Новые полимеры в строительстве и реставрации

Строительная индустрия относится к наиболее крупным потребителям синтетических полимеров. Поэтому применение полимеров в строительстве и производство строительных материалов на их основе непрерывно увеличивается из года в год. Одновременно расширяется и их ассортимент. Это связано с тем, что требования, предъявляемые к традиционным строительным материалам, качественно меняются. Известные в течение многих веков материалы, используемые в строительстве, с каждым годом все меньше отвечают задачам, стоящим перед индустриальными методами их производства и перед современной архитектурой. В строительстве химические вещества использовалась всегда, не представляет исключения и химия полимеров. Полимеры - высокомолекулярные соединения, важнейшая составная часть пластмасс. Исходным сырьем для получения полимеров служит природный газ, а также «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти и каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля. Состоят они в основном из трех групп химических соединений: 1) связующего (различные смолы, полистирол, фенолоформальдегидные соединения); 2) пластификатора; 3) наполнителя. В качестве вспомогательных веществ в их состав входят также пигменты (красители), стабилизаторы.

В настоящее время в строительстве широко применяются различные виды полимеров. При конструировании и отделке зданий и сооружений успешно используются современные синтетические материалы наряду с металлом, бетоном, древесиной, стеклом. Иногда полимеры выступают в качестве аналогов традиционных стройматериалов, но часто уникальные свойства синтетических композитов делают их незаменимыми.

К полимерам относятся различные пластики АБС, ПВХ, поликарбонат, полиэтилен, полистирол, фторопласт, искусственный каучук, композитные составы с армирующими элементами из углеволокна, стекловолокна, стеклохолста, металла и так далее. В зависимости от конкретных требований синтетические материалы могут обладать различной прочностью, гибкостью, цветом, степенью прозрачности, стойкостью к температурным воздействиям [1-4].

Сферы применения полимеров в строительстве

Направления применения полимеров в строительстве чрезвычайно широко. Часто один и тот же материал может использоваться в различных областях, например – в качестве звуко- и теплоизоляции, конструкционных и декоративно-отделочных элементов. Основные направления применения полимеров в строительстве следующие:

• несущие и ограждающие конструкции;
• теплоизоляция;
• гидроизоляция;
• полы и напольные покрытия;
• инженерные коммуникации;
• клеи, пены;
• модифицирующие добавки.

Несущие и ограждающие конструкции

В современных несущих и ограждающих конструкциях широко применяются полимеры, обладающие высокой прочностью, пластичностью и низкой теплопроводностью. Основными направлениями использования полимеров являются: конструкции из полимербетона, композитные стойки, балки и арматура, многокамерные рамы для стеклопакетов, остекление из монолитного и сотового поликарбоната, светопрозрачное покрытие для теплиц, оранжерей и так далее.

Полимербетон. На сегодняшний день насчитывается около 30 видов полимерного бетона, обладающего различными свойствами. Для изготовления полимербетона могут использоваться эпоксидные, фурановые, полиэфирные и другие виды искусственных смол. В сравнении с традиционным бетоном, полимербетон обладает более высокими эксплуатационными качествами и успешно противостоит воздействию агрессивных сред.

Основные области применения полимербетона в строительстве – фундаменты в грунтах с агрессивными водами, ремонт и восстановление железобетонных конструкций, трубы канализационных коллекторов, полы в промышленных зданиях, обладающие повышенными требованиями к износостойкости, маслостойкости, бензостойкости, электропроводности, электростатике и т.д.

Стеклопластик является композитным материалом, состоящий из нескольких слоев пластика, армированных стекловолокном или стеклохолстом. Он успешно применяется в качестве альтернативы стали в несущих конструкциях, емкостных сооружениях, трубопроводах. Светопрозрачные виды стеклопластика используются для вертикального и горизонтального остекления (кровли, балконы, лоджии).

Поликарбонат сотового и монолитного типов – один из самых популярных и востребованных полимерных материалов для остекления. Высокая степень прозрачности, прочность, экологическая и санитарно-гигиеническая безопасность, низкая травмоопасность позволяют с успехом применять поликарбонат в жилых, офисных и производственных зданиях, теплицах и оранжереях, спортивных сооружениях.

Из монолитного поликарбоната изготавливают современное ударопрочное антивандальное остекление, прозрачные полы и стены. Профилированный монолитный поликарбонат применяется для устройства прозрачной кровли и навесов.

Теплоизоляция

Теплоизоляционные материалы, в том числе, полимерные, занимают огромную нишу на современном строительном рынке. К наиболее востребованным синтетическим утеплителям относятся:

• пенополистирол (пенопласт),
• экструдированный пенополистирол,
• жесткий пенополиуретан,
• пенополиуретан напыляемого типа.

Гидроизоляция

Полимерные материалы обладают отличными гидроизоляционными свойствами, в связи с чем входят в состав различных водозащитных систем, в том числе, окрасочного, обмазочного, оклеечного, штукатурного и проникающего типов. Наиболее известными видами полимерной гидроизоляции являются:

• битумнополимерные составы для обмазки горизонтальных и вертикальных бетонных поверхностей, в том числе – заглубленных.
• полимерные мембраны ПВХ, ТПО – современное техническое решение для гидроизоляции кровельных конструкций. Удобны, надежны, пригодны к ремонту.
• штукатурные гидроизоляционные составы, самым распространенным из которых является полимерный торкретбетон, являются надежной защитой для заглубленных железобетонных конструкций.;
• проникающие составы – современный и прогрессивный способ гидроизоляционной защиты железобетонных конструкций. Одновременно состав увеличивает прочностные характеристики существующих сооружений из бетона.

Полимерные полы

Полимерные полы, называемые также наливными, позволяют создать идеально ровное покрытие на черновых конструкциях из бетона, древесины, металла. Образуемая в результате отверждения поверхность полимеров, не нуждается ни в какой дополнительной отделке. Наибольшее распространение наливные полы получили в производственных зданиях, торговых центрах, складских помещениях, медицинских и образовательных учреждениях.

Преимуществами наливных полов являются: высокая прочность, эстетические качества, износостойкость, герметичность, отсутствие пыления, химическая и биологическая инертность, искробезопасность. Срок службы материала в условиях интенсивной производственной эксплуатации составляет не менее 10 лет.

Наиболее распространены следующие виды полов из полимерных материалов:

• полиуретановые;
• эпоксидные;
• полиметилметакрилатные.

Инженерные коммуникации. Наиболее обширным направлением является использования полимерных материалов – инженерно-техническое оборудование зданий. Современные пластиковые и металлопластиковые трубопроводы отличаются надежностью, долговечностью, удобством монтажа, прочностью, ремонтопригодностью, стойкостью к механическим и химическим воздействиям. Полимеры используются во всех видах инженерных коммуникаций: водоснабжение, канализация, теплоснабжение, отопление, воздуховоды, гофры для силовых и слаботочных электрических сетей.

Наряду с «чистыми» полимерами (ПВХ, полиэтилен, полистирол и т.д.) для производства трубопроводов повышенной прочности используются композиционные материалы. Стеклопластик, сопоставимый по прочности со сталью, в 4 раза ее легче, не подвержен коррозии, не зарастает, стоит дешевле. Из него изготавливают коллекторы больших диаметров, прокладываемые под автодорогами с большой интенсивностью движения.

Полимерные клеевые составы и пены

Клеевые составы на базе полимерных соединений отличаются высокими адгезионными свойствами, водостойкостью. Используются для склеивания различных элементов из пластмасс, древесины, металла, бетона, стекла, керамики и других искусственных и природных материалов. Зачастую прочность соединения превышает прочность самих склеиваемых деталей.

Основные области применения полимерных клеевых составов – ремонт бетона и производство клееных деревянных конструкций. В связи с популярностью последних в состав клея вводятся добавки, снижающие (и даже полностью исключающие) вероятность возгорания древесины. Популярностью пользуются также полимерные химические анкеры, для фиксации тяжеловесных металлических деталей в вертикальных и горизонтальных конструкциях из бетона и в кирпичной кладке.

Монтажные пены на основе пропан-бутановой и полиуретановой смесей – современное и технологичное решение для герметизации стыков строительных конструкций, удаления мостиков холода, гидроизоляции труднодоступных мест. Различают составы, увеличивающиеся в размерах в процессе отверждения и сохраняющие стабильность.

Модифицирующие добавки

Полимерные добавки способны значительно повысить эксплуатационные свойства традиционных строительных материалов, таких как бетон и древесина. В том числе, модифицирующие вещества усиливают:

• прочностные характеристики материалов;
• эластичность;
• износостойкость;
• водонепроницаемость;
• сопротивляемость химическим и биологическим видам угроз;
• адгезионные качества поверхности;
• срок службы.

В настоящее время на мировом рынке наблюдается увеличение объемов применения ПКМ в строительной индустрии. Так, в 2010 году объем рынка полимерных композиционных материалов (ПКМ) в сегменте «строительство» составил ~3,1 млн. долларов (~17% от общего объема). Как отмечалось выше, «строительный» сегмент занимает существенную часть рынка ПКМ. Основными областями применения ПКМ являются: арматура и гибкие связи; шпунтовые сваи и ограждения; сэндвич-панели, оконные и дверные профили; элементы мостовых конструкций (пешеходные мосты, переходы, несущие элементы, элементы ограждения, настилы, вантовые тросы); системы внешнего армирования. В последние годы в России обозначился резкий рост интереса к выпуску композитной арматуры, предназначенной для армирования бетонных строительных конструкций. В качестве армирующего наполнителя в арматуре может использоваться стекловолокно, непрерывное базальтовое волокно, а также углеродное волокно. В настоящее время можно выделить две основные тенденции развития технологии изготовления композитной арматуры за рубежом: использование двухслойной арматуры с сердечником из композита, армированного непрерывными волокнами, и внешней оболочки, армированной рубленным волокнистым наполнителем, и разработку технологий изготовления арматуры с использованием термопластичной полимерной матрицы [5].

Особенно хотелось бы отметить новый класс полимерных соединений – это полимерные нанокомпозиты. полимерные нанокомпозиты – класс многофункциональных гетерофазных материалов (наноматериалов), разработанный с использованием достижений нанотехнологий [6].

Получение полимерных нанокомпозитов на основе термопластов чаще всего состоит в смешивании расплавленного полимера с нанонаполнителем. Использование наноструктур, например фуллеренов или углеродных нанотрубок, позволяет получать Наномодификаторы для строительных материалов на основе линейных и сетчатых полимеров. Наиболее распространенными строительными полимерами являются из термопластичных (линейных)– поливинилхлорид, а из термореактивных (сетчатых) – эпоксидные, карбамидные, фенолформальдегидные, полиуретановые полимеры. Модификация данных полимеров, в том числе разработка физико-химических основ их наномодифицирования, в первую очередь осуществляется путем нанонаполнения. В связи с вышесказанным из большого числа рассмотренных модификаторов наиболее эффективными могут быть следующие:

• коллоидные растворы в виде золей, являющиеся высокодисперсными системами с жидкой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой, размеры частиц которой находятся в интервале 1–100 нм и имеют большую площадь поверхности. Для модификации ПВХ-композиций, в том числе древеснонаполненных, выбраны кремнезоли, стабилизированные щелочами, имеющие средний размер частиц 65 нм и рН = 10,3, в том числе и функционализированные;
• алюмозоли, представляющие собой оксигидроксиды алюминия, модифицированные уксусной кислотой, имеющие рН = 4,5 и средний размер дисперсных частиц 80 нм, могут быть эффективными модификаторами (Научно-технический и производственный журнал, июль 2011). Результаты научных исследований рами в композициях на основе карбамидной смолы, которая отверждается в кислой среде;
• повышение механических свойств и водостойкости полимеров на основе карбамидных смол (для получения как пенопластов, так и связующих для древесных пластиков) может быть достигнуто модификацией их водными эмульсиями эпоксидных олигомеров, также содержащих в разных количествах наноразмерные частицы;
• латекс винилиден-бутадиен-стирольного каучука с преобладающим размером частиц дисперсной фазы порядка 100 нм может быть использован в качестве модификатора битумных эмульсий, карбамидных смол и органо-неорганических связующих на основе полиизоцианата и жидкого стекла;
• многослойные углеродные нанотрубки имеющие 10–15 слоев трубок с внешним диаметром 10–15 нм, длиной 1–15 мкм (как в сухом состоянии, так и в виде водных дисперсий разной концентрации), могут быть эффективны для модификации ПВХ-композиций в количествах до 0,01 мас. %, обеспечивающие как повышение прочностных характеристик, так и повышение термостабильности за счет возможной сорбции выделяющегося хлорида водорода при деструкции ПВХ и являющегося катализатором дегидрохлорирования полимера;
• диоксид титана, оксид алюминия с размерами частиц порядка 70–100 нм – эффективные модификаторы жестких и пластифицированных ПВХ-композиций;
• слоистые глинистые силикаты являются самыми изученными нанодобавками при создании полимерных нанокомпозитов. Они стали первыми наноразмерными наполнителями при промышленном производстве полимерных нанокомпозитов [13–15]. Для модификации ПВХ с целью создания окрашенных изделий (пленочные материалы защитнодекоративного назначения, профили, сайдинг, тентовые покрытия и т. д.) автор с коллегами предлагают использовать цветные глины, в частности белая и голубая, имеющие наноразмерные частицы. Их эффективность обусловлена как высокоразвитой поверхностью, так и природой минеральной структуры и наличием органического компонента на поверхности глинообразующих минералов [7, 8, 9].

За последние 25–30 лет все в большей степени возрастает интерес к эпоксидным композитам, позволяющим существенно расширить комплекс свойств традиционных полимерных материалов и создать новые материалы, аналогов которым не существует в природе. Это относится не только к высокопрочным и высокомодульным, армированным волокнами композиционным материалам, нашедшим широкое применение в авиа- и космической технике, но и к материалам на основе жидких термореактивных эпоксидных связующих, наполненных зернистыми наполнителями. Принципы создания подобных материалов в чем-то близки к технологиям традиционных бетонов. Это обусловлено наличием полифракционного дисперсного наполнителя, обеспечивающего сверхвысокие степени наполнения (до 90–95 % мас.), сходством процессов его смешения со связующими и методов формования. Поэтому такие композиты и получили наименование полимербетонов (п-бетонов). П-бетоны на основе эпоксидных олигомеров принципиально отличаются от цементных бетонов по ряду ценных показателей. Для них характерна более высокая прочность (прочность при сжатии до 150 МПа, что в 10 раз выше, чем у традиционных бетонов), универсальная химическая стойкость (в т.ч. к концентрированным щелочам, кислотам и агрессивным газам), малая проницаемость по отношению к газам и жидкостям, высокая износостойкость, регулируемые в широких пределах электрические и теплофизические свойства.

В настоящее время эпоксидные полимеры являются наиболее перспективными с точки зрения получения материалов с высокими физико-механическими свойствами. Армированные пластики на основе эпоксидных связующих превосходят по ряду прочностных показателей марки легированных сталей. На основе эпоксидных смол получают клеи и покрытия с максимальной величиной адгезионной прочности к полярным материалам. Эпоксидные заливочные и пропиточные компаунды, благодаря разнообразию технологических свойств, высоким диэлектическим показателям, химической стойкости и широкому температурному диапазону эксплуатации, от –270 до +200 °С, а отдельных составов и до +250–300 °С, в сочетании с другими ценными свойствами, являются незаменимыми в электротехнической, радиотехнической, электронной и химической промышленности [10, 11].

Хотелось бы остановиться еще на одном аспекте – это экологической безопасности применяемых в строительстве полимеров.

В последние годы при строительстве жилых зданий стали уделять важное внимание экологической безопасности человека, которая находится в прямой зависимости от качества и рациональности использования строительных и отделочных материалов. На данный момент в отечественном строительстве используют полимеры, которые имеют огромную популярность в современном строительстве. Полимерные строительные материалы могут по-разному оказывать влияние на человека и окружающую среду, поэтому важно провести оценку экологической безопасности полимерных строительных материалов.

В настоящее время актуальность данной проблемы возросла из-за интенсивного внедрения полимерных строительных материалов, содержащих различные химические добавки, нередко в виде промышленных отходов, широкого использования синтетических моющих, чистящих и косметических средств, что наряду с относительным повышением комфорта проживания существенно увеличило суммарную химическую нагрузку на организм человека и нередко делает жилую и производственную среду экологически опасной для человека. Из строительных материалов в воздух помещений могут поступать сотни различных химических соединений.

Широчайшее применение полимеров в строительстве, помимо таких положительных свойств, как антикоррозийность, эластичность, гибкость, технологичность, обусловлено в первую очередь возможностью создавать из них материалы с заданными разработчиками свойствами. Спектр применения полимеров в строительстве весьма широк. Они повсеместно используются для: покрытия полов (линолеум, релин, поливинилхлоридные плитки и др.),

внутренней отделки стен и потолков, гидроизоляции и герметизации зданий, изготовления тепло – и звукоизоляционных материалов (поропласты, пенопласты, сотопласты), кровельных и антикоррозионных материалов и покрытий, оконных блоков и дверей, конструкционно-отделочных и ограждающих элементов зданий, лаков, красок, эмалей, клеев, мастик (на полимерном связующем) и для многих других целей.

При оценке экологической чистоты полимерных строительных материалов руководствуются следующими основными требованиями к ним: полимерные материалы не должны создавать в помещении стойкого специфического запаха; выделять в воздух летучие вещества в опасных для человека концентрациях; стимулировать развитие патогенной микрофлоры на своей поверхности; ухудшать микроклимат помещений; должны быть доступными влажной дезинфекции; напряженность поля статического электричества на поверхности полимерных материалов не должна быть больше 150 В/см (при относительной влажности воздуха в помещении 60-70%) [12].

Но полимеры используются не только в строительной отрасли, но также в реставрации.

Химические материалы и технологии их применения в реставрации разнообразны и охватывают, по существу, все классы органических и неорганических веществ. Особое место среди химических материалов, применяемых в реставрационных работах, занимают полимеры - природные и синтетические вещества. Широкий диапазон свойств полимеров дает возможность применять их для реставрации изделий дизайна из различных материалов. Растворы макромолекулярных соединений в органических растворителях используют в качестве клеев, лаков для поверхностных защитных покрытий, укрепления ослабленных пористых памятников. Наряду с некоторыми олигомерами они являются связующими композиций, рекомендованных для изготовления мастик и формовки утраченных фрагментов. Водные растворы полимеров применяют в качестве клеев, на их основе получают пленки, сорбирующие загрязнения с поверхности различных материалов. Клеями, герметиками и очищающими составами являются латексы различных полимеров и сополимеров. Мономерами пропитывают ослабленные пористые экспонаты. При последующей полимеризации мономеров происходит повышение прочности материала. Несмотря на теоретические и практические достижения в области полимерной химии и технологии пока только немногие полимеры нашли применение в реставрации. Многолетней практикой выработаны критерии выбора полимеров для реставрации.

Ниже они приведены в порядке их значимости.

1. Долговечность.
2. Адгезионные свойства, обеспечивающие прочное соединение полимера с материалом экспоната.
3. Сохранение прочного соединения с материалом памятника при длительном его хранении
4. Отсутствие в полимере групп, способных реагировать с материалом экспоната, и исключение возможности появления таких групп при пропитке и длительном контакте полимера с материалом экспоната.
5. Бесцветность и прозрачность полимерной пленки на поверхности материала.

Среди большого числа полимеров, выпускаемых нашей промышленностью, только немногие целесообразно рекомендовать для реставрационных целей. В зависимости от характера расположения полимерных цепей, их упорядоченности высокомолекулярные соединения находятся в аморфном, частично кристаллическом или кристаллическом состоянии. Для аморфных полимеров характерны три физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее.

В реставрации находят применение как синтетические, так и природные полимеры.

Синтетические полимеры

Синтетические полимеры по химическому составу делятся на:

• карбоцепные – их основная цепь состоит из углеродных атомов (полиметилметакрилат, поливинилацетат и др.);
• гетероцепные – их основная цепь кроме углеродов содержит атомы кислорода, азота, серы, фосфора, бора, кремния, алюминия и др. элементов (полиэтиленоксид);
• элементорганические – их макромолекулы наряду с углеводородными группами содержат неорганические фрагменты (фенолоальдегидные полимеры).

По способу получения различают полимеры полимеризационные и поликонденсационные.

Синтетические полимеры характеризуются значительно более ограниченным сроком службы, чем вещества, входящие изначально в состав материалов произведений искусства.

Название полимеров складывается из приставки поли- и названия исходного мономера. Например: полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), поливинилацетат (ПВА), полиакриловая кислота (ПАК), полиметилакрилат (ПМА), полиметакриловая кислота (ПМАК), полиметилметакрилат (ПММА). Возьмем, например, полиэтиленоксид. В реставрации полиэтиленоксид применяют для консервации мокрого археологического дерева. Низкая токсичность, стойкость к действию кислорода позволяют рассчитывать на расширение области его применения (например, при загущении красок и латексов). Полиуретаны получают путем ступенчатой (миграционной) полимеризации. Исходными соединениями для их получения являются да- или полиизоцианаты и двух- или многоатомные спирты. Полиуретаны – высокоплавкие, прочные материалы (т. пл. 150-200 °С). Они растворяются в феноле, крезоле, сильных кислотах. Обычно эти полимеры получают с молекулярной массой от 13000 до 30000. Их применяют для изготовления клея для керамики, стекла, древесины, пластмасс. Для них характерна высокая атмосферостойкость, стойкость к действию кислорода воздуха. Твердые полимеры имеют вид слоновой кости. Полиуретановые клеи – прозрачные или желтовато-коричневые вязкие жидкости. Жизнеспособность клея 1–3 ч, поэтому его готовят непосредственно на месте применения. Полиуретановые клеи поставляются потребителю в виде отдельных компонентов в герметически закрытой 695 упаковке, обеспечивающей их сохранность в течение многих месяцев. Клеи могут содержать или не содержать растворитель. Для монтировки художественных произведений используют легкий, прочный пенополиуретан. Его получают непосредственно на экспонатах, которые необходимо монтировать. Исходными гидроксилсодержащими соединениями для получения пенополиуретанов служат полиэфиры с молекулярной массой 2000–2500. Эпоксидные смолы представляют собой поликонденсационные гетероцепные полимеры (точнее олигомеры) сравнительно невысокой молекулярной массы, образующиеся при взаимодействии соединений, содержащих эпоксидную группу, с двух- или многоатомными спиртами. Эпоксидные олигомеры представляют собой вязкие жидкости от светло-желтого до коричневого цвета. Они растворяются в кетонах, ароматических углеводородах, сложных эфирах и других органических растворителях. В зависимости от способа получения их молекулярная масса изменяется от 370-600 до 1500-3800. При введении веществ, называемых отвердителями, происходит отверждение (сшивание) эпоксидных олигомеров - переход их в неплавкое и нерастворимое состояние. Отверждение при комнатной температуре наступает через 10-15 ч. Эпоксидные полимеры обладают высокой адгезией и клеящей способностью. Они, как правило, не светостойки, со временем темнеют. В реставрации эпоксидные полимеры применяют в качестве клеев и основы для мастик. Из них формируют различные детали для воссоздания утраченных фрагментов, а также отливают копии небольших экспонатов. Отрицательным качеством этого полимера является трудность его удаления с памятника, он обладает прочностью и нерастворимостью. В реставрации часто пользовались и пользуются до настоящего времени клеевыми композициями. Эти композиции обычно применяют в виде спиртовых растворов. Наибольшее распространение получила клеевая композиция поливинклбутираль – фенолоформальдегидный олигомер в соотношениях 1:1. Из синтетических модифицированных полимеров большое значение для реставрации имеют: поливиниловый спирт (ПВС), поливинилбутираль (ПВБ), метилолполиамид (МПА).

Природные полимеры. К широко применяемым в реставрации природным полимерам в первую очередь следует отнести животные (белковые) и растительные клеи. Животные клеи (желатина, костный, мездровый) получают из коллагена тканей животных. Наиболее чистым из этой группы клеев является желатина; клеи, получаемые при вываривании кожи животных (мездровый, кожный), являются высокоэластичными. Рыбий клей, получаемый из коллагена осетровых рыб (осетровый клей), широко применяется в реставрации станковой живописи и икон. Животные клеи растворимы в теплой воде и разбавленных растворах солей; нерастворимы в этиловом спирте, ацетоне, сложных эфирах, предельных и ароматических углеводородах. При растворении вначале имеет место продолжительный процесс набухания при комнатной температуре, после чего при нагревании происходит уже собственно растворение. Продолжительное нагревание выше ведет к снижению вязкости раствора и его клеящих свойств. Животные клеи имеют высокую молекулярную массу и поэтому образуют вязкие растворы. Растительные клеи готовят на основе крахмала, камедей, природных смол – даммары, канифоли, сандарака, мастикса, янтаря, шеллака, копалов. Крахмал является традиционной основой для клеев, применяемых в реставрации произведений на бумаге. Для реставрации используют пшеничный клей. Из пшеничной муки готовят 8%-й клейстер и пластифицируют его 2 % глицерина. С помощью такого клея и проводят реставрацию бумаги – заклейку утрат, дублирование документов и архивных материалов, наклеивание произведений графики на новую основу. Приклеивание прочное, не отслаивается в течение многих лет. В случае необходимости при смачивании водой склеенные листы легко можно разнять. Природные смолы находят широкое применение в реставрации. Химический состав природных смол до настоящего времени полностью не выяснен. В основном они содержат смоляные кислоты, их эфиры, высшие спирты. Смолами широко пользовались в реставрации памятников из различных материалов, однако постепенно их вытесняют синтетические полимерные вещества. Даммаровые лаки. Даммаровые покрытия считаются наиболее светостойкими из всех покрытий на основе природных смол. Из даммары приготовляют лаки, иногда с добавлением восков, полимеризованного льняного масла. Даммаровые лаки используются в качестве защитного средства для покрытия живописи. При реставрации произведений масляной и темперной живописи применяют промышленные образцы даммаровых лаков – 30%-й раствор смолы в смеси пинен: этиловый спирт - 1:1. Восками называют жироподобные вещества растительного или животного происхождения. Они состоят из сложных эфиров, образованных высшими жирными кислотами и высокомолекулярными обычно одноатомными спиртами. В древности пчелиный воск применяли в качестве связующего красок для живописи (энкаустика). Без изменения внешнего вида пигменты в композициях из воска, смол и жиров дошли до нашего времени. Произведения искусства из многих материалов иногда покрывают или пропитывают расплавами или растворами воска для защиты от атмосферных воздействий. При этом они приобретают гидрофобность, но липкость воска уже при сравнительно низких температурах способствует загрязнению поверхности. В реставрации часто используют воскосмоляные мастики для скрепления водоотталкивающих слоев краски масляной живописи, укрепления ослабленного красочного слоя современной темперы, заполнения утрат. Воскосмоляную мастику используют при дублировании картин масляной живописи на холст и стеклоткань, а также для сохранения каменных, металлических и деревянных произведений искусства (ганозис) и дизайна изделий [13, 14, 15].

Обоснованы требования к вспомогательным низкомолекулярным веществам для полимеров. К вспомогательным относятся разные группы веществ, попадающих до синтеза или специально добавляемые в полимер для изменения его свойств. Первая группа – это вещества, вводимые в полимер до или при его синтезе: инициаторы, регуляторы молекулярной массы макромолекул, растворители, осадители, поверхностно активные вещества и т. п. Необходимо, чтобы в готовом полимере эти вещества присутствовали в возможно меньших количествах. Многие из этих веществ можно удалить путем по следующего переосаждения полимера. Снизить количество мономера можно постполимеризацией реакционной массы при повышенных температурах. Однако необходимо выбирать такие температуры, при которых не происходит процесс термодеструкции полимера. Содержание в полимере оставшегося мономера не должно быть более 1–0,5%. При выборе способа синтеза, если пользоваться блочной полимеризацией, то в этом случае полимер содержит лишь небольшие остатки инициатора и мономера. Если инициирование проводят фотооблучением, ионизирующим или радиационным облучением, то в полной мере остаются лишь малые количества мономера. При синтезе полимера суспензионной или эмульсионной полимеризацией необходим выбор таких эмульгаторов или диспергаторов, которые бесцветны, не приобретают окраску при старении, биостойки, не взаимодействуют химически с реставрируемыми экспонатами.

Вторая группа – это вещества, используемые для модификации свойств полимеров: пластификаторы, термо и фотостабилизаторы, антиоксиданты, биоциды, олигомеры и др. материалы. К ним предъявляются те же требования, что и к полимерам, и к веществам, сопутствующим синтезу полимеров. Особо необходимо выделить группу веществ, являющихся растворителями полимеров. Растворители используют при растворной полимеризации, приготовлении клеев и лаков, получении растворов полимеров для пропитки пористых объектов. Растворяющую способность растворителей оценивают по соотношению плотности энергии когезии растворителя и полимера. Однако практически выбор растворителей эмпиричен. Растворители должны иметь малую пожароопасность, малотоксичность, необходимую вязкость, химическую инертность к полимеру и к объекту реставрации, бесцветность. Используют растворители высокой степени очистки [16, 17, 18-26].

Ниже мы приводим обзор зарубежной литературы по новым полимерам в строительстве и реставрации.

В статье «Интенсивный подход в регулировании эффективности энергонасыщенных материалов» представлен обзор нанотехнологии. которая позволяет делать что-то новое практически во всех мыслимых областях. Описаны первые попытки использования нанонауки/нанотехнологий. Развитие строительной отрасли сосредоточено главным образом на понимании явлений и улучшении характеристик существующих материалов. В последнее время полимерные нанокомпозиты начали внедряться и в других областях, например, в строительной отрасли. Область полимерных нанокомпозитов в наши дни привлекает значительное внимание из-за разнообразия потенциальных практических применений. Они открыли большие возможности в области устойчивого строительства/зеленого строительства благодаря своей эффективности и защите окружающей среды. Их использование в строительной отрасли еще менее известно за пределами исследовательской области. Данная статья представляет собой краткий обзор последних исследований, проведенных в этой области, с учетом того, что некоторые наноматериалы готовы к использованию в строительной отрасли. В этом обзоре представлены некоторые исследования, проведенные в области применения полимерных нанокомпозитов в основных строительных материалах, таких как бетон, асфальт, тепло- и звукоизоляция, клеи, покрытия, пластмассы и в энергетике [27, 28].

В материалах конференции приведена разработка передового композитного материала, которая открыла двери для нового и инновационного применения переработанных полимеров в гражданском и строительном строительстве. Проведены физ. и мех. исследования свойств армированных и неармированных образцов. Таким образом, было оценено применение переработанных материалов в бетонных композитах: (i) для преобразования отходов в полезный продукт, (ii) для потребления отходов, которые в противном случае были бы отправлены на свалку, и (iii) для защиты окружающей среды от сильного загрязнения [29].

В материалах конференции приведены достижения в области клеевых технологий, которые позволили лесной промышленности производить из отходов широкий спектр композитных панелей, таких как ДСП и плиты средней плотности. древесноволокнистая плита для использования в домашнем строительстве, столярном деле и мебели. Кроме того, в крупных населенных пунктах сейчас строятся предприятия по производству панелей для переработки городских отходов волокна в новые композитные панели. Достижения в области технологий склеивания, как термореактивных полимерных смол, так и методов склеивания, привели к появлению ошеломляющего ассортимента продукции: от пиломатериалов, ламинированных балок, ориентированно-стружечных плит и фанеры до мебели и напольных покрытий. Производители смол постоянно работают над улучшением своих смол и предлагают связующие решения для строительной отрасли [30].

В статье “Polymer cement mortar and plastic concrete in the construction industry” описан полимерцементный раствор (А), в который добавляется водный поливинилацетат (I) - Дисперсия, приготовленная в соответствии с нормой ГДР (TgL 117-0378), в которой установлены правила производства и применения А в строительной отрасли. Влияние различных полимеров на прочность при сжатии А представлено на графике. Далее были исследованы: влияние В/Цемента-Коэффа. v к различным полимерам, содержащим A, пластификатор I к прочности на сжатие A до 360 дней Polymergeh, и пластификатор в I к изменению длины А-Пробена в течение 360 дней [31].

В обзоре Nanotechnology innovations for the construction industry представлен широкий спектр проблем, с которыми сталкивается строительная отрасль, начиная от характеристик материалов и заканчивая проблемами окружающей среды и безопасности, который связан с материалами и их свойствами. Последние разработки в различных областях нанотехнологий. показывают значительные перспективы в решении многих из этих проблем. Исследования и разработки показали, что применение нанотехнологий. может улучшить характеристики традиционных строительных материалов, таких как бетон и сталь. Заметные улучшения в прочности, долговечности и устойчивости бетона достигаются за счет продуманного использования наночастиц металлов/оксидов металлов и специально разработанных наночастиц (углеродных нанотрубок и углеродных нановолокон), а экологически чувствительные антикоррозионные покрытия, полученные с использованием методов наноинкапсуляции, показывают себя многообещающе в лабораторных условиях. Разработки в области нанотехнологий также улучшают точность и коммерческую жизнеспособность сенсорного мониторинга состояния конструкций; задача, быстро приобретающая важность, поскольку структуры, которые включают в себя самые дорогие инвестиции многих стран, приближаются к концу их проектного срока службы. Поскольку потребление энергии во всем мире продолжает расти, особое внимание уделяется потенциалу нанотехнологий. разработки по снижению энергопотребления стали очевидными. Исследования показывают, что нанотехнологии. может способствовать созданию новых систем охлаждения и улучшению функциональности солнечных элементов и изоляции. Ряд наноматериалов также используется для добавления новых функциональных возможностей, таких как свойства самоочистки, к традиционным продуктам строительной отрасли, например, краскам и цементу. Продукты первого поколения доступны на рынке, а дальнейшие достижения очевидны в научной литературе [32].

В статье «Developments in the use of urethane polymers in the construction industry» рассмотрена прочность, стабильность размеров, теплопроводность и старение пенополиуретана, а также ценность жесткого пенопласта в качестве изоляции в строительной отрасли [33].

В материалах конференции обсуждаются рецептуры и свойства сборного полимербетона в строительной отрасли [34].

В статье «Polymers in the preservation and restoration of art works» описано, каким образом изучение природных и синтетических материалов способствует развитию новых и интересных методов консервации древностей и произведений искусства. Постоянная борьба реставраторов за предотвращение порчи объектов привела к увеличению использования синтетических полимеров в качестве клеев, защитных покрытий и связующих, а также для их консолидации. Поскольку полимеры незаменимы для сохранения художественных и исторических памятников, обсуждаются различные используемые материалы с изучением их химического состава, и физ. свойства и недостатки. Дальнейший интерес представляют методы консервации, а также приоритеты исследований для будущей консервации картин, скульптур, архитектуры, керамики, бумаги, мебели и археологических раскопок [35].

В статье «Physical properties and microstructure of ceramic-polymer composites for restoration works» описаны цементные растворы, приготовленные с частицами стеатита, которые исследовались для реставрации скульптур и других ремесленных изделий. В данной работе исследуется добавление термореактивного полимера в композиты на основе цемента, армированные остатками частиц стеатита, с целью герметизации открытых пор, уменьшения проникновения воды и, таким образом, увеличения срока службы материала. Для исследования влияния размера частиц стеатита и полимерной фракции на физ. и мех. свойства композиционных материалов, такие как объемная плотность, кажущаяся пористость, модуль упругости и прочность на сжатие. СЭМ использовался для выявления особенностей микроструктуры, связанных с физ. характеристиками. Результаты показали, что наивысшая прочность на сжатие (43 МПа) и наименьшая кажущаяся пористость (0,19%) достигаются при более крупных частицах стеатита (в диапазоне от 1,41 мм до 0,42 мм) и использовании 40% полимерной фазы. Композит с лучшими характеристиками также имел текстуру и цвет, очень похожие на характеристики поверхности натурального мыльного камня, что делает его пригодным для реставрационных целей [36].

Представлен обзор, описывающий критерии и методы использования синтетических полимеров для реставрации и консервации произведений искусства [37].

Статья «Use of polymers in conservation and restoration of works of art and objects of historical value» состоит из двух частей. В первой представлены повреждения произведений искусства и антиквариата, вызванные, главным образом, воздействием окружающей среды, температуры, влажности, загрязнителей воздуха и света. Во второй описываются наиболее важные полимеры, которые до сих пор используются для консервации и реставрации объектов. Эти полимеры обладают определенными характерными свойствами и используются в качестве закрепителей, клеев, покрытий и материалов для демонстрации и хранения музейных предметов. Вклад полимерных материалов в этой области очень важен [38].

Представлен обзор по получению и характеристикам полиротаксанов [39]. В статье «New developments in resin restorative systems» описано, как в течение последних нескольких лет предпринимались попытки разработать полимерные композиции, которые могли бы заменить керамические материалы при реставрации окклюзионных поверхностей. В большинстве случаев смолы проявляют недостаточную износостойкость, тогда как керамические материалы имеют тенденцию к чрезмерному истиранию всего, что противостоит им окклюзионно. Судя по недавней информации, кажется, что в достижении этой цели были достигнуты большие успехи. Автор обсуждает эти достижения и предлагает возможную замену амальгамы на основе новой технологии [40].

В статье «A new polymer rigid matrix material» представлен ПРИММ, или полимерный жесткий неорганический матричный материал, который является многообещающим новым веществом. Представлен оригинальный подход к совершенствованию композитов на основе смол. Домены прочных, прочно связанных сшитых керамических волокон улучшают физические свойства и характеристики обработки. PRIMM может стать апостериорной реставрацией будущего [42].

Заключение. Новые полимеры находят все большее применение в современном строительстве, в области реставрации, в промышленности.

Значительную роль в применении новых полимеров играют синтетические и природные полимеры, полимеры, созданные на основе нанотехнологий, эпоксидные полимеры.

В последнее время расширились области их применений, в частности, они начали применяться в фармацевтической и радиоэлектронной промышленности.

Большой вклад в развитие этой области химии внесли отечественные ученые, такие как К.А. Андрианов и И.Л. Кнунянц., Коршак В.В., Х.С. Багдасарьян и др., а также западные ученые, такие как Эдгар Эндрюс, Норман Беккедал, Фрэнк Херцег.