Полімерні матеріали та вироби

Полімерниміназивают матеріали, до складу яких в якості основного компонента входять високомолекулярні органічні в'яжучі речовини (полімери).

Завдяки здатності в процесі переробки приймати необхідну форму і зберігати її після зняття діючих зусиль полімерні матеріали називають також пластичними масами (пластмасами або пластиками). Пластмаси, що застосовуються в будівництві, вдають із себясложние композиції, що складаються з полімерного сполучного, наповнювачів ?? їй, стабілізаторів, пластифікаторів, затверджувачів ?? їй і інших компонентів.

Полімери (від грецького''полі'' - багато,''мерос'' - частина, частка) - ϶ᴛᴏ високомолекулярні речовини, молекули яких складаються з великої кількості ланок однакової структури, що взаємодіють один з одним за допомогою ковалентних зв'язків з утворенням макромолекул.

За складом основному ланцюзі макромолекул полімери поділяють на три групи: а) карбоцепні полімери - макромолекулярні ланцюги полімеру складаються лише з атомів вуглецю; б) гетероцепні полімери, до складу ланцюгів яких входять крім атомів вуглецю ще атоми кисню або сірки, азота͵ фосфору і т.п .; в) елементоорганіческіе полімери, в основні ланцюги яких можуть входити атоми кремнію, алюмінію, титану та інших елементів, що мають кремнійкіслородние, силоксанових зв'язку.

Полімери можуть мати лін ?? ейное, розгалужене або сітчасте (тривимірне) будова. що визначає фізико-механічні та хімічні властивості полімерів. Макромолекули полімерів лин ?? ейного будови витягнуті у вигляді ланцюгів, пов'язаних між собою слабкими силами міжмолекулярної взаємодії (рис. 9а). Для розгалужених полімерів характерна наявність мономерних ланок, відгалужених від основного ланцюга макромолекули (рис. 9б). Сітчасті (тривимірні) структури полімерів характеризуються тим, що міцні хімічні зв'язки між ланцюгами (''сшівка'' окремих лин ?? ейних або розгалужених ланцюгів полімеру) призводять до утворення єдиного просторового каркаса (рис. 9в).

Полімери з макромолекулами лин ?? ейного або розгалуженого будови плавляться при нагріванні зі зміною властивостей і розчиняються у відповідному органічних розчинників ?? е, а при охолодженні знову тверднуть. Такі полімери, здатні багаторазово розм'якшуватися при нагріванні і укріпляти при охолодженні, називаються термопластичними (термопласти). Навпаки, полімери з макромолекулами тривимірної будови мають підвищену стійкість до термічних і механічних впливів, не розчиняються в розчинниках, а лише набухають. Такі полімери не можуть оборотно розм'якшуватися при повторному нагріванні і звуться термореактивних полімерів (реактопласти).

Високомолекуляр-ні з'єдн ?? ення характеризуються не тільки структурою молекул, а й молі-кулярной масою. Полімери зазвичай мають молекулярну масу понад 5000 одиниць; високомолекуляр-ні з'єдн ?? ення з меншою молекулярною масою називають олигомерами. У міру збільшення молекулярної маси полімеру розчинність його в органічних розчини-телях знижується, кілька знижується еластичність, однак міцність зна-ве зростає.

Властивості багатьох полімерів нерозривно пов'язані з величиною молекулами-лярной маси і міжмолекулярних сил, які слабкіше звичайних валентних зв'язків. При збільшенні молекулярної маси полімеру сумарний ефект міжмолекулярних сил стає відчутним, оскільки їх джерелом яв-ляется кожен атом. У зв'язку з цим зростаюча роль міжмолекулярних сил при підвищенні молекулярної маси якісно відрізняє полімери від низькомолекулярних з'єдн ?? ень.

Мал. 9. Схематична будова макромолекул полімерів з лин ?? єйної (а), розгалуженої (б), сітчастої (в) структурою

Для виробництва полімерів основною сировиною служать мономери, ᴛ.ᴇ. речовини, здатні з'єднуватися один з одним, утворюючи полімери. Моно-заходи отримують шляхом переробки природних і нафтових газів, кам'яного вугілля, аміаку, вуглекислоти та інших подібних речовин. З огляду на залежність отметода отримання полімери поділяються на полімеризації, поліконденсаційні і модифіковані природні.

Полімеризації полімери отримують в процесі полімеризації мономерів внаслідок розкриття кратних зв'язків (або розкриття циклу) і з'єдн ?? ення елементарних ланок мономера в довгі ланцюги. Оскільки при реакції полімеризації атоми і їх угруповання не отщепляются, побічні продукти не утворюються, хімічний склад мономера і полімеру однаковий.

Поліконденсаційні полімери отримують в процесі реакції поліконденсації двох або декількох низькомолекулярних речовин. При цій реакції поряд з основним продуктом поліконденсації утворюються побічні з'єдн ?? ення (вода, спирти та інші), а хімічний склад полімеру відрізняючи-ється від хімічного складу вихідних продуктів поліконденсації.

Модифіковані полімери отримують з природних Високомолек-лярних речовин (целюлоза, казеїн) шляхом їх хімічної модиф-кации для зміни їх первинних властивостей в заданому напрямку. З ацетилцелюлози виробляють міцні і водостійкі лаки для фарбування деревини та металу.

До полімеризаційного полімерів (термопластів) відносяться поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен, полівінілхлорид, полістирол, поліметилметакрилат (органічне скло), полівінілацетат і ін.

Полівінілхлорид (ПВХ) є продуктом полімеризації вінілхлориду (СH2 = CHCl). Високі механічні властивості полівінілхлориду визначили головні сфери його застосування в будівництві. З полівінілхлориду виготовляють гідро-ізоляційні та оздоблювальні матеріали, плінтуса, поручні, віконні та дверні рами, лінолеум і ін.

Недоліками полівінілхлориду є різке зниження міцності при підвищенні температури, а також повзучість при довжині-тельном дії навантаження.

Полістирол [-СН2 -СНС6 Н5 -] п - твердий продукт полімеризації стиролу (вінілбензол). При звичайній температурі полістирол являє собою твердий прозорий матеріал, схожий на стек-ло, що пропускає до 90% видимої частини спектра. Випускають полі-стирол у вигляді гранул (6-10 мм), дрібного і крупнозернистого порошку, а також у вигляді бісеру (при суспензійному методі виробництва) з вологістю до 0,2%.

Полістирол має високі механічні властивості (межа міцності на стиск 80-110 МПа), водостійкий, добре чинить опір дії концентрованих кислот (крім азотної і крижаної ук-Сусне кислот), протистоїть розчинів лугів (з концентрацією до 40%). До недоліків полістиролу, що обмежує його застосування, відносяться: невисо-кая теплостійкість, крихкість, що виявляється при ударної навантаженням-ке.

Застосовують для виготовлення гідроізоляційних плівок, облицювальних плиток, теплоізоляційних матеріалів, водопровідних труб і ін.

Серед поліконденсаційних полімерів (реактопластов) найбільш значущими є фенолформальдегідні, карбамідні (мочевіноформальдегідние), епоксидні, кремнійорганічні полімери, поліуретани та ін.

Макромолекули кремнійорганічних полімерів складаються з чергуються атомів кремнію і кисню, а вуглець входить лише до складу груп, що обрамляють головну ланцюг СН3. Наявність силоксановой зв'язку надає властивості, властиві силікатним матеріалами (міцність, твердість, теплостійкість), а углеводородістих радикалів СН3 - органічним полі-заходам (еластичність і ін.).

Полімери характеризуються такими технічними властивостями. термічними (температурою розм'якшення і теплостійкість, температурою склування і те-кучестью), механічними (міцністю, деформативністю і поверх-ностной твердістю), хімічними (атмосферостійкістю і опірністю деструкції).

В цілому, поряд з позитивними властивостями полімерів - малої середньою щільністю (близько 1 г / см 3), низьку теплопровідність, водо- і газонепроникність, хімічну стійкість, високим коефіцієнтом конструктивної якості, практично необмеженої сировинною базою та ін.

Наповнювачі в пластичних масах, знижуючи витрату полімеру, здешевлюють пластмаси. Разом з тим, структурируя полімерне сполучна, вони покращують ряд технічних властивостей пластмас: міцність, твердість, термостійкість, опірність усадці і повзучості та ін.

Наповнювачі виходячи з хімічної природи поділяють на органічні та неорганічні; виходячи з форми і структури - порошкоподібні і волокнисті. У виробництві полімерних композиційних матеріалів широко застосовуються органічні і неорганічні порошкоподібні наповнювачі (деревне борошно, відхід целюлозного виробництва - лігнін, Мікрослюда, кварцова мука, тальк і т.д.).

Волокнистими наповнювачами служать целюлозне, азбестове і скляне, а також синтетичні (з капрону, нейлону, лавсану і ін.) Волокна.

Додаткові речовини. Введення пластифікаторів (ефіри аліфатичних і ароматичних кислот і аліфатичних спиртів, ефіри гліколів і ефіри фосфорної кислоти, епоксідірованние і хлоровані з'єдн ?? ення) дозволяє поліпшити умови переробки полімерних композицій, знизити їх крихкість. Добавки-стабілізатори (антиоксиданти, термо- і світлостабілізатори) сприяють тривалому збереженню властивостей пластмас у процесі їх експлуатації. Затверджувачі (зшивають і вулканізуют агенти) забезпечують процес затвердіння полімерів (формування їх просторової структури). Для отримання забарвлених пластмас використовують пігменти. Стійкість пластмас проти займання підвищують антипірени. Створення газонаповнених (пористих) пластмас досягається за допомогою порообразователя ?? їй.

Все різноманіття пластмас виходячи з призначення їх в будівництві зводиться до груп: конструкційним, покрівельним, гідроізоляційних і герметизирующим; тепло- і звукоізоляційні; оздоблювальним (покриття підлоги і стін, лаки, фарби, клеї і т.п.) матеріалами, а також матеріалами для інженерних комунікацій. Основними конструкційними матеріалами на основі полімерів є полімербетони. До конструкційно-оздоблювальних матеріалів відносяться склопластики, паперово-шаруваті, вугільні та інші пластики; деревоволокнисті і деревостружкові плити (які можуть бути також конструкційно-теплоізоляційними матеріалами).

Полімербетони - композиційні матеріали, що виготовляються переважно на базі термореактивних полімерів: полі-ефірних, епоксидних, фенолоформальдегідних, фуранових і ін.

Витрата сполучного становить 100-200 кг на 1 м 3 полімербетона при співвідношенні полімеру до наповнювача 1: 5-1: 12 по масі. Технологія при-виготовлених і ущільнення полимербетонов така ж, як і цементних. Термообробка при 40-80 ° С значно прискорює процес тверде-ня. Полімербетони (полімерраствори) добре склеюються з це-цементних бетоном, в зв'язку з цим їх застосовують для ремонту жел ?? езобетон-них конструкцій. Для зменшення крихкості полімербетона застосовують волок-ність наповнювачі - азбест, скловолокно та ін.

Застосовують полімербетони для хімічно стійких конструкцій, зносостійких покриттів, там, де висока вартість полімербетон-нів буде виправдана. Негативними властивостями полимербетонов яв-ляють їх велика повзучість і старіння, що посилюється при дії поперемінного нагрівання та охолодження. Ні-обходимо дотримання спеціальних правил охорони праці при роботі з полімерами і кислими отвердителями, що можуть викликати опіки. Зокрема необхідні хороша вентиляція, забезпечення робочих захисними окулярами, гумовими рукавицями, спецодягом.

Склопластики - ϶ᴛᴏ композиційні листові матеріали, через готовляемие зі скляних волокон або тканин, пов'язаних з-Лімер. Сполучною речовиною в стеклопластиках зазвичай служать феноло-формальдегідні, поліефірні та епоксидні полімери. Випускають три різновиди склопластиків: на базі ориен тірован волокон, рубаних волокон і тканин або матів. Склопластики з орієнтованими волокнами (типу Свамі - скловолокнистого анизотропного матеріалу) володіють великою міцністю (при розтягуванні до 1000 МПа), легкістю (їх щільність 1,8-2 г / см 3), що в поєднанні з хімічною стійкістю робить їх еф-лективним матеріалом для будівельних конструкцій, ємностей і труб. Склопластики з рубаним скляним волокном виготовляють у вигляді волокнистих або плоских листів на поліефірному сполучному, що володіє світлопрозорих. Ці вироби застосовують для уст-ройства покрівель, огороджень балконів, лоджій і перегородок. Склопластики, виготовлені на базі скляній тканини (склотекстоліти). отримують гарячим пресуванням полотнищ тканини, просоченої термореактивним полімером, при високому давши-лення і температурі. Склотекстоліт йде для зовнішніх шарів тришарових стінових панел ?? їй. Цей же матеріал застосовують для ус-тройства оболонок та інших будівельних конструкцій. Склотекстоліти отримують також пресуванням пастоподібної маси з поліефірного полімеру, скловолокна, азбесту і порош-кообразного наповнювача. З цього матеріалу формують віконні та дверні блоки, фурнітуру, санітарно-технічні вироби.

Паперово-шаруваті пластики виготовляють з декількох шарів спеціального паперу, просочених фенолоформальдегідні або карбамідним полімером. Пластик випускають у вигляді листів довжиною 1000-3000 мм, шириною 600-1600 мм, товщиною 1-5 мм. Паперово-шаруваті пластики різноманітні за кольором і малюнком, добре обро-ються - їх можна пиляти, свердлити. Пластик тол-щіной до 1,6 мм кріплять бітумно-каучуковими і іншими мастиками, епоксидними і резорціноформальдегіднимі клеями. Більш товсті листи пластику кріплять механічним способом.