Главная | Обратная связь

Общая характеристика термопластичных масс. Полиэтилен.

Термопластичные полимеры способны 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, 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 вязко-текучее состояние, так как температура начала термического разложения некоторых полимеров ниже температуры их текучести (поливинилхлорид, фторопласты 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 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.

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

Полиэтилен, (-СН2-СН2-);1, - продукт полимеризации этилена, значительную часть которого получают при термической переработке нефтяных газов (этана, пропана, бутана) и гидролизе нефтепродуктов. Реакции полимеризации протекают при высоких давлении (до 250 МПа) и температуре 240...280 °С в присутствии кислорода, а каталитической полимеризации - при среднем или низком давлении.

Полимеризация этилена при высоком давлении производится в трубчатых реакторах и отличается сложностью технологического оборудования. В Республике Беларусь такое производство организовано на Новополоцком ОАО «Полимир».

Полиэтилен высокого давления - химически стойкий продукт плотностью 0,92...0,95 г/см3. Он обладает повышенной эластичностью, что объясняется наличием в нем 45 % аморфной фазы. Выпускается в виде гранул.

Полиэтилен низкого давления получают при температуре не выше 80 °С и давлении 0,05...0,6 МПа в среде растворителя (бензина) и в присутствии катализаторов. Он более хрупок и более склонен к старению, чем полиэтилен высокого давления.

Физико-механические свойства полиэтилена в значительной мере зависят от степени полимеризации, т. е. от молекулярной массы. Его предел прочности при растяжении в зависимости от молекулярной массы колеблется от 18 до 45 МПа, плотность - 920.. .960 кг/м3, температура плавления — 110 125 °С. При длительном действии нагрузки, составляющей более 50...60 % от предельной, у полиэтилена начинает проявляться свойство текучести. Он сохраняет эластичность до температуры минус 70 °С, легко перерабатывается в изделия и хорошо сваривается. Его недостатки - низкие теплостойкость и твердость; горючесть и быстрое старение под действием солнечного света. Для большей стойкости к окислительным процессам и атмосферным воздействиям в полиэтилен вводят различные стабилизаторы. Например, при введении в полиэтилен 2 % сажи срок службы его в атмосферных условиях увеличивается в 30 раз.

Из полиэтилена делают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию; вспененный полиэтилен в виде листов и труб используется для целей тепло- и звукоизоляции, а также в качестве герметизирующих прокладок.

Полипропилен, [-СН2-СН-]„, является продуктом полимеризации газа пропилена в растворителе. При синтезе полипропилена образуется несколько различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический. Тактичность - это способ, которым выстроены боковые группы вдоль основной цепи молекулы полимера.

В основном применяется изотактический полипропилен, когда все метальные группы расположены с одной стороны макромолекулы. 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/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) (в АПП метальные группы расположены случайным образом по обеим сторонам основной цепи макромолекулы) получается при синтезе пропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотакти-ческого пропилена 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.

Используя специальные металлоценовые катализаторы получают синдиотактический полипропилен, когда метальные группы расположены упорядоченно с обеих сторон основной цепи макромолекулы. Этот полимер похож на резину и является хорошим эластомером.

Полиизобутилен - каучукоподобный термопластичный полимер (параграф 17.5).

Полистирол, (-СН2-СН-)П, -прозрачный жесткий полимер плотностью 1050... 1080 кг/м3; при комнатной температуре он -жесткий и хрупкий, размягчается при нагревании до 80... 100 °С. Прочность при растяжении - 35...50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах, сложных эфирных и хлорированных углеводородах; горюч и хрупок; стоек к действию многих агрессивных веществ: щелочей, серной и других кислот; светопроницаем, светостоек.

Сырьем для получения служит стирол - прозрачная желтая воспламеняющаяся жидкость, вырабатываемая при гидролизе нефти или сухой перегонке угля. Стирол легко полимеризуется под действием солнечного света и теплоты. Полистирол вьтускают в виде прозрачных листов, гранул, бисера или белого порошка.

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.

Блок - сополимер бутадиена и стирола (СБС) - это твердая резина, которая используется для модификации битума покровного слоя в гидроизоляционных материалах.

Поливинилацетат, (-CH2-CH-) получают полимеризацией винилацетата. Это прозрачный, жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м3. Поливинилацетат растворим в ацетоне, сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде. Его положительное свойство - высокая адгезия к каменным материалам, стеклу и древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливи-иилацетатиой дисперсии (ПВАД) - сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. ПВАД получают полимеризацией жидкого винилацетата, находящегося в виде мельчайших частиц (менее 5 мкм) в воде. При этом капельки винилацетата превращаются в твердые частицы по-ливинилацетата. Стабилизатором эмульсии является поливиниловый спирт. Содержание полимера в дисперсии-около 50 %.

Поливинилацетатная дисперсия выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в пластифицированном и не-пластифицированном видах. Пластификатором служит дибу-тилфталат, содержание которого указывается в марке индексом. В грубодисперсной ПВАД, обычно применяемой в строительстве, содержание пластификатора следующее (% от массы полимера): 5... 10 (индекс4), 10... 15 (индекс 7) и 30...35 (индекс 20).

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 часа для его проникновения в частицы полимера. Непластифициро-ванная дисперсия выдерживает не менее четырех циклов замораживания-оттаивания при температуре до минус 40 °С. Срок хранения ПВАД при температуре 5.. .20 °С - 6 месяцев.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. Наличие полярной группы приводит к тому, что молекулы ПВАД обладают высокой адгезией к полярным поверхностям, в том числе и к компонентам бетона. 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 рассмотрены в 14ЛЗ). Дисперсией, разбавленной до 5...10%-й концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимерцементных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацетата - гидролиз в щелочной среде с образованием поливинилового спирта и кислоты. Поскольку образующиеся продукты гидролиза хорошо растворимы в 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 ее нанесении на металлические изделия возможна коррозия металла.

Поливинилхлорид, (-СН2-СНС1-)„, - самый распространенный полимер в строительстве. Он представляет собой твердый материал без запаха, бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодеструкции может приобрести светло-коричневый цвет). Сырьем для получения поливинилхлорида (ПВХ) служит винилхлорид (хлористый винил) - бесцветный газ с эфирным запахом и наркотическим действием.

Плотность ПВХ - 1400 кг/м3, предел прочности при растяжении - 40...60 МПа. Благодаря высокому содержанию хлорида поливинилхлорид не воспламеняется и практически не горит. Температура текучести поливинилхлорида - 180...200 °С, но уже при нагревании выше 160 °С он начинает разлагаться с выделением хлористого водорода 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, пвх-плитки) и отдельных декоративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил - продукт хлорирования поливинилхлорида, содержащий 60...70 % по массе хлора (вместо 56 % в поливинилхлориде). 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, 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.

Полиакрилаты получают полимеризацией акриловой и метакриловой кислот и их производных. Наиболее широкое применение из полиакрилатов получили полиметилметакрилат, полиметилакрилат, полиэтилакрилат и полибутилакрилат. Это бесцветные, светостойкие, прозрачные полимеры. Полиметилметакрилат, например, называют еще органическим стеклом. По сравнению с обычным оно менее хрупко и легко обрабатывается. Изделия из органического стекла имеют относительно высокую прочность; предел прочности на сжатие достигает 160 МПа, при изгибе - 80... 140 МПа и растяжении до 100 МПа. Оно отличается исключительной прозрачностью и способно пропускать до 74 % ультрафиолетовых лучей. Используют органическое стекло для остекления зданий специального назначения, витрин магазинов, оранжерей, фонарей производственных цехов и т. п. Однако высокая стоимость этого полимера и недостаточная абразивостойкость ограничивают его применение в строительстве.

Акриловые полимеры широко используют в производстве лаков и красок как добавки при производстве сухих смесей.