Термопластичные полимеры

Свойства термопластичных (полимеризационных) полимеров обусловлены линейным строением их молекул. Так, при нагревании ослабевает взаимодействие между молекулами и полимер размягчается, вплоть до состояния вязкой жидкости. На этом свойстве термопластов основано формование изделий из этих полимеров, а также их сварка. Однако не все термопласты могут быть переведены в вязкотекучее состояние нагреванием. Это связано с тем, что температура термического разложения некоторых полимеров ниже температуры их текучести. В этом случае используются технологические приемы по снижению температуры текучести (например, введение пластификатора) и по предотвращению разложения полимера (введение стабилизатора и др.).

Способность термопластичных полимеров набухать и растворяться в некоторых растворителях также объясняется линейным строением молекул. Тип растворителя определяется химической природой полимера. Растворы полимеров даже малой концентрации (2... 5%) отличаются высокой вязкостью, что связано с большими размерами макромолекул полимеров в сравнении 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 (в зависимости от метода получения): при нагревании до 85... 90°С он размягчается, а при 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 -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 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.

Полиизобутилен — 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.

Полистирол — 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 можно использовать в качестве клея.

Поливинилхлорид — один из самых распространенных полимеров, используемых в строительстве. Он прозрачный, жесткий и прочный. Переходит в вязкотекучее состояние при 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). В последние годы поливинилхлорид применяется для получения кровельных материалов, а также оконных и дверных блоков.

Продукт на основе поливинилхлорида с содержанием хлора до 60... 80 % называется перхлорвинил. Он легко растворяется в органических растворителях и применяется для изготовления красок.

Поливинилацетат — прозрачный, бесцветный, при комнатной температуре жесткий полимер. Плотность его 1 190 кг/м3; при нагревании до 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. Для снижения хрупкости в поливинилацетат вводится пластифицирующая добавка; 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 в количестве 5, 10, 15 и 50% (соответственно индексы марок дисперсий 2,5; 5; 7 и 20). Марки непластифицированных дисперсий: Д50Н, Д50С, Д50В и Д60В; пластифицированных: ДФ 49/2,5Н; ДФ 48/5С и т.д. По внешнему виду они практически не отличаются одна от другой. ПВАД разбавляется водой в любом соотношении и хорошо совмещается с цементом и гипсом.

Недостатками материалов на основе дисперсий поливинилацетата является их чувствительность к воде: набухание, появление высолов, а также возможная коррозия металла при нанесении дисперсии на его поверхность (рН дисперсии 4,0... 6,0).

Поливиниловый спирт — кристаллический, прозрачный, водорастворимый полимер с высокой прочностью, стойкостью к истиранию, плотностью 1200... 1300 кг/м3, стойкостью к действию масел, жиров и большинства органических растворителей. В строительстве этот полимер еще не нашел широкого применения. Он используется в качестве эмульгатора и стабилизатора при приготовлении полимерцементных растворов и бетонов, а также как полимерная добавка к растворам и мастикам (например, в шпатлевочных составах).

Полиакрилаты — полимеры производных акриловой и метакриловой кислот. Метакриловые полимеры имеют более высокие характеристики. Из полиакрилатов в строительстве наибольшее применение находит полимер метакриловой кислоты.

Полиметилметакрилат — 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 1 180 кг/м3, предел прочности при изгибе — 80... 140 МПа. Однако органическое стекло по сравнению с обычным имеет меньшую поверхностную твердость. Применяется полиметилметакрилат для остекления зданий, в особенности теплиц, оранжерей, плавательных бассейнов, для устройства светопрозрачных ограждений, изготовления труб, в производстве моющихся обоев и в виде эмульсий для красок, лаков, грунтовок.

Мягкие акриловые полимеры, получаемые методом эмульсионной полимеризации, не содержащие пластификаторов, обладают высокой масло- и атмосферостойкостью. На их основе могут изготавливаться гидроизоляционные пленки. Благодаря совместимости этих полимеров с нитро — и ацетилцеллюлозой их вводят в состав целлюлозных лаков для увеличения адгезии, водостойкости и атмосферостойкости. Акриловые дисперсии применяют для придания водонепроницаемости бетону, в качестве грунтовки при внутренней окраске стен, для пропитки пористых строительных материалов.