Полимерные материалы в строительстве
Введение
пластмасса полимер атом высокомолекулярный
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. Однако в данном реферате будут
рассмотрены конкретные полимерные материалы (слоистые поластики), используемые
в качестве строительных плит. Такими представителями являются: стеклотекстолит,
древесные пластики и ориентирно-стружечные плиты.
В современном строительстве полимерные строительные материалы
(их насчитывается свыше 100 наименований) находят все более широкое применение.
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.
1. Полимеры
Полимеры - высокомолекулярные соединения, вещества с большой
молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), в которых
атомы, соединенные химическими связями, образуют линейные или разветвленные
цепи, а также пространственные трехмерные структуры. К полимерам относятся
многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза,
крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров
получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов
природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и
химических превращений.
В зависимости от строения основной цепи полимеры делятся на
линейные, разветвленные, и пространственные структуры. Линейные и разветвленные
цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и
радиации, а также путем вулканизации.
Линейные ВМС могут иметь как кристаллическую, так и аморфную
(стеклообразную) структуру. Разветвленные и трехмерные полимеры, как правило,
являются аморфными. При нагревании они переходят в высокоэластическое состояние
подобно каучуку, резине, и другим эластомерам. При действии особо высоких
температур, окислителей, кислот и щелочей, органические и элементоорганические
ВМС подвергаются постепенному разложению, образуя газообразные, жидкие, и
твердые соединения.
Физико-механические свойства линейных и разветвленных
полимеров во многом связаны с межмолекулярным взаимодействием за счет сил
побочных валентностей. Так, например, молекулы целлюлозы взаимодействуют между
собой по всей длине молекул, и это явление обеспечивает высокую прочность
целлюлозных волокон. А разветвленные молекулы крахмала взаимодействуют лишь
отдельными участками, поэтому не способны образовывать прочные волокна.
Особенно прочные волокна дают многие синтетические полимеры (полиамиды,
полиэфиры, полипропилен и др.), линейные молекулы которых расположены вдоль оси
растяжения. Трехмерные структуры могут лишь временно деформироваться при
растяжении, если они имеют сравнительно редкую сетку (подобно резине), а при
наличии густой пространственной сетки они бывают упругими или хрупкими в зависимости
от строения.
ВМС делятся на две большие группы: гомоцепные, если цепь
состоит из одинаковых атомов (в том числе карбоцепные, состоящие только из
углеродных атомов), и гетероцепные, когда цепь включает атомы разных элементов.
Внутри этих групп полимеры подразделяются на классы в соответствии с принятыми
в химической науке принципами.
Так, если в основную или боковые цепи входят металлы, сера,
фосфор, кремний и др., полимеры относятся к элементоорганическим соединениям.
Полимерные материалы делятся на три основные группы:
пластические массы, каучуки, волокна химические. Они широко применяются во
многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных
отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта.
Классификация.
Некоторые органические пластические материалы встречаются в
природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал
(твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические
формуемые вещества называют смолами.
Хотя модифицированные природные полимеры и находят
промышленное применение, большинство используемых пластмасс являются
синтетическими. Органическое вещество с небольшой молекулярной массой (мономер)
сначала превращают в полимер, который затем прядут, отливают, прессуют или
формуют в готовое изделие. Сырьем обычно являются простые, легко доступные
побочные продукты угольной и нефтяной промышленности или производства
удобрений.
Полиэтилен-полимер с чрезвычайно широким набором свойств и
использующийся в больших объемах, вследствие чего его считают королем
пластмасс. За 10… 12 лет эксплуатации прочность его снижается лишь на ¼. Благодаря химической чистоте и неполярному строению полиэтилен
обладает высокими диэлектрическими свойствами. Они в сочетании с высокими механическими
и химическими свойствами обусловили широкое применение полиэтилена в
электротехнике, особенно для изоляции проводов и кабелей.
Помимо полиэтилена общего назначения выпускаются его многие
специальные модификации, среди которых: антистатический, с повышенной
адгезионной способностью, светостабилизированный, самозатухающий,
ингибитированный (для защиты от коррозии), электропроводящий (для
экранирования).
Главный недостаток полиэтилена-сравнительно низкая
нагревостойкость
Полиимид - новый класс термостойких полимеров, ароматическая
природа молекул которых определяет их высокую прочность вплоть до температуры
разложения, химическую стойкость, тугоплавкость. Полиимидная пленка
работоспособна при 200°С в течение нескольких лет, при 300°С -1000 ч, при 400°С
- до 6 ч. Кратковременно она не разрушается даже в струе плазменной горелки.
При некоторых специфических условиях полиимид превосходит по температурной
стойкости даже алюминий. Степень разрушения полиимида - 815°С., алюминия 515°С.
Эпоксидные смолы-продукт поликонденсации многоатомных
соединений, включающих эпоксигруппу кольца
2. Основные свойства пластмасс
.1 Химические свойства
С точки зрения химического поведения полимер похож на мономер
(или мономеры), из которого (или которых) он получен. Углеводороды этилен
H2C=CH2, пропилен H2C=CH-CH3 и стирол H2C=CH-C6H5 претерпевают
присоединительную полимеризацию, образуя полиэтилен, полипропилен и полистирол
со следующими структурами
Эти полимеры ведут себя как углеводороды. Они, например,
растворимы в углеводородах, не смачиваются водой, не реагируют с кислотами и
основаниями, горят, подобно углеводородам, могут хлорироваться, бромироваться и
в случае полистирола нитроваться и сульфироваться
2.2 Физические свойства
Физические свойства полимера, напротив, зависят не только от
характера мономера, но в большей степени от среднего количества мономерных
звеньев в цепи и от того, как цепи расположены в конечной макромолекуле.
Все синтетические и используемые в промышленности природные
полимеры содержат цепи с различным числом мономерных единиц. Это число называют
степенью полимеризации (СП) и обычно пользуются его средним значением,
поскольку цепи не одинаковы по длине. Средняя длина цепи и СП может быть
определена экспериментально несколькими методами (например, осмометрией
измерением осмотического давления различных растворов; вискозиметрией
измерением вязкости; оптическими методами измерением светорассеяния
различными растворами; ультрацентрифугированием, при котором вещества
разделяются по их плотности). СП особенно важна при определении механических
свойств полимера, поскольку при прочих равных условиях более длинные цепи
налагаются друг на друга более эффективно и порождают большие силы сцепления.
Можно сказать, что заметная механическая прочность наблюдается уже при СП
50-100, достигая максимума при СП выше 1000.
3.ОСП (Ориентированно-стружечная плита)
В настоящее время выпуск «Перечня полимерных материалов и
изделий, допущенных к применению в строительстве» прекращен. На каждый вид
новых полимерных строительных материалов и изделий теперь требуется ГОСТ и
отдельный гигиенический сертификат. Не регламентируется и не ограничивается
использование полимерных материалов, находящихся в толще конструкций и сообщающихся
с воздухом помещений лишь через стыки и трещины, а также клеевых и других
малотоксичных материалов, используемых в небольших количествах. Это положение
не распространяется на сильно токсичные вещества, например, на такие, как
изоцианты, выделяющиеся из полиуретановых уплотнителей, которые даже в весьма
малых дозах способны приводить к заболеваниям дыхательных путей и аллергии.
Наряду с гигиенической регламентацией и сертификацией
важнейшее значение для повышения уровня экологической безопасности используемых
материалов имеет разработка новых видов нетоксичных полимерных строительных
материалов и изделий. Немаловажна и экологизация технологического процесса их
изготовления, строгий контроль за качеством исходных компонентов сырья.
Примером такого материала могут служить ориентировано-стружечные плиты.
Ориентированно-стружечная плита (ОСП) (OSB
- Orient Strand Board, в переводе - плита с ориентированной плоской
стружкой) - плотноспрессованная трехслойная плита из плоской ориентированной
щепы (микрошпон) хвойных пород, клееная синтетическими клеями под воздействием
высокого давления и температур. Наружные слои отличает параллельное направление
волокон, а внутренний образован путем послойного наложения щепы друг на друга.
Такая характерная для ОСП крестообразная структура придает данному
строительному материалу особую прочность и качество, подтвержденное стандартами
EN 300, ГОСТ 10632-89, а также сертификатами многих стран мира.
OSB, как и фанера, принадлежит к классу древесных
плит, т.е. ориентированно-стружечная плита является продуктом древесного
происхождения. Она производится путем прессования прямоугольных плоских щепов в
условиях высокого давления и температуры, с использованием склеивающей
водостойкой смолы. Высокие физико-механические характеристики плиты ОСП
объясняются размерами и характером укладки щепы. Длинные тонкие щепы (длина до
140 мм, толщина до 0,6 мм) укладываются в ковре тремя слоями. Два внешних слоя
образуются щепой, ориентированной параллельно длине готовой плиты, а во
внутреннем слое щепа укладывается перпендикулярно длине плиты. Особые
технологические процессы изготовления щепы для каждого слоя, тщательный
контроль укладки слоев, оптимальная ориентация щепы, а также использование клея
экстерьерного типа, его равномерное распределение и добавление водостойкой
смолы - все это обеспечивает высокую прочность, эластичность и прекрасный
внешний вид плит ОСП.
В данное время на российском рынке принята следующая
классификация плит OSB, которые отличаются по влагостойкости и прочности в
зависимости от типа:
• OSB-1 (ОСП-1):
Прочность на изгиб по главной оси - Низкая, < 20 Н/мм2;
Влагостойкость (набухание по толщине в течении 24 ч) -
Низкая, > 20%;
Плиты, предназначенные для использования в условиях
пониженной влажности (мебель, обшивка, упаковка).
• OSB-2 (ОСП-2):
Прочность на изгиб по главной оси - Высокая, 22 Н/мм2;
Влагостойкость (набухание по толщине в течении 24 ч) -
Низкая, около 20%;
• OSB-3 (ОСП-3):
Прочность на изгиб по главной оси - Высокая, 22 Н/мм2;
Влагостойкость (набухание по толщине в течении 24 ч) -
Высокая, 15%;
Плиты, выдерживающие более тяжелые режимы эксплуатации: при
изготовлении несущих конструкций в условиях повышенной влажности. Основное
применение - основание под битумную гибкую черепицу.
• OSB-4 (ОСП-4):
Прочность на изгиб по главной оси - Сверхвысокая, 30 Н/мм2;
Влагостойкость (набухание по толщине в течение 24 ч) -
Сверхвысокая, 12%;
Плиты обладают более высокими показателями по прочности и
влагостойкости, что в свою очередь расширяет границы применения по сравнению с
плитами OSB Могут быть дополнительно: лакированными - покрыты лаком с одной
стороны, ламинированными - покрыты ламинатом (применяются в качестве опалубки
многоразового использования с количеством циклов, доходящим до пятидесяти раз).
3.1 Преимущества плит OSB
Безопасность!!
Плита OSB лишена недостатков, присущих
натуральной древесине в частности фанере (расслоение, гигроскопичность и
коробление, внутренние пустоты и трещины, выпавшие сучки и другие), за счет
однородной внутренней структуры, одинаковой как во внешних слоях, так и во
внутренних.
Имеет практически такие же значения предела
прочности и модуля упругости при растяжении, сжатии и сгибе, что и фанера. Но,
поскольку плита OSB имеет более однородную структуру, то предел прочности на
срез у нее выше, чем у фанеры.
Физико-механические свойства плит OSB одинаковы
по всей поверхности и по различным направлениям и практически не зависят от
влажности.
Более высокая влагостойкость (разбухание при
нахождении в воде в течение 24 часов меньше 20%, при этом плита OSB не
разрушается, и практически сохраняется прочность). При высыхании возвращается к
своим номинальным размерам. Поэтому плиты OSB можно использовать для возведения
опалубки и при строительстве заборов.
Лёгкость в обработке плит - легко режется,
строгается, шлифуется и сверлится обычными инструментами, отлично склеивается.
Красится любыми красками по дереву; покрывается смолами, глазурью и защитными
средствами (биоцидами, фунгицидами).
Плита OSB прочно удерживает гвозди и шурупы
даже на самой кромке за счет полного сохранения свойств у древесных волокон и
слоистости структуры. Не требует предварительного сверления.
Обе поверхности плиты имеют одинаковое
качество.
Плиты OSB безопаснее, чем того требуют самые
жесткие экологические стандарты (соответствует классу эмиссии Е1). Это стало
возможным благодаря применению нового поколения полимерных смол, состоящих из
собственно смолы, наполнителя и отвердителя. Процесс полимеризации полностью
завершается через несколько месяцев после изготовления. По истечении этого
времени эмиссия формальдегидов практически отсутствует, так как не
обнаруживается измерительными приборами.
Плиты OSB не подвержены гниению, имеют
антигрибковые и антибактериальные свойства, связующие и специальная обработка
поверхности обеспечивают также высокую огнестойкость плит, значительно
превышающие сходные характеристики массива древесины.
.2 Применение ОСП
съемная опалубка для бетонных работ - плита
может быть многократно использована в качестве бетонной опалубки;
сплошная обрешетка кровли - хорошее звукопоглощение
и высокая жесткость, а также способность выдерживать значительные снеговую и
ветровую нагрузки позволяют использовать OSB как основу для бетонной черепицы,
металлочерепицы, шифера и других кровельных материалов;
черновые полы - как сплошной настил, так и
несущие лаги;
однослойные полы - в легких строительных
конструкциях OSB можно напрямую использовать как половое покрытие;
двутавровые балки - опорные конструкции в
межэтажных и стеновых перекрытиях в деревянном домостроении.
Материал конкурирует с ДСП, фанерой, гипсокартоном,
гипсоволокнистыми листами и ЦСП.
Наиболее известные производители плит ОСП
представленные в России
Norbord (Норборд (США, КАНАДА, БЕЛЬГИЯ)
Glunz (Глюнц (Германия))
Egger (ЭГГЕР (Австрия))
Krono (Швейцария)
Arbeс (Канада)
Grant (Канада)
Ainsworth (Канада)
Louisiana Pacific Corporation (США)
Georgia Pacific (США)
Заключение
Подводя итог работе, можно прийти к следующим заключительным
выводам:
Полимеры - это неорганические и органические, аморфные и кристаллические
вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов,
называемых «мономерами», соединённых в длинные макромолекулы химическими или
координационными связями. На основе их полимерных материалов (слоистых
пластиков) создают широкий спектр строительных материалов.
С экологической точки зрения общая тенденция при
использовании полимерных материалов в строительстве должна быть следующей:
необходимо как можно шире применять нетоксичные, ограничивать использование
малотоксичных и избегать токсичных материалов. И в качестве примера, как мы
выяснили, является ориентированно-стружечная плита.
Ориентированно-стружечная плита (ОСП) (OSB - Orient
Strand Board, в переводе - плита с ориентированной плоской стружкой) -
плотноспрессованная трехслойная плита из плоской ориентированной щепы
(микрошпон) хвойных пород, клееная синтетическими клеями под воздействием
высокого давления и температур.