55.Полимерные органические материалы

Вопрос: Пластические массы и полимербетоны, заполненные полимеры, наполнители, добавки к бетонам.

Пластмассы (пластические массы) или пластики — органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное состояние.

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50—250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу — температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 × 15 × 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 × 15 мм, равное 50 кгс/см², разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

Теплостойкость поВика — температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) — температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться хрупко.

Для придания особых свойств пластмассе в нее добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т. п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды)

Полимербетон (пластбетон, пластоцемент) — общее название бетонов, содержащих в своём составе термореактивное органическое связующее (обычно эпоксидную смолу) и большое количество дисперсного наполнителя (талька, аэросила, толчёного кварца, гранитной крошки и др.). Состав может называться пластоцементом если количество наполнителя более 50 %.

По сравнению с цементными бетонами, полимерные и полимерцементные бетоны обладают большей прочностью на растяжение, меньшей хрупкостью, лучшей деформируемостью. У них более высокие водонепроницаемость, морозостойкость, сопротивление истиранию, стойкость к действию агрессивных жидкостей и газов.

Известно, что наполнение смол дисперсными наполнителями более 5 % резко понижает их прочностные свойства (в зависимости от степени наполнения). Пластоцементы никогда не используются в качестве композитов для деталей, находящихся под нагрузкой. Также цена пластоцементов значительно выше обычных неорганических цементных смесей, что определяет их узкую специализацию.

Полимербетон ещё называют «искусственный камень» из-за его прочности и внешнего сходства. Применяется полимербетон для герметизации резервуаров, шпатлёвки, грунтовки, при изготовлении наливных полов, для выравнивания неровностей и дефектов в металлических изделиях, в производстве мебели и как строительный материал.

Основные изделия из полимербетона:

-Столешницы из "искусственного камня". В данном случае пластоцемент наполняют мраморной или гранитной крошкой, что придаёт ему декоративные свойства.

-Раковины для химических лабораторий. Пластоцементы обладают высокой химической стойкостью, что позволяет их использовать таким образом.

-Двухкомпонентные шпатлёвки и грунтовки.

-Наливные полы.

Наполнители — вещества, добавляемые к основному составу для изменения свойств или (и) удешевлению материала.

Наполнители - наиболее распространены твердые - древесная мука, древесные опилки, шелуха зерновых, хлопковые очёсы, хлопчатобумажная ткань, бумага, графит, асбест, кварц, стекловолокно, отходы автопокрышек, различные природные и минеральные наполнители. Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы.

Пластики

Вещества, вводимые в резиновую смесь или в латекс (сажа, мел, тальк, оксид магния), в пластмассы (древесные опилки, асбест и т. д.), для улучшения различных технических свойств. Например, сажа придает резинам износостойкость (а также удешевляет их). В качестве наполнителей применяют сажу, графит, стеклянные, асбестовые, химические волокна и др. Например, в слоистых пластиках роль наполнителя выполняют бумага, ткани, в пенопластах — газы, например, азот.

Пестициды

В некоторых случаях наполнители (тальк, мел, каолин и др.) добавляют в различные препараты (дусты) ядохимикатов.

Лекарственные средства

Иногда наполнители добавляют в таблетированные лекарства (мел, сахар).

Добавоки к бетонам.

Пластифицирующий эффект добавок к бетонам

Приводит к разжижению свежеприготовленной бетонной или растворной смеси и определяется комплексом процессов. Основным из них является «смазывающее» действие поверхностно-активных веществ пластифицирующей добавки, по¬крывающих микронеровности твердой фазы, разделение слипшихся частиц цемента (пептизация) и освобождение воды, захваченной частицами цемента. Это происходит за счет электростатического эффекта - отталкивания одноименно заря¬женных молекул пластификатора, адсорбированных цементной системой, что приводит, в свою очередь, к замедлению на¬чала образования кристаллогидратной структуры цементного камня.

Суперпластификаторы замедляют процесс твердения цемента только на ранней стадии, в дальнейшем с ростом продуктов гидратации наблюдается резкое падение подвижности системы.

В настоящее время разработаны суперпластификаторы нового типа, имеющие боковые гидрофобные полиэфирные цепи, благодаря которым обеспечивается стерический эффект. Сочетание стерического и электростатического эффекта позволяет не только повысить подвижность растворов в ранние сроки, но и сохранить ее более длительное время. Кподобнымсуперпластификаторам относятся пластификаторы серии Melflex (Германия). Их использование позволяет снизить расход воды на 20-35%, что дает возможность изготавливать бетонные и растворные смеси требуемой удобоукладываемости при очень малых водоцементных отношениях (в/ц = 0,2 - 0,3), получать бетоны высокой прочности или применять литые бетонные смеси без вибрационной укладки.

Ускоряющим эффектом обладает целая группа добавок.

По характеру своего действия на цементную систему они подразделяются на добавки:

• электролиты, повышающие растворимость цемента и продуктов его гидратации - это хлориды кальция и натрия;

• реагирующие с цементом и образующие труднорастворимые и малодиссоциирующие соединения, которые уплотняют структуру цементного камня - это нитраты и нитриты кальция, поташ и др.;

• образующие центры кристаллизации (кристаллические затравки) - это гидросульфаталюминат кальция.

Гидрофобизирующие добавки к бетонам.

При взаимодействии их с цементом образуются микропузырьки газа, которые насыщают бетонную смесь и создают в бетоне замкнутую пористость. При этом снижается средняя плотность бетона, повышается его морозостойкость и водонепроницаемость.

Противоморозные добавки к бетонам.

Твердение бетона замедляется с понижением температуры и прекращается при замерзании жидкой фазы. Чтобы обеспечить твердение бетона в зимних условиях, необходимо предотвратить замерзание его жидкой фазы. Это может быть достигнуто, если сохранить положи¬тельную температуру бетона в период твердения до набора им определенной прочности или искусственно понизить температуру замерзания жидкой фазы, затворяя бетонную или растворную смесь не водой, а растворами некоторых химических соединений определенной концентрации. Температура замерзания воды понижается с увеличением концентрации этих химических соединений, а также зависит от сочетания присутствующих в воде ионов и максимальной растворимости соли (см. таблицу).