Полимерные материалы в строительстве

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 ?. 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 °C в течение нескольких лет, при 300 °C -1000 ч, при 400 °C — 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 °C., алюминия 515 °C.

Эпоксидные смолы-продукт поликонденсации многоатомных соединений, включающих эпоксигруппу кольца

2. Основные свойства пластмасс

2.1 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 10 632–89, 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%;

Плиты, использующиеся при изготовлении несущих конструкций в сухих помещениях: предназначены для использования в сухих условиях.

* 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.

3.2 Применение ОСП

? обшивка стен — плиты могут использоваться со всеми видами внешних облицовочных покрытий;

? 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.

Все ОСП плиты можно разделить на 4 вида, каждый из которых определяется своими особыми свойствами и характеристиками. OSB-1 (ОСП-1), OSB-2 (ОСП-2), OSB-3 (ОСП-3), OSB-4 (ОСП-4). Однако самый главный достаток их — это безопасность.