Общие сведения о полимерных отбелочных материалах

Полимерами (от греч. poli — много, meros — доля, часть) называют высокомолекулярные соединения, молекулы которых (макромолекулы) состоят из многократно повторяющихся звеньев — одинаковых групп атомов. К высокомолекулярным соединениям обычно относят вещества с молекулярной массой выше 5 000. Молекулярная масса низкомолекулярных соединений обычно не превышает 500. Вещества, имеющие промежуточное значение молекулярной массы, называют олигомерами. Большинство полимеров имеют молекулярную массу от 8000... 10000 тыс. до нескольких миллионов.

По происхождению полимеры делятся на природные и искусственные (синтетические). В состав клеток растительных и животных организмов входят такие природные высокомолекулярные соединения, как целлюлоза, белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, натуральный каучук, крахмал, янтарь и многие другие.

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 (торф, древесные и растительные материалы и их отходы). Наша страна имеет огромную сырьевую базу для производства синтетических полимеров.

Исходные низкомолекулярные вещества, из которых синтезируют полимеры, называют мономерами. Это довольно простые и доступные продукты, получаемые из перечисленного выше углеводородного сырья. Например, мономером для получения полиэтилена является газ этилен СН2=СН2. Структурной единицей (повторяющимся звеном) полиэтилена служит бирадикал (двойной радикал).

Полимеры классифицируют в зависимости от состава и строения макромолекул, способа их получения, поведения при нагревании и охлаждении и т.д. Полимеры, построенные из одинаковых мономерных звеньев, называют гомополимерами, а содержащие несколько типов мономеров — сополимерами.

По составу основной цепи макромолекул полимеры делят:
на карбоцепные, молекулярные цепи которых содержат лишь атомы углерода (полиэтилен, полиизобутилен и т.п.);
гетероцепные, в состав молекулярных цепей которых входят кроме атомов углерода атомы кислорода, серы, азота, фосфора (эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные полимеры);
элементоорганические, в основных молекулярных цепях которых содержатся атомы кремния, алюминия, титана, олова и некоторых других элементов, не входящих в состав природных органических соединений. Например, в цепи кремнийорганических полимеров перемежаются атомы кремния и кислорода.

Полимеры могут иметь линейное, разветвленное и пространственное (сетчатое) строение. 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. Пространственные полимеры (фенолоформальдегидные, карбамидные, полиэфирные и др.) не могут обратимо изменять свои свойства и, будучи отвержденными, при 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.

Полимеры, имеющие линейное или разветвленное строение молекул (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др.), обладают способностью многократно при нагревании размягчаться, а при охлаждении затвердевать при сохранении основных свойств. Это термопластичные полимеры (термопласты).

Синтетические полимеры получают с помощью реакций полимеризации и пол и конденсации. 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 полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и другие полимеры линейного и разветвленного строения.

При поликонденсации макромолекулы образуются в результате химического взаимодействия между функциональными группами находящихся 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 фенолоформальдегидные, мочевиноальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиамидные и другие полимеры пространственного строения. В зависимости от физического состояния полимерные связующие могут быть в виде:
вязких жидкостей: олигомерные (эпоксидные, полиэфирные и др.) и мономерные (фурфуроловые, фурфуролацетоновые и др.) связующие;
водных дисперсий полимеров: латексы синтетических каучуков, поливинилацетатная и полиакрилатная дисперсии и др.;
порошков и блочных продуктов (гранулы, листы, пленки): полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат.

Один и тот же полимер в зависимости от метода синтеза может быть в различных состояниях. Так, полистирол выпускается в виде гранул, тонкозернистого порошка, раствора в органических растворителях и водной дисперсии.

Свойства полимерных связующих существенно отличаются от свойств неорганических вяжущих веществ. Скорость и условия твердения полимерных связующих можно варьировать в широких пределах. В основном они твердеют значительно быстрее цементов. Прочность при сжатии, а особенно при растяжении и изгибе у полимерных связующих выше, также значительно выше их адгезия к другим материалам, в частности, к минеральным наполнителям. Полимерные связующие в подавляющем большинстве водостойки и химически стойки: хорошо противостоят действию кислот, щелочей, растворов солей, растворителей. Необходимо отметить, что прочность термопластичных полимеров быстро снижается при повышении температуры. В целом у отвержденных полимерных связующих довольно низкая термостойкость (в пределах 60... 250°С), зависящая от состава и строения полимера.