Materiały pomocnicze do nauki przedmiotu „Materiały budowlane” na kierunku „Budownictwo” na Wydziale Inżynierii WAT. Na prawach rękopisu. Prawa autorskie zastrzeżone. Wyrażam zgodę na kserowanie wyłącznie na potrzeby studentów Wydziału Inżynierii WAT. mgr inż. Tadeusz Błażejewicz |
TWORZYWA SZTUCZNE W BUDOWNICTWIE
TERMINOLOGIA.
Tworzywem sztucznym nazywa się materiał zawierający jako spoiwo polimer (substancję organiczną wielkocząsteczkową)oraz ewentualnie wypełniacze (mączki, włókna, tkaniny różnych rodzajów), plastyfikatory, stabilizatory termiczne i świetlne oraz antyutleniacze, barwniki i inne dodatki (antystatyczne, samogasnące, spieniające, biocydy itp.). Polimerami nazywa się związki wielkocząsteczkowe o ciężarze cząsteczkowym powyżej 10000 (do kilku milionów), o budowie liniowej, pierścieniowej lub przestrzennie usieciowanej, o łańcuchach złożonych z atomów węgla (lub rzadziej krzemu). Polimery o budowie liniowej (nie usieciowane przestrzennie, powstałe z monomerów dwufunkcyjnych) są termoplastyczne (można je kształtować na gorąco) i rozpuszczalne w rozpuszczalnikach o składzie zbliżonym do polimeru („podobne rozpuszcza podobne”), gdyż łańcuchy polimeru na gorąco lub w rozpuszczalniku mogą się przesuwać względem siebie. Polimery o budowie usieciowanej przestrzennie (z monomerów więcej niż dwufunkcyjnych) są nietopliwe i nierozpuszczalne (przy słabym usieciowaniu mogą mięknąć na gorąco i pęcznieć w rozpuszczalnikach). Polimery termoplastyczne można wielokrotnie przerabiać na gorąco (możliwa regeneracja odpadów).
Istnieją 3 główne typy reakcji syntezy polimerów: polimeryzacja, polikondensacja i poliaddycja. Te reakcje mogą też być prowadzone na placu budowy przy utwardzaniu żywic chemoutwardzalnych, dlatego należy znać podstawowe zasady prowadzenia w/w reakcji. Polimery otrzymane w procesie polimeryzacji mają nazwy wywodzące się od nazwy monomeru i przedrostek „-poli”, np.: polietylen, polipropylen, polistyren, polichlorek winylu, polioctan winylu, poliamid, poliakrylany. Polimery uzyskane w reakcji polikondensacji lub poliaddycji z monomerów więcej niż dwufunkcyjnych (tworzących lub zdolnych do utworzenia więcej niż dwóch wiązań) noszą nazwę „żywice”: żywice epoksydowe, żywice poliestrowe, żywice silikonowe, żywice fenolowo-formaldehydowe, żywice mocznikowo-formaldehydowe, żywice melaminowo-formaldehydowe, żywice poliuretanowe.
Polimeryzacja jest to proces łączenia się wielu cząsteczek takich samych lub różnych monomerów (zawierających podwójne wiązania), któremu nie towarzyszy wydzielanie się żadnych substancji ubocznych (procentowy skład pierwiastkowy polimeru jest taki sam, jak monomeru). Polimeryzacja zachodzi podczas utwardzania żywic poliestrowych. Inicjatorem reakcji może być ciepło lub dodatek inicjatora, tj. substancji, która rozpada się na wolne rodniki (cząsteczki z niesparowanym elektronem) inicjujące reakcję (nadtlenki lub wodoronadtlenki). Ilość dodanego inicjatora może być różna - przy większych ilościach reakcja biegnie szybciej, szybko wydziela się duża ilość ciepła polimeryzacji, skurcz żywicy jest duży, a ciężar cząsteczkowy powstałego polimeru jest mniejszy. Im wyższy ciężar cząsteczkowy polimeru, tym większa wytrzymałość, większa twardość, wyższa odporność termiczna i większa trwałość (bo wskutek starzenia cząsteczka polimeru rozpada się od końców, a przy małym ciężarze cząsteczkowym zakończeń cząsteczek jest proporcjonalnie więcej). Przy za małej ilości inicjatora może wystąpić niedotwardzenie żywicy. W reakcji polimeryzacji różnych monomerów otrzymuje się kopolimery o właściwościach odmiennych od podstawowego tworzywa. Jest to lepsza metoda modyfikacji właściwości polimeru, niż wprowadzanie dodatków nie wbudowanych w cząsteczkę polimeru (np.: przez dodanie do styrenu butadienu i akrylonitrylu uzyskuje się tzw. kopolimery ABS, które mają znacznie większą odporność na uderzenie, pękanie i lepsze właściwości mechaniczne niż polistyren). Procesem odwrotnym do polimeryzacji jest depolimeryzacja lub destrukcja. Depolimeryzacja zachodzi najczęściej pod wpływem wysokich temperatur i umożliwia otrzymanie przez rozkład niektórych polimerów (np.: polimetakrylanu metylu) wyjściowego monomeru. Jest to jedna z metod przerobu odpadów z tworzyw sztucznych. Destrukcja zachodzi najczęściej wskutek oddziaływania ultrafioletu ze słońca i tlenu z powietrza (naturalne starzenie tworzyw) oraz pod wpływem wysokich temperatur, a jej produktami są różne niskocząsteczkowe substancje organiczne. Objawem starzenia się (destrukcji) tworzyw sztucznych jest często wzrost kruchości i pękanie wyrobów.
Polikondensacją nazywa się proces łączenia się wielu cząsteczek z jednoczesnym wydzieleniem się substancji małocząsteczkowej - najczęściej wody. Aby uzyskać pożądane właściwości żywicy utwardzonej w wyniku polikondensacji, należy zapewnić odparowanie wydzielającej się wody albo związać ją przez napełniacz lub przez podłoże. Reakcję utwardzania zapoczątkowuje się poprzez dodanie kwaśnego katalizatora lub przez podgrzanie. Na zimno utwardza się (przez dodatek kwasu solnego w butanolu) lakiery mocznikowo-formaldehydowe do parkietu, a na gorąco spoiwa mocznikowo-formaldehydowe i fenolowo-formaldehydowe w płytach wiórowych, sklejkach, płytach OSB oraz płytach HDF i MDF, a także spoiwo melaminowo-formaldehydowe w gniazdkach, oprawkach i wyłącznikach elektrycznych. Im wyższa temperatura utwardzania, im większy dodatek katalizatora i im dłuższy czas utwardzania, tym bardziej usieciowana (utwardzona) jest żywica. Im wyższy stopień usieciowania, tym lepsze właściwości mechaniczne, lepszą odporność na wodę, wyższą odporność termiczną i większą trwałość mają wyroby. Procesy kondensacji są odwracalne - w sprzyjających warunkach (przy wzroście temperatury i wilgotności) reakcja może przebiegać w kierunku tworzenia związków wyjściowych - z żywicy może wydzielać się formaldehyd podejrzewany o działanie kancerogenne. Zwiększoną emisję formaldehydu mogą wówczas wykazywać przede wszystkim żywice słabo utwardzone (utwardzane na zimno lub zbyt krótko).
Poliaddycją nazywa się reakcję łączenia się cząsteczek wskutek przeskoku ruchliwego atomu wodoru, bez wydzielania substancji ubocznej. Według tego mechanizmu utwardzają się żywice epoksydowe oraz poliuretanowe. Ilość utwardzacza musi być ściśle określona (dobrana stechiometrycznie do ilości grup funkcyjnych w żywicy). Ilość ta dla różnych typów utwardzaczy i różnych typów żywic jest podawana w instrukcjach stosowania. Zarówno zwiększenie ilości utwardzacza ponad stechiometryczną, jak i zaniżenie jego ilości daje złe efekty techniczne. Na ogół nie zachodzi proces odwrotny do poliaddycji.
CHARAKTERYSTYCZNE WŁAŚCIWOŚCI TWORZYW
SZTUCZNYCH
Właściwości tworzyw sztucznych zależą od bardzo wielu czynników, dlatego tworzywa o takiej samej nazwie ogólnej (np.: polichlorek winylu) mogą się bardzo różnić właściwościami. Właściwości tworzyw sztucznych zależą od następujących czynników:
rodzaju polimeru;
ciężaru cząsteczkowego, stopnia usieciowania i budowy przestrzennej;
rodzaju, ilości i jakości dodatków np.: plastyfikatory o dużej lotności odparowują z tworzywa, które w czasie eksploatacji staje się coraz bardziej kruche i zaczyna pękać; trwałość tworzywa bardzo zależy od ilości i jakości stabilizatorów termicznych i świetlnych oraz antyutleniaczy; napełniacze włókniste znacznie zwiększą wytrzymałość na rozciąganie);
stanu fizycznego polimeru (polimery termoplastyczne wykazują temperaturę zeszklenia, przy której w sposób skokowy, często o rząd wielkości, zmieniają się właściwości tworzywa - poniżej temperatury zeszklenia polimery stają się kruche).
Ogólnie właściwości tworzyw można scharakteryzować następująco:
Gęstość nie napełnionych tworzyw jest mała i dla większości tworzyw zawarta pomiędzy 900 i 1100 kg/m3. Tworzywa spienione mają gęstość pozorną kilkadziesiąt razy mniejszą, a tworzywa z dużą ilością napełniaczy około 2 ÷ 3 razy większą.
Właściwości mechaniczne tworzyw są bardzo zróżnicowane. Wszystkie tworzywa mają stosunkowo niski moduł sprężystości, dlatego w zasadzie nie są stosowane jako materiały konstrukcyjne (profile okienne muszą mieć duży przekrój złożony z kilku komór, z żebrami usztywniającymi oraz dodatko-wym kształtownikiem stalowym). Tworzywa wykazują znaczne pełzanie, które się często nie stabilizuje. Większość tworzyw jest bardzo wrażliwa na działanie karbu (gwałtownej zmiany przekroju w postaci nacięcia, rysy, dziurki itp.). Wydłużenie przy zerwaniu może wynosić od kilku procent do kilkunastu tysięcy (dla elastomerów). Wytrzymałość na rozciąganie tworzyw nie napełnionych jest na ogół mała i nie przekracza 10 MPa, ale dla tworzyw napełnionych włóknem szklanym, aramidowym (Kevlar), węglowym lub włóknistymi monokryształami Al2O3 (whiskersami), wytrzymałość właściwa na rozrywanie jest większa, niż stali. Dlatego lamele z włókien węglowych (pasma włókien przesycone żywicą epoksydową) znalazły zastosowanie do wzmacniania konstrukcji żelbetowych metodą powierzchniowego przyklejania. Udarność większości tworzyw jest niska; wyjątek stanowi poliwęglan, który jest tworzywem kowalnym (wykonuje się z niego szyby pancerne, klosze lamp ulicznych, daszki ochronne, świetliki, ekrany przeciwdźwiękowe uliczne, tarcze policyjne itp.).
Właściwości cieplne.
Przewodnictwo cieplne tworzyw jest niskie (λ od 0,1 W/m ⋅ K do 0,6 W/m ⋅ K), a spienionych tworzyw bardzo niskie (λ od 0,023 W/m ⋅ K do 0,04 W/m ⋅ K), dlatego jednym z głównych kierunków zastosowania tworzyw w budownictwie są materiały termoizolacyjne (styropian, poliuretany, pianizol). Rozszerzalność termiczna tworzyw jest większa, niż materiałów mineralnych i drewna (αt rzędu 10-4 do 10-5/K) oraz kilka razy większa, niż metali, dlatego należy przewidywać luzy na ruchy termiczne rur z tworzyw sztucznych (np.: CO) oraz szyb z poliwęglanu w ramach metalowych. Odporność termiczna tworzyw jest znacznie niższa, niż materiałów tradycyjnych - dla tworzyw termoplastycznych górny zakres pracy nie przekracza na ogół 60 ÷ 90oC, a dla żywic chemoutwardzalnych 120 ÷ 150oC (rzadko do 200oC). Do wyjątków należą żywice silikonowe o zakresie pracy od -50o do +300oC oraz tworzywa fluorowe (teflon) odporne do 350oC. Tworzywa termoplastyczne topią się przy temperaturach rzędu 140 ÷ 180oC, dlatego do przyklejania folii z tworzyw sztucznych nie wolno stosować lepików na gorąco.
Palność tworzyw sztucznych.
Palność tworzyw jest zróżnicowana, ale na ogół duża. Niższą palność wykazują tworzywa zawierające znaczną procentową zawartość chloru (polichlorek winylu twardy), fluoru (teflon), lub azotu (żywice melaminowe, poliakrylonitryl), jednakże w warunkach pożaru wydzielają one duże ilości toksycznych gazów (chlorowodór, amoniak, cyjanowodór, tlenek węgla). Tworzywa zawierające niepalny polimer lecz dużo palnych plastyfikatorów (np.: miękki polichlorek winylu) lub napełniaczy, stają się łatwopalne ze względu na obecność dodatków. Do wielu tworzyw dodaje się dodatki samogasnące (styropian, poliuretany spienione, żywice epoksydowe), które powodują, że po usunięciu źródła ognia tworzywo gaśnie wskutek odcięcia dostępu powietrza przez ciężką chmurę gazową z chlorowców uwalniających się podczas pirolizy tworzywa. Dodatki samogasnące uodparniają tworzywa na zapalenie się pod wpływem słabych źródeł ognia. W warunkach rozwiniętego pożaru, przy silnych ruchach powietrza, tworzywa samogasnące palą się, wytwarzając duże ilości toksycznych gazów. Większość tworzyw przy pożarze powoduje silne zadymienie (zwłaszcza tworzywa zawierające w cząsteczce polimeru pierścienie aromatyczne). Tworzywa termoplastyczne w warunkach pożaru topią się tworząc palące się krople i nitki. Tego typu materiały nie mogą być wbudowywane na sufitach i drogach ewakuacyjnych. Tworzywa węglowodorowe podczas pirolizy wytwarzają nadmiar palnych gazowych produktów rozkładu, które przemieszczając się z prądami powietrza mogą spowodować rozgorzenie w pomieszczeniach przyległych do miejsca pożaru.
Odporność chemiczna.
Odporność chemiczna tworzyw jest na ogół znacznie większa, niż materiałów tradycyjnych. Większość tworzyw jest odporna na wodę, roztwory soli i kwasów. Dlatego jednym z najważniejszych zastosowań tworzyw w budownictwie są materiały hydroizolacyjne, materiały do izolacji chemoodpornych oraz do krycia dachów płaskich.
Odporność na starzenie atmosferyczne.
Odporność ta jest stosunkowo niska. Tworzywa są szczególnie wrażliwe na działanie ultrafioletu z promieniowania słonecznego w połączeniu z tlenem z powietrza. Wskutek utleniania materiały stają się bardziej kruche, żółkną i pękają. Do bardzo wrażliwych należą polistyren (styropian) i polietylen (folie). Odporność na starzenie można poprawić przez dodatek antyutleniaczy i absorbentów ultrafioletu (stabilizatory dobrej jakości są drogie, często toksyczne). Okres użytkowania tworzyw w warunkach korozji atmosferycznej nie przekracza na ogół 20 lat, tylko dla niektórych kauczuków syntetycznych jest rzędu 50 lat (folie na pokrycia dachowe). Przezroczysta, bezbarwna, bez dodatku sadzy (występuje w folii czarnej) folia polietylenowa bez dodatku stabilizatorów rozpada się po 1 - 2 latach działania atmosfery, a z dodatkiem stabilizatorów po 4 - 6 latach.
Właściwości elektryczne.
Większość tworzyw ma bardzo dobre właściwości dielektryczne i służy jako izolacje elektryczne, np.: izolacje przewodów elektrycznych z gumy, polietylenu itp. Tłoczywa melaminowo-formaldehydowe , z których prasowane są gniazdka elektryczne, wyłączniki i oprawki żarówek, wykazują duży opór dla prądów powierzchniowych. Izolacji z tworzyw nie wolno przeciążać nadmiernym poborem prądu, gdyż wskutek nagrzewania się przewodów dochodzi do szybkiej termicznej destrukcji tworzywa, aż do zwęglenia włącznie (wypalone gniazdka i oprawki). Częściowo zwęglone tworzywo może zacząć przewodzić prąd elektryczny, co może spowodować jego dodatkowe nagrzanie aż do samozapalenia się. Większość tworzyw ma oporność właściwą w granicach od 108 do 1013 Ω ⋅ m, dlatego tworzywa elektryzują się (maksimum elektryzacji przy 1011 Ω ⋅ m). Powstają przy tym potencjały elektrostatyczne do 30 kV, źle oddziaływujące na zdrowie i powodujące niekorzystną jonizację powietrza (powstawanie jonów dodatnich). Iskra spowodowana przepływem ładunków elektrostatycznych może powstać już przy różnicy potencjałów 200 V, a jej energia jest wystarczająca do zainicjowania wybuchu par rozpuszczalników lub pyłów organicznych w powietrzu. Do najbardziej elektryzujących się tworzyw należą:
anilana (poliakrylonitryl), z której wytwarza się wykładziny podłogowe igłowe, dywany i odzież;
poliestry (wanny z tworzyw, daszki faliste);
polietylen (folie budowlane).
Aby uniknąć elektryzacji, wykładziny dywanowe powinny zawierać dodatki antystatyczne. Antystatyczne posadzki żywiczne wykonuje się z żywic epoksydowych z dodatkiem przewodzącego prąd napełniacza i układa na uziemionej siatce miedzianej. Posadzki takie są wymagane w salach komputerowych, pomieszczeniach zagrożonych wybuchem, przy elektroni-cznej aparaturze medycznej itp.
Właściwości powierzchni.
Niektóre tworzywa charakteryzują się niską przyczepnością różnych spoiw do ich powierzchni i mogą być wykorzystywane jako środki antyadhezyjne. Należą tu:
teflon;
żywice silikonowe (kauczuki na formy do odlewania, lakiery antyadhezyjne);
polietylen (folie i woski).
CHARAKTERYSTYKA TWORZYW SZTUCZNYCH POWSZECHNIE
STOSOWANYCH W BUDOWNICTWIE.
3.1. Polichlorek winylu.
Tworzywo musi zawsze zawierać dodatek stabilizatorów termicznych i świetlnych, gdyż wskutek starzenia (zwłaszcza termicznego) odrywa się chlorowodór (w dużych ilościach powstaje w warunkach pożarowych) i biały polimer zmienia barwę na różową. Polimer bez plastyfikatorów jest sztywny i twardy - robi się z niego rury wodne na ciśnienie do 12 barów (1,2 MPa). Przy wprowadzaniu do PCW od kilku do kilkunastu procent plastyfikatorów powstaje polichlorek winylu półtwardy, stosowany na rury kanalizacyjne, profile okienne, systemy rynnowe, rurki instalacyjne elektryczne podtynkowe, panele elewacyjne (siding), przezroczyste płyty dachowe, płytki podłogowe twarde („Paviblock”). Przy wprowadzaniu do 70% plastyfikatora otrzymuje się polichlorek winylu miękki, stosowany do wyrobu folii hydroizolacyjnych i antykorozyjnych, folii do krycia dachów płaskich, tapet zmywalnych, elastycznych wykładzin i płytek podłogowych, izolacji przewodów elektrycznych małej mocy, profili dylatacyjnych. Jeżeli zastosowany do produkcji plastyfikator jest niskiej jakości (o dużej lotności), to tworzywo podczas eksploatacji stopniowo staje się coraz bardziej sztywne. Najlepsze są plastyfikatory polimeryczne - nielotne (np.: kauczuk nitrylowy). Niektóre wyroby, np.: płytki podłogowe, zawierają duże ilości napełniaczy (kredy), które obniżają koszt i zwiększają twardość tworzywa. Tworzywo może być barwione na różne kolory. Sam polimer jest niepalny, natomiast polichlorki zawierające dużą ilość palnych plastyfikatorów pala się kopcącym płomieniem i wydzielają duże ilości duszącego chlorowodoru. Polichlorek winylu jest termoplastyczny, formowany na gorąco w temperaturze około 180oC. Twardsze odmiany można eksploatować w temperaturach do około 95oC. Dolny zakres temperatury zależy od rodzaju zastosowanego plastyfikatora i dla plastyfikatorów nie polimerycznych nie przekracza -20oC. Gęstość tworzywa wynosi około 1,4 kg/l. Tworzywo jest nienasiąkliwe, paroszczelne, odporne na roztwory kwasów, soli i zasad (kwasoodporne w wysokim stopniu), a nieodporne na rozpuszczalniki typu ketonów (aceton). Polichlorek winylu można kleić (klejami poliuretanowymi lub z PCW), można zgrzewać termicznie i prądami wysokiej częstotliwości oraz spawać gorącym powietrzem (ewentualnie z drutem spawalniczym z PCW).
3.2. Polietylen.
Jest to polimer węglowodorowy o budowie liniowej lub słabo rozgałęzionej. Wyróżnia się odmiany:
LDPE - o małej gęstości (0,92 g/cm3), dosyć miękki;
HDPE - o wysokiej gęstości (0,96 g/cm3), dosyć twardy;
PE-X - częściowo usieciowany, o podwyższonej odporności termicznej.
Polietylen stosowany jest bez napełniaczy, jest bezbarwny i przezroczysty (w cienkich foliach), może być barwiony, z dodatków może zawierać stabilizatory świetlne. Najtańszym stabilizatorem ultrafioletu jest sadza, stosowana do czarnych folii budowlanych. Jest to tworzywo termoplastyczne, można je eksploatować w temperaturach do +70oC. Jest tworzywem łatwopalnym, przy spalaniu wydziela zapach świecy (parafiny), co umożliwia identyfikację. Nie rozpuszcza się na zimno w żadnym rozpuszczalniku i nie ma kleju do polietylenu. Jedyną metodą łączenia jest zgrzewanie na gorąco. Jest nienasiąkliwy, odporny na roztwory soli, kwasów i zasad oraz większość rozpuszczalników. Folie o grubości poniżej 0,2 mm są w pewnym stopniu paroprzepuszczalne, folie grubsze są paroszczelne. Polietylen LDPE stosowany jest do wyrobu folii (paroprzepuszczalnych - perforowanych, paroszczelnych, przeciwwodnych, pęcherzykowych, kubełkowych), na izolacje przewodów elektrycznych, jako sznur podpierający do kitów dylatacyjnych (polietylen spieniony). Polietylen HDPE jest używany do wyrobu rur wodnych i gazowych. W ramach powyższych odmian mogą występować rodzaje polietylenu różniące się ciężarem cząsteczkowym. Tworzywa o wyższym ciężarze cząsteczkowym będą bardziej sztywne, o wyższej wytrzymałości i mniejszym wydłużeniu przy zerwaniu, o wyższej odporności termicznej i większej trwałości. Polietylen usieciowany stosowany jest do wyrobu rur o podwyższonej odporności termicznej oraz na większe ciśnienia.
3.3. Polipropylen.
Jest to tworzywo o właściwościach i składzie zbliżonym do polietylenu HDPE, ale twardsze. W budownictwie jest stosowane przede wszystkim na rury i łączniki centralnego ogrzewania. Produkowane są rury typoszeregu PN 16 do PN 25 (liczba oznacza maksymalne dopuszczalne ciśnienie w barach przy temperaturze 20oC). Łączone przez zgrzewanie instalacje z tworzyw sztucznych oprócz zwykłej próby odbiorczej (brak wycieków przy ciśnieniu równym 1,5 maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego) powinny być badane na niedogrzanie spawów. Ta dodatkowa próba polega na impulsowym przykładaniu ciśnienia 5 i 10 barów w kilku cyklach w czasie 5 minut. Ze względu na bardzo dużą rozszerzalność termiczną rur z tworzyw sztucznych instalacje centralnego ogrzewania powinny być prowadzone w grubych, elastycznych osłonkach zapewniających swobodę ruchów termicznych lub w odpowiednio szerokich bruzdach. Brak swobody odkształceń termicznych prowadzi najczęściej do rozszczelnienia w miejscach łączeń klejonych lub zgrzewanych.
3.4. Polistyren.
Jest to tworzywo węglowodorowe, z pierścieniami aromatycznymi w charakterze podstawników głównego łańcucha, termoplastyczne, bezbarwne, przezroczyste (może być barwione), skłonne do pękania, szybko się starzejące pod wpływem ultrafioletu. W budownictwie jest stosowane wyłącznie w postaci spienionej, tj. styropianu spienionego z granulek (EPS) lub w całej masie (XPS). Jest to podstawowy materiał termoizolacyjny (o gęstości pozornej w granicach od 10 do 40 kg/m3), o zakresie stosowania do około 70oC. Jest tworzywem łatwopalnym, palącym się kopcącym płomieniem, Przez wprowadzenie do cząsteczki polistyrenu atomów chlorowców otrzymuje się odmiany samogasnące. Styropian rozpuszcza się w większości rozpuszczalników, za wyjątkiem alkoholu etylowego. Styropian EPS jest materiałem o dużej nasiąkliwości (nasiąkliwość długotrwała do 5% objętościowych, co odpowiada 333% wagowym). Styropian XPS jest nienasiąkliwy (nasiąkliwość objętościowa rzędu 0,2%).
3.5. Poliamidy.
W zależności od budowy polimeru właściwości tworzywa mogą być bardzo zróżnicowane. Jest to tworzywo termoplastyczne, palne, podczas pożaru wykazuje zjawisko kroplenia i wydziela toksyczny amoniak (paląc się wydziela zapach palonych włosów, co jest cecha rozpoznawczą). Stosowane jest najczęściej bez napełniaczy, może zawierać cięte włókno szklane. Nasiąkliwość tworzywa może dochodzić do 10%, a zawilgocone staje się bardziej miękkie i ma gorszą wytrzymałość. Większość poliamidów jest przetwarzana na włókna stosowane do wyrobu odzieży oraz na dywanowe wykładziny podłogowe i dywany.
3.6. Polioctan winylu.
W budownictwie jest stosowany wyłącznie w postaci około 50% emulsji w wodzie. Stanowi główny składnik farb emulsyjnych wewnętrznych, klejów do drewna i do przyklejania mozaiki podłogowej. Jest nieodporny na alkalia (świeże tynki wapienne i cementowe). Właściwości klejące i mechaniczne ma trochę gorsze od emulsji akrylowych.
3.7. Poliakrylany.
Nazwa ta obejmuje bardzo dużą grupę polimerów o zróżnicowanych właściwościach. Są to polimery termoplastyczne, o niskiej temperaturze mięknienia, bardzo elastyczne i o bardzo dobrych właściwościach klejących. Stosowane są jako:
farby emulsyjne zewnętrzne i wewnętrzne;
kleje do wykładzin (Osakryl) i do drewna;
polimery samoemulgujące się, nadające właściwości klejące we wszystkich zaprawach klejących do płytek podłogowych ceramicznych i do glazury oraz do styropianu;
emulsje do gruntowania (Unigrunt);
emulsje uplastyczniające do zapraw i betonów cementowo-polimerowych (Compacta Baudispersion);
lakiery i farby rozpuszczalnikowe.
Występują również chemoutwardzalne żywice akrylowe, stosowane jako spoiwo posadzek żywicznych.
3.8. Poliwęglany.
Jest to tworzywo przezroczyste, bezbarwne (może być barwione), termoplastyczne, palne, kowalne. Przy ostrożnym kuciu można je rozklepać na folię, ale tym niemniej jest wrażliwe na karb (pęknięcie). Ze względu na dużą odporność na uderzenie oraz przezroczystość jest stosowane do wyrobu szyb antywłamaniowych, na daszki ochronne, osłony przeciwwiatrowe, świetliki, klosze lamp ulicznych (Lexan).
3.9. Żywice epoksydowe.
Utwardzane są przez dodanie utwardzaczy w ściśle określonej ilości. Mogą być utwardzane na zimno (w temperaturach od +5oC do +30oC) lub na gorąco (120 ÷ 200oC). W warunkach placu budowy utwardzanie prowadzi się wyłącznie na zimno, stosując żywice i utwardzacze w postaci cieczy o stosunkowo małej lepkości, umożliwiającej wykonanie robót. Przy doborze żywicy podstawowej bierze się pod uwagę:
moduł sprężystości utwardzonej żywicy (czy po utwardzeniu będzie sztywna, czy elastyczna);
lepkość żywicy (do iniekcji - o najmniejszej lepkości);
czy jest bezrozpuszczalnikowa, czy zawiera dodatek rozpuszczalnika;
właściwości mechaniczne po utwardzeniu.
Również dobór utwardzacza w istotny sposób wpływa na właściwości tworzywa. Utwardzacze poliaminowe (np.: trójetylenoczteroamina - „Tecza”, Utwardzacz Z-1) dają po utwardzeniu żywice sztywne, a poliaminoamidy (Utwardzacz PAC, Versamid) żywice elastyczne. Większość utwardzaczy jest wrażliwa na zawilgocenie - woda powoduje dezaktywację utwardzacza. W ostatnich latach opracowano utwardzacze aminowe niewrażliwe na wodę, co umożliwiło stosowanie żywic epoksydowych w postaci emulsji, np.: do gruntowania podłoży betonowych. Istnieje możliwość dodatkowego uelastycznienia spoiw epoksydowych przez dodatek plastyfikatorów do żywic epoksydowych. W zależności od rodzaju zastosowanego utwardzacza początek wiązania żywic epoksydowych występuje po 5 ÷ 120 minutach. Podczas utwardzania się żywic wydziela się duża ilość ciepła (nie wolno utwardzać dużych mas nienapełnionej żywicy, gdyż spowoduje to spękania skurczowe i destrukcję termiczną tworzywa), a skurcz żywicy jest rzędu 1 ÷ 2%. Wytrzymałość na ściskanie utwardzonej żywicy dochodzi do 130 MPa. Najbardziej popularny Utwardzacz Z-1 (Tecza) jest lotny, drażni skórę i błony śluzowe (jest silnie alkaliczny), może powodować uczulenia objawiające się czerwoną drobną wysypką i traci właściwości wiążące przy zawilgoceniu. Jest dodawany w ilości 10 ÷ 12% wagowych (zależnie od typu żywicy); przedozowanie powoduje kruchość żywicy i korozję stali stykającej się z nią, a za mały dodatek powoduje niedotwardzenie. Początek wiązania żywicy z Utwardzaczem Z-1 występuje po 30 - 40 minutach. Przy stosowaniu utwardzaczy poliaminoamidowych reakcja rozpoczyna się po około 1 - 2 godzinach, biegnie wolniej, utwardzacz jest mniej wrażliwy na wilgoć, otrzymuje się żywicę uelastycznioną, a ilość dodawanego utwardzacza można zmieniać w granicach określonych przez producenta. Żywice epoksydowe są stosowane jako:
kleje konstrukcyjne do betonu i stali;
materiały do iniekcji przywracającej nośność (żywice sztywne konstrukcyjne) lub iniekcji uszczelniającej (żywice elastyczne);
jako spoiwo i klej w lamelach węglowych do wzmacniania konstrukcji żelbetowych;
jako spoiwo posadzek żywicznych (żywice emulsyjne do posadzek paroprzepuszczalnych i żywice bezrozpuszczalnikowe do posadzek wodoszczelnych;
jako spoiwo laminatów z włóknem szklanym i powłok hydroizolacyjnych;
jako farby antykorozyjne na stal;
jako kleje do kotew konstrukcyjnych;
jako spoiwo zapraw i betonów żywicznych chemoodpornych.
3.10. Żywice poliestrowe nienasycone
Są to roztwory poliestru bezwodnika maleinowego w styrenie (około 50% styrenu). Mają postać lepkich cieczy brązowo-żółtej barwy. Monomer styren jest lotny, szkodliwy dla zdrowia, łatwopalny i tworzy mieszaniny wybuchowe z powietrzem. Polimeryzacja żywicy może rozpocząć się po celowym lub przypadkowym nagrzaniu. Podczas polimeryzacji wydziela się bardzo duża ilość ciepła, która musi być odprowadzona, aby nie doszło do destrukcji lub nawet samozapalenia się żywicy utwardzanej w dużej masie (np.: przy nagrzaniu hoboka promieniowaniem słonecznym lub przy grzejniku). Na placu budowy reakcję utwardzania prowadzi się na zimno przez dodatek 1 ÷ 2% inicjatora (nadtlenku lub wodorotlenku - np.: pasty WNCH, Ketonoxu, Hartoxu) oraz przyspieszacza - najczęściej 2% naftenianu kobaltu w ilości od 0,4 do 0,8%. Każdą z tych substancji należy osobno wymieszać z żywicą. Nie wolno mieszać inicjatora z przyspieszaczem, gdyż wskutek gwałtownego rozkładu grozi to wybuchem. Ilości układu utwardzającego oraz rodzaj inicjatora dobiera się tak, aby uzyskać wymagane właściwości mechaniczne utwardzonej żywicy, odpowiedni czas początku i końca wiązania oraz niski skurcz polimeryzacyjny. Czas początku wiązania wynosi około 20 ÷ 40 minut, lecz można go wydłużyć do kilku godzin przez dodatek inhibitorów polimeryzacji. Żywice poliestrowe wykazują bardzo duży skurcz przy wiązaniu, tym większy im szybciej przebiega reakcja i dochodzący do 9%. Z tego powodu narażone są na spękania skurczowe, a dla ograniczenia skurczu ogranicza się ilość dodawanych utwardzaczy, napełnia żywicę włóknem szklanym lub dużą ilością kruszywa, albo utwardza ją w cienkich warstwach. Tlen z powietrza jest inhibitorem reakcji polimeryzacji, dlatego podczas mieszania nie wolno żywicy zapowietrzyć (należy stosować wolnoobrotowe mieszadła), a powierzchnię stykającą się z powietrzem należy zabezpieczyć, np.: przez szczelne przykrycie folią z celofanu, zasypanie piaskiem lub zastosowanie żywicy z dodatkiem wosków, które podczas utwardzania wypływają na powierzchnię i odcinają dostęp tlenu. Krajowe żywice poliestrowe noszą nazwę handlową Polimal. Produkowane są:
żywice konstrukcyjne sztywne Polimal 100 ÷ 109,
żywice lakiernicze do mebli Polimal 111 ÷ 119,
żywice chemoodporne Polimal 130,
żywice tiksotropowe Polimal 140 ÷ 149,
żywice elastyczne Polimal 150 ÷ 158,
żywice samogasnące Polimal 160.
Żywice poliestrowe mają właściwości mechaniczne i odporność chemiczną trochę gorsze od żywic epoksydowych i stanowią tańszy zamiennik żywic epoksydowych w niektórych zastosowaniach. Pod wpływem związków alkalicznych mogą ulegać hydrolizie. Aktualnie największe ilości tych żywic są stosowane do wyrobu laminatów z włóknem szklanym (daszki faliste, rury, obudowy, wanny, kadłuby łodzi), jako lakiery do mebli nakładane w warunkach fabrycznych oraz jako spoiwo zapraw żywicznych. W latach 70-tych i 80-tych bardzo duże ilości żywic były przetwarzane na masy podłogowe o nazwie Plastidur P (poliestrowy). Posadzki te ze względu na duże skurcze wymagały bardzo mocnych podłoży betonowych, były bardzo zawodne i zostały wycofane ze stosowania (zastąpione posadzkami epoksydowymi).
3.11. Żywice poliuretanowe.
Jest to bardzo duża i szeroko stosowana w budownictwie grupa tworzyw. Są stosowane jako gotowe wyroby (pianki poliuretanowe termoizolacyjne) lub utwardzane na budowie (kleje, lakiery, żywice iniekcyjne, masy podłogowe, pianki montażowe). Utwardzone żywice charakteryzują się elastycznością i bardzo dużą siła klejenia (duża adhezja). Najczęściej stosowane są żywice dwuskładnikowe:
żywica (poliester lub polieter), sztywna lub elastyczna po utwardzeniu, nietoksyczna;
utwardzacz (izocyjanian), silnie toksyczny, tym bardziej niebezpieczny, im bardziej lotny.
Reakcja utwardzania przebiega według mechanizmu poliaddycji, a ilość utwardzacza musi być ściśle określona, zależnie od typu żywicy. Zestawy dwuskładnikowe są najczęściej wrażliwe na wilgoć i mogą się spęcherzyć w całej masie wskutek reakcji z wodą, w wyniku której wydziela się dwutlenek węgla. Duża ilość żywic jest przerabiana na pianki poliuretanowe, które są najlepszym (lecz drogim) materiałem termoizolacyjnym. Żywice poliuretanowe są palne, a do pianek stosowane są żywice z dodatkami dającymi efekt samogaśnięcia (tworzą toksyczne gazy pożarowe). Spienianie następuje wskutek odparowania nisko wrzącej cieczy lub wskutek wydzielania dwutlenku węgla w reakcji utwardzacza z wodą. Gęstość pianek termoizolacyjnych jest rzędu 30 ÷ 50 kg/m3, λ = 0,023 ÷ 0,03 W/mK, wytrzymałość na ściskanie 0,15 MPa, a nasiąkliwość poniżej 2%. Pianki nie są dopuszczone do stosowania wewnątrz pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi. Czasy spieniania są bardzo krótkie, dlatego proces prowadzi się przy użyciu specjalnych agregatów spieniających. Piankę można odlewać w formach (wyrasta do wysokości około 1,5 m), można ją wstrzyknąć w szczelinę powietrzną w murze lub w rysę wymagającą uszczelnienia, lub natrysnąć na powierzchnię ściany lub dachu. Żywice poliuretanowe występują również jako jednoskładnikowe (wstępnie przereagowane z nadmiarem utwardzacza), które utwardzają się wilgocią z powietrza i są stosowane jako lakiery podłogowe na drewno.
3.12. Żywice mocznikowo-formaldehydowe i fenolowo-formaldehydowe.
Są to 50% roztwory niskocząsteczkowych żywic w wodzie. Utwardzane są na gorąco lub na zimno przez dodatek kwaśnego katalizatora. Należy odparować lub związać wodę zawartą w żywicy oraz wydzielającą się w procesie polikondensacji podczas utwardzania. Proces kondensacji jest odwracalny - przy wzroście temperatury i wilgotności z gotowych wyrobów może wydzielać się gazowy formaldehyd, powodujący choroby dróg oddechowych i podejrzewany o działanie kancerogenne (może się go wydzielać tym więcej, im słabiej utwardzona jest żywica, a więc bardziej groźne są żywice utwardzane na zimno oraz wyroby prasowane przy niższych temperaturach). Żywice MF i FF służą jako spoiwo przy wyrobie sklejki, płyt wiórowych, płyt MDF i HDF, płyt z wełny mineralnej, laminatów typu Unilam, gniazdek elektrycznych, lakierów do parkietu.
3.13. Żywice silikonowe.
Zbudowane są one z łańcuchów nie węglowych, lecz siloksanowych -Si-O-Si-. Charakteryzują się wysoką odpornością termiczną (do 350oC). Mają właściwości hydrofobowe. Mają bardzo dobre właściwości antyadhezyjne. Mają dobre właściwości dielektryczne. Charakteryzują się wysoką elastycznością. Powyższe właściwości umożliwiły stosowanie żywic silikonowych jako:
kity elastyczne do dylatacji;
kity elastyczne do uszczelnień przeciwwodnych;
emulsje i roztwory do hydrofobizacji kamienia, tynku, betonu i ceramiki;
żywice chemoutwardzalne do wzmacniania strukturalnego skorodowanych materiałów kamiennych, zwłaszcza piaskowca;
emalie na gorące powierzchnie;
emulsje antyadhezyjne do form i szalunków;
kauczuki silikonowe do wykonywania elastycznych form odlewniczych.