Основное сырье для полимерных отделочных материалов и облицовочных изделий

Полимерами (от греч. polymeres — многообразный, состоящий из многих частей) называют высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа одинаковых группировок, соединенных химическими связями.

Такие соединения являются главной составляющей полимерного материала — связующим, выполняющим роль полимерной матрицы. При формовании изделия полимеры находятся в вязкотекучем или эластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом.

Чаще всего в строительстве используют синтетические, искусственные полимеры. Иначе их называют смолами. Название полимерного материала или изделия отражает название полимера.

Полимеры получают (синтезируют) двумя основными способами: полимеризацией и поликонденсацией.

Полимеризация — процесс получения высокомолекулярных веществ, при котором молекула полимера образуется путем последовательного присоединения молекул одного или нескольких низкомолекулярных веществ (мономеров) к растущему активному центру.

Химический состав полимера, полученного путем полимеризации, соответствует химическому составу исходного мономера. Единственным продуктом реакции в большинстве случаев является полимер.

Поликонденсация — процесс образования полимеров, происходящий при нагревании или под действием катализаторов и сопровождающийся обязательным выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и т. д.). Химический состав получаемых смол отличается от химического состава исходных продуктов, так как при реакции выделяются побочные продукты.

По характеру процессов, сопутствующих формованию изделий, полимерные материалы делят на:

— термопластичные (термопласты) — затвердевающие обратимо, сохраняющие способность при нагревании вновь переходить в вязкотекучее состояние. Термопласты легко формуются и надежно свариваются в изделия сложной формы. Большая часть термопластов растворима в органических растворителях, отличается снижением механических свойств при повышении температуры. Это обусловлено линейным строением молекул полимера: слабой связью молекул друг с другом, ее ослабеванием при нагревании и неспособностью к образованию сшитых макромолекул. Наиболее часто используемые термопласты — полиэтилен, полистирол, поливи-нилхлорид и др. Теплостойкость термопластов (ненаполненных) лежит в пределах 60-100°С, коэффициент термического расширения ~ 10~⁴ «С»¹. Их свойства резко изменяются при незначительном изменении температуры, деформационная устойчивость под нагрузкой низкая. Они отличаются хорошей растяжимостью, гибкостью. Термопластичными чаще всего являются полимеры, полученные реакцией полимеризации;

— термореактивные (реактопласты) — отвердевающие при нагревании необратимо. Первоначальные свойства и способность плавиться не восстанавливаются. Их отверждение — результат химических реакций образования трехмерных полимеров (вследствие сшивания линейных молекул в пространственные структуры, происходящего с помощью сшивающих агентов или за счет активных групп самих полимеров). Реактопласты после отвердевания не растворяются в растворителях, но могут набухать в некоторых из них. При повышении температуры до некоторого предела они незначительно изменяют свои свойства, а затем происходит их термодеструкция — разложение. Их теплостойкость — до 250-300°С. Прочность и твердость отвержден-ных реактопластов выше, чем у термопластов. Они отличаются также водостойкостью. Реактопластами являются поликонденсационные смолы: фенолоформальдегидные, эпоксидные и др.

Вспомогательные материалы

В состав полимерного материала также могут входить наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, отвердители, структуро- и порообразователи, смазки, антистатики, антипирены, антимикробные компоненты и другие добавки, придающие специфические свойства композиции в целом.

Наполнители — органические и неорганические вещества, вводимые в термо- и реактопласты для направленного изменения их технологических и эксплуатационных свойств, а также с целью снижения стоимости изделий на их основе. От химической природы и химической активности поверхности, строения и формы наполнителя зависят механические, электрические и химические свойства, водо- и теплостойкость полимеров. Это необходимо учитывать при выборе способа переработки пластмасс и назначении параметров технологического процесса изготовления изделий.

В производстве полимерных отделочных материалов могут использоваться порошкообразные (дисперсные), волокнистые и листовые наполнители. Наиболее применимы порошкообразные наполнители. По форме они могут быть: кубическими (полевой шпат, кальциты), сферическими (искусственные микросферы, стеклосферы), игольчатыми (древесная мука, силикат кальция), чешуйчатыми (тальк, графит, каолин, гидроокись алюминия), в виде параллелепипеда (полевой шпат, оксиды кремния, бария). Волокнистые наполнители — хлопковые очесы, короткие целлюлозные, асбестовые, стеклянные и другие волокна. Примеры листовых наполнителей — бумага, различные ткани (стеклохлопчатобумажные, органоткани и др.).

В зависимости от характера взаимодействия с полимером наполнители подразделяют на инертные (не изменяющие свойств полимера) и активные (упрочняющие). К упрочняющим относят армирующие волокнистые наполнители.

Общие требования к наполнителям: хорошее совмещение с полимером или хорошее диспергирование в нем с образованием однородных композиций, хорошая смачиваемость расплавом или раствором полимера, стабильность свойств при хранении, переработке, эксплуатации. Наполнители для реактопластов могут быть более грубодисперсными и менее однородными по размеру частиц, чем наполнители для термопластов. Они не должны оказывать каталитического действия на отверждение полимера. Предпочтительно наличие в их составе функциональных групп, способных участвовать в образовании химических связей. Частицы наполнителя для термопластов должны иметь шероховатую поверхность, что обеспечивает прочное механическое сцепление наполнителя с полимером. Пористость наполнителей для пластифицированных термопластов должна быть минимальной (для исключения возможности поглощения пластификатора).

В зависимости от количества введенного наполнителя различают полимерные материалы:

1. ненаполненные — в состав которых, кроме полимера, входят красители, пластификаторы, стабилизаторы и др. Ненаполненными чаще всего являются пленки;
2. наполненные — содержащие наполнитель (например — рулонные и плиточные материалы для полов и др.);
3. высоконаполненные — с содержанием наполнителя в количестве более 70 % массы полимера.

Пластификаторы — органические соединения, вводимые в полимеры для придания или повышения пластичности в условиях переработки и эксплуатации Они облегчают диспергирование в полимерах сыпучих ингредиентов, снижают температуру переработки, а в отдельных случаях придают полимерным материалам термо- и светостойкость, негорючесть.

Требования к пластификаторам, способность совмещаться с полимерами (образовывать с ними устойчивые композиции при введении достаточно больших количеств); малая летучесть, бесцветность, отсутствие запаха; способность проявлять пластифицирующее действие не только при нормальной, но и при пониженной температуре; химическая стойкость не ниже стойкости пластифицируемого полимера; отсутствие экстрагирования из полимера маслами, растворителями, моющими средствами и т.д.

Важнейшими пластификаторами являются дибутилфталаты, ади-пинаты, фосфаты, полиэфиры, эпоксидированные соединения, хлорированные соединения и др. Количество пластификатора — до 30-50 % массы полимера.

Стабилизаторы — вещества, повышающие устойчивость полимеров к действию кислорода, особенно при повышенных температурах в условиях производства, переработки, хранения и эксплуатации полимерных материалов и изделий. К ним относятся антиоксиданты, термо- и светостабилизаторы, противоутомители. Примеры стабилизаторов: соли кальция и свинца (силикаты), цинка (стеараты), газовая канальная сажа, эфиры салициловой кислоты и т.д. При отсутствии стабилизатора полимеры очень быстро стареют, отмечается ухудшение их механических свойств.

Сшивающие агенты — вещества, создающие в полимерной матрице химические связи между макромолекулами, повышающие прочность, свето-, тепло- и химическую стойкость и т.д. Их подразделяют на отвердители для пластмасс и вулканизирующие агенты для каучуков. Отвердители — алифатические и ароматические амины, низкомолекулярные полиамиды, ангидриды кислот, полиизоцианаты, гексаметилентетраамин, алкоксисиланы, активные растворители — фурфурол, фуриловый спирт, стирол и др. Вулканизирующие агенты — сера, органические ди- и полисульфиды, органические перекиси, диамины, производные хинина, алкилфенолоформальдегидные смолы и др.

Структурообразователи — вещества, вводимые в полимерные материалы для получения полимерной матрицы определенной структуры. К ним относят тонко дисперсные порошки оксидов, нитридов металлов, карбиды, соли органических кислот, поверхностно-активные вещества. Они исполняют роль центров кристаллизации или понижают поверхностное натяжение на границе фаз.

Смазки — парафины, воска, стеараты. Они предохраняют от прилипания полимера к поверхностям формующего оборудования, способствуют диспергированию ингредиентов в материале.

Антистатики предотвращают возникновение и накопление статического электричества на изделиях из полимерных материалов. К ним относятся электропроводящие наполнители (порошки металлов, графит, сажа), полимеры с хорошими антистатическими свойствами, поверхностно-активные вещества (аламин, алкамон, триа-мон, бутилстеарат, триэтаноламин, алкилфосфаты, алкилсульфаты металлов). Их содержание — до 1 % массы полимера.

Антипирены — огнезащитные добавки. Их используют для придания полимерам повышения огнестойкости. Антипирены могут быть инертными (не вступающими в химическую реакцию с полимером) и химически активными. Количество вводимого антипирена зависит от типа материала. К антипиренам относятся галогеносодержащие соединения, производные фосфора, соединения сурьмы, изоцианаты.

Антисептики представлены кремнефтористым натрием, сорби-новой кислотой, тетрациклином, низином, ионами металлов и др. Они вводятся в долях процента. Их назначение — создание в материале условий, затрудняющих появление и распространение микроорганизмов.

Порообразователи — вспенивающие вещества, используемые для образования в полимерном материале пор. К ним относятся органические и неорганические жидкие и твердые вещества, разлагающиеся при нагревании с выделением С0₂, NH₂, N₂; воздух и газы: азот, водород, углерод, аммиак, вводимые в композицию под давлением; легкокипящие жидкости (метиленхлорид, пентан, гептан и т.д.) и водорастворимые соли, вымываемые из изделия (КС1, NaCl и др.).

Красители придают полимерным материалам завершенный товарный вид — цвет. Это — органические и неорганические пигменты, обладающие высокой степенью дисперсности, свето-, термо- и атмосферостокостью, стойкостью к воздействию агрессивных сред, не склонные к миграции на поверхность изделия.

Кроме вышеперечисленных, к вспомогательным материалам можно отнести всевозможные основы и декоративные пленки.