Строительные материалы и изделия

Полимеризационные полимеры

Формулы полимеризационных полимеров приведены на рис.

14.6.

Полиэтилен. Полиэтилен [ — СН2—СН2—]„ получают полиме­ризацией газа этилена (продукта пиролиза нефтяных фракций) тремя способами: при высоком (ВД), низком (НД) и среднем (СД) давлении. Свойства полиэтилена зависят от метода получе­ния (табл. 14.2).

Полиэтилены НД и СД близки по своим свойствам. Их более высокая кристалличность, а также плотность, прочность и темпе­ратура размягчения по сравнению с полиэтиленом ВД обусловле­ны меньшей разветвленностью полимерной цепи. Однако поли­этилены НД и СД более склонны к старению, в то время как полиэтилен ВД устойчив к растворам кислот, щелочей, солей, органическим растворителям и разрушается только под действи­ем концентрированной азотной кислоты.

В строительстве применяются полиэтиленовые трубы различ­ного назначения, гидро - и пароизоляционные пленки, листы тол­щиной до 5 мм и теплоизоляционный материал — пенополиэти­лен.

Полипропилен. Полипропилен [ —СН2—СН(СН3) —]„ представ­ляет собой продукт полимеризации газа пропилена при темпера­туре 65... 70 °С и давлении 1,0... 1,2 МПа в растворителе (уайт-спи­рите, бензине) в присутствии катализатора. Поскольку звенья мак­ромолекулы полипропилена асимметричны, он может быть изо - тактйческим и атактическим.

Полипропилен отличается значительной прочностью при рас­тяжении, твердостью и ударной вязкостью. Он является более жестким и более теплостойким материалом, чем полиэтилен, но плотность его ниже (900 кг/м3).

u> о ос
Н Н I I -с-с- I I н с HCf^CH

нсЧ^сн сн

Полистирол

Рис. 14.6. Полимеризационные полимеры:

а — пластомеры; б — эластомеры

Полипропилен, подобно полиэтилену, быстро стареет под дей­ствием солнечного света. Старение замедляют дифениламином или сажей.

Применяют полипропилен для изготовления водопроводных труб, прозрачной паронепроницаемой пленки, чрезвычайно проч­ного синтетического волокна, которое используют при производ­стве технических тканей и геосинтетических материалов. Исполь­зуют его и как модифицирующую добавку к битуму.

Полиизобутилен. Он представляет собой высокоэластичный ка­учук, получаемый полимеризацией газа изобутилена. Высокомо­лекулярный полиизобутилен водостоек и устойчив к действию кислот и щелочей, однако под воздействием солнечных лучей и кислорода воздуха быстро стареет. Введение сажи или графита значительно замедляет старение полиизобутилена.

Полиизобутилен применяется как связующее вещество в кле­ях, мастиках и герметиках.

Полистирол. Полистирол получают полимеризацией стирола — бесцветной жидкости с характерным запахом.

Полимер, получаемый полимеризацией по свободнорадикаль­ному механизму, имеет атактическое строение и является аморф­ным; полимер, получаемый ионной полимеризацией, в зависи­мости от типа катализатора может быть аморфным или кристал­лическим.

Полимеризацию проводят в блоке, эмульсии или суспензии.

Блочный полистирол имеет высокую степень чистоты, так как полимеризацию осуществляют без инициатора, что возможно бла­годаря способности стирола полимеризоваться при нагревании.

Эмульсионный полистирол получают в виде порошка. Исходные компоненты, воду и стирол, перемешивают в присутствии эмуль­гатора, предотвращающего слияние капелек стирола. Затем в ре­актор загружают инициатор (перекись водорода, персульфат ам­мония или калия) и повышают температуру до 96...98°С. В ре­зультате полимеризации микрокапли стирола превращаются в твер­дые частицы полимера, которые осаждают с помощью коагулято­ров (сернокислого алюминия и др.), промывают и отделяют от воды центрифугированием. Полученный порошок сушат в ваку­умных сушилках или в «кипящем слое».

Суспензионный полистирол получают полимеризацией стирола в суспензии, которая отличается от эмульсиии более крупными каплями стирола (0,5... 5,0 мм). Благодаря значительным размерам частицы полимера отделяются от воды без применения осадите - лей, что обусловливает более высокую чистоту продукта по срав­нению с эмульсионным.

Полистирол имеет плотность около 1 070 кг/м3. Блочный поли­стирол прозрачен и бесцветен, пропускает до 90 % видимого све­та. Полистирол нерастворим в спиртах и бензине, стоек к воздей­ствию кислот и щелочей, водостоек. В ароматических и хлориро­ванных углеводородах он растворяется, образуя вязкую массу, которую используют для склеивания полистирола. Полистирол хрупок. В результате старения его хрупкость возрастает. Получение ударопрочного полистирола достигается сополимеризацией его с другими мономерами, сплавлением с синтетическими каучуками и другими способами.

Полистирол применяют для изготовления декоративных сте­кол, цветных облицовочных плиток. Вспененный полистирол яв­ляется звуко - и теплоизоляционным материалом. Из ударопроч­ного полистирола изготавливают сантехническое оборудование, трубы, арматуру, мебельную и оконную фурнитуру, гидроизоля­ционные пленки. Полистирол применяется в лакокрасочной про­мышленности, а также при изготовлении изделий широкого по­требления (посуды, авторучек, футляров, коробок и т. д.).

Поливинилхлорид. Поливинилхлорид (ПВХ) [ — СН2^*СНС1 — ]„ получают радикальной полимеризацией газа хлористого винила. Полимеризацию проводят главным образом в суспензии или эмуль­сии с перекисными инициаторами или азосоединениями. Степень кристалличности ПВХ может достигать 10 %. Благодаря высокому содержанию хлора ПВХ не горит. При 130... 150 °С начинается его разложение с выделением хлористого водорода. ПВХ нерастворим во многих растворителях, но при нагревании растворяется в хло­рированных углеводородах, ацетоне, циклогексаноне и др. ПВХ устойчив к воздействию смазочных масел, кислот и щелочей. Под воздействием механических напряжений, света и теплоты проте­кает процесс разложения полимера, сопровождающийся отщеп­лением НС1, образованием двойных связей и присоединением кислорода по месту их разрыва. Для предотвращения разложения к ПВХ добавляют стабилизаторы (фосфид свинца, карбонаты свин­ца, свинцовый глет и др.). Винилхлорид легко сополимеризуется со многими непредельными соединениями. Это позволяет моди­фицировать свойства поливинилхлорида.

ПВХ легко пластифицируется дибутилфталатом и диоктилфта - латом, что позволяет наряду с жесткими материалами (винипла­стом) получать мягкие пластмассы (пластикат и пластизоль).

На основе ПВХ получают линолеумы (от лат. linium — полотно и oleum — масло), гидро - и газоизоляционные пленки, листовой винипласт, водопроводные и канализационные трубы, водосточ­ные желоба, пенопласты. Методом экструзии получают погонаж­ные изделия: плинтуса, карнизы, раскладки, поручни, прутки для сварки винипласта и т. д. На бумажной основе выпускаются обои, пеноплен, линкруст.

Перхлорвинил (хлорированный поливинилхлорид). Хлорирование осуществляется путем пропускания газообразного хлора через ра­створ поливинилхлорида, чаще всего в хлорбензоле и тетрахлор - этане. При этом в среднем каждая третья группа СН2 в цепи по­лимера превращается в СНС1. Хлорированный поливинилхлорид (Х-ПВХ) выпускается в виде порошка или гранул от белого до кремового цвета плотностью 1 470... 1 500 кг/м3. Х-ПВХ растворим во многих органических растворителях. Он обладает высокими ме­ханической прочностью, влагостойкостью, стойкостью по отно­шению к кислотам, щелочам, маслам, высокими адгезионными свойствами. Его температура размягчения составляет 85... 100°С. Перхлорвинил широко применяется для производства лаков, эма­лей и клеев. Из Х-ПВХ выпускаются водопроводные трубы, со­единяемые с помощью клея. Трубы из Х-ПВХ допускается приме­нять при температуре воды до 80 °С, а трубы из ПВХ — только до 60 °С.

Фторопласты. Фторсодержащие полимеры по химической стой­кости превосходят все природные и синтетические полимеры. Изделия из них можно эксплуатировать при температуре до 260 °С. Эти полимеры обладают антифрикционными и гидрофобными свойствами.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) [ —CF2—CF2—]„ по­лучают полимеризацией газа тетрафторэтилена в присутствии пе - рекисных катализаторов. Политетрафторэтилен совершенно не­растворим. Он имеет белый цвет. Его плотность составляет 2 250... 2 270 кг/м3, кристалличность — 80... 85 %, температура плав­ления — 327 °С.

Политетрафторэтилен применяют для изготовления пленок, труб, профильных изделий, подшипников скольжения, оболочек кабелей, синтетического волокна, деталей машин и приборов. Суспензии политетрафторэтилена применяют для гидрофобных антикоррозионных покрытий и пропитки материалов.

Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3) [ —CF2—CFC1—]„ по­лучают радикальной полимеризацией газа трифторхлорэтилена, чаще всего эмульсионным и суспензионным способами в водной среде. Политрифторхлорэтилен представляет собой кристалличе­ский полимер белого цвета плотностью 2 090... 2 160 кг/м3. По срав­нению с фторопластом-4 он более пластичен, но термическая стой­кость его на 80... 100 °С ниже. По химической стойкости он также уступает политетрафторэтилену, однако превосходит многие дру­гие полимеры.

Политрифторхлорэтилен применяют в машино - и приборост­роении, электро - и радиоэлектронике в виде различных изделий, листовых материалов, пленки, защитных покрытий и смазки.

Полиметилметакрилат. Полиметилметакрилат (оргстекло, или плексиглас) получают радикальной полимеризацией метилового эфира метакриловой кислоты в присутствии инициаторов. Поли­меризация проводится в блоке, в водной суспензии или эмульсии и органических растворителях. Полимер совершенно не кристал­лизуется, поскольку является атактическим.

Органическое стекло получают в формах из листового сили­катного стекла. В формы заливают 10 —30%-й раствор полиметил­метакрилата в мономере или жидкий мономер, смешанный с инициатором. Заполненные формы нагревают, повышая темпера­туру постепенно по определенному режиму от 45 до 120 °С в тече­ние 24...48 ч. По окончании полимеризации формы охлаждают, разнимают и извлекают полученные листы. При непрерывном спо­собе производства олигомер подается в пространство между дву­мя параллельно натянутыми транспортерными лентами из нержа­веющей стали. Боковые зазоры между лентами закрыты специаль­ными прокладками. В зоне полимеризации производится тепловая обработка изделия.

Оргстекло — материал, бесцветный и прозрачный. Он легко окрашивается в массе, сохраняя прозрачность. Оргстекло пропус­кает до 91 ...92 % лучей видимой области спектра, 75 % ультрафи­олетовых лучей и значительную часть инфракрасных лучей; обла­дает достаточной стойкостью к старению в естественных услови­ях; легко сваривается и склеивается, поддается механической об­работке и полировке.

Оргстекло применяется для светопрозрачных конструкций, светотехнических устройств, остекления самолетов, теплиц, оран­жерей, зимних садов, павильонов, изготовления оптических сте­кол и других целей. Окрашенное и матовое стекло применяется для декоративных целей.