Добавки к органическим вяжущим
Органические вяжущие вещества в чистом виде применяют очень редко. В большинстве случаев в них добавляют различные вещества либо облегчающие работу с вяжущими, либо улучшающие их эксплуатационные свойства. К таким добавкам относятся растворители, наполнители, пластификаторы, отвердители, инициаторы отверждения и др.
Растворители применяют для придания рабочей консистенции клеям, мастикам и строительным растворам на органических вяжущих. При использовании твердых органических вяжущих растворители являются обязательным компонентом таких смесей, а в случае жидких вяжущих растворители придают смеси необходимые реологические свойства. Иногда, напротив, смесям с органическими вяжущими необходимо придать большую вязкость или структурную прочность. Например, клеям и мастикам, наносимым на вертикальную поверхность. В таком случае используют тонкодисперсные наполнители, загущающие смесь и придающие ей тиксотропные свойства. Наполнители, кроме того, вводят в полимерные материалы для снижения их стоимости и придания необходимых свойств: твердости, прочности, износостойкости и др. Пластификаторы и стабилизаторы добавляют к полимерам для придания им требуемых механических свойств и долговечности. Отвердители — необходимый компонент смесей, в которых в качестве вяжущего использованы термореактивные олигомеры.
Растворители — неорганические или органические жидкости, а также смеси, способные растворять различные вещества. Растворители хорошо совмещаются с органическим вяжущим и создают с ним стабильную однородную смесь, компоненты которой находятся в молекулярно-дисперсном состоянии. Способность растворителя растворять то или иное органическое вяжущее зависит от специфики их молекулярного строения. Здесь в полной мере проявляется закон: подобное растворяется в подобном. Например, полистирол, содержащий большое количество бензольных колец, хорошо растворяется в ароматических растворителях (бензоле, толуоле) и практически не растворяется в алифатических растворителях (бензине). Растворители, используемые для получения клеев и мастик, должны обладать определенной скоростью испарения, летучестью при минимальной гигроскопичности и токсичности.
Скорость испарения растворителя должна обеспечивать необходимое течение технологического процесса. Большинство клеев и мастик, применяемых в отделочных работах, твердеют за счет испарения растворителя, поэтому скорость нарастания прочности клеевого соединения находится в прямой зависимости от скорости испарения растворителя. Для наилучшего склеивания поверхностей она должна находиться в определенных пределах.
Если скорость испарения растворителя мала, то перед наклеиванием больших изделий необходимо выдерживать клеевой слой длительное время. При короткой выдержке, даже если на поверхности клеевого слоя в результате испарения растворителя образуется пленка, дающая «сухой отлип», во внутренней части клеевого слоя сохраняется некоторое количество растворителя и клей не высыхает.
При большой скорости испарения растворителя работать с клеем или мастикой трудно. Кроме того, если мастика нанесена толстым слоем, то на ее поверхности также образуется твердая пленка, затрудняющая испарение растворителя из внутренних слоев.
Характеристикой скорости испарения служит относительная летучесть, показывающая, во сколько раз медленнее по сравнению с ацетоном, взятым за эталон, испаряется испытуемый растворитель в одинаковых условиях.
Отрицательное свойство некоторых растворителей — гигроскопичность, так как наличие даже небольшого количества воды в растворителе понижает его растворяющую способность и резко снижает качество склеивания. К гигроскопичным относятся кислородсодержащие растворители: низшие спирты, ацетон. Углеводородные растворители, напротив, обладают гидрофобными свойствами.
Растворители, применяемые в отделочных работах, должны быть химически инертны как по отношению к компонентам клеев и мастик, так и по отношению к материалу склеиваемых поверхностей. Если растворитель растворяет склеиваемые материалы, то после нанесения клея склеивать обработанные поверхности можно лишь после того, как растворитель испарится из клея. В противном случае может наблюдаться размягчение склеиваемых изделий и образование на них пузырей и вздутий.
Используемые растворители должны обладать минимальной токсичностью. Органические растворители и их пары оказывают вредное воздействие на человека, поэтому при работе с ними необходимо строго соблюдать меры безопасности: обеспечивать хорошее проветривание помещений, в которых ведутся работы; в необходимых случаях применять защитные приспособления — перчатки, респираторы и т. п.
По степени токсичности растворители можно расположить в убывающей последовательности: дихлорэтан, ксилол, толуол, бензол, ацетон, этилацетат, уайт-спирит, бензин «галоша», скипидар.
При работе с органическими растворителями необходимо учитывать их огнеопасность. Подавляющее большинство органических растворителей горючи, а их пары вместе с воздухом при определенной концентрации образуют взрывоопасную смесь. Поэтому в помещениях, где хранят или работают с растворителями или клеями и мастиками, содержащими растворители, надо строго соблюдать правила противопожарной безопасности. В помещениях нельзя разводить открытый огонь, курить, все подсоединения электрических приборов должны исключать возможность искрообразования. При открывании металлических емкостей, содержащих органические растворители, следует пользоваться инструментом, не вызывающим искрообразование, и закрывать емкости только предназначенными для этой цели пробками. Во всех помещениях, где хранят или работают с органическими растворителями, должна быть обеспечена хорошая вентиляция. Наиболее взрывоопасны пары бензина, затем сольвент, бензол, толуол, ксилол, этилацетат, ацетон, этиловый спирт, дихлорэтан и уайт-спирит.
В зависимости от химического состава органические растворители делятся на углеводородные (алифатические, алициклические, ароматические, нефтяные и терпеновые), кислородсодержащие (кетоны, спирты, сложные эфиры) и др.
Алифатические (пентан, изопентан, гексан и др.)иалициклические углеводороды (ци- клогексан, циклопентан) — легколетучие бесцветные жидкости со слабым запахом. Они обладают слабой растворяющей способностью и относительно дороги. В чистом виде для строительных целей применяются крайне редко.
Ароматические углеводороды (бензол и его гомологи — ксилол, толуол и т. д.) обладают значительно большей, чем алифатические углеводороды, растворяющей способностью; однако их применение ограничивает высокая токсичность. Сырьем для получения ароматических растворителей служит нефть и в меньшей степени твердые виды топлива (уголь, сланцы). Ароматические растворители хорошо растворяют битум, деготь, каучуки, полистирол, мочевиноформальдегидные полимеры и легко смешиваются с другими углеводородными растворителями.
Бензол нефтяной и каменноугольный — бесцветные жидкости со своеобразным запахом; плотность 880 кг/м3; температура кипения 80°С. Пары бензола с воздухом образуют взрывоопасную смесь.
Толуол каменноугольный, сланцевый и нефтяной технический по свойствам аналогичен бензолу; плотность толуола 956 кг/м3; температура кипения 110 °С.
Ксилол каменноугольный также по свойствам близок к бензолу, но еще менее летуч, чем толуол; температура кипения 137…140°С; плотность 863 кг/м3.
Сольвент нефтяной и каменноугольный — представляет собой ксилол с примесью других ароматических углеводородов; плотность 865…870 кг/м3; температура начала кипения 120…140°С. Сольвент в строительстве применяют чаще других. Необходимо помнить, что сольвент, как и все ароматические растворители, токсичен.
Нефтяные растворители — одни из самых доступных и дешевых видов растворителей, получаемые при фракционировании нефти. Состоят в основном из смеси алифатических углеводородов с некоторой примесью ароматических. В зависимости от температуры кипения различают следующие виды нефтяных растворителей.
Петролейный эфир (легкий бензин) — легколетучая прозрачная жидкость, содержащая до 85% алифатических углеводородов. Выпускают петролейный эфир двух марок, имеющих температуру кипения 36…70° и 70…100°С; плотность его 650…700 кг/м3.
Бензин-растворитель для резиновой промышленности (бензин «галоша») используют для приготовления резиновых клеев. Температура кипения 80…120 °С; плотность 730 кг/м3.
Бензин-растворитель для лакокрасочной промышленности — уайт-спирит — слаболетучая прозрачная жидкость с температурой кипения 165…200 °С; плотность 790…800 кг/м3.
Керосин и лигроин — слаболетучие жидкости. Их применяют в качестве растворителей битума или для частичной замены других, более дорогих, растворителей.
Из нефтяных растворителей в строительстве чаще других применяют бензин «галошу» и уайт-спирит. Они хорошо растворяют битум, каучуки, некоторые полимеры и смолы.
Терпенов ые растворители — растворители, содержащие ненасыщенные углеводороды. В строительстве из этого класса растворителей наибольшее применение находит скипидар (терпеновое масло).
Скипидар — бесцветная жидкость с острым хвойным запахом; плотность 860 кг/м3; температура кипения 153…180°С. Скипидар получают из смолы хвойных деревьев, главным образом из сосны. Состоит он из смеси терпеновых углеводородов. Скипидар хорошо растворяет органические масла, глифталиевые и кумароновые полимеры, канифоль. Скипидар не токсичен, но пары его при высокой концентра’‘ ции могут вызвать головную боль и тошноту. Из-за относительно высокой стоимости скипидар как растворитель при отделочных работах применяют ограниченно.
Кетоны — кислородсодержащие растворители, содержащие карбонильную группу; обладают хорошей растворяющей способностью. К ним относятся ацетон, метил- этилкетон, циклогексанон и др.
Ацетон технический — бесцветная легколетучая жидкость с характерным запахом; плотность 790 кг/м3, температура кипения 56 °С. Ацетон хорошо растворяет многие синтетические смолы (фенолформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, мочевино- и меламино-формальдегидные, перхлорвиниловые, зфиры целлюлозы (коллоксилин, ацетил- целлюлозу) и смешивается с другими растворителями. Благодаря способности растворять жиры используется для обезжиривания поверхностей перед склеиванием. Недостаток ацетона — гигроскопичность: он может поглощать воду и при этом снижается его растворяющая способность. Ацетон в любых соотношениях смешивается с водой и большинством органических растворителей.
Метилэтилкетон по растворяющей способности похож на ацетон, но менее летуч (температура кипения 72°С) и ограниченно смешивается с водой (22% по массе при 20 °С).
Спирты — кислородсодержащие растворители, содержащие одну или несколько ОН-групп. Из большого химического класса спиртов в качестве растворителей применяют только низшие одноатомные спирты: метиловый и этиловый. Метиловый спирт (метанол) из-за высокой токсичности применяют ограниченно. Этиловый спирт (этанол) применяют для получения клеев на основе фенолфор- мальдегидных смол, поливинилацетата и эфиров целлюлозы (в последнем случае в смеси со сложными эфирами). Спирты гигроскопичны, неограниченно смешиваются с водой и многими органическими растворителями.
Сложные эфиры — продукты взаимодействия спиртов с органическими кислотами, относящиеся также к кислородсодержащим растворителям. Чаще всего в качестве растворителей применяют эфиры уксусной кислоты (ацетаты): метилацетат, этилацетат и бутилацетат, получаемые соответственно из метилового, этилового и бутилового спиртов. Ацетаты представляют собой прозрачные жидкости с фруктовым запахом. Плотность метилаце- тата — 935 кг/м3, этилацетата — 886 и бутилацетата — 880 кг/м3; температура кипения соответственно — 60, 77 и 120 °С.
Пластификаторы — вещества, вводимые в полимерные материалы с целью повышения эластичности и пластичности. Действие пластификатора в упрощенном виде можно объяснить тем, что относительно небольшие молекулы пластификатора, проникая между молекулами полимера, ослабляют межмолекулярные связи и тем самым повышают подвижность полимерных молекул. Пластификаторы должны хорошо совмещаться с полимером, образуя с ним устойчивую композицию, должны обладать малой летучестью и способностью проявлять пластифицирующее действие не только при нормальной, но и при пониженной температуре.
В строительстве применяют низкомолекулярные и высокомолекулярные пластификаторы. Из низкомолекулярных пластификаторов применяют эфиры фталевой кислоты (фта- латы) и эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Среди фта- латов наибольшее распространение получил дибутилфта- лат ДБФ и диоктилфталат ДОФ, из фосфатов — трикре- зилфосфат. ДБФ и ДОФ — прозрачные маслянистые жидкости плотностью соответственно 1050 и 980 кг/м3. Они хорошо совмещаются со многими полимерами (поливинил- хлоридом, поливинилацетатом, эпоксидными смолами и др.). Фталаты — довольно дорогие и дефицитные вещества, поэтому их иногда применяют в смеси с разбавителями (например, хлорпарафином), которые сами не являются пластификаторами, но в смеси с фталатами оказывают пластифицирующее действие.
Высокомолекулярные пластификаторы отличаются высокоэластическими свойствами. В пластмассах в качестве пластификаторов используют эпоксидированные масла и олигомерные полиэфиры; битумные материалы пластифицируют добавками каучука или резины. Преимущество полимерных пластификаторов над низкомолекулярными состоит в том, что они не летучи и не экстрагируются из материала растворителями.
Отвердители — вещества, вызывающие отверждение термореактивных олигомеров, т. е. переводящие относительно короткие линейные молекулы органического вяжущего в крупные трехмерные (сетчатые) молекулы. По характеру действия эти вещества делят на две группы: собственно отвердители и инициаторы (или катализаторы) отверждения.
Отвердителями термореактивных олигомеров служат полифункциональные (как минимум, бифункциональные) вещества. Эти вещества своими функциональными группами соединяются с молекулами олигомера, образуя как бы поперечные мостики (поэтому и нужны как минимум две функциональные группы). Потребное количество отверди- теля определяется числом функциональных групп в молекуле олигомера и самого отвердителя.
Для фенолформальдегидных полимеров в качестве отвердителя применяют уротропин (гексаметилентетраамин), распадающийся при нагревании на три молекулы формальдегида, который и производит сшивку. Эпоксидные смолы отверждают полифункциональными аминами (наибольшее распространение получили полиэтиленполиамин — ПЭПА).
Инициаторы отверждения — вещества, распадающиеся в условиях отверждения с образованием свободных радикалов, инициирующих соединение молекул олигомеров друг с другом. Так, для ненасыщенных полиэфирных смол применяют перекисные инициаторы, например гидроперекись изопропилбензола — «гипериз». Так как перекиси распадаются относительно медленно, добавляют вещества — ускорители отверждения, в данном случае — ускоритель НК (нафтенат кобальта). Ускоритель и инициатор вместе называются отверждающей системой. Необходимо помнить, что смешивать непосредственно инициатор с ускорителем категорически воспрещается, так как это может привести к взрыву с выбросом токсичных веществ. Принято раздельно смешивать инициатор с частью олигомера, а ускоритель с оставшейся частью, а затем уж соединяют эти смеси.
При отверждении некоторых термореактивных олигомеров, способных к самоотверждению при определенной реакции среды (определенном рН), используют вещества, создающие необходимую реакцию среды: кислоты, щелочи. Так, для отверждения мочевино- и меламиноформальдегидных смол добавляют кислоты — контакт Петрова, бензо- сульфокислоту, соляную кислоту и т. п.
Выбор стройматериалов - Добавки к органическим вяжущим
Остались вопросы по теме - "Добавки к органическим вяжущим", задайте их на