Полимеры широко применяются в различных областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения. Полимерам начали доверять все более ответственные задачи.
Зачем полимеры используют сейчас
Сейчас в строительстве используют традиционные материалы, например бетон и сталь, для которых характерна низкая стоимость компонентов, и низкие возможности обработки. Использование полимерных материалов в строительстве дало:
Сокращение итоговых расходов
Повышение производительности
Снижение веса
Устойчивость к коррозии
Простота установки и обработки
Простота технического обслуживания
Изоляционные свойства
При всем разнообразии особенностей для полимерных строительных материалов характерен и ряд свойств, определяющих условия рационального применения их в строительстве. Низкая прочность и относительно высокие прочностные показатели дают возможность создать директивный конструкции из пластмасс. Пластмассы — плохие проводники тепла и электричества. Поэтому они являются хорошими теплоизоляционными материалами и диэлектриками. В большинстве случаев, полимерные материалы устойчивы к кислотам, щелочам и другим хим. реагентам.
Полимерные материалы
Они не требуют дополнительной защиты поверхности и могут быть окрашены в разные цвета. Многие пластические массы непроницаемы для воды, что обусловило их широкое применение для гидроизоляции зданий и сооружений, устройства кровель, трубопроводов. Низкая истираемость позволяет их широко применять для покрытия полов.
Пластмассы очень технологичны, т. е. легко перерабатываются в строительные изделия. Они легко поддаются механической обработке, склеиваются и свариваются.
Но необходимо учитывать и их недостатки, к ним относят, к которым можно отнести низкую теплостойкость, высокий температурный коэффициент линейного расширения, повышенную ползучесть, или способность воспламеняться или подвергаться деструкции под действием огня. Из-за незавершенности процессов образования полимеров, и входящих в их состав токсичных компонентов некоторые пластические массы имеют способность выделять в окружающую среду вредные вещества. Под действием солнечных лучей, повышенной температуры и кислорода в воздухе начинают быстро стареть, т. е. идет ухудшение физико-механических свойств.
Полимерные строительные материалы и изделия наиболее часто квалифицируют по виду полимера и области применения их в строительстве. Все многообразие пластмасс в зависимости от назначения их в строительстве сводится к следующим основным группам:
Материалы для покрытия полов
Лекция 4 Полимерные строительные материалы
Низкая истираемость, гигиеничность, необходимые тепло- и звукоизоляционные свойства в сочетании с возможностью индустриализации строительных работ обусловили широкое применение полимерных материалов для покрытия полов.
Из всего объема рулонных, плиточных, мастичных и погонажных полимерных материалов для полов около 70% падает на долю поливинилхлоридного линолеума.
Линолеумы
Линолеумы предназначены для устройства покрытий полов в жилых, общественных и некоторых промышленных зданиях. Применение этих покрытий в 5 — 7 раз сокращает длительность работ по сравнению с настилкой дощатых и паркетных полов. При правильной эксплуатации линолеумные полы могут прослужить 20-25 лет.
Линолеумы выпускают без подосновы, а также на тканевой, войлочной и других видах подосновы. Наиболее массовыми являются одно- и многослойные линолеумы без подосновы. Они могут иметь поверхность, окрашенную в различные цвета, гладкую, с узором, блестящую, матовую, тисненую. Линолеумы изготавливают 3-мя способами: каланлровым, промазным и экструзионным.
В последние годы в строительстве все шире внедряют синтетические ковровые материалы (ворсолин, ворсонит и д. р. ) Для верха ковров используют тканные нетканые покрытия из синтетических волокон.
Ворсолин
Ворсолин — нетканый двухслойный ворсовый материал. Его подосновой служит пленка из эмульсионного поливинилхлорида. Ковры ворсолина сваривают или склеивают в полотнища размером на комнату.
Ворсонит
Ворсонит — Сырьем для него являются холсты из полиэфиров, полиамидов и других полимеров. Ворсонит отличается высоким декоративно-художественным, теплотехническим, и акустическим свойствами.
Плиточные материалы
Плиточные материалы для полов являются менее полимероемкими, чем рулонные, и позволяют устраивать покрытия, различные по цвету и рисунку, легко ремонтируются.
Поливинилхлоридные
Из пластмассовых плиток для полов основные — поливинилхлоридные и кумароновые. Эти виды плиток не рекомендуется применять в помещениях с повышенными тепловым и влажностным режимами эксплуатации и при возможном воздействии масел, жиров и образивных материалов.
Древесно-слоистые пластики
Древесно-слоистые пластики (ДСП) — материалы, изготавливаемые в виде листов и плит горячим прессованием пакетов древесного шпона, пропитанного полимером. Технология производства ДСП включает подготовку древесного шпона, пропитку его полимером, сушку и сборку шпона в пакеты, прессирование и обрезку. ДСП по основным свойствам физико-механическим свойствам превосходят исходную древесину и используются для изготовления несущих конструкций, вспомогательных, крепежных и монтажных элементов.
Стеклопластики
Стеклопластики — пластмассы, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя стекловолокнистые материалы. Прочность, легкость, низкая теплопроводность и другие ценные свойства определили широкое использование стеклопластиков в различных строительных конструкциях.
Использование легких конструкций, изготовленных на основе стеклопластиков, позволяет снизить массу зданий в 16 раз по сравнению с кирпичными и в 8 раз по сравнению с крупнопанельными железобетонными зданиями. Стеклопластик в несколько десятков раз более стойки к ударным воздействиям, чем стекло, их прочность на изгиб и растяжении в 5 — 10 раз выше стекла, а плотность в 1,5 — 2 раза меньше.
Светопропускаемость стеклопластиков может достигать 90% на толщину 1,5 мм, в том числе до 30% — в ультрафиолетовом спектре против 0,5 для обычного и силикатного стекла. Стеклопластики обладают теплопроводностью в 6 -10 раз более низкой, чем такие материалы, как керамика, бетон и железобетон. В строительстве стеклопластики применяют в виде плоских и волнистых листов для устройства светопрозрачной кровли промышленных зданий и сооружений; теплиц и оранжерей; малых архитектурных форм; трехслойных светопрозрачных и глухих панелей, ограждений и покрытий; оболочек и куполов; изделий трубчатого и коробчатого сечений; оконных и дверных блоков; санитарно-технических изделий, форм для изготовления бетонных и железобетонных изделий и др. Для стеклопластиков характерна высокая демпфирующая способность, они могут применяться в конструкциях, подвергаемых к действию вибраций.
Полимербетоны
Полимербетоны — композиционные материалы, получаемые на основе полимерного связующего, минеральных заполнителей и наполнителей.
К достоинствам полимерных бетонов можно отнести их высокую износостойкость, кавитационную и химическую стойкость. Полимерные бетоны, содержащие 5-10% графитового наполнителя, имеют в 20 раз более высокую кавитационную стойкость, чем обычный бетон. Полимер бетоны можно усиливать металлической и неметаллической арматурой.
Полимерные бетоны применяют для возведения износостойких покрытий ирригационных плотин и конструкций портовых сооружений, для изготовления плит, установки химически стойких полов производственных зданий, сточных каналов, лотков и других конструкций , эксплуатируемых в условиях агрессивных сред; сооружения штатных стволов, кольцевых коллекторов подземных сооружений, химически стойких и дренажных труб; траверс ЛЭП, контактных опор и других конструкций с высоким электросопротивлением.
Источник: uteh.ru
Полимерные строительные материалы. Общие сведения
Полимерными называют материалы, основными компонентами которых являются полимеры. Другое их название — пластмассы (пластические массы). Это название они получили благодаря способности в процессе переработки принимать требуемую форму и сохранять ее после снятия действующих усилий.
Полимеры (от греч. poli — много, meros — доля, часть) высокомолекулярные соединения, молекулы которых (макромолекулы) состоят из многократно повторяющихся звеньев — одинаковых групп атомов. К высокомолекулярным соединениям относят вещества с молекулярной массой выше 5000. Молекулярная масса низкомолекулярных соединений обычно не превышает 500. Вещества, имеющие промежуточное значение молекулярной массы, называют олигомерами. Большинство полимеров имеют молекулярную массу от 8000…10000 до нескольких миллионов.
По происхождению полимеры подразделяются на природные и искусственные (синтетические). Природные высокомолекулярные соединения: целлюлоза, белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, натуральный каучук, крахмал, янтарь и др.
Для производства строительных материалов применяют синтетические полимеры. Сырьем для их производства являются природные газы, попутные нефтяные газы, газы нефтепереработки, продукты углепереработки, а также продукты переработки других видов твердого топлива (торфа, древесных и растительных материалов и их отходов).
Исходные низкомолекулярные вещества, из которых синтезируют полимеры, называют мономерами. Например, мономером для получения полиэтилена является газ этилен СН2=СН2. Структурной единицей (повторяющимся элементарным звеном) полиэтилена служит бирадикал (двойной радикал) —СН2—СН2—.
Формула полиэтилена имеет вид [—СН2—СН2—]n,
где n — степень полимеризации (может достигать 70 тыс. и более).
Полимеры могут иметь линейное, разветвленное и пространственное (сетчатое) строение. Если каждое элементарное звено обозначить А, то макромолекула линейного строения будет иметь следующий вид:
Макромолекулы разветвленных полимеров имеют боковые сравнительно короткие ответвления. В полимерах пространственного (трехмерного) строения длинные линейные цепи связаны друг с другом в единую сетку более короткими поперечными цепями.
Полимеры, имеющие линейное или разветвленное строение молекул (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др.), обладают способностью многократно при нагревании размягчаться, а при охлаждении отвердевать при сохранении основных свойств. Это термопластичные полимеры (термопласты).
Пространственные полимеры (фенолоформальдегидные, карбамидные, полиэфирные и др.) не могут обратимо изменять свои свойства и, будучи отвержденными, при последующем нагревании превращаются в неплавкие и нерастворимые продукты, не способные к повторному формованию. Это связано с разрывом связей между цепями и внутри цепей. Такие полимеры называются термореактивными (реактопласты). Можно сказать, что при нагревании до высоких температур они ведут себя подобно древесине, претерпевают деструкцию (разрушение) и загораются.
Синтетические полимеры получают посредством реакций полимеризации и поликонденсации. Полимеризации подвергаются мономеры, в молекулах которых содержатся кратные двойные связи (или циклические группировки). За счет раскрытия этих связей (или за счет раскрытия цикла) у молекул исходного вещества образуются свободные валентности, которыми они соединяются между собой в макромолекулы. При этом не выделяется побочных продуктов и химический состав полимера и мономера одинаков. Полимеризацией получают полимеры линейного и разветвленного строения.
При поликонденсации макромолекулы образуются в результате химического взаимодействия между функциональными группами, находящимися в молекулах исходных веществ. Это взаимодействие сопровождается выделением побочных продуктов: воды, хлористого водорода, аммиака и других низкомолекулярных веществ. В связи с этим химический состав полимера отличается от состава исходных компонентов. Поликонденсацией получают полимеры пространственного строения.
Полимеры в пластмассах выполняют роль связующего вещества.
Связующие вещества
Выбор связующего вещества в значительной мере определяет технические свойства изделий из пластмасс: их теплостойкость, способность сопротивляться воздействию растворов кислот, щелочей и других агрессивных веществ, а также характеристики прочности и деформативности. Связующее вещество — это обычно самый дорогой компонент пластмассы.
Термопластичные полимеры. Свойства термопластичных (полимеризационных) полимеров обусловлены линейным строением их молекул. При нагревании ослабевает взаимодействие между молекулами и полимер размягчается, вплоть до состояния вязкой жидкости. На этом основано формование изделий из этих полимеров, а также их сварка.
Способность термопластичных полимеров набухать и растворяться в некоторых растворителях также объясняется линейным строением молекул. Растворы полимеров даже малой концентрации (2…5%) отличаются высокой вязкостью, что связано с большими размерами макромолекул полимеров по сравнению с молекулами низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь отвердевает. На этом основано применение растворов термопластов в качестве клеев и вяжущих в мастиках и строительных растворах.
Полиэтилен — один из наиболее распространенных полимеров, представляющий собой прозрачное роговидное вещество, жирное на ощупь. Плотность его колеблется в пределах от 910 до 970 кг/м3. При нагревании до температуры 85…90°С он размягчается, а при температуре 105…130°С — плавится. При поджигании полиэтилен горит с характерным запахом парафина; практически нерастворим ни в одном из растворителей при комнатной температуре; стоек по отношению к кислотам, щелочам, солям; водостоек; прочность при растяжении — 20…40 МПа; эластичность сохраняется до температуры -70°С.
К недостаткам полиэтилена относятся низкие теплостойкость и твердость, горючесть, слабая адгезия к минеральным материалам, клеям, склонность к старению под действием солнечного света, поражаемость грызунами.
Полипропилен [—СН2—СН(СН3)—]n по свойствам близок к полиэтилену, но превосходит его по теплостойкости (температура перехода в жидкое состояние 170°С) и механическим свойствам.
Полиэтилен и полипропилен применяют для изготовления труб, пленок, листов, пенопластов, погонажных, санитарно-технических и других изделий. Изделия из этих полимеров хорошо свариваются и подвергаются механической обработке.
Полистирол [—СН2—СН(С6Н5)]n — прозрачный жесткий полимер, при комнатной температуре хрупкий. Плотность его 1050…1080 кг/м3, температура размягчения — 80…100°С. Полистирол растворяется в органических растворителях (бензоле, толуоле, сложных эфирах и т.д.). Он хорошо окрашивается и легко перерабатывается в изделия.
Полистирол и его растворы горят, давая яркое коптящее пламя и выделяя сладковатый, цветочный запах мономера. Используют его для изготовления пенопластов, облицовочных плиток и других изделий. Раствор полистирола используется в качестве клея.
Поливинилхлорид [—СН2—СНСl—]n — один из самых распространенных полимеров, используемых в строительстве. Он прозрачный, жесткий и прочный. Переходит в вязкотекучее состояние при температуре 180…200°С. Горит, но при удалении из пламени гаснет. При разложении поливинилхлорида выделяется хлористый водород.
Пластические массы на основе поливинилхлорида выпускают в виде жестких материалов, не содержащих пластификатора (винипласт), и мягких, содержащих пластификаторы (пластикат); хорошо перерабатывается в различные изделия (линолеум, пленки, трубы, облицовочные материалы). Поливинилхлорид применяется также для получения кровельных материалов, оконных и дверных блоков.
Поливинилацетат [—СН2—СН(СН3СОО)—]n — прозрачный, бесцветный, при комнатной температуре жесткий полимер. Плотность его 1 190 кг/м3; при нагревании до температуры 130…150°С разлагается с выделением уксусной кислоты; растворяется в некоторых органических растворителях, набухает в воде; не устойчив к действию кислот и щелочей; горюч. Положительное свойство поливинилацетата — высокая адгезия к камню, древесине, стеклу. Поливинилацетат широко применяется в производстве лаков, красок, клеев. В виде водной дисперсии его применяют также для полимерцементных бетонов и растворов, в производстве влагостойких обоев.
Поливинилацетатная дисперсия (ПВАД) — сметанообразная масса белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающаяся с водой. Для стабилизации этой дисперсии (мельчайшие частицы поливинилацетата в воде) служит поливиниловый спирт. Основной вид ПВАД, применяемый в строительстве, — дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная.
Содержание полимера в ней — около 50%; размер частиц дисперсии — 3 мкм. ПВАД выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в непластифицированном и пластифицированном (индекс Ф) виде. В качестве пластификатора применяется дибутилфталат. ПВАД разбавляется водой в любом соотношении и хорошо совмещается с цементом и гипсом.
Полиакрилаты — полимеры производных акриловой и метакриловой кислот. В строительстве наибольшее применение находит полимер метакриловой кислоты.
Полиметилметакрилат [—СН2—С(СН3)—СООСН3—]n — известен под названием «органическое стекло». Это прозрачный полимер аморфной структуры, пропускающий свыше 99% солнечного света, в том числе ультрафиолетовые лучи, что выгодно отличает его от обычного силикатного стекла. Другими его преимуществами перед обычным стеклом являются меньшая хрупкость и хорошая обрабатываемость. Плотность его 1180 кг/м3, предел прочности при изгибе — 80…140 МПа. Применяется для остекления зданий, особенно теплиц, оранжерей, плавательных бассейнов, для устройства светопрозрачных ограждений, изготовления труб, в производстве моющихся обоев и в виде эмульсий для красок, лаков, грунтовок.
Полиизобутилен [—СН2—С(СН3)2—]n — мягкий, эластичный, каучукоподобный полимер, но в отличие от каучуков не способен вулканизироваться (превращаться в резину). По химической стойкости и прочности уступает полиэтилену и полипропилену, но превосходит их по эластичности и степени адгезии к бетону и другим материалам. Из полиизобутилена изготовляют герметизирующие мастики, клеи, пленки.
Термореактивные полимеры. Термореактивные (поликонденсационные) полимерные связующие обычно представляют собой вязкие жидкости или высококонцентрированные водные растворы. Не совсем верно их называют смолами. Как правило, это олигомеры, которые в процессе отверждения переходят в высокомолекулярное состояние. В отвержденном виде они превосходят термопластичные полимеры по прочности и теплостойкости.
Фенолоальдегидные полимеры получают путем ступенчатой поликонденсации фенолов с альдегидами. Наиболее распространены фенолоформальдегидные смолы. Формальдегид (СН2О) является простейшим представителем альдегидов. Фенол (С6Н5ОН) — простейший представитель ароматических углеводородов, в молекуле которых имеются гидроксильные группы, связанные с ароматическим кольцом.
В зависимости от соотношения фенола и формальдегида получают либо термопластичные (новолачные), либо термореактивные (резольные) полимеры. Для производства строительных материалов более широко применяются резольные олигомеры и полимеры, выпускаемые как в жидком, так и в твердом состоянии. Применяют их в качестве связующего для производства слоистых пластиков, клеев, газонаполненных пластмасс, минераловатных изделий, древесно-стружечных плит, в полимерных бетонах и растворах и т.д.
Аминоальдегидные полимеры получают путем поликонденсации аминов с альдегидами. Амины — производные аммиака NH3, образованные замещением одного или нескольких водородных атомов углеводородными радикалами. Для производства строительных материалов применяют в основном карбамидо- и меламиноформальдегидные полимеры. Их изготавливают в виде водных растворов или эмульсий. Область применения аминоальдегидных полимеров примерно такая же, как у фенолоформальдегидных.
Карбамидоформальдегидные (карбамидные) смолы — олигомерные продукты конденсации мочевины (карбамида) с формальдегидом (другое название — мочевиноформальдегидные). Это наиболее дешевый и доступный вид синтетических смол. Они обладают невысокой прочностью и водостойкостью; содержат 30…40% свободной воды, связывание которой является необходимым условием получения прочного материала. Связывание воды осуществляется введением дополнительных вяжущих — гипса, фосфогипса и других веществ, химически связывающих воду, или цеолитов, впитывающих ее.
Эпоксидные смолы — олигомерные продукты различного состава, содержащие эпоксидные группы. Это вязкие жидкости или твердообразные вещества, растворимые в органических растворителях (реже — в воде) и плавящиеся при нагревании. Они прозрачны, цвет — от светло-желтого до коричневого.
Перевод их в нерастворимое и неплавкое состояние достигается с помощью отвердителей при нормальной и повышенной температуре. Плотность эпоксидных смол — 1 100…1 200 кг/м3, температурный предел применения — до 120°С. Отвержденный полимер имеет высокую водостойкость, хорошую адгезию к металлу, дереву, каменным материалам, химическую стойкость. Применяются эпоксидные смолы в качестве универсальных клеев, связующих в стеклопластиках, полимербетонах, для получения лаков и красок.
Полиэфирные смолы — обширная группа полимеров, получаемых поликонденсацией многоатомных спиртов и органических кислот. Различают насыщенные (термопластичные) полиэфиры и ненасыщенные полиэфиры (термореактивные). Ненасыщенные полиэфирные полимеры применяют для изготовления различного рода стеклопластиков и изделий из них (плоских и волнистых листов, санитарно-технических изделий), лаков, красок, клеев, литых изделий, полимербетонов и т.д.
Алкидные полимеры — разновидность полиэфирных полимеров; один из старейших типов полимеров, получивших широкое распространение в лаковой промышленности, в меньшей степени — для производства линолеума. В промышленности строительных материалов из алкидных полимеров применяют глифталевые и пентафталевые полимеры и их модификации. Названия этих полимеров образуются от вида применяемого сырья: глифталевые получают на основе глицерина и фталевого ангидрида, пентафталевые — на основе пентаэритрита и фталевого ангидрида. Модифицированные глифтали и пентафталевые полимеры в основном применяют для изготовления лаков и эмалей холодной и горячей сушки, грунтовок и шпатлевок для внутренней отделки помещений.
Полиуретановые смолы — химически активные олигомеры, легко отверждающиеся водой, гликолями (двухатомные спирты). Обладают высокой прочностью и эластичностью, химической стойкостью, износостойкостью. Их используют для получения искусственных кож, поролона, эффективных теплоизоляционных материалов, лакокрасочных материалов, клеев.
Фурановые полимеры получают из фурфурола, фурилового спирта и ацетона. Они обладают высокой теплостойкостью и применяются для получения полимерных бетонов, защитных лаков, клеев и мастик. Из пресс-материалов изготавливают трубы, арматуру, различные детали.
Кремнийорганические полимеры — представители элементоорганических высокомолекулярных соединений. Мономерами для кремнийорганических полимеров служат соединения, получаемые взаимодействием кремния с хлористым метилом и этилом. Кремнийорганические полимеры характеризуются высокой теплостойкостью (более 400°С), водостойкостью, морозостойкостью, эластичностью, устойчивостью к окислению, гидрофобизующей способностью.
В строительстве широко используют низкомолекулярные кремнийорганические полимеры в виде жидкостей для придания гидрофобных свойств поверхностям различных строительных материалов (бетона, кирпича, асбестоцемента, штукатурки и др.). Гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости (ГКЖ) нетоксичны и удобны в обращении. Кремнийорганические полимеры применяют для изготовления пенопластов, пропиточных составов, лаков, эмалей, красок, а также для изготовления слоистых пластиков, стеклопластиков и др.
Полиамиды — содержат в основной цепи макромолекулы повторяющиеся амидные группы —СОNH—. Из полиамидов изготавливают пленки, трубы, различную строительную арматуру. Применяют их также для изготовления лаков и клеев, обладающих хорошей адгезией к бетону, керамике, металлам, пластмассам и др.
Каучукоподобные полимеры и синтетические каучуки. Отдельную группу полимеров, получаемых полимеризацией различных углеводородов, составляют синтетические каучуки. Главная особенность их заключается в том, что они состоят из гибких, как бы свернутых в спираль, макромолекул и обладают эластичностью. При приложении растягивающей силы они могут удлиняться в 2—10 раз, а при прекращении действия силы восстанавливают свои первоначальные размеры.
При обработке серой в условиях повышенного давления и температуры (140…150°С) из смесей каучуков с наполнителями (мел, сажа, каолин) и некоторыми регулирующими добавками получают вулканизированный каучук и резину. При вулканизации (превращении каучука в резину) макромолекулы каучука связываются поперечными связями («мостиками» из серы), что повышает механическую прочность, эластичность и теплостойкость материала. В отличие от каучуков резины не имеют пластических деформаций и не растворяются в органических растворителях.
Каучук и каучукоподобные полимеры используются в строительстве для изготовления эластичных клеев, красок, мастик, для модификации полимерных и битумных материалов, изготовления герметиков, материалов для полов, модификации строительных растворов и бетонов и т.д.
Модифицированные природные полимеры. Для получения связующих веществ, применяемых в отделочных работах, природные полимеры модифицируют в целях улучшения их свойств.
Целлюлоза (от лат. сellula — клетка) — самый распространенный природный полимер. Для производства модифицированных полимеров целлюлозы используют древесину или хлопок. Из древесины получают так называемую древесную целлюлозу, из хлопка — целлюлозу высшего качества.
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — порошкообразный или волокнистый продукт белого цвета, хорошо растворяющийся в воде. Образующийся вязкий раствор обладает клеящими свойствами. Карбоксиметилцеллюлозный клей используется для приклеивания обоев, изготовления мастик, шпатлевок, штукатурных смесей. Он не токсичен, биостоек, стоек к действию органических растворителей, жиров, масел. В производстве лаков и красок применяется также метилцеллюлоза (МЦ), этилцеллюлоза (ЭЦ), бензилцеллюлоза (БЦ), оксиэтилцеллюлоза.
Олифы (от греч. a’leipha — мазь, масло) — пленкообразующие вещества на основе растительных масел или алкидных смол. Применяются олифы для приготовления и разбавления масляных красок, для пропитки древесины перед окрашиванием, как вяжущее и пластификатор в мастиках и замазках при облицовочных работах.
Источник: studopedia.ru
Разновидности полимеров и сферы их применения в строительстве
В настоящее время в строительстве широко применяются различные виды полимеров. Современные синтетические материалы с успехом используются при конструировании и отделке зданий и сооружений наряду с металлом, бетоном, древесиной, стеклом. В некоторых случаях полимеры выступают в качестве аналогов традиционных стройматериалов, но иногда уникальные свойства синтетических композитов делают их незаменимыми.
К полимерам относятся различные пластики АБС, ПВХ, поликарбонат, полиэтилен, полистирол, фторопласт, искусственный каучук, композитные составы с армирующими элементами из углеволокна, стекловолокна, стеклохолста, металла и так далее. В отличие от традиционных строительных материалов, нужные технические характеристики полимеров задаются при их производстве. В зависимости от конкретных требований синтетические материалы могут обладать различной прочностью, гибкостью, цветом, степенью прозрачности, стойкостью к температурным воздействиям.
Сферы применения полимеров в строительстве
Направления применения полимеров в строительстве чрезвычайно разнообразны. Часто один и тот же материал может использоваться в различных областях, например – в качестве звуко– и теплоизоляции, конструкционных и декоративно-отделочных элементов. Основные направления применения полимеров в строительстве следующие:
- несущие и ограждающие конструкции;
- теплоизоляция;
- гидроизоляция;
- полы и напольные покрытия;
- инженерные коммуникации;
- клеи, пены;
- модифицирующие добавки.
Несущие и ограждающие конструкции
В современных несущих и ограждающих конструкциях широко применяются полимеры, обладающие высокой прочностью, пластичностью и низкой теплопроводностью. Основными направлениями использования полимеров являются: конструкции из полимербетона, композитные стойки, балки и арматура, многокамерные рамы для стеклопакетов, остекление из монолитного и сотового поликарбоната, светопрозрачное покрытие для теплиц, оранжерей и так далее.
Полимербетон. В настоящее время насчитывается около 30 видов полимерного бетона, обладающего различными свойствами. В зависимости от конкретных условий эксплуатации для изготовления полимербетона могут использоваться эпоксидные, фурановые, полиэфирные и другие виды искусственных смол. В сравнении с традиционным бетоном, полимербетон обладает более высокими эксплуатационными качествами и успешно противостоит воздействию агрессивных сред.
Например, раствор, изготовленный на основе полиэфирных и эпоксидных смол, отличается прочностными характеристиками. Применение в качестве заполнителя кварцевого песка, базальта, гранита придают смеси кислотостойкие свойства. Определенные виды связующих позволяют значительно увеличить срок службы бетона, повысить стойкость к различным излучениям, понизить хрупкость. Прочность полимербетона на сжатие может достигать 120 МПа, морозостойкость – до 300 циклов.
Основные области применения полимербетона в строительстве – фундаменты в грунтах с агрессивными водами, ремонт и восстановление железобетонных конструкций, трубы канализационных коллекторов, полы в промышленных зданиях, обладающие повышенными требованиями к износостойкости, маслостойкости, бензостойкости, электропроводности, электростатике и т.д.
Стеклопластик представляет собой композитный материал, состоящий из нескольких слоев пластика, армированных стекловолокном или стеклохолстом. Благодаря своей легкости (плотность материала не превышает 2 г/см3), прочности (до 1000 МПа на растяжение) и стойкости к механическим и химическим воздействиям, стеклопластик успешно применяется в качестве альтернативы стали в несущих конструкциях, емкостных сооружениях, трубопроводах. Светопрозрачные виды стеклопластика используются для вертикального и горизонтального остекления (кровли, балконы, лоджии).
Стеклопластик не подвержен разрушению в условиях температурных колебаний и солнечной радиации, обладает коррозионной стойкостью и не является средой для роста микроорганизмов. Благодаря этому, материал может успешно эксплуатироваться на открытом воздухе и в помещениях с наличием мокрых процессов. Вибрационная стойкость, ремонтопригодность и диэлектрические свойства обуславливают широкие возможности стеклопластика для применения в производственных зданиях и сооружениях.
Поликарбонат сотового и монолитного типов – один из самых популярных и востребованных полимерных материалов для остекления. Высокая степень прозрачности, прочность, экологическая и санитарно-гигиеническая безопасность, низкая травмоопасность позволяют с успехом применять поликарбонат в жилых, офисных и производственных зданиях, теплицах и оранжереях, спортивных сооружениях.
Прочность монолитного поликарбоната на порядок превосходит прочность обычного стекла. При этом он легок и удобен в обработке. Из монолитного поликарбоната изготавливают современное ударопрочное антивандальное остекление, прозрачные полы и стены. Профилированный монолитный поликарбонат применяется для устройства прозрачной кровли и навесов.
Прочность поликарбоната сотового типа немного ниже, чем у монолитного, но, при этом, стоимость материала также не высока. Дополнительные преимущества сотового поликарбоната – низкая теплопроводность, шумопоглощение. Материал широко применяется для устройства сплошного остекления оранжерей и теплиц, кровель спортивных сооружений, звукопоглощающих конструкций и ограждений.
Теплоизоляционные материалы, в том числе, полимерные, занимают огромную нишу на современном строительном рынке. К наиболее востребованным синтетическим утеплителям относятся:
- пенополистирол (пенопласт). В строительстве используется разновидность ПСС с антипиреном, понижающим горючесть;
- экструдированный пенополистирол, в отличие от обычного пенопласта обладает высокой прочностью, долговечностью и более низкой степенью водопоглощения,
- жесткий пенополиуретан, обладая закрытой пористой структурой, одновременно может использоваться и как гидроизоляция;
- пенополиуретан напыляемого типа удобен для теплоизоляции конструкций в труднодоступных местах.
Синтетические теплоизоляционные материалы, в сравнении с минеральными, имеют меньший удельный вес, лучше противостоят воздействию влаги и хуже проводят тепло. Их общий недостаток – горючесть. Вследствие этого полимерная теплоизоляция не используется при устройстве вентилируемых фасадов. Для соблюдения противопожарных требований наружные стеновые ограждения, утепленные при помощи горючих материалов, должны быть оштукатурены специальными растворами.
Полимерные материалы обладают отличными гидроизоляционными свойствами, в связи с чем входят в состав различных водозащитных систем, в том числе, окрасочного, обмазочного, оклеечного, штукатурного и проникающего типов. Наиболее известными видами полимерной гидроизоляции являются:
- битумнополимерные составы для обмазки горизонтальных и вертикальных бетонных поверхностей, в том числе – заглубленных. Материал отлично защищает бетон от воздействия агрессивных подземных вод;
- полимерные мембраны ПВХ, ТПО – современное техническое решение для гидроизоляции кровельных конструкций. Удобны, надежны, пригодны к ремонту. Армированные мембраны могут применяться как в качестве покрывного слоя кровельного пирога, так и в качестве нижнего слоя инверсионных кровель;
- штукатурные гидроизоляционные составы, самым распространенным из которых является полимерный торкретбетон, являются надежной защитой для заглубленных железобетонных конструкций. Вследствие того, что материал наносится механическим способом, штукатурное покрытие отличается высоким качеством и скоростью нанесения;
- проникающие составы – современный и прогрессивный способ гидроизоляционной защиты железобетонных конструкций. Одновременно состав увеличивает прочностные характеристики существующих сооружений из бетона.
Полимерные полы, называемые также наливными, позволяют создать идеально ровное покрытие на черновых конструкциях из бетона, древесины, металла. Образуемая в результате отверждения поверхность полимеров, не нуждается ни в какой дополнительной отделке. Наибольшее распространение наливные полы получили в производственных зданиях, торговых центрах, складских помещениях, медицинских и образовательных учреждениях.
Преимуществами наливных полов являются: высокая прочность, эстетические качества, износостойкость, герметичность, отсутствие пыления, химическая и биологическая инертность, искробезопасность. Срок службы материала в условиях интенсивной производственной эксплуатации составляет не менее 10 лет.
Наиболее распространены следующие виды полов из полимерных материалов:
- полиуретановые. Отличаются устойчивостью к износу, динамическим и вибрационным нагрузкам. Используются в складских помещениях с работающими погрузчиками;
- эпоксидные. Хорошо воспринимают ударные и механические нагрузки. Подходят для производственных помещений с мокрыми процессами и возможностью разлива химически агрессивных веществ;
- полиметилметакрилатные. Монтаж таких полов может производиться при отрицательных температурах. Раствор быстро затвердевает и набирает эксплуатационную прочность.
Пол своему составу полимерные полы могут быть однокомпонентными и двухкомпонентными, а также иметь различные добавки, усиливающие те или иные свойства.
Одно из самых обширных направлений использования полимерных материалов – инженерно-техническое оборудование зданий. Современные пластиковые и металлопластиковые трубопроводы отличаются надежностью, долговечностью, удобством монтажа, прочностью, ремонтопригодностью, стойкостью к механическим и химическим воздействиям. Полимеры используются во всех видах инженерных коммуникаций: водоснабжение, канализация, теплоснабжение, отопление, воздуховоды, гофры для силовых и слаботочных электрических сетей.
Наряду с «чистыми» полимерами (ПВХ, полиэтилен, полистирол и т.д.) для производства трубопроводов повышенной прочности используются композиционные материалы. Стеклопластик, сопоставимый по прочности со сталью, в 4 раза ее легче, не подвержен коррозии, не зарастает, стоит дешевле. Из него изготавливают коллекторы больших диаметров, прокладываемые под автодорогами с большой интенсивностью движения.
Полимерные клеевые составы и пены
Клеевые составы на базе полимерных соединений отличаются высокими адгезионными свойствами, водостойкостью. Используются для склеивания различных элементов из пластмасс, древесины, металла, бетона, стекла, керамики и других искусственных и природных материалов. Зачастую прочность соединения превышает прочность самих склеиваемых деталей.
Основные области применения полимерных клеевых составов – ремонт бетона и производство клееных деревянных конструкций. В связи с популярностью последних в состав клея вводятся добавки снижающие (и даже полностью исключающие) вероятность возгорания древесины. Популярностью пользуются также полимерные химические анкеры, для фиксации тяжеловесных металлических деталей в вертикальных и горизонтальных конструкциях из бетона и в кирпичной кладке.
Монтажные пены на основе пропан-бутановой и полиуретановой смесей – современное и технологичное решение для герметизации стыков строительных конструкций, удаления мостиков холода, гидроизоляции труднодоступных мест. Различают составы, увеличивающиеся в размерах в процессе отверждения и сохраняющие стабильность. Имеются более дорогие варианты для использования в условиях отрицательных температур и высокой влажности. К специальным видам пен относятся огнестойкие составы, служащие для герметизации проходок инженерных коммуникаций в ограждающих конструкциях с нормируемым пределом огнестойкости.
Полимерные добавки способны значительно повысить эксплуатационные свойства традиционных строительных материалов, таких как бетон и древесина. В том числе, модифицирующие вещества усиливают:
- прочностные характеристики материалов;
- эластичность;
- износостойкость;
- водонепроницаемость;
- сопротивляемость химическим и биологическим видам угроз;
- адгезионные качества поверхности;
- срок службы.
Например, прочность на сжатие и растяжение бетона с добавками из эпоксидных и полиэфирных смол, может увеличиваться в 10 раз, а его морозостойкость может доходить до 300 циклов. Бетон, армированный полимерной фиброй, отличается повышенной устойчивостью к различным видам деформаций, трещинообразованию, механическим и ударным воздействиям. Вследствие этого применяется при устройстве автодорог и полов в производственных зданиях с наличием интенсивных динамических и вибрационных нагрузок. Противоморозные добавки в бетон позволяют производить заливку монолитных конструкций при температуре до -5°С.
Модифицирующая обработка низкосортной древесины (береза, ольха, осина и др.) позволяет придать ей прочностные характеристики и долговечность таких пород, как дуб, ясень, бук. Пропитка структуры дерева фенолоформальдегидными, фурановыми и полиэфирными смолами увеличивает прочность на сжатие в 2-3 раза, прочность на изгиб поперек волокон – в 3-4 раза. Снижение показателя водопоглощения достигает двух крат и более. Конструкции из модифицированной древесины не подвержены порче насекомыми, грибком и плесенью.
Источник: elima.ru