Полимерные и полимерцементные бетоны, растворы и мастики

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ

Термопластичность полимеров обусловлена линейным строением молекул. При нагревании взаимодействие между молекулами ослабе­вает и полимер размягчается, превращаясь при дальнейшем нагрева­нии в вязкую жидкость. На этом свойстве основываются различные способы формования изделий из термопластов, а также соединение их сваркой. Но не все термопласты нагреванием можно перевести в вязкотекучее состояние, так как температура начала термического разложения некоторых полимеров ниже температуры их текучести. Однако, используя различные технологические приемы, можно снизить температуру текучести (например, вводя пластификатор) либо оття­нуть начало разложения полимера (введением стабилизаторов, перера­боткой в атмосфере инертного газа).

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и растворяться в соответствующих растворителях. Тип растворителя зависит от химической природы поли­мера. Растворы полимеров, даже очень небольшой концентрации (2...5%), отличаются довольно высокой вязкостью вследствие боль­ших размеров полимерных молекул по сравнению с молекулами обыч­ных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя по­лимер вновь переходит в твердое состояние. На зтом основано исполь­зование растворов термопластов в качестве клеев и вяжущего компо­нента в мастиках и строительных растворах.

К недостаткам термопластов относятся низкие теплостойкость и поверхностная твердость, хрупкость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склонность к старению под действием солнеч­ных лучей и кислорода воздуха.

Однако при использовании термопластов в составе бетонов, рас­творов и мастик, т. е. в сочетании с большим количеством минераль­ных компонентов (заполнителей, наполнителей, вяжущих), зти отрица­тельные свойства не проявляются столь резко и не входят в число основ­ных свойств. Например, старения полимеров под действием солнечного света практически не происходит из-за экранирующего действия мине­ральных частиц. Мягкость и эластичность полимеров часто играют в таких материалах положительную роль. И при оценке качества полимера как связующего на первый план выходят другие свойства- хорошая адгезия к минеральным материалам, водостойкость и др., зависящие от конкретного вида материала (полимерный или полимерцементный бетон, раствор или мастика) и области его применения.

Наибольшее применение в строительстве имеют следующие термо­пластичные полимеры: полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат, перхлорвинил, полиизобутилен. Для получения поли - мербетонов и полимерцементных материалов из этих полимеров чаще всего используют поливинилацетат и его сополимеры, перхлорвинил, поливинилхлорид и полистирол. Ниже описаны основные термопластич­ные полимеры.

Полиэтилен (— СН2 — СН2 —)п - один из наиболее распространен­ных полимеров; роговидный, мягкий, жирный на ощупь, слегка просве­чивающий материал; при поджигании горит и одновременно плавится (температура перехода в жидкое состояние 90...130°С) с характерным запахом парафина. Плотность полиэтилена 920...960 кг/м3. При ком­натной температуре полиэтилен практически не растворяется ни в одном из растворителей, но набухает в бензоле и хлорированных углеводо­родах; при температуре выше 70—80° С он растворяется в указанных растворителях.

Полиэтилен обладает высокой химической стойкостью, биологи­чески инертен. Прочность при растяжении у него довольно высокая — 20...45 МПа, но при длительном действии нагрузки, составляющей более 60% предельной, у полиэтилена начинает проявляться свойство теку­чести. Полиэтилен сохраняет эластичность до —70° С. Его недостатки — низкие теплостойкость и твердость, горючесть и слабая адгезия к мине­ральным материалам, под действием солнечного света полиэтилен быст­ро старится. Для защиты от старения в него вводят наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и стабилизаторы.

Полипропилен [— СН2 - СН(СН3) —] по составу и свойствам близок к полиэтилену, отличается от него большей твердостью, проч­ностью и теплостойкостью (температура перехода в жидкое состояние +170°С).

Полиизобутилен [— С (СН) 2 — СН2 —] — каучукоподобный поли­мер, обладающий хорошей адгезией к большинству материалов.

Полистирол [— СН3 — СН (С6 Н5) — ] — прозрачный жесткий поли­мер плотностью 1050. .1080 кг/м3; хрупкий при комнатной температу­ре, он размягчается уже при температуре 80...100"С. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах, сложных эфирах и хлори­рованных углеводородах. Сам полистирол и его растворы — горючие вещества. Для снижения хрупкости и придания специальных свойств выпускают сополимеры стирола с другими мономерами или совмещают

В

Полистирол с каучуками (ударопрочный полистирол). Раствор полисти­рола — хороший клей.

Поливинилацетат [- СН2 - СН(СН3СОО) — ]и — прозрачный бес­цветный жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м3. Поливинилацетат растворяется в кетонах (ацетоне), слож­ных зфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических (нефтяных) и терпеновых (скипидар) углево­дородах не растворяется. Поливинилацетат не устойчив к действию кислот и щелочей; при нагревании выше 130...150°С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Положительное свойство поливи- нилацетата — высокая адгезия к камню, стеклу и древесине. Для сни­жения хрупкости поливинилацетат пластифицируют добавкой 5—30% ди бутил - или дио к тилф талата

Большое количество поливинилацетата выпускается в виде поли - винштацетатной дисперсии (ПВАД) — сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поли - винилацетатная дисперсия получается полимеризацией жидкого винил - ацетата, находящегося в виде мельчайших частиц (менее 5 мкм) в воде. Для стабилизации эмульсии винилацетата в воде во время полиме­ризации используют добавку поливинилового спирта. Полимеризуясь, капельки винилацетата превращаются в твердые частицы поливинил­ацетата. Таким образом получается поливинилацетатная дисперсия, стабилизатором которой служит тот же поливиниловый спирт.

Дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная (ГОСТ 18992 - 80*) — основной вид попивинилацетатной дисперсии, применяемой в строительстве. Это вязкая жидкость белого цвета с содер­жанием полимера около 50%. Размер частиц дисперсии 3 мкм. ПВАД выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в не - пластифицированном и пластифицированном (индекс Ф) виде. Пласти­фицированная ПВАД может содержать 5,10,15 и 50% пластификатора — дибутилфталата — от массы полимера (индексы марок дисперсий соот­ветственно 2,5; 5; 7 и 20). В зависимости от состава и назначения вы­пускают следующие марки дисперсии: непластифицированной Д 50Н, Д 50С, Д 50В и Д 60В; пластифицированной - ДФ 49/2,5Н; ДФ 48/5С; ДФ48/5НЛ; ДФ48/5СЛ; ДФ47/7С; ДФ47/7В; ДФ47/7ВП; ДФ40/20В; ДФ 53/2,5ВМ; ДФ51/7ВМ.

По внешнему виду пластифицированная и непластифицированная дисперсии почти не отличаются одна от другой. Чтобы определить вид дисперсии, небольшое ее количество наносят на чистое стекло и высу­шивают. Из пластифицированной дисперсии образуется прозрачная пленка, из непластифицированной — матовая ломкая пленка, с трудом снимающаяся со стекла.

Непластифицированная дисперсия выдерживает не менее четырех циклов замораживания — оттаивания при температуре до —40 "С. Пластифицированная дисперсия неморозостойка, и при замораживании необратимо разрушается с осаждением полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор (дибутилфталат) поставляют в отдельной упа­ковке. Для получения пластифицированной ПВАД дибутилфталат пере­мешивают с дисперсией и выдерживают 3...4 ч для его проникания в частицы полимера. Пластификацию проводят при температуре не ниже 15°С.

Срок хранения ПВАД при температуре 5...20°С — 6 мес. На ее основе делают клеи, водно-дисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства мастичных наливных полов и для модифи­кации цементных растворов. Дисперсией, разбавленной до 5...10%-ной концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерцементных и полимерных мастиках и перед нанесением полимерцементных растворов. Поливинилацетатная диспер­сия разбавляется водой в любом отношении и хорошо совмещается с цементом и гипсом без каких-либо признаков коагуляции.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацетата — чувствительность к воде: материалы набухают и на них могут появиться высолы. Это объясняется наличием в дисперсии поливинилового спирта и способностью самого полимера набухать в воде. Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (рН 4,0...6,0), при ее нанесении на метал­лические поверхности возможна коррозия металла.

Поливиниловый спирт (— СН2 — СН —) — термопластичный водо-

ОН

Растворимый полимер, получаемый омылением поливинилацетата. Свойства поливинилового спирта (ПВС) зависят от его молекуляр­ной массы и содержания остаточных ацетатных групп. Все марки ПВС хорошо растворяются в горячей воде (90—95°С); ПВС, содержащий более 5% ацетатных групп, растворяется в воде при температуре 60... 70° С. Используют ПВС в строительстве в качестве эмульгирующего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества при приготовле­нии полимерцементных растворов и бетонов, а также как самостоятель­ную полимерную добавку к растворам и мастикам (например, в шпат - левочных составах). ПВС устойчив к действию жиров, нефтепродуктов, разбавленных кислот и щелочей.