Лекции по "Коррозии строительных материалов"

     Сырьем  для полимеров служит также каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля и содержащий фенол и другие компоненты.

     В производстве синтетических материалов применяют также получаемые из воздуха  азот и кислород, воду и ряд других широко распространенных веществ.

     Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна. В слоистые пластики часто вводят в качестве наполнителей бумагу, ткани, древесный шпон и другие листовые материалы. Наполнители значительно сокращают потребность в дорогом полимере и тем самым намного удешевляют изделия из пластмасс.

       Наполнители также улучшают некоторые  свойства изделий – повышают  теплостойкость, а в слоистых  и листовых – повышают сопротивление  растяжению и изгибу, т.е. действуют  как арматура в бетоне.

     Пластификаторы – вещества, добавляемые к полимеру для повышения его эластичности и уменьшения хрупкости. Молекулы жидкого пластификатора проникая между звеньев цепей полимера, увеличивают расстояние и ослабляют связи между ними.

     В пластмассы также вводят катализаторы и отвердители, которые инициируют реакции полимеризации и ускоряют процесс отверждения пластмасс.

    Стабилизаторы способствуют сохранению структуры и свойств пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение (которое в принципе неизбежно и является их серьезным недостатком) при воздействии солнечного света, кислорода воздуха, нагрева и других неблагоприятных факторов.

    В пластмассы вводят органические красители – нигрозин, хризодин и некоторые неорганические пигменты – охру, мумие, сурик, ультрамарин, белила и др.

    Положительные свойства пластмасс – это возможность получить материалы со следующими высокими показателями:

    – малая плотность в пределах 20…2200 кг/м³;

• высокие прочностные характеристики – у текстолита R_р достигает 150 МПа, у деревопластика – R_р = 350 МПа, а R_сж = 200 МПа;
• низкая теплопроводность, особенно для поропластов l = 0,03 Вт/(м·ºC), т.е. близкий к l воздуха;
• высокая химическая стойкость;
• высокая устойчивость к коррозионным воздействиям;
• способность окрашиваться в различные цвета и оттенки;
• малая истираемость, что позволяет внедрять их как материал для покрытия полов;
• прозрачность и способность пропускать ультрафиолетовую часть спектра при плотности вдвое меньшей, чем у стекла;
• технологическая легкость обработки (пиление, сверление, фрезерование, строгание и др.) и легкое склеивание как между собой, так и в любом сочетании с другими материалами (дерево, резина, металл и пр.);
• относительная легкость сварки пластмассовых изделий (например, в струе горячего воздуха);
• способность некоторых пластмасс образовывать тонкие пленки в сочетании с их высокой адгезией к ряду материалов, позволяющая на их основе развернуть производство синтетических лаков и красок, а также выпускать рулонные защитные пленки;
• наличие в стране обширной сырьевой базы для их производства (природные газы, газы нефтепереработки).

    Вместе  с тем пластмассы имеют ряд  серьезных недостатков, которые следует учитывать при их внедрении:

      – низкая теплостойкость (от + 70 до + 200 ºC);

      – малая поверхностная твердость;

• высокий коэффициент термического расширения (в пределах 25…120·10^-6, т.е. в 3… 19 раз больше, чем у стали);
• повышенная ползучесть, особенно заметная при повышенных температурах;
• горючесть с выделением вредных газов, что привело к запрещению применения некоторых видов отделочных пластиков, выделяющих при горении фосген;

   – токсичность при эксплуатации, которую  потребителю обнаружить трудно, а производители, особенно западные, часто скрывают эту особенность безудержно рекламируя пластиковые окна и другие готовые изделия из пластмасс, которые выделяют хлор, хотя и очень слабой концентрации. 

   12.3 Классификация и строение полимеров

   По  составу основной цепи макромолекул полимеры делят на три группы:

   – карбоцепные полимеры, молекулярные цепи которых содержат лишь атомы углерода (полиэтилен, полиизобутилен и т.п.);

                                       

      С         С        С         С       

                                       

    – гетероцепные полимеры, в цепи которых кроме атомов углерода входят атомы кислорода, серы, азота, фосфора (эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные полимеры и т.п.); 

                                           

       С          О          С         О               

                                       

     – элементоорганические полимеры, в цепях  которых содержатся атомы кремния, алюминия, титана и некоторых других элементов, не входящих в состав органических полимеров;

 

     

                  R                            R                            R        

                                                         

                   Si        О           Si           О               Si                                 

                                                          

                    Н                          Н                               Н      

     В зависимости от метода получения  полимеры делят на полимеризационные и поликонденсационные.

     Полимеризационные полимеры (полиэтилен, полиизобутилен, полистирол, полиметилметакрилат и т.п.) получают из мономеров методом их присоединения друг к другу – полимеризацией.

     Химический  состав таких полимеров и их исходного  мономера одинаков.

    Поликонденсационные полимеры (фенолформальдегидные, мочевиноальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиамидные и т.п.) получают отщеплением избыточных молекул побочных продуктов: воды, хлористого водорода, аммиака и др. Такой метод получения полимеров называют поликонденсацией, а химический состав полимера отличается от состава исходных низкомолекулярных веществ.

    Термопластичными (термопластами) называют полимеры, способные обратимо размягчаться при нагреве, переходя в вязкоупругое (каучукоподобное) состояние, и отверждаться при охлаждении, сохраняя основные свойства.

    Термореактивными  (или реактопластами) называют полимеры, которые после отверждения из-за прочных межмолекулярных связей при нагреве не переходят в пластичное состояние, а ведут себя подобно древесине: при высокотемпературном нагреве они разрушаются и загораются. 

    12.4 Получение полимеров и их свойства

    Полимеризационные полимеры.

     Полиэтилен (--СН₂-- СН₂--)_n получают путем полимеризации этилена. Это белый твердый роговидный продукт, выпускаемый в виде гранул диаметром 3…5 мм или в виде белого порошка.

    Полиэтилен  один из самых легких полимеров –  его плотность                                       r = 0,92…0,97 г/см³, R_р = 12…32 МПа и W =0,03 …0,04%, что в сочетании с высокой химической стойкостью и морозостойкостью позволяет его широко применять как конструкционный материал. Но следует учитывать, что он имеет малую твердость, ограниченную теплостойкость (108…130 ºC) и большой коэффициент теплового расширения.

    Полиэтилен  применяют для изготовления гидроизоляционных материалов, труб, предметов санитарно-технического оборудования.

     Поливинилхлорид (ПВХ) является продуктом полимеризации мономера – винилхлорида (СН₂ = СНСl), который в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с эфирным запахом. Винилхлорид (хлорвинил) получают из ацетилена или из дихлорэтана. Этот материал используют в основном для производства разнообразных материалов для чистых полов: безосновного линолеума, линолеумов на тканевой и тепловой основе, многослойных линолеумов, плиток для полов. ПВХ стоек к действию кислот, щелочей, спирта, бензина, смазочных масел.

 

     

       Из него изготовляют канализационные  и технологические трубы и  фитинги к ним, плинтуса, поручни,  ячеистые ТИМ.

    Недостатком ПВХ является резкое понижение прочности  при повышении температуры, а также ползучесть при длительном действии нагрузки.

      Перхлорвинил получают хлорированием ПВХ в хлорбензоле до содержания 60…80% хлора. ПХВ составы отлично служат как фасадные краски, поскольку являются устойчивыми к агрессивным средам (кислотам, щелочам, и др.) и повышают долговечность таких покрытий. Температура размягчения ПХВ 85…100 ºC.

    Полистирол  является одним из наиболее применяемых полимеров. Его получают путем полимеризации мономера – стирола (винилбензола) С₆Н₅СН = СН₂. Стирол получают из этилена и бензола. В противоположность мономеру полистирол лишен запаха и вкуса, физиологически безвреден. При обычной температуре полистирол представляет собой твердый прозрачный материал, похожий на стекло, пропускающий до 90% видимой части спектра. Выпускают его в виде гранул (6…10 мм), мелкого и крупного порошка и бисера.

    Полистирол  достаточно прочен (R_р = 35…60 МПа,  R_сж = 80…110 МПа), водостоек, хорошо сопротивляется действию концентрированных кислот (кроме азотной и ледяной уксусной), противостоит растворам щелочей (с концентрацией до 40%).

      Облицовочные плиты из полистирола  часто применяют взамен керамических  глазурованных для облицовки  стен ванных комнат, санузлов, кухонь, лабораторных помещений и т.п.

     К недостаткам полистирола относят невысокую теплостойкость, хрупкость, проявляющуюся при ударных нагрузках.

    Полиметилметакрилат (органическое стекло) является продуктом полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. Органическое стекло имеет высокую прозрачность, бесцветно, способно пропускать ультрафиолетовые лучи, обладает светостойкостью и атмосферостойкостью. При температуре выше 90ºC полимер становится эластичным и легко формуется. Он легко режется, шлифуется, но оргстекло имеет плохую абразивостойкость и теплостойкость, не стойко в растворах кислот и щелочей, слишком легко растворяется в большинстве органических растворителей (ацетон и т.п.), при соприкосновении с огнем вспыхивает и горит ярким пламенем.

    Поливинилацетат (ПВА) получают при полимеризации винилацетата (сложного эфира уксусной кислоты и винилового спирта).

     Из  ПВА готовят эмульсионные краски, клеи, мастики. Водные дисперсии применяют  для устройства бесшовных полов, при разведении водой эмульсии ПВА  служат для покраски стен и потолков внутри помещений; их также вводят в бетоны и растворы с целью увеличения водонепроницаемости и химической стойкости.

    Полиизобутилен (--СН₂—С(СН₃)₂--)n представляет собой эластичный каучукоподобный материал. Он легок как и полиэтилен, но значительно эластичнее и способен выдержать относительное удлинение 1000…2000%. Он применяется в различных герметиках.

      Из него изготовляют липкие  ленты, линолеумные клеи, гидроизоляционные  материалы.

     Синтетические каучуки в зависимости от исходных компонентов выпускают разных видов: изопреновый, бутадиеновый, хлорпреновый, бутадиен-стирольный и др.

 

     

       Применяют их для изготовления  клеев и мастик, служащих для  приклеивания рулонных или плиточных  покрытий чистых полов. Каучуки  используют в качестве компонентов  герметиков, а также для модификации  других полимеров для придания им упругих свойств. 

    12.5 Полимерные материалы и изделия  для строительства

    Материалы для полов

     Линолеум выпускают безосновный и на теплозвукоизоляционной основе (тканевой, войлочной, вспененной).

     Любой линолеум имеет два или более  слоев. Верхний лицевой полимерный слой содержит меньше наполнителей, более стоек к истиранию, эластичен и декоративно оформлен. Последний слой более жесткий, содержит меньше полимера и больше наполнителей, чем лицевой слой. Наполнителями служат тонкие минеральные порошки (мел, тальки др.).