полимер

Полимеры и использование полимерных материалов

Синтетические полимерные материалы в строительстве применяются чуть больше полувека . За этот небольшой по историческим меркам отрезок времени полимеры успели стать почти незаменимыми компонентами во многих процессах, используясь в конструкционных прочных материалах в качестве связующих, как компоненты дорожных покрытий, а так же как тепло- и гидроизоляторы.

КАК ПОЛУЧАЮТ ПОЛИМЕРЫ

Слово «полимер» в переводе с греческого означает «многообразный» или «многосоставный». Сегодня именно так называют высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа одинаковых группировок, соединенных химическими связями. Такие соединения являются главной составляющей полимерного материала — связующим, выполняющим роль полимерной матрицы. При изготовлении изделия — будь то деталь или материал дорожного покрытия — состояние полимеров вязкотекучее или эластичное, а при его эксплуатации — стеклообразное или кристаллическое. В строительном деле наиболее широко применяют синтетические, искусственные полимеры, которые иногда также называют смолами. Как правило, наименование материала отражает название полимера, который входит в его состав.

Есть два основных способа получить полимер: полимеризация и поликонденсация. При первом молекула полимера образуется путем последовательного присоединения молекул одного или нескольких низкомолекулярных веществ (мономеров) к растущему активному центру — при этом химический состав полученного таким образом полимера соответствует химическому составу исходного мономера; единственным же продуктом реакции в большинстве случаев является полимер. При втором же способе, поликонденсации, полимеры образуются при нагревании или под действием катализаторов — процесс при этом сопровождается обязательным выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и т. д.). Химический состав получаемых таким образом смол отличается от химического состава исходных продуктов, так как при реакции выделяются побочные продукты.

КЛАССИФИКАЦИЯ

полимерПолимерные материалы принято под- разделять на группы в соответствии с характером процессов, происходящих при формировании изделий. Такая классификация включает в себя:

Термопласты, или термопластичные полимеры, чье затвердевание обратимо. Они обладают способностью при нагревании вновь приобретать вязкотекучее состояние. В сложных по форме изделиях термопластичные полимеры легко формуются и надежно свариваются. Большая часть термопластов растворяются в органических растворителях, а при повышении температуры их механические свойства снижаются. Это объясняется линейным строением молекул полимера: слабой связью молекул друг с другом, ее ослабеванием при нагревании и неспособностью к образованию сшитых макромолекул.

Самые известные и широко распространенные представители термопластичных полимеров — полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др. Теплостойкость термопластов (ненаполненных) лежит в пределах 60-100 °С, коэффициент термического расширения ~10~4 «С»1. Даже при незначительном изменении температуры свойства термопластов резко изменяются; их деформационная устойчивость под нагрузкой низкая. В то же время термопласты отличаются хорошей растяжимостью и гибкостью. Термопласты, как правило, получают путем полимеризации.

Реактопласты, или термореактивные полимеры, при нагревании отвердевают необратимо. Их первоначальные свойства и способность плавиться не восстанавливаются. Их отверждение — результат химических реакций образования трехмерных полимеров (вследствие сшивания линейных молекул в пространственные структуры, происходящего с помощью сшивающих агентов или за счет активных групп самих полимеров). Термореактивные полимеры после отвердевания не растворяются в растворителях, но в некоторых из них могут набухать. Если температура повышается до определенного предела, реактопласты сперва несколько изменяют свои свойства, а затем происходит их разложение (термодеструкция). Теплостойкость отвержденных реактопластов достигает пределов 250-300 °С. Прочность и твердость термореактивных полимеров выше, чем у термопластов. Кроме того, им свойственна водостойкость. К этой группе полимеров относятся поликонденсационные смолы: феноло-формальдегидные, эпоксидные и другие.

ПРИМЕНЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Итак, полезными свойствами синтетических полимерных материалов являются их химическая стойкость, водонепроницаемость и устойчивость к воздействию микроорганизмов, что позволяем широко их применять. При изготовлении строительных конструкций распространение получили стекло- и древесные пластики, полимербетоны; для производства отделочных материалов — пено- и сотопласты. Области использования строительных пластмасс довольно разнообразны, при этом можно выделить основные требования, применяемые к материалам такого рода.

В первую очередь это возможность длительной эксплуатации и сравнительно высокая механическая прочность. Сравнительно с неорганическими материалами, применяемыми в строительстве, молекулярная решетка у органических полимеров — одна из самых непрочных. Поэтому эксплуатация пластмасс возможна при невысоких температурах; подвержены они и разрушению от окисления — в результате этих процессов физико-химические и технические показатели полимеров необратимо меняются. Именно влияние этих воздействий имеют в виду, когда говорят о старении полимерных материалов и изготавливаемых из них изделий.

В дорожном строительстве полимеры используются в процессе приготовления так называемых полимерцементных бетонов. Они представляют собой смеси цемента и полимеров с наполнителями (или без них). Цемент, вступая в химическое взаимодействие с водой, образует цементный камень, соединяющий частицы наполнителя в монолит. Равномерно распределенный в бетоне полимер улучшает сцепление цементного камня с на- полнителем и отдельных цементных зерен между собой.

Такие полимерные материалы, как бутадиеновый и хлоропреновый синтетический каучук, легли в основу рецептуры составов латексцементных бетонов (полимерцементные бетоны, содержащие полимер в виде латекса). Бетоны, содержащие синтетические латексы и эмульсии регенерированного каучука, применяют для изготовления дорожных и аэродромных покрытий. К основным полимерным связующим относят также поливинилацетатные эмульсии, дивинилстирольные, дивинилнитрильные и карбоксилатные латексы и латекс сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом. В качестве стабилизаторов смесей водных дисперсий полимеров с цементом часто используют казеин, кальцинированную соду, поташ, метилцеллюлозу. Роль наполнителей в бетонах могут выполнять кварцевая мука и песок, искусственные пески, крошка известняка и скальных пород.

Полимеры входят в состав лакокрасочных материалов, а также материалов защитных и декоративных покрытий. Полимерное связующее должно обеспечивать им достаточную твердость, необходимую эластичность, повышенную износостойкость и гидравлическую устойчивость. Поэтому направление исследований в этой области связано зачастую с исследованиями кинетики отверждения термопластичных, в частности полиуретанов и феноксисмол, продуктов очистки эпоксидных полимеров, используемых для производства таких покрытий.

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ И КРОВЛИ

полимерКроме вышеописанных традиционных способов использования полимеров в строительстве, включая дорожное, есть и другие — с каждым годом количество технологий, предполагающих использование полимерных материалов, увеличивается. Появляются новые материалы — отделочные, теплоизоляционные, звукоизоляционные, — разработанные с применением метода макромолекулярного проектирования, основывающегося на особых свойствах полимеров. Это клеи, мастики, лаки, арматура, трубы, кровельные материалы и многое другое, необходимое при строительстве, ремонтных работах, гидроизоляции и отделке. На сегодняшний день около сорока видов полимеров применяются достаточно широко, позволяя изготавливать различные модификации строительных и декоративных материалов; еще несколько десятков имеют высокий промышленный потенциал и проходят испытания в лабораториях по всему миру.

Стоит отдельно сказать о материалах для гидроизоляции, производимых на полимерной основе. Прежде всего это так называемые полимерные композиты, часто для краткости обозначающиеся аббревиатурой ПМК. В строительной сфере наиболее распространено применение ПМК на основе базальтового пластика и стеклопластика. Из последнего изготавливают здания и отдельные архитектурные элементы: балки, стеновые панели, светопрозрачные конструкции, в качестве заполнения в которых используется монолитный или сотовый поликарбонат.

Стоимость базальтового пластика существенно выше, чем у стеклопластика, поэтому его используют не так широко. При этом базальтовый пластик имеет больший потенциал за счет своих полезных свойств и характеристик — включая, помимо всего прочего, высокую экологичность. Из этого материала выполняется монтажная арматура, а также элементы конструкций для строительства тоннелей, мостов, технических сооружений, плотин.

Качество изделий существенно повышается, если в их состав входят полимерные материалы. Современные конструкции, возводимые с целью защиты от атмосферной влаги и воды, часто изготавливают с применением полимерных гидроизоляционных материалов. Благодаря им срок службы таких конструкций может превышать пятьдесят лет.

В производстве кровель полимеры также широко используют. Прежде всего это материалы, в состав которых входят бутизол, изолен, хайполон, трокал, ВСП-55, неоплен и другие виды полимеров. Конкретная рецептура изготовления кровельных материалов при этом зависит от климатических условий зоны, где они будут эксплуатироваться, специфики их монтажа и так далее. Например, элон — один из тех полимеров, которые устойчивы к действию низких температур, поэтому производители охотно используют его в процессе изготовления так называемых «ковров», чья площадь может составлять 400 и более квадратных метров.

Другой полимер, кромэл, отличается высокой стойкостью к негативному действию разного рода агрессивных сред, а также устойчив к ультрафиолету и озону. Из-за этих качеств кромэла его часто используют при изготовлении гидроизоляционных материалов.

Завершая разговор о полимерах, нужно заметить, что своего рода обратной стороной широкого применения полимеров в современном мире, ограничивающей их использование, является токсичность целого ряда этих материалов. Помимо этого, токсичными в большей или меньшей степени могут быть разного рода добавки к полимерам, красители, стабилизаторы, пластификаторы. Именно поэтому, определяясь с материалами для строительства, ремонта, декоративных работ, необходимо особенно тщательным образом изучить данные о химическом составе того или иного полимера и в целом подробно ознакомиться с описанием его свойств. В современной практике в большинстве стран, включая Россию, почти каждый материал, произведенный на основе или с использованием полимеров, должен быть снабжен соответствующим гигиеническим сертификатом — за исключением разве что тех, которые применяются во внутренних частях конструкций и не имеют контакта ни с внешней средой, ни с человеком и его жизнедеятельностью. При демонтаже объектов строительства утилизация конструкций, изготовленных из материалов, содержащих в своем составе полимеры, требует особых условий. Но это уже тема отдельного большого разговора.

Распечатать


Подписка на новости с сайта

Мы сами не любим получать десятки писем с бесполезной информацией и отправлять их в спам, так что обещаем присылать только интересные письма и только по спецтехнике
Ваш email:
email рассылки Конфиденциальность гарантирована
email рассылки
Категории
Наука и инновацииСтатьи

Комментировать

*

*

Похожие

Журнал "Прогресс технологий"