Технология полимерных строительных материалов

 
 
О. А. Игнатова 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРНЫХ  
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 691.17 
ББК 38.36 
И26 
 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор кафедры строительных материалов,  
стандартизации и сертификации НГАСУ (Сибстрин) 
(Новосибирский государственный архитектурно-строительный  
университет)  Н. А. Машкин; 
д-р техн. наук, профессор кафедры физики СГУПС 
(Сибирский государственный университет путей сообщения) 
П. М. Плетнев 
 
 
 
 
Игнатова, О. А. 
И26   
Технология полимерных строительных материалов : учебное 
пособие / О. А. Игнатова. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 204 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1879-9 
 
Приведены характеристики основных полимерных строительных 
материалов (конструкционных, отделочных, ограждающих конструкций, материалов для полов), технологии их получения и рациональные 
области применения. Содержит сведения об утилизации отработанных 
пластмасс. В приложении представлено задание для контроля освоения 
курса. 
Для студентов, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство» всех форм обучения. Может быть полезно студентам профильных 
специальностей 08.00.00 «Техника и технологии строительства» СПО, 
изучающих данные дисциплины. 
 
 УДК 691.17 
 ББК 38.36 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1879-9 ” Игнатова О. А., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

Оглавление 
Общие понятия ................................................................................. 5 
 
1. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ .................................... 
9 
 
2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ .............................. 
19 
 
3. ВИДЫ ПОЛИМЕРОВ ................................................................ 
30 
3.1. Полимеризационные полимеры .......................................... 
30 
3.2. Поликонденсационные полимеры 
....................................... 
37 
3.3. Способы проведения полимеризации ................................. 
48 
3.4. Эластомеры (синтетические каучуки) ................................ 
49 
3.5. Искусственные полимеры                                                   
(модифицированные природные) ............................................... 
53 
3.6. Способы проведения полимеризации ................................. 
56 
 
4. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ПЛАСТМАСС 
.......................... 
64 
4.1. Компаундирование ............................................................... 64 
4.2. Методы получения изделий из пластмасс .......................... 
69 
 
5. ВИДЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛАСТМАСС 
............................... 
91 
5.1. Бетоны на основе полимеров ............................................... 
91 
5.2. Древесные пластики ........................................................... 
106 
5.3. Волокнистые композиты (стеклопластики) ..................... 
115 
5.4. Полимерные ограждающие конструкции 
......................... 
119 
5.5. Полимерные материалы для полов ................................... 
131 
5.6. Отделочные материалы ...................................................... 
143 
5.7. Профильно-погонажные изделия ...................................... 
154 
5.8. Пластмассовые трубы 
......................................................... 
156 
 
6. ОТХОДЫ ПЛАСТМАСС И ИХ ПЕРЕРАБОТКА 
................. 
163 
 
Библиографический список 
......................................................... 
171 
 
Приложение 1. Сокращенные обозначения полимеров [26] .... 
173 
Приложение 2. Система маркировки пластиков ....................... 
175 
3 

Приложение 3. Основные виды и характеристики                      
строительных изделий из пластмасс 
........................................... 
176 
Приложение 4. Контрольные задания.                                        
Полимерные строительные изделия для идентификации 
......... 
190 
 
4 

Общие понятия 
В наши дни трудно найти область современной техники и 
быта, которая смогла бы обойтись без полимеров: это упаковка, 
посуда, мебель, корпуса приборов, трубопроводы, игрушки, бытовая техника и многое другое. В настоящее время производится более 300 млн т полимерных материалов в год или в переводе на объемные единицы – 240 млн м3, т. е. столько же по объему, сколько стали, чугуна, проката и цветных металлов, вместе 
взятых.  
По объему применения полимерных материалов строительство занимает второе место после упаковки (более 20 ). Стали 
привычными полимерные паро- и гидроизоляционные пленки 
для устройства кровли, пластиковые окна и двери, нетканый геотекстиль для строительства дорог, геомембраны для обустройства водоемов, трубы, арматура и т. д.  
Столь широкое применение полимерных материалов связано: 
–   с доступностью сырья для их производства (большинство 
полимеров получают из нефти, природного газа, угля и др.); 
–   возможностью получать материалы с заранее заданным 
комплексом свойств (существуют пластмассы термостойкие, морозостойкие, водоотталкивающие, электроизоляционные и др.); 
–   процессом их производства, поддающимся полной механизации и автоматизации. 
Всюду – от космической техники до предметов быта, гидроизоляции крыш и упаковки продуктов – используются пластмассы, специально подобранные для конкретного применения.  
Полимеры – это большой класс органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, 
жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия. Эти вещества 
состоят в основном из углерода (C), водорода (H), кислорода (O) 
и азота (N). Все полимеры имеют высокую молекулярную массу, 
от 10 тыс. до 1 млн и более; для сравнения, кислород (O2) имеет 
молекулярную массу 32 ед. 
Искусственные материалы получали с незапамятных времен. Так, столярный клей из рогов и копыт и казеиновый из испорченного молока были известны еще в Древнем Египте. Однако химическая модификация природных полимеров проводи5 

лась неосознанно. Что именно происходит с полимерной структурой, стало понятно лишь в конце XIX – начале ХХ века после 
того, как была создана теория химического строения органических веществ. 
Историю пластмасс принято отсчитывать от получения 
в 1856 г. Александром Парксом нитроцеллюлозы. Даже в настоящее время целлулоид – незаменимый материал для изготовления мячей для настольного тенниса. 
В конце 20-х гг. ХХ века развитие электротехники, телефона и радио потребовало создания новых материалов с конструкционными и электроизоляционными свойствами: по первым буквам этих областей (электричество, телефон, радио) были названы новые материалы – этролы. Из них изготавливали корпуса 
приборов, чертежные инструменты. Полимером для этролов был 
триацетат целлюлозы. Из него и сейчас производят негорючие пленки, заменившие целлулоидные.  
Во второй половине XIX века Чарльз Гудьир случайно открыл процесс вулканизации природного каучука путем нагревания с серой, что позволило получить резину.  
В 1887 г. был получен галалит – полимер на основе белка 
(казеина). Промышленное производство было освоено в 1929 г.  
Однако природные и искусственные полимеры постепенно 
вытеснили полимеры синтетические.  
В 1835 г. химиком А. В. Реньо был получен поливинилхлорид, а в 1939 г. Э. Симоном – полистирол.  
Однако изучения новых веществ, полученных в ходе исследований ученых как побочный продукт реакции, не было. Такая 
же ситуация сложилась и с феноло-формальдегидными смолами (ФФС): в 1872 г. немецкий химик А. Байер изучал действие 
формальдегида на фенолы и заметил, что в реакционной смеси 
образуются смолянистые остатки, но изучать их не стал. Только 
в 1907 г. Л. Бакеландом, когда возникла техническая потребность в конструкционном и электроизоляционном материале, были заново изобретены бакелит и карболит, основой которых 
служат ФФС.  
В 20–30 гг. ХХ века получили промышленное применение 
мочевино-формальдегидные, полиэфирные полимеры. Начиная  
с 30-х гг., начали применяться методы полимеризации и были 
6 

получены полистирол, поливинилацетат, поливинилхлорид. 
Позднее появились новые виды поликонденсационных пластиков – полиамидные, полиуретановые и др. В 1928 г. профессор 
С. В. Лебедев осуществил полимеризацию бутадиенового каучука. 
В 1933 г. британские химики Э. Фассет и Р. Гибсон изобрели полиэтилен – самый распространенный в мире полимер.  
В 1930 г. фирмой «Дюпон» (DuPont) был создан каучук неопрен, без которого не работает ни одна прокладка в автомобиле; 
прозрачный полимер БутасайтŠ (1937) – прослойка в небьющихся лобовых стеклах; Тефлон® (1938) – полимер, применяемый для изготовления ядерного топлива и антипригарных сковородок; нейлон (1939), осчастлививший несколько поколений 
женщин; лайкра (1962) – растягивающееся синтетическое волокно, входящее в состав тканей; кевлар (1965) – полимерное 
волокно в пять раз прочнее стали, используемое для изготовления бронежилетов.  
Эти изобретения привели к огромным изменениям в области производства одежды и автомобилей, да и в целом жизни 
людей. Так, нейлоновые нити обладают явными преимуществами перед натуральными волокнами: они легки, прочны, износоустойчивы, дешевы и просты в стирке. Без эластичного нейлона, 
идеально обтягивающего женские ноги, не было бы увлечения 
рок-н-роллом, последовавшей за ним модой на короткие юбки и, 
как следствие, революционных изменений в психологии людей 
ХХ века. Началом новой эпохи в развитии человечества – «эпохи полимеров» – можно считать 1939 г., промышленное производство полиамидных волокон «нейлон». 
Несмотря на молодость, пластмассы прочно заняли свое место и в ряду строительных материалов. Это объясняется наличием комплекса ценных свойств: 
– стойкостью к различным агрессивным воздействиям;  
– низкой теплопроводностью;  
– технологической легкостью обработки;  
– высокой декоративностью; 
– возможностью склеиваться и свариваться и др. 
В современном строительстве пластмассы применяют: 
– как отделочные материалы (декоративные пленки, краски, слоистые пластики, сайдинг); 
7 

– материалы для полов (линолеум, наливные полы, ламинат, декинг); 
– теплоизоляционные материалы (пено-, поро- и сотопласты); 
– гидроизоляционные и герметизирующие материалы 
(пленки, герметики, мастики, пропитки); 
– синтетические клеи; 
– погонажные изделия (поручни, плинтусы, молдинги); 
– санитарно-технические изделия (трубы, фитинги, ванны, раковины и др.); 
– конструкционные изделия (сэндвич-панели, стеклопластиковая арматура, пневматические конструкции, пластиковые 
окна); 
– добавки в технологии бетона (полимерцементные бетоны, полимербетоны и бетонополимеры, сухие строительные 
смеси); 
– модификаторы древесины, битумов и других строительных материалов. 
Такое деление достаточно условно, так как одни и те же материалы в несколько измененном виде могут использоваться 
для различных целей: так, различные ПВХ-пленки могут быть 
как отделочными, так и гидроизоляционными; а некоторые отделочные пластмассы могут выполнять не только декоративные, но и ограждающие функции, воспринимать механические 
нагрузки (например, стеклопластики применяют для декоративной облицовки, устройства кровель, производства труб, а также 
для нагруженных деталей конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах). 
 
8 

1. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ 
Пластическими массами (пластмассами) называют композиционные материалы на основе полимеров, содержащие наполнители, пигменты и другие компоненты и обладающие пластичностью на определенном этапе производства, которая полностью или частично теряется после отверждения полимера. 
Полимер в пластмассах выполняет роль связующего. Некоторые строительные пластмассы практически полностью состоят из полимера, например, органическое стекло (полиметилметакрилат), полиэтиленовая пленка. 
Полимеры (от греч. polymeres – состоящий из многих частей, многообразный) – химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). В период формования изделий находятся в вязко-текучем или эластичном состоянии; в процессе эксплуатации – в стеклообразном или кристаллическом. 
Молекулярная масса низкомолекулярных соединений обычно не превышает 500. Вещества, имеющие промежуточные значения молекулярной массы, называют олигомерами. 
Общую формулу полимера можно записать в виде (– Х –)n, 
где Х – элементарное звено, n – степень полимеризации. 
Исходные вещества, из которых синтезируют полимеры, называются мономерами. Степенью полимеризации (n) называют 
число структурных единиц, содержащихся в одной молекуле. 
Кроме чистых полимеров широкое применение находят сополимеры – высокомолекулярные вещества, получаемые совместной полимеризацией нескольких мономеров, при этом образуются вещества с видоизмененными свойствами (ударопрочный полистирол получают сополимеризацией стирола с мономерами синтетических каучуков). 
От вида полимера, его количества и свойств зависят важнейшие свойства пластмасс: теплостойкость, способность сопротивляться действию кислот, щелочей и других агрессивных 
веществ, а также характеристики прочности и деформативно9 

сти. Обычно связующее вещество – самый дорогой компонент 
пластмасс, и в связи с этим основным технико-экономическим 
требованием к строительным пластмассам является минимальная полимероемкость – минимальный расход полимера на единицу готовой продукции, обеспечивающий требуемые характеристики.  
По происхождению все полимеры делятся на три группы: 
1. Природные – натуральный каучук, целлюлоза, крахмал, 
шелк, шерсть, янтарь, шеллак, белок. 
Долгое время считалось, что природные полимеры – продукт деятельности живых организмов, что в минеральном ми- 
ре полимеров быть не может. Однако полимеры были найде- 
ны и в составе метеоритов, и в продуктах извержений вулканов, 
и в межзвездной пыли (полиацетилен, формальдегид). Сам человек состоит из органических полимеров (белки, нуклеиновые 
кислоты). Можно сказать, что полимерное состояние – одна 
из основных форм существования материи во Вселенной. 
2. Искусcтвенные – получаемые из природных путем химической модификации. Примеры: вискозная нить получается путем растворения природной целлюлозы в сероуглероде со щелочью с последующим ее выделением. Целлулоид получен путем 
обработки нитроцеллюлозы камфарой в присутствии спирта.  
3. Синтетические – полученные искусственным путем 
из мономеров по реакции синтеза, т. е. объединением множества мелких молекул в макромолекулы.  
Примеры: полиэтилен (– CH2 – CH2 –)n (молекулярная масса 
от 200 тыс. до 3 млн ед.), полистирол (– CH2 – CH(C6H5) –)n (50– 
300 тыс. ед.), поливинилхлорид (– CH2 – CHCl –)n (до 400 тыс.). 
Сырьем для производства синтетических полимеров являются:  
– природный газ; 
– газообразные продукты переработки нефти (содержат этан, 
пропан, бутан и другие газы); 
– каменноугольный деготь, получаемый при коксовании 
угля (содержит фенол и другие компоненты). 
 
 
10