Луганський Національний Аграрний Університет
Кафедра Матеріалознавства
Тема: Органічних в'яжучих речовин
Виконав:
студент 633 гр. Комаров Роман
Перевірив:
Божевільний Погостнов
Луганськ 2008
Лекція 12. Органічних в'яжучих речовин
Органічні в'яжучі речовини - це високомолекулярні природні або синтетичні речовини, здатні в рідко-в'язкому стані під дією певних факторів (температури, речовин-затверджувачів та ін) переходити в твердий стан.
Органічні в'яжучі ділять на: чорні в'язкі (бітуми і дьогті); природні смоли, клеї і полімери.
Природні полімери застосовують як у їх природному стані, так і після хімічної модифікації, що додає їм необхідні властивості. Наприклад, целюлозу застосовують у вигляді ефірів (нітроцелюлоза, метилцелюлоза і т. п.). Бітуми також піддають модифікації.
Синтетичні полімери отримують з низькомолекулярних продуктів (мономерів) полімеризацією і поліконденсацією. Каучуки і каучукоподібний полімери, мають здатність до великих пружним деформаціям; їх називають еластомерамі.
Органічні в'яжучі ділять на термопластичні і термореактивні.
Термопластичні при нагріванні багаторазово переходять з твердого стану в рідкий, а при охолодженні знову тверднуть. Термопластичність пояснюється лінійним будовою молекул і невисоким міжмолекулярним взаємодією. З цієї ж причини більшість термопластів здатне розчинятися у відповідних розчинниках. До термопластів відносяться бітуми, смоли, багато широко поширені полімери - поліетилен, полівінілхлорид, полістирол та ін
Термореактивні переходять з рідкого стану необоротно. У них змінюється молекулярна структура: лінійні молекули з'єднуються в просторові сітки - гігантські макромолекули. Твердіння відбувається не тільки під дією нагрівання, але й під дією речовин затверджувачів, ультрафіолетового та γ-випромінювання та інших факторів. Термореактивні полімери теплостойки, ніж термопластичні.
Термореактивні в'язкі (з молекулярною масою менш 1000), що мають лінійна будівля молекул і здатні до подальшого укрупнення, називають олігомерами, наприклад поліефірні, епоксидні.
Органічні в'яжучі застосовують для отримання клеїв, мастик, лакофарбових матеріалів, полімерних і полімерцементних розчинів і бетонів. Полімерні в'яжучі застосовують для отримання тонких облицювальних виробів (плиток, плівок, погонажних виробів), фарбувальних і склеювальних складів, захисних хімічно стійких покриттів, а також для виготовлення газонаповнених пластмас - теплоізоляційних матеріалів з дуже низькою щільністю (10 ... 50 кг / м 3 ).
12.1 Бітуми і дьогті та матеріали на їх основі
Бітуми при кімнатній температурі в'язкопластичного або тверді речовини темного кольору, являють собою складну суміш високомолекулярних вуглеводнів та їх неметалевих похідних. Вони можуть бути природними і штучними.
Природні бітуми зустрічаються у вигляді асфальтових порід, наприклад, піску, пористого вапняку, просочених бітумом. Природні бітуми утворилися при розливі нафти в результаті випаровування з неї легких фракцій часткового окислення киснем повітря. Світові запаси природного бітуму становлять понад 500 млрд. т.
Штучні бітуми отримують з нафти палива і масел - нафтові бітуми. Бітуми - складні колоїдно-дисперсні системи, що складаються з декількох груп 'речовин: тверді високомолекулярні речовини (асфальтени, карби, карбоїдів), що надають бітуму твердість; смолисті речовини, додають бітуму клейкість; нафтові олії, додають бітуму в'язкість і термопластичність. У цій дисперсної системі олії є дисперсійним середовищем, а асфальтени - дисперсною фазою; смоли грають роль стабілізатора дисперсії (ріс.12.1). При нагріванні масла розріджуються і бітум стає рідко-в'язким, а при охолодженні густішають і тверднуть і бітум стає твердим і навіть крихким.
Рис. 12.1. Схема колоїдно-дисперсного будови бітуму
Бітуми ділять на: дорожні (БНД), покрівельні (БНК) і будівельні (БН). Кожен тип бітумів залежно від складу може мати різні марки. Марки бітумів визначають за комплексом показників, основні з яких: температура розм'якшення, твердість і розтяжність.
Температуру розм'якшення визначають на стандартному приладі «Кільце і куля». Температурою розм'якшення вважається температура, при якій кулька провалюється крізь бітум, заплавленний в кільце. Твердість (в'язкість) бітуму визначають на приладі пенетрометр із занурення голки в зразок бітуму (одиниця шкали приладу 0,1 мм ) При температурі 25 ° С. Розтяжність бітуму визначають за абсолютним подовженню (у см) стандартного зразка бітуму, розтягується в воді при 25 ° С зі швидкістю 5см/мін.
Бітуми транспортують у фанерних барабанах або паперових мішках, зберігають у закритих складах або під навісом. Бітум - горюча речовина, тому при роботі з ним, необхідно дотримуватися правил пожежної безпеки.
Дьогті менш атмосферостойки, ніж бітуми. Під дією сонячного випромінювання і кисню вони окислюються, перетворюючись у тверді крихкі продукти; це пояснюється наявністю у дьоготь, активних реакційноздатних сполук. Дьогті та продукти на їх основі - канцерогенні, тому їх використання у місцях, де можливий тривалий контакт з людиною, заборонено. Вони викликають запалення шкіри.
Загальний недолік бітумів і дьогтів - вузький інтервал температур, при яких матеріали на їх основі мають міцність і еластичність. При зниженні температури до 0 ... 10 ° С вони стають крихкими, а при підвищенні до 40 ... 60 ° С починають текти. Для розширення інтервалу експлуатаційних температур бітуми і дьогті модифікують, додаючи термопластичні полімери і каучуки.
Асфальтові бетони - широко застосовуються в дорожньому будівництві. Термін «асфальт» має два значення:
гірська порода пориста (вапняк і т. п.) або пухка (пісок і т. п.), просочена природним бітумом (вміст бітуму 2 ... 20%);
штучна суміш тонкоподрібненого мінерального наповнювача (зазвичай порошку вапняку) з бітумом (12 ... 60%).
Природні асфальти застосовувалися ще в глибоку давнину для гідроізоляційних і дорожніх робіт. Штучний асфальт використовується як в'яжуче для приготування асфальтових бетонів. Роль мінерального порошку в такому в'язкому полягає не тільки в зниженні витрат бітуму, але і в підвищенні температури його розм'якшення. Це важливо, наприклад, для збереження міцності асфальтобетону в літній час.
Асфальтові розчини - суміш асфальтового в'яжучого з піском. Витрата в'яжучого повинен бути таким, щоб заповнити пустоти в піску з деяким надлишком (10 ... 15%), необхідним для обгортування піщинок.
Асфальтові бетони - суміш асфальтового в'яжучого піску і крупного заповнювача. У цьому випадку кількість асфальтового розчину беруть таким, щоб заповнити порожнечі в щебені з деяким надлишком (10 ... 15%) для одержання щільного бетону. Зазвичай пористість асфальтобетону - 5 ... 7%. Чим вище пористість, тим менше довговічність асфальтобетону, тому що при цьому зростає водопоглинання, знижується корозійна стійкість і морозостійкість. Щільні асфальтобетони практично водонепроникні і можуть застосовуватися як гідроізоляційний матеріал.
Міцність асфальтових бетонів і розчинів помітно змінюється при коливаннях температури. Так, якщо при 20 ° С міцність асфальтобетону становить 2,2 ... 2,4 МПа, то при 50 ° С - тільки 0,8 ... 1,2 МПа. При цьому знижується модуль пружності і зростає повзучість асфальтобетону.
Асфальтові бетони більш стійкі до корозійних впливів, ніж цементні, але руйнуються від впливів рідких палив і олив. Зносостійкість асфальтових бетонів вище, ніж цементних.
Асфальтові бетони і розчини застосовують для влаштування верхніх покриттів доріг, аеродромів, підлог промислових будівель, плоских покрівель, стяжок, а також для створення гідроізоляційних шарів і екранів і заповнення компенсаційних швів.
Технологія виготовлення асфальтобетону. Для отримання пластичної удобоукладиваемой асфальтобетонної суміші використовують два методи: нагрівання суміші до 140 ... 170 ° С для повного розрідження бітуму; приготування суміші на рідких бітумах, гудронах (з подальшим їх ненням за рахунок випаровування летючих компонентів) або на бітумних емульсіях (тужавіння відбувається після випаровування води).
До складу асфальтобетонного заводу входять цех зі збагачення та переробки кам'яних матеріалів, що включає дробильно-сортувальне обладнання для виробництва фракціонованого щебеню і помольні установки для отримання мінерального порошку, бітумний цех, що складається з бітумохраніліща, бітумоплавильного котлів і насосних станцій, змішувальний цех, в якому розміщено обладнання з приготування асфальтобетонної суміші. Принципова технологічна схема виготовлення асфальтобетону представлена на ріс.12.2. Краща якість мають «гарячі» асфальтобетони. Укладають і ущільнюють асфальтобетонні суміші за допомогою спеціальних асфальтоукладальників і важких котків. При малих обсягах робіт можливе ручне ущільнення.
Рис. 12.2. Технологічна схема виробництва асфальтобетону:
1 - живильник, 2 - елеватор, 3 - сушильний барабан, 4 - пиловловлюючі установка; 5 - топка; 6 - гарячий елеватор; 7 - гуркіт, 8 - елеватор мінерального порошку; 9 - бункер для гарячих матеріалів; 10 - бункер; 11 - лопатевої двухвальний змішувач; 12 - бітумна труба з соплами в змішувачі; 13 - дозатор поверхнево-активних добавок; 14 - дозатор бітуму.
Довговічність асфальтобетону багато в чому залежить від якості укладання та забезпечення його зчеплення з нижчого рівня шарами; на довговічність істотно впливає також якість підстави. Для підвищення якості асфальтобетонів бітуми модифікують полімерами (поліетиленом, поліпропіленом, синтетичними каучуками); для цієї мети раціонально використовувати вторинне полімерну сировину і промислові відходи.
12.2 Термопластичні полімери
Термопластичними називають полімери, здатні багаторазово розм'якшуватися при нагріванні і тверднути при охолодженні. Ці та багато інших властивостей термопластичних полімерів пояснюються лінійним будовою їх макромолекул.
Лінійним будовою молекул пояснюється здатність термопластів не тільки набухати, але й добре розчинятися в розчинниках. Розчини полімерів, навіть дуже невеликій концентрації (2 ... 5%), відрізняються досить високою в'язкістю, причиною цього є великі розміри полімерних молекул у порівнянні з молекулами звичайних низькомолекулярних речовин. Після випаровування розчинника полімер знову переходить в твердий стан. На цьому грунтується використання розчинів термопластів в якості лаків, фарб, клеїв і в'яжучого компоненту в мастиках і полімеррозчині.
До недоліків термопластів відносять низьку теплостійкість (не вище 80 ... 120 ° С), низьку поверхневу твердість, крихкість при низьких температурах і текучість при високих, схильність до старіння під дією сонячних променів і кисню повітря.
Найбільше застосування в будівництві мають наступні термопластичні полімери: поліетилен, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид, перхлорвініл, полівінілацетат і полівініловий спирт, поліізобутилен, поліакрилату.
Крім полімерів, що отримуються з одного мономеру, синтезують сополімери - продукти, одержувані спільної полімеризацією (сополимеризацией) двох і більше мономерів. У такому випадку утворюються матеріали з новим комплексом властивостей. Так, вінілацетат полімеризують спільно з вінілхлоридом для отримання сополимера міцнішого і водостійкого, ніж полівінілацетат, але зберігає його високі адгезійні властивості. Широкий спектр кополімерів випускають на базі акрилових мономерів.
Поліетилен - продукт полімеризації етилену - рогоподібним, жирний на дотик, злегка просвечивающиеся матеріал, легко ріжеться ножем, при підпалюванні горить і одночасно плавиться з характерним запахом палаючого парафіну. Щільність 920 ... 960 кг / м 3. Поліетилен плавиться при 90 ... 130 ° С. При кімнатній температурі поліетилен практично не розчиняється ні в одному з розчинників, але набухає у бензолі та хлорованих вуглеводнях, і розчиняється в них при температурі вище 70 ... 80 ° С, хімічно стійок, біологічно інертний. Міцність при розтягуванні - 20 ... 45 МПа; але при тривалій дії навантаження, що становить більше 50 ... 60% від граничної, у поліетилену починає проявлятися властивість плинності. Поліетилен зберігає еластичність до - 70 ° С,. легко переробляється у вироби і добре зварюється. Його недоліки - низькі теплостійкість та твердість, горючість і швидке старіння під дією сонячного світла. Поліетилен захищають від старіння, вводячи в нього наповнювачі (сажу, алюмінієву пудру) і стабілізатори.
З поліетилену виготовляють плівки, труби, електроізоляцію; спінений поліетилен у вигляді листів і труб використовується для тепло-і звукоізоляції і в якості герметизуючих прокладок. Поліпропілен - полімер, за складом близький до поліетилену.
Полістирол (полівінілбензол) - прозорий жорсткий полімер щільністю 1050 ... 1080 кг / м 3; при кімнатній температурі жорсткий і крихкий, а при нагріванні до 800 ... 1000 ° С размягчающийся. Міцність при розтягуванні (при 20 ° С) 35 ... 50МПа. Полістирол добре розчиняється в ароматичних вуглеводнях, складних ефірних та хлорованих вуглеводнях. Полістирол горючий і крихкий. Для зниження крихкості полістирол синтезують з іншими мономерами або суміщають з каучуками (ударостійкий полістирол).
Полістирол застосовують для виготовлення теплоізоляційного матеріалу - пінополістиролу (щільністю 10 ... 50кг / м 3), облицювальних плиток і дрібної фурнітури. Полістирол розчинений в органічних розчинниках - хороший клей.
Полівінілацетат - Прозорий безбарвний жорсткий при кімнатній температурі полімер щільністю 1190 кг / м 3. Полівінілацетат розчинний у кетонах (ацетоні), складних ефірах, хлорованих і ароматичних вуглеводнях, набухає у воді; в аліфатичних і терпенових вуглеводнях не розчиняється. Полівінілацетат не стійкий до дії кислот і лугів, при нагріванні вище 130 ... 150 ° С він розкладається з виділенням оцтової кислоти. Позитивне властивість полівінілацетату - висока адгезія до кам'яних матеріалів, склу, деревині.
Полівінілацетат застосовують у вигляді полівінілацетатної дисперсії (ПВАД) - сметанообразной маси білого або светлокремового кольору, добре змішується з водою. Поливинилацетатную дисперсію отримують полімеризацією рідкого вінілацетату, що знаходиться у вигляді дрібних частинок (менше 5мкм) у воді. Для стабілізації емульсії вінілацетату використовують полівініловий спирт. При полімеризації крапельки вінілацетату перетворюються в тверді частинки полівіналацетата, таким чином виходить поливінілацетатна дисперсія. Зміст полімеру в дисперсії близько 50%. Поливинилацетатная дисперсія випускається середньої (С), низькою (Н) і високої (В) в'язкості в пластифікований і непластифікований вигляді. Пластифікатором служить дибутилфталат, зміст якого вказується в марці індексом. У грубодисперсної ПВАД, звичайно застосовується в будівництві, зміст пластифікатора наступне (% від маси полімеру): 5 ... 10 (індекс 4), 10 ... 15 (індекс 7) і; 30 ... 35 (індекс 20).
Пластифікована дисперсія неморозостійких і при заморожуванні необоротно руйнується з осадженням полімеру. Тому в зимовий час пластифікатор поставляють в окремій упаковці.
На основі полівінілацетату виготовляють клеї, водно-дисперсійні фарби, шпалери, що миються. ПВАД застосовують для пристрою наливних мастикових підлог і для модифікації цементних розчинів. Дисперсією, розведеною до 5 ... 10%-ної концентрації, грунтують бетонні поверхні перед приклеюванням облицювання на полімерних мастиках і перед нанесенням полімерцементних розчинів.
Недолік матеріалів на основі ПВАД: набухання і поява висолів. Це пояснюється наявністю в дисперсіях помітного кількості водорозчинного стабілізатора і здатністю самого полімеру набухати у воді. Так як дисперсія має слабокислу реакцію (рН 4,5 ... 6), при нанесенні на металеві вироби можлива корозія металу.
Полівінілхлорид - Являє собою твердий матюкав без запаху і смаку, безбарвний або жовтуватий. Щільність полівінілхлориду 1400кг / м 3; межа міцності при розтягуванні 40 ... 60МПа. Температура текучості полівінілхлориду 180 ... 200 ° С, але вже при нагріванні вище 160 ° С він починає розкладатися з виділенням соляної кислоти. Полівінілхлоридні вироби добре зварюються і склеюються перхлорвінілових клеєм.
Позитивне якість полівінілхлориду - високі хімічна стійкість і низька горючість. Полівінілхлорид застосовують для виготовлення матеріалів для підлог (різні види лінолеуму, плитки), труб, погонажних виробів (поручні, плінтуси і т. п.) і декоративних плівок і пінопластів.
Перхлорвініл - Продукт хлорування полівінлхлоріда, що містить 60 ..: 70% (за масою) хлору, замість 56% в полівінілхлориді. Щільність близько 1500кг / м 3, хімічно стійкий до кислот, лугів, окислителям; важкоспалимих. Перхлорвініл розчиняється в хлорованих вуглеводнях, ацетоні, етилацетаті, толуолі, ксилолі та інших розчинниках. Поєднання високої адгезії і хорошою розчинності дозволяє використовувати перхлорвініл в клеях і фарбувальних складах. Перхлорвінілові фарби використовують для оздоблення фасадів будівель.
При роботі з цим полімером, необхідно дотримуватися техніки безпеки (ретельно вимити руки гарячою водою з милом і змастити їх жирним кремом, вазеліном, ланоліном і т. п.). При сильному забрудненні рук їх попередньо витирають ганчіркою, змоченою в уайт-спирите (застосовувати для цієї мети бензол, толуол, етилований бензин забороняється).
12.3 Термореактивні полімери
Молекули термореактивних полімерів до їх затвердіння мають лінійна будівля, таке ж, як молекули термопластичних полімерів, але розмір молекул реактопластів істотно менше, ніж у термопластів (олігомерв). На відміну від термопластів, у яких молекули хімічно інертні і не здатні з'єднуватися один з одним, молекули термореактивних олігомерів хімічно активні. Вони або містять подвійні зв'язки, або хімічно активні групи. Тому при нагріванні, опроміненні або додавання затверджувачів молекули термореактивних олігомерів з'єднуються один з одним, утворюючи суцільну просторову сітку, як би одну гігантську макромолекулу.
Після затвердіння властивості полімерів істотно змінюються: вони перестають розм'якшуватися при нагріванні, не розчиняються, а тільки набухають у розчинниках, стають більш міцними, твердими і термостійкими.
У будівництві застосовуються фенолформальдегідні, карбамідні, поліефірні, епоксидні і поліуретанові полімери, для одержання замазок, мастик і клеїв.
Ненасичені поліефіри - продукти у вигляді в'язких рідин, здатні переходити в твердий стан при введенні затверджувачів. У будівництві застосовують поліефірні смоли двох типів: поліефірмалеінати і поліефіракрілати.
До природних олігомерних та полімерних продуктів, що застосовуються у будівництві та інших галузях господарства, належать природні смоли, ненасичені (висихають) олії, целюлоза і деякі білкові речовини. Для одержання в'яжучих речовин природні продукти, як правило, модифікують з метою поліпшення їх властивостей.
Органічні в'яжучі речовини в чистому вигляді застосовують дуже рідко. У більшості випадків у них додають різні речовини або полегшують роботу з в'яжучими, або поліпшують їх експлуатаційні властивості. До таких добавок відносяться розчинники, наповнювачі, пластифікатори, отверджувачі, ініціатори затвердіння і ін
Кафедра Матеріалознавства
Тема: Органічних в'яжучих речовин
Виконав:
студент 633 гр. Комаров Роман
Перевірив:
Божевільний Погостнов
Луганськ 2008
Лекція 12. Органічних в'яжучих речовин
Органічні в'яжучі речовини - це високомолекулярні природні або синтетичні речовини, здатні в рідко-в'язкому стані під дією певних факторів (температури, речовин-затверджувачів та ін) переходити в твердий стан.
Органічні в'яжучі ділять на: чорні в'язкі (бітуми і дьогті); природні смоли, клеї і полімери.
Природні полімери застосовують як у їх природному стані, так і після хімічної модифікації, що додає їм необхідні властивості. Наприклад, целюлозу застосовують у вигляді ефірів (нітроцелюлоза, метилцелюлоза і т. п.). Бітуми також піддають модифікації.
Синтетичні полімери отримують з низькомолекулярних продуктів (мономерів) полімеризацією і поліконденсацією. Каучуки і каучукоподібний полімери, мають здатність до великих пружним деформаціям; їх називають еластомерамі.
Органічні в'яжучі ділять на термопластичні і термореактивні.
Термопластичні при нагріванні багаторазово переходять з твердого стану в рідкий, а при охолодженні знову тверднуть. Термопластичність пояснюється лінійним будовою молекул і невисоким міжмолекулярним взаємодією. З цієї ж причини більшість термопластів здатне розчинятися у відповідних розчинниках. До термопластів відносяться бітуми, смоли, багато широко поширені полімери - поліетилен, полівінілхлорид, полістирол та ін
Термореактивні переходять з рідкого стану необоротно. У них змінюється молекулярна структура: лінійні молекули з'єднуються в просторові сітки - гігантські макромолекули. Твердіння відбувається не тільки під дією нагрівання, але й під дією речовин затверджувачів, ультрафіолетового та γ-випромінювання та інших факторів. Термореактивні полімери теплостойки, ніж термопластичні.
Термореактивні в'язкі (з молекулярною масою менш 1000), що мають лінійна будівля молекул і здатні до подальшого укрупнення, називають олігомерами, наприклад поліефірні, епоксидні.
Органічні в'яжучі застосовують для отримання клеїв, мастик, лакофарбових матеріалів, полімерних і полімерцементних розчинів і бетонів. Полімерні в'яжучі застосовують для отримання тонких облицювальних виробів (плиток, плівок, погонажних виробів), фарбувальних і склеювальних складів, захисних хімічно стійких покриттів, а також для виготовлення газонаповнених пластмас - теплоізоляційних матеріалів з дуже низькою щільністю (10 ... 50 кг / м 3 ).
12.1 Бітуми і дьогті та матеріали на їх основі
Бітуми при кімнатній температурі в'язкопластичного або тверді речовини темного кольору, являють собою складну суміш високомолекулярних вуглеводнів та їх неметалевих похідних. Вони можуть бути природними і штучними.
Природні бітуми зустрічаються у вигляді асфальтових порід, наприклад, піску, пористого вапняку, просочених бітумом. Природні бітуми утворилися при розливі нафти в результаті випаровування з неї легких фракцій часткового окислення киснем повітря. Світові запаси природного бітуму становлять понад 500 млрд. т.
Штучні бітуми отримують з нафти палива і масел - нафтові бітуми. Бітуми - складні колоїдно-дисперсні системи, що складаються з декількох груп 'речовин: тверді високомолекулярні речовини (асфальтени, карби, карбоїдів), що надають бітуму твердість; смолисті речовини, додають бітуму клейкість; нафтові олії, додають бітуму в'язкість і термопластичність. У цій дисперсної системі олії є дисперсійним середовищем, а асфальтени - дисперсною фазою; смоли грають роль стабілізатора дисперсії (ріс.12.1). При нагріванні масла розріджуються і бітум стає рідко-в'язким, а при охолодженні густішають і тверднуть і бітум стає твердим і навіть крихким.
Рис. 12.1. Схема колоїдно-дисперсного будови бітуму
Бітуми ділять на: дорожні (БНД), покрівельні (БНК) і будівельні (БН). Кожен тип бітумів залежно від складу може мати різні марки. Марки бітумів визначають за комплексом показників, основні з яких: температура розм'якшення, твердість і розтяжність.
Температуру розм'якшення визначають на стандартному приладі «Кільце і куля». Температурою розм'якшення вважається температура, при якій кулька провалюється крізь бітум, заплавленний в кільце. Твердість (в'язкість) бітуму визначають на приладі пенетрометр із занурення голки в зразок бітуму (одиниця шкали приладу
Бітуми транспортують у фанерних барабанах або паперових мішках, зберігають у закритих складах або під навісом. Бітум - горюча речовина, тому при роботі з ним, необхідно дотримуватися правил пожежної безпеки.
Дьогті менш атмосферостойки, ніж бітуми. Під дією сонячного випромінювання і кисню вони окислюються, перетворюючись у тверді крихкі продукти; це пояснюється наявністю у дьоготь, активних реакційноздатних сполук. Дьогті та продукти на їх основі - канцерогенні, тому їх використання у місцях, де можливий тривалий контакт з людиною, заборонено. Вони викликають запалення шкіри.
Загальний недолік бітумів і дьогтів - вузький інтервал температур, при яких матеріали на їх основі мають міцність і еластичність. При зниженні температури до 0 ... 10 ° С вони стають крихкими, а при підвищенні до 40 ... 60 ° С починають текти. Для розширення інтервалу експлуатаційних температур бітуми і дьогті модифікують, додаючи термопластичні полімери і каучуки.
Асфальтові бетони - широко застосовуються в дорожньому будівництві. Термін «асфальт» має два значення:
гірська порода пориста (вапняк і т. п.) або пухка (пісок і т. п.), просочена природним бітумом (вміст бітуму 2 ... 20%);
штучна суміш тонкоподрібненого мінерального наповнювача (зазвичай порошку вапняку) з бітумом (12 ... 60%).
Природні асфальти застосовувалися ще в глибоку давнину для гідроізоляційних і дорожніх робіт. Штучний асфальт використовується як в'яжуче для приготування асфальтових бетонів. Роль мінерального порошку в такому в'язкому полягає не тільки в зниженні витрат бітуму, але і в підвищенні температури його розм'якшення. Це важливо, наприклад, для збереження міцності асфальтобетону в літній час.
Асфальтові розчини - суміш асфальтового в'яжучого з піском. Витрата в'яжучого повинен бути таким, щоб заповнити пустоти в піску з деяким надлишком (10 ... 15%), необхідним для обгортування піщинок.
Асфальтові бетони - суміш асфальтового в'яжучого піску і крупного заповнювача. У цьому випадку кількість асфальтового розчину беруть таким, щоб заповнити порожнечі в щебені з деяким надлишком (10 ... 15%) для одержання щільного бетону. Зазвичай пористість асфальтобетону - 5 ... 7%. Чим вище пористість, тим менше довговічність асфальтобетону, тому що при цьому зростає водопоглинання, знижується корозійна стійкість і морозостійкість. Щільні асфальтобетони практично водонепроникні і можуть застосовуватися як гідроізоляційний матеріал.
Міцність асфальтових бетонів і розчинів помітно змінюється при коливаннях температури. Так, якщо при 20 ° С міцність асфальтобетону становить 2,2 ... 2,4 МПа, то при 50 ° С - тільки 0,8 ... 1,2 МПа. При цьому знижується модуль пружності і зростає повзучість асфальтобетону.
Асфальтові бетони більш стійкі до корозійних впливів, ніж цементні, але руйнуються від впливів рідких палив і олив. Зносостійкість асфальтових бетонів вище, ніж цементних.
Асфальтові бетони і розчини застосовують для влаштування верхніх покриттів доріг, аеродромів, підлог промислових будівель, плоских покрівель, стяжок, а також для створення гідроізоляційних шарів і екранів і заповнення компенсаційних швів.
Технологія виготовлення асфальтобетону. Для отримання пластичної удобоукладиваемой асфальтобетонної суміші використовують два методи: нагрівання суміші до 140 ... 170 ° С для повного розрідження бітуму; приготування суміші на рідких бітумах, гудронах (з подальшим їх ненням за рахунок випаровування летючих компонентів) або на бітумних емульсіях (тужавіння відбувається після випаровування води).
До складу асфальтобетонного заводу входять цех зі збагачення та переробки кам'яних матеріалів, що включає дробильно-сортувальне обладнання для виробництва фракціонованого щебеню і помольні установки для отримання мінерального порошку, бітумний цех, що складається з бітумохраніліща, бітумоплавильного котлів і насосних станцій, змішувальний цех, в якому розміщено обладнання з приготування асфальтобетонної суміші. Принципова технологічна схема виготовлення асфальтобетону представлена на ріс.12.2. Краща якість мають «гарячі» асфальтобетони. Укладають і ущільнюють асфальтобетонні суміші за допомогою спеціальних асфальтоукладальників і важких котків. При малих обсягах робіт можливе ручне ущільнення.
Рис. 12.2. Технологічна схема виробництва асфальтобетону:
1 - живильник, 2 - елеватор, 3 - сушильний барабан, 4 - пиловловлюючі установка; 5 - топка; 6 - гарячий елеватор; 7 - гуркіт, 8 - елеватор мінерального порошку; 9 - бункер для гарячих матеріалів; 10 - бункер; 11 - лопатевої двухвальний змішувач; 12 - бітумна труба з соплами в змішувачі; 13 - дозатор поверхнево-активних добавок; 14 - дозатор бітуму.
Довговічність асфальтобетону багато в чому залежить від якості укладання та забезпечення його зчеплення з нижчого рівня шарами; на довговічність істотно впливає також якість підстави. Для підвищення якості асфальтобетонів бітуми модифікують полімерами (поліетиленом, поліпропіленом, синтетичними каучуками); для цієї мети раціонально використовувати вторинне полімерну сировину і промислові відходи.
12.2 Термопластичні полімери
Термопластичними називають полімери, здатні багаторазово розм'якшуватися при нагріванні і тверднути при охолодженні. Ці та багато інших властивостей термопластичних полімерів пояснюються лінійним будовою їх макромолекул.
Лінійним будовою молекул пояснюється здатність термопластів не тільки набухати, але й добре розчинятися в розчинниках. Розчини полімерів, навіть дуже невеликій концентрації (2 ... 5%), відрізняються досить високою в'язкістю, причиною цього є великі розміри полімерних молекул у порівнянні з молекулами звичайних низькомолекулярних речовин. Після випаровування розчинника полімер знову переходить в твердий стан. На цьому грунтується використання розчинів термопластів в якості лаків, фарб, клеїв і в'яжучого компоненту в мастиках і полімеррозчині.
До недоліків термопластів відносять низьку теплостійкість (не вище 80 ... 120 ° С), низьку поверхневу твердість, крихкість при низьких температурах і текучість при високих, схильність до старіння під дією сонячних променів і кисню повітря.
Найбільше застосування в будівництві мають наступні термопластичні полімери: поліетилен, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид, перхлорвініл, полівінілацетат і полівініловий спирт, поліізобутилен, поліакрилату.
Крім полімерів, що отримуються з одного мономеру, синтезують сополімери - продукти, одержувані спільної полімеризацією (сополимеризацией) двох і більше мономерів. У такому випадку утворюються матеріали з новим комплексом властивостей. Так, вінілацетат полімеризують спільно з вінілхлоридом для отримання сополимера міцнішого і водостійкого, ніж полівінілацетат, але зберігає його високі адгезійні властивості. Широкий спектр кополімерів випускають на базі акрилових мономерів.
Поліетилен - продукт полімеризації етилену - рогоподібним, жирний на дотик, злегка просвечивающиеся матеріал, легко ріжеться ножем, при підпалюванні горить і одночасно плавиться з характерним запахом палаючого парафіну. Щільність 920 ... 960 кг / м 3. Поліетилен плавиться при 90 ... 130 ° С. При кімнатній температурі поліетилен практично не розчиняється ні в одному з розчинників, але набухає у бензолі та хлорованих вуглеводнях, і розчиняється в них при температурі вище 70 ... 80 ° С, хімічно стійок, біологічно інертний. Міцність при розтягуванні - 20 ... 45 МПа; але при тривалій дії навантаження, що становить більше 50 ... 60% від граничної, у поліетилену починає проявлятися властивість плинності. Поліетилен зберігає еластичність до - 70 ° С,. легко переробляється у вироби і добре зварюється. Його недоліки - низькі теплостійкість та твердість, горючість і швидке старіння під дією сонячного світла. Поліетилен захищають від старіння, вводячи в нього наповнювачі (сажу, алюмінієву пудру) і стабілізатори.
З поліетилену виготовляють плівки, труби, електроізоляцію; спінений поліетилен у вигляді листів і труб використовується для тепло-і звукоізоляції і в якості герметизуючих прокладок. Поліпропілен - полімер, за складом близький до поліетилену.
Полістирол (полівінілбензол) - прозорий жорсткий полімер щільністю 1050 ... 1080 кг / м 3; при кімнатній температурі жорсткий і крихкий, а при нагріванні до 800 ... 1000 ° С размягчающийся. Міцність при розтягуванні (при 20 ° С) 35 ... 50МПа. Полістирол добре розчиняється в ароматичних вуглеводнях, складних ефірних та хлорованих вуглеводнях. Полістирол горючий і крихкий. Для зниження крихкості полістирол синтезують з іншими мономерами або суміщають з каучуками (ударостійкий полістирол).
Полістирол застосовують для виготовлення теплоізоляційного матеріалу - пінополістиролу (щільністю 10 ... 50кг / м 3), облицювальних плиток і дрібної фурнітури. Полістирол розчинений в органічних розчинниках - хороший клей.
Полівінілацетат - Прозорий безбарвний жорсткий при кімнатній температурі полімер щільністю 1190 кг / м 3. Полівінілацетат розчинний у кетонах (ацетоні), складних ефірах, хлорованих і ароматичних вуглеводнях, набухає у воді; в аліфатичних і терпенових вуглеводнях не розчиняється. Полівінілацетат не стійкий до дії кислот і лугів, при нагріванні вище 130 ... 150 ° С він розкладається з виділенням оцтової кислоти. Позитивне властивість полівінілацетату - висока адгезія до кам'яних матеріалів, склу, деревині.
Полівінілацетат застосовують у вигляді полівінілацетатної дисперсії (ПВАД) - сметанообразной маси білого або светлокремового кольору, добре змішується з водою. Поливинилацетатную дисперсію отримують полімеризацією рідкого вінілацетату, що знаходиться у вигляді дрібних частинок (менше 5мкм) у воді. Для стабілізації емульсії вінілацетату використовують полівініловий спирт. При полімеризації крапельки вінілацетату перетворюються в тверді частинки полівіналацетата, таким чином виходить поливінілацетатна дисперсія. Зміст полімеру в дисперсії близько 50%. Поливинилацетатная дисперсія випускається середньої (С), низькою (Н) і високої (В) в'язкості в пластифікований і непластифікований вигляді. Пластифікатором служить дибутилфталат, зміст якого вказується в марці індексом. У грубодисперсної ПВАД, звичайно застосовується в будівництві, зміст пластифікатора наступне (% від маси полімеру): 5 ... 10 (індекс 4), 10 ... 15 (індекс 7) і; 30 ... 35 (індекс 20).
Пластифікована дисперсія неморозостійких і при заморожуванні необоротно руйнується з осадженням полімеру. Тому в зимовий час пластифікатор поставляють в окремій упаковці.
На основі полівінілацетату виготовляють клеї, водно-дисперсійні фарби, шпалери, що миються. ПВАД застосовують для пристрою наливних мастикових підлог і для модифікації цементних розчинів. Дисперсією, розведеною до 5 ... 10%-ної концентрації, грунтують бетонні поверхні перед приклеюванням облицювання на полімерних мастиках і перед нанесенням полімерцементних розчинів.
Недолік матеріалів на основі ПВАД: набухання і поява висолів. Це пояснюється наявністю в дисперсіях помітного кількості водорозчинного стабілізатора і здатністю самого полімеру набухати у воді. Так як дисперсія має слабокислу реакцію (рН 4,5 ... 6), при нанесенні на металеві вироби можлива корозія металу.
Полівінілхлорид - Являє собою твердий матюкав без запаху і смаку, безбарвний або жовтуватий. Щільність полівінілхлориду 1400кг / м 3; межа міцності при розтягуванні 40 ... 60МПа. Температура текучості полівінілхлориду 180 ... 200 ° С, але вже при нагріванні вище 160 ° С він починає розкладатися з виділенням соляної кислоти. Полівінілхлоридні вироби добре зварюються і склеюються перхлорвінілових клеєм.
Позитивне якість полівінілхлориду - високі хімічна стійкість і низька горючість. Полівінілхлорид застосовують для виготовлення матеріалів для підлог (різні види лінолеуму, плитки), труб, погонажних виробів (поручні, плінтуси і т. п.) і декоративних плівок і пінопластів.
Перхлорвініл - Продукт хлорування полівінлхлоріда, що містить 60 ..: 70% (за масою) хлору, замість 56% в полівінілхлориді. Щільність близько 1500кг / м 3, хімічно стійкий до кислот, лугів, окислителям; важкоспалимих. Перхлорвініл розчиняється в хлорованих вуглеводнях, ацетоні, етилацетаті, толуолі, ксилолі та інших розчинниках. Поєднання високої адгезії і хорошою розчинності дозволяє використовувати перхлорвініл в клеях і фарбувальних складах. Перхлорвінілові фарби використовують для оздоблення фасадів будівель.
При роботі з цим полімером, необхідно дотримуватися техніки безпеки (ретельно вимити руки гарячою водою з милом і змастити їх жирним кремом, вазеліном, ланоліном і т. п.). При сильному забрудненні рук їх попередньо витирають ганчіркою, змоченою в уайт-спирите (застосовувати для цієї мети бензол, толуол, етилований бензин забороняється).
12.3 Термореактивні полімери
Молекули термореактивних полімерів до їх затвердіння мають лінійна будівля, таке ж, як молекули термопластичних полімерів, але розмір молекул реактопластів істотно менше, ніж у термопластів (олігомерв). На відміну від термопластів, у яких молекули хімічно інертні і не здатні з'єднуватися один з одним, молекули термореактивних олігомерів хімічно активні. Вони або містять подвійні зв'язки, або хімічно активні групи. Тому при нагріванні, опроміненні або додавання затверджувачів молекули термореактивних олігомерів з'єднуються один з одним, утворюючи суцільну просторову сітку, як би одну гігантську макромолекулу.
Після затвердіння властивості полімерів істотно змінюються: вони перестають розм'якшуватися при нагріванні, не розчиняються, а тільки набухають у розчинниках, стають більш міцними, твердими і термостійкими.
У будівництві застосовуються фенолформальдегідні, карбамідні, поліефірні, епоксидні і поліуретанові полімери, для одержання замазок, мастик і клеїв.
Ненасичені поліефіри - продукти у вигляді в'язких рідин, здатні переходити в твердий стан при введенні затверджувачів. У будівництві застосовують поліефірні смоли двох типів: поліефірмалеінати і поліефіракрілати.
До природних олігомерних та полімерних продуктів, що застосовуються у будівництві та інших галузях господарства, належать природні смоли, ненасичені (висихають) олії, целюлоза і деякі білкові речовини. Для одержання в'яжучих речовин природні продукти, як правило, модифікують з метою поліпшення їх властивостей.
Органічні в'яжучі речовини в чистому вигляді застосовують дуже рідко. У більшості випадків у них додають різні речовини або полегшують роботу з в'яжучими, або поліпшують їх експлуатаційні властивості. До таких добавок відносяться розчинники, наповнювачі, пластифікатори, отверджувачі, ініціатори затвердіння і ін