полимер

Полимеры и использование полимерных материалов

Синтетические полимерные материалы в строительстве применяются чуть больше полувека . За этот небольшой по историческим меркам отрезок времени полимеры успели стать почти незаменимыми компонентами во многих процессах, используясь в конструкционных прочных материалах в качестве связующих, как компоненты дорожных покрытий, а так же как тепло- и гидроизоляторы.

КАК ПОЛУЧАЮТ ПОЛИМЕРЫ

Слово «полимер» в переводе с греческого означает «многообразный» или «многосоставный». Сегодня именно так называют высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа одинаковых группировок, соединенных химическими связями. Такие соединения являются главной составляющей полимерного материала — связующим, выполняющим роль полимерной матрицы. При изготовлении изделия — будь то деталь или материал дорожного покрытия — состояние полимеров вязкотекучее или эластичное, а при его эксплуатации — стеклообразное или кристаллическое. В строительном деле наиболее широко применяют синтетические, искусственные полимеры, которые иногда также называют смолами. Как правило, наименование материала отражает название полимера, который входит в его состав.

Есть два основных способа получить полимер: полимеризация и поликонденсация. При первом молекула полимера образуется путем последовательного присоединения молекул одного или нескольких низкомолекулярных веществ (мономеров) к растущему активному центру — при этом химический состав полученного таким образом полимера соответствует химическому составу исходного мономера; единственным же продуктом реакции в большинстве случаев является полимер. При втором же способе, поликонденсации, полимеры образуются при нагревании или под действием катализаторов — процесс при этом сопровождается обязательным выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и т. д.). Химический состав получаемых таким образом смол отличается от химического состава исходных продуктов, так как при реакции выделяются побочные продукты.

КЛАССИФИКАЦИЯ

полимерПолимерные материалы принято под- разделять на группы в соответствии с характером процессов, происходящих при формировании изделий. Такая классификация включает в себя:

Термопласты, или термопластичные полимеры, чье затвердевание обратимо. Они обладают способностью при нагревании вновь приобретать вязкотекучее состояние. В сложных по форме изделиях термопластичные полимеры легко формуются и надежно свариваются. Большая часть термопластов растворяются в органических растворителях, а при повышении температуры их механические свойства снижаются. Это объясняется линейным строением молекул полимера: слабой связью молекул друг с другом, ее ослабеванием при нагревании и неспособностью к образованию сшитых макромолекул.

Самые известные и широко распространенные представители термопластичных полимеров — полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др. Теплостойкость термопластов (ненаполненных) лежит в пределах 60-100 °С, коэффициент термического расширения ~10~4 «С»1. Даже при незначительном изменении температуры свойства термопластов резко изменяются; их деформационная устойчивость под нагрузкой низкая. В то же время термопласты отличаются хорошей растяжимостью и гибкостью. Термопласты, как правило, получают путем полимеризации.

Реактопласты, или термореактивные полимеры, при нагревании отвердевают необратимо. Их первоначальные свойства и способность плавиться не восстанавливаются. Их отверждение — результат химических реакций образования трехмерных полимеров (вследствие сшивания линейных молекул в пространственные структуры, происходящего с помощью сшивающих агентов или за счет активных групп самих полимеров). Термореактивные полимеры после отвердевания не растворяются в растворителях, но в некоторых из них могут набухать. Если температура повышается до определенного предела, реактопласты сперва несколько изменяют свои свойства, а затем происходит их разложение (термодеструкция). Теплостойкость отвержденных реактопластов достигает пределов 250-300 °С. Прочность и твердость термореактивных полимеров выше, чем у термопластов. Кроме того, им свойственна водостойкость. К этой группе полимеров относятся поликонденсационные смолы: феноло-формальдегидные, эпоксидные и другие.

ПРИМЕНЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Итак, полезными свойствами синтетических полимерных материалов являются их химическая стойкость, водонепроницаемость и устойчивость к воздействию микроорганизмов, что позволяем широко их применять. При изготовлении строительных конструкций распространение получили стекло- и древесные пластики, полимербетоны; для производства отделочных материалов — пено- и сотопласты. Области использования строительных пластмасс довольно разнообразны, при этом можно выделить основные требования, применяемые к материалам такого рода.

В первую очередь это возможность длительной эксплуатации и сравнительно высокая механическая прочность. Сравнительно с неорганическими материалами, применяемыми в строительстве, молекулярная решетка у органических полимеров — одна из самых непрочных. Поэтому эксплуатация пластмасс возможна при невысоких температурах; подвержены они и разрушению от окисления — в результате этих процессов физико-химические и технические показатели полимеров необратимо меняются. Именно влияние этих воздействий имеют в виду, когда говорят о старении полимерных материалов и изготавливаемых из них изделий.

В дорожном строительстве полимеры используются в процессе приготовления так называемых полимерцементных бетонов. Они представляют собой смеси цемента и полимеров с наполнителями (или без них). Цемент, вступая в химическое взаимодействие с водой, образует цементный камень, соединяющий частицы наполнителя в монолит. Равномерно распределенный в бетоне полимер улучшает сцепление цементного камня с на- полнителем и отдельных цементных зерен между собой.

Такие полимерные материалы, как бутадиеновый и хлоропреновый синтетический каучук, легли в основу рецептуры составов латексцементных бетонов (полимерцементные бетоны, содержащие полимер в виде латекса). Бетоны, содержащие синтетические латексы и эмульсии регенерированного каучука, применяют для изготовления дорожных и аэродромных покрытий. К основным полимерным связующим относят также поливинилацетатные эмульсии, дивинилстирольные, дивинилнитрильные и карбоксилатные латексы и латекс сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом. В качестве стабилизаторов смесей водных дисперсий полимеров с цементом часто используют казеин, кальцинированную соду, поташ, метилцеллюлозу. Роль наполнителей в бетонах могут выполнять кварцевая мука и песок, искусственные пески, крошка известняка и скальных пород.

Полимеры входят в состав лакокрасочных материалов, а также материалов защитных и декоративных покрытий. Полимерное связующее должно обеспечивать им достаточную твердость, необходимую эластичность, повышенную износостойкость и гидравлическую устойчивость. Поэтому направление исследований в этой области связано зачастую с исследованиями кинетики отверждения термопластичных, в частности полиуретанов и феноксисмол, продуктов очистки эпоксидных полимеров, используемых для производства таких покрытий.

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ И КРОВЛИ

полимерКроме вышеописанных традиционных способов использования полимеров в строительстве, включая дорожное, есть и другие — с каждым годом количество технологий, предполагающих использование полимерных материалов, увеличивается. Появляются новые материалы — отделочные, теплоизоляционные, звукоизоляционные, — разработанные с применением метода макромолекулярного проектирования, основывающегося на особых свойствах полимеров. Это клеи, мастики, лаки, арматура, трубы, кровельные материалы и многое другое, необходимое при строительстве, ремонтных работах, гидроизоляции и отделке. На сегодняшний день около сорока видов полимеров применяются достаточно широко, позволяя изготавливать различные модификации строительных и декоративных материалов; еще несколько десятков имеют высокий промышленный потенциал и проходят испытания в лабораториях по всему миру.

Стоит отдельно сказать о материалах для гидроизоляции, производимых на полимерной основе. Прежде всего это так называемые полимерные композиты, часто для краткости обозначающиеся аббревиатурой ПМК. В строительной сфере наиболее распространено применение ПМК на основе базальтового пластика и стеклопластика. Из последнего изготавливают здания и отдельные архитектурные элементы: балки, стеновые панели, светопрозрачные конструкции, в качестве заполнения в которых используется монолитный или сотовый поликарбонат.

Стоимость базальтового пластика существенно выше, чем у стеклопластика, поэтому его используют не так широко. При этом базальтовый пластик имеет больший потенциал за счет своих полезных свойств и характеристик — включая, помимо всего прочего, высокую экологичность. Из этого материала выполняется монтажная арматура, а также элементы конструкций для строительства тоннелей, мостов, технических сооружений, плотин.

Качество изделий существенно повышается, если в их состав входят полимерные материалы. Современные конструкции, возводимые с целью защиты от атмосферной влаги и воды, часто изготавливают с применением полимерных гидроизоляционных материалов. Благодаря им срок службы таких конструкций может превышать пятьдесят лет.

В производстве кровель полимеры также широко используют. Прежде всего это материалы, в состав которых входят бутизол, изолен, хайполон, трокал, ВСП-55, неоплен и другие виды полимеров. Конкретная рецептура изготовления кровельных материалов при этом зависит от климатических условий зоны, где они будут эксплуатироваться, специфики их монтажа и так далее. Например, элон — один из тех полимеров, которые устойчивы к действию низких температур, поэтому производители охотно используют его в процессе изготовления так называемых «ковров», чья площадь может составлять 400 и более квадратных метров.

Другой полимер, кромэл, отличается высокой стойкостью к негативному действию разного рода агрессивных сред, а также устойчив к ультрафиолету и озону. Из-за этих качеств кромэла его часто используют при изготовлении гидроизоляционных материалов.

Завершая разговор о полимерах, нужно заметить, что своего рода обратной стороной широкого применения полимеров в современном мире, ограничивающей их использование, является токсичность целого ряда этих материалов. Помимо этого, токсичными в большей или меньшей степени могут быть разного рода добавки к полимерам, красители, стабилизаторы, пластификаторы. Именно поэтому, определяясь с материалами для строительства, ремонта, декоративных работ, необходимо особенно тщательным образом изучить данные о химическом составе того или иного полимера и в целом подробно ознакомиться с описанием его свойств. В современной практике в большинстве стран, включая Россию, почти каждый материал, произведенный на основе или с использованием полимеров, должен быть снабжен соответствующим гигиеническим сертификатом — за исключением разве что тех, которые применяются во внутренних частях конструкций и не имеют контакта ни с внешней средой, ни с человеком и его жизнедеятельностью. При демонтаже объектов строительства утилизация конструкций, изготовленных из материалов, содержащих в своем составе полимеры, требует особых условий. Но это уже тема отдельного большого разговора.

Распечатать

Категории
Наука и инновацииСтатьи

Комментировать

*

*

Похожие

  • ГНБ-Прогресс-Технологий

    Горизонтально направленное бурение

    Горизонтальное или горизонтально направленное бурение как метод получило большое распространение благодаря открывающейся перед строителями возможности прокладывать коммуникации без рытья траншей. Особенно широко применяется ГНБ в дорожном строительстве и в...
  • Б10М

    Бульдозер ЧТЗ проложит дорогу через джунгли

    Челябинский тракторный завод отправил во Вьетнам бульдозер Б10М. Спецтехнику будут использовать для строительства новой дороги через джунгли. Компания, занимающаяся созданием новой трассы готова приобрести партию бульдозеров, в случае успешной...
  • СБОРНОЕ АВТОДОРОЖНОЕ ПОКРЫТИЕ

    Совсем недавно миллионы просмотров в интернете собрал видеоролик об укладке дороги из пластиковых плит дорожного покрытия в Голландии — способ быстрый, удобный и экологичный. Однако и в России есть...
  • MODULAR ROAD

    Very recently a video appeared on the Internet, amassing a large viewership in a short time. It is of a new way of laying public roads from plastic slab...