СМ Черных. Тема 1 Материалы из стеклянных и других минеральных расплавов Определение, краткие исторические сведения
 Скачать 3.77 Mb.
|
|
Полихлоропреновыи каучук (наирит) — каучук, получаемый сопо-лимеризациейхлоропренасдобавкой5...30 % других мономеров. Выпускают твердые высокомолекулярные каучуки молекулярной массой 100 000...500 000, жидкие олигомерные каучуки, используемые для пластификации и антикоррозионных покрытий, и латексы. Плотность твердого каучука 1230 кг/м . Он хорошо растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, частично в кетонах и эфирах. Хлоропреновый каучук обладает хорошими клеящими свойствами, поэтому его используют в клеящих мастиках (например, кума-рононаиритовых — КН). Вулканизированные полихлоропреновые каучуки обладают высокой масло-, бензо-, свето- и теплостойкостью. Бутилкаучук — продукт сополимеризации изобутилена с небольшим количеством (1...5 %) изопрена. Бутилкаучук — один из самых ценных видов каучуков — обладает высокой морозостойкостью, эластичностью, стойкостью к действию кислорода и озона и исключительно высокой газонепроницаемостью. Бутилкаучук растворяется в бензине, ароматических углеводородах и сложных эфирах. К положительным качествам бутилкаучука относится и его хорошая клейкость. Вулканизированный бутил каучук отличается высокой теплостойкостью, температура деструкции 160...165 °С; химически инертен (не растворяется, а лишь набухает в углеводородах; стоек к животным и растительным маслам). Бутилкаучук применяют для автомобильных камер, для получения прорезиненных тканей, гуммирования химической аппаратуры, в пищевой промышленности и для многих других целей. В строительстве бутилкаучук используют в клеящих мастиках и герметизирующих материалах, а также для модификации битумных и полимерных материалов. Тиоколовые (полисульфидные) каучуки — синтетические каучуки, в молекулах которых в основной цепи содержатся атомы серы (40...80 % по массе). Особенность тиоколовых каучуков — высокая стойкость к атмосферному старению и действию растворителей. Выпускают твердые и жидкие каучуки и латексы каучуков. В строительстве их применяют для изоляционных покрытий, в том числе и кровельных, стойких к солнечному свету и растворителям, для герметизации стыков крупнопанельных зданий и в качестве пластифицирующего компонента в химически стойких мастиках и компаундах. Полиизобутилен — термопластичный каучукоподобный полимер, в зависимости от молекулярной массы представляющий собой вязкие клейкие жидкости (молекулярная масса ниже 50 000) или эластичный каучукоподобный материал (молекулярная масса 100 000... ...200 000). Полиизобутилен хорошо растворяется в различных углеводородах и хорошо смешивается с различными наполнителями. Это один из самых легких полимеров; его плотность 910...930 кг/м . Полиизобутилен щелоче- и кислотостоек. По химической стойкости и диэлектрическим свойствам он уступает только полиэтилену и фторопласту. Эластичность Полиизобутилен сохраняет до —50 °С. Его применяют для модификации полимерных и битумных материалов с целью улучшения их свойств при низких температурах. Низкомолекулярный Полиизобутилен и растворы высокомолекулярного полиизобутилена обладают очень высокими адгезионными свойствами к большинству строительных материалов (дереву, бетону, штукатурке и т. п.). Из низкомолекулярного полиизобутилена изготовляют невысыхающие клеи и мастики для приклеивания полимерных отделочных материалов из поливинилхлорида, полиэтилена и других полимеров с плохой адгезией. На основе полиизобутилена получают также нетвердеющие мастики для герметизации стыков в сборном строительстве. Из высокомолекулярного полиизобутилена формуют листы для защиты химической аппаратуры от коррозии, для гидроизоляционных и электроизоляционных целей, а также его используют как пластификатор в пластмассах. Хлорсульфированный полиэтилен — каучукоподобный продукт, получаемый при взаимодействии полиэтилена с хлором и сернистым ангидридом SO2 Обработанный таким образом полиэтилен проявляет способность к вулканизации. Хлорсульфированный полиэтилен хорошо растворим в ароматических растворителях (толуоле, ксилоле) и хлорированных углеводородах, хуже в ацетоне и не растворим в алифатических углеводородах. Отличительная черта хлорсульфированного полиэтилена — высокая атмосферостой кость и химическая стойкость; он хорошо противостоит действию кислот, щелочей и сильных окислителей, разрушающе действуют на него лишь уксусная кислота и ароматические и хлорированные углеводороды. Вулканизированный Хлорсульфированный полиэтилен характеризуется высокой теплостойкостью. Изделия из него способны длительно работать при температуре от —60 до + 180 °С. Хлорсульфированный полиэтилен хорошо совмещается с каучуками, повышая их износо-, тепло- и маслостойкость. Применяют Хлорсульфированный полиэтилен и резины на его основе для получения износо- и коррози-онно-стойких покрытий полов. На его основе получают атмосфере- и коррозионно-стойкие лаки и краски для защиты металла, бетона и других материалов от атмосферных и химически агрессивных воздействий. Хлорсульфированный полиэтилен применяют также для получения клеев и герметиков и для модификации других полимеров. 9.5. ПРИРОДНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОДУКТЫ К природным олигомерным и полимерным продуктам, применяемым в строительстве и других отраслях хозяйства, относятся природные смолы, ненасыщенные (высыхающие) масла, целлюлоза и некоторые белковые вещества. Для получения вяжущих веществ природные продукты, как правило, модифицируют с целью улучшения их свойств. Природные смолы — продукты растительного происхождения, выделяющиеся на поверхности коры деревьев самопроизвольно или в результате ее ранения. Смолы состоят из смеси органических высоко- и низкомолекулярных веществ. Различают молодые (свежие) смолы, собираемые непосредственно с деревьев (например, живица — сосновая или еловая смола), и ископаемые смолы — продукты жизнедеятельности давно погибших деревьев (янтарь, копалы). Молодые смолы содержат много низкомолекулярных летучих веществ, ископаемые смолы — твердые, хрупкие материалы. В строительстве чаще применяют продукты, получаемые при переработке смолы хвойных деревьев,— канифоль и скипидар (см. п. 18.3). Сосновая канифоль — хрупкая стекловидная масса желтого цвета, состоящая в основном из смоляных кислот (до 90 %). При температуре 55...70 °С она размягчается, а при 120 °С — превращается в жидкость. Канифоль хорошо растворяется во многих органических растворителях: ацетоне, эфире, скипидаре, уайт-спирите и спирте. Растворы канифоли обладают клеящими свойствами. Применяют канифоль в мастиках, для улучшения их адгезионных свойств. В качестве водоудерживающей и пластифицирующей добавки рекомендуется камедь — смола тропической акации — гуммиарабик. Олифы — пленкообразующие вещества на основе уплотненных растительных масел или жирных алкидных смол (подробнее об олифах см. п. 18.2). Олифы применяются в качестве пленкообразующего компонента в масляных красках и как вяжущее — пластификатор в мастиках и замазках при облицовочных работах. Целлюлоза (от лат. cellula — клетка) — полисахарид — самый распространенный природный полимер, образующий стенки растительных клеток. В чистом виде в качестве органического вяжущего целлюлозу не применяют. Она практически не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях. Обычно используют простые и сложные эфиры целлюлозы: нитроцеллюлозу, метилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу и др. Нитроцеллюлозу получают, обрабатывая целлюлозу азотной кислотой (до содержания азота 10...12 %), образующийся продукт называют коллоксилином. Нитроцеллюлоза легко растворяется в ацетоне, этилацетате; хорошо пластифицируется дибутилфталатом, камфарой. Применяют нитроцеллюлозу для получения лаков, нитроэмалей, шпатлевок и клеев. В смеси с камфарой из нитроцеллюлозы получают целлулоид. Существенным недостатком нитроцеллюлозы является то, что она легкогорючий материал. Метилцеллюлоза (МЦ) — метиловый эфир целлюлозы (торговое название в Европе — тилоза); твердое белое вещество, хорошо растворимое в холодной воде. Растворы МЦ даже при концентрации 0,5...1 % характеризуются высокой вязкостью и отсутствием тиксо-тропных свойств. При нагреваниидо40...50 °С растворы МЦжелиру-ются. В строительстве МЦ широко используется как загуститель вододисперсионных красок и как регулятор водоудержи- вающей способности строительных растворов . Растворам МЦ свойственно сильное пенообразование, поэтому их целесообразно применять с пеногасителями. Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — порошкообразный или волокнистый продукт белого цвета, хорошо растворяющийся в воде. Образующийся с водой вязкий раствор используют в качестве клея для обоев, а также в цементных смесях для приклеивания плиток. Карбоксиметилцеллюлоза, как и метилцеллюлоза, биостойка, не токсична, стойка к действию жиров, масел и органических растворителей. Кроме строительства, карбоксиметилцеллюлозу в больших количествах используют в нефтедобывающей и горнообогатительной промышленности для повышения вязкости воды, в текстильной промышленности (как аппретирующее вещество) и в полиграфии. Белковые вещества применяют в строительстве все в меньших объемах из-за их пищевой ценности и недостаточной водо- и биостойкости. В ограниченных количествах используют казеин и глютин. Казеин — порошкообразный продукт, получаемый обработкой кислотой обрата (обезжиренного молока). Казеин плохо растворяется в воде, но хорошо в щелочных водных растворах. Его применяют в смеси с известью для приготовления клеевых и шпатлевочных составов, а также после растворения в аммиачной воде (т. е. в виде казеина-та аммония) для стабилизации латексов каучуков в полимерцементных материалах. Глютин (столярный клей) получают вывариванием из костей, соединительных тканей и кожи животных с последующим упариванием раствора. Поставляют глютин в виде твердых, хрупких плиток или гранул. Для приготовления клея плитки или гранулы заливают холодной водой; при этом они размягчаются и сильно набухают. В набухший глютин добавляют воду и нагревают до образования вязкого раствора — клея. При охлаждении и испарении воды клей переходит в студнеобразное состояние (желируется), а затем затвердевает. Применяют глютиновый клей в столярных (отсюда название — столярный клей) и малярных работах, для приклеивания облицовочных материалов, а также в качестве замедлителя схватывания гипсовых вяжущих. 9.6. ДОБАВКИ К ОРГАНИЧЕСКИМ ВЯЖУЩИМ Органические вяжущие вещества в чистом виде применяют очень редко. В большинстве случаев в них добавляют различные вещества, либо облегчающие работу с вяжущими, либо улучшающиеих эксплуатационные свойства. К таким добавкам относятся растворители, наполнители, пластификаторы, отвердители, инициаторы отверждения и др. Растворители применяют для разжижения, т. е. для придания рабочей консистенции краскам, клеям, мастикам и строительным растворам на органических вяжущих. Иногда, напротив, смесям с органическими вяжущими необходимо придать большую вязкость или структурную прочность. Например, клеям и мастикам, наносимым на вертикальную поверхность. В таком случае используют тонкодисперсные наполнители, загущаю-щие смесь и придающие ей тиксотропные свойства. Наполнители, кроме того, вводят в полимерные материалы для снижения их стоимости и придания необходимых свойств: твердости, прочности, из-носостойкости и др. Пластификаторы и стабилизаторы добавляют к полимерам для придания им требуемых механических свойств и долговечности. Отвердители — необходимый компонент смесей, в которых в качестве вяжущего использованы термореактивные олигомеры. Пластификаторы — вещества, вводимые в полимерные материалы с целью повышения эластичности и пластичности. Действие пластификатора в упрощенном виде можно представить так. Относительно небольшие молекулы пластификатора, проникая между молекулами полимера, ослабляют межмолекулярные связи и тем самым повышают подвижность полимерных молекул. Пластификаторы должны хорошо совмещаться с полимером, образуя с ним устойчивую композицию, должны обладать малой летучестью и способностью проявлять пластифицирующее действие не только при нормальной, но и при пониженной температуре. В строительстве применяют низкомолекулярные и высокомолекулярные пластификаторы. Из низкомолекулярных пластификаторов применяют эфиры фталевой кислоты (фталаты) и эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Среди фталатов наибольшее распространение получил диоктилфталат ДОФ, из фосфатов — трикрезилфосфат. ДОФ — прозрачная маслянистая жидкость плотностью 980 кг/м3, хорошо совмещающаяся со многими полимерами (поливи-нилхлоридом, поливинилацетатом, эпоксидными смолами и др.). Высокомолекулярные пластификаторы отличаются высокоэласти-ческими свойствами. В пластмассах в качестве пластификаторов используют эпоксидированные масла и олигомерные полиэфиры; битумные материалы пластифицируют добавками эластомеров, например каучука. Преимущество полимерных пластификаторов над низкомолекулярными состоит в том, что они не летучи и не экстрагируются из материала растворителями. Отвердители — вещества, вызывающие отверждение термореактивных олигомеров, т. е. связывающие относительно короткие линейные молекулы органического вяжущего в трехмерные (сетчатые) макромолекулы. Эти вещества делят на две группы: собственно от-вердители и инициаторы (или катализаторы) отверждения. Отвердителями термореактивных олигомеров служат полифункциональные (как минимум бифункциональные) вещества. Эти вещества своими функциональными группами соединяются с молекулами олигомера, образуя как бы поперечные мостики (поэтому и нужны как минимум две функциональные группы). Потребное количество отвердителя определяется числом функциональных групп в молекуле олигомера и самого отвердителя. Для фенолоформальдегидных полимеров в качестве отвердителя применяют уротропин (гексаметилентетраамин), распадающийся при нагревании натри молекулы формальдегида, который и производит сшивку. Эпоксидные смолы отверждают полифункциональными аминами (наибольшее распространение получил полиэтиленполиа-мин — ПЭПА). Процесс отверждения каучуков, аналогичный отверждению олигомеров, принято называть вулканизацией, а продукт отверждения — резиной (см. п. 9.5). Инициаторы отверждения — вещества, распадающиеся в условиях отверждения с образованием свободных радикалов, инициирующих соединение молекул олигомеров друг с другом. Так, для ненасыщенных полиэфирных смол применяют перекисные инициаторы, например гидроперекись изопропилбензола — «гипериз». Так как перекиси распадаются относительно медленно, добавляют вещества — ускорители отверждения, в данном случае — ускоритель НК (нафтенат кобальта). Ускоритель и инициатор вместе называются от-верждающей системой. Необходимо помнить, что смешивать непосредственно инициатор с ускорителем категорически воспрещается, так как это может привести к взрыву с выбросом токсичных веществ. Принято раздельно смешивать инициатор с частью олигомера, а ускоритель с оставшейся частью, а затем соединяют эти смеси. При отверждении некоторых термореактивных олигомеров, способных к самоотверждению при определенной реакции среды (определенном рН), используют вещества, создающие необходимую реакцию среды: кислоты или щелочи. Так, для отверждения мочевино- и меламиноформальдегидных смол добавляют кислоты — контакт Петрова, бензосульфокислоту, соляную кислоту и т. п. Некоторые олигомеры отверждаются кислородом, углекислым газом или парами воды, находящимися в воздухе. 9.7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О 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. Основные виды полимеров, используемые в строительных пластмассах, описаны в гл. 10. 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 (р ср < 1500 кг/м3 , 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. |