کاربرد پلیمرها در صنعت ساختمان

گردآورنده : پدرام ملائکه

مسئول آزمایشگاه شرکت صنایع پلاستیک جهاد زمزم مشهد

1- مقدمه

بسپار ها در نیم قرن گذشته با توجه به تنوع فراوان و خصوصیات مکانیکی و شیمیایی مطلوب، کاربردهای گسترده­ ای در صنایع مختلف داشته انددر چند دهه اخیر این مواد با توجه به وزن کم، ویژگی­ های فیزیکی- مکانیکی مناسب، زیبایی و شکل­ پذیری خوب مورد توجه صنعت ساختمان قرار گرفته­اند، به­ گونه ای که امروزه ساخت یک ساختمان را نمی‌توان بدون کاربرد انواع مصالح بسپاری متصور شد. 

در این راستا، بررسی عمیق­ تر صنعت ساختمان حاکی از تمایل رو به رشد سازندگان و مصرف کنندگان به استفاده از انواع بسپارها در مصالحی هم­چون قطعات و تجهیزات برقی، کفپوش ­ها، دیوارپوش ها، عایق ها، نمای بیرونی و داخلی ساختمان، سقف کاذب، رنگ و پوشش و غیره می باشد.

بسپار در بتن و محصولات سیمانی، چندسازه­ها (کامپوزیت ­ها)،  منسوجات­ زمینی (ژئوتکستایل) و ورق زمینی (ژئوممبرین)، قیر، آسفالت و عایق­ های رطوبتی، رنگ و پوشش، مواد افزودنی و چسب­های ساختمانی،  فراورده­ های پلاستیکی و لاستیکی مرتبط، عایق ­های حرارتی (به علت صرفه­ جویی در مصرف انرژی) کاربرد و نقشی موثر دارد.

2- خانواده­ ی بسپارها

برای شناخت کاربرد بسپارها در ساختمان­ سازی بایستی ابتدا گروه ­های مختلف آن­ها را شناخت. در دیدگاه کلی و تعاریف گروه­ های مختلف، پلاستیک­ ها را بایستی شامل پلاستیک ­ها با مصارف عمومی و مهندسی، چسب ­ها شامل چسب­ های پلاستیکی گرمانرم، چسب­های پلاستیکی و لاستیکی گرماسخت، پوشرنگ­ ها و رزین­های مورد استفاده در آمیزه ­ی پوشرنگ­ها و رنگدانه­ ها، چندسازه ­ها، اسفنج ­ها (فوم­ها)، لاستیک ­های دارای مصارف عمومی و ویژه، الیاف شامل الیاف نساجی مصنوعی را در نظر گرفته و خصوصیات آنها را درک کرده باشیم.

در ادامه، مهم­ترین و پرمصرف­ترین بسپارهای رایج در صنعت ساختمان در سه گروه گرمانرم­ ها، گرماسخت­ ها و لاستیک ­ها (الاستومرها) معرفی  می­شوند.

2-1- گرمانرم­ها

2-1-1- پلی­ اتیلن (PE)

این بسپار یکی از شناخته­ شده ­ترین گرمانرم ­ها بوده و کاربردهای متنوعی در صنعت ساختمان دارد. از نظر خواص مکانیکی دارای مقاومت ضربه­ای خوبی است و از نظر دوام، پایداری شیمیایی خوبی در محدوده دمایی زیاد دارد. هم­چنین، انبساط حرارتی زیادی دارد و خواص دی­الکتریک آن بسیار مناسب است. کاربردهای پلی­ اتیلن شامل تهیه پوشش­ برای بتن در زمان عمل ­آوری آن، ساخت روکش برای محافظت از مواد و ماشین ­آلات در برابر رطوبت، تولید فراورده­ های قالب­گیری شده مانند مخازن آب و تهیه اقلام رانشگری (اکسترود) شده از جمله لوله ­های آب سرد می­باشد.

2-1-2- پلی ­وینیل کلرید (PVC)

فراورده­ های آن تنوع زیادی دارند. مانند سایر بسپارها برای کاربردهای خاص به افزودنی ­هایی نیاز دارد که عمده­ی آن­ها پایدارکننده ­های حرارتی، نرم­کننده ­ها و روان­سازها هستند. پایداری در برابر سایش، مقاومت مکانیکی خوب، سبکی و دوام از مزایای کلیدی استفاده از PVC در کاربردهای ساختمانی است. به ­دلیل پایداری در برابر شعله برای کاربردهایی مانند درب و پنجره و پوشش ­های داخلی عمدتا مشکلی ندارد.

در صورت دارا بودن افزودنی ­های مناسب، در برابر هوازدگی، پوسیدگی، خوردگی و ضربه پایدار است. از این رو در کاربردهای طولانی مدت برای مصارف بیرونی استفاده می­شود که نمونه آن لوله­هایی با عمر مفید بیش از 40 سال است.

در مقایسه با مصالح دیگری که در ساختمان مصرف می­شوند باعث آلودگی محیط­ زیست نمی­شود. هم­چنین عایق برق مناسبی است و به عنوان ماده ­ای عالی در کاربردهای برقی نظیر روکش کابل­ ها مصرف می­شود. 

تولید فراورده ­های PVC نیاز به انرژی کمی دارد، در نتیجه در مقایسه با سایر مصالح مشابه هزینه کمتری دارد. ترکیبات آن را می­توان در انواع سخت و نرم و نیز به شکل اسفنج در ساختمان به ­کار برد. PVC سخت در ساخت پروفیل ­های درب و پنجره، صفحات (پانل ­ها) و ورق­های سبک برای سقف، کاربرد دارد.

نوع رانشگری شده برای ساخت لوله­های آب سرد، لوله ­های انتقال آب باران، کانال­های تهویه و کاشی دیوار به­کار می­رود. اسفنج­های سخت PVC به صورت هسته­ی صفحات ساندویچی، بلوک­ها و عایق­های حرارتی و صوتی به­کار می­روند.

PVC نرم به­ شکل فیلم یا ورق و به صورت رانشگری یا قالب­گیری شده استفاده می­شود. عمده مصرف آن در تولید پوشش دیوارها، ورق­های بام_­پوش و کف­پوش است[4].

2-1-3- پلی­استایرن (PS)

پلی­استایرن، گرمانرمی است که قابل انطباق با شرایط کاری ویژه می­باشد و در نیم قرن گذشته از نظر تجاری به عنوان بسپار مهمی شناخته شده است. در فرایند تولید به دمای نسبتا کمی نیاز دارد و ماده ارزان قیمتی است.

ورق­های ساخته شده از آمیخته­ ی پلی ­استایرن با کائوچوهای مصنوعی دارای مقاومت بسیار زیادی در برابر ضربه می­باشد. در دمای زیاد مقاومت کمی دارد، اما جمع­شدگی آن اندک است.

پلی­ استایرن جذب آب کم و خواص دی­الکتریکی خوبی دارد. عمده مصارف آن در صنایع ساختمانی، ساخت ورق و فراورده­ های قالب­گیری شده و پوشش سامانه­های جداکننده است. اسفنج پلی ­استایرن به ­طور گسترده­ای برای کاربردهای عایق حرارتی یا بلوک پرکننده در سامانه ­های مختلف ساختمانی استفاده می­شود. هم­چنین از این محصول می­توان برای تراز کردن سطوح استفاده کرد.

2-1-4- پلی ­پروپیلن (PP)

جزء فراورده ­های نسبتا جدید گرمانرم ­ها بوده و کاربردهای وسیعی در صنعت ساختمان پیدا کرده است. صرف نظر از پلاستیک ­های اسفنجی، این بسپار سبک­ترین گرمانرمی است که به­صورت تجاری در دسترس است.

در مقایسه با پلی­ اتیلن و پلی ­استایرن، خواص مکانیکی بهتری دارد، اما نسبت به PVC و آکریلیک­ها ضعیف­تر است. سختی سطح آن عالی است و مقاومت کششی بیشتری از پلی­اتیلن پرچگالی (HDPE) دارد. به­دلیل مقاومت حرارتی مناسب، قابلیت کاربرد در دماهای زیاد را دارد.

پلی ­پروپیلن مقاومت بسیار خوبی در مقابل انواع مواد شیمیایی دارد و خواص دی­الکتریک آن نیز مناسب است. فراورده ­های آن به شکل ­های مختلفی مانند لوله، ورق و فیلم یا به­صورت قالب­گیری شده موجود است. این بسپار جایگزین بسیار خوبی برای آزبست در تولید سیمان­ های آزبستی و فراورده­های ذیربط است.

2-1-5- آکریلونیتریل بوتادی­ان استایرن (ABS)

این پلاستیک می­تواند به­ عنوان آلیاژ پلاستیک­ها و کائوچوهای مصنوعی محسوب شود که به نسبت­های مختلف با یکدیگر مخلوط می­شوند. ABS می­تواند نسبت­های مختلف کائوچو را داشته باشد، بنابراین گستره­ی وسیعی از خواص را شامل می­شود.

اما عمدتا سختی، مقاومت ضربه­ای و مقاومت کششی زیادی دارد. از عمده خصوصیات بازر این بسپار، مقاومت در برابر خراش، سفتی و سختی و راحتی قالب­گیری است. هم­چنین معمولا برای افزایش استحکام با الیاف شیشه تقویت می­گردند.

این نوع پلاستیک­ها دارای مقاومت گرمایی و پایداری ابعادی خوبی هستند. به­علاوه، پایداری مطلوبی در برابر لکه­زایی و پیرش (Aging) دارند، اما در برابر هوازدگی پایداری کمی دارند. جذب آب آن­ها کم است و در مقایسه با اغلب گرمانرم­های مهندسی از پایداری شیمیایی مطلوبی برخورداراند.

آکریلونیتریل بوتادی­ان استایرن ابتدا به­صورت ورق تولید شده و سپس برای قالب­گیری جهت تولید انواع قطعات به­کار می­رود. این نوع بسپار در ساخت بدنه­ی لوازم خانگی، درب­های کشویی، قاب پنجره و ساخت قایق­های کوچک به­کار می­رود[4].

 2-1-6- آکریلیک

آکریلیک­ها، گستره­ای از مواد گرمانرم را شامل می­شوند که از استرهای اسید آکریلیک و اسید متیل آکریلیک تهیه شده­اند. شکل طبیعی آن به­صورت بلورهای شفاف است. هم­چنین در انواع مات و تیره رنگ و به شکل میله­ یا قطعه ­ای وجود دارد. آکریلیک­ها در ترکیب­بندی پوشرنگ­ها و چسب­ها به­کار می­روند و عموما به صورت نامیزه (امولسیون) موجود هستند.

آکریلیک­ها نسبت مقاومت به وزن زیادی دارند. در دمای معمولی کاملا صلب بوده، اما در دمای 120 درجه سانتی­گراد نرم می­شوند. شکل­پذیری بسیار خوبی دارند. مقاومت آن­ها در برابر هوازدگی عالی است و جذب آب آن­ها بسیار کم و در برابر مواد شیمیایی نیز پایدار هستند. ضریب انبساط خطی حدودا هفت برابر فولاد دارند.

کاربرد آن­ها به­صورت پوشش بوده و چسبندگی این پوشش­ها و مقاومت آن­ها در برابر هوازدگی بسیار مطلوب است. هم­چنین در علایم راهنمایی، روشنایی، گنبد، نورگیر و سرویس­های بهداشتی به­ کار می­روند و به شکل مایع برای پوشش بام استفاده می­شوند[4].

2-1-7- پلی ­آمیدها (نایلون­ها)

نایلون­ها، بسپارهای خطی هستند و به شکل گروهی از گرمانرم­های بلوری تولید می­شوند. استفاده از روان­کننده­ها، پرکننده­ها و سایر افزودنی­ها در نایلون سبب ارتقای خواصی چون پایداری در برابر تجزیه گرمایی و نور، حمله قارچ­ها و غیره شده و هم­چنین می­توان از کندسوزکننده­ها برای بهبود رفتار در برابر شعله استفاده نمود.

نایلون­ها دارای ترکیبی از خواص مکانیکی خوب مانند مقاومت در برابر خستگی و خزش، دوام و جهندگی (Resilience) هستند. از معایب آن­ها جذب رطوبت زیاد است. مقاومت سایشی آن­ها نیز خوب است. از لحاظ خواص گرمایی برای کاربرد در دمای 80 تا 100 درجه سانتی­گراد به مدت طولانی مناسب هستند و این رفتار با استفاده از پایدارکننده­های حرارتی تا 140 درجه سانتی­گراد افزایش می­یابد.

نایلون­ها در برابر مواد سوختی، روغن­ها، چربی­ها و اغلب حلال­ها (مانند هیدروکربن­های آلیفاتیک و آروماتیک، هیدروکربن­های کلردار، استرها، کتون­ها و الکل­ها) پایدارند. هم­چنین در برابر ترکیبات قلیایی­ نیز پایداری خوبی نشان می­دهند.

از معایب آن­ها ضعف در برابر اسیدهای معدنی قوی، اسید استیک و حلالیت در فنل­ها می­باشد. پلی­آمیدها عایق برق خوبی هستند، اما این خاصیت به شدت نسبت به رطوبت و دما حساس است. ویژگی بارز نایلون­ها که ضریب اصطکاک کم آن­ها می­باشد، از جمله دلایل مصرف آن­ها در ساخت و قالب­گیری اجزا و قطعات مهندسی سبک، مانند دنده­ها، بست پنجره­ها و پیچ و مهره­ها می­باشد. هم­چنین در ساخت روکش سیم­ها به­کار می­روند[4].

2-2- گرماسخت­ ها

2-2-1- فنل فرمالدئید (PF)

فنل فرمالدئید از ترکیب فنل و فرمالدئید در حضور کاتالیزور به­دست می­آید. خصوصیات مواد قالب­گیری شده از این نوع بسپار بسیار متغیر بوده و به نوع پرکننده مصرفی در ساخت آن­ها بستگی دارد. انتخاب پرکننده بر اساس نیاز نهایی و نحوه استفاده از محصول به­دست آمده است. خاک اره، مواد معدنی، آزبست، نایلون، کاغذ، دوده و الیاف شیشه به عنوان پرکننده مصرف می­شوند.

مدول زیاد، پایداری در برابر تغییرشکل ناشی از بار و مقاومت فشاری خوب از ویژگی­های مکانیکی این بسپار است. پایداری ابعادی آن­ها در محدوده دمایی وسیعی مناسب است، اما در دمای بیش از C° 150 محدودیت عملکرد دارند.

این بسپارها مقاومت الکتریکی زیادی دارند، در برابر حلال­هایی نظیر اسیدهای ضعیف و اکثر مواد پاک­کننده پایدارند و دارای جذب آب بسیار کمی هستند. اما در برابر اکسیدکننده­های قوی پایدار نیستند.

در مجموع، کاربردهای این بسپار متنوع بوده و بستگی به نوع پرکننده به­کار رفته در آن دارد. از جمله مصارف آن می­توان جعبه فیوز، بدنه ابزار دقیق، اجزای لوازم برقی خانگی، دسته اتو، صفحه داشبورد خودرو، دسته دریل، سرپیچ لامپ و قطعات شیرآلات را نام برد[4].

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 177 ام ماهنامه بسپار که در خرداد ماه منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.