Полимеры и электротехническая медь. Термопластичные полимеры

12.2 Термопластичные полимеры

Термопластичными называют полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объясняются линейным строением их макромолекул.

Линейным строением молекул объясняется способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в растворителях. 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 относят низкую теплостойкость (не выше 80...120°С), низкую поверхностную твердость, хрупкость при низких 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 (сополимеризацией) двух и более мономеров. В таком случае образуются материалы с новым комплексом свойств. Так, винилацетат полимеризуют 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 – роговидный, жирный на ощупь, слегка просвечивающийся материал, легко режется ножом; при поджигании горит и одновременно плавится с характерным запахом горящего парафина. Плотность 920...960 кг/м 3 . 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; и растворяется в них при температуре выше 70...80°С, химически стоек, биологически инертен. Прочность при растяжении – 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,. легко перерабатывается в изделия и хорошо сваривается. Его недостатки – низкие теплостойкость и твердость, горючесть и быстрое старение под действием солнечного света. Полиэтилен защищают от старения, вводя в него наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и стабилизаторы.

Из полиэтилена изготавливают пленки, трубы, электроизоляцию; вспененный полиэтилен в виде листов и труб используется для тепло- и звукоизоляции и в качестве герметизирующих прокладок. Полипропилен – полимер, по составу близкий к полиэтилену.

Полистирол (поливинилбензол) – прозрачный жесткий полимер плотностью 1050...1080 кг/м 3 ; при комнатной температуре жесткий и хрупкий, а при нагревании до 800...1000°С размягчающийся. Прочность при растяжении (при 20°С) 35...50МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах, сложных эфирных и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок. Для снижения хрупкости полистирол синтезируют с другими мономерами или совмещают с каучуками (ударопрочный полистирол).

Полистирол применяют для изготовления теплоизоляционного материала – пенополистирола (плотностью 10...50кг/м 3), облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Полистирол растворенный в органических растворителях – хороший клей.

Поливинилацетат – 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.

Поливинилацетат применяют в виде поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) – сметанообразной массы белого или светлокремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поливинилацетатную дисперсию получают полимеризацией жидкого винилацетата, находящегося в виде мельчайших частиц (менее 5мкм) в воде. Для стабилизации эмульсии винилацетата используют поливиниловый спирт. При полимеризации капельки винилацетата превращаются в твердые частицы поливиналацетата, таким образом получается поливинилацетатная дисперсия. 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 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).

Пластифицированная дисперсия неморозостойка и при замораживании необратимо разрушается с осаждением полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор поставляют в отдельной упаковке.

На основе поливинилацетата изготавливают клеи, водно-дисперсионные 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 полимерцементных растворов.

Недостаток материалов на основе ПВАД: набухание и появление высолов. 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 – представляет собой твердый материл без запаха и вкуса, бесцветный или желтоватый. Плотность поливинилхлорида 1400кг/м 3 ; предел прочности при растяжении 40...60МПа. Температура текучести поливинилхлорида 180...200°С, но уже при нагревании выше 160°С он начинает разлагаться с выделением соляной кислоты. Поливинилхлоридные изделия хорошо свариваются и склеиваются перхлорвиниловым клеем.

Положительное качество поливинилхлорида – высокие химическая стойкость и низкая горючесть. Поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы и т. п.) и декоративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил – продукт хлорирования поливинлхлорида, содержащий 60..:70% (по массе) хлора, вместо 56% в поливинилхлориде. Плотность около 1500кг/м 3 , химически стойкий к кислотам, щелочам, окислителям; трудносгораем. Перхлорвинил растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, этилацетате, толуоле, ксилоле и других растворителях. Сочетание высокой адгезии и хорошей растворимости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски используют для отделки фасадов зданий.

При работе с этим полимером, необходимо соблюдать технику безопасности (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).

12.3 Термореактивные полимеры

Молекулы термореактивных полимеров до их отверждения имеют линейное строение, такое же, как молекулы термопластичных полимеров, но размер молекул реактопластов существенно меньше, чем у термопластов (олигомерв). В отличие от термопластов, у которых молекулы химически инертны и не способны соединяться друг с другом, молекулы термореактивных олигомеров химически активны. Они либо содержат двойные связи, либо химически активные группы. Поэтому при нагревании, облучении или добавлении отвердителей молекулы термореактивных олигомеров соединяются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку, как бы одну гигантскую макромолекулу.

После отверждения свойства полимеров существенно изменяются: они перестают размягчаться при нагревании, не растворяются, а только набухают в растворителях, становятся более прочными, твердыми и термостойкими.

В строительстве применяются фенолформальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные и полиуретановые полимеры, для получения замазок, мастик и клеев.

Ненасыщенные полиэфиры – продукты в виде вязких жидкостей, способные переходить в твердое состояние при введении отвердителей. В строительстве применяют полиэфирные смолы двух типов: полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты.

К природным олигомерным и полимерным продуктам, применяемым в строительстве и других отраслях хозяйства, относятся природные смолы, ненасыщенные (высыхающие) масла, целлюлоза и некоторые белковые вещества. Для получения вяжущих веществ природные продукты, как правило, модифицируют с целью улучшения их свойств.

Органические вяжущие вещества в чистом виде применяют очень редко. В большинстве случаев в них добавляют различные вещества либо облегчающие работу с вяжущими, либо улучшающие их эксплуатационные свойства. К таким добавкам относятся растворители, наполнители, пластификаторы, отвердители, инициаторы отверждения и др.

Международная маркировка термопластов для вторичной переработки

Термопласты (термопластичные полимеры) – это , которые размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. При комнатных температурах термопластичные полимерные материалы находятся в твердом (стеклообразном или кристаллическом) состоянии . При повышении температуры они переходят сначала в высокоэластическое состояние , затем (при дальнейшем нагревании) – в вязкотекучее состояние , что обеспечивает возможность формования термопластов различными методами. Переходы термопластов из твердого в высокоэластичное и вязкотекучее состоянии обратимы и могут повторяться многократно, что делает возможной вторичную переработку термопластичных полимеров.

Термопласты – это полимеры, у которых при нагревании не образуется поперечных химических связей и которые при некоторой, характерной для каждого полимера, температуре, могут многократно (повторно) размягчаться и переходить из твердого в пластическое состояние.

Термопласты выпускают в марочном ассортименте двух типов. Первый или базовый , включает марки, различающиеся по вязкостным (или молекулярным) параметрам. Их улучшают для переработки смазками, стабилизаторами и другими добавками. На основе базового марочного ассортимента создают марочный ассортимент по преобладающим эксплуатационным свойствам .

Базовые марки полимера предназначены для переработки разными методами (марки литьевые, экструзионные, для прессования и др.). Каждым методом получают широкую номенклатуру изделий, различающихся размерами. Например, литьем под давлением получают тонкостенные изделия с большими отношениями длины к толщине, изделия средней толщины и толстостенные изделия с малыми отношениями длины к толщине. Поэтому марки полимера по методу переработки подразделяются на марки по ассортименту изделий, характерному для соответствующего способа формования.

Марочный ассортимент полимеров по вязкости обеспечивает возможность переработки полимеров разными методами в изделия при оптимальных режимах. Использование нужной марки сокращает время и потери материла на разработку технологии, стабилизирует процесс переработки и свойства изготавливаемых изделий, обеспечивает экономию сырья.

Марочный ассортимент по эксплуатационным свойствам включает марки полимера, улучшенные по отдельным показателям (антифрикционные, износостойкие, свето- и теплостабилизированные, антистатические, специализированные по наполнителям, негорючие, пищевого, медицинского назначения, оптические и др.

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.

К термопластичным полимерам относятся полиолефины, полиамиды, поливинилхлорид, фторопласты, полиуретаны.

Термопласты имеют невысокую температуру перехода в вязкотекучее состояние, хорошо перерабатываются литьем под давлением, экструзией и прессованием. Применяются термопласты в качестве изоляторов, химически стойких конструкционных материалов, прозрачных оптических стекол, пленок, волокон, а также в качестве связующих для получения композиционных материалов, лаков, клеев и др.

Полиэтилен представляет собой продукт полимеризации этилена. Это относительно твердый и упругий материал, без запаха, белый в толстом слое и прозрачный в тонком (см. образец 1.1). Полиэтилен легко перерабатывается различными методами, устойчив к ударным и вибрационным нагрузкам, агрессивным средам и воздействию радиации, обладает высокой морозостойкостью (до –70 °С). Полиэтилен склонен к старению при воздействии на него света. Для подавления необратимых процессов старения полиэтилена в него (как и в другие термопласты) вводят специальные добавки – стабилизаторы. Полиэтилен применяют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, пленок, изоляции проводов и кабелей, а также в качестве защитных покрытий металлов от коррозии.

Полипропилен – производная этилена, жесткий нетоксичный материал с более высокими физико-механическими свойствами. По сравнению с полиэтиленом более теплостоек, сохраняет форму до 150 о С, однако морозостойкость ниже, до – 15 о С.

Применяется для изготовления труб, деталей автомобилей, мотоциклов, холодильников, корпусов насосов, емкостей, пленок (см. образец 1.2).

Поливинилхлорид (ПВХ) – аморфный полимер белого цвета, обладает высокими диэлектрическими свойствами, химической стойкостью, негорюч. Непластифицированный поливинилхлорид называется винипластом (см. образец 1.3). Винипласт имеет высокую механическую прочность и обладает хорошими электроизоляционными свойствами, легко формуется, хорошо поддается механической обработке, склеивается и сваривается, хрупок при отрицательных температурах (рабочий диапазон температур от – 10 до + 70 °С). При нагревании разлагается с образованием ядовитых веществ и при пожаре представляет значительную опасность. Из винипласта изготавливают различные изделия – краны, клапаны, задвижки, детали насосов, вентиляторов, облицовочную плитку, трубы и др.

Политетрафторэтилен – (фторопласт–4) является фторопроизводным продуктом этилена. В вязкотекучее состояние переходит при температуре 423 °С, прессование изделий производят при температуре 380 °С, т. к. при более высоких температурах выделяется токсичный фтор. Материал обладает высокой термостойкостью, стоек к действию кислот, щелочей, окислителей, растворителей. Фторопласт–4 имеет очень низкий коэффициент трения (f=0,04), сохраняет упругие свойства до 269 °С.

Фторопласт–4 применяется для изготовления: уплотнительных элементов, мембран, фурнитуры, работающих в агрессивных средах; антифрикционных покрытий на металлических изделиях; высокочастотной аппаратуры, кабелей, конденсаторов, тонких изоляционных пленок толщиной до 0,005 мм (см. образец 1.4).

Полистирол – твердый, жесткий, прозрачный полимер (пропускает 90 % света), обладает хорошими диэлектрическими свойствами, обладает высокой химической стойкостью, хорошо склеивается и окрашивается. Имеет низкую теплостойкость (до 80 0 С) и ударную вязкость. Для повышения вязкости производят сополимеризацию стирола с каучуками. Применяется для изготовления химически стойких сосудов, деталей электротехнического назначения (корпуса телевизоров, радиоприемников, телефонных аппаратов, магнитофонов), для получения электроизоляционных пленок для радиодеталей, нитей, а также упаковочной пленки. Из него изготовляют (см. образцы 1.5) предметы домашнего обихода, детские игрушки, школьно-канцелярские принадлежности (авторучки и пр.), тару для упаковки, трубы, внутреннюю отделку холодильников (морозоустойчивость до –70 °С), облицовочные материалы для внутренней отделки помещений, салонов автомобилей и т. д.

Полистирол, полученный эмульсионным методом, используется для производства пенопластов, применяемых в качестве термоизоляционного материала в строительстве, при изготовлении холодильников, а также для упаковки.

Полиметилметакрилат – (органическое стекло) – прозрачный полимер (пропускает 92 % света), стойкий к действию разбавленных кислот и щелочей, бензо- и маслостоек, морозостоек (до –60 °С), растворяется в органических растворителях, ароматических и хлорированных углеводородах. При температуре +105…+150 °С пластичен. Перерабатывается литьем под давлением, экструзией. Имеет невысокую твердость. Применяется для изготовления светотехнических изделий, оптических линз, радиодеталей (см. образец 1.6).

Полиамиды – (капрон, нейлон и др.) – полимер, обладающий хорошими механическими свойствами, высокой износостойкостью. Полиамиды не набухают в масле и бензине, не растворяются во многих растворителях, стойки к ударным нагрузкам и вибрациям. Используются с наполнителями, в качестве которых применяется стекловолокно до 30 % или графит до 10 %. Применяются для изготовления канатов, зубчатых колес, звездочек цепных передач, колес центробежных насосов, подшипников скольжения, а также нанесения защитных покрытий на металлах (см. образец 1.7).

Полиуретаны – полимеры, обладающие высокой эластичностью, морозостойкостью (до –70 °С), износостойкостью, устойчивы к действию разбавленных органических и минеральных кислот и масел. Применяются для изготовления труб, шлангов, уплотнителей, приготовления клеев для склеивания металлов, стекла, керамики (см. образец 1.8).

Полиэтилентерефталат (лавсан) – полиэфир, обладающий высокими прочностными свойствами, устойчивый к действию ультрафиолетовых и рентгеновских излучений, негорюч, диапазон рабочих температур от – 70 до + 255 °С, в 10 раз прочнее полиэтилена, хорошо сваривается и склеивается. Лавсан применяется для теплостойкой изоляции обмоток трансформаторов, электродвигателей, кабелей, деталей радиоаппаратуры, а также в качестве корда в ременных передачах, в покрышках, различных транспортерных лентах, основы магнитофонных лент, в качестве материала (ПЭТФ) бутылок для напитков (см. образцы 1.9).

Поликарбонат – полиэфир угольной кислоты, после быстрого охлаждения приобретает аморфную структуру и становится стеклообразным. Обладает высокими прочностью, ударной вязкостью, гибкостью, химически стоек. Из него изготавливают небьющуюся посуду, а также шестерни, подшипники и др. детали.

13.2 Термореактивные полимеры

Фенолоформальдегидные смолы – представляют собой продукты поликонденсации фенолов с формальдегидом. Фенолоформальдегидные смолы обладают высокими атмосферо- и термостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, стойки к действию большинства кислот, за исключением концентрированной серной кислоты и кислот-окислителей (азотной, хромовой) (см. образец 2.1).

Эпоксидные смолы – олигомеры или мономеры, содержащие в молекуле не менее двух эпоксидных групп, способные превращаться в полимеры пространственного строения. Для холодного отверждения эпоксидных смол применяют в качестве отвердителей алифатические полиамины (полиэтиленполиамин, 5...15 % от массы смолы). Длительность отверждения 24 ч. Для горячего отверждения применяют ароматические ди- и полиамины. Отверждение проводят при температуре 100–180 °С в течение 16–4 ч. Прочность, химическая стойкость и теплостойкость эпоксидных компаундов при горячем отверждении выше, чем при холодном. Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам, стеклу, керамике и другим материалам (см. образец 2.2).

Термореактивные полимеры - полимеры с пространственной структурой, которые при нагревании разлагаются, не переходя в вязкотекучее состояние.
Термопластичные полимеры - это полимеры, которые могут подвергаться вторичной термической обработке. пластмасса например
Стеклонаполненные термопластичные и термореактивные полимеры успешно применяют для изготовления деталей машин оргтехники, компьютеров и электронного оборудования, таких, как корпуса, кожухи, основания, и других деталей, где необходимы точные допуска на размеры.

Степенью полимеризации называется:

среднее число структурных звеньев в макромолекуле

число химических связей в структурном звене

средняя относительная молекулярная масса полимера

число атомов в структурном звене полимера

Фенолформальдегидные смолы - продукты поликонденсации фенола с формальдегидом. Реакция проводится в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты) или щелочных катализаторов (аммиак, гидроксид натрия, гидроксид бария) . При избытке фенола и кислом катализаторе образуется линейный полимер - новолак, цепь которого содержит приблизительно 10 фенольных остатков, соединенных между собой метиленовыми мостиками:

Новолаки - термопластичные полимеры, которые сами по себе не способны переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Но они могут превращаться в трехмерный полимер при нагревании их с дополнительной порцией формальдегида в щелочной среде.
При использовании щелочных катализаторов и избытка альдегида в начальной стадии поликонденсации получаются линейные цепи резола, которые при дополнительном нагревании "сшиваются" между собой за счет групп CH2OH, находящихся в пара-положении фенольного кольца, с образованием трехмерного полимера - резита:

Таким образом, резолы являются термореактивными полимерами.

Фенолоформальдегидные полимеры применяются в виде прессовочных композиций с различными наполнителями, а также в производстве лаков и клея.

Свойства

Отвержденные смолы характеризуются высокими тепло-, водо- и кислостойкостью, а в сочетании с наполнителями и высокой механической прочностью.

Применение

Из фенолформальдегидного полимера, добавляя различные наполнители, получают фенолформальдегидные пластмассы, т. н. фенопласты. Их применение очень широко. Это: шарикоподшипники, шестерни и тормозные накладки для машин; хороший электроизоляционный материал в радио- и электротехнике. Изготовляют детали больших размеров, телефонные аппараты, электрические контактные платы. Для склеивания пенополистирольных плит, применяемых для изготовления моделей в литейном производстве.

Получение фенолформальдегидной смолы

1. В пробирку помещают 10 капель жидкого фенола и 8 капель 40% формальдегида. Смесь нагревают на водяной бане до растворения фенола. Через 3 минуты в пробирку добавляют 5 капель концентрированной соляной кислоты и помещают ее в стакан с холодной водой. После образования в сосуде двух четких фаз следует слить воду и вылить полимер из пробирки. В течение нескольких минут образовавшаяся новолачная смола затвердевает.

2. В небольшую колбочку помещают 15 г фенола и 25 мл концентрированного раствора формалина и нагревают (под тягой) на горелке, периодически встряхивая содержимое колбы. Добавляют 1-2 мл соляной кислоты и продолжают нагревание. Вначале реакция идет бурно и смесь в колбе становится однородной. Через некоторое время (около 10 минут) на дне колбы образуется смолистый осадок. Верхний слой жидкости сливают и быстро извлекают смолу, которая на воздухе густеет и постепенно затвердевает.

Фенолформальдегидные смолы [-C6H3(OH)-CH2-]n - продукты поликонденсации фенола C6H5OH с формальдегидом CH2=O.