Строительство. Стройматериалы

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Молекулы термореактивных полимеров до их отверждения имеют линейное строение, такое же, как молекулы термопластичных полимеров, но размер молекул реактопластов намного меньше.

В отличие от термопластов, у которых молекулы химически инертны и не способны соединяться друг с другом, молекулы термореактивных олигомеров химически активны. Они содержат либо двойные (ненасыщенные) связи, либо химически активные группы. Поэтому при определенных условиях (нагревании, облучении или добавлении веществ-отвердителей) молекулы термореактивных олигомеров соединяются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку, как бы одну гигантскую макромолекулу.

После отверждения свойства полимеров изменяются: они перестают размягчаться при нагревании, не растворяются, а только набухают в растворителях, становятся более прочными, твердыми и термостойкими.

К термореактивным полимерам, используемым в строительстве, относятся фенолоальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные и полиуретановые.

Фенолоальдегидные полимеры - первые синтетические полимеры, которые в начале XX в. начали получать методом поликонденсации фенолов с альдегидами. В качестве фенольного сырья применяют фенол, крезол, ксиленол и резорцин, а альдегидного - формальдегид, фурфурол, уротропин и лигнин.

Фенолоформальдегидные полимеры ~ наиболее распространенные полимеры этого класса. Их получают поликонденсацией фенола с формальдегидом. Фенол представляет собой бесцветные кристаллы с характерным сильным запахом; токсичен. Вдыхание его приводит к отравлению, а попадание на кожу вызывает ожоги. Формальдегид - газ, тоже с резким удушливым запахом. Следует помнить, что отрицательные свойства, присущие исходным компонентам, в значительной степени передаются и полимеру. В зависимости от соотношения исходных продуктов поликонденсации и характера катализаторов получают различные виды фенолоформальдегидных полимеров.

При избытке фенола и конденсации в кислой среде получают новолачные (термопластичные) полимеры. При избытке формальдегида и конденсации в щелочной среде образуются жидкие резольные (термореактивные) полимеры.

Новолачные смолы отверждаются только при добавлении веществ-отвердителей (например, уротропина), а без них ведут себя как термопластичные полимеры (при нагревании плавятся и затвердевают при охлаждении).

Резольные смолы способны к отверждению при нагревании без добавления отвердителей. Они сначала плавятся, потом в расплавленном состоянии начинают густеть и постепенно необратимо переходить в твердое состояние.

До отверждения фенолоформальдегидные смолы хорошо растворяются в спиртах, ацетоне и других растворителях. Фенолоформальдегидные полимеры имеют хорошую адгезию к тканям, древесине и другим материалам и хорошо совмещаются с наполнителями. Отвержденные полимеры обладают высокой химической стойкостью; они прочны, но хрупки. Для повышения эластичности и улучшения клеящих свойств их модифицируют другими полимерами. Например, совмещая фенолофор-мальдегидную смолу резольного типа с поливинилбутиралем получают водостойкие и прочные клеи типа БФ. Такие клеи могут склеивать материалы при обычной температуре, но при горячем отверждении имеют большую прочность. Фенолоформальдегидные смолы используют для производства древесноволокнистых, древесно-стружечных плит, слоистых пластиков, водостойкой фанеры, минераловатных и стекловатных плит, спиртовых лаков и т. п.

Резорциноформальдегидные смолы аналогичны по свойствам фенолоформальдегидным. Так как резорцин значительно активнее фенола, отверждение резорциноформальдегидных смол может происходить без нагревания. Поэтому резорциновые смолы используют для получения замазок, мастик и клеев холодного отверждения.

Фенолоальдегидные смолы и полимеры токсичны, поэтому при работе с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности. Для связывания фенола и снижения токсичности в смолу добавляют нейтрализатор фенола.

Карбамидные полимеры - продукты поликонденсации мочевины и ее производных с формальдегидом; к ним относятся мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные полимеры. По своим свойствам карбамидные полимеры имеют много общего с фенолоформальдегидными. Особенностью карбамид-ных полимеров является их бесцветность, светостойкость, отсутствие запаха и меньшая токсичность.

Мочевиноформальдегидные полимеры - один из самых дешевых полимеров, что объясняется доступностью и простотой синтеза. В строительстве мочевиноформальдегидные полимеры широко применяют в качестве полимерного связующего. Для этих целей используют главным образом водные растворы мочеви-ноформальдегидных смол. Отверждение смол производится с помощью кислотных отвердителей при обычной температуре или при нагревании.

Недостаток мочевиноформальдегидных полимеров - большая усадка при отверждении и недостаточная водостойкость отвержденного полимера.

Большинство мочевиноформальдегидных полимеров используют для склеивания древесины и изготовления древесностружечных плит.

Меламиноформальдегидные полимеры - более дорогостоящие, так как для их синтеза применяют более дорогое сырье -меламин. В отвержденном состоянии они имеют лучшие, чем мочевиноформальдегидные полимеры, свойства и характеризуются высокой твердостью и водостойкостью.

Из меламиноформальдегидных полимеров получают клеи для склеивания древесины, бумаги. Пример материала, получаемого на таких клеях, - декоративный бумажно-слоистый пластик и ламинированные покрытия для полов (ламинат).

Большое количество карбамидных полимеров после соответствующей модификации используют для получения высококачественных лаков и красок, например для окраски автомашин.

Ненасыщенные полиэфиры - олигомерные продукты в виде вязких жидкостей, способные переходить в твердое состояние при введении отвердителей. В строительстве применяют полиэфирные смолы двух типов: полиэфирмалеинаты и полиэфирак-рилаты.

Полиэфирмалеинатные смолы представляют собой раствор линейного ненасыщенного, т. е. способного к сшивке, полиэфира в стироле. Если в эту смолу ввести инициирующую пару: пе-рекисный инициатор (например, гипериз) и ускоритель разложения перекиси (например, нафтенат кобальта), то перекись, распадаясь, инициирует химическую активность стирола и он сшивает молекулы полиэфира по ненасыщенным связям в пространственную сетку. При этом жидкая смола превращается в твердый прочный материал. Обычно принимают соотношение смолы, инициатора и ускорителя 100 : 3 : 8. При температуре 20 °С процесс отверждения длится 20...60 ч, но смола теряет текучесть (желируется) через 0,5...2 ч.

Полиэфиракрилаты - олигомерные смолы, но не содержащие стирола и отверждаемые перекисными отвердителями в сочетании с ускорителями.

В отвержденном виде полиэфирные полимеры характеризуются высокой прочностью и химической стойкостью. Для снижения хрупкости и получения высокопрочных конструкционных материалов их армируют стекловолокном. Такие материалы называют стеклопластиками.

В строительных отделочных работах полиэфирные смолы используют для устройства наливных бесшовных полов, изготовления полимербетона, замазок и шпатлевок. Большое количество полиэфирных смол применяют для лакирования и полирования поверхности древесины.

Эпоксидные полимеры - большая группа олигомерных продуктов (от низковязких жидкостей до твердых смол), получивших свое название по эпоксидным группам, входящим в молекулу олигомеров. По этим эпоксидным группам линейные молекулы олигомерных смол можно сшивать отвердителями, главным образом аминными соединениями, например полиэтилен-полиамином (ПЭПА). В связи с высокими эксплуатационными свойствами эпоксидные полимеры нашли широкое применение в различных областях техники.

Характерные особенности эпоксидных полимеров - высокая адгезия к большинству материалов, универсальная химическая стойкость, водостойкость и водонепроницаемость. Прочность на сжатие отвержденных смол - до 100... 150 МПа.

В строительстве чаще применяют эпоксидные смолы марок ЭД-16, ЭД-20, представляющие собой жидкости желтого цвета различной вязкости. При введении отвердителя уже при нормальной температуре смола через 2...4 ч желируется, а через 8... 12 ч - необратимо затвердевает. Нагревание ускоряет твердение и увеличивает степень отверждения. Положительное качество эпоксидных смол - малая усадка при твердении, что повышает прочность и трещиностойкость изделий на их основе. Для повышения эластичности в смолы можно вводить пластификаторы, например дибутилфталат, растительные масла. Для снижения вязкости композиций вводят растворители или маловязкие алифатические эпоксидные смолы (ДЭГ-1, ТЭГ-1, МЭГ-1 и др.). Последние используют также в качестве коль-матирующих добавок в бетоны.

Эпоксидные полимеры применяют для устройства наливных бесшовных полов высокой износо- и химической стойкости, изготовления конструкционных строительных клеев (для склеивания и ремонта металлических и бетонных конструкций), применяют также в красках и шпатлевочных составах, в герметиках, полимеррастворах и полимербетонах специального назначения.

Полиуретановые полимеры в главной цепи макромолекулы содержат уретановую группу (-NH-CO-0-). Промышленное производство полиуретанов с каждым годом увеличивается. Они обладают высокой прочностью и очень высокой стойкостью к истиранию, поэтому их применяют при изготовлении шин, конвейерных лент, подошв для обуви, покрытий полов общественных и промышленных зданий и спортивных площадок. Большое количество полиуретанов используют для получения пенопла-стов, эластичных материалов (поролона) и жестких строительных пенопластов. Одна из интереснейших разновидностей пенополиуретанов - пенополиуретаны, наносимые напылением (жидкую полиуретановую смолу разбрызгивают из распылителя на изолируемую поверхность, на которой в течение 10...30 с полиуретан вспенивается и отвердевает). Отвердителем одного из типов полиуретановых смол служит вода, поэтому лаками, изготовленными на основе этих смол, можно покрывать и влажные поверхности.

Кремнийорганические полимеры относятся к группе эле-ментоорганических соединений, т. е. в их составе наряду с органической частью присутствует и кремний. Получают такие полимеры в результате конденсации алкилхлорсиланов (RSiCl3, R2SiCl2, R3SiCl) или замещенных эфиров ортокремниевой кислоты (RSi(OR)3, R2Si(OR)2, R3SiOR). Состав и свойства образующихся продуктов зависят в значительной степени от условий реакции: кислотности среды, присутствия растворителя, его полярности и т. п. В результате продуктами реакции могут быть: низкомолекулярные жидкие полиорганосилоксаны; высокомолекулярные линейные полиорганосилоксаны, обладающие свойствами каучуков; высокомолекулярные жидкие или твердые полиорганосилоксаны, образующие в конечной стадии полимеры пространственного строения (термореактивные полимеры).

Полиорганосилоксаны благодаря связи -Si-O- в главной цепи по многим свойствам превосходят органические высокомолекулярные вещества. Для полиорганосилоксанов характерна стойкость к термической и термоокислительной деструкциям. При термическом разрушении этих полимеров происходит отщепление органических радикалов, а остаточным продуктом является полимер (Si02)„, не проводящий электрический ток и способный сохранять некоторую механическую прочность, тогда как продуктами разложения органических полимеров являются летучие вещества или кокс.

Органические боковые радикалы, связанные с атомами кремния в полиорганосилоксанах, придают им водостойкость, эластичность и другие полезные свойства. Если, например, боковые радикалы содержат метальные группы, теплостойкость полимера равна 200 °С, фенильные - 250, этильные - 140 °С. Все крем-нийорганические полимеры обладают невысокой механической прочностью, но их отличает морозостойкость, высокие диэлектрические свойства, стойкость к действию слабых кислот и щелочей, органических растворителей, минеральных масел и топлива. При нанесении на твердую поверхность эти полимеры проявляют свойства гидрофобизирующих веществ. Это происходит в результате взаимодействия активных групп кремнийор-ганических полимеров с гидроксильными группами, входящими в состав материала, на который наносится кремнийорганический полимер, или с водой, адсорбированной на поверхности материала. Происходит ориентация кремнийорганических молекул в пленке: органический радикал ориентирован в сторону окружающей среды, а связь -Si-O к поверхности материала, в результате чего образуется защитная пленка.

Для изготовления жаростойких лаков, эмалей, красок используют полиорганосилоксаны разветвленного или циклоли-нейного строения, обладающие в зависимости от соотношения исходных веществ свойствами термопластичных или термореактивных полимеров. Полифенилсилоксаны, модифицированные каучуками, эпоксидными или фенолоформальдегидными полимерами, применяют как конструкционные клеи, способные работать при температуре от минус 60 до плюс 1200 °С. Кремнийорганические каучуки используют для уплотнительных мастик и герметиков. Они устойчивы к старению, работоспособны в температурном интервале от -70 до +250 °С, обладают адгезией к бетону. Низкомолекулярные полиорганосилоксаны (этилсилико-нат натрия ГКЖ-10, метил сил иконат натрия ГКЖ-11, этилгидроси-локсановую жидкость 136-41) применяют как гадрофобно-пласти-фицирующие и газообразущие добавки к бетонам и растворам.