Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы рубрики ‘СТРОИТЕЛЬНЫЕ. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ’

Полиуретаны — это гетероценные полимеры, содержащие в основной цепи повторяющиеся уретановые группы — NH — СО — — О—. Обычно их получают ступенчатой полимеризацией ди — или полиизоцианатов с простыми или сложными полиэфирами.

Для получения лакокрасочных материалов (ЛКМ), клеев и мас­тик используют смесь исходных компонентов. Образование собственно полиуретана происходит лишь в процессе отверждения. Структуру и свойства полиуретанов можно менять в широких пределах путем применения исходных веществ различного химического строения. Они могут быть термопластичными и термореактивными, пластичными и хрупкими, мягкими каучукоподобными и твердыми. Каучукоподобные полиуретаны применяются в мастиках и герметиках. Такие материалы сочетают в себе высокую эластичность (5 = 500… 1000 %) с высокой прочностью (Rp = 20… 50 МПа). Для мастик используются чаще всего компоненты, отверждаемые влагой воздуха.

Линейные полиуретаны хорошо растворяются в органических растворителях. Они малогигроскопичны, стойки к действию аг­рессивных сред, обладают хорошими адгезионными свойствами и высокой износостойкостью. Линейные полиуретаны способны к волокнообразованию и упрочнению волокон при вытяжке за счет ориентации макромолекул и увеличения степени кристалличнос­ти полимера. Полиуретановые клеи отличаются высокой прочно­стью склейки. Ими можно соединять металлы, пластмассы и ке­рамику. В строительстве полиуретановые клеи применяются огра­ничено из-за высокой токсичности полиизоционатов. Основное применение полиуретаны находят в производстве пенопластов.

Эпоксидные смолы содержат в молекуле не менее двух концевых

I I

эпоксидных групп —С—С— , благодаря наличию которых эпоксид­ные смолы способны отверждаться под действием различных ами­нов, ангидридов двухосновных кислот и др. Этот процесс, заключа­ющийся в образовании сшитой структуры полимера, не сопровож­дается выделением каких-либо побочных продуктов и может проис­ходить без повышения давления при комнатной температуре.

Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам, стеклу, пластмассам и другим материалам. Благодаря этому, а также высокой прочности они широко применяются в качестве клеев, защитных покрытий и связующего для стеклопластиков.

Отвердители эпоксидной смолы, а часто и сама смола — ток­сичны. Отвержденная смола токсичностью не обладает.

Фенолоформальдегидная смола. Фенолоформальдегидная смо­ла (ФФС) является важнейшим представителем из группы фено­лоальдегидных полимеров, получаемых при поликонденсации фенола или его гомологов (крезола, ксиленола) с формальдеги­дом или другими альдегидами, например уксусным или масля­ным. Аналогичные смолы получают также путем поликонденса­ции фенола с фурфуролом.

Формальдегид (НСОН) — газ, образующийся в результате пе­реработки метилового спирта или метана. Раствор формальдегида в воде известен под названием «формалин». Фенол (С6Н5ОН) — бе­лое кристаллическое вещество с характерным запахом. Фенол выделяют из каменноугольной или сланцевой смолы, а также син­тезируют из пропилена и бензола.

При поликонденсации фенола с альдегидами могут быть полу­чены смолы двух типов: термопластичные, называемые новолач — ными, и термореактивные, называемые резольными[9].

Резольные (бакелитовые) смолы образуются в щелочной среде при избытке формальдегида и только в случае трифункциональ — ных фенолов. Новолачные смолы образуются на основе как три- функциональных, так и бифункциональных фенолов. Смола по­лучается поликонденсацией при избытке фенола и в кислой среде. Макромолекулы новолачной смолы имеют линейную структуру. Новолачная смола, плавкая и растворимая, может быть переве­дена в нерастворимую и неплавкую форму путем добавления гек­саметилентетрамина (CH2)6N4 (уротропина) и последующего на­гревания. При повышенной температуре в присутствии воды урот­ропин разлагается на аммиак и формальдегид. Последний реаги­рует с новолачным олигомером с образованием трехмерной струк­туры.

Этим свойством пользуются на практике для отверждения но­волачной смолы при получении пластмасс.

На основе фенолоформальдегидных синтетических смол с на­полнителями, красителями, отвердителями получают конструк­ционные материалы — фенопласты (см. подразд. 14.10). Изготавли­вают также литые изделия без наполнителей (неолейкорит, литой карболит, литой резит и др.), применяемые главным образом в галантерее. Спиртовые растворы резольной смолы, называемые бакелитовым лаком, применяют в качестве клея и для антикорро­зионной защиты металлов.

Карбамидная смола. Мочевиноформальдегидная смола (МФС) входит в группу аминоальдегидных полимеров, другим распрост­раненным представителем которой является меламиноформаль — дегидный полимер — продукт поликонденсации формальдегида с меламином.

Карбамидная смола получается поликонденсацией мочевины и формальдегида в водном растворе. По физико-химическим свой­ствам она имеет много общего с ФФС, однако отличается от пос­ледней отсутствием цвета и запаха, светостойкостью и нетоксич — ностью.

Карбамидная смола применяется так же, как и ФФС, для из­готовления прессовочных масс с различными наполнителями. Ком­позиции на ее основе можно окрашивать в любые цвета. Отверж­денная карбамидная смола безвредна для человека, поэтому ами­нопласты часто используют для изготовления пищевой тары.

Полиэфирные смолы. Это название объединяет четыре различ­ные группы сложных[10] полиэфиров: 1) алкидные смолы; 2) во­локнообразующие полиэфирные смолы; 3) ненасыщенные поли­эфирные смолы; 4) поликарбонаты. В основной цепи всех пере­численных полимеров регулярно повторяются сложноэфирные группы —СО —О — .

Алкидные смолы являются наиболее распространенной группой пленкообразующих веществ, составляющей до 70 % объема всей синтетической лакокрасочной продукции. Они применяются так­же в качестве клеев, заливочных масс, пластификаторов поливи­нилхлорида, а также для изготовления композиций с каучуком. Из алкидных полиэфиров наиболее известны глифталевые и пен — тафталевые смолы. Они относятся к сложным полиэфирам, моди­фицированным растительными маслами (тунговым, льняным, подсолнечным, хлопковым и др.) или жирными кислотами. От­верждение алкидов в покрытиях может происходить как за счет дальнейшей поликонденсации разветвленных полиэфиров (при температуре выше 150 °С), так и вследствие окислительной поли­меризации радикалов ненасыщенных жирных кислот-модифика­торов (при комнатной температуре).

К волокнообразующим полиэфирным смолам относится полиэти — лентерефталат (лавсан, терилен, дакрон), представляющий со­бой полиэфир этиленгликоля и терефталовой кислоты. Это — ли­нейный кристаллический полимер с температурой плавления около 265 °С. Кроме волокон и тканых материалов из него изготавливают пленки и некоторые изделия (трубки, прокладки, ремни, транс­портерные ленты И Т. Д.).

Ненасыщенные[11] полиэфирные смолы получают поликонденса­цией ненасыщенных дикарбоновых кислот, чаще всего малеино­вой или фумаровой с многоатомными спиртами. Благодаря нали­чию в таких полиэфирах двойных связей между атомами углерода они способны к дальнейшей полимеризации и сополимеризации с различными мономерами. Молекулярная масса их не превышает 1 500… 2 500.

Ненасыщенная полиэфирная смола часто представляет собой 60 —75%-й раствор непредельного полиэфира в стироле, играю­щем двоякую роль: растворителя и сшивающего агента. Переход вязкожидкого раствора в твердое неплавкое и нерастворимое со­стояние происходит вследствие сополимеризации полиэфира и стирола. Процесс отверждения не сопровождается выделением ка­ких-либо летучих побочных продуктов и может происходить в обыч­ных условиях.

Присущее армированным ненасыщенным полиэфирам (стек­лопластикам) сочетание высокой механической прочности, хи­мической стойкости и малой плотности поставило их в один ряд с конструкционными материалами, такими как сталь, древеси­на, бетон (см. подразд. 14.10).

Поликарбонаты — это сложные полиэфиры угольной кислоты с общей формулой [—О — R—О — СО — Наибольшее практическое значение получил поликарбонат на основе дифенилпропана, вы­пускаемый под названиями: «Дифлон» (Россия), «Лексан» и «Мер — лон» (США), «Макролон» и «Макрофол» (ФРГ). Свойства поли­карбонатов зависят от строения и соотношения исходных компо­нентов. Молекулярная масса полимеров составляет 25000…70000, но может доходить до 200 000. Температура плавления дифенилолп­ропана составляет 220…230°С. Поликарбонаты хорошо раствори­мы в хлорированных углеводородах, фенолах и др. Их отличает вы­сокая атмосферо — и водостойкость, а также устойчивость к воздей­ствию кислот и щелочей. Важными свойствами дифлона являются высокая ударная прочность и высокая прозрачность.

Изделия из поликарбонатов получают литьем под давлением, экструзией, вакуумным прессованием. Соединение частей можно осуществлять сваркой, склеиванием, горячей штамповкой.

В строительстве цельные и сотовые листы поликарбоната ис­пользуются для остекления зданий, выполнения прозрачных кро­вель и декоративных перегородок, используются в создании ма­лых архитектурных форм различных павильонов и укрытий. Цель­ный листовой поликарбонат легко может быть изогнут без нагре­ва, что используется при создании выпуклых форм световых фо­нарей, кровель, навесов. Сотовый (пустотный) поликарбонат в отличие от цельного обладает хорошими тепло — и звукоизоляци­онными свойствами.

Полисульфидные (тиоколовые) каучуки. Полисульфидные кау­чуки являются продуктом поликонденсации алифатических дига- логенпроизводных с ди — или полисульфидом натрия:

/i(Cl-R-Cl) + (я + l)Na2S4 — э
-»Na S4—[R—S —S-S —S —]„-Na + 2«NaCl

Получаются линейные насыщенные полимеры. Поликонденсация осуществляется при температуре 80… 100 °С в водной дисперсии.

Различают тетра — и дисульфидные полимеры. Все тетрасуль — фидные полимеры каучукоподобны независимо от R. Дисульфид­ные полимеры обладают свойствами эластомеров, если углеводо­родный радикал содержит более четырех атомов углерода.

Тиоколы вулканизуются оксидами или перекисями металлов. При вулканизации происходит увеличение молекулярной массы, так как сшиваются концы линейных цепей, а поперечные связи отсутствуют.

Тиоколы выпускаются в виде твердых эластичных или жидких продуктов. Это зависит от молекулярной массы. Жидкие тиоколы используются для получения мастик и герметиков.

Формулы полимеризационных полимеров приведены на рис.

14.6.

Полиэтилен. Полиэтилен [ — СН2—СН2—]„ получают полиме­ризацией газа этилена (продукта пиролиза нефтяных фракций) тремя способами: при высоком (ВД), низком (НД) и среднем (СД) давлении. Свойства полиэтилена зависят от метода получе­ния (табл. 14.2).

Полиэтилены НД и СД близки по своим свойствам. Их более высокая кристалличность, а также плотность, прочность и темпе­ратура размягчения по сравнению с полиэтиленом ВД обусловле­ны меньшей разветвленностью полимерной цепи. Однако поли­этилены НД и СД более склонны к старению, в то время как полиэтилен ВД устойчив к растворам кислот, щелочей, солей, органическим растворителям и разрушается только под действи­ем концентрированной азотной кислоты.

В строительстве применяются полиэтиленовые трубы различ­ного назначения, гидро — и пароизоляционные пленки, листы тол­щиной до 5 мм и теплоизоляционный материал — пенополиэти­лен.

Полипропилен. Полипропилен [ —СН2—СН(СН3) —]„ представ­ляет собой продукт полимеризации газа пропилена при темпера­туре 65… 70 °С и давлении 1,0… 1,2 МПа в растворителе (уайт-спи­рите, бензине) в присутствии катализатора. Поскольку звенья мак­ромолекулы полипропилена асимметричны, он может быть изо — тактйческим и атактическим.

Полипропилен отличается значительной прочностью при рас­тяжении, твердостью и ударной вязкостью. Он является более жестким и более теплостойким материалом, чем полиэтилен, но плотность его ниже (900 кг/м3).

u> о ос
Н Н I I -с-с- I I н с HCf^CH

 

нсЧ^сн сн

Полистирол

Рис. 14.6. Полимеризационные полимеры:

а — пластомеры; б — эластомеры

Вид поли­ этиле­ на	Молекуляр­ная масса М	Степень крис­таллич­ности, %	Плотность То. г/см3	Темпера­тура раз­мягчения гр, °С	Предел проч­ности при рас­тяжении Др, МПа	Относи­тельное удлине­ние при разрыве 5, %
вд	(1,9. ..5,0)- 104	Менее 65	0,91.	.0,93	108.	..120	12.	.16	150.	.600
нд	{1… 300)- 104	75…85	0,95.	.0,96	125	.. 134	22.	.45	250.	.900
сд	(7. ..40)- 104	До 93	0,96.	.0,97	127.	..130	27.	.33	200.	.800

Полипропилен, подобно полиэтилену, быстро стареет под дей­ствием солнечного света. Старение замедляют дифениламином или сажей.

Применяют полипропилен для изготовления водопроводных труб, прозрачной паронепроницаемой пленки, чрезвычайно проч­ного синтетического волокна, которое используют при производ­стве технических тканей и геосинтетических материалов. Исполь­зуют его и как модифицирующую добавку к битуму.

Полиизобутилен. Он представляет собой высокоэластичный ка­учук, получаемый полимеризацией газа изобутилена. Высокомо­лекулярный полиизобутилен водостоек и устойчив к действию кислот и щелочей, однако под воздействием солнечных лучей и кислорода воздуха быстро стареет. Введение сажи или графита значительно замедляет старение полиизобутилена.

Полиизобутилен применяется как связующее вещество в кле­ях, мастиках и герметиках.

Полистирол. Полистирол получают полимеризацией стирола — бесцветной жидкости с характерным запахом.

Полимер, получаемый полимеризацией по свободнорадикаль­ному механизму, имеет атактическое строение и является аморф­ным; полимер, получаемый ионной полимеризацией, в зависи­мости от типа катализатора может быть аморфным или кристал­лическим.

Полимеризацию проводят в блоке, эмульсии или суспензии.

Блочный полистирол имеет высокую степень чистоты, так как полимеризацию осуществляют без инициатора, что возможно бла­годаря способности стирола полимеризоваться при нагревании.

Эмульсионный полистирол получают в виде порошка. Исходные компоненты, воду и стирол, перемешивают в присутствии эмуль­гатора, предотвращающего слияние капелек стирола. Затем в ре­актор загружают инициатор (перекись водорода, персульфат ам­мония или калия) и повышают температуру до 96…98°С. В ре­зультате полимеризации микрокапли стирола превращаются в твер­дые частицы полимера, которые осаждают с помощью коагулято­ров (сернокислого алюминия и др.), промывают и отделяют от воды центрифугированием. Полученный порошок сушат в ваку­умных сушилках или в «кипящем слое».

Суспензионный полистирол получают полимеризацией стирола в суспензии, которая отличается от эмульсиии более крупными каплями стирола (0,5… 5,0 мм). Благодаря значительным размерам частицы полимера отделяются от воды без применения осадите — лей, что обусловливает более высокую чистоту продукта по срав­нению с эмульсионным.

Полистирол имеет плотность около 1 070 кг/м3. Блочный поли­стирол прозрачен и бесцветен, пропускает до 90 % видимого све­та. Полистирол нерастворим в спиртах и бензине, стоек к воздей­ствию кислот и щелочей, водостоек. В ароматических и хлориро­ванных углеводородах он растворяется, образуя вязкую массу, которую используют для склеивания полистирола. Полистирол хрупок. В результате старения его хрупкость возрастает. Получение ударопрочного полистирола достигается сополимеризацией его с другими мономерами, сплавлением с синтетическими каучуками и другими способами.

Полистирол применяют для изготовления декоративных сте­кол, цветных облицовочных плиток. Вспененный полистирол яв­ляется звуко — и теплоизоляционным материалом. Из ударопроч­ного полистирола изготавливают сантехническое оборудование, трубы, арматуру, мебельную и оконную фурнитуру, гидроизоля­ционные пленки. Полистирол применяется в лакокрасочной про­мышленности, а также при изготовлении изделий широкого по­требления (посуды, авторучек, футляров, коробок и т. д.).

Поливинилхлорид. Поливинилхлорид (ПВХ) [ — СН2^*СНС1 — ]„ получают радикальной полимеризацией газа хлористого винила. Полимеризацию проводят главным образом в суспензии или эмуль­сии с перекисными инициаторами или азосоединениями. Степень кристалличности ПВХ может достигать 10 %. Благодаря высокому содержанию хлора ПВХ не горит. При 130… 150 °С начинается его разложение с выделением хлористого водорода. ПВХ нерастворим во многих растворителях, но при нагревании растворяется в хло­рированных углеводородах, ацетоне, циклогексаноне и др. ПВХ устойчив к воздействию смазочных масел, кислот и щелочей. Под воздействием механических напряжений, света и теплоты проте­кает процесс разложения полимера, сопровождающийся отщеп­лением НС1, образованием двойных связей и присоединением кислорода по месту их разрыва. Для предотвращения разложения к ПВХ добавляют стабилизаторы (фосфид свинца, карбонаты свин­ца, свинцовый глет и др.). Винилхлорид легко сополимеризуется со многими непредельными соединениями. Это позволяет моди­фицировать свойства поливинилхлорида.

ПВХ легко пластифицируется дибутилфталатом и диоктилфта — латом, что позволяет наряду с жесткими материалами (винипла­стом) получать мягкие пластмассы (пластикат и пластизоль).

На основе ПВХ получают линолеумы (от лат. linium — полотно и oleum — масло), гидро — и газоизоляционные пленки, листовой винипласт, водопроводные и канализационные трубы, водосточ­ные желоба, пенопласты. Методом экструзии получают погонаж­ные изделия: плинтуса, карнизы, раскладки, поручни, прутки для сварки винипласта и т. д. На бумажной основе выпускаются обои, пеноплен, линкруст.

Перхлорвинил (хлорированный поливинилхлорид). Хлорирование осуществляется путем пропускания газообразного хлора через ра­створ поливинилхлорида, чаще всего в хлорбензоле и тетрахлор — этане. При этом в среднем каждая третья группа СН2 в цепи по­лимера превращается в СНС1. Хлорированный поливинилхлорид (Х-ПВХ) выпускается в виде порошка или гранул от белого до кремового цвета плотностью 1 470… 1 500 кг/м3. Х-ПВХ растворим во многих органических растворителях. Он обладает высокими ме­ханической прочностью, влагостойкостью, стойкостью по отно­шению к кислотам, щелочам, маслам, высокими адгезионными свойствами. Его температура размягчения составляет 85… 100°С. Перхлорвинил широко применяется для производства лаков, эма­лей и клеев. Из Х-ПВХ выпускаются водопроводные трубы, со­единяемые с помощью клея. Трубы из Х-ПВХ допускается приме­нять при температуре воды до 80 °С, а трубы из ПВХ — только до 60 °С.

Фторопласты. Фторсодержащие полимеры по химической стой­кости превосходят все природные и синтетические полимеры. Изделия из них можно эксплуатировать при температуре до 260 °С. Эти полимеры обладают антифрикционными и гидрофобными свойствами.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) [ —CF2—CF2—]„ по­лучают полимеризацией газа тетрафторэтилена в присутствии пе — рекисных катализаторов. Политетрафторэтилен совершенно не­растворим. Он имеет белый цвет. Его плотность составляет 2 250… 2 270 кг/м3, кристалличность — 80… 85 %, температура плав­ления — 327 °С.

Политетрафторэтилен применяют для изготовления пленок, труб, профильных изделий, подшипников скольжения, оболочек кабелей, синтетического волокна, деталей машин и приборов. Суспензии политетрафторэтилена применяют для гидрофобных антикоррозионных покрытий и пропитки материалов.

Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3) [ —CF2—CFC1—]„ по­лучают радикальной полимеризацией газа трифторхлорэтилена, чаще всего эмульсионным и суспензионным способами в водной среде. Политрифторхлорэтилен представляет собой кристалличе­ский полимер белого цвета плотностью 2 090… 2 160 кг/м3. По срав­нению с фторопластом-4 он более пластичен, но термическая стой­кость его на 80… 100 °С ниже. По химической стойкости он также уступает политетрафторэтилену, однако превосходит многие дру­гие полимеры.

Политрифторхлорэтилен применяют в машино — и приборост­роении, электро — и радиоэлектронике в виде различных изделий, листовых материалов, пленки, защитных покрытий и смазки.

Полиметилметакрилат. Полиметилметакрилат (оргстекло, или плексиглас) получают радикальной полимеризацией метилового эфира метакриловой кислоты в присутствии инициаторов. Поли­меризация проводится в блоке, в водной суспензии или эмульсии и органических растворителях. Полимер совершенно не кристал­лизуется, поскольку является атактическим.

Органическое стекло получают в формах из листового сили­катного стекла. В формы заливают 10 —30%-й раствор полиметил­метакрилата в мономере или жидкий мономер, смешанный с инициатором. Заполненные формы нагревают, повышая темпера­туру постепенно по определенному режиму от 45 до 120 °С в тече­ние 24…48 ч. По окончании полимеризации формы охлаждают, разнимают и извлекают полученные листы. При непрерывном спо­собе производства олигомер подается в пространство между дву­мя параллельно натянутыми транспортерными лентами из нержа­веющей стали. Боковые зазоры между лентами закрыты специаль­ными прокладками. В зоне полимеризации производится тепловая обработка изделия.

Оргстекло — материал, бесцветный и прозрачный. Он легко окрашивается в массе, сохраняя прозрачность. Оргстекло пропус­кает до 91 …92 % лучей видимой области спектра, 75 % ультрафи­олетовых лучей и значительную часть инфракрасных лучей; обла­дает достаточной стойкостью к старению в естественных услови­ях; легко сваривается и склеивается, поддается механической об­работке и полировке.

Оргстекло применяется для светопрозрачных конструкций, светотехнических устройств, остекления самолетов, теплиц, оран­жерей, зимних садов, павильонов, изготовления оптических сте­кол и других целей. Окрашенное и матовое стекло применяется для декоративных целей.

Полимеры обладают рядом положительных свойств: малой плот­ностью, высокой прочностью и эластичностью, газо — и водоне­проницаемостью, низкой теплопроводностью, высокой химиче­ской стойкостью, легкостью механической обработки, способно­стью склеиваться и свариваться. Вместе с тем им присущи и недо­статки: низкая теплостойкость, низкая твердость, высокое тепло­вое расширение, повышенная ползучесть, относительно быстрое старение, горючесть.

Старение полимеров. В процессе эксплуатации изделий из поли­мерных материалов происходит их постепенное старение под дей­ствием теплоты, света, ионизирующего излучения, механических напряжений, воды, кислорода и других химических веществ. Ста­рение заключается в разрыве связей основной цепи макромолеку­лы и понижении молекулярной массы, что может сопровождать­ся изменением химического состава. Разрыв макромолекул в при­сутствии кислорода воздуха способствует возникновению свобод­ных радикалов, которые инициируют цепной процесс окисли­тельной деструкции. Полимеры, содержащие в цепи двойные свя­зи, быстрее подвергаются деструкции, чем предельные.

Стабилизация полимеров. С целью замедления старения поли­меров к ним добавляют стабилизаторы: антиоксиданты (ингиби­торы термоокислительной деструкции), фотостабилизаторы (по­вышают устойчивость полимеров к фотохимической деструкции), антирады (тормозят старение полимеров под влиянием радиоак­тивных излучений), пассиваторы (снижают химическую активность полимеров) и др.

С помощью антипиренов (см. подразд. 3.8) пластмассы делают трудногорючими. При удалении источника пламени их горение прекращается. Такие материалы называются самозатухающими.

Высокоэластичность. Жидкое состояние полимеров называется вязкотекучим, так как вязкость полимерных расплавов велика из — за взаимного зацепления молекул. Вязкотекучее состояние возни­кает при нагревании линейных полимеров выше их температуры размягчения /р. В этом состоянии полимеры имеют аморфное стро­ение (рис. 14.3, структура а), деформации их необратимы. При приложении постоянной силы они текут, но довольно медленно.

Рис. 14.3. Физические состояния полимеров в зависимости от темпера­туры

Рис. 14.4. Две возможные
конфигурации мономерного
звена полипропилена

Если соединить цепи полимерного расплава сшивками (рис. 14.3, структура Ь), то они не смогут перемещаться относительно друг друга и течение станет невозможным. С другой стороны, подвиж­ность цепей между сшивками не ограничена и свернутые участки цепи могут распрямляться при растяжении, обеспечивая исклю­чительно большие обратимые деформации, называемые высоко­эластическими. Сцепление полимерных цепей в высокоэластиче­ском состоянии вещества, исключающее его течение, не обяза­тельно должно быть связано с химическими связями между мак­ромолекулами. Роль сшивок могут играть зародыши кристалличе­ской фазы (рис. 14.3, структура с), механические зацепления мо­лекул или небольшие застеклованные области.

При понижении температуры ниже температуры стеклования t„ или температуры кристаллизации tKp полимеры переходят из высокоэластического в твердое состояние, в котором они могут иметь стеклообразную (рис. 14.3, структура е) или частично-кри­сталлическую (рис. 14.3, структура с) структуру. В стеклообразной структуре с кристаллические области (кристаллиты) разделены аморфными прослойками. Чисто кристаллическое состояние (рис.

14.3, структура d) для полимеров не характерно.

Не кристаллизуются (даже частично) статистические сополи­меры, а также атактические полимеры, у которых в цепи случай­ным образом чередуются звенья разных пространственных кон­фигураций (рис. 14.4). Изотактические гомополимеры, содержа­щие звенья только одной конфигурации, легко кристаллизуются.

Таким образом, деформация полимеров состоит из трех час­тей:

где £упр — упругая (обратимая) деформация, заключающаяся в изменении валентных углов и межатомных расстояний; евэ — вы­сокоэластическая деформация (тоже обратимая), связанная с из­менением конформации (формы) макромолекул, обладающих па­мятью формы; епл — пластическая (необратимая) деформация,

Рис. 14.5. Упругая, высокоэластическая и пластическая деформации полимеров в зависимости от температуры

обусловленная беспрепятственным скольжением молекул отно­сительно друг друга.

Соотношение между этими видами деформаций зависит от тем­пературы (рис. 14.5). Температурный интервал по оси абсцисс ог­раничен температурой хрупкости txp, ниже которой гибкость мак­ромолекул не проявляется, и температурой перехода в состояние ньютоновской жидкости tH. Высокоэластическая деформация име­ет место в интервале температур стеклования /ст и размягчения /р. В этом интервале полимеры характеризуются очень высокими об­ратимыми деформациями. Их относительное удлинение достигает

Таблица 14.1 Пластомеры Температура стеклования, °С Эластомеры Температура стеклования, °С Поликарбонат 145 Силиконовый каучук -123 Политетрафтор­ этилен 120 Полиизобутилен -74 Полиметилмет­ акрилат 105 Бутилкаучук -68 Полистирол 100 Бутадиенстироль — ный каучук -65 Поливинилхлорид 81 Этиленпропилен — диеновый каучук -55

1 000 %, а модуль упругости низкий — 0,1 …0,3 МПа. Для низко­молекулярных веществ евэ = 0 и tCT = гр. Для сравнения: модуль упругости стали составляет 105…106 МПа; оконного стекла —

104.. . 105 МПа; полимерных стекол — 103… Ю4 МПа; частично-кри­сталлических полимеров — 102… 103 МПа.

Различие между эластомерами (искусственными каучуками) и пластомерами (полимерами, не проявляющими высокоэластич — ности) заключается в уровне их температуры стеклования (табл. 14.1).

Из табл. 14.1 видно, что температурный интервал высокоэлас­тического состояния искусственных каучуков приходится на обыч­ные температурные условия, а у пластомеров он находится выше

80.. . 140 °С.

Полимеры, макромолекулы которых построены из разных эле­ментарных звеньев, называются сополимерами (в отличие от гамо — полимеров, содержащих в цепи одинаковые элементарные звенья). Сополимеры бывают статистическими: —А — В— В—А— С— В— —А—А—В—А— С— В—; регулярными: —А— Б— С—А — В— С— —А—В— С—; блочными: —А—А—А—А — В— В— В— С— С— С— — С-.

Макромолекулы по форме бывают линейными, разветвленны­ми и сшитыми (сетчатыми). В последнем случае линейные цепи со­единены поперечными связями, через атомные группы (см. рис. 14.2). В каучуках сшивание линейных молекул называется вулканизацией.

Линейное строение (см. рис. 14.1) имеют все полимеризацион — ные полимеры. Поликонденсационные полимеры могут быть как линейными, так и сетчатыми. При поликонденсации бифункцио­нальных соединений (дающих радикалы с двумя свободными свя­зями) образуются линейные полимеры. Если одно или оба моно­мера являются трехфункциональными (или более), то образуются сетчатые полимеры.

По отношению к нагреванию полимеры подразделяются на термопластичные и термореактивные.

Термопластичными являются линейные полимеры. При нагре­вании они размягчаются и плавятся, а при охлаждении восста­навливают свои свойства. Это свойство используется при формо­вании и сварке изделий.

Термореактивные полимеры, имеющие сшитые макромолеку­лы, не плавятся без разложения, что обусловлено наличием свя­зей между линейными цепочками.

14.1. Общие сведения о полимерах и их получение

Некоторые органические вещества обладают способностью об­разовывать очень большие молекулы из исходных коротких звень­ев (радикалов). В зависимости от образующихся связей между зве­ньями (ионных или ковалентных) различают ионный и радикаль­ный[8] механизмы укрупнения молекул. Макромолекулы полиме­ров изображают в виде элементарного звена, заключенного в скоб­ки (например: [ — СН2—СН2—]„), где п — показатель полимери­зации (число элементарных звеньев в макромолекуле).

Показатель полимеризации определяют по формуле

п = М/ т,

где М — молекулярная масса полимера; т — молекулярная масса элементарного звена.

У мономеров п = 1. Соединения с п > 1 называются олигомера­ми, если п мало, и полимерами, если п велико. Самые длинные из известных — макромолекулы ДНК. У них п достигает 109… Ю10.

По происхождению полимеры подразделяются на три группы: природные (целлюлоза, натуральный каучук); модифицирован­ные, получаемые химической обработкой природных полимеров (эфиры целлюлозы, целлулоид, резина); синтетические, получа­емые из мономеров.

Разрыв двойной связи и образование Рост Обрыв н 1 радикалов Н н 1 цепи Н 1 н 1 н 1 н 1 н 1 Н цепи і 1 с 1 —*■ — с ) -с- 1 — х-С- | 1 с- 1 1 с- 1 с- 1 -с- 1 С-х | 1 н 1 н 1 н 1 н 1 н 1 н 1 н 1 н 1 н Этилен Радикалы Макромолекула (газ) полиэтилена

Рис. 14.1. Реакция полимеризации на примере получения полиэтилена

Побочный

+ ИН20

Синтетические полимеры в зависимости от процесса их полу­чения подразделяются на полимеризационные и поликонденса — ционные. Если радикалы образуются в результате разрыва двой­ных связей, то процесс укрупнения молекул называется полиме­ризацией (рис. 14.1). Если свободные связи образуются за счет от­щепления от мономеров функциональных групп (активных кон­цевых атомов или их сочетаний), то процесс называется поликон­денсацией (рис. 14.2). При поликонденсации, в отличие от полиме­ризации, происходит выделение низкомолекулярных побочных продуктов. Некоторые полимеры (полиуретаны, эпоксидные смо­лы) получают в результате ступенчатой полимеризации (поли­присоединения). В этом случае молекулы мономера образуют вна­чале короткие молекулярные цепочки (преполимеры), которые затем соединяются в макромолекулы.

Реакции образования полимеров протекают в три стадии.

1. Инициирование реакции. Реакция полимеризации не начи­нается сама по себе. Необходимо затратить энергию для разрыва двойной связи, в результате чего образуются свободные радикалы или ионы. Это происходит под влиянием теплоты, света, радио­активного облучения и в присутствии 0,1… 1,0 % инициаторов — веществ, содержащих в своих молекулах неустойчивые химиче­ские связи (О — О, N —N, S — S, О —N и др.), которые разрыва­ются гораздо легче, чем связи в мономере.

В отличие от полимеризации поликонденсация происходит са­мопроизвольно при взаимодействии функциональных групп.

2. Рост цепи. При полимеризации происходит последователь­

ное присоединение мономерных радикалов к растущей полимер­ной цепи по схеме [—А — ]„ + —А > [—А — ]я+При этом мак­

ромолекула должна оставаться свободным макрорадикалом.

При поликонденсации происходят независимые друг от друга акты объединения мономерных радикалов и образующихся из них цепочек по схеме [—А—]х+ [-А — ]у-> [—А — ]х + у. По такой же схеме протекает реакция полиприсоединения, однако она явля­ется разновидностью полимеризации, так как активные центры образуются в результате разрыва двойных связей.

3. Обрыв цепи. Конец процесса связан с исчезновением сво­бодной связи у последнего звена макромолекулы, например в ре­зультате присоединения вещества с одной функциональной свя­зью: х— [— А — ]п—х.

Процесс поликонденсации может прекратиться также вслед­ствие недостаточного количества одного из мономеров.

Асфальтовый бетон получают в результате отвердевания асфаль­тобетонной смеси, состоящей из битумного связующего (смесь битума и минерального порошка) и заполнителей — мелкого (пес­ка) с диаметром зерен до 5 мм и крупного (щебня или гравия) с диаметром зерен 5…40 мм. Асфальтовые бетоны подразделяются на мелкозернистые с диаметром зерен до 15 мм; среднезернистые с диаметром зерен до 25 мм; крупнозернистые с диаметром зерен до 40 мм. Если в составе заполнителей используется только песок, то материал называется асфальтовым раствором. Асфальтовый ра­створ содержит обычно 9… 11 % битума по массе. Расход битума в асфальтобетонах составляет примерно 4…9%.

Асфальтовые бетоны применяются для устройства дорожных, тротуарных, аэродромных покрытий, укрепления и гидроизоля­ции откосов гидротехнических сооружений, для устройства полов в промышленных цехах, складских помещениях и для других це­лей. Асфальтовый раствор используется в основном для тех же целей, но по сравнению с асфальтобетоном он обладает более высокой деформативной способностью, что требует применения высоковязких битумов. Укладку этих материалов осуществляют чаще всего в горячем состоянии. В некоторых случаях для верхних слоев дорожных покрытий или при ремонтных работах используют хо­лодные составы на битумных растворителях (лигроине и др.). Иногда холодный асфальт изготавливают на битумной эмульсии.

Асфальтовое связующее. Помимо битума асфальтовое связую­щее содержит тонкомолотый минеральный наполнитель, части­цы которого рассматриваются как центры активного структуро — образования, образующие вокруг себя ассоциаты из асфальтенов и смол битума. По этой причине концентрация минерального по­рошка в асфальтовом связующем для битумов, богатых асфальте­нами, должна быть меньше, чем для битумов, обедненных этой фракцией. Для битумов БНД-60/90 и БНД-90/130 эта концентра­ция равна 55… 60, а для БНД-130/200 и БНД-200/300 она состав­ляет 65… 70 %.

Увеличение содержания минерального порошка повышают вяз­кость и предел текучести, а также твердость и прочность связую­щего. При этом снижаются деформативные свойства и удобообра — батываемость смеси, понижается адгезия. Превышение оптималь­ного содержания минерального порошка приводит к увеличению пористости и снижению прочности асфальтобетона.

Заполнители. Чем крупнее заполнители, тем меньше расход асфальтового связующего и ниже стоимость асфальтобетона. С уве­личением размера зерен возрастают прочность, твердость и теп­лостойкость бетона, но снижаются деформативность и удобоукла — дываемость асфальтобетонной смеси.

Твердение горячего асфальтобетона продолжается несколько часов. При охлаждении битума в нем происходят структурные из­менения, связанные с постепенным выделением из переохлаж­денной дисперсионной среды твердых частиц с наибольшей мо­лекулярной массой. Дисперсная система при этом увеличивает вязкость. Микроструктура битумной фазы зависит от скорости охлаждения. При медленном охлаждении происходит образование частично-кристаллической структуры. При быстром понижении температуры растет содержание стекловатой фазы, что понижает долговечность связующего.

Прочность асфальтобетона как на сжатие, так и на растяжение невысока. Если у цементного бетона прочность составляет в сред­нем 20…60 МПа, то у асфальтобетона при нормальной температу­ре — только 5… 10 МПа. С понижением температуры прочность асфальтобетона возрастает и при -15 °С может достигать 15… 20 М Па. При водонасыщении прочность асфальтобетона снижается.

Долговечность асфальтобетона определяется воздействием среды как на его органическую, так и на минеральную составляющие. В условиях атмосферы битумы быстро стареют. В условиях посто­янного пребывания гидроизоляции под водой главным фактором разрушения является поглощение битумом воды и его набухание. Интенсивность этих процессов зависит от химического состава битума и минерального наполнителя и растет с увеличением ко­личества водорастворимых веществ в битуме (особенно кислот и щелочей) и длительности контакта с водной средой. С понижени­ем марки битума растет его водопроницаемость.

В чистых битумах диффузионное водопоглощение идет интен­сивно, и уже через три года строительные битумы разрушаются. Наиболее агрессивное воздействие на битумы оказывают щелоч­ные и кислотные растворы. Далее по агрессивности следуют мор­ские воды, минерализованные грунтовые и пресные воды. Спо­собность битумов противостоять действию агрессивных вод зави­сит от структуры битума. Чем меньше непредельных связей в мак­ромолекулах битума, тем выше его стойкость. Для повышения во­доустойчивости необходимо либо наполнить битум минеральным наполнителем, либо совместить его с полимерными добавками (см. подразд. 13.8).

Для получения коррозионно-стойкого асфальтобетона вид за­полнителей и наполнителей выбирают с учетом химического со­става воды-среды. Кислые породы (кварцевые пески, кварциты, гранит) нестойки в щелочной среде, в которой наиболее стойки­ми являются карбонатные породы. Однако последние разрушают­ся в кислых и углекислых водах.

Повышение долговечности асфальтобетона возможно путем создания плотной водонепроницаемой структуры. Высоконапол — ненные и плотные гидротехнические асфальтобетоны с первона­чальной пористостью менее 3 % вполне водоустойчивы — их во — допоглощение через 10 лет не превышает 6%, а коэффициент размягчения (отношение пределов прочности на сжатие водона­сыщенного и сухого образцов) около единицы. Пористые асфаль­тобетоны, наоборот, с первоначальной пористостью 3…5% по­степенно разуплотняются в воде, и их водопоглощение достигает 15%, а коэффициент размягчения уменьшается до 0,5.

Опалубка для асфальтобетона не должна иметь адгезии к биту­му. На металлическую опалубку наносят антиадгезионное покры­тие.

Кровли, выполненные с применением рубироида и пергами­на, недолговечны. Это обусловлено быстрым старением битума и

загниванием картонной основы. Средняя периодичность ремонта таких кровель составляет три года. В то же время в связи с низкой стоимостью эти материалы наиболее выгодны для временных со­оружений со сроком эксплуатации до пяти лет. В капитальном стро­ительстве применяются более долговечные материалы на основе модифицированного битума.

Модифицированный битум. Модифицированный битум получа­ют введением полимерных добавок. При этом существенно возра­стают гибкость при отрицательных температурах[7], теплостойкость, эластичность, сопротивляемость усталостному разрушению, стой­кость к старению. Содержание полимера в связующем обычно не превышает 30 %.

Применяются следующие модификаторы: атактический поли­пропилен (АПП) иногда в смеси с изотактическим (ИПП); сти — рол-бутадиен-стирол (СБС); этилен-пропилен-бутен (ЭПБ).

Качество модифицированного битума определяется:

1) совместимостью битума с модификатором;

2) количеством модификатора, достаточным для того, чтобы произошла фазовая инверсия (непрерывную среду должен обра­зовать полимер, а битум — диспергироваться в ней в виде мель­чайших включений);

3) однородностью смеси.

Битумно-полимерные рулонные кровельные материалы в 4 — 8 раз дороже, чем битумные. Однако срок их службы составляет 15…20 лет, и покрытие из них делают в два слоя (вместо 4…5 слоев битумных материалов).

АПП модифицированный битум не имеет главных недостатков битумных материалов: низкой гибкости на холоде и склонности к старению. Атактический полипропилен является побочным про­дуктом получения изотактического полипропилена и в отличие от последнего содержит звенья различной конфигурации (см. рис. 14.4). Молекулы изотактического полипропилена содержат звенья, отвечающие только одной из этих конфигураций. Атактический полипропилен — эластичный материал, похожий на каучук. Как у любого побочного продукта, свойства АПП варьируются в широком диапазоне. Поэтому он не нашел другого применения, кроме ис­пользования в качестве добавки к битумным связующим. Сохраняя присущие битумам высокие показатели адгезии и водонепроницае­мости, АПП сообщает материалам высокую стойкость к ультрафио­летовому излучению и высокую теплостойкость (выше 120 °С).

АПП относится к пластомерам, поэтому АПП модифицирован­ные материалы имеют эластичность и гибкость на холоде (до -15 °С) ниже, чем у СБС материалов. Сгибание их при укладке на сильном морозе может привести к образованию сетки мелких трещин.

СБС модифицированный битум получают с применением бута — диен-стирольного каучука — продукта сополимеризации бутадие­на и стирола: (-СН2-СН = СН-СН2-)„-(-СН2-СНС6Н5-)ш.

Бутадиен-стирольный каучук, являясь эластомером и имея блоч­ное строение, придает битуму очень высокую эластичность и гиб­кость при температурах до -25 °С. Относительное удлинение СБС модифицированного битума (без основы) достигает 1500%. По теплостойкости (90… 100 °С) он уступает АПП материалам.

В отличие от АПП модифицирования, получаемого путем про­стого механического смешивания, СБС модификация битума пред­ставляет также химический процесс взаимодействия молекул ка­учука и битума, при котором создается трехмерная сетчатая струк­тура макромолекул полимера, обусловленная взаимодействием полистирольных блоков.

Старение СБС модифицированного битума обусловлено разру­шением двойных связей в молекуле каучука, что приводит к умень­шению эластичности. АПП модифицированные битумы более ус­тойчивы к старению, так как молекулы полипропилена не содер­жат двойных связей.

Гибкость является косвенным критерием качества СБС мате­риалов. Лучшие образцы достигают гибкости до -30 °С. Материалы гибкостью выше -20 °С либо имеют недостаточное содержание по­лимера, либо в них использован несовместимый с СБС битум. Такие материалы быстро стареют.

ЭПБ модифицированный битум, получаемый на базе гетеропо­лимера этилен-пропилен-бутена, сочетает в себе преимущества АПП битумов (повышенная теплостойкость и устойчивость к ста­рению) с достоинствами СБС композиций (низкотемпературная эластичность). ЭПБ модификатор выпускается концерном Hills (ФРГ) под названием Vestoplast. Он производится в виде гранул, которые вводятся в расплавленный битум с температурой около 200°С. Чтобы повысить твердость, добавляется АПП (2…3% от массы смеси). Для обеспечения фазовой инверсии требуется доба­вить не менее 16 % модификатора Vestoplast.

ЭПБ модификатор имеет насыщенные связи, что обеспечива­ет невосприимчивость к ультрафиолетовому облучению и низкую степень окислительной деструкции. ЭПБ-материалы наиболее стой­ки к старению.

Свойства модифицированных битумов приведены в табл. 13.3.

Рулонные битумно-полимерные материалы. Их получают с ис­пользованием армирующей основы: стеклоткани, стеклохолста (нетканого материала из стеклянных волокон), полиэстра (нетка­ного материала на основе полиэфирных волокон) и некоторых других (табл. 13.4).

Свойства	Окислен — ный битум	Модифицированный битум
СБС	АПП	ЭПБ
Гибкость на холоде, °С	5	-25	-15	-25
Теплостойкость, °С	70	90… 100	120	120
Стойкость к старению	—	++	+++	+++
Эластичность	—	+++	++	-н-
Сопротивление усталостному разрушению	—	+++	++	++
Способность к наплавлению	+	++	+++	+++
Возможность работы с мате­риалом зимой	—	+++	++	++

Примечание. «-» — неудовлетворительно; «+» — удовлетворительно; «++» — хорошо; «+++» — отлично.

Стеклоткань обладает высокой прочностью при растяжении, но незначительным удлинением при разрыве. Характеристики по­лиэстера значительно лучше, но выше его стоимость. При одина­ковой со стеклотканью прочности его относительное удлинение больше в 10 — 25 раз, что позволяет воспринимать деформации основания без разрушения.

Каждый вид кровельного материала выпускается в двух испол­нениях: для верхнего (К) и нижнего (П) слоя кровельного ковра.

Лицевая поверхность материала для верхнего слоя защищается от воздействия солнечных лучей и кислорода воздуха чаще всего крупнозернистой (песок, гранулят кристаллического сланца и др.) или чешуйчатой (слюда-вермикулит) посыпкой. Для некоторых материалов используют алюминиевую или медную фольгу.

Нижнюю поверхность материала для верхнего слоя и обе по­верхности материала для подстилающего слоя защищают от сли­пания в рулонах мелкозернистым песком или пылевидной посып-

Таблица 13.4 Показатель Вид основы Стеклохолст Стеклоткань Полиэстр Сила разрыва полосы шириной 50 мм, Н Около 400 600… 800 500… 800 Относительное удлинение при разрыве, % 2…4 Около 2 25…50

кой, если предполагается приклеивание полотнищ, а в случае наплавляемых материалов — легкоплавкой полиэтиленовой плен­кой.

Рулонные материалы очень разнообразны (табл. 13.5), однако принципиальные различия между ними сводятся к виду основы и типу модификатора.

На Российском рынке представлена также продукция запад­ных фирм: Imperbel (Бельгия); Icopal, Katepal, Lemminkainen (Фин­ляндия); МИДА (Литва); Polyglass (Италия); Sika-Trocal (ФРГ— Швейцария) и др.

Устройство кровли из битумно-полимерных материалов. Ее осу­ществляют по любому сплошному (деревянному, бетонному и др.) основанию при уклонах от 0 до 45… 50° двумя способами: прикле­иванием и наплавлением.

Приклеивание мастиками осуществляется либо по всей площа­ди, либо пятнами, полосами и т. д. При выполнении «дышащей» кровли воздушные полости между кровельным ковром и основа­нием должны сообщаться с наружным воздухом. «Дышащие» кров­ли устраивают с целью удаления влаги из основания, что бывает необходимо при ремонте старых покрытий и работах в зимнее время. Удаление влаги может быть ускорено увеличением толщи­ны воздушной прослойки, например за счет укладки первого слоя крупнозернистой посыпкой вниз, или применением перфориро­ванного материала.

Применение растворителей для размягчения битумного слоя называется диффузионной сваркой, хотя по своей сути — это раз­новидность приклеивания. Применяются также материалы с кле­ящим слоем.

Наплавление осуществляется чаще всего с помощью газовых горелок (огневым способом). Существует также горячий безогне- вой способ с помощью оборудования инфракрасного излучения. В обоих случаях расплавляют слой модифицированного битума, нанесенного на нижнюю поверхность полотнища, и раскатывают рулон по основанию.

Мягкая битумная черепица. Мягкая битумная черепица, часто называемая гонтом или шинглсом, представляет собой неболь­шие листы с фигурными вырезами по одному краю, имитирую­щими 3…4 черепицы в форме трапеции, шестиугольника, пря­моугольника или волны. Существует много цветовых решений би­тумной черепицы. Этот материал по своей структуре, технологии и применяемым компонентам аналогичен рулонным материалам.

Битумную черепицу можно применять на крышах любой слож­ности, формы и конфигурации с уклоном не менее 10°. При укло­нах 10… 18° необходимо устройство подкладочного гидроизоля­ционного слоя, иначе возможно подтекание влаги при сильных дождях.

Производитель	Материал	Основа	Модификатор	Марки
Компания «Т ехноНИКОЛ Ь» (Москва)	Линокром	Т, X или Э	—	ХПП, ХКП, ТПП, ткп, эпп, ЭКП, ОПП, ОКП (3,0; 4,0; 5,0)
Техноэласт	X или Э	СБС
Бикрост	О, X или Т	—
Экофлекс	X или Э	АПП и (или) ИПП
Унифлекс	X или Т	СБС
Завод «Изофлекс» (г. Кириши)	Изопласт	X или Э	АПП
Изоэласт	X или Э	БС
Кинепласт	Т	АПП + ИПП
Мостопласт	э	ЭПБ
ООО «Завод АК-Мембрана»	Петрофлекс: «Стандарт» «Экстра» «Норд»	Т, X или Э	По специальной рецептуре	П40-3,0 В40-4,5 С110-5,0 К110-5,0
Выборгский рубероидный завод	Бикрост	Т или X	—	—
Бикропласт	Т, X или Э	АПП
ОАО «Завод “ Филикровяя ” » (Москва)	Филизол	Т, X или Э	СБС, АПП
Гидростеклоизол
Фольгоизол

Производитель	Материал	Основа	Модификатор	Марки
Рязанский картонно — рубероидный завод	Рубероид	Картон	—	РКК, РКП
Рубемаст	Картон, X	—	РНК, РНП
Стекломаст	Т	—	-п, — к
Стеклобит	X	—	-п, — к
Элабит	Т, X или Э	Т ермопластичный каучук	-п, — к

Примечание. Условные обозначения, принятые в таблице и при обозначении марок: Т — стеклоткань; X — стеклохолст; Э — полиэстер; О — спецкартон; Ф — фольга; Д — перфорированный стеклохолст; К — крупнозернистая посыпка; М — мелкозерни­стая или пылеватая посыпка; П — защитная пленка. Пример обозначения материалов завода «Изофлекс»: ЭКП-5,0. Здесь первая буква означает материал основы, вторая буква — вид верхнего покрытия, третья буква — вид нижнего покрытия, число — масса 1 м2 материала, кг, что численно примерно равно толщине материала, мм, так как плотность материалов близка к 1 г/см3. Пример обозначения материалов «Петрофлекс»: В 110-4,5 к «Экстра». Первая буква означает материал покрытия: В — вермикулит; К — крошка (гранит); С — гранулят (сланец); П — пленка. Первое число (110) — сила разрыва, кг; второе число (4,5) — масса 1 м2 материала, кг, или толщина, мм. Следующая буква (к) — цвет. Далее указан один из трех классов материала: «Стандарт» (гибкость -5 °С), «Экстра» (-15 °С) или «Норд» (-25 °С).

Битумной черепице не требуется высокая эластичность, как рулонным материалам. Усадка при старении локализуется в пре­делах каждой плитки, что не вызывает напряжений в покрытии.

В России в основном применяется мягкая черепица иностран­ных производителей: ICOPAL, KATEPAL, LEMMINKAINEN (Финляндия); TEGOLA (Италия), MIDA (Литва); GAF, SHINGLE (США), ОНДУЛИН (Франция) и др.

Начало производству битумных рулонных материалов было положено в 1906 г., когда в Великобритании начал работу завод Ruberoid Building Products Ltd, на котором впервые пропитали бумагу битумом.

Рулонные кровельные материалы бывают основные и безоснбвные. Основные материалы изготавливают обработкой ос­новы (кровельного картона, асбестовой бумаги, стеклоткани, ме­таллической фольги) битумами, дегтями и их смесями. Безоснбвные материалы получают прокаткой смесей, составленных из органи­ческого связующего, наполнителя (порошкообразного или волок­нистого) и добавок (пластификаторов, антисептиков и др.). Эти материалы выпускаются в рулонах шириной около 1 м.

Рубероид изготавливают, пропитывая кровельный картон лег­коплавким нефтяным битумом с последующим покрытием одной или обеих сторон тугоплавким битумом. В состав покровных слоев вводят наполнители и добавки, в том числе полимеры, антисеп­тики и др.

Лицевую поверхность кровельного рубероида покрывают круп­нозернистой посыпкой. На нижнюю поверхность кровельного ру­бероида и на обе стороны подкладочного рубероида наносят мел­козернистую или пылевидную посыпку, предотвращающую сли­пание материала в рулонах. Кровельный картон подвержен гние­нию, поэтому в состав битума вводят антисептик. Рубероид марок РКК-400, РКК-350, РКЦ-400, РКП-350 (ГОСТ 10923-93) пред­назначен для верхнего слоя кровельного ковра, а марок РПП — 300, РПЭ-300 — для нижнего слоя кровельного ковра, на что указывает вторая буква в обозначении. Третья буква в обозначе­нии — вид посыпки: К — крупнозернистая; П — пылевидная; Ц — цветная. Число означает плотность картона, г/м2.

Пергамин — рулонный беспокровный материал, получаемый пропиткой кровельного картона легкоплавким нефтяным биту­мом с температурой размягчения не ниже 40 °С. Он служит под­кладочным материалом под рубероид. Используется пергамин для гидро — и пароизоляции.

Кровельный толь получают пропиткой и покрытием кровельно­го картона каменноугольными или сланцевыми дегтями с посып­кой обеих сторон кварцевым песком или минеральной крошкой. Толь без покровного слоя и посыпки применяют в качестве под­кладочного материала при устройстве многослойных кровель, для паро — и гидроизоляции и т. д.

Гудрокамовые рулонные материалы РГМ-420 и РГМ-350 изго­тавливают путем пропитки кровельного картона и последующего покрытия его с обеих сторон гудрокамом. Эти материалы уклады­вают в многослойные кровельные ковры как на холодных, так и на горячих битумных, дегтевых и гудрокамовых мастиках.

Гидроизол — беспокровный гидроизоляционный рулонный ма­териал, изготовленный пропиткой асбестовой бумаги нефтяными битумами. Асбестовая бумага не гниет и не набухает. Выпускается гидроизол гидроизоляционный марки ГИ-Г и кровельный марки ГИ-К (ГОСТ 7415-86).

Стеклорубероид получают нанесением битумного связующего с двух сторон на стекловолокнистый холст и применяют для верх­них и нижних слоев кровли или гидроизоляции. По ГОСТ 15879 — 70 выпускают стеклорубероид следующих марок: С-РК (с круп­нозернистой посыпкой), С-РЧ (с чешуйчатой посыпкой) и С-РМ (с мелкозернистой посыпкой).

Фольгоизол — двухслойный рулонный материал, состоящий из тонкой рифленой или гладкой фольги, покрытой с одной сторо­ны защитным составом из модифицированного резинобитумного связующего. Он может быть окрашен в различные цвета атмосфе­ростойким лаком или краской. Фольгоизол предназначен для гид­роизоляционного слоя кровельного ковра плоских и водоналив­ных крыш зданий, устройства пароизоляции, герметизации сты­ков и т. д.

Фольгоизол по ГОСТ 20429 — 84 подразделяется на кровельный ФК (для верхнего слоя ковра) и гидроизоляционный ФГ (для уст­ройства защитного покрытия тепловой изоляции трубопроводов).

Изол — безосновный биостойкий гидро — и пароизоляционный рулонный материал, получаемый из резинобитумного связующе­го, пластификатора, наполнителя (тонкомолотых талька, извест­няка и др.), антисептика и полимерных добавок. Армирующим наполнителем являются волокна асбеста. Резинобитумное связую­щее получают в процессе термической девулканизации утильной резины с избытком битума в течение 30 мин при температуре 180…200°С. После этого вводят наполнители. Полученную массу прокатывают на каландровых вальцах.

Достоинствами изола являются высокие растяжимость — не менее 60 %, сохраняющаяся при температуре до -15 °С и гнилос — тойкость. Изол по ГОСТ 10296 — 79 подразделяется на две марки: И-БД (изол без полимерных добавок) и И-ПД (изол с полимер­ными добавками).

Битумные и дегтевые эмульсии. Они представляют собой систе­мы, в которых битум (деготь) диспергирован в воде в виде частиц размером около 1 мкм. Получение битумной эмульсии основано на способности битумных материалов образовывать с водой кол­лоидные растворы в присутствии эмульгаторов. В качестве твердых эмульгаторов используют известь, жирные глины, цемент, ка­менный уголь, сажу. В качестве жидких эмульгаторов используют ПАВ (мыла нафтеновых и других органических кислот, лигносуль — фонаты и т. д.) в сочетании с едким натром, так как устойчивые эмульсии получаются в щелочной среде.

Молекулы водорастворимых эмульгаторов адсорбируются на поверхности диспергированных в воде частиц битума или дегтя, образуя разделительный слой, препятствующий их слипанию.

Эмульсии приготавливают в специальных машинах — дисперга­торах, гомогенизаторах, установках с использованием ультразву­ковых колебаний. Приготовление эмульсии включает в себя: разог­рев битума (дегтя) до температуры 50… 120°С, приготовление и подогрев эмульгатора до температуры 80…90°С, диспергирование связующего в растворе эмульгатора. Содержание битума (дегтя) в обычных эмульсиях составляет 50… 60 %, в пастах — 60… 70 %. Ко­личество водорастворимых эмульгаторов в эмульсии обычно не пре­вышает 3 %; твердых (в зависимости от вида эмульгатора) — 8… 20 %.

Битумные пасты. Они являются высококонцентрированными эмульсиями. Их получают также при использовании твердых эмуль­гаторов. Пасты можно разбавлять водой для получения нужной вязкости. Эмульсии и пасты применяют для грунтовки основания под гидроизоляцию, приклеивания рулонных и штучных битум­ных и дегтевых материалов, устройства гидро — и пароизоляцион­ного покрытий, а также в качестве связующего вещества при из­готовлении асфальтовых (дегтевых) растворов и бетонов. Мастику готовят, смешивая в мешалках периодического действия битум­ную пасту или эмульсию с наполнителем.

Битумные мастики. В отличие от эмульсий и паст битумные ма­стики содержат наполнители, которые бывают пылевидные, во­локнистые и комбинированные (составленные из двух первых). Пылевидные наполнители получают из отсевов дробления диаба­за, андезита, известняков, доломитов, помолом талька, кирпич­ного боя, различных шлаков. Используют также дисперсные по­роды (трепел, диатомит, мел, каолин) и вяжущие вещества (гипс, цемент, известь-пушонку). Кроме того, применяют сульфид и оксид цинка, диоксид титана, графит, газовую сажу, литопон (белый пигмент — смесь сернистого цинка и сернокислого бария). К во­локнистым наполнителям относятся коротковолокнистая шлако­вата, сечка стекловолокна, торфяная крошка, асбест и др. Напол­нители снижают расход связующего, повышают теплостойкость и твердость мастики. Волокнистые наполнители армируют матери­ал, увеличивая его сопротивление растяжению и изгибу.

Битумные (дегтевые) мастики бывают горячие и холодные.

Горячие мастики применяют нагретыми до 160…200°С. Горя­чие битумные мастики готовят варкой в специальных котлах при постоянном перемешивании. Когда температура битумного спла­ва достигает 160… 180 °С, в него постепенно порциями вводят про­сушенный и подогретый до 180…200 °С наполнитель (10… 30% от массы мастики). Варку продолжают до получения однородной мас­сы и оседания пены. Марки горячих битумных мастик по ГОСТ 2889 — 80: МБК-Г-55… МБК-Г-100[6]. Присутствие в мастике анти­септиков или гербицидов обозначают буквами А или Г (напри­мер: МБК-Г-65А или МБК-Г-85Г).

Дегтевые горячие мастики готовят на основе дегте­вого связующего, составленного путем сплавления каменноуголь­ного пека с антраценовым или каменноугольным маслом и тех же наполнителей. Марки горячих дегтевых мастик: МДК-Г-50…МДК — Г-80.

Гудрокамовая горячая мастика изготавливается из гудрокама, нефтяного битума и наполнителей и обозначается мар­кой МГ-Г-70. Она отличается от битумной повышенной эластич­ностью и адгезионной способностью.

Гудрокам — органическое связующее, получаемое при окис­лении гудрона или нефтебитума с антраценовым маслом в про­порции 1 : 1 при температуре 200… 250 °С. Гудрокам также получа­ют из нефтебитума, пека и антраценового масла в пропорции 3:1:1.

Холодные мастики могут быть приготовлены на разбавлен­ном связующем или на основе эмульгированных битумов (дег — тей).

Мастики на разбавленном связующем содержат органический растворитель, который разбавляет битум и делает его текучим.

При изготовлении мастики битум расплавляют и в варочный котел небольшими порциями при непрерывном перемешивании вводят смесь наполнителя (извести-пушонки, асбеста) с раство­рителем (соляровым маслом или керосином). Перемешивание про­должают до прекращения вспенивания и получения однородной массы.

Мастики, на основе эмульгированных битумов приготавливают, смешивая битумные эмульсии или пасты с ми­неральным наполнителем. В качестве разбавителя для таких мас­тик применяют воду. В отличие от разбавленных мастик эмульси­онные мастики не токсичны, не имеют запаха, стоят дешевле. Их можно наносить на влажную поверхность. Однако они медленно твердеют и не пригодны для сплошного приклеивания рулонных материалов, так как вода как низколетучий растворитель при ис­парении не находит выхода и образует вздутия и пузыри под ру­лонным ковром.

Битумно-полимерные мастики. Битумно-полимерные мастики (БПМ) изготавливают на битумах, модифицированных полимер­ными добавками, улучшающими свойства битума. Они, так же как и битумные, бывают горячими и холодными.

Из горячих БПМ наиболее распространена битумно-бутилкау — чуковая мастика (марок МББ-Г-70 и МББ-Г-80), которую при использовании разогревают до температуры 140… 160 °С. Она при­меняется по бетону для мастичных кровель при уклонах до 10 %.

Перспективны горячие мастики на основе нефтебитума и низ­комолекулярных атактических полиэтилена или полипропиле­на.

Холодные БПМ на органических растворителях («Славянка», «Гиссар-1», «Гиссар-2» и др.) являются высыхающими с содер­жанием сухого остатка (ССО) от 40 до 60 %. В качестве полимер­ного компонента используются инден-кумароновая смола, бутил­каучук, полиизобутилен и др. В состав мастик могут входить рези­новая крошка, асбест, канифоль, пластифицирующие и другие добавки. Эти мастики можно наносить при отрицательной темпе­ратуре.

Битумно-латексные мастики получают на основе ла­тексов — коллоидных растворов (эмульсий, дисперсий) различ­ных каучуков в воде.

Битумно-латексные мастики представляют собой смесь битум­ной эмульсии и латекса, выпускаемого заводами синтетического каучука. Наполнители не вводятся. Эмульгатор для приготовле­ния битумной эмульсии должен обеспечить ее совместимость с латексом. В качестве латексов применяют бутадиенстирольный, дивинил стирольный, хлоропреновый, карбоксил атный, этилен — пропилендиеновый, этиленпропиленовый, нитрильный, акри — латные и др.

По сравнению с органическими растворителями латексы по­зволяют получать экологически менее вредные водоразбавляемые материалы.

Битумно-латексные эмульсии бывают анионные и катионные.

Анионная эмульсия очень устойчива, поэтому перед нанесе­нием в нее вводят коагулятор (например, 5%-й раствор СаС12), чтобы обеспечить ее распад и пленкообразование в покрытии. В ани­онной эмульсии применяют дивинилстирольный (мастаки БЭЛ С), нитрильный (БЭЛН), хлоропреновый (БЭЛКК) и другие ла­тексы.

Катионная эмульсия начинает коагулировать сразу после со­единения битумной эмульсии с латексом, поэтому готовят ее не­посредственно перед нанесением состава. Коагулятор здесь не тре­буется.

Битумно-латексные мастики характеризуются высоким значе­нием относительного удлинения (400…600%) и гибкостью (от -10 до -40 °С).

Битумно-полимерные отверждающиеся масти­ки являются, как правило, двухкомпонентными. Они могут со­держать растворители, снижающие ССО. Так, мастика «Вента» (марка МББ-Х-120) на основе нефтяного битума и бутилкаучу — ка, содержащая 75 % растворителя (ксилола, толуола), имеет ССО = 30 %. Эта мастика отверждается при добавке 0,5 % отверди — теля (парахинондиоксина).