Полимеры в производстве строительных герметиков

Гальванические ванны могут работать только при условии, что они сами и конструкции подвески покрыты синтетическими смолами и пластиками. Широко применяются полимерные материалы и в такой отрасли народного хозяйства, как приборостроение. Здесь получен самый высокий экономический эффект в среднем в 1,5-2,0 раза выше, чем в других отраслях машиностроения. Объясняется это, в частности тем, что большая часть полимеров перерабатывается в приборостроении самыми прогрессивными способами что повышает уровень полезного использования (безотходность и отходность) термопластов, увеличивает коэффициент замены дорогостоящих материалов. Наряду с этим значительно снижаются затраты  живого труда. Простейшим и весьма убедительным примером может служить изготовление печатных схем: процесс, немыслимый без полимерных материалов, а с ними и полностью автоматизированный.

Есть и другие подотрасли, где использование полимерных материалов обеспечивает и экономию материальных и энергетических ресурсов, и рост производительности труда. Почти полную автоматизацию обеспечило применении полимеров в производстве тормозных систем для транспорта. Неспроста практически все функциональные детали тормозных систем для автомобилей и около 45% для железнодорожного подвижного состава делаются из синтетических пресс материалов.    Около   50%   деталей   вращения   и   зубчатых   колес изготовляется из прочных конструкционных полимеров. В последнем случае можно отметить две различных тенденции. С одной стороны, все чаще появляются сообщения об изготовлении зубчатых колес для тракторов из капрона. Обрывки отслуживших свое, рыболовных сетей, старые чулки и путанку капроновых волокон переплавляют и формуют в шестерни. Эти шестерни могут работать почти без износа в контакте со стальными, вдобавок такая система не нуждается в смазке и почти бесшумна. Другая тенденция - полная замена металлических деталей в редукторах на детали из углепластиков. У них тоже отмечается резкое снижениемеханических потерь, долговременность срока службы.

Еще одна область применения полимерных материалов в машиностроении, достойная отдельного упоминания, - изготовление металлорежущего инструмента. По мере расширения использования прочных сталей н сплавов все более жесткие требования предъявляются к обрабатывающему инструменту. И здесь тоже на выручку инструментальщику и станочнику приходят пластмассы. Но не совсем обычные пластмассы сверхвысокой твердости, такие, которые смеют поспорить даже с алмазом. Король твердости, алмаз, еще не свергнут со своего трона, но дело идет к тому. Некоторые окислы (например, из рода фианитов), нитриды, карбиды, уже сегодня демонстрируют не меньшую твердость, да к тому же и большую термостойкость. Вся беда в том, что они пока еще более дороги, чем природные и синтетические алмазы, да к тому же им свойствен “королевский порок” - они в большинстве своем хрупки. Вот и приходится, чтобы удержать их от растрескивания, каждое зернышко такого абразива окружать полимерной упаковкой чаще всего из фенолформальдегидных смол. Поэтому сегодня три четверти абразивного инструмента выпускается с применением синтетических смол.

Таковы лишь некоторые примеры и основные тенденции внедрения полимерных материалов в подотрасли машиностроения. Самое же первое место по темпам роста применения пластических масс среди других подотраслей занимает сейчас автомобильная промышленность. Десять лет назад в автомашинах использовали от 7 до 12 видов различных пластиков, к концу 70-х годов это число перешагнуло за 30. С точки зрения химической структуры, как и следовало, ожидать, первые места по объему занимают стирольные пластики, поливинилхлорид и полиолефины.

Пока еще немного уступают им, но активно догоняют полиуретаны, полиэфиры, акрилаты и другие полимеры. Перечень деталей  автомобиля,  которые  в  тех или  иных  моделях  в  наши  дни изготовляют из полимеров, занял бы не одну страницу. Кузова и кабины, инструменты и электроизоляция, отделка салона и бамперы, радиаторы и подлокотники, шланги, сиденья, дверцы, капот. Более того, несколько разных фирм за рубежом уже объявили о начале производства цельнопластмассовых автомобилей. Наиболее характерные тенденции в применении пластмасс для автомобилестроения, в общем, те же, что и в других подотраслях. Во-первых, это экономия материалов: безотходное или малоотходное формование больших блоков и узлов. Во-вторых, благодаря использованию легких и облегченных полимерных материалов снижается общий вес автомобиля, а значит, будет экономиться горючее при его эксплуатации. В-третьих, выполненные как единое целое, блоки пластмассовых деталей существенно упрощают сборку и позволяют экономить живой труд.

Кстати, те же преимущества стимулируют и широкое применение полимерных материалов в авиационной промышленности. Например, замена алюминиевого сплава графитопластиком при изготовлении предкрылка крыла самолета позволяет сократить количество деталей с 47 до 14, крепежа - с 1464 до 8 болтов, снизить вес на 22%, стоимость - на 25%. При этом запас прочности изделия составляет 178%. Лопасти вертолета, лопатки вентиляторов реактивных двигателей рекомендуют изготовлять из поликонденсационных смол, наполненных алюмосиликатными волокнами, что позволяет снизить вес самолета при сохранении прочности и надежности. По английскому патенту № 2047188 покрытие несущих поверхностей самолетов или лопастей роторов вертолетов слоем полиуретана толщиной всего 0,65 мм в 1,5-2 раза повышает их стойкость к дождевой эрозии.

Жесткие требования были поставлены перед конструкторами первого англо- французского сверхзвукового пассажирского самолета “Конкорд”. Было рассчитано, что от трения об атмосферу внешняя поверхность самолета будет разогреваться до 120-150° С, и в то же время требовалось, чтобы она не поддавалась эрозии в течение по меньшей мере 20000 часов. Решение проблемы было найдено с помощью поверхностного покрытия защиты самолета тончайшей пленкой фторопласта.

Материалы на основе полимеров.

Полимеры — высокомолекулярные соединения, важнейшая составная часть пластмасс. Исходным сырьем для получения полимеров служит природный газ, а также «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти и каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля. Состоят они в основном из трех групп химических соединений:

1) связующего (различные смолы, полистирол, фенолоформальдегидные соединения  и др.);

2) пластификатора;

3) наполнителя

 В качестве вспомогательных  веществ в их состав входят  также пигменты (красители), стабилизаторы  и др.

 Впервые промышленное производство  полимеров началось в 20—30-е гг. ХХ в. , когда в массовом порядке  стали производить мочевиноформальдегидные и некоторые другие виды полимеров с внедрением методов полимеризации (начиная с 30-х гг.) были получены новые их виды: поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат и др. Еще позднее появились поликонденсационные пластики: полиуретановые, полиамидные и др.

 Крупномасштабное производство  полимерных материалов и широкое  их использование в строительстве  началось в 60-е гг. В настоящее  время в мире производится  более 100 млн. т. полимеров, значительная  часть их используется в строительстве. Например в СIIIА и Германии более 25% полимеров идет на изготовление строительных и отделочных материалов. В последнее десятилетие резко возрос выпуск таких важнейших полимеров, как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и полистирол. Полимеры все чаще используют как важнейшую составную часть композиционных материалов, Например, полимербетонов, полимерцементных бетонов и т. д.

 Широчайшее применение полимеров  в строительстве, помимо таких  положительных свойств, как антикоррозийность, эластичность, гибкость, технологичность, обусловлено в первую очередь возможностью создавать из них материалы с заданными разработчиками свойствами.

 Спектр применения полимеров  в строительстве весьма широк. Они повсеместно используются  для: покрытия полов (линолеум, релин, поливинилхлоридные плитки и др.), внутренней отделки стен и потолков, гидроизоляции и герметизации зданий, изготовления тепло — и звукоизоляционных материалов (поропласты, пенопласты, сотопласты), кровельных и антикоррозионных материалов и покрытий, оконных блоков и дверей, конструкционно-отделочных и ограждающих элементов зданий, лаков, красок, эмалей, клеев, мастик (на полимерном связующем) и для многих других целей.

В современном строительстве широко используются как искусственные полимеры, так и природные полимеры.

Химия в строительстве всегда использовалась очень широко, и химия полимеров не представляет собой исключения. Более того, можно утверждать, что на сегодняшний день именно она оказывается источником главных инноваций в строительстве. Судите сами: полимерная черепица, акриловые связующие искусственного камня, грунтовки, краски, шпатлевки, защитные покрытия, всевозможные использования ПВХ-пластика, клееный брус, гидроизоляции, герметики, утеплители, трубопроводы, финишные покрытия из винила, полимеров и т.п. Перечислять можно очень долго.

Попробуем сформулировать основные направления применения полимеров в строительстве и определить, какие именно полимеры используются в этой отрасли чаще всего.

Для начала поймем, что же такое полимер. К полимерам относится любой класс веществ, составленных из макромолекул, в свою очередь состоящих из мономеров. Неправильно полагать, что полимер – исключительно продукт органической химии, хотя в основном это так. Существуют естественные неорганические вещества, например, графит, полевой шпат, алмаз и т.п., имеющие естественную структуру, напоминающую полимер. Не вдаваясь в химические и физические подробности, связанные с особенностями строения полимеров – природных или искусственных – можно сказать, что они используются для существенного изменения таких свойств вещества, как вязкость, пластичность, температура плавления, растворимость, прочность, эластичность, стойкость к действию химических веществ, проницаемость, теплопроводность и т.п.

С точки зрения строительства, полимеры используются:

1. Для изменения свойств базовых  строительных материалов, использующихся  для возведения зданий и сооружений, фундаментов и т.п.

2. Изготовления конструкционных  материалов

3. Изготовления оконных и дверных  профилей из ПВХ

4. Изготовления отделочных материалов

5. Изготовления различных изделий, требуемых в инженерно-технической  эксплуатации помещений (сантехника  и т.п.)

6. Изготовления защитных, лакокрасочных  и т.п. материалов

7. Другие применения.

Полимерсодержащие материалы широко применяются в строительстве, при отделке, изготовлении труб и лакокрасочных изделий.

1. Цементные бетоны являются  главным, пожалуй, строительным материалом  последнего столетия. О их применении  можно не рассказывать – это  широко известно. Главным недостатком цементных бетонов является недостаточная коррозиционная стойкость, проницаемость для жидкостей, неустойчивость к действию кислот, слабая морозостойкость, хрупкость и небольшая износостойкость. Одно время эти проблемы решались за счет специальных покрытий, но сегодня все оказывается гораздо проще – полимеры вводятся прямо в состав бетона, полностью или частично заменяя минеральные вяжущие. В результате получается широкий класс полимерцементных бетонов, полимербетонов и бетонополимеров.

2. В конструкционных материалах используют армирующие полимеры – стеклопластики, сотопластики, орг.стекло, винипласт, древеснослоистые пластики. Самое распространенное их использование – для изготовления различных древесностружечных плит, в частности ДСП, ЛДСП, КДСП, МДФ и т.п.

3. Окна из ПВХ сделали революцию  в энергосбережении наших домов  во всем мире, однако только  окнами возможности поливинилхлорида  не ограничиваются. Этот пластик  используется для изготовления  всевозможных профилей, пленок для  натяжных потолков, линолеума, как уплотнитель, для изготовления сантехнических труб и производства листов, для электроизоляции проводов и кабелей. Более половины всего мирового производства ПВХ уходит в строительную отрасль. Этот материал после ряда добавок приобретает прекрасную стойкость к атмосферным и химическим воздействиям, легко монтируется и недорого стоит. В качестве добавки ПВХ в последние десятилетия стремительно вытесняет многие естественные строительные материалы, такие как цемент, глина или дерево.

4. Отделочные материалы, выполненные из полимеров, сейчас встречаются гораздо чаще, чем натуральные. Достаточно вспомнить виниловые обои, рулонные материалы для отделки потолков и стен, листы, панели, декоративные и моющиеся пленки, тканевые и бумажно-слоистые материалы на полимерной основе, всевозможные защитные и декоративные покрытия в наших домах.

5. Одно из больших направлений  использования полимерных материалов  – это изготовление труб. Для  этого используются так называемые  инженерные пластмассы, к которым  в данном случае чаще всего относятся полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, полиамид, полиформальдегид, полибутилентерефталат и т.п. Такие трубы обладают значительными преимуществами по сравнению с обычными, металлическими. Во-первых, срок службы качественной полиэтиленовой трубы может превышать аналогичный у металлической на порядок. Эти трубы более надежны, более дешевы, не коррозируют и не сохраняют отложения. Если вспомнить про более простое производство и хорошие гигиенические показатели, то станет очевидно, что металлические трубы стремительно проигрывают рынок.

6. Об использовании полимеров  в лакокрасочных изделиях можно  сказать совсем коротко – сегодня  практически нет таких изделий, где их не используют. Если  говорить о составляющих, то здесь  «работают» различные полимеризационные, поликондиционные и природные смолы, эфиры целлюлозы, красители и т.п.

Область применения полимеров в строительстве расширяется буквально ежедневно. Регулярно проходят конференции, симпозиумы, выставки, где рассказываются тысячи новых применений полимеров в строительстве. Выпускаются периодические издания, делаются информационные рассылки. Новинки рынка обычно быстро доходят до потребителей, однако уследить за ними бывает очень сложно. Даже эта наша статья успеет устареть к моменту окончания ее написания, поскольку в мире придумают еще несколько новых применений