Полимерные теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционные материалы на основе полимеров (синтетических смол) широко применяют в строительстве и других отраслях. Они используются для изоляции холодильников и транспортных средств - самолетов, морских речных судов. Используемый сырьевой материал для производства теплоизоляционных материалов на основе пластических масс: продукты нефтеперерабатывающей промышленности, каменный уголь, торф, сланцы, отходы деревообрабатывающей и текстильной промышленности, а также наиболее перспективное сырье для химической промышленности - природные и попутные газы, сопутствующие добыче нефти.

Теплоизоляционные пластмассы называют также газонаполненными или вспененными пластмассами, пенопластами или поропластами. По физической структуре теплоизоляционные пластмассы подразделяются на три группы:

1) ячеистые или пенистые пластмассы (пенопласты);

2) пористые пластмассы (поропласты);

3) сотовые пластмассы (сотопласты).

Полимерные строительные материалы и изделия получают из пластических масс. Пластическими массами (пластмассами) называют материалы, основным связующим компонентов которых является полимер - синтетическое высокомолекулярное вещество. Основным и важным свойством пластмасс является пластичность при относи­тельно невысокой температуре.

Широкое распростране­ние пластмассовых изделий в строительстве связано с их эффектив­ными свойствами: высокими прочностными показателями при низкой плотности, низкой теплопроводностью и электропроводностью, стой­костью в агрессивных средах, красивым внешним видом (рис.20).

Главными компонентами пластмасс являются: связующее – полимер; наполнители в виде органических или минеральных порошков, волокон, нитей, тканей, листов; пластификаторы; отвердители, стабилизаторы и красители.

Рис. 20. Образцы полимерных материалов

Основные компоненты пластмасс

Полимеры

Высокомолекулярные соединения - полимеры состоят из крупных органичес­ких молекул с высокой молекулярной массой. Переход из низкомоле­кулярного состояния в высокомолекулярное происходит в результате полимеризации или поликонденсации низкомолекулярных веществ. Низкомолекулярное соединение, образующее полимер при реакциях полимеризации, поликонденсации и др., называется мономером. Вещества, находящиеся в промежуточном состоянии между низко и высокомолекулярными соединениями, называются олигомерами.

К природным высокомолекулярным соединениям относятся цел­люлоза, шелк, природный каучук, янтарь и др. Два века назад на ос­нове природного каучука и серы получена резина. При переработке нитроцеллюлозы с камфарой получен целлулоид (первая пластмасса), из казеина - галалитовая пластмасса.

В начале прошлого века из мономеров методом синтеза получены высокомолекулярные полимеры. В 20-30-х годах прошлого века раз­работаны и начали производиться мочевино-формальдегидные, поли­эфирные, полистирольные, поливинилацетатные (ПВА), поливинилхлоридные (ПВХ), полиметилметакрилатные, синтетические каучуки и другие высокомолекулярные полимеры.

Полимерные молекулы пластмасс в основном состоят из углеро­да и водорода, в некоторых случаях включают атомы кислорода, серы, азота, фосфора, кремния, титана, алюминия и др. По составляющим веществам полимеры делятся на группы:

карбоцепные - молекулярные цепочки состоят из атомов углеро­да и водорода (полиэтилен, полистирол, полиизобутилен и др.);

гетероцепные - молекулы полимера, кроме атомов углерода и водорода, включают другие атомы серы, кислорода, азота, фосфора (полиэфиры, эпоксиды, полиуретаны, полиамиды);

кремнийорганические - основная молекулярная цепочка содер­жит кремнийкислородные (силоксановые) связи, а боковые группы - углеродные связи с водородом и другими элементами.

Полимеры, используемые в строительстве, по структуре молекул делятся на линейные, направленные и каркасные. С упрочнением меж­молекулярных связей плотность и прочность полимеров повышаются. По технологии получения синтетические полимеры делятся на полимеризационные и поликонденсационные.

В процессе полимеризации молекулы низкомолекулярных соедине­ний мономеров (стирола, этилена, изобутилена, метилметакрилата и др.) разъединяются и появляются свободные связи, которые способству­ют соединению мономеров в крупные молекулы. В процессе реакции молекулы мономера не разъединяются, поэтому элементные составы мономеров и полимеров одинаковые.

Поликонденсационные полимеры (фенолоальдегидные, эпоксидные, мочевино-формальдегидные, полиэфирные и др.) образуются при хи­мическом соединении функциональных групп веществ. В процессе соединения молекулы распадаются, и из них выделяются свободная вода, хлорводородные соединения, аммиак и др. Поэтому низкомоле­кулярные вещества и высокомолекулярные полимеры имеют различ­ные элементные составы.

По внутреннему строению линейные полимеры имеют крупные цепочки молекул, располагающихся в одной плоскости. Полимеры про­странственного строения имеют каркасную (сетчатую) трехмерную структуру.

Линейные термопластичные полимеры под влиянием температу­ры плавятся, а при охлаждении вновь затвердевают и без изменения молекулярного строения возвращаются в первоначальное состояние, т. е. их физико-механические свойства и состав практически не меня­ются. С дальнейшим повышением температуры они сгорают. Про­странственные термореактивные полимеры под действием высокой температуры в краткое время практически не плавятся, а дымят и сгорают. Пространственные каркасные полимеры имеют прочные внутримолекулярные (ковалентные) связи, которые разрушаются только при высокой температуре. При этом происходит деструкция - необрати­мый процесс разрушения материала.