Строительные материалы и изделия

ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПОЛИМЕРЫ

Молекулы термореактивных полимеров до их отверждения имеют линейное строение, такое же, как молекулы термопластичных поли­меров, но размер молекул реактопластов существенно меньше, чем у термопластов (как уже говорилось, такие продукты называют олиго­мерами).

В отличие от термопластов, у которых молекулы химически инер­тны и не способны соединяться друг с другом, молекулы термореак­тивных олигомеров химически активны. Они либо содержат двойные (ненасыщенные) связи, либо химически активные группы. Поэтому при определенных условиях (при 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 существенно 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, выпуск которых начался в начале XX в.

Фенолформальдегидные полимеры — наиболее распространенный полимер этого класса. Их получают поликонденса­цией фенола и формальдегида. Характерная особенность этих полиме­ров — коричневый цвет. В зависимости от соотношения сырьевых компонентов можно синтезировать новолачные и резольные олигомер­ные смолы.

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 фенолформальдегидные смолы хорошо растворя­ются в спиртах, ацетоне и других растворителях. Фенолформальдегид­ные 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 фенол - формальдегидную смолу резольного типа с поливинилбутиралем по­лучают водостойкие и прочные клеи типа БФ (БФ-2, БФ-3, БФ-6). Такие клеи могут склеивать материалы при обычной температуре, но при горячем отверждении имеют большую прочность.

Резорцинформальдегидные смолы аналогичны по свойствам фенолформальдегидным. Так как резорцин значительно активнее фенола, то отверждение резорцинформальдегидных смол может происходить без нагревания. Поэтому резорциновые смолы используют для получения замазок, мастик; и клеев холодного отвер - ждения. Твердость, тепло - и химическая стойкость резорцинформаль­дегидных полимеров выше, чем фенолформальдегидных.

Фенолоальдегидные полимеры в неотвержденном состоянии ток­сичны, поэтому при работе с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности.

Карбамидные полимеры — продукты пол иконденсации мочевины и ее производных с формальдегидом; к ним относятся мочевинофор - мальдегидные и меламиноформальдегидные полимеры. По своим свойствам карбамидные полимеры имеют много общего с фенолфор - мальдегидными. Особенностью карбамидных 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 мочевино- формальдегидных 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. Для получения более водостойких материалов мочевино­формальдегидные полимеры модифицируют высшими спиртами, по­лучая этерифицированные полимеры, растворимые в спиртах.

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

Меламиноформальдегидные полимеры более дорогие, так как для их синтеза применяют более дорогое сырье —

меламин. В отвержденном состоянии они имеют лучшие, чем мочеви - ноформальдегидные полимеры, свойства. Они характеризуются кдй твердостью и водостойкостью. Часто применяют смешанные мрчевино - и меламиноформальдегидные полимеры.

с Из меламиноформальдегидных полимеров получают клеи для скле­ивания древесины, бумаги. Пример материала, получаемого на таких клеях,—декоративный бумажно-слоистый пластик, имеющий глад­кую, твердую поверхность, с довольно высокой термостойкостью, и юаминированные покрытия для иолов (ламинат). ■

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

Ненасыщенные полиэфиры — олигомерные продукты в виде вязких жидкостей, способные переходить в твердое состояние при введении ртвердителей. В строительстве применяют полиэфирные смолы двух [типов: полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты.

I Полиэфирмалеинатные смолы представляют собой раствор линейного ненасыщенного, т. е. способного к сшивке, поли - рфира в стироле. Если в эту смолу ввести инициирующую пару: перекисный 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 ртом жидкая смола превращается в твердый прочный материал. Обычно принимают соотношение смолы, инициатора и ускорителя 100 : 3 : 8. При 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 врмируют стекловолокном. Такие материалы называют ками.

I В строительных отделочных работах полиэфирные смолы исполь - вуют для устройства наливных бесшовных полов, изготовления замазок її шпатлевок. Большое количество полиэфирных смол применяют для иакирования и полирования поверхности древесины.

I Эпоксидные полимеры — большая группа олигомерных продуктов ■от низковязких жидкостей до твердых смол), получивших свое назва­ние по эпоксидным группам, входящим в молекулу олигомеров. По Ьтим эпоксидным группам линейные молекулы олигомерных смол вяожно сшивать отвердителями, главным образом аминными соедине­ниями (например, полиэтиленполиамином 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 отвержденных эпоксидных смол высокая — 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...4чжелируется, 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.

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

Полиуретановые полимеры в главной цепи макромолекулы содер­жат уретановую группу (— HN — СО — О —). Промышленное произ­водство полиуретанов с каждым годом увеличивается благодаря боль­шому разнообразию полиуретановых полимеров, обладающих ценны­ми свойствами. Полиуретаны отличаются 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 пено - пластов, эластичных материалов (поролона) и жестких строительных

нов — 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 на этих смолах можно покрывать и влажные поверхности.

При работе с олигомерными полиуретановыми продуктами, в особенности полиуретановыми и фенольными, необходимо строго соблюдать технику безопасности, так как эти продукты раздража­юще действуют на кожу и слизистые оболочки, а также являются сильными аллергенами. Рабочие места должны иметь хорошую вентиляцию, а работающие — снабжены средствами индивидуаль­ной защиты (перчатками, очками, респираторами).

.АІ. ’

Каучук и каучукоподобные полимеры в отличие от обыкновенных полимеров при приложении растягивающей силы могут удлиняться в

2.. .10 раз, а при прекращении действия этой силы восстанавливать свои первоначальные размеры. Это свойство объясняется особенностью строения каучуков: во-первых, их молекулы не вытянуты в линию, а как бы свернуты в спираль; во-вторых, взаимодействие между молеку­лами существенно ниже, чем внутримолекулярные связи, и, в-третьих, молекулы соединены («сшиты») между собой в небольшом количестве мест.

Большинство каучуков из-за больших размеров молекул довольно плохо растворяются, но сильно набухают в органических растворите­лях. Улучшить растворимость каучуков можно с помощью термомеха - - нической деструкции их молекул, интенсивно перемешивая или пере­тирая материал на валках при повышенной температуре.

При сшивке молекул каучука (этот процесс называют вулканиза­цией) число связей между молекулами увеличивается. У образовавше­гося продукта — резины — по сравнению с каучуком несколько сни­жается эластичность и совершенно пропадает способность растворять­ся. При очень большом количестве сшивок образуется твердый проч­ный материал — эбонит.

Слово «каучук» произошло от индейских слов «кау» — дерево и «учу» — течь, плакать, и первым каучуком, с которым познакомились люди, был натуральный каучук, получаемый из сока южноамерикан­ского дерева — гевеи. Ценные свойства каучука и быстро расширяю­щиеся области его применения поставили задачу синтеза искусст­венного каучука. В начале нашего века благодаря усилиям химиков (большой вклад в это внесли русские химики — С. В. Лебедев и его школа) начался выпуск различных видов синтетических каучуков (СК). Современная химическая промышленность выпускает большое коли­чество синтетических каучуков с самыми разнообразными свойствами, в ряде случаев превосходящими по свойствам натуральный.

Каучуки выпускают в виде твердого эластичного продукта, вязкой жидкости (жидкие каучуки), водных дисперсий — каучуковых латек- сов. Латексы содержат 30...60 % каучука в виде мельчайших частиц средним диаметром 0,1...0,5 мкм, взвешенных в воде. Слиянию частиц препятствует находящаяся на их поверхности тончайшая оболочка из поверхностно-активных веществ — стабилизаторов. С точки зрения строителя латексы имеют преимущества перед другими формами СК: они относительно легко совмещаются с другими материалами (цемен­том, наполнителями), легко распределяются на поверхности тонкой пленкой, абсолютно не горючи и в них отсутствуют дорогостоящие и токсичные органические растворители.

В строительстве каучук и каучукоподобные полимеры используют главным образом для изготовления эластичных клеев и мастик, для модификации битумных и полимерных материалов, изготовления ма­териалов для полов и герметиков, а также для модификации бетонов (в последнем случае применяют латексы каучуков).

Чаще других в строительстве применяют бутадиен-стирольный, полихлоропреновый, тиоколовый и бутилкаучук; кроме того, исполь­зуют каучукоподобные полимеры — полиизобутилен и хлорсульфиро - ванный полиэтилен.

Бутадиен-стирольные каучуки получают обычно совместной поли­меризацией дивинила со стиролом (каучук СКС). Это основной вид синтетических каучуков, на его долю приходится более половины производимых синтетических каучуков. Выпускают большое число марок бутадиен-стирольных каучуков с различным соотношением стирола и бутадиена: от СКС-10 до СКС-65 (цифра показывает про­центное содержание по массе стирола в каучуке).

Больше всего выпускают каучука марки СКС-30. Он хорошо рас­творяется в бензине, бензоле и хлорированных углеводородах. Клеящая способность каучуков СКС невысокая. Для ее повышения в каучуки добавляют канифоль, кумароноинденовую смолу или природный кау­чук. Бутадиен-стирольные каучуки достаточно морозостойки и атмос­феростойки.

В строительстве широко применяют бутадиен-стирольные латексы. Чаще других применяют латекс СКС-65. Содержание каучука в латексе около 47 %. При смешивании с цементом и другими минеральными порошками латекс СКС-65 может коагулировать. Поэтому для строи­тельных целей промышленность выпускает стабилизированный латекс СКС-65Б. Обычный латекс можно стабилизировать, добавив около 10 % стабилизатора — поверхностно-активного вещества ОП-7 (ОП-Ю) или смеси ОП-7 (ОП-Ю) с казеинатом аммония (1 : 1).

клей «Бустилат»), латексно-цементные краски, составы для наливных полов. Латексом модифицируют строительные растворы.

Полихлоропреновый каучук (наирит) — синтетический каучук, по­лучаемый сополимеризацией хлоропрена с добавкой 5...30 % других мономеров. Выпускают твердые высокомолекулярные каучуки моле­кулярной массой 100 000...500 000, жидкие олигомерные каучуки, ис­пользуемые для пластификации и антикоррозионных покрытий, и латексы. Плотность твердого каучука 1230 кг/м3. Он хорошо растворя­ется в ароматических и хлорированных углеводородах, частично в кетонах и эфирах. Хлоропреновый каучук обладает хорошими клеящи­ми свойствами, поэтому его используют в клеящих мастиках (напри­мер, кумарононаиритовых КН). Вулканизированные полихлоропрено - вые каучуки обладают высокой масло-, бензо-, свето- и теплостойко-

СТЬЮ. ...... .. .

71 Бутилкаучук — продукт сополимеризации изобутилена с неболь­шим количеством (1...5 %) изопрена. Бутилкаучук — один из самых ценных видов каучуков. Он обладает высокой морозостойкостью,' эластичностью, стойкостью к действию кислорода и озона и исклю­чительно высокой газонепроницаемостью. Бутилкаучук растворяется в бензине, ароматических углеводородах и сложных эфирах. К поло­жительным качествам бутилкаучука относится и его хорошая клей - ’• кость. ■'(-

Вулканизированный бутилкаучук отличается высокой термостой - костью, температура деструкции 160...165° С. Он химически инертен (не растворяется, а лишь набухает в углеводородных растворителях; животные и растительные масла не оказывают на него никакого влияния). >

Бутилкаучук широко применяют в автомобильной промышленно­сти (автомобильные камеры), для получения прорезиненых тканей, гуммирования химической аппаратуры, в пищевой промышленности и для многих других целей. В строительстве бутилкаулчук используют для получения клеящих мастик и герметизирующих материалов, а также для модификации битумных и полимерных материалов.

Тиоколовые (полисульфидные) каучуки — синтетические каучуки, в молекулах которых в основной цепи содержатся атомы серы (40...80 по массе). Особенность тиоколовых каучуков — высокая стойкость к атмосферному старению и действию растворителей. Выпускают твер­дые и жидкие каучуки и латексы каучуков. В строительстве их приме­няют для изоляционных покрытий, стойких к солнечному свету и растворителям, для герметизации стыков крупнопанельных зданий и в качестве пластифицирующего компонента в химически стойких мастиках и компаундах.

Полиизобутилен — термопластичный каучукоподобный полимер, в зависимости от молекулярной массы представляющий собой вязкие клейкие жидкости (молекулярная масса ниже 50 ООО) или эластичный каучукоподобный материал (молекулярная масса 100 ООО...200 000). Полиизобутилен хорошо растворяется в алифатических ароматических и хлорированных углеводородах и хорошо смешивается с различными наполнителями. Это один из самых легких полимеров; его плотность

910.. .930 кг/м3. Полиизобутилен щелоче - и кислотостоек. По химиче­ской стойкости и диэлектрическим свойствам он уступает только полиэтилену и фторопласту. Эластичность полиизобутилен сохраняет до температуры — 50° С. Поэтому его применяют для модификации полимерных и битумных материалов с целью улучшения их свойств при низких температурах.

Низкомолекулярный полиизобутилен и растворы высокомолеку­лярного полиизобутилена обладают очень высокими адгезионными свойствами к большинству строительных материалов (дереву, бетону, штукатурке и т. п.). Из низкомолекулярного полиизобутилена изготов­ляют невысыхающие клеи и мастики для приклеивания полимерных отделочных материалов из поливинилхлорида, полиэтилена и других полимеров с плохой адгезией. На основе полиизобутилена получают такжЬ нетвердеющие мастики для герметизации стыков в сборном строительстве.

Из высокомолекулярного полиизобутилена формуют листы для защиты химической аппаратуры от коррозии, для гидроизоляционных и электроизоляционных целей, а также его используют как пластифи­катор в пластмассах.

Хлорсульфированный полиэтилен — каучукоподобный продукт, по­лучаемый при взаимодействии полиэтилена с хлором и сернистым ангидридом S02. Обработанный таким образом полиэтилен проявляет способность к вулканизации.

Отличительная черта хлорсульфированного полиэтилена — высокая атмосферостойкость и химическая стойкость; он хорошо противостоит действию кислот, щелочей и сильных окислителей, разрушающе дей­ствуют на него лишь уксусная кислота и ароматические и хлорирован­ные углеводороды.

Вулканизированный хлорсульфированный полиэтилен характери­зуется высокой термостойкостью. Изделия из него способны длительно работать при температуре от — 60 до + 180° С. Хлорсульфированный полиэтилен хорошо совмещается с каучуками, повышая их износо-, тепло - и маслостойкость. Применяют хлорсульфированный полиэти­лен и резины на его основе для получения износо - и коррозионно - стойких покрытий полов. На его основе получают атмосферо - и коррозионно-стойкие лаки и краски для защиты металла, бетона и других материалов от атмосферных и химических агрессивных воздей­ствий. Хлорсульфированный полиэтилен применяют также для полу­чения клеев и герметиков и для модификации других полимеров.