Строительные материалы
на основе полимеров
Общие сведения.
Пятилетним
планом развитйя народного хозяйства
СССР на 1971 —1975 гг. предусмотрено увеличение
выпуска пластмасс примерно в 2 раза. Пластмассами
называют материалы, полученные из природных
или искусственных высокомолекулярных
соединений, способные под влиянием нагрева
и давления принимать любую форму и сохранять
ее после завершения процесса изготовления
данного материала. По составу пластмассы
делят на простые и сложные: первые состоят
из одной синтетической смолы, вторые
— из одного или двух полимеров, наполнителей
и добавок. В строительстве в основном
используют сложные пластмассы. Заполнители
и добавки применяют для того, чтобы получить
пластмассы с заранее заданными свойствами,
например повысить теплоустойчивость,
прочность, морозостойкость, а также увеличить
долговечность и снизить стоимость пластмасс.
Для пластмасс применяют наполнители
трех видов: порошкообразные, волокнистые
и листообразные.
Пластические
массы являются новым, перспективным
строительным материалом, однако
и они имеют свою область
рационального применения. К положительным
свойствам пластмасс можно отнести:
1) широкий диапазон их объемных
масс; 2) широкий диапазон марок,
особенно у пластмасс с листообразным
наполнителем, прочность, которых
близка прочности металлов. В
настоящее время развернуты большие
работы по замене металлов
некоторыми видами пластмасс.
В среднем можно принять, что
прочность пластмасс на сжатие
составляет 1200— 1600 кгс/см2, на изгиб—400—600
кгс/см2 3) высокий коэффициент конструктивного
качества, т.е. отношение марки материала
к его объемной массе (очень важный экономический
показатель). Известно, что чем больше
объемная масса, тем выше прочность и больше
теплопроводность материала; 4) низкую
теплопроводность, приближающуюся по
значению к теплопроводности воздуха;
5) химическую стойкость, т.е. хорошую сопротивляемость
разрушающему воздействию кислот, щелочей
и других разъедающих материалы жидкостей
и газов, что выгодно отличает пластмассы
от других материалов, применяемых в строительстве;
6) высокую износоустойчивость, что позволяет
применять пластики для устройства долговечных
полов; 7) высокие антикоррозионные и оптические
свойства (прозрачность пластмасс выше,
чем стекла, например некоторые разновидности
пластмасс пропускают в 10 раз больше ультрафиолетовых
лучей, чем стекло); 8) легкость обработки,
позволяющую придавать пластмассам любую
форму (литье, прессование и т. п.), что снижает
стоимость изготовления изделий сложной
конфигурации; 9) легкость станочной обработки
и возможность склеивания пластмасс как
друг с другом, так и с другими материалами,
что расширяет диапазон применения пластмасс
в строительстве; 10) легкость сваривания
в струе горячего воздуха, обеспечивающую
высокую эффективность сборки конструкций,
изготовленных из пластиков; 11) возможность
изготовлять из пластмасс очень тонкие
пленки для получения высококачественных
гидроизоляционных материалов.
К недостаткам
пластмасс относятся: 1) сравнительно
малая температуроустойчивость, так
как пластмассы могут нормально работать
при температуре окружающей среды не выше
200° С, и только материалы, изготовленные
на основе кремнеорганических полимеров,
способны выдерживать температуру окружающей
среды до 350° С; 2) высокий коэффициент температурного
линейного расширения (в 10 раз больше,
чем у металлов); 3) большая ползучесть
(способность к пластическому течению
при обыкновенных температурах)—в 10 раз
больше, чем у бетона; 4) небольшая поверхностная
твердость, что не позволяет применять
пластмассы в конструкциях, на которые
воздействуют острые части деталей; 5)
сгораемость.
Пластмассы, получаемые
методом полимеризации и поликонденсации.
В настоящее
время существует много методов
получения пластмасс, однако наиболее
распространенными для изготовления
пластмасс, применяемых в строительстве,
являются метод химической модификации
веществ, метод полимеризации,
метод конденсации, метод простой
и деструктурной перегонки органических
материалов.
Из смол, получаемых
методом химической модификации,
наиболее широко используется
нитроцеллюлозная смола, на основе
которой изготовляют линолеум
и другие материалы. Основными
разновидностями полимеров, изготовляемых
методом полимеризации, являются:
полиэтилен — высокомолекулярный
парафин с линейным строением
молекулы, т.е. термопластичное вещество
(при повышении температуры вязкость
снижается, при понижении температуры
она восстанавливается), применяющееся
для изготовления санитарно-технических
изделий и гидроизоляционных
пленок; поливинилхлорид— основное
сырье для получения теплоизоляционных
материалов, текстолита и линолеума; полиизобутилен
с каучукообразной структурой, применяющийся
в химической промышленности как антикоррозионный,
а в строительной как гидроизоляционный
материал; полистирол — высокомолекулярный
продукт, получаемый путем полимеризации
стирола, широко используется при изготовлении
декоративных стекол, цветных облицовочных
плиток и теплоизоляционных материалов.
Наиболее
широко используемыми разновидностями
полимеров, получаемых методом
конденсации, являются: феноло-формальдегидные
смолы, изготовляемые путем конденсации
фенола формалином и используемые
при производстве древесностружечных
и древесноволокнистых плит, стеклопластиков,
бумагопластиков, теплоизоляционного
материала и т.п., а также для склеивания
элементов деревянных конструкций; резорциноформальдегидная
смола, образующаяся при отвердении резорцина
формалином и используемая для изготовления
листообразных пластиков, склеивания
металлических пластинок и т.п.; карбамидная
смола — продукт отвердения мочевины
формалином, применяемая для изготовления
прессованных и литых пластмасс, лаков,
клеев и теплоизоляционных материалов;
полиэфирные смолы, образующиеся при поликонденсации
двухатомных кислот многоатомными спиртами.
В настоящее время имеется много разновидностей
этих смол, но в строительстве наиболее
широко распространены глифталиевые смолы,
из которых готовят лаки, эмали и некоторые
виды стеклопластиков.
Основные виды строительных
изделий, получаемых на основе пластмасс.
Пластмассы
используют для изготовления
стеновых, облицовочных, теплоизоляционных,
гидроизоляционных материалов, труб,
санитарно-техиических изделий и материалов
для полов. Наиболее широко в качестве
стеновых материалов используются стеклопласты,
древеснослоистые пластики, древесностружечные
плиты, различные пленки, линкруст, дерматин,
листовые материалы для отделки стен,
декоративный бумагопласт и полистирольные
отделочные плитки.
Стеклопласты стеновых
панелей состоят из основы и синтетической
смолы. В качестве основы применяют
дробленое стекловолокно и стеклополотно.
Вяжущим веществом являются феноло-формальдегидные,
полиэфирные и другие смолы, хорошо сцепляющиеся
с поверхностью стекла. Пленки, используемые
для отделки стен, могут быть основными
и безосновными. В качестве основы применяют
бумагу, хлопчатобумажную ткань, картон,
наиболее распространены пленочные материалы,
линкруст, дерматин.
Пленка поливинилхлоридная
с клеевым слоем изготовляется
из невысыхающего клея, защищенного
специально обработанной бумагой;
пленка выпускается непрозрачной,
окрашенной или с тисненым
печатным рисунком. Отделочная поливинилхлоридная
пленка на бумажной основе
применяется для внутренней отделки
стен зданий, изготовляется различной
окраски, с рисунком. Безосновные
пленки (прозрачные, полупрозрачные
и непрозрачные) изготовляются различной
окраски и с рисунком, наклеиваются
на хорошо подготовленную ровную
поверхность целлюлозным клеем.
Линкруст выполняется на бумажной
основе, покрытой тонким слоем
пластика. Выпускается линкруст
стеновой и бордюрный, окрашенный
и неокрашенный. При изготовлении
линкруста на одну сторону
бумажной массы наносят тонкий
слой пасты, состоящей из поливинилхлорида,
наполнителя (пробковой или древесной
муки), пластификатора и красителя.
Линкруст применяют для отделки
стен зданий, а также для отделки
встроенной мебели. Дерматин с
тканевой основой, покрытой тонким
слоем поливинилхлоридной пасты,
выпускается окрашенным, гладким
и рифленым. Этот материал применяют
для отделки стен и мебели.
Декоративный бумажнослоистый пластик
состоит из трех слоев: среднего, основного
и двух покровных, выполняющих декоративную
роль. Плитки облицовочные полистирольные
изготовляют на специальных станках методом
выдавливания при температуре выше 100°
С, различных цветов и расцветок и разнообразной
формы и толщины.
Теплоизоляционные
материалы на основе пластмасс
выпускаются двух классов: волокнистые
материалы на синтетических связках
и газонаполненные пластмассы, представляющие
собой пористые вещества с
изменяющейся в широких пределах
объемной массой. Пластики второго
класса разделяют на три группы:
пенистые пластмассы или пенопласты,
поропласты и сотовые пластмассы
или сотопласты. Химическая промышленность
выпускает большое количество видов теплоизоляционных
материалов, изготовляемых на основе полистирола,
поливинилхлоридной, карбамидной, феноло-формальдегидной
смолы.
Пластмассы
для устройства полов разделяют
на две группы: рулонные и плиточные
материалы. Рулонные материалы
для полов, как с основой,
так и без нее, обладают высокой
износоустойчивостью и прочностью
и поэтому весьма эффективны.
В настоящее время выпускаются следующие
разновидности линолеумов: линолеум поливинилхлоридный
на войлочной или джутовой основе или
без нее, различных цветов (в зависимости
от типа применяемого красителя); нитроцеллюлозный
линолеум — рулонный материал без основы
коричневого и красного цветов; релин,
или резиновый линолеум, состоящий из
двух слоев — верхнего (цветная резина)
и нижнего (дробленая резина), связанных
битумом. Каждый слой изготовляют отдельно,
а затем соединяют вулканизацией сырой
резиной. Верхний слой состоит из синтетического
каучука и наполнителя в виде асбеста,
древесной муки, каолина, мела и т.п.
В строительстве
применяются кумароно-поливинилхлоридные
плитки— из поливинилхлоридного и кумаронового
полимеров с пластификатором в виде дибутилфталата
(наполнитель —древесная мука или размельченный
тальк), плитки могут изготовляться любого
цвета, они гигиеничны, водо-, морозо- и
химически стойки. Фенолъные плитки получают
на базе феноло-формальдегидной смолы,
отвердителя и порошкообразного наполнителя
(органического или минерального), Этот
материал обладает высокой прочностью,
водоустойчивостью, химической стойкостью,
теплоустойчивостью и малым водопоглощением.
Бесшовные
полы из поливинилацетатной мастики
устраивают одно- или двухслойными.
В качестве компонентов применяют поливинилацетатную
эмульсию, пластификатор (дибутилфталат),
наполнитель (измельченный кварцевый
песок) и органический или минеральный
пигмент. Гидроизоляционными материалами
являются полиэтиленовая и поливинилхлоридная
пленки. Они хорошо обволакивают поверхности
конструкций, водо-, морозо- и кислотоустойчивы.
В строительстве начинают применять пластмассовые
трубопроводы, которые долговечны, не
требуют антикоррозионных покрытий, обладают
меньшей объемной массой, чем металлические.
Из пластмасс изготовляют также ванны,
умывальники и другие санитарно-технические
изделия.
Технико-экономические
показатели.
Удельный
вес применения пластмасс в строительной
промышленности с каждым годом возрастает,
постоянно расширяется их ассортимент.
Производство полимерных строительных
материалов относится к весьма материалоемким
отраслям. Например, в целом по промышленности
строительных материалов удельный вес
сырья и материала составляет 32,4%, тогда
как в пластмассовой промышленности —
80,4%.
Удельные
капитальные вложения на производство
полимеров, так же как и их
себестоимость, колеблются в широких
пределах. .Наименьшие показатели имеют
мастичные композиции, пленки, лакокрасочные
вещества, их себестоимость составляет
0,08—0,1 руб/м2. Себестоимость рулонных материалов,
используемых при устройстве полов, равна
0,6—2,5 руб/м2.
Технико-экономическая
целесообразность применения полимерных
материалов в строительстве подтверждается
данными табл. 7. Из табл. 7 видно,
что стоимость пластмассовых
полов, наиболее распространенных
в строительстве, лежит на уровне
дощатых и несколько ниже паркетных.
В дальнейшем стоимость пластмассовых
полов будет уменьшаться, так
как химическая промышленность
располагает большими резервами
снижения себестоимости продукции.
Сравнение
трудоемкости изготовления различных
видов пластмассовых волокон
(по данным Всесоюзного научно-исследовательского
института новых строительных
материалов) показывает, что полы
из поливинилхлоридного линолеума
на войлочной основе требуют
в 1,5 раза меньше трудовых затрат,
чем при использовании других
полимерных материалов (табл. 8). В настоящее
время, по данным НИИЭС, имеются следующие
основные направления целесообразного
использования полимеров в строительстве:
внедрение эффективных рулонных и плиточных
материалов на основе поливинилхлорида
для покрытия полов; применение в отделке
стен, синтетических лакокрасочных материалов,
пленок, бумажнослоистых пластиков и др.;
использование для утепления зданий новых
видов тепло- и звукоизоляционных материалов
на основе вспененных пластмасс; внедрение
в крупноблочное строительство долговечных
латексных кровельных покрытий; применение
для герметизации стыковых крупнопанельных
зданий долговечных мастичных и профильных
материалов на основе синтетических каучуков;
внедрение встроенной мебели и шкафов-перегородок
из древесностружечных плит, а также высококачественных
дверных блоков из древесностружечных
и древесноволокнистых плит; использование
полимерных санитарно-технических изделий
(сифонов и смывных бачков, а также канализационных
труб).