Термореактивные полимеры
Молекулы термореактивных полимеров до их отверждения имеют линейное строение (в химии эти продукты с низкой молекулярной массой называют «олигомерами», а в технике чаще применяют термин «термореактивные смолы»), такое же, как молекулы термопластичных полимеров. Но если молекулы термопластов химически инертны и не способны соединяться друг с другом, то молекулы термореактивных олигомеров химически активны. Они либо содержат двойные (ненасыщенные) связи, либо 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 огромную молекулу. 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.
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 фенолформальдегидную смолу резоль- ного 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 отверждения. Твердость, тепло- и химическая стойкость резорцинформальдегидных полимеров выше, чем фенолформальдегидных.
Дифенилкетоновая смола — разновидность фенольных полимеров — получается при термической переработке фенолов эстонских горючих сланцев. Одна из марок этой смолы, например ДФК-8, модифицируемая отходами производства капрона, служит клеящей мастикой для рулонных и плиточных материалов.
Фенолоальдегидные полимеры в неотвержденном состоянии характеризуются сильной токсичностью, поэтому при работе с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности.
Карбамидные полимеры — продукты поликонденсации мочевины и ее производных с формальдегидом; к ним относятся мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные полимеры. По своим свойствам карбамидные полимеры имеют много общего с фенолформальдегидными. Особенностью карбамидных полимеров является их бесцветность, светостойкость, отсутствие запаха и безвредность.
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 мочевиноформаль- дегидных смол, например смолу МФ-17. 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 этерифициро- ванные полимеры, растворимые в спиртах (например, К-411-02).
Большинство мочевиноформальдегидных полимеров используют для склеивания древесины и для изготовления древесностружечных плит.
Меламиноформальдегидные полиме- р ы более дорогие, так как для их синтеза применяют более дорогое сырье — меламин. В отвержденном состоянии они имеют лучшие, чем мочевиноформальдегидные полимеры, свойства. Они характеризуются высокой твердостью и водостойкостью. Часто применяют смешанные мочевино- и меламиноформальдегидные полимеры.
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.
Большое количество карбамидных полимеров после соответствующей модификации используют для получения высококачественных лаков и красок, например для окраски автомашин.
Ненасыщенные полиэфиры — олигомерные продукты в виде вязких жидкостей, способные переходить в твердое состояние при введении отвердителей. В строительстве применяют полиэфирные смолы двух типов полиэфирмалеи- наты и полиэфиракрилаты.
Из полиэфирмалеинатных смол смола ПН-1 наиболее распространена. Она представляет собой раствор линейного ненасыщенного, способного к сшивке, полиэфира в стироле. Если в эту смолу ввести инициирующую пару: перекисный инициатор (например, гипериз) и ускоритель разложения перекиси (например, нафтенат кобальта), то перекись, распадаясь, инициируют химическую активность стирола и он сшивает молекулы полиэфира по ненасыщенным связям в пространственную сетку. При этом жидкая смола превращается в твердый прочный материал. Обычня принимают соотношение смолы, инициатора и ускоритело 100 : 3 : 8. При 20°С процесс отверждения длится 20…60 ч, но текучесть смола теряет (смесь желируется) через 0,5…2 ч.
Полиэфиракрилат ы (например, смолы МГФ-У, ТМГФ-9, ТМГФ-11) — также олигомерные смолы, отверж- даемые 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 армируют стекловолокном. Такие материалы называют стеклопластиками.
В строительных отделочных работах полиэфирные смолы используют для устройства наливных бесшовных полов, изготовления замазок и шпатлевок. Большое количество полиэфирных смол применяют для лакирования и полирования поверхности древесины.
Эпоксидные полимеры — большая группа олигомерных продуктов (от низковязких жидкостей до твердых смол), получивших свое название по эпоксидным группам, входящим в молекулу олигомеров. По этим эпоксидным группам линейные молекулы олигомерных смол можно 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-14, ЭД-16, ЭД-20, представляющие собой жидкости желтого цвета различной вязкости. При введении отверди- теля уже при нормальной температуре смола через 2…4 ч желируется, 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. 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 пенопластов, эластичных материалов (поролона) и жестких строительных пенопластов. Одна из интереснейших разновидностей пенополиуретанов — 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 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).
Выбор стройматериалов - Термореактивные полимеры
Остались вопросы по теме - "Термореактивные полимеры", задайте их на