Введение……………………...……………………….. ………………………….3

1. Полимеры ………....……………………………………………………... 4
2. Свойства термопластичных полимеров …………..………………………8
3. Полиэтилен……………………………………….…….… …………..….....9
4. Полиизобутилен ………..…………………………………………………12
5. Полистирол……………..………………………………… ……………….13
6. Поливинилхлорид……..…………………………… ……………………..15
7. Поливинилацетат……………………………………… …………………..17
8. Поливиниловый спирт…………………………………………………….18
9. Полиакрилаты и полиметилметакрилат…………………………… …….19
10. Синтетические каучуки…………………………………………………... 20

Заключение…………………………………………………… …………….......22

Список используемых источников……………………………………………23

Введение

Термопластичные полимеры - полимеры с линейной структурой молекул. Материалы способны размягчаться при нагреве и восстанавливаться при охлаждении. К этой группе материалов относят: полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат, а также полиамидные и инден-кумароновые полимеры.

Целью данной работы является изучение термопластичных полимеров, их строение, состав. И в каких областях они применяются.

1. Полимеры

Полимером называется органическое вещество, длинные молекулы которого построены из одинаковых многократно повторяющихся звеньев - мономеров. По происхождению полимеры делятся на три группы.

Природные образуются в результате жизнедеятельности растений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Это протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс.

Обычно природные полимеры подвергаются операциям выделения очистки, модификации, при которых структура основных цепей остается неизменной. Продуктом такой переработки являются искусственные полимеры. Примерами являются натуральный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляющий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфарой для повышения эластичности.

Природные и искусственные полимеры сыграли большую роль в современной технике, а в некоторых областях остаются незаменимыми и до сих пор, например в целлюлозно-бумажной промышленности. Однако резкий рост производства и потребления органических материалов произошел за счет синтетических полимеров – материалов, полученных синтезом из низкомолекулярных веществ и не имеющих аналогов в природе. Развитие химической технологии высокомолекулярных веществ - неотъемлемая и существенная часть современной НТР. Без полимеров уже не может обойтись ни одна отрасль техники, тем более новой. По химической структуре полимеры делятся на линейные, разветвленные, сетчатые и пространственные.

Молекулы линейных полимеров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. При нагревании вязкость таких полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния (рис. 1).

Рис.1. Схематическая диаграмма вязкости термопластичных полимеров в зависимости от температуры: Т 1 – температура перехода из стеклообразного в высоко эластичное состояние, Т 2 – температура перехода из высокоэластичного в вязкотекучее состояние.

Поскольку единственным следствием нагрева является изменение пластичности, линейные полимеры называют термопластичными. Не следует думать, что термин «линейные» обозначает прямолинейные, наоборот, для них более характерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность. Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под действием реагентов.

Разветвленные (привитые) полимеры более прочны, чем линейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров.

Сетчатая структура характерна тем, что цепи связаны друг с другом, а это сильно ограничивает движение и приводит к изменению как механических, так и химических свойств. Обычная резина мягка, но при вулканизации серой образуются ковалентные связи типа S-0, и прочность растет. Полимер может приобрести сетчатую структуру и спонтанно, например, под действием света и кислорода произойдет старение с потерей эластичности и работоспособности. Наконец, если молекулы полимера содержат реакционно-способные группы, то при нагревании они соединяются множеством прочных поперечных связей, полимер оказывается сшитым, т. е. приобретает пространственную структуру. Таким образом, нагрев вызывает реакции, резко и необратимо изменяющие свойства материала, который приобретает прочность и высокую вязкость, становится нерастворимым и неплавким. Вследствие большой реакционной способности молекул, проявляющейся при повышении температуры, такие полимеры называют термореактивными.

Рис.2.

Термопластичные полимеры получают по реакции полимеризации, протекающей по схеме пМ М п (рис.2), где М - молекула мономера, М п - макромолекула, состоящая из мономерных звеньев, п - степень полимеризации. При цепной полимеризации молекулярная масса нарастает почти мгновенно, промежуточные продукты неустойчивы, реакция чувствительна к присутствию примесей и требует, как правило, высоких давлений. Неудивительно, что такой процесс в естественных условиях невозможен, и все природные полимеры образовались иным путем. Современная химия создала новый инструмент - реакцию полимеризации, а благодаря ему большой класс термопластичных полимеров. Реакция полимеризации реализуется лишь в сложной аппаратуре специализированных производств, и термопластичные полимеры потребитель получает в готовом виде.

Реакционно-способные молекулы термореактивных полимеров могут образоваться более простым и естественным путем - постепенно от мономера к димеру, потом к тримеру, тетрамеру и т. д. Такое объединение мономеров, их «конденсацию», называют реакцией поликонденсации; она не требует ни высокой чистоты, ни давлений, но сопровождается изменением химического состава, а часто и выделением побочных продуктов (обычно водяного пара) (рис. 2). Именно эта реакция реализуется в природе; она может быть легко осуществлена за счет лишь небольшого нагрева в самых простых условиях, вплоть до домашних. Такая высокая технологичность термореактивных полимеров предоставляет широкие возможности изготовлять различные изделия на нехимических предприятиях, в том числе на радиозаводах.

Независимо от вида и состава исходных веществ и способов получения материалы на основе полимеров можно классифицировать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи. Я не буду особо заострять внимание на всех этих продуктах, расскажу лишь о самых широко используемых. Необходимо показать, насколько велика потребность полимерных материалов в наше время, а, следовательно, и важность их переработки. Иначе проблема была бы просто необоснованна.

1. Свойства термопластичных полимеров

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.

1. Полиэтилен

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.

Существуют два принципиально различающихся способа получения полиэтилена из мономера - этилена. Полимеризацию этилена по первому способу проводят при высоком давлении (1500-3000 атм). В этом случае получают полиэтилен низкой плотности (порядка 500 мономерных звеньев). Молекулы полиэтилена низкой плотности имеют разветвленную структуру, что показано на (рис. 3, а):

Рис. 3. Структура полиэтилена: а- низкой плотности; б- высокой плотности

Рис. 3.а. Полиэтилен разветвленного строения

Другим, более современным способом получения полиэтилена является полимеризация этилена при небольшом давлении (1 -10 атм) в присутствии особых катализаторов.

Таким образом получают полимер высокой плотности (порядка 10 000 мономерных звеньев). Особенностью этого процесса является получение молекул полимера линейной структуры (рис. 3.б):

Рис. 3.б. Полиэтилен линейного строения

Полиэтилен высокой плотности обладает значительно лучшей механической прочностью по сравнению с полиэтиленом низкой плотности.

Полиэтилен низкой плотности применяют для изготовления упаковочных материалов, пакетов для хранения пищевых продуктов или одежды.

Полиэтилен высокой плотности используют для изготовления детских игрушек, а также пакетов для молока, соков и жидких моющих средств.

Применение полиэтилена показано на (рис. 4):

Рис. 4. Применение полиэтилена: 1- трубы; 2-одноразовые шприцы; 3-детские игрушки; 4- детали механизмов; 5- пленка для парников;

6-предметы домашнего обихода; 7- клейкая лента; 8- пакеты

1. Полиизобутилен

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.

Полиизобутилен является продуктом полимеризации изобутилена молекулы которого, обладая двойной связью и асимметрией, легко полимеризуются. Длина цепей (молекулярная масса) полимера зависит в основном от условий полимеризации, чистоты и концентрации мономера и природы катализатора.

Полиизобутилен с молекулярной массой ниже 50 000 представляет собой жидкость, вязкость которой увеличивается с повышением степени полимеризации. В строительной технике применение находят в основном твердые полиизобутилсиы, обладающие средней молекулярной массой 100000-500000.

их строение, свойства, применение.
Термопластичные и термореактивные полимеры

Урок-исследование 11 класс

Цели. Продолжить знакомство с высокомолекулярными соединениями на примере пластмасс. Иметь представление о пластмассах, их составе и свойствах, особенностях термореактивных и термопластичных полимеров, способах их получения и областях применения. Научить учащихся доказывать некоторые свойства пластмасс в ходе выполнения химического эксперимента. Способствовать дальнейшему развитию интеллектуальных умений и навыков. Пропагандировать здоровый образ жизни, убеждать в необходимости охраны окружающей среды. Развивать логическое мышление учащихся, умение анализировать, сравнивать, делать выводы.

Форма проведения урока – урок-исследование (2 ч).

Оборудование и реактивы. Карточки с заданиями и теоретическим материалом, магнитофон, кассета с записью инструментальной музыки, спиртовка, спички, штатив для пробирок, пробиркодержатель, пробирки, химические стаканы, тигельные щипцы; образцы пластмасс (раздаточный материал), изделия из пластмасс, изготовленные по разным технологиям и с разной маркировкой (куски линолеума, кожзаменителя, полиэтиленовые пакеты, пластмассовая посуда, предметы бытовой химии, косметика, парфюмерия, лекарства в пластмассовых упаковках, пластиковые бутылки из-под растительного масла и газированной воды, шприцы), вода, серная кислота, щелочь.

План

«Мягкая посадка».
Ода пластмассам.
Пластмассы и их значение.
Составные части пластмасс.
Немного истории...
Классификация пластмасс. Термопластичные и термореактивные полимеры.
Самостоятельное изучение теоретического материала (работа в группах).
Выступления учащихся, проведение исследований, выполнение химического эксперимента.
Тест.
Рефлексия.
Заключительное слово учителя.

ХОД УРОКА

Сообщение учителем темы, цели и задач урока. Фронтальный опрос по домашнему заданию, в ходе которого учащиеся, правильно ответившие на вопрос учителя, получают оценки и садятся на свое место.

Мягкая посадка ожидает вас,
Сядет тот за парту, кто покажет класс,
Грамотно ответив на вопрос любой,
Останетесь довольны оценкой и собой.

1. Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединениям (ВМС)?

(ВМС – это соединения, молекулы которых
состоят из большого числа
повторяющихся звеньев.)

2. Приведите примеры природных ВМС.

(Органические соединения – целлюлоза,
белки, крахмал, натуральный каучук;
неорганические – графит, силикаты.)

3. Что представляют собой искусственные и синтетические ВМС?

(Искусственные ВМС получают из природных ВМС,
используя химические методы, которые
не изменяют главную цепь. Синтетические
ВМС получают при помощи реакций
полимеризации и поликонденсации
низкомолекулярных веществ.)

4. Приведите примеры искусственных и синтетических полимеров.

(Искусственные органические полимеры –
ацетил-целлюлоза, нитроцеллюлоза, резина;
синтетические органические полимеры –
полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, капрон, лавсан, каучуки;
синтетические неорганические полимеры – стекловолокно,
керамические волокна.)

5. Как с греческого языка переводятся слова «полимер» и «мономер»?

(«Поли» – много, «моно» – один, «мерос» – часть.
Полимеры – это высокомолекулярные соединения.
Мономеры – это низкомолекулярные вещества,
из которых получают полимеры.)

6. Что такое «степень полимеризации»?

(Степенью полимеризации (поликонденсации)
называют среднее число структурных звеньев
в молекуле полимера.)

7. Что такое «структурное звено»?

(Повторяющийся участок структуры
молекулы полимера называют структурным звеном.)

8. Какие полимеры называют полимерами стереорегулярного строения?

(Полимеры стереорегулярного строения
имеют регулярно расположенные радикалы
по одну или по обе стороны главной цепи.)

9. Чем отличаются реакции полимеризации от реакций поликонденсации?

(В ходе реакций полимеризации образуются только полимеры;
при реакциях поликонденсации образуется полимер
и в качестве побочных продуктов – низкомолекулярные вещества.)

10. В чем особенность понятия «молекулярная масса полимера»?

(Указываемая для полимера относительная молекулярная масса
является его средней относительной молекулярной массой,
т.к. степень полимеризации не является величиной постоянной.)

Ода пластмассам

Воспеть в стихах решила я
Не шум осеннего дождя,
Не ураган сверх всякой меры –
Пластмассы, в общем, полимеры.
И оду скромную свою
Я им сегодня ниспошлю.

Не знает нынче лишь невежда:
Для книг обложки и одежда,
Линолеум, пенал, портфель,
Игрушек ярких карусель,
Клеенки, куклы, изоленты,
Обои, трубы и брезенты,
Компьютер, телефон, часы,
И что-то просто для красы,

Кожзаменитель и тефлон,
В диванах, креслах – поролон,
В машинах разные детали,
В квартирах окна ими стали,
На стенах и на потолках
Панели, плитка – просто ах!
И упаковкой людям служат,
Имея их, врачи не тужат.

Там, где и легкость, и прочность нужна,
И оптимальной должна быть цена,
Чтоб вещь не билась и не ломалась,
В кислотах и щелочах не растворялась,
Здесь вам на помощь приходит пластмасса –
Вот материал наивысшего класса!
Могу я оду завершить –
Нам без пластмассы не прожить!

Но… в завершении стиха
Вопрос возник: «В них нет греха?»
Я предлагаю вам собраться,
Во всем детально разобраться.
Мы все исследуем, сравним,
Рекомендации дадим.
Вот цель урока – все узнать,
Чтоб в своей жизни применять.

Пластмассы и их значение

Пластмассы (пластические массы, пластики) – это большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия.

Эти вещества состоят в основном из углерода С, водорода Н, кислорода О и азота N. Все полимеры имеют высокую относительную молекулярную массу – от 10 000 до 500 000 и более (для сравнения – кислород О 2 имеет относительную молекулярную массу, равную 32). Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое число атомов.

Некоторые органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами. В ряде случаев в качестве сырья применяют природные полимеры – целлюлозу, каучук или канифоль. Чтобы достичь желаемой эластичности, их подвергают различным химическим реакциям. Например, целлюлозу посредством разнообразных реакций можно превратить в бумагу, моющие средства и другие ценные материалы; из каучука получают резину и изолирующие материалы, используемые как покрытия; канифоль после химической модификации становится более прочной и устойчивой к действию растворителей.

Хотя модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство используемых пластмасс являются синтетическими. Органическое вещество с небольшой молекулярной массой (мономер) сначала превращают в полимер, который затем прядут, отливают, прессуют или формуют в готовое изделие. Сырьем обычно являются простые, легкодоступные побочные продукты угольной и нефтяной отраслей промышленности или производства удобрений.

Составные части пластмасс

К составным частям пластмасс относятся: полимер (смола), наполнители, пластификаторы (эфиры), стабилизаторы, красители.

Например, термореактивные смолы по своей природе хрупкие и, за исключением фенольных, редко используются без волокнистых наполнителей. Чаще всего в качестве наполнителей применяют древесные опилки, хлопковые очесы, целлюлозные волокна и ткани, асбест и стекловолокно. Последнее позволяет получать слоистые структуры со значительно большей прочностью, чем целлюлозные или органические волокна.

Немного истории…

Первыми пластическими массами были эбонит (1843), целлулоид (1872) и галалит (1897), созданные на основе химически модифицированных природных полимеров – натурального каучука, нитроцеллюлозы и белковых веществ. Получение первых синтетических смол и пластмасс относится к началу ХХ столетия. В начале столетия был освоен выпуск фенопластов (первые синтетические ВМС – бакелит и карболит представляют собой фенолформальдегидные смолы, полученные поликонденсацией фенола с формальдегидом), а после первой мировой войны – аминопластов. В 1930-х гг. начался промышленный выпуск полистирола, поливинилхлорида, полиметилметакрилата и др.

Классификация пластмасс.
Термопластичные и термореактивные полимеры

Термопластами называют все линейные или слегка разветвленные полимеры. Термопластичность – это свойство пластмасс многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. При этом физическом процессе, похожем на повторяющиеся плавление и кристаллизацию, химических изменений не происходит.

Реактопласты (термореактивные, или термоотверждающиеся, пластмассы). Если процесс полимеризации протекает более чем в двух направлениях, то возникают молекулы, образующие не линейные цепи, а трехмерную сетку, реактопласты. Эти полимеры можно размягчить нагреванием, но при охлаждении они превращаются в твердые неплавящиеся тела, которые невозможно снова размягчить без химического разложения. Необратимое затвердевание вызывается химической реакцией сшивки цепей.

Важным процессом этого типа является присоединительная полимеризация дивинилбензола:

где R и R" – арилалкильные радикалы нелинейной полимеризации.

В дивинилбензоле две двойные винильные связи. В ходе полимеризации они образуют трехмерную сетчатую структуру. При нагревании полученный полимер медленно разлагается.

Хорошо известный реактопласт – фенолоформальдегидную смолу – получают поликонденсацией фенола с формальдегидом. Гидроксильная группа повышает активность атомов водорода бензольного кольца в положениях 2, 4 и 6, что позволяет образовывать связи в нескольких направлениях:

2,4,6-Тригидроксиметилфенол, реагируя с фенолом, отщепляет воду и образует трехмерную сетчатую структуру. Начальная стадия выглядит следующим образом:

Из вышесказанного следует простой и логичный вывод: все линейные полимеры термопластичны, а все сшитые сетчатые полимеры реактопластичны (термореактивны). Очевидно, структура мономерных единиц и их функциональных групп позволяет предсказать тип пластмассы, получаемой при полимеризации.

Печатается с продолжением

Термопластичными называют полимеры, способные много­кратно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объяс­няются линейным строением их макромолекул. При нагревании взаимодействие между молекулами ослабевает и они могут сдви­гаться одна относительно другой (как это происходит с частицами влажной глины), полимер размягчается, превращаясь при дальней­шем нагревании в вязкую жидкость. На этом свойстве базируются различные способы формования изделий из термопластов, а также соединение их сваркой.

Однако на практике не все термопласты так просто можно переве­сти в вязкотекучее состояние, так как температура начала термиче­ского разложения некоторых полимеров ниже температуры их перехода в вязкотекучее состояние (это характерно, в частности, для поливинилхлорида, фторпластов и др.). В таком случае используют различные технологические приемы, снижающие температуру теку­чести (например, вводят пластификаторы) или задерживающие тер­модеструкцию (введением стабилизаторов, переработкой в среде инертного газа).

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в пра­вильно подобранных растворителях. Тип растворителя зависит от хи­мической природы полимера. Растворы полимеров, даже очень небольшой концентрации (2...5 %), отличаются довольно высокой вязкостью, причиной этого являются большие размеры полимерных молекул по сравнению с молекулами обычных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь переходит в твердое состояние. На этом основано использование растворов тер­мопластов в качестве лаков, красок, клеев и вяжущего компонента в мастиках и полимеррастворах.

К недостаткам термопластов относятся низкая теплостойкость (обычно не выше 80...120 °С), низкая поверхностная твердость, хруп­кость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склонность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

Но положительные свойства пластмасс на основе термопластич­ных полимеров с лихвой компенсируют недостатки по­следних. Среди термопластов выделяют группу важнейших, называе­мых многотоннажными, годовое производство которых в мире достигает более 5 млн т в год (табл. 9.2). С учетом низкой плотности полимеров (почти в 8 раз ниже, чем у стали) объемы их производства сравнимы с объемами производства металлов.

Таблица 9.2. Объемы производства главнейших термопластичных полимеров в мире (данные на 2001 г.)

В строительстве используется около 20...25 % производимых по­лимеров. Главнейшие термопластичные полимеры, применяемые в строительстве,- поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен и по­липропилен, а также поливинилацетат, полиакрилаты, полиизобути-лен и др.

Кроме полимеров, получаемых из одного мономера, синтезируют сополимеры - продукты, получаемые совместной полимеризацией (сополимеризацией) двух и более мономеров. В таком случае образу­ются материалы с новым комплексом свойств. Так, винилацетат по-лимеризуют совместно с этиленом для получения сополимера более прочного и водостойкого, чем поливинилацетат, но сохраняющего его высокие адгезионные свойства. Широкий спектр сополимеров выпускают на базе акриловых мономеров.

Полиэтилен (-СН^ - СН^ -)„ - продукт полимеризации этиле­на - самый распространенный в наше время полимер. Полиэтилен роговидный, жирный на ощупь, просвечивающийся материал, легко режется ножом; при поджигании горит и одновременно плавится с ха­рактерным запахом горящего парафина. При комнатной температуре полиэтилен практически не растворяется ни в одном из растворите­лей, но набухает в бензоле и хлорированных углеводородах; при тем­пературе выше 70...80 °С он растворяется в указанных растворителях.

Полиэтилен обладает высокой химической стойкостью, биологи­чески инертен. Под влиянием солнечного излучения (УФ его состав­ляющей) полиэтилен стареет, теряя эксплуатационные свойства.

Впервые полиэтилен был синтезирован в 1932 г. методом высоко­го давления. Более эффективный метод низкого давления появился в 1953 г. В настоящее время полиэтилен синтезируют несколькими ме­тодами. При этом получают полиэтилен двух типов: высокой плотно­сти (на изделиях из него стоит аббревиатура PEHD - Polyethilen High Dencity) и низкой плотности (PELD - Polyethilen Low Dencity), различающиеся строением молекул и физико-механиче­скими свойствами (табл. 9.3). Полиэтилен высокой плотности с меньшей разветвленностью молекул имеет большую степень кри­сталличности, чем полиэтилен низкой плотности.

Таблица 9.3. Физико-механические свойства полиэтилена

При нагреве до 50...60 °С полиэтилен снижает свои прочностные показатели, но при этом сохраняет эластичность до минус 60...70°С. Полиэтилен хорошо сваривается и легко перерабатывается в изделия. Из него изготавливают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию. Вспененный полиэтилен в виде листов и труб ис­пользуется для целей теплоизоляции и герметизирующих прокладок (см. п. 16.4).

Недостатки полиэтилена - низкая теплостойкость и твер­дость, горючесть, быстрое старение под действием солнечного света. Защищают полиэтилен от старения, вводя в него напол­нители (сажу, алюминиевую пудру) и/или специальные стаби­лизаторы.

Для повышения теплостойкости полиэтилена производят его мо­лекулярную сшивку. Изделия из сшитого полиэтилена (РЕХ) могут работать при температуре до 95 °С и выдерживать кратковременный нагрев до 125...130 °С. При этом полиэтилен теряет способность сва­риваться. Сшитый полиэтилен используют при производстве труб и электрических кабелей.

Полипропилен [-СН^ - СЩСН^)-]» - полимер, по составу близ­кий к полиэтилену. При синтезе полипропилена образуется несколь­ко различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический.

В основном применяется изотактический полипропилен. Он от­личается от полиэтилена большей твердостью, прочностью и тепло­стойкостью (температура размягчения около 170°С), переход в хрупкое состояние происходит уже при минус 10...20 °С. Плотность полипропилена 920...930 кг/м; прочность при растяжении 25...30 МПа; относительное удлинение при разрыве 200...800 %. Полипро­пилен плохо проводит тепло - Х = 0,15 Вт/(м К).

Максимальная температура эксплуатации для изделий из поли­пропилена 120...140 °С, но изделия, находящиеся в нагруженном со­стоянии, например трубы горячего водоснабжения, не рекомендуется использовать при температуре выше 75 °С.

Применяют полипропилен практически для тех же целей, что и полиэтилен, но изделия из него более жесткие и формоустойчивые.

Атактический полипропилен (АПП) получается при синтезе поли­пропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотакти-ческого полипропилена экстракцией (растворением в углеводородных растворителях). АПП-мягкий эластичный продукт плотностью 840...845 кг/м с температурой размягчения 30...80°С. Применяют АПП как модификатор битумных композиций в кровельных матери­алах (см. п. 16.2).

Полиизобутилен [- СНд - С(СНз)з - СН^ -]„ - каучукоподоб-ный термопластичный полимер, подробно описанный в п. 9.5.

Полистирол (поливинилбензол) [- СН^ - СЩС^Нз) -]„ - проз­рачный полимер плотностью 1050...1080 кг/м; при комнатной тем­пературе жесткий и хрупкий, а при нагревании до 80... 100 °С размяг­чающийся. Прочность при растяжении (при 20 °С) 35...50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах (влияние бензольного кольца, входящего в состав молекул полисти­рола), сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок. Для снижения хрупкости полистирол синтезируют с другими мономерами или совмещают с каучуками (ударопрочный полистирол).

В строительстве полистирол применяют для изготовления теп­лоизоляционного материала - пенополистирола, по структуре анало­гичного ячеистому бетону (плотностью 15...50 кг/м 3), облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях - хороший клей.

Поливинилацетат [- СНд - СЩСН^СОО) -]„ - прозрачный бес­цветный жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м 3 . Поливинилацетат растворим в кетонах (ацетоне), слож­ных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набуха­ет в воде; в алифатических и терпеновых углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не стоек к действию кислот и щело­чей; при нагреве выше 130... 150 °С он разлагается с выделением ук­сусной кислоты. Положительное свойство поливинилацетата - высокая адгезия к каменным материалам, стеклу, древесине.

В строительстве Поливинилацетат применяют в виде поливинила-цетатной дисперсии (ПВАД) - сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поливи-нилацетатную дисперсию получают полимеризацией жидкого ви-нилацетата, эмульсированного в виде мельчайших частиц (до 5 мкм) в воде. Для стабилизации эмульсии винилацетата используют поливи­ниловый спирт [- СН^ - СН(ОН) -]„. При полимеризации капельки винилацетата превращаются в твердые частицы поливинилацетата, таким образом получается поливинилацетатная дисперсия, стабили­затором которой служит тот же поливиниловый спирт. Содержание полимера в дисперсии около 50 %.

Поливинилацетатная дисперсия выпускается средней (С), низ­кой (Н) и высокой (В) вязкости в пластифицированном и непласти­фицированном виде. Пластификатором служит дибутилфталат, содержание которого указывается в марке индексом. В грубодисперс-ной ПВАД, обычно применяемой в строительстве, содержание пласти­фикатора (% от массы полимера): 5...10 (индекс 4), 10...15 (индекс 7) и 30...35 (индекс 20).

По внешнему виду пластифицированная и непластифицирован­ная дисперсии почти не отличаются одна от другой. Поэтому, чтобы определить вид дисперсии, небольшое ее количество наносят на чис­тое стекло и выдерживают при комнатной температуре до высыхания. У пластифицированной дисперсии образуется прозрачная эластич­ная пленка, у непластифицированной - пленка ломкая, снимается со стекла с трудом, крошится.

Необходимо помнить, что пластифицированная дисперсия немо-рбзостойка и при замораживании необратимо разрушается с осажде­нием полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор поставляют в отдельной упаковке. Для пластификации пластификатор перемешива­ют с дисперсией и выдерживают 3...4 ч для его проникновения в части­цы полимера. Непластифицированная дисперсия выдерживает не менее четырех циклов замораживания - оттаивания при температуре до-40 °С. Срок хранения ПВАД при температуре 5... 20 °С - бмес.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. На его ос­нове делают клеи, вододисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов (полимерцементные растворы и бетоны-ем, п. 12.8). Дисперсией, разбавленной до 5...10%-ной концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеивани­ем облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимер-цементных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацета-та - чувствительность к воде: материалы набухают, и на них могут появиться высолы. Это объясняется наличием в дисперсиях заметно­го количества водорастворимого стабилизатора и способностью са­мого полимера набухать в воде. Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (рН 4,5...6), при нанесении на металлические изделия возможна коррозия металла.

Поливинилхлорид (-СН^ - СНС1-)„ - самый распространен­ный в строительстве полимер - представляет собой твердый матери­ал без запаха и вкуса, бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодеструкции может приобрести светло-коричне­вый цвет). Плотность поливинилхлорида 1400 кг/м 3 ; предел прочно­сти при растяжении 40...60 МПа. КЛТРполивинилхлорида 50 lO" 6 ^ 1 , теплопроводность - 0,22 Вт/(м К). Температура текучести поливи­нилхлорида 180...200 °С, но уже при нагревании выше 160 °С он начи­нает разлагаться с выделением НС1. Это обстоятельство затрудняет переработку поливинилхлорида в изделия.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самы­ми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки. Поливинилхлорид хорошо сва­ривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, напри­мер перхлорвиниловым. Положительное качество поливинилхлори­да - высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть.

В строительстве Поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы сайдинг и т. п.) и отделоч­ных декоративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил - продукт хлорирования поливинилхлорида, со­держащий 62,5...64,5 % (по массе) хлора, вместо 56 % в поливинил-хлориде. Плотность перхлорвинила около 1550...1580 кг/м. Он ха­рактеризуется очень высокой химической стойкостью (к кислотам, щелочам, окислителям); трудносгораем. В отличие от поливинилхло­рида перхлорвинил легко растворяется в хлорированных углеводоро­дах, ацетоне, этилацетате, толуоле, ксилоле и других растворителях. Положительное качество перхлорвинила - высокая адгезия к метал­лу, бетону, древесине, коже и поливинилхлориду. Сочетание высо­кой адгезии и хорошей растворимости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски благодаря высокой стойкости этого полимера используют для отделки фасадов зданий (см. п. 18.2 и 18.5). Перхлорвинил - трудно-сгораемый материал.

После работы с составами, содержащими перхлорвиниловый по­лимер, необходимо тщательно вымыть руки горячей водой с мылом и смазать их жирным кремом (вазелином, ланолином и т. п.). При силь­ном загрязнении рук их предварительно вытирают ветошью, смочен­ной в уайт-спирите (применять для этой цели бензол, толуол, этилированный бензин запрещается).

Поликарбонаты - сравнительно новая для строительства группа полимеров - сложных эфиров угольной кислоты. Наибольший инте­рес представляютлинейные ароматические поликарбонаты с молеку­лярной массой (30...35) 10 3 , отличающиеся высокой температурой плавления (250 ± 20) °С и относящиеся к самозатухающим вещест­вам. Они отличаются высокими физико-механическими показателя­ми, мало изменяющимися в интервале температур от- 100до+ 150°С. Плотность поликарбонатов 1200 кг/м; прочность при растяжении 65 ± 10 МПа при относительном удлинении 50...100 %; у них высокая ударопрочность и твердость (НВ 15...16 МПа).

Перерабатывают поликарбонат в изделия экструзией, литьем под давлением горячим прессованием и др. Он легко обрабатывается ме­ханическими методами, сваривается горячим воздухом и склеивается с помощью растворителей. Поликарбонаты оптически прозрачны, устойчивы к атмосферным воздействиям, в том числе и к УФ-облуче-нию. Их широко применяют для электротехнических изделий (розе­ток, вилок, телефонных аппаратов и т.п.). В строительстве листовой поликарбонат и пустотелые (сотовые) панели используют для свето-прозрачных ограждений.

Кумароноинденовые полимеры - полимеры, получаемые полиме­ризацией смеси кумарона и индена, содержащихся в каменноуголь­ной смоле и продуктах пиролиза нефти. Кумароноинденовый полимер имеет небольшую молекулярную массу (менее 3000) и в за­висимости от ее значения может быть каучукоподобным или твердым хрупким материалом. Снизить хрупкость кумароноинденовых поли­меров можно совмещая их с каучуками, фенолформальдегидными смолами и другими полимерами. Эти полимеры хорошо растворяют­ся в бензоле, скипидаре, ацетоне, растительных и минеральных мас­лах. Кумароноинденовые полимеры в расплавленном или растворен­ном виде хорошо смачивают другие материалы, а после затвердевания сохраняют адгезию к материалу, на который были нанесены. Они входят в состав плиток для полов, лакокрасочных материалов и при­клеивающих мастик.

Термопластичными называют полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объясняются линейным строением их макромолекул. При нагревании взаимодейст­вие между молекулами ослабевает и они могут сдвигаться одна отно­сительно другой (как это происходит с частицами влажной глины), полимер размягчается, превращаясь при дальнейшем нагревании в вязкую жидкость. На этом свойстве базируются различные способы формования изделий из термопластов, а тагже соединение их сваркой. Однако на практике не все термопласты так просто можно перевеского разложения некоторых полимеров ниже температуры их теку­чести (поливинилхлорида, фторпластов и др.). В таком случае исполь­зуют различные технологические приемы, снижающие температуру текучести (например, вводя пластификаторы) или задерживающие термодеструкцию (введением стабилизаторов, переработкой в среде инертного газа).

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в правиль­но подобранных растворителях. Тип растворителя зависит от химиче­ской природы полимера. Растворы полимеров, даже очень небольшой концентрации (2...5 %), отличаются довольно высокой вязкостью, при­чиной этого являются большие размеры полимерных молекул по сравнению с молекулами обычных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь переходит в твердое состояние.

На этом основано использование растворов термопластов в качестве лаков, красок, клеев и вяжущего компонента в мастиках и полимер - растворах.

К недостаткам термопластов относятся низкие теплостойкость (обычно не выше 80...120° С), низкая поверхностная твердость, хруп­кость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склон­ность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

Наибольшее применение в строительстве имеют следующие термо­пластичные полимеры: полиэтилен, полипропилен, полистирол, по­ливинилхлорид, перхлорвинил, поливинилацетат и поливиниловый спирт, полиизобутилен, полиакрилаты.

Кроме полимеров, получаемых из одного мономера, синтезируют сополимеры - продукты, получаемые совместной полимеризацией (со - полимеризацией) двух и более мономеров. В таком случае образуются материалы с новым комплексом свойств. Так, винил ацетат полимери - зуют совместно с винилхлоридом для получения сополимера более прочного и водостойкого, чем поливинилацетат, но сохраняющего его высокие адгезионные свойства. Широкий спектр сополимеров выпу­скают на базе акриловых мономеров,

Полиэтилен - продукт полимеризации этилена. Это один из наи­более распространенных полимеров - роговидный, жирный на ощупь, слегка просвечивающийся материал, легко режется ножом; при под­жигании горит и одновременно плавится с характерным запахом горящего парафина. Плотность полиэтилена 920...960 кг/м3. В зависи - . мости от молекулярной массы и способа полимеризации полиэтилен плавится при 90...130° С. При комнатной температуре полиэтилен практически не растворяется ни в одном из растворителей, но набухает в бензоле и хлорированных углеводородах; при температуре выше

70.. .80° С он растворяется в указанных растворителях.

Полиэтилен обладает высокой химической стойкостью, биологи­чески инертен. Прочность при растяжении у него довольно высокая - - 20...45 МПа; но при длительном действии нагрузки, составляющей более 50...60 % от предельной, у полиэтилена начинает проявляться /свойство текучести. Полиэтилен сохраняет эластичность до - 70° С. . Он легко перерабатывается в изделия и хорошо сваривается. Его ■недостатки - низкие теплостойкость и твердость, горючесть и быстрое ■старение под действием солнечного света. Защищают полиэтилен от ■старения, вводя в него наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и В стабилизаторы.

I Из полиэтилена делают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию; вспененный полиэтилен в виде листов и труб і используется для целей тепло - и звукоизоляции и в качестве гермети - : зирующих прокладок (см. § 16.4).

Полипропилен - полимер, по составу близкий к полиэтилену. Прй синтезе полипропилена образуется несколько различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический.

В основном применяется изотактический полипропилен. Он отлиу чается от полиэтилена большей твердостью, прочностью и теплостой­костью (температура размягчения около 170° С), но переход в хрупкое состояние происходит уже при минус 10...20° С. Плотность полипро­пилена 920...930 кг/м3; прочность при растяжении 25...30 МПа. При­меняют полипропилен практически для тех же целей, что и полиэтилен, но изделия из него более жесткие и формоустойчивые.

Атактический полипропилен(АПП) получается при синтезе поли­

пропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотакти - ческого полипропилена экстракцией (растворением в углеводородных растворителях). АПП - мягкий эластичный продукт плотностью

840.. .845 кг/м3 с температурой размягчения 30...80° С. Применяют АПП как модификатор битумных композиций в кровельных материалах (см. § 18.2).

Полиизобутилен - каучукоподобный термопластичный полимер, подробно описанный в § 9.5.

Полистирол (поливинилбензол) - прозрачный жесткий полимер плотностью 1050... 1080 кг/м3; при комнатной температуре жесткий и хрупкий, а при нагревании до 800... 1000° С размягчающийся. Проч­ность при растяжении (при 20° С) 35...50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах (влияние бензольного кольца, входящего в состав молекул полистирола), сложных эфирных и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок. Для снижения хрупкости полистирол синтезируют с другими мономерами или совмещают с каучуками (ударопрочный полистирол).

В строительстве полистирол применяют для изготовления тепло­изоляционного материала - пенополистирола (плотностью 10...50 кг/м3), облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях - хороший клей.

Поливинилацетат - прозрачный бесцветный жесткий при комнат­ной температуре полимер плотностью 1190 кг/м3. Поливинилацетат растворим в кетонах (ацетоне), сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических и герпеновых углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не стоек к действию кислот и щелочей; при нагреве выше 130...150° С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Положительное свойство поливинилацетата - высокая адгезия к каменным материалам, стеклу, древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливинила - цетатной дисперсии (ПВАД) - сметанообразной массы белого или светло - кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поливинил - ацетатную дисперсию получают полимеризацией жидкого винилаце -

тата, находящегося в виде мельчайших частиц (менее 5 мкм) в воде. Для стабилизации эмульсии винил ацетата используют поливиниловый спирт. При полимеризации капельки винилацетата превращаются в твердые частицы поливиналацетата, таким образом получается поли - винилацетатная дисперсия, стабилизатором которой служит тот же поливиниловый спирт. Содержание полимера в дисперсии около 50 %.

Поливинидацетатная дисперсия выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в пластифицированном и непластифици - рованном виде. Пластификатором служит дибутилфталат, содержание которого указывается в марке индексом. В грубодисперсной ПВАД, обычно применяемой в строительстве, содержание пластификатора следующее (% от массы полимера): 5...10 (индекс 4), 10...15 (индекс 7) и 30...35 (индекс 20),

По внешнему виду пластифицированная и непластифицированная дисперсии почти не отличаются одна от другой. Поэтому, чтобы определить вид дисперсии, небольшое ее количество наносят" на чистое стекло и выдерживают при комнатной температуре до высыхания. У пластифицированной дисперсии образуется прозрачная эластичная пленка, у непластифицированной - пленка ломкая, снимается со стек­ла с трудом, крошится.

Необходимо помнить, что пластифицированная дисперсия немо­розостойка и при замораживании необратимо разрушается с осажде­нием полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор поставляют в отдельной упаковке. Для пластификации пластификатор перемешива­ют ш дисперсией и выдерживают 3...4 ч для его проникновения в частицы полимера. Непластифицированная дисперсия выдерживает не. менее четырех циклов замораживания - оттаивания при температуре до - 40° С. Срок хранения ПВАД при температуре 5...20° С - 6 мес.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. На его основе делают клеи, водно-дисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов (полимерцементные растворы и бетоны - см. § 12.8). Дисперсией, разбавленной до 5...10 %-ной кон­центрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимерце - ментных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацетата - чувствительность к воде: материалы набухают, и на них могут появиться высолы. Это объясняется наличием в дисперсиях заметного количества водорастворимого стабилизатора и способностью самого полимера набухать в воде. Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (pH 4,5...6), при нанесении на металлические изделия возможна кор­розия металла.

Поливинилхлорид - самый распространенный в строительстве по­лимер - представляет собой твердый материл без запаха и вкуса,

бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодест­рукции может приобрести светло-коричневый цвет). Плотность поливинилхлорида 1400 кг/м3; предел прочности при растяжении

40.. .60 МПа. Температура текучести поливинилхлорида 180...200° С, но уже при нагревании выше 160° С он начинает разлагаться с выделением НС]. Это обстоятельство затрудняет переработку поливинилхлорида в изделия.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самыми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки. Поливинилхлорид хорошо сва­ривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, например перхлорвиниловым, Положительное качество поливинилхлорида - высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть. .

В строительстве поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы и т. п.) и отделочных деко­ративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил ■- продукт хлорирования поливинлхлорида, содер­жащий 60...70 % (по массе) хлора, вместо.56 % в поливинилхлориде. Плотность перхлорвинила около 1500 кг/м3. Он характеризуется очень высокой химической стойкостью (к кислотам, щелочам, окислителям); трудносгораем. В отличие от поливинилхлорида перхлорвинил легко растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, этилацетате, толуоле, ксилоле и других растворителях. Положительное качество перхлорвинила - высокая адгезия к металлу, бетону, древесине, коже и поливинилхлориду. Сочетание высокой адгезии и хорошей раство­римости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски благодаря высокой стойкости этого полимера используются для отделки фасадов зданий (см. § 18.2 и 18.5).

После работы с составами, содержащими перхлорвиниловый по­лимер, необходимо тщательно вымыть руки горячей водой с мылом и смазать их жирным кремом (вазелином, ланолином и т. п.). При сильном загрязнении рук их предварительно вытирают ветошыо, смо­ченной в уайт-спирите (применять для этой цели бензол, толуол, этилированный бензин запрещается).

Кушроноипдеповые полимеры - полимеры, получаемые полиме­ризацией смеси кумарона и индена, содержащихся в каменноугольной" смоле и продуктах пиролиза нефти. Кумароноинденовый полимер имеет небольшую молекулярную массу (менее 3000) и в зависимости от ее значения может быть каучукоподобным или твердым хрупким материалом. Снизить хрупкость кумароноинденовых полимеров можно совмещая их с каучуками, фенолформальдегидными смолами и други-

ми полимерами. Эти полимеры хорошо растворяются в бензоле, ски­пидаре, ацетоне, растительных и минеральных маслах. Кумароноинде - новые полимеры в расплавленном или растворенном виде хорошо смачивают другие материалы, а после затвердевания сохраняют адгезию к материалу, на который были нанесены. Из них изготовляют плитки для полов, лакокрасочные материалы и приклеивающие мастики.

Термопластичными называют полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объясняются линейным строением их макромолекул. При нагревании взаимодействие между молекулами ослабевает и они могут сдвигаться одна относительно другой (как это происходит с частицами влажной глины), полимер размягчается, превращаясь при дальнейшем нагревании в вязкую жидкость. На этом свойстве базируются различные способы формования изделий из термопластов, а также соединение их сваркой.

Однако на практике не все термопласты так просто можно перевести в вязкотекучее состояние, так как температура начала термического разложения некоторых полимеров ниже температуры их перехода в вязкотекучее состояние (это характерно, в частности, для поливинилхлорида, фторпластов и др.). В таком случае используют различные технологические приемы, снижающие температуру текучести (например, вводят пластификаторы) или задерживающие термодеструкцию (введением стабилизаторов, переработкой в среде инертного газа).

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в правильно подобранных растворителях. Тип растворителя зависит от химической природы полимера. Растворы полимеров, даже очень небольшой концентрации (2…5%), отличаются довольно высокой вязкостью, причиной этого являются большие размеры полимерных молекул по сравнению с молекулами обычных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь переходит в твердое состояние. На этом основано использование растворов термопластов в качестве лаков, красок, клеев и вяжущего компонента в мастиках и полимеррастворах.

К недостаткам термопластов относятся низкая теплостойкость (обычно не выше 80… 120 °С), низкая поверхностная твердость, хрупкость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склонность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

Но положительные свойства пластмасс на основе термопластичных полимеров (см. п. 15.1) с лихвой компенсируют недостатки последних. Среди термопластов выделяют группу важнейших, называемых многотоннажными, годовое производство которых в мире достигает более 5 млн т в год (табл. 9.2). С учетом низкой плотности полимеров (почти в 8 раз ниже, чем у стали) объемы их производства сравнимы с объемами производства металлов.

В строительстве используется около 20…25 % производимых полимеров. Главнейшие термопластичные полимеры, применяемые в строительстве,- поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен и полипропилен, а также поливинилацетат, полиакрилаты, полиизобути-лен и др.

Кроме полимеров, получаемых из одного мономера, синтезируют сополимеры - продукты, получаемые совместной полимеризацией (сополимеризацией) двух и более мономеров. В таком случае образуются материалы с новым комплексом свойств. Так, винилацетат по-лимеризуют совместно с этиленом для получения сополимера более прочного и водостойкого, чем поливинилацетат, но сохраняющего его высокие адгезионные свойства. Широкий спектр сополимеров выпускают на базе акриловых мономеров.

Полиэтилен (-СН2 - СН2 -)„ - продукт полимеризации этилена - самый распространенный в наше время полимер. Полиэтилен роговидный, жирный на ощупь, просвечивающийся материал, легко режется ножом; при поджигании горит и одновременно плавится с характерным запахом горящего парафина. При комнатной температуре полиэтилен практически не растворяется ни в одном из растворителей, но набухает в бензоле и хлорированных углеводородах; при температуре выше 70. ..80 °С он растворяется в указанных растворителях.

Полиэтилен обладает высокой химической стойкостью, биологически инертен. Под влиянием солнечного излучения (УФ его составляющей) полиэтилен стареет, теряя эксплуатационные свойства.

Впервые полиэтилен был синтезирован в 1932 г. методом высокого давления. Более эффективный метод низкого давления появился в 1953 г. В настоящее время полиэтилен синтезируют несколькими методами. При этом получают полиэтилен двух типов: высокой плотности (на изделиях из него стоит аббревиатура PEHD - Polyethilen High Dencity) и низкой плотности (PELD - Polyethilen Low Dencity), различающиеся строением молекул и физико-механическими свойствами. Полиэтилен высокой плотности с меньшей разветвленностью молекул имеет большую степень кристалличности, чем полиэтилен низкой плотности.

При нагреве до 50…60 °С полиэтилен снижает свои прочностные показатели, но при этом сохраняет эластичность до минус 60…70 °С. Полиэтилен хорошо сваривается и легко перерабатывается в изделия. Из него изготавливают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию. Вспененный полиэтилен в виде листов и труб используется для целей теплоизоляции и герметизирующих прокладок.

Недостатки полиэтилена - низкая теплостойкость и твердость, горючесть, быстрое старение под действием солнечного света. Защищают полиэтилен от старения, вводя в него наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и/или специальные стабилизаторы.

Для повышения теплостойкости полиэтилена производят его молекулярную сшивку. Изделия из сшитого полиэтилена (РЕХ) могут работать при температуре до 95 °С и выдерживать кратковременный нагрев до 125… 130 °С. При этом полиэтилен теряет способность свариваться. Сшитый полиэтилен используют при производстве труб и электрических кабелей.

Полипропилен [-СН2 - СН(СН2)-]„ - полимер, по составу близкий к полиэтилену. При синтезе полипропилена образуется несколько различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический.

В основном применяется изотактический полипропилен. Он отличается от полиэтилена большей твердостью, прочностью и теплостойкостью (температура размягчения около 170 °С), но переход в хрупкое состояние происходит уже при минус 10…20 “С. Плотность полипропилена 920…930 кг/м; прочность при растяжении 25…30 МПа; относительное удлинение при разрыве 200…800%. Полипропилен плохо проводит тепло - А. = 0,15 Вт/(м * К).

Максимальная температура эксплуатации для изделий из полипропилена 120… 140 °С, но изделия, находящиеся в нагруженном состоянии, например трубы горячего водоснабжения, не рекомендуется использовать при температуре выше 75 °С.

Применяют полипропилен практически для тех же целей, что и полиэтилен, но изделия из него более жесткие и формоустойчивые.

Атактический полипропилен (АПП) получается при синтезе полипропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотакти-ческого полипропилена экстракцией (растворением в углеводородных растворителях). АПП - мягкий эластичный продукт плотностью 840…845 кг/м с температурой размягчения 30…80 “С. Применяют АПП как модификатор битумных композиций в кровельных материалах (см. п. 16.2).

Полиизобутилен [- СН2 – С(СН3)2 – СН2 -] - каучукоподоб-ный термопластичный полимер, подробно описанный в п. 9.5.

Полистирол (поливинилбензол) [- СН2 - СН(С6Н5) -] - прозрачный полимер плотностью 1050… 1080 кг/м; при комнатной температуре жесткий и хрупкий, а при нагревании до 80… 100 °С размягчающийся. Прочность при растяжении (при 20 °С) 35…50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах (влияние бензольного кольца, входящего в состав молекул полистирола), сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок. Для снижения хрупкости полистирол синтезируют с Другими мономерами или совмещают с каучуками (ударопрочный полистирол).

В строительстве полистирол применяют для изготовления теплоизоляционного материала - пенополистирола (плотностью 15…50 кг/м), облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях - хороший клей.

Поливинилацетат [- СН2 – СН(СН2СОО) -] - прозрачный бесцветный жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м. Поливинилацетат растворим в кетонах (ацетоне), сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических и терпеновых углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не стоек к действию кислот и щелочей; при нагреве выше 130… 150 °С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Положительное свойство поливинилацетата - высокая адгезия к каменным материалам, стеклу, древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливинила-цетатной дисперсии (ПВАД) - сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поливинилацетатную дисперсию получают полимеризацией жидкого винилацетата, эмульсированного в виде мельчайших частиц (до 5 мкм) в воде. Для стабилизации эмульсии винилацетата используют поливиниловый спирт [- СН2 - СН(ОН) -]. При полимеризации капельки винилацетата превращаются в твердые частицы поливинилацетата, таким образом получается поливинилацетатная дисперсия, стабилизатором которой служит тот же поливиниловый спирт. Содержание полимера в дисперсии около 50%.

Поливинилацетатная дисперсия выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в пластифицированном и непласти-фицированном виде. Пластификатором служит дибутилфталат, содержание которого указывается в марке индексом. В грубодисперс-ной ПВАД, обычно применяемой в строительстве, содержание пластификатора следующее (% от массы полимера): 5… 10 (индекс 4), 10… 15 (индекс 7) и 30…35 (индекс 20).

По внешнему виду пластифицированная и непластифицирован-ная дисперсии почти не отличаются одна от другой. Поэтому, чтобы определить вид дисперсии, небольшое ее количество наносят на чистое стекло и выдерживают при комнатной температуре до высыхания. У пластифицированной дисперсии образуется прозрачная эластичная пленка, у непластифицированной - пленка ломкая, снимается со стекла с трудом, крошится.

Необходимо помнить, что пластифицированная дисперсия неморозостойка и при замораживании необратимо разрушается с осаждением полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор поставляют в отдельной упаковке. Для пластификации пластификатор перемешивают с дисперсией и выдерживают 3…4 ч для его проникновения в частицы полимера. Непластифицированная дисперсия выдерживает не менее четырех циклов замораживания - оттаивания при температуре до -40 С. Срокхранения ПВАД при температуре 5…20 С - 6 мес.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. На его основе делают клеи, вододисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов. Дисперсией, разбавленной до 5…10 -ной концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимер-цементных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацета-та - чувствительность к воде: материалы набухают, и на них могут появиться высолы. Это объясняется наличием в дисперсиях заметного количества водорастворимого стабилизатора и способностью самого полимера набухать в воде. Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (рН 4,5…6), при нанесении на металлические изделия возможна коррозия металла.

Поливинилхлорид (-СН2 - СНС1-) - самый распространенный в строительстве полимер - представляет собой твердый материал без запаха и вкуса, бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодеструкции может приобрести светло-коричневый цвет). Плотность поливинилхлорида 1400 кг/м; предел прочности при растяжении 40…60 МПа.

Температура текучести поливинилхлорида 180…200 °С, но уже при нагревании выше 160 °С он начинает разлагаться с выделением НС1. Это обстоятельство затрудняет переработку поливинилхлорида в изделия.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самыми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки.

Поливинилхлорид хорошо сваривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, например перхлорвиниловым. Положительное качество поливинилхлорида - высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть.

В строительстве поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы сайдинг и т. п.) и отделочных декоративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил - продукт хлорирования поливинилхлорида, содержащий 60…70 (по массе) хлора, вместо 56% в поливинилхлори-де. Плотность перхлорвинила около 1500 кг/м. Он характеризуется очень высокой химической стойкостью (к кислотам, щелочам, окислителям); трудносгораем. В отличие от поливинилхлорида перхлорвинил легко растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, этилацетате, толуоле, ксилоле и других растворителях.

Положительное качество перхлорвинила - высокая адгезия к металлу, бетону, древесине, коже и поливинилхлориду. Сочетание высокой адгезии и хорошей растворимости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски благодаря высокой стойкости этого полимера используют для отделки фасадов зданий.

После работы с составами, содержащими перхлорвиниловый полимер, необходимо тщательно вымыть руки горячей водой с мылом и смазать их жирным кремом (вазелином, ланолином и т. п.). При сильном загрязнении рук их предварительно вытирают ветошью, смоченной в уайт-спирите (применять для этой цели бензол, толуол, этилированный бензин запрещается).

Поликарбонаты - сравнительно новая для строительства группа полимеров - сложных эфиров угольной кислоты. Наибольший интерес представляют линейные ароматические поликарбонаты с молекулярной массой (30…35) * 10 , отличающиеся высокой температурой плавления (250 ± 20) °С и относящиеся к самозатухающим веществам. Они отличаются высокими физико-механическими показателями, мало изменяющимися в интервале температур от - 100 до + 150 “С. Плотность поликарбонатов 1200 кг/м3; прочность при растяжении 65 ± 10 МПапри относительном удлинении 50…100 %;уних высокая ударопрочность и твердость (НВ 15…16 МПа).

Перерабатывают поликарбонат в изделия экструзией, литьем под давлением горячим прессованием и др. Он легко обрабатывается механическими методами, сваривается горячим воздухом и склеивается с помощью растворителей. Поликарбонаты оптически прозрачны, устойчивы к атмосферным воздействиям, в том числе и к УФ-облуче-нию. Их широко применяют для электротехнических изделий (розеток, вилок, телефонных аппаратов и т.п.). В строительстве листовой поликарбонат и пустотелые (сотовые) панели используют для свето-прозрачных ограждений.

Кумароноинденовые полимеры - полимеры, получаемые полимеризацией смеси кумарона и индена, содержащихся в каменноугольной смоле и продуктах пиролиза нефти.

Кумароноинденовый полимер имеет небольшую молекулярную массу (менее 3000) и в зависимости от ее значения может быть каучукоподобным или твердым хрупким материалом. Снизить хрупкость кумароноинденовых полимеров можно совмещая их с каучуками, фенолформальдегидными смолами и другими полимерами. Эти полимеры хорошо растворяются в бензоле, скипидаре, ацетоне, растительных и минеральных маслах.

Кумароноинденовые полимеры в расплавленном или растворенном виде хорошо смачивают другие материалы, а после затвердевания сохраняют адгезию к материалу, на который были нанесены. Из них изготовляют плитки для полов, лакокрасочные материалы и приклеивающие мастики.