9.4. Термореактивные полимеры

Молекулы термореактивных полимеров до их отверждения име­ют линейное строение, такое же, как молекулы термопластичных полимеров, но размер молекул реактопластов существенно меньше, чем у термопластов (как уже говорилось, такие продукты называют олигомерами).

В отличие от термопластов, у которых молекулы химически инертны и не способны соединяться друг с другом, молекулы тер­мореактивных олигомеров химически активны. Они либо содержат двойные (ненасыщенные) связи, либо химически активные группы. Поэтому при определенных условиях (при нагревании, облучении или добавлении веществ отвердителей) молекулы термореактивных олигомеров соединяются друг с другом, образуя сплошную про­странственную сетку, как бы одну гигантскую макромолекулу.

После отверждения свойства полимеров существенно изменя­ются: они перестают размягчаться при нагревании, не растворяют­ся, а только набухают в растворителях, становятся более прочными, твердыми и термостойкими.

К термореактивным полимерам, используемым в строительстве, относятся: фенолоальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпок­сидные и полиуретановые.

Фенолоальдегидные полимеры — первые синтетические полиме­ры, выпуск которых начался в начале XX в.

Фенолоформальдегидные полимеры — наи­более распространенный полимер этого класса. Их получают поли­конденсацией фенола и формальдегида. Характерная особенность этих полимеров — коричневый цвет. В зависимости от соотноше­ния сырьевых компонентов можно синтезировать новолачные и резольные олигомерные смолы.

Новолачные смолы отверждаются только при добавлении веществотвердителей (например, уротропина), а без них ведут себя как термопластичные полимеры (при нагревании плавятся и затвер­девают при охлаждении).

Резольные смолы способны к отверждению при нагревании без добавления отвердителей. Они сначала плавятся, потом в расплав­ленном состоянии начинают густеть и постепенно необратимо пе­реходить в твердое состояние.

До отверждения фенолоформальдегидные смолы хорошо рас­творяются в спиртах, ацетоне и других растворителях. Фенолофор­мальдегидные полимеры имеют хорошую адгезию к тканям, древе­сине и другим материалам и хорошо совмещаются с наполнителя­ми. Отвержденные полимеры обладают высокой химической стойкостью; они прочны, но хрупки. Для повышения эластичности и улучшения клеящих свойств их модифицируют другими полиме­рами. Например, совмещая фенолоформальдегидную смолу резоль-ного типа с поливинилбутиралем получают водостойкие и прочные клеи типа БФ (БФ-2, БФ-3, БФ-6). Такие клеи могут склеивать ма­териалы при обычной температуре, но при горячем отверждении имеют большую прочность.

Резорцинформальдегидные смолы аналогич­ны по свойствам фенолформальдегидным. Так как резорцин значи­тельно активнее фенола, то отверждение резорцинформальдегидных смол может происходить без нагревания. Поэтому резорцино­вые смолы используют для получения замазок, мастик и клеев холодного отверждения. Твердость, тепло- и химическая стойкость резорцинформальдегидных полимеров выше, чем фенолоформальдегидных.

Фенолоальдегидные полимеры в неотвержденном состоянии токсичны, поэтому при работе с ними необходимо соблюдать пра­вила техники безопасности.

Карбамидные полимеры — продукты поликонденсации мочеви­ны и ее производных с формальдегидом; к ним относятся мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные полимеры. По своим свойствам карбамидные полимеры имеют много общего с фенолоформальдегидными. Особенностью карбамидных полимеров

является их бесцветность, светостойкость, отсутствие запаха и меньшая токсичность.

Мочевиноформальдегидные полимеры — один из самых дешевых полимеров, что объясняется доступностью и простотой синтеза. В строительстве мочевиноформальдегидные полимеры широко применяют в качестве полимерного связующего. Для этих целей используют главным образом водные растворы мо-чевиноформальдегидных смол. Отверждение смол производится с помощью кислотных отвердителей при обычной температуре или при нагревании.

Недостаток мочевиноформальдегидных полимеров — большая усадка при отверждении и недостаточная водостойкость отвержденного полимера. Для получения более водостойких материалов моче­виноформальдегидные полимеры модифицируют высшими спирта­ми, получая этерифицированные полимеры, растворимые в спир­тах.

Большинство мочевиноформальдегидных полимеров использу­ют для склеивания древесины и изготовления древесностружечных плит.

Меламиноформальдегидные полимеры бо­лее дорогие, так как для их синтеза применяют более дорогое сы­рье — меламин. В отвержденном состоянии они имеют лучшие, чем мочевиноформальдегидные полимеры, свойства. Они характеризу­ются высокой твердостью и водостойкостью. Часто применяют сме­шанные мочевино- и меламиноформальдегидные полимеры.

Из меламиноформальдегидных полимеров получают клеи для склеивания древесины, бумаги. Пример материала, получаемого на таких клеях,— декоративный бумажно-слоистый пластик, имею­щий гладкую твердую поверхность, с довольно высокой термостой­костью, и ламинированные покрытия для полов (ламинат).

Большое количество карбамидных полимеров после соответст­вующей модификации используют для получения высококачествен­ных лаков и красок, например для окраски автомашин.

Ненасыщенные полиэфиры — олигомерные продукты в виде вяз­ких жидкостей, способные переходить в твердое состояние при вве­дении отвердителей. В строительстве применяют полиэфирные смолы двух типов: полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты.

Полиэфирмалеинатные смолы представляют собой раствор линейного ненасыщенного, т. е. способного к сшивке, по­лиэфира в стироле. Если в эту смолу ввести инициирующую пару: перекисный инициатор (например, гипериз) и ускоритель разложе­ния перекиси (например, нафтенат кобальта), то перекись, распада-

ясь, инициирует химическую активность стирола и он сшивает мо­лекулы полиэфира по ненасыщенным связям в пространственную сетку. При этом жидкая смола превращается в твердый прочный материал. Обычно принимают соотношение смолы, инициатора и ускорителя 100:3:8. При 20° С процесс отверждения длится 20...60 ч, но смола теряет текучесть (желируется) через 0,5...2 ч.

Полиэфиракрилаты — олигомерные смолы, но не со­держащие стирола и отверждаемые перекисными отвердителями в сочетании с ускорителями.

В отвержденном виде полиэфирные полимеры характеризуются высокой прочностью и химической стойкостью. Для снижения хрупкости и получения высокопрочных конструкционных материа­лов их армируют стекловолокном. Такие материалы называют стек­лопластиками.

В строительных отделочных работах полиэфирные смолы ис­пользуют для устройства наливных бесшовных полов, изготовления замазок и шпатлевок. Большое количество полиэфирных смол при­меняют для лакирования и полирования поверхности древесины.

Эпоксидные полимеры — большая группа олигомерных продук­тов (от низковязких жидкостей до твердых смол), получивших свое название по эпоксидным группам, входящим в молекулу олигомеров. По этим эпоксидным группам линейные молекулы олигомер­ных смол можно сшивать отвердителями, главным образом амин-ными соединениями (например, полиэтиленполиамином ПЭПА). В связи с высокими эксплуатационными свойствами эпоксидные по­лимеры нашли широкое применение в различных областях техни­ки.

Характерные особенности эпоксидных полимеров — высокая адгезия к большинству материалов, универсальная химическая стойкость, водостойкость и водонепроницаемость. Прочность отвержденных эпоксидных смол высокая —до 100...150 МПа.

В строительстве чаще применяют эпоксидные смолы марок ЭД-16, ЭД-20, представляющие собой жидкости желтого цвета раз­личной вязкости. При введении отвердителя уже при нормальной температуре смола через 2...4 ч желируется, а через 8...12 ч необра­тимо затвердевает. Нагревание ускоряет твердение и увеличивает степень отверждения. Положительное качество эпоксидных смол — малая усадка при твердении, что повышает прочность и трещиностойкость изделий на их основе. Для повышения эластич­ности в смолы можно вводить пластификаторы.

Эпоксидные полимеры применяют для устройства наливных бесшовных полов высокой износо- и химической стойкости, изготовления конструкционных строительных клеев (для склеивания и ремонта бетонных и металлических конструкций), применяют так­же в красках и шпатлевочных составах, в герметиках и полимеррас-творах специального назначения.

Полиуретановые полимеры в главной цепи макромолекулы со­держат уретановую группу (— HN — СО — О —). Промышленное производство полиуретанов с каждым годом увеличивается благода­ря большому разнообразию полиуретановых полимеров, обладаю­щих ценными свойствами. Полиуретаны отличаются высокой проч­ностью и очень высокой стойкостью к истиранию. Поэтому их при­меняют при изготовлении шин, конвейерных лент, подошв для обуви, покрытий полов общественных и промышленных зданий и спортивных площадок. Большое количество полиуретанов исполь­зуют для получения пенопластов, эластичных материалов (пороло­на) и жестких строительных пенопластов. Одна из интереснейших разновидностей пенополиуретанов — пенополиуретаны, наноси­мые напылением: жидкую полиуретановую смолу разбрызгивают из распылителя на изолируемую поверхность, на которой в течение 10...30 с полиуретан вспенивается и отвердевает. Отвердителем од­ного из типов полиуретановых смол служит вода, поэтому лаками на этих смолах можно покрывать и влажные поверхности.

При работе с олигомерными продуктами, в особенности фенольными и полиуретановыми, необходимо строго соблю­дать технику безопасности, так как эти продукты раздражающе действуют на кожу и слизистые оболочки, а также являются сильными аллергенами. Рабочие места должны иметь хоро­шую вентиляцию, а работающие — снабжены средствами ин­дивидуальной защиты (перчатками, очками, респираторами).