Пластмассы в строительстве

 

Пластмассы в строительстве применяются как строительные материалы, как по­луфабрикаты и как строительные конструкции.

Строительные материалы — это, например, массы для покрытия полов, уп­лотняющие массы для деформационных швов, добавки к растворам и бетону, а также клеи для керамической плитки.

Полуфабрикаты — это, например, водоотводные трубы, дренирующие тру­бы, покрытия полов, рулонные гидроизоляционные материалы и плиты для тепло- и звукоизоляции.

Строительные элементы — это, например, шахты световых фонарей, водо­сточные трубы и окна. Комплекты для ванных комнат также изготавливаются из пластмассы (рис. «Применение пластмасс»).

 

 

Состав, свойства и описание пластмасс

 

Пластмассы (или, более широко, синтетические материалы) — это материалы, изготавливаемые искусственно (синтетически) из продуктов нефте- и газопере- работки, а также из исходных веществ угля, извести, воды и воздуха. Почти все пластмассы содержат, как и природные органические вещества, в качестве важ­нейших элементов углерод и водород.

Поэтому они относятся к органическим материалам. Имеются также синте­тические материалы, у которых важнейшим элементом является кремний. К этой группе относятся силиконы.  Пластмассы, как и природ­ные органические материалы, состоят из очень больших моле­кул, которые составлены из мно­гих атомов. Поэтому их называют макромолекулами (по гречески макро — большой). Макромоле­кулы могут иметь нитеобразное строение или строение в виде пространственной сетки.

Согласно DIN 7728 и ISO 1043 пластмассы имеют краткие обозначения, которые выведены из их химических наименований. Например, поливинилхлорид обозначают PVC, а фенолфор­мальдегидную смолу обозначают PF (смотри в таблицах ниже).

Пластмассы — это получен­ные путем химического превращения (синтеза) органические, макромолекуляр- ные материалы. Они состоят в основном из элементов углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), азота (N), серы (S) и кремния (Si).

Форма, величина и расположение макромолекул, наряду с химическим со­ставом, определяют свойства пластмасс.

Синтетические материалы в массовом производстве получаются тремя спо­собами синтеза: путем полимеризации, путем поликонденсации и полисложения.

При полимеризации почти одинаковые основные молекулы, называемые так­же мономерами, группируются в нитеобразные (цепные) макромолекулы.

Основные молекулы — это ненасыщенные углеводородные соединения, как, например, этилен. После отделения парных соединений этих молекул они полимеризуюгся в длинные молекулы, или полимеры, этилен — в полиэтилен (рис. «Полимеризация (полиэтилен»).

 

 

Важные полимеры — это полиэтилен (например, защитные пленки, трубы, рукава) и пливинилхлорид (например, дренажные трубы, покрытие полов и окантовочные профили).

При поликонденсации образуются макромолекулы путем соединения различ­ных основных молекул, например, фенола (С₆Н₅ОН) с формальдегидом (СН₂0), при одновременном отделении (конденсации) простых веществ, как, например, вода (Н₂0) (рис. «Поликонденсация (феноловая смола)»). Важными поликонденсатами являются феноловая смо­ла, мочевинно-формальдегидная смола и полиамиды.

 

 

При полисложении образуются нитеобразные (цепные) или пространственно­сетчатые макромолекулы также за счет соединения различных основных молекул, например, ди-алколи (спирты) (C₄H_g(OH)₂) с ди-изоцианатами (C₆H₁₂(CNO)₂), без отделения побочных продуктов. Важными материалами этого вида являются по­лиуретановые смолы (рис. «Полисложение (полиуретановая смола)»).

 

 

Путем соответствующего химического состава и метода получения синтети­ческих материалов или путем смешения различных синтетических материалов можно получить материалы с практически любыми заданными свойствами.

Типичными свойствами синтетических материалов являются:

• Небольшая плотность;
• Различные механические свойства;
• Изоляция электричества;
• Теплоизоляция;
• Устойчивость против коррозии и химикатов.

Синтетические материалы:

• Хорошо принимают нужную форму и обрабатываются;
• Хорошо окрашиваются в массе;
• Имеют гладкую, декоративную поверхность.

Однако синтетические материалы обладают также свойствами, которые ог­раничивают их применение:

• По большей части, малая устойчивость против высоких температур;
• Частично горят;
• По большей части не обладают высокой прочностью и отчасти неустойчивы против растворителей.

 

Высокая устойчивость против разложения синтетических материалов явля­ется преимуществом при их использовании, однако для их удаления это являет­ся недостатком. В связи с ростом производства синтетических материалов их ути­лизация стала проблемой защиты окружающей среды.

 

Виды пластмасс

 

Пластмассы, как правило, подразделяются по их механическим свойствам и их поведению при нагревании на термопласты, дуропласты и эластомеры.

 

Термопласты

 

Термопласты — это синтетические материалы, которые при нагревании становятся мягкими, а при охлаждении снова твердеют. Они состоят из нитеобразных (цеп­ных) макромолекул, которые в большинстве случаев между собой переплетаются как волокна фетра или могут быть связаны между собой (частично-кристалли­ческое строение).

 

 

При невысоких температурах цепные молекулы лежат потно и почти не­подвижно друг возле друга. Пластмасса твердая и хрупкая. С увеличением тем­пературы цепи молекул начинают двигаться, и силы притяжения между ними становятся все меньше. Пластмасса становится эластичной. При дальнейшем нагревании силы притяжения уменьшаются так сильно, что отдельные моле­кулы начинают скользить относительно друг друга, пластмасса становится пла­стичной. Так как цепи молекул мешают друг другу в их движении при даль­нейшем повышении температуры, то пластмасса становится только вязкотекучей, но не газообразной. При охлаждении изменения состояния материала про­исходят в обратном порядке. Они могут повторяться сколько угодно, если только за счет перегре­ва не разорвутся цепи молекул, в результате чего наступает хими­ческое разложение син­тетического материала.

Термопласты в их твердом состоянии мо­гут обрабатываться ре­занием. В пластичес­ком состоянии можно изменять их форму пу­тем изгиба, вытяжки и рис. «Строение и поведение термопластов выдувания». Если пластмасса мягкая, то ее применяют путем распыления, прес­сования, прокатки или вспенивания.

 

 

Важными термопластами являются поливинилхлорид (PVC), поливинилацетат (PVAC), полистирол (PS), полиэтилен (РЕ), полиметилметакрилат или ак­риловое стекло (РММА), полиамид (РА), поликарбонат (PC) и полиизобутилен (PIB) (табл. «Важнейшие термопласты»).

 

 

Дуропласты

 

 

Дуропласты — это синтетические материалы, которые в затвердевшем состоянии и при сильном нагревании не размягчаются и не плавятся. Они состоят из макро­молекул, которые, как правило, образуются путем поликонденсации из различных предварительно произведенных исходных продуктов. Макромолекулы дуропластов имеют простран­ственно-сетчатое строе­ние (рис. Строение и поведение дуропластов).

 

 

Поставляемые, как правило, в жидком виде исходные продукты, на­пример фенол и фор­мальдегид, соединяют­ся под воздействием тепла, давления или хи­мических веществ, на­зываемых отвердителями, и образуются дуропласты. Этот процесс твердения может быть прерван, но его нельзя повернуть обратно. Не совсем отвержденные дуропласты еще в большинстве случаев раство­римы или расплавляемы. Процесс твердения можно продолжить и довести до пол­ного твердения.

Свойства искусственных смол из дуропластов можно изменять для различных целей подмешиванием наполнителей, как, например, каменной муки, древесной муки или обрезков текстиля. Дуропластовые синтетические материалы могут об­рабатываться пилой, напильником, рубанком с образованием стружки. Их мож­но склеивать и вспенивать, но нельзя сваривать. Не полностью затвердевшие ис­кусственные смолы могут формоваться без стружек в формовочных прессах и там же твердеть под давлением. Наиболее важными дуропластами являются феноло­вые смолы, мочевиноформальдегидные смолы и меламиновые смолы, эпоксид­ные смолы, ненасыщенные полиэстровые смолы и полиуретаны (табл. «Важные дуропласты»).

 

 

Особое значение в строительстве имеют синтетические вспененные матери­алы (пенопласты). Они объединяют свойства пластмасс, как, например, стой­кость против расти­тельных и животных вредителей, со свой­ствами пенистых мате­риалов. Пенопласты различают по виду син­тетического материала, строению, механичес­кому поведению и по методу изготовления. Вспененные материалы со структурой с закрытыми пора­ми препятствуют воздухообмену и капиллярному действию. Поэтому их при­меняют преимущественно в качестве звукоизоляционных вкладышей. Вспенен­ные материалы с открытыми порами подходят больше для звукопоглощения. Структурные — или интегральные пенопласты, преимущественно из полиуре­тана, имеют внутри закрытопористую, а снаружи плотную, почти беспористую структуру. Из них производят самонесущие конструкции, как, например, двери и стулья, а также имитацию деревянных балок и дверных полотен. (рис. «Структура пенопластов»)

 

 

По механическому поведению различают твердые, полутвердые и упругомяг­кие пенопласты. Твердые пенопласты получают из феноловых мочевиноформальдегидных смол. Полиуретановые смолы могут применяться как для твердых, так и для мягких и упругих пенопластов.

Синтетические вспененные материалы изготавливаются в виде плит или формованных изделий на больших отливочных или шприцевальных установках. Часто полиуретан вспенивают из картушей с помощью распылительных писто­летов, приводимых в действие вручную или при помощи сжатого воздуха, полу­чая «местную пену» прямо на стройплощадке. Так можно заполнять швы или пустоты, например, монтажные шлицы, или укреплять дверные петли и другие детали (монтажная пена).

 

Эластомеры

 

Эластомеры — это син­тетические материалы с эластическими свой­ствами. Они легко изме­няют форму; если на­пряжение снимается, они снова принимают свою первоначальную форму. Эластомеры отличаются от прочих эластичных синтетических материалов тем, что их эластичность, подобная резине, в значительной степени зависит от температуры. Так, например, силиконовый кау­чук остается упругим в диапазоне температур от —60 до +250 °С (табл. «Важные эластомеры»).

 

 

Эластомеры, также, как и дуропласты, состоят из пространственно-сетчатых макромолекул. Однако молекулярная сетка у эластомеров имеет более широкие ячейки и более редкая, чем у дуропластов (рис. «Строение и поведение эластомеров»). При изменении формы ячейки раздвигаются, не разрушая места связи. После снятия напряжения ячей­ки, подобно резине, притягиваются в свое первоначальное положение, синтети­ческий материал снова принимает свою первоначальную форму.

 

 

Силиконы

 

Силиконы относятся к группе синтетических материалов, которые имеют состав, отличный от остальных пластмасс, и в которых главным образом атомы углеро­да заменены атомами кремния. Свойства силиконов зависят от длины их макро­молекул и от степени их сетчатости. Силиконы с нитеобразными (цепными) мак­ромолекулами — это силиконовые масла, слабосетчатые макромолеку­лы дают силиконовые каучуки, а сильносетчатые макромолекулы — силиконовые смолы.

Силиконы — это маслянистые до резиноэластичных, прозрачные до молочно-матовых материалов. Они водоотталкивающие и температуро­устойчивые от —90 до +180°С. Уже небольшие количества силиконового масла делают лаки, бумагу и текстиль водоотталкивающими. Растворы си­ликоновой смолы поэтому часто при­меняют как водоотталкивающие по­крытия каменной кладки и бетона. Силиконовые каучуки можно также производить в вспенен­ном виде. Силиконовые пенопласты в основном применяют для высоко­ценных мебельных работ.

Преимущественно применяемые в строительстве синтетические пено­пласты состоят из дуропластов, как, например, из полиуретановых или феноловых смол. Они бывают одно- и двухкомпонентными и применяют­ся для заполнения пустот и укрепле­ния строительных конструкций (мон­тажная пена).