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).
Выбор стройматериалов - Термопластичные полимеры
Остались вопросы по теме - "Термопластичные полимеры", задайте их на