Термопластичні полімери - органічні в’яжучі речовини

Головна → Статті

термопластичні полімери

Термопластичними називають полімери, здатні багаторазово розм'якшуватися при нагріванні і тверднути при охолодженні. Ці та багато інших властивостей термопластичних полімерів пояснюються лінійною будовою їх макромолекул. При нагріванні взаємодія між молекулами слабшає і вони можуть зсуватися одна відносно іншої (як це відбувається з частинками вологої глини), полімер розм'якшується, перетворюючись при подальшому нагріванні в в'язку рідину. На цій властивості базуються різні способи формування виробів з термопластів, а також з'єднання їх зварюванням.

Однак на практиці не все термопласти так просто можна перевести в в'язкотекучий стан, так як температура початку термічного розкладання деяких полімерів нижче температури їх переходу в в'язкотекучий стан (це характерно, зокрема, для полівінілхлориду, фторпласт і ін.). В такому випадку використовують різні технологічні прийоми, що знижують температуру плинності (наприклад, вводять пластифікатори) або затримують термодеструкцію (введенням стабілізаторів, переробкою в середовищі інертного газу).

Лінійною будовою молекул пояснюється також здатність термопластів не тільки набухати, але і добре розчинятися в правильно підібраних розчинниках. Тип розчинника залежить від хімічної природи полімеру. Розчини полімерів, навіть дуже невеликій концентрації (2 ... 5%), відрізняються досить високою в'язкістю, причиною цього є великі розміри полімерних молекул у порівнянні з молекулами звичайних низькомолекулярних речовин. Після випаровування розчинника полімер знову переходить в твердий стан. На цьому грунтується використання розчинів термопластів як лаків, фарб, клеїв і в'яжучого компонента в мастиках і полімеррозчин.

До недоліків термопластів відносяться низька теплостійкість (зазвичай не вище 80 ... 120 ° С), низька поверхнева твердість, крихкість при знижених температурах і плинність при високих, схильність до старіння під дією сонячних променів і кисню повітря.

Але позитивні властивості пластмас на основі термопластичних полімерів (див. П. 15.1) з лишком компенсують недоліки останніх. Серед термопластів виділяють групу найважливіших, званих багатотоннажних, річне виробництво яких в світі досягає більше 5 млн т на рік (табл. 9.2). З урахуванням низької щільності полімерів (майже в 8 разів нижче, ніж у сталі) обсяги їх виробництва можна порівняти з обсягами виробництва металів.

У будівництві використовується близько 20 ... 25% вироблених полімерів. Найголовніші термопластичні полімери, що застосовуються в будівництві, - полівінілхлорид, полістирол, поліетилен і поліпропілен, а також поливинилацетат, поліакрилати, поліізобутен-льон та ін.

Крім полімерів, одержуваних з одного мономера, синтезують сополімери - продукти, одержувані спільної полімеризацією (сополимеризацией) двох і більше мономерів. В такому випадку утворюються матеріали з новим комплексом властивостей. Так, винилацетат по-лімерізуют спільно з етиленом для отримання сополимера міцнішого і водостійкого, ніж поливинилацетат, але зберігає його високі адгезійні властивості. Широкий спектр кополімерів випускають на базі акрилових мономерів.

Поліетилен (-СН2 - СН2 -) "- продукт полімеризації етилену - найпоширеніший в наш час полімер. Поліетилен роговідний, жирний на дотик, що просвічується матеріал, легко ріжеться ножем; при підпалюванні горить і одночасно плавиться з характерним запахом паленого парафіну. При кімнатній температурі поліетилен практично не розчиняється ні в одному з розчинників, але набухає в бензолі і хлорованих вуглеводнях; при температурі вище 70. 80 ° С він розчиняється в зазначених розчинниках.

Поліетилен має високу хімічну стійкість, біологічно інертний. Під впливом сонячного випромінювання (УФ його складової) поліетилен старіє, втрачаючи експлуатаційні властивості.

Вперше поліетилен був синтезований в 1932 р методом високого тиску. Більш ефективний метод низького тиску з'явився в 1953 р В даний час поліетилен синтезують декількома методами. При цьому отримують поліетилен двох типів: високої щільності (на виробах з нього варто абревіатура PEHD - Polyethilen High Dencity) і низької щільності (PELD - Polyethilen Low Dencity), що розрізняються будовою молекул і фізико-механічними властивостями. Поліетилен високої щільності з меншою розгалуженістю молекул має велику ступінь кристалічності, ніж поліетилен низької щільності.

При нагріванні до 50 ... 60 ° С поліетилен знижує свої показники міцності, але при цьому зберігає еластичність до мінус 60 ... 70 ° С. Поліетилен добре зварюється і легко переробляється у вироби. З нього виготовляють плівки (прозорі і непрозорі), труби, електроізоляцію. Спінений поліетилен у вигляді листів і труб використовується для цілей теплоізоляції і герметизуючих прокладок.

Недоліки поліетилену - низька теплостійкість і твердість, горючість, швидке старіння під дією сонячного світла. Захищають поліетилен від старіння, вводячи в нього наповнювачі (сажу, алюмінієву пудру) і / або спеціальні стабілізатори.

Для підвищення теплостійкості поліетилену виробляють його молекулярну зшивання. Вироби із зшитого поліетилену (РЕХ) можуть працювати при температурі до 95 ° С і витримувати короткочасний нагрів до 125 ... 130 ° С. При цьому поліетилен втрачає здатність зварюватися. Зшитий поліетилен використовують при виробництві труб і електричних кабелів.

Поліпропілен [-СН2 - СН (СН 2) -] "- полімер, за складом близький до поліетилену. При синтезі поліпропілену утворюється кілька різних за будовою полімерів: ізотактичний, атактический і сіндіотактіческій.

В основному застосовується ізотактичний поліпропілен. Він відрізняється від поліетилену більшою твердістю, міцністю і теплостійкістю (температура розм'якшення близько 170 ° С), але перехід в крихке стан відбувається вже при мінус 10 ... 20 "С. Щільність поліпропілену 920 ... 930 кг / м; міцність при розтягуванні 25 ... 30 МПа; відносне подовження при розриві 200 ... 800%. Поліпропілен погано проводить тепло - А. = 0,15 Вт / (м * К).

Максимальна температура експлуатації для виробів з поліпропілену 120 ... 140 ° С, але вироби, що знаходяться в навантаженому стані, наприклад труби гарячого водопостачання, не рекомендується використовувати при температурі вище 75 ° С.

Застосовують поліпропілен практично для тих же цілей, що і поліетилен, але вироби з нього більш жорсткі і формостійкість.

Атактичний поліпропілен (АПП) виходить при синтезі поліпропілену як неминуча домішка, але легко відділяється від ізотакті-чеського поліпропілену екстракцією (розчиненням в вуглеводневих розчинниках). АПП - м'який еластичний продукт щільністю 840 ... 845 кг / м з температурою розм'якшення 30 ... 80 "С. Застосовують АПП як модифікатор бітумних композицій в покрівельних матеріалах (див. П. 16.2).

Полиизобутилен [- СН2 - С (СН3) 2 - СН 2 -] - каучукоподоб-ний термопластичний полімер, докладно описаний в п. 9.5.

Полістирол (полівінілбензол) [- СН2 - СН (С6Н5) -] - прозорий полімер щільністю 1050 ... 1080 кг / м; при кімнатній температурі жорсткий і крихкий, а при нагріванні до 80 ... 100 ° С размягчающийся. Міцність при розтягуванні (при 20 ° С) 35 ... 50 МПа. Полістирол добре розчиняється в ароматичних вуглеводнях (вплив бензольного кільця, що входить до складу молекул полістиролу), складних ефірах і хлорованих вуглеводнях. Полістирол горючий і крихкий. Для зниження крихкості полістирол синтезують з Іншими мономерами або поєднують з каучуками (ударостійкий полістирол).

У будівництві полістирол застосовують для виготовлення теплоізоляційного матеріалу - пінополістиролу (щільністю 15 ... 50 кг / м), облицювальних плиток і дрібної фурнітури. Розчин полістиролу в органічних розчинниках - хороший клей.

Полівінілацетат [- СН2 - СН (СН2СОО) -] - прозорий безбарвний жорсткий при кімнатній температурі полімер щільністю 1190 кг / м. Полівінілацетат розчинний в кетонах (ацетоні), складних ефірах, хлорованих і ароматичних вуглеводнях, набухає у воді; в аліфатичних і терпенових вуглеводнях розчиняється. Полівінілацетат не стійкий до дії кислот і лугів; при нагріванні вище 130 ... 150 ° С він розкладається з виділенням оцтової кислоти. Позитивне властивість поливинилацетата - висока адгезія до кам'яних матеріалів, скла, деревини.

За зовнішнім виглядом пластифицированная і непластифікований-ва дисперсії майже не відрізняються одна від одної. Тому, щоб визначити вид дисперсії, невелика її кількість наносять на чисте скло і витримують при кімнатній температурі до висихання. У пластифікованої дисперсії утворюється прозора еластична плівка, у непластифікований - плівка ламка, знімається зі скла з працею, кришиться.

Необхідно пам'ятати, що пластифицированная дисперсія неморозостійка і при заморожуванні необоротно руйнується з осадженням полімеру. Тому в зимовий час пластифікатор поставляють в окремій упаковці. Для пластифікації пластифікатор перемішують з дисперсією і витримують 3 ... 4 год для його проникнення в частинки полімеру. Непластифікований дисперсія витримує не менше чотирьох циклів заморожування - відтавання при температурі до -40 С. Срокхраненія ПВАД при температурі 5 ... 20 ° С - 6 міс.

Полівінілацетат широко застосовують в будівництві. На його основі роблять клеї, вододисперсійні фарби, шпалери, що миються. ПВАД застосовують для пристрою наливних містичних підлог і для модифікації цементних розчинів. Дисперсією, розведеної до 5 ... 10 -ї концентрації, гарантують бетонні поверхні перед приклеюванням облицювання на полімерних мастиках і перед нанесенням полімер-цементних розчинів.

Недолік матеріалів на основі дисперсій полівінілацета-та - чутливість до води: матеріали набухають, і на них можуть з'явитися висоли. Це пояснюється наявністю в дисперсіях помітної кількості водорозчинного стабілізатора і здатністю самого полімеру набухати у воді. Так як дисперсія має слабокислу реакцію (рН 4,5 ... 6), при нанесенні на металеві вироби можлива корозія металу.

Полівінілхлорид (-СН2 - СНС1-) - найпоширеніший в будівництві полімер - являє собою твердий матеріал без запаху і смаку, безбарвний або жовтуватий (при переробці в результаті термодеструкції може придбати світло-коричневий колір). Щільність полівінілхлориду 1400 кг / м; межа міцності при розтягуванні 40 ... 60 МПа.

Температура текучості полівінілхлориду 180 ... 200 ° С, але вже при нагріванні вище 160 ° С він починає розкладатися з виділенням НС1. Ця обставина ускладнює переробку полівінілхлориду в вироби.

Полівінілхлорид добре поєднується з пластифікаторами. Це полегшує переробку і дозволяє отримувати пластмаси з найрізноманітнішими властивостями: жорсткі листи і труби, еластичні погонажні вироби, м'які плівки.

Полівінілхлорид добре зварюється; склеюється він тільки деякими видами клеїв, наприклад перхлорвінілову. Позитивне якість полівінілхлориду - високі хімічна стійкість, діелектричні показники і низька горючість.

У будівництві полівінілхлорид застосовують для виготовлення матеріалів для підлог (різні види лінолеуму, плитки), труб, погонажних виробів (поручні, плінтуси сайдинг і т. П.) І оздоблювальних декоративних плівок і пінопластів.

Перхлорвініла - продукт хлорування полівінілхлориду, що містить 60 ... 70 (по масі) хлору, замість 56% в поливинилхлори-де. Щільність перхлорвинила близько 1500 кг / м. Він характеризується дуже високою хімічною стійкістю (до кислот, лугів, окислювача); важкогорючих. На відміну від полівінілхлориду перхлорвініла легко розчиняється в хлорованих вуглеводнях, ацетоні, етилацетаті, толуолі, ксилолі і інших розчинниках.

Позитивне якість перхлорвинила - висока адгезія до металу, бетону, деревині, шкірі і полівінілхлориду. Поєднання високої адгезії і хорошою розчинності дозволяє використовувати перхлорвініла в клеях і фарбувальних складах. Перхлорвінілові фарби завдяки високій стійкості цього полімеру використовують для оздоблення фасадів будинків.

Після роботи зі складами, що містять перхлорвініловий полімер, необхідно ретельно вимити руки гарячою водою з милом і змастити їх жирним кремом (вазеліном, ланоліном і т. П.). При сильному забрудненні рук їх попередньо витирають ганчіркою, змоченою в уайт-спірит (застосовувати для цієї мети бензол, толуол, етиловий бензин забороняється).

Полікарбонати - порівняно нова для будівництва група полімерів - складних ефірів вугільної кислоти. Найбільший інтерес представляють лінійні ароматичні полікарбонати з молекулярної масою (30 ... 35) * 10. відрізняються високою температурою плавлення (250 ± 20) ° С і відносяться до самозатухаючим речовин. Вони відрізняються високими фізико-механічними показниками, що мало змінюються в інтервалі температур від - 100 до +150 "С. Щільність поликарбонатов 1200 кг / м3; міцність при розтягуванні 65 ± 10 МПапрі відносному подовженні 50 ... 100%; уних висока ударостійкість і твердість (НВ 15 ... 16 МПа).

Кумароноінденовие полімери - полімери, одержувані полімеризацією суміші кумарону і індена, що містяться в кам'яновугільній смолі і продуктах піролізу нафти.

Кумароноінденовий полімер має невелику молекулярну масу (менше 3000) і в залежності від її значення може бути каучукоподобное або твердим крихким матеріалом. Знизити крихкість кумароноінденових полімерів можна поєднуючи їх з каучуками, фенолформальдегідними смолами та іншими полімерами. Ці полімери добре розчиняються в бензолі, скипидарі, ацетоні, рослинних і мінеральних маслах.

Кумароноінденовие полімери в розплавленому або розчиненому вигляді добре змочують інші матеріали, а після затвердіння зберігають адгезію до матеріалу, на який були нанесені. З них виготовляють плитки для підлог, лакофарбові матеріали і приклеюють мастики.