Строительные материалы и изделия

СТРОИТЕЛЬНЫЕ ПЛАСТМАССЫ

;

Пластмассы (пластики) — материалы, обязательным компонентом которых являются полимеры. В период формования изделий полимер находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а в готовых материалах и изделиях — в отвержденном состоянии. Основ­ные виды полимеров, используемые в строительных пластмассах, описаны в гл. 10. Кроме полимеров в состав большинства пластмасс входят наполнители, пластификаторы, красители и специальные до­бавки.

Пластмассы — относительно новый вид материалов. Первые пла­стмассы резина и эбонит (эластичный и твердый продукты вулканиза­ции природного каучука) появились в середине XIX в., когда был открыт процесс вулканизации. В 1872 г. был получен пластмасса на основе модифицированной целлюлозы, а в 1887 г.— галалит — пластмасса на основе казеина, белковой составляющей мо­лока. Первый синтетический полимер —• фенол-формальдегидная смола и пластмассы на ее основе — появились в начале XX в. В середине XX в. началось производство пластмасс на основе поливинилхлорида, полистирола и других синтетических полимеров. В 50-—60-х годах активно начало развиваться производство пластмасс на базе полиэти­лена, эпоксидных и полиуретановых смол.

В наше время пластмассы заняли заметное место во всех отраслях хозяйства, в том числе и в строительстве. Несмотря на значительно более высокую стоимость, они оказались конкурентоспособными по отношению к традиционным строительным материалам. Основная причина этого объясняется высокой технологичностью пла­стмасс. Они легко перерабатываются в самые различные материалы и изделия, из которых, в свою очередь, чрезвычайно просто получать готовые конструкции. Яркий пример этому — линолеум, настилка которого сводится к раскатыванию рулона материала по поверхности пола и закреплению его клеем. Таким образом получается декоратив­ное, гигиеничное и износостойкое покрытие пола с необходимыми тепло - и звукоизоляционными свойствами.

Свойства пластмасс. У пластмасс довольно необычный для строи­тельных материалов набор свойств (как положительных, так и отрица­тельных):

• высокая прочность при малой плотности (р„ < 1500 кг/м3, а у газо­наполненных пластмасс уникально низкая плотность — 50... 10 кг/м3);

• более низкий, чем у традиционных материалов, модуль упругости и соответственно высокая деформативность; заметная ползучесть (раз­витие деформаций при длительном воздействии нагрузок);

• высокая износостойкость при малой поверхностной твердости;

» водостойкость, водонепроницаемость и универсальная химиче­ская стойкость (к кислотам, щелочам, растворам солей);

• невысокая теплостойкость (в основном 100...200° С; для некото­рых пластмасс 300...350° С) и зависимость механических свойств от температуры;

• декоративность — способность окрашиваться в яркие тона и принимать нужную текстуру поверхности;

• хорошие электроизоляционные свойства и склонность к накап­ливанию статического электричества;

• склонность к старению (особенно под действием УФ-излучения и кислорода воздуха);

• горючесть, усугубляемая токсичностью продуктов горения;

• экологическая проблемность пластмасс.

Применение пластмасс в строительстве целесообразно и экономи­чески оправданно в таких вариантах, когда при небольшом расходе полимера на единицу продукции (м2 или м3) достигается определенный технико-экономический эффект. Это, например, декоративные и гид­роизоляционные полимерные пленки, листовые облицовочные мате­риалы, покрытия полов, лаки, краски, клеи и мастики, трубы и другие погонажные изделия, санитарно-технические изделия, а также ультра­легкие теплоизоляционные газонаполненные пластмассы (пено - и поропласты).

Состав пластмасс. Основные компоненты пластмасс: полимер, наполнитель, пластификатор, краситель и специальные добавки.

Полимер выполняет роль связующего и определяет основные свой­ства пластмассы.

Наполнитель уменьшает расход полимера и придает пластмассе определенные свойства. По виду и структуре наполнители могут быть порошкообразные (мел, тальк, древесная мука), грубодисперсные (стружка, песок, щебень), волокнистые (стекловолокно, целлюлозные волокна и т. п.), листовые (бумага, древесный шпон и т. п.). Волокни­стые и листовые наполнители являются армирующими наполнителями, ' существенно повышающими прочность и модуль упругости пластмасс. Так, стеклопластики, углепластики, бумажнослоистые пластики очень прочные и легкие конструкционные материалы. су г,.

Пластмассы могут быть наполнены (до 90...95 % по объему) возду­хом. Такие материалы, называемые пенопластами, обладают очень высокими теплоизоляционными свойствами.

Пластификаторы — вещества, повышающие эластичность пласт­масс. Например, жесткий поливинилхлорид в линолеуме пластифици­руется слаболетучими вязкими жидкостями (лиоктил фталатом, трикрезилфосфатом и др.). Они, проникая между молекулами полиме­ра, повышают их подвижность. Это делает материал пластичным. Пластификаторы также облегчают переработку пластмасс, снижая температуру перехода в вязкопластичное состояние.

Пигменты, применяемые в пластмассах, могут быть как минераль­ные, так и органические. Чтобы пластмасса длительно сохраняла цвета, от пигментов требуется в основном светостойкость, так как полимеры, будучи сами химически инертными, защищают пигменты от других агрессивных воздействий.

Отабтютттврьпганттктданты — нотбхадимБнгкампонентэгао^

гих пластмасс, так как полимеры под действием солнечного света и кислорода воздуха стареют (происходит деструкция полимера и окис­лительная полимеризация), что приводит к потере эксплуатационных свойств и разрушению пластмасс.

Отвердители и вулканизаторы используются в тех случаях, когда необходимо произвести отверждение жидких олигомеров (например, отверждение эпоксидной смолы аминными отвердителями) или сшив­ку макромолекул термореактивного полимера (например, вулканиза­ция каучука серой, отверждение фенолформальдегидных смол уротропином). В любом случае происходит укрупнение молекул исход­ных продуктов с образованием пространственных сеток с помощью низкомолекулярных веществ. В ряде случаев отвердителями могут служить кислород или влага, содержащиеся в воздухе.

Пластмассы и экология. Широкое использование в нашей жизни пластмасс породило новую экологическую проблему. Большинство полимеров и соответственно пластмасс — биологически инертные (безвредные для человека) материалы, поэтому может показаться, что пластмассы — экологически чистые материалы. В действительности это далеко не так. Производство синтетических полимеров связано со сложными и энергоемкими химическими процессами с вредными для человека мономерами, сопровождающимися вредными выбросами в атмосферу.

Готовые полимеры и материалы на их основе (при условии пра­вильно проведенного синтеза и переработки) в большинстве своем безвредны. Однако отслужившие свой век пластмассовые изделия не вписываются в природный цикл: они не гниют и не разлагаются под действием природных агентов, поэтому их количество постоянно увеличивается. При сжигании полимеры разлагаются с выделением токсичных низкомолекулярных продуктов. Пластмассы на основе тер-

мопластичных полимеров могут использоваться вторично, но это не решает полностью проблемы утилизации пластмасс. Один из вариантов решения этой проблемы — получение биологически разлагаемых по­лимеров, разработке которых в настоящее время уделяется серьезное внимание.