевищувати п'ятдесят років.
У виробництві покрівель полімери також широко використовують. Перш за все це матеріали, до складу яких входять бутізол, ізолят, хайполон, Трокал, ВСП-55, неоплен і інші види полімерів. Конкретна рецептура виготовлення покрівельних матеріалів при цьому залежить від кліматичних умов зони, де вони будуть експлуатуватися, специфіки їх монтажу і так далі. Наприклад, Елон - один з тих полімерів, які стійкі до дії низьких температур, тому виробники охоче використовують його в процесі виготовлення так званих «килимів», чия площа може становити 400 і більше квадратних метрів.
Інший полімер, кромел, відрізняється високою стійкістю до негативної дії різного роду агресивних середовищ, а також стійкий до ультрафіолету і озону. Через цих якостей кромела його часто використовують при виготовленні гідроізоляційних матеріалів.
Завершуючи розмову про полімери, потрібно зауважити, що свого роду зворотним боком широкого застосування полімерів в сучасному світі, що обмежує їх використання, є токсичність цілого ряду цих матеріалів. Крім цього, токсичними в більшій чи меншій мірі можуть бути різного роду добавки до полімерів, барвники, стабілізатори, пластифікатори. Саме тому, визначаючись з матеріалами для будівництва, ремонту, декоративних робіт, необхідно особливо ретельно вивчити дані про хімічний склад того чи іншого полімеру і в цілому детально ознайомитися з описом його властивостей. У сучасній практиці в більшості країн, включаючи Україну, майже кожен матеріал, вироблений на основі або з використанням полімерів, повинен бути забезпечений відповідним гігієнічним сертифікатом - за винятком хіба що тих, які застосовуються у внутрішніх частинах конструкцій і не мають контакту ні з зовнішнім середовищем, ні з людиною і його життєдіяльністю. При демонтажі об'єктів будівництва утилізація конструкцій, виготовлених з матеріалів, що містять в своєму складі полімери, вимагає особливих умов. Але це вже тема окремої великої розмови.