Общие сведения о строительных пластмассах
Пластмассы (пластики) — материалы, обязательным компонентом которых, играющим роль матрицы, являются полимеры. В период формования изделий полимер находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а в готовых материалах и изделиях — в отвержденном состоянии. Кроме полимеров в состав большинства пластмасс входят наполнители, пластификаторы, красители и специальные добавки.
Пластмассы — относительно новый вид материалов. Первые пластмассы резина и эбонит (эластичный и твердый продукты вулканизации природного каучука) появились в середине XIX в., когда был открыт процесс вулканизации. В 1872 г. был получен целлулоид — пластмасса на основе модифицированной целлюлозы, а в 1887 г.— галалит — пластмасса на основе казеина, белковой составляющей молока. Первый синтетический полимер — фенолформаль-дегидная смола и пластмассы на ее основе — появились в начале XX в. В середине XX в. началось производство пластмасс на основе поливи-нилхлорида, полистирола и других синтетических полимеров. В 50—60-х годах активно начало развиваться производство пластмасс на базе полиэтилена, эпоксидных и полиуретановых смол.
В наше время пластмассы заняли заметное место во всех отраслях хозяйства, в том числе и в строительстве. Несмотря на значительно более высокую стоимость, они оказались конкурентоспособными по отношению к традиционным строительным материалам. Основная причина этого объясняется высокой технологичностью пластмасс. Они легко перерабатываются в самые различные материалы и изделия, из которых, в свою очередь, чрезвычайно просто получать готовые конструкции. Яркий пример этому — линолеум, настилка которого сводится к раскатыванию рулона материала по поверхности пола и закреплению его клеем. Таким образом получается декоративное, гигиеничное и износостойкое покрытие пола с необходимыми тепло- и звукоизоляционными свойствами.
Свойства пластмасс.
У пластмасс довольно необычный для строительных материалов набор свойств (как положительных, так и отрицательных); – высокая прочность при малой плотности (рт < 1500 кг/м , а у газонаполненных пластмасс уникально низкая плотность — 50… 10 кг/м3); – более низкий (в 10 и более раз), чем у традиционных материалов, модуль упругости и соответственно высокая деформативность; заметная ползучесть (развитие деформаций при длительном воздействии нагрузок); – высокая износостойкость при малой поверхностной твердости; – водостойкость, водонепроницаемость и универсальная химическая стойкость (к кислотам, щелочам, растворам солей); – невысокая теплостойкость (в основном 100…200 °С; для некоторых пластмасс 300…350 °С) и зависимость механических свойств от температуры; – декоративность — способность окрашиваться в яркие тона и принимать нужную текстуру поверхности; – хорошие электроизоляционные свойства и склонность к накапливанию статического электричества; – склонность к старению (особенно под действием УФ-излучения и кислорода воздуха); – горючесть, усугубляемая токсичностью продуктов горения; – экологическая проблемность пластмасс.
Применение пластмасс в строительстве целесообразно и экономически оправдано в таких вариантах, когда при небольшом расходе полимера на единицу продукции (м2 или м ) достигается определенный технико-экономический эффект. Это, например, декоративные и гидроизоляционные полимерные пленки, листовые облицовочные материалы, покрытия полов, лаки, краски, клеи и мастики, трубы и другие погонажные изделия, санитарно-технические изделия, а также ультралегкие теплоизоляционные газонаполненные пластмассы (пено- и поропласты).
Состав пластмасс. Основные компоненты пластмасс: полимер, наполнитель, пластификатор, краситель и специальные добавки.
Полимер выполняет роль связующего и определяет основные свойства пластмассы.
Наполнитель уменьшает расход полимера и придает пластмассе определенные свойства. По виду и структуре наполнители могут быть порошкообразные (мел, тальк, древесная мука), грубодисперсные (стружка, песок, щебень), волокнистые (стекловолокно, целлюлозные волокна и т. п.), листовые (бумага, древесный шпон и т. п.). Волокнистые и листовые наполнители создают армирующий эффект, существенно повышая прочность и модуль упругости пластмасс. Так, стеклопластики, углепластики, бумажно-слоистые пластики очень прочные и легкие конструкционные материалы.
Пластмассы могут быть наполнены (до 90…95% по объему) воздухом. Такие материалы, называемые пенопластами, обладают очень высокими теплоизоляционными свойствами.
Пластификаторы — вещества, повышающие эластичность пластмасс. Например, жесткий поливинилхлорид в линолеуме пластифицирован слаболетучими вязкими жидкостями (диоктилфталатом, трикрезилфосфатом и др.). Они, проникая между молекулами полимера, повышают их подвижность. Это делает материал пластичным. Пластификаторы также облегчают переработку пластмасс, снижая температуру перехода в вязкопластичное состояние.
Пигменты, применяемые в пластмассах, могут быть как мине ральные, так и органические. Чтобы пластмасса длительно сохранял цвет, от пигментов требуется в основном светостойкость, так как по лимеры, будучи сами химически инертными, защищают пигменты от других агрессивных воздействий.
Стабилизаторы и антиоксиданты — необходимый компонент многих пластмасс, так как полимеры под действием солнечного света и кислорода воздуха стареют (происходит деструкция полимера и окислительная полимеризация), что приводит к потере эксплуатационных свойств и разрушению пластмасс.
Отвердители и вулканизаторы используются в тех случаях, когда необходимо произвести отверждение жидких олигомеров (например, отверждение эпоксидной смолы аминными отвердителями) или сшивку макромолекул термореактивного полимера (например, вулканизация каучука серой, отверждение фенолформальдегидных смол уротропином). В любом случае происходит укрупнение молекул исходных продуктов с образованием пространственных сеток с помощью низкомолекулярных веществ. В ряде случаев отвердителями могут служить кислород или влага, содержащиеся в воздухе.
Пластмассы и экология. Широкое использование в нашей жизни пластмасс породило новую экологическую проблему.
Большинство полимеров и соответственно пластмасс — биологически инертные (безвредные для человека) материалы, поэтому может показаться, что пластмассы — экологически чистые материалы. В действительности это далеко не так. Производство синтетических полимеров связано со сложными и энергоемкими химическими процессами с вредными для человека мономерами, сопровождающимися вредными выбросами в атмосферу.
Полимеры и материалы на их основе (при условии правильно проведенного синтеза и переработки) в большинстве своем биологически инертны (безвредны). Однако отслужившие свой век пластмассовые изделия не вписываются в природный цикл: они не гниют и не разлагаются под действием природных агентов, поэтому количество отслуживших свое пластмасс постоянно увеличивается. При сжигании полимеры разлагаются с выделением токсичных низкомолекулярных продуктов. Пластмассы на основе термопластичных полимеров могут использоваться вторично, но это не решает полностью проблемы их утилизации. Один из вариантов решения этой проблемы — получение биологически разлагаемых полимеров, разработке которых в настоящее время уделяется серьезное внимание.