Строительные материалы и их поведение в условиях высоких температур
8.1.1.1 Полимеры
|
Полимеры – вещества, которые состоят из мономеров, регулярно соединенных в цепь, разветвленную структуру или пространственную решетку. Мономеры – молекулы, из которых состоят полимеры.Среди признаков, по которым классифицируют полимеры, наиболее часто встречается различие по происхождению, способу получения и поведению при нагревании. По происхождению различают полимеры естественные (крахмал, целлюлоза, белки), которые уже существуют в полимеризованном состоянии, и синтетические – получаемые искусственно из мономеров при реализации химико-технологических процессов.Получение синтетических полимеров возможно двумя способами: по реакциям полимеризации и поликонденсации. Полимеризация – процесс образования полимера последовательным присоединением мономеров с ненасыщенными связями в результате их активации катализатором или инициатором. Поликонденсация – процесс последовательного взаимодействия полифункциональных (имеющих две или больше функциональных групп) низкомолекулярных веществ, при котором, кроме полимера, образуются низкомолекулярные побочные продукты (H 2O, CO2 и др.).По поведению при нагревании проявляются два вида полимеров: термопластичные и термореактивные .Термопластичные полимеры способны многократно размягчаться при нагревании и твердеть при охлаждении. Обычно, они хорошо растворяются в органических растворителях. Наиболее часто к этой группе относятся полимеры, полученные при реакции полимеризации. Эти свойства обусловлены линейным малоразветвленным строением молекул полимера. Примерами термопластичных полимеров являются полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиизобутилен, полиметилметакрилат, полистирол и т.д.Полиэтилен , [-CH2-CH2-]n – получают из газа этилена, образующегося при высокотемпературной перегонке нефти. Полиэтилен представляет собой стекловидное прозрачное или малопрозрачное вещество плотностью 0.94-0.97 г/см3; размягчается при 80-90 оС, плавится при 100...120 оС, сохраняет эластичность при -70...+80 оС; стоек к действию кислот, щелочей, растворителей. Из него вырабатывают пленки, трубы для холодного водоснабжения и агрессивных жидкостей, сантехнические изделия, трубки для электропроводки. Температура возгорания полиэтилена tвозг = 325…345 оС, а температура самовозгорания tс/в = 345…390 оС, но уже при 150…250 оС из него начинают выделяться угарный (СО) и углекислый (СО2) газы, эфиры, формальдегид, ацетальдегид, кислоты. Основные пожароопасные свойства полиэтилена и других полимеров см. в табл. 8.1.Таблица 8.1 – Пожароопасные характеристики полимеров
Полипропилен , [-CH2-CHCH3-]n – похож на полиэтилен, но более прочный; температура размягчения 160-170 оС. Из него вырабатывают: отделочные плитки, пленки, трубы, детали химической аппаратуры. С точки зрения пожарной опасности свойства полипропилена почти такие же, как и у полиэтилена.Поливинилхлорид (ПВХ), [-CH2-CHCl-]n – прозрачный, жесткий материал, имеющий прочность R = 50 МПа. Температура его размягчения tмяг = 60...100 оС, а плавления – tплав=180...200 оС. Он применяется для изготовления материалов для облицовки, кровли и электроизоляции, труб, линолеума, искусственной кожи, пенопластов. Температура возгорания ПВХ tвозг= 270…290 оС, а самовозгорания tс/в = 550…580 оС (см. табл. 8.1). В диапазоне температур 230…600 оС из него испаряются хлористый водород (HCl), угарный (СО) и углекислый (СО2) газы и даже свободный хлор.Полиизобутилен , [CH2-C(CH3)2-]n – напоминает каучук; морозостойкий, имеет хорошую адгезию к силикатным материалам. Полиизобутилен применяется для изготовления пленок, герметизирующих прокладок, мастик для герметизации стыков крупнопанельных домов.Полистирол , [-CH2-CHB-]n (где В – бензольное кольцо) – прозрачный, прочный, хрупкий, легко окрашивается и перерабатывается в изделия. Применяется для изготовления теплоизоляционных пенопластов, облицовочных плиток, гидроизоляционных пленок. Полистирол особенно опасен в пожарном отношении, так как он при горении плавится и растрескивается с большим выделением дыма и токсичных продуктов. Для него температура самовозгорания tс/в = 750 оС, а при температурах 260...400 оС из полистирола выделяются угарный газ (СО), цианистый водород (HCN), стирол.Поливинилацетат, [-CH2-CHCOOCH3-]n – полимер с хорошими клеющими свойствами. Он используется для получения клеев, водоэмульсионных красок, шпаклевок и мастик, а также как добавка к бетонам и растворам. Температура самовозгорания этого вещества tс/в = 800 оС. Полиметилметакрилат ("органическое стекло", "акрил" или "Plexiglas") – пропускает видимое и ультрафиолетовое излучения. Прочность на сжатие у этого материала 103-110 МПа, светопроводность 92 %, теплопроводность 0.19 Вт× м-1× град-1. Поставляется в виде листов и блоков. Применяется для изготовления прозрачных изгородей, труб. Температура возгорания этого материала tвозг = 180…200 оС, а самовозгорания tс/в = 425…430 оС. Он имеет большую теплоту сгорания и дымообразующую способность, а также взрывоопасен в пылевидном состоянии. При сжигании полимера, кроме угарного газа, другие токсичные или ядовитые вещества не выделяются. Совместная полимеризация нескольких мономеров позволяет получать сополимеры – вещества, которые объединяют свойства входящих в них мономеров. Например, ударопрочный полистирол получают при сополимеризации стирола и синтетических каучуков. Термореактивные полимеры – необратимо твердеют при охлаждении в результате образования пространственных разветвленных структур, соединенных короткими поперечными связями. Они не растворяются в органических растворителях и не размягчаются при повторном нагревании. Как правило, такие свойства имеют вещества, полученные при реакции поликонденсации (например: фенолформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные полимеры).Фенолформальдегидные полимеры – продукты, полученные из фенола и формальдегида в виде вяжущей жидкости или легкоплавкой смолы, способные необоратимо твердеть при нагревании. Материалы на основе фенолформальдегидных олигомеров (ФФО) применяют для изготовления слоистых пластиков (текстолит), минераловатных и электротехнических изделий, пенопластов, водостойких лаков и клеев для деревянных конструкций. Температура возгорания фенолформальдегидов tвозг = 450…460 оС, а самовозгорания – tс/в = 510…545 оС (табл. 8.1). При нагревании до 250 оС и выше они начинают разлагаться на фенол и формальдегид. Карбамидные полимеры – получают из мочевины (карбамида) и формальдегида. Они применяются для изготовления ДСП, клеенных деревянных конструкций, слоистых пластиков, лаков, клеев и особо легкой газонаполненной пластмассы (мипоры). Температура их самовозгорания tс/в = 530…550 оС (табл. 8.1). При температурах 200...250 оС из карбамидных полимеров испаряются угарный газ (СО), цианистый водород (HCN), аммиак (NH3), альдегиды.Эпоксидные полимеры – высокопрочные, химически стойкие вещества, с хорошей адгезией. Применяются для изготовления, склеивания и ремонта железобетонных конструкций, получения полимербетонов и др. Опасные испарения толуола из эпоксидных полимеров возникают, начиная со 100 оС.Полиэфиры – вещества на основе ненасыщенных олигоэфиров – олигоэфиракрилатов (ОЭА) и олигоэфирмалеинатов (ОЭМ). Из них вырабатывают продукцию очень большого спектра по механическим свойствам, теплостойкости, пожарно-техническим характеристикам. В строительстве полиэфиры используют для армирования стеклопластиков и изготовления строительных блоков, перекрытий, облицовочных плит, монолитных покрытий полов. Из свойств полиэфиров типичными являются температура возгорания tвозг = 350…440 оС, самовозгорания – tс/в=410…440 оС, кислородный индекс КИ=17...19, дымообразующая способность при горении Dm = 850…930, теплота сгорания Q = 7190…9200 кДж× моль-1. Состав и количество опасных испарений при нагревании полиэфиров очень сильно зависит от способа их производства, состава примененных полимеров, наполнителей, антипиренов. Кремнийорганические полимеры – вещества, которые содержат в основных и/или побочных цепях кремний (Si). Они имеют повышенную термостойкость (до 500 oС) и химическую стойкость, хорошую сочетаемость с силикатными материалами. Применяются в качестве гидрофобизующих добавок к бетонам и растворам, для получения атмосферостойких фасадных красок.Полиуретаны – вещества, которые содержат в основной цепи уретановые группы (-NH-CO-O-) n. Их свойства зависят от присутствия в цепи разных типов связи и функциональных групп. Полиуретаны в строительстве применяют для изготовления сандвич-панелей, теплоизолирующих пенопластов, поролона, герметизации стыков стен и оконных блоков. Температура возгорания полиуретанов tвозг = 350…440 оС, а самовозгорания tс/в = 480…540 оС (табл. 8.1). При нагревании выше 170 оС они начинают разлагаться на угарный газ, цианистый водород, метан, этан, бутан и др. с концентрацией испарений опасной для жизни человека. Горение полиуретанов сопровождается выделением дыма. Их дымообразующая способность при тлении составляет Dm = 700…1000, а при горении – Dm = 300…500. В диапазоне температур 200…300 оС они разлагаются с выделением желтого дыма со специфическим запахом. При повышении температуры и, в особенности, выше 800 оС выделяются азотсодержащие вещества: цианистый водород, ацетонитрил, пиридин, нитробензол и т.п. |
© 2005 Академия гражданской защиты Украины