Термопластичными называют полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объясняются линейным строением их макромолекул. При нагревании взаимодейст­вие между молекулами ослабевает и они могут сдвигаться одна отно­сительно другой (как это происходит с частицами влажной глины), полимер размягчается, превращаясь при дальнейшем нагревании в вязкую жидкость. На этом свойстве базируются различные способы формования изделий из термопластов, а тагже соединение их сваркой. Однако на практике не все термопласты так просто можно перевеского разложения некоторых полимеров ниже температуры их теку­чести (поливинилхлорида, фторпластов и др.). В таком случае исполь­зуют различные технологические приемы, снижающие температуру текучести (например, вводя пластификаторы) или задерживающие термодеструкцию (введением стабилизаторов, переработкой в среде инертного газа).

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в правиль­но подобранных растворителях. Тип растворителя зависит от химиче­ской природы полимера. Растворы полимеров, даже очень небольшой концентрации (2...5 %), отличаются довольно высокой вязкостью, при­чиной этого являются большие размеры полимерных молекул по сравнению с молекулами обычных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь переходит в твердое состояние.

На этом основано использование растворов термопластов в качестве лаков, красок, клеев и вяжущего компонента в мастиках и полимер - растворах.

К недостаткам термопластов относятся низкие теплостойкость (обычно не выше 80...120° С), низкая поверхностная твердость, хруп­кость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склон­ность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

Наибольшее применение в строительстве имеют следующие термо­пластичные полимеры: полиэтилен, полипропилен, полистирол, по­ливинилхлорид, перхлорвинил, поливинилацетат и поливиниловый спирт, полиизобутилен, полиакрилаты.

Кроме полимеров, получаемых из одного мономера, синтезируют сополимеры - продукты, получаемые совместной полимеризацией (со - полимеризацией) двух и более мономеров. В таком случае образуются материалы с новым комплексом свойств. Так, винил ацетат полимери - зуют совместно с винилхлоридом для получения сополимера более прочного и водостойкого, чем поливинилацетат, но сохраняющего его высокие адгезионные свойства. Широкий спектр сополимеров выпу­скают на базе акриловых мономеров,

Полиэтилен - продукт полимеризации этилена. Это один из наи­более распространенных полимеров - роговидный, жирный на ощупь, слегка просвечивающийся материал, легко режется ножом; при под­жигании горит и одновременно плавится с характерным запахом горящего парафина. Плотность полиэтилена 920...960 кг/м3. В зависи - . мости от молекулярной массы и способа полимеризации полиэтилен плавится при 90...130° С. 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 50...60 % от предельной, у полиэтилена начинает проявляться /свойство текучести. Полиэтилен сохраняет эластичность до - 70° С. . Он легко перерабатывается в изделия и хорошо сваривается. Его ■недостатки - низкие теплостойкость и твердость, горючесть и быстрое ■старение под действием солнечного света. Защищают полиэтилен от ■старения, вводя в него наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и В стабилизаторы.

I Из полиэтилена делают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию; вспененный полиэтилен в виде листов и труб і используется для целей тепло - и звукоизоляции и в качестве гермети - : зирующих прокладок (см. § 16.4).

Полипропилен - полимер, по составу близкий к полиэтилену. Прй синтезе полипропилена образуется несколько различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический.

В основном применяется изотактический полипропилен. Он отлиу чается от полиэтилена большей твердостью, прочностью и теплостой­костью (температура размягчения около 170° С), но переход в хрупкое состояние происходит уже при минус 10...20° С. Плотность полипро­пилена 920...930 кг/м3; прочность при растяжении 25...30 МПа. При­меняют полипропилен практически для тех же целей, что и полиэтилен, но изделия из него более жесткие и формоустойчивые.

Атактический полипропилен(АПП) получается при синтезе поли­

пропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотакти - ческого полипропилена экстракцией (растворением в углеводородных растворителях). АПП - мягкий эластичный продукт плотностью

840.. .845 кг/м3 с температурой размягчения 30...80° С. Применяют АПП как модификатор битумных композиций в кровельных материалах (см. § 18.2).

Полиизобутилен - каучукоподобный термопластичный полимер, подробно описанный в § 9.5.

Полистирол (поливинилбензол) - прозрачный жесткий полимер плотностью 1050... 1080 кг/м3; при комнатной температуре жесткий и хрупкий, а при нагревании до 800... 1000° С размягчающийся. Проч­ность при растяжении (при 20° С) 35...50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах (влияние бензольного кольца, входящего в состав молекул полистирола), сложных эфирных и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок. Для снижения хрупкости полистирол синтезируют с другими мономерами или совмещают с каучуками (ударопрочный полистирол).

В строительстве полистирол применяют для изготовления тепло­изоляционного материала - пенополистирола (плотностью 10...50 кг/м3), облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях - хороший клей.

Поливинилацетат - прозрачный бесцветный жесткий при комнат­ной температуре полимер плотностью 1190 кг/м3. Поливинилацетат растворим в кетонах (ацетоне), сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических и герпеновых углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не стоек к действию кислот и щелочей; при нагреве выше 130...150° С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Положительное свойство поливинилацетата - высокая адгезия к каменным материалам, стеклу, древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливинила - цетатной дисперсии (ПВАД) - сметанообразной массы белого или светло - кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поливинил - ацетатную дисперсию получают полимеризацией жидкого винилаце -

тата, находящегося в виде мельчайших частиц (менее 5 мкм) в воде. Для стабилизации эмульсии винил ацетата используют поливиниловый спирт. При полимеризации капельки винилацетата превращаются в твердые частицы поливиналацетата, таким образом получается поли - винилацетатная дисперсия, стабилизатором которой служит тот же поливиниловый спирт. Содержание полимера в дисперсии около 50 %.

Поливинидацетатная дисперсия выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в пластифицированном и непластифици - рованном виде. Пластификатором служит дибутилфталат, содержание которого указывается в марке индексом. В грубодисперсной ПВАД, обычно применяемой в строительстве, содержание пластификатора следующее (% от массы полимера): 5...10 (индекс 4), 10...15 (индекс 7) и 30...35 (индекс 20),

По внешнему виду пластифицированная и непластифицированная дисперсии почти не отличаются одна от другой. Поэтому, чтобы определить вид дисперсии, небольшое ее количество наносят" на чистое стекло и выдерживают при комнатной температуре до высыхания. У пластифицированной дисперсии образуется прозрачная эластичная пленка, у непластифицированной - пленка ломкая, снимается со стек­ла с трудом, крошится.

Необходимо помнить, что пластифицированная дисперсия немо­розостойка и при замораживании необратимо разрушается с осажде­нием полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор поставляют в отдельной упаковке. Для пластификации пластификатор перемешива­ют ш дисперсией и выдерживают 3...4 ч для его проникновения в частицы полимера. Непластифицированная дисперсия выдерживает не. менее четырех циклов замораживания - оттаивания при температуре до - 40° С. Срок хранения ПВАД при температуре 5...20° С - 6 мес.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. На его основе делают клеи, водно-дисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов (полимерцементные растворы и бетоны - см. § 12.8). Дисперсией, разбавленной до 5...10 %-ной кон­центрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимерце - ментных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацетата - чувствительность к воде: материалы набухают, и на них могут появиться высолы. Это объясняется наличием в дисперсиях заметного количества водорастворимого стабилизатора и способностью самого полимера набухать в воде. Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (pH 4,5...6), при нанесении на металлические изделия возможна кор­розия металла.

Поливинилхлорид - самый распространенный в строительстве по­лимер - представляет собой твердый материл без запаха и вкуса,

бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодест­рукции может приобрести светло-коричневый цвет). Плотность поливинилхлорида 1400 кг/м3; предел прочности при растяжении

40.. .60 МПа. Температура текучести поливинилхлорида 180...200° С, но уже при нагревании выше 160° С он начинает разлагаться с выделением НС]. Это обстоятельство затрудняет переработку поливинилхлорида в изделия.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самыми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки. Поливинилхлорид хорошо сва­ривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, например перхлорвиниловым, Положительное качество поливинилхлорида - высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть. .

В строительстве поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы и т. п.) и отделочных деко­ративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил ■- продукт хлорирования поливинлхлорида, содер­жащий 60...70 % (по массе) хлора, вместо.56 % в поливинилхлориде. Плотность перхлорвинила около 1500 кг/м3. Он характеризуется очень высокой химической стойкостью (к кислотам, щелочам, окислителям); трудносгораем. В отличие от поливинилхлорида перхлорвинил легко растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, этилацетате, толуоле, ксилоле и других растворителях. Положительное качество перхлорвинила - высокая адгезия к металлу, бетону, древесине, коже и поливинилхлориду. Сочетание высокой адгезии и хорошей раство­римости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски благодаря высокой стойкости этого полимера используются для отделки фасадов зданий (см. § 18.2 и 18.5).

После работы с составами, содержащими перхлорвиниловый по­лимер, необходимо тщательно вымыть руки горячей водой с мылом и смазать их жирным кремом (вазелином, ланолином и т. п.). При сильном загрязнении рук их предварительно вытирают ветошыо, смо­ченной в уайт-спирите (применять для этой цели бензол, толуол, этилированный бензин запрещается).

Кушроноипдеповые полимеры - полимеры, получаемые полиме­ризацией смеси кумарона и индена, содержащихся в каменноугольной" смоле и продуктах пиролиза нефти. Кумароноинденовый полимер имеет небольшую молекулярную массу (менее 3000) и в зависимости от ее значения может быть каучукоподобным или твердым хрупким материалом. Снизить хрупкость кумароноинденовых полимеров можно совмещая их с каучуками, фенолформальдегидными смолами и други-

ми полимерами. Эти полимеры хорошо растворяются в бензоле, ски­пидаре, ацетоне, растительных и минеральных маслах. Кумароноинде - новые полимеры в расплавленном или растворенном виде хорошо смачивают другие материалы, а после затвердевания сохраняют адгезию к материалу, на который были нанесены. Из них изготовляют плитки для полов, лакокрасочные материалы и приклеивающие мастики.

Термопластичный полимер представляет собой материал, способный неоднократно при нагревании становиться более мягким, а при охлаждении возвращать свою твердость. Свойства этих веществ можно объяснить за счёт линейной структуры их макромолекул. Когда во время нагрева им передаётся энергия, связи между молекулами ослабляются, что обеспечивает более свободное движение относительно друг друга, сам же полимер становится аморфным или при повышении температуры переходит в жидкое агрегатное состояние. Именно это свойство используют при создании различного рода изделий из термопластичных полимеров, или при сращивании двух деталей при помощи сварки.

Особенности перевода полимеров в вязкое состояние

Необходимо отметить, что при практическом применении далеко не все переводятся жидкое агрегатное состояние так легко. Это связано с тем, что у некоторых веществ температура термического разложения меньше, чем температура, при которой они приобретают жидкое агрегатное состояние. Решают такую проблему путем использования разного рода технологических приемов, которые позволяют снизить порог температуры вязкости (с помощью добавления пластификаторов), или наоборот, повышая температуру термодеструкции (с помощью добавления специальных стабилизаторов или обрабатывая сырье в среде инертных газов).

За счёт линейного типа строения молекулы термопласт отличается свойством раздуваться, также это позволяет им легко растворяться в подходящем ему растворителе (который необходимо подбирать в зависимости от химсостава полимера). При этом любой раствор с содержанием уже 2 процентов таких веществ характеризуется повышенной вязкостью. Причиной такого свойства становятся крупные молекулы полимеров, если сравнивать с обычными веществами.

Если растворитель испаряется, полимер возвращается в своё изначальное состояние и становится твёрдым. Именно таким образом и используются различные клеи, вяжущие компоненты мастик, многие виды красок, созданных с использованием термопластичных полимеров.

Основными минусами этой группы полимеров можно назвать:

• низкую теплостойкость (в пределах 85-125 градусов Цельсия);
• повышенную хрупкость при понижении температуры;
• повышенную текучесть при высокой температуре;
• стареет при попадании ультрафиолета;
• окисляется под воздействием атмосферного кислорода;
• имеет пониженную поверхностную твердость.

Самой большой популярностью при строительных производствах и в быту пользуются такие термопласты:

• полиэтилен;
• полипропилен;
• полистирол.

Существует и множество других термопластичных полимеров, но в большинстве своем они являются производными от этих трех, и используются гораздо реже.

Полиэтилен

Полиэтилен – это вещество, которое создают за счёт химической реакции полимеризации этилена, большей частью обрабатывая при высоких температурах нефтяные газы или путем гидролиза нефтепродуктов. Одним из обязательных условий таких реакций является высокое давление, определенная температура, присутствие катализаторов и наличие кислорода. В промышленных масштабах процесс происходит в трубчатых реакторах, которые являются сложнейшим оборудованием.

Полиэтилен, производимый при высоком давлении – стойкий к химическим реакциям продукт, обладающий плотностью в районе 0,950г на см3. От других полимерных соединений он отличается высокой эластичностью (это свойство обеспечивают 45 процентов аморфной фазы). Выпускают полиэтилен в виде гранул, которые на специализированных предприятиях по производству продуктов из полимеров разогревают и деформируют таким образом, чтобы они приобрели необходимые формы.

Полиэтилен, создаваемый при низком давлении и температурах, не превышающих 80 градусов по Цельсию, называют . Его получают с использованием растворителя (чаще всего бензин) и определенных катализаторов. Свойства этого полимера отличаются от полиэтилена высокого давления, он является более хрупким и более подверженным старению.

В большей степени физико-механические свойства полиэтилена зависят от степени его полимеризации, иными словами, от веса одной молекулы, поэтому характеристики могут различаться. Так, прочность материала при растяжении в зависимости от степени полимеризации может варьироваться в пределах 18-46 МПа, его плотность в пределах 920-960 кг/м3, а разброс температуры плавления находится в пределах 110-125 градусов Цельсия.

Если долгое время на полиэтилен будет воздействовать половина от максимальной нагрузки, которую он способен выдерживать, полимер постепенно становиться более текучим. Нижний порог сохранения эластичности – 70 градусов Цельсия ниже нуля. Сам материал не только достаточно легко сваривать за счёт низких температур плавления, но и просто перерабатывать в другие изделия. Одними из основных недостатков можно назвать низкую теплостойкость и твёрдость полиэтилена, а также повышенную горючесть и высокую скорость старения под ультрафиолетом.

С частью отрицательных характеристик полиэтилена научились бороться. Для повышения стойкости полимера к окислительному процессу и последующему воздействию атмосферы используются разнообразные стабилизаторы. К примеру, если ввести в полиэтилен 2 процента сажи, общий срок его службы на открытом воздухе возрастёт в 30 раз.

Из полиэтилена производится множество различных изделий, начиная от пленок и труб, заканчивая электроизоляцией. Вспененный полиэтилен, выпускаемый в листовой форме, хорошо проявил себя в качестве звукоизоляционного и теплоизоляционного материала.

Полипропилен

Другим известным термопластом является , который создаётся путём полимеризации соответствующего газа при помощи растворителей. Во время синтеза полипропилен способен образовывать сразу несколько отличающихся по структурным формулам полимеров: изотактические, атактические, а также синдиотактические. Тактичностью называют способ установки боковых групп относительно основных в молекулярных цепях полимерного материала. Чаще всего можно встретить именно изотактические полипропиленовые соединения, в которых каждая метальная группа располагается с одной стороны в макромолекуле.

Одним из главных отличий от полиэтилена является повышенная твёрдость и прочность, а также более высокая температура размягчения, достигающая 170 градусов Цельсия. Однако этот материал менее стоек к отрицательным температурам, и становится хрупким уже при 20 градусах по Цельсию ниже нуля. Плотность его практически одинакова с полиэтиленом – 930 кг/м3, а прочность при растяжении доходит до 30 МПа. Полипропилен применяется там же, где полиэтилен, но изделия из этого полимера отличаются устойчивой формой и высокой жесткостью.

Атактическим полипропиленом называют подвид этого материала, в котором каждая метальная группа расположена случайным образом с двух сторон цепи общей молекулы. Во время синтеза пропилена является неизбежной примесью, однако его легко отделить при помощи экстракции. АПП представляет собой более мягкий и менее плотный продукт, температура плавления которого находится в пределах 30-80 градусов, что позволяет расплавить его буквально в человеческой руке. Применение ему нашли в качестве модификатора битумной композиции при создании кровельного материала.

Синдиотактический полипропилен получают с использование специальных металлоценовых катализаторов. Он представляет собой полимер, в котором метальные группы, так же как и в АПП, располагаются по обеим сторонам основной цепи, однако делают это более упорядоченно. Большинство физических свойств данного полимера схожи с резиной, потому его часто применяют в качестве эластомера.

Полистирол

Представляет собой термопластичный полимер с прозрачной поверхностью и достаточно большой жёсткостью, его плотность достигает 1080 кг/м3. При нормальных температурах этот материал достаточно твердый и одновременно хрупкий, размягчаться начинает при температуре выше 80 градусов по Цельсию. Растворим полистирол при помощи ароматических углеводородов или с использование сложных эфиров. Также этот материал помимо повышенной хрупкости обладает и повышенной горючестью. Защищён от агрессивного воздействия щелочей и серных кислот, что позволяет использовать его во многих промышленных отраслях, является светостойким и светопроницаемым.

Получают полистирол из стирола (прозрачная легко воспламеняемая жидковатая смесь, что вырабатывается в процессе гидролиза нефтепродуктов, которая довольно просто полимеризируется при помощи действия солнечного света и нагревания). Выпускаются он подобно другим полимерам в форме гранул или белого порошка, которые на производстве перерабатывают в необходимые изделия.

Полистирол активно применяется в строительстве, его вспененную форму используют в качестве теплоизоляционного материала – пенополистирола, плотность которого варьируется в пределах 10-50 кг/м3, что позволяет осуществлять транспортировку и установку панелей без особых физических усилий. Также из этого полистирола делают облицовочную плитку и различную мелкую фурнитуру. Используя его вместе с органическими растворителями можно получить качественный клей.

Термопластичными называют полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объясняются линейным строением их макромолекул. При нагревании взаимодействие между молекулами ослабевает и они могут сдвигаться одна относительно другой (как это происходит с частицами влажной глины), полимер размягчается, превращаясь при дальнейшем нагревании в вязкую жидкость.

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в правильно подобранных растворителях. Тип растворителя зависит от химической природы полимера. Растворы полимеров, даже очень небольшой концентрации (2…5%), отличаются довольно высокой вязкостью, причиной этого являются большие размеры полимерных молекул по сравнению с молекулами обычных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь переходит в твердое состояние. На этом основано использование растворов термопластов в качестве лаков, красок, клеев и вяжущего компонента в мастиках и полимеррастворах.

К недостаткам термопластов относятся низкая теплостойкость (обычно не выше 80… 120 °С), низкая поверхностная твердость, хрупкость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склонность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

В строительстве используется около 20…25 % производимых полимеров. Главнейшие термопластичные полимеры, применяемые в строительстве - поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен и полипропилен, а также поливинилацетат, полиакрилаты, полиизобутилен и др.

Полиэтилен - продукт полимеризации этилена - самый распространенный в наше время полимер. Полиэтилен роговидный, жирный на ощупь, просвечивающийся материал, легко режется ножом; при поджигании горит и одновременно плавится с характерным запахом горящего парафина. 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. Под влиянием солнечного излучения (УФ его составляющей) полиэтилен стареет, теряя эксплуатационные свойства.

При нагреве до 50…60 °С полиэтилен снижает свои прочностные показатели, но при этом сохраняет эластичность до минус 60…70 °С. Полиэтилен хорошо сваривается и легко перерабатывается в изделия. Из него изготавливают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию. Вспененный полиэтилен в виде листов и труб используется для целей теплоизоляции и герметизирующих прокладок.

Недостатки полиэтилена - низкая теплостойкость и твердость, горючесть, быстрое старение под действием солнечного света. Защищают полиэтилен от старения, вводя в него наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и/или специальные стабилизаторы.

Полипропилен - полимер, по составу близкий к полиэтилену. При синтезе полипропилена образуется несколько различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический.

В основном применяется изотактический полипропилен. Он отличается от полиэтилена большей твердостью, прочностью и теплостойкостью (температура размягчения около 170 °С), но переход в хрупкое состояние происходит уже при минус 10…20 ºС.

Максимальная температура эксплуатации для изделий из полипропилена 120…140 °С, но изделия, находящиеся в нагруженном состоянии, например трубы горячего водоснабжения, не рекомендуется использовать при температуре выше 75 °С.

Применяют полипропилен практически для тех же целей, что и полиэтилен, но изделия из него более жесткие и формоустойчивые.

Атактический полипропилен (АПП) получается при синтезе полипропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотактического полипропилена экстракцией (растворением в углеводородных растворителях).

Полиизобутилен - каучукоподобный термопластичный полимер.

Полистирол (поливинилбензол) - прозрачный полимер плотностью 1050…1080 кг/м; при комнатной температуре жесткий и хрупкий, а при нагревании до 80… 100 °С размягчающийся. Прочность при растяжении (при 20 °С) 35…50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах (влияние бензольного кольца, входящего в состав молекул полистирола), сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок.

В строительстве полистирол применяют для изготовления теплоизоляционного материала - пенополистирола (плотностью 15…50 кг/м), облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях - хороший клей.

Поливинилацетат - прозрачный бесцветный жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м. Поливинилацетат растворим в кетонах (ацетоне), сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических и терпеновых углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не стоек к действию кислот и щелочей; при нагреве выше 130… 150 °С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Положительное свойство поливинилацетата - высокая адгезия к каменным материалам, стеклу, древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) - сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поливинилацетатную дисперсию получают полимеризацией жидкого винилацетата, эмульсированного в виде мельчайших частиц (до 5 мкм) в воде.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. На его основе делают клеи, вододисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов. Дисперсией, разбавленной до 5…10 -ной концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимерцементных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацетата - чувствительность к воде: материалы набухают, и на них могут появиться высолы.

Поливинилхлорид - самый распространенный в строительстве полимер - представляет собой твердый материал без запаха и вкуса, бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодеструкции может приобрести светло-коричневый цвет).Температура текучести поливинилхлорида 180…200 °С, но уже при нагревании выше 160 °С.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самыми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки.

Поливинилхлорид хорошо сваривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, например перхлорвиниловым. Положительное качество поливинилхлорида - высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть.

В строительстве поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы сайдинг и т. п.) и отделочных декоративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил - продукт хлорирования поливинилхлорида, содержащий 60…70 (по массе) хлора, вместо 56 % в поливинилхлориде. Плотность перхлорвинила около 1500 кг/м. Он характеризуется очень высокой химической стойкостью (к кислотам, щелочам, окислителям); трудносгораем. В отличие от поливинилхлорида перхлорвинил легко растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, этилацетате, толуоле, ксилоле и других растворителях.

Положительное качество перхлорвинила - высокая адгезия к металлу, бетону, древесине, коже и поливинилхлориду. Сочетание высокой адгезии и хорошей растворимости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски благодаря высокой стойкости этого полимера используют для отделки фасадов зданий.

Поликарбонаты - сравнительно новая для строительства группа полимеров - сложных эфиров угольной кислоты. Они отличаются высокими физико-механическими показателями, мало изменяющимися в интервале температур от - 100 до + 150 ºС. Плотность поликарбонатов 1200 кг/м 3 ; прочность при растяжении 65 ± 10 МПа при относительном удлинении 50…100 %; у них высокая ударопрочность и твердость (НВ 15…16 МПа).

Перерабатывают поликарбонат в изделия экструзией, литьем под давлением горячим прессованием и др. Он легко обрабатывается механическими методами, сваривается горячим воздухом и склеивается с помощью растворителей. Поликарбонаты оптически прозрачны, устойчивы к атмосферным воздействиям, в том числе и к УФ-облучению. Их широко применяют для электротехнических изделий (розеток, вилок, телефонных аппаратов и т.п.). В строительстве листовой поликарбонат и пустотелые (сотовые) панели используют для светопрозрачных ограждений.

Кумароноинденовые полимеры - полимеры, получаемые полимеризацией смеси кумарона и индена, содержащихся в каменноугольной смоле и продуктах пиролиза нефти.

Кумароноинденовый полимер имеет небольшую молекулярную массу (менее 3000) и в зависимости от ее значения может быть каучукоподобным или твердым хрупким материалом. Снизить хрупкость кумароноинденовых полимеров можно совмещая их с каучуками, фенолформальдегидными смолами и другими полимерами. Эти полимеры хорошо растворяются в бензоле, скипидаре, ацетоне, растительных и минеральных маслах.

Кумароноинденовые полимеры в расплавленном или растворенном виде хорошо смачивают другие материалы, а после затвердевания сохраняют адгезию к материалу, на который были нанесены. Из них изготовляют плитки для полов, лакокрасочные материалы и приклеивающие мастики.

Задание 450
Какие полимеры называются термопластичными, термореактивными? Укажите три состояния полимеров. Чем характеризуется переход из одного состояния в другое?
Решение:
Полимеры делятся на две группы по своему отношению к нагреванию

Термопластичность, термореактивность, три состояния полимеров

Задание 450
Какие полимеры называются термопластичными, термореактивными? Укажите три состояния полимеров. Чем характеризуется переход из одного состояния в другое?
Решение:
Полимеры делятся на две группы по своему отношению к нагреванию - термопластичные и термореактивные .
Полимеры, которые при повышении температуры размягчаются, а при охлаждении снова становятся твердыми, называются термопластичными . Термопластичные полимеры (термопласты ) состоят из макромолекул, соединенных между собой только физическими связями. Энергия разрыва физических связей невелика и составляет от 12 до 30 кДж/моль. При нагревании физические связи исчезают, при охлаждении - восстанавливаются. Энергия разрыва химических связей, соединяющих мономерные звенья в цепную макромолекулу, многократно превышает указанные значения и составляет 200-460 кДж/моль. Поэтому при нагревании термопластов до температуры плавления физические связи исчезают, а химические - ковалентные - сохраняются, и, следовательно, сохраняется неизменным химическое строение полимера. При охлаждении и затвердевании такого расплава физические связи и основные физические свойства термопластичного полимерного вещества восстанавливаются. Таким образом, термопласты, во-первых, допускают формование изделий из расплава с его последующим охлаждением и затвердеванием и, во-вторых, могут перерабатываться многократно. Это, в свою очередь, позволяет возвращать в производственный цикл отходы производства, брак, изделия, утратившие потребительскую ценность. К этому типу полимеров относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол и др.

Термореактивные полимеры (реактопласты ) - полимеры с пространственной структурой, которые при нагревании разлагаются, не переходя в вязкотекучее состояние. Они состоят из макромолекул, соединенных поперечными ковалентными, то есть химическими связями. Образовавшаяся сетчатая химическая структура необратима. Нелимитированное нагревание сетчатых полимеров приводит не к расплавлению, а к разрушению пространственной сетки, сопровождающемуся термодеструкцией . С точки зрения практики это означает, что реактопласты допускают лишь однократную переработку в изделия, которые формуются в результате химической реакции отверждения. К термореактивным полимерам относятся: фенолоальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные и полиуретановые смолы.

Полимеры могут существовать в двух фазовых состояниях - аморфном и кристаллическом . В свою очередь, аморфные полимеры могут существовать в трех физических состояниях - стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем . С каждым из этих состояний связан определенный комплекс механических свойств. Из одного физического состояния в другое полимер переходит при изменении температуры. С каждым из физических состояний связан определенный комплекс свойств, и каждому состоянию отвечает своя область технического и технологического применения. Переход из одного состояния в другое происходит в некотором интервале температур. Средние температуры, при которых наблюдается изменение физического состояния, называются температурами перехода. Температура перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое (и обратно) называется температурой стеклования (Тс), а температура перехода из высоколастического состояния в вязкотекучее (и обратно) называется температурой текучести (Тт). При охлаждении полимера ниже Тс происходит фиксирование неравновесной (псевдоравновесной , или метастабильной) упаковки макромолекул – застекловывание полимера. При понижении температуры ниже Тс уменьшается амплитуда колебаний и количество флуктуаций, приводящих к перескоку макромолекулы из одного положения в другое. Это, в свою очередь, приводит к увеличению плотности упаковки молекул и, следовательно, плотности всего образца. При этом подвижность всех сегментов макромолекул становится ограниченной, и полимер переходит в стеклообразное состояние.

Если нагревать застеклованный полимер , то сразу после того, как будет превышена температура стеклования, образец начнет размягчаться и переходить в высокоэластическое состояние. При дальнейшем повышении температуры полимер переходит в вязкотекучее состояние. В этом состоянии он способен необратимо течь под воздействием иногда сравнительно небольших внешних усилий. Высокая вязкость материала может привести к значительному выпрямлению цепей и их ориентации в направлении приложения силы, что используется для получения ориентированных высокопрочных волокон и пленок. При низких температурах все полимеры деформируются так же, как и низкомолекулярные твердые упругие тела. Так, полиизобутилен , находящийся при комнатной температуре в высокоэластическом состоянии, нагреванием может быть переведен в вязкотекучее состояние , а охлаждением – в стеклообразное . Осуществляемые в результате изменения.

К атегория: Выбор стройматериалов

Термопластичные полимеры

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 сваркой. Практически же не все термопласты простым нагреванием можно перевести в вязко-текучее 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 стабилизатора, переработкой в атмосфере инертного газа).

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

К недостаткам термопластов относятся низкие теплостойкость (обычно не выше 80…120 °С) и поверхностная твердость, появление хрупкости при пониженных температурах и текучести при высоких, склонность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

Наибольшее применение в строительстве имеют следующие термопластичные полимеры: полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, перхлорвинил, поливинилацетат и поливиниловый спирт, полиизобутилен, инден-кумароновые полимеры.

Полиэтилен - продукт полимеризации этилена. Это один из наиболее распространенных полимеров - роговидный, жирный на ощупь, слегка просвечивающийся материал, легко режется ножом; при поджигании горит и одновременно плавится с характерным запахом горящего парафина. Плотность полиэтилена 920…960 кг/м3. В зависимости от молекулярной массы и способа полимеризации полиэтилен плавится при 90…130°С. 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 50…60% от предельной, у полиэтилена начинает проявляться свойство текучести. Полиэтилен сохраняет эластичность до -70°С. Он легко перерабатывается в изделия и хорошо сваривается. Его недостатки - низкие теплостойкость и твердость, горючесть и быстрое старение под действием солнечного света. Защищают полиэтилен от старения, вводя в него наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и стабилизаторы. Из полиэтилена делают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию.

Полипропилен - полимер по составу и свойствам близкий к полиэтилену. Отличается от последнего большой твердостью, прочностью и теплостойкостью (температура плавления около 170°). Применяют его для изготовления облицовочных плиток, листов, труб и пленок.

Полиизобутилен - каучукоподобный термопластичный углеводородный полимер.

Полистирол - прозрачный жесткий полимер плотностью 1050…1080 кг/м3; при комнатной температуре хрупкий, а при нагревании до 80…100°С размягчающийся. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах (влияние бензольного кольца, входящего в состав молекул полистирола), сложных эфирных и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок. Для снижения хрупкости полистирол синтезируют с другими мономерами или совмещают с каучуками (ударопрочный полистирол).

В строительстве полистирол применяют для изготовления теплоизоляционного материала - пенополистирола (плотностью 40…60 кг/м3), облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях - хороший клей.

Поливинилацетат - прозрачный бесцветный жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м3. Поливинилацетат растворим в кетонах (ацетоне), сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических и терпеновых углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не стоек к действию кислот и щелочей; при нагреве выше 130…150°С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Положительное свойство поливинилацетата - высокая адгезия к камню, стеклу, древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) - сметанообраз- ной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поливинилацетатную дисперсию получают полимеризацией жидкого винилацетата, находящегося в виде мельчайших частиц (менее 5 мкм) в воде. Для стабилизации эмульсии винилацетата используют поливиниловый спирт. При полимеризации капельки винилацетата превращаются в твердые частицы поливинилацетата, таким образом получается поливинилацетатная дисперсия, стабилизатором которой служит тот же поливиниловый спирт. Содержание полимера в дисперсии около 50%.

Поливинилацетатная дисперсия выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в пластифицированном и непластифицированном виде. Пластификатором служит дибутилфталат (индекс Д), содержание которого указывается в марке индексом. В грубодисперсной ПВАД, обычно применяемой в строительстве, содержание пластификатора следующее (% от массы полимера): 5…10 (индекс 4), 10…15 (индекс 7) и 30…35 (индекс 20).

По внешнему виду пластифицированная и непластифицированная дисперсии почти не отличаются одна от другой. Поэтому, чтобы определить вид дисперсии, небольшое ее количество наносят на чистое стекло и выдерживают при комнатной температуре до высыхания. У пластифицированной дисперсии образуется прозрачная эластичная пленка, у непластифицированной - пленка ломкая, снимается со стекла с трудом, крошится.

Необходимо помнить, что пластифицированная дисперсия неморозостойка и при замораживании необратимо разрушается с осаждением полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор поставляют в отдельной упаковке. Для пластификации пластификатор перемешивают с дисперсией и выдерживают 3…4 ч для его проникновения в частицы полимера. Непластифицированная дисперсия выдерживает не менее четырех циклов замораживания - оттаивания при температуре до -40°С. Срок хранения ПВАД при температуре 5…20 °С - 6 мес.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. На его основе делают клеи, водно-дисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов. Дисперсией, разбавленной до 5…10%-ной концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимерцементных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинил-ацетата - чувствительность к воде: материалы набухают, и на них могут появиться высолы. Это объясняется наличием в дисперсиях заметного количества водорастворимого стабилизатора и способностью самого полимера набухать в воде. Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (рН 4,5…6), при нанесении на металлические изделия возможна коррозия металла.

Кумароноинденовые полимеры - полимеры, получаемые полимеризацией смеси кумарона и индена, содержащихся в каменноугольной смоле и продуктах пиролиза нефти. Кумароноинденовый полимер имеет небольшую молекулярную массу (менее 3000) и в зависимости от ее значения может быть каучукоподобным или твердым хрупким материалом. Снизить хрупкость кумароноинденовых полимеров можно совмещая их с каучуками, фенолформальдегид- ными смолами и другими полимерами. Эти полимеры хорошо растворяются в бензоле, скипидаре, ацетоне, растительных и минеральных маслах. Кумароноинденовые полимеры в расплавленном или растворенном виде хорошо смачивают другие материалы, а после затвердевания сохраняют адгезию к материалу, на который были нанесены. Для строительства из них изготовляют (в смеси с асбестом) плитки для полов, лакокрасочные материалы и приклеивающие мастики.

Поливинилхлорид - самый распространенный в строительстве полимер - представляет собой твердый материал без запаха и вкуса, бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодеструкции может приобрести светло-коричневый цвет). Плотность поливинилхлорида 1400 кг/м3; предел прочности при растяжении 40…60 МПа. Температура текучести поливинлхлорида 180…200°С, но уже при нагревании выше 160°С структура его начинает разрушаться с выделением НС1. Это обстоятельство затрудняет переработку поливинилхлорида в изделия.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самыми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки. Поливинилхлорид хорошо сваривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, например перхлор- виниловым. Положительное качество поливинилхлорида - высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть.

В строительстве поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы и т. п.) и отделочных декоративных пленок.

Перхлорвинил - продукт хлорирования поливинилхлорида, содержащий 60….70% (по массе) хлора, вместо 56% в поливинилхлориде. Плотность перхлорвинила около 1500 кг/м3. Он характеризуется очень высокой химической стойкостью (к кислотам, щелочам, окислителям); трудносгораем. В отличие от поливинилхлорида перхлорвинил легко растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, этилацетате, толуоле, ксилоле и других растворителях. Положительное качество перхлорвинила - высокая адгезия к металлу, бетону, древесине, коже и поливинил- хлориду. Сочетание высокой адгезии и хорошей растворимости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски благодаря высокой стойкости этого полимера используются для отделки фасадов зданий.

После работы с составами, содержащими перхлорвиниловый полимер, необходимо тщательно вымыть руки горячей водой с мылом и смазать их жирным кремом (вазелином, ланолином и т. п.). При сильном загрязнении рук их предварительно вытирают ветошью, смоченной в уайт-спирите (применять для этой цели бензол, толуол, этилированный бензин запрещается).

- Термопластичные полимеры