Состав и свойства строительных пластмасс

Как правило, пластмассы представляют собой многокомпонентные системы, в которых полимеры выполняют роль связующего вещества. Связующее вещество скрепляет непластичные материалы и определяет все важнейшие свойства готовой продукции, включая ее стоимость. Кроме полимера в состав пластмасс могут входить наполнители, стабилизаторы, пластификаторы, отвердители и другие компоненты.

Наполнители снижают расход полимера и тем самым удешевляют пластмассы. Кроме того, они придают им необходимые свойства: повышают прочность, твердость, теплостойкость, сопротивляемость усадке и ползучести, снижают их горючесть и т.д.

По своей природе наполнители могут быть органическими (хлопковый пух, отходы деревообработки, лигнин, древесный шпон, измельченные отходы пластмассового производства, различные ткани) и неорганическими (асбест, стекловолокнистые материалы, тальк, слюда, кварц, каолин и др.).

По виду наполнители могут быть порошкообразными (древесная мука, мел, тальк, сажа, кварцевая мука, целлюлоза), волокнистыми (хлопковые очесы, стеклянное, синтетическое, асбестовое волокно), листовыми (бумага, древесный шпон, ткани, рогожки из стекловолокна). Некоторые пластмассы на 80—90% состоят из наполнителей (например, древесно-стружечные плиты).

Пластификаторы придают полимерам большую пластичность при нормальной температуре, повышают их гибкость и эластичность, облегчают переработку пластмасс. Механизм действия пластификаторов заключается в том, что относительно небольшие молекулы пластификатора, проникая между макромолекулами полимера, ослабляют межмолекулярные связи и тем самым повышают подвижность полимерных молекул. Пластификаторами обычно служат нелетучие органические жидкости, хорошо совмещающиеся с полимером (например, глицерин, эфиры фталевой и фосфорной кислот — дибутилфталат, диоктилфталат), а также полимерные масла и полиэфиры.

Стабилизаторы способствуют сохранению структуры и свойств пластмасс во времени, предотвращая или замедляя их старение при воздействии солнечного света, кислорода воздуха, нагрева и других неблагоприятных факторов. В зависимости от характера деструктивных факторов вводят термо- или светостабилизаторы, антиоксиданты. Так, для снижения скорости окисления полимеров вводят тонкодисперсные металлы, оксиды переходных металлов. Сущность светостабилизации заключается в способности некоторых веществ (производные фенола, газовая сажа, оксид цинка) поглощать ультрафиолет и преобразовывать его в тепловую энергию.

Отвердители — вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, ускоряющие процесс отверждения пластмасс.

В качестве красителей в пластмассах применяют как органические (нигрозин, хризоидин и др.), так и минеральные пигменты (охра, природная мумия, железный сурик, белила и т.д.). Для производства пористых пластмасс вводятся добавки — порообразователи (получение пено- и поропластов); для повышения стойкости против возгорания — антипирены.

Свойства пластмасс изменяются в широком диапазоне в зависимости от их состава, строения полимеров, типа наполнителя, условий изготовления и других факторов. К положительным свойствам пластмасс относится их малая плотность — от 10…20 кг/м3 у ячеистых пластмасс до 2200 кг/м3 у стеклопластиков. В среднем пластмассы в 6 раз легче стали и в 2,5 раза — алюминия. Наряду с высокой механической прочностью это обеспечивает пластмассам очень высокую удельную прочность.

Характерная особенность пластмасс заключается в том, что наряду с высокой прочностью при сжатии они имеют еще более высокую прочность при растяжении и изгибе. Так, предел прочности стеклопластиков доходит при сжатии до 350 МПа, а предел прочности при изгибе — до 550 МПа; для древесно-слоистых пластиков — 150 и 280 МПа соответственно.

Пластмассы имеют низкую теплопроводность, высокую водостойкость и водонепроницаемость, универсальную химическую стойкость, высокие электроизоляционные свойства, гигиеничность и декоративность, малую истираемость и т.д.

Пластмассы способны окрашиваться в различные цвета; некоторые из них прозрачны. Технологичность пластмасс заключается как в относительной простоте изготовления материалов и изделий, так и в высокой степени готовности изделий, требующих на строительстве только монтажа. Пластмассы легко обрабатываются (режутся, сверлятся, пилятся и т.д.), хорошо свариваются и склеиваются как между собой, так и с другими материалами (металлом, деревом и др.).

К отрицательным свойствам пластмасс прежде всего относится низкая теплостойкость: большинство пластмасс имеют предельную температуру плавления 100…150°С, а некоторые начинают размягчаться уже при температуре 60…80°С. При дальнейшем повышении температуры большинство пластмасс горит.

При длительном действии напряжений пластмассы склонны к необратимой деформации — ползучести, которая резко возрастает с повышением температуры. Поверхностная твердость пластмасс достаточно низкая. Значительным недостатком является высокое тепловое расширение пластмасс — во много раз больше, чем у металлов, бетона, стекла, а также склонность к старению. Старение выражается в потускнении цвета, потере прозрачности, увеличении хрупкости, растрескивании и деструкции.

Для полимерных материалов, применяемых для внутренней облицовки стен, потолков, покрытия полов, особенно важны токсикологические и гигиенические характеристики пластмасс. К токсичным веществам, которые могут выделяться из пластмасс, например в результате незавершенности химических процессов получения полимеров, относятся ацетон, бензол, фенол, фурфурол, хлор, винилацетат и др. Даже небольшие количества химических веществ, выделяющихся из полимерных материалов, могут вызывать нарушения в состоянии организма человека.

Большинство пластмасс относятся к горючим материалам. Чрезвычайно токсичными могут быть вещества, выделяемые при горении пластмасс. Так, при горении поливинилхлорида образуется диоксин — сильнейший яд, ничтожная доза которого способна убить человека. Он в 1000 раз токсичнее известного яда стрихнина. Диоксин оказывает опаснейшее воздействие на имунную и эндокринную системы организма, вызывает образование опухолей и воздействует на репродуктивные функции.

Пластмассы в целом можно отнести к долговечным материалам. Необходимость ремонта и замены полимерных материалов возникает из-за старения связующего, повышенного истирания, изменения линейных размеров, потери декоративных свойств. На долговечность пластмасс отрицательно влияют процессы, способствующие проникновению влаги и агрессивных веществ через пленку полимера к наполнителю.

Отслужившие свой срок полимерные материалы не разлагаются в природной среде, а отсюда — постоянный рост количества полимерных отходов.