Кремнийорганические полимеры
Хотя кремнийорганические полимеры еще недостаточно применяют в строительной технике, но в силу некоторых их высоких технических свойств они могут в ближайшие годы найти использование для повышения теплостойкости строительных материалов, придания им гидрофобных свойств, а также для защиты конструкций от атмосферных факторов.
Все полимеры подразделены на следующие два класса: органические полимеры, для основной цепи микромолекул которых характерны углерод-углеродные связи -С-С-С-С-С-, углерод-кислородные -С-О-С-О-С- и углерод-азотные -С-N-С-N-С-; минеральные полимеры, не содержащие углерода, в первую очередь силикатные, для основной цепи макромолекул которых характерна кремнийкислородная (силоксановая) связь -Si-О-Si- О-.
Органические полимеры неустойчивы при температуре выше 250-300°, так как при повышенных температурах происходит деструкция этих полимеров, в то время как минеральные полимеры не разрушаются при температуре 400-500°.
Теплостойкость полимера, как известно, зависит главным образом от величин энергии связи атомов. Высокая теплостойкость силикатных полимеров объясняется более высокой энергией связи кремния с кислородом в силоксановых группах -Si-О-Si-О-Si-О- (89,3 ккал/моль) по сравнению с энергией связи между атомами углерода (58,6 ккал/моль) или между атомами углерода и кислорода.
Наличие только силоксановых групп в силикатных полимерах обусловливает их твердость и жесткость, в то время как углеродные группы, характерные для органических полимеров, способны образовывать во многих случаях гибкие, пластичные и высокоэластичные вещества.|
В техническом отношении крайне ценными следует считать такие материалы, которые наряду с комплексом физико-механических свойств, характерных для органических полимерных веществ (эластичность и др.), обладают высокой тепловой и химической стойкостью, присущей силоксановым полимерам. Материал считается хорошим, когда в структуре его содержатся элементы, типичные для органических и минеральных полимеров.
В одной из таких структур основная цепь содержит силоксановые связи, а боковые группы — углеродистые связи алкидных или арильных радикалов.
Такие кремнийорганические полимеры, полученные в последнее время, являются новым классом полимеров, сочетающих основные структуры органических и силикатных полимеров и их свойства.
Ведущая роль в развитии химии и технологии кремнийорганических соединений и, в частности, полимеров принадлежит советским ученым. Основные закономерности получения высокомолекулярных соединений впервые были установлены акад. К. А. Андриановым в 1935-1937 гг. Им же были разработаны технические методы производства кремнийорганических полимеров.
Структура кремнийорганических полимеров основана на силоксановых связях в главной цепи и органических радикалах в боковых цепях. Эта структура может быть линейной, или циклической, или разветвленной пространственной.
Исходными веществами для получения кремнийорганических полимеров служат соединения общей формулы RnSiX4—n, где Х = Сl или OR.|
Эти вещества подразделены на две группы:
1) алкид- или арилхлорсиланы (RSiCl3; R2SiCl2; R3SiCl);
2) алкил- или арилзамещенные ортокремниевой кислоты RSi(OR)3; R2Si(OR)2; R2Si(OR).
Органохлорсиланы получают в промышленных условиях из четыреххлористого кремния (SiCl4) и алкил- или арилхлоридов. Четыреххлористый кремний получают прямым хлорированием ферросилиция.
Кремнийорганические полимеры — вещества различного агрегатного состояния. Они могут быть жидкими, твердыми и хрупкими, а также высокоэластичными, каучукоподобными.
Характерное отличие кремнийорганических полимеров — их более высокая теплостойкость по сравнению с органическими полимерами.
Неполярные боковые группы и симметричность макромолекул кремнийорганического полимера определяют его большую гидрофобность и высокие диэлектрические свойства. Гидрофобность кремнийорганических полимеров — одно из важнейших преимуществ, благодаря которым эти полимеры можно применять в строительстве.
В отличие от линейных высокополимеров пространственные полимеры представляют собой твердые, хрупкие вещества, причем они тем тверже, чем выше концентрация пространственных связей.|
При высоких степенях поликонденсации (соответствующих молекулярному весу 100 000 и более) благодаря переплетению молекул с длинными цепями и созданию «войлочной» структуры линейный полимер становится высокоэластичным твердым телом с низкой температурой стеклования (-60°).
Благодаря наличию гидрофобных свойств кремнийорганические полимеры наносят тонким слоем на мрамор и штукатурку для предохранения наружной окраски и лепных украшений зданий от разрушения влагой. Образующаяся гидрофобная пленка сохраняется долгие годы.
На основе кремнийорганических полимеров создано много видов лаков и эмалей, применяемых в качестве жаростойких и атмосферостойких покрытий, которые защищают от коррозии черные и цветные металлы. Такие лаки и эмали незаменимы при окраске различных электрических нагревателей, печей, металлических дымовых труб в котельных установках, частей двигателей внутреннего сгорания и т. п.
Эмаль с добавкой металлического красителя (алюминиевая пудра) или неорганического (соли металлов) работает при нагреве до температуры 500°.
В последние годы советская промышленность выпускает кремнийорганические пластмассы с минеральными наполнителями — асбестом, кварцевой мукой и стекловолокном. Кремнийорганические стеклотекстолиты обладают большой механической прочностью, высокими электроизоляционными свойствами и устойчивы при температуре до 350°.|
На основе кремнийорганических полимеров получены пенопласты, выдерживающие температуру до 400°. Высокая теплостойкость этих материалов, в отличие от обычных пластмасс, объясняется тем, что при деструкции кремнийорганического полимера под действием высокой температуры образуется двуокись кремния SiО2, которая изолирует материал от огня.
Гидрофобизация изделий кремнийорганическими полимерами хорошо зарекомендовала себя в строительстве. Например, введение 0,02%-ной водной эмульсии кремнийорганической жидкости в песчановолокнистый шифер вдвое снижает его водопоглощаемость и увеличивает морозостойкость.
Специальные полиорганосилоксаны наносят на поверхность готовых строительных конструкций в виде 50-процентного раствора, который проникает на глубину 3-6 мм и после высыхания образует прочную гидрофобную поверхность, сохраняющуюся в течение 5-10 лет.
Таким способом можно обрабатывать кирпичные трубы, различные художественные изделия из камня, архитектурные детали и т. д., повышая их атмосферостойкость. Подобная обработка защищает швы, заполненные раствором, препятствует растрескиванию, вызываемому неоднократным увлажнением и замораживанием.
Из сказанного следует, что область возможного применения кремнийорганических полимеров в строительной технике весьма широка.
5285 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
