Производство и развитие полимерных отделочных материалов теснейшим образом связано с развитием органической химии.
Получение впервые в 1828 г. немецким химиком Веллером органического вещества (мочевины) синтетическим путем, открытие в 1830 г. шведским химиком Берцелиусом явления полимеризации, разработка в 60-х годах XIX в. А. М. Бутлеровым теории строения органических соединений — вот основные вехи развития органической химии, послужившие ее дальнейшему развитию в целом и химии полимерных материалов в частности.
Первыми промышленными синтетическими пластиками были фенопласты. В 1902 г. в полузаводских условиях был получен первый синтетический полимер — лаккаин — посредством конденсации фенола с формальдегидом. В 1908 г. Бакеланд получает патент на фенопласт «бакелит». Получает распространение эбонит.
С 1907 по 1914 гг. было налажено промышленное производство искусственных твердых фенольноальдегидных полимеров, получаемых путем поликонденсации. Выдающуюся роль в этих работах сыграл русский химик Г. С. Петров.
Полиэфирные и мочевиноформальдегидные полимеры были освоены промышленностью в 20-е и 30-е годы; вторая половина 40-х годов ознаменовалась бурным развитием производства полимеризационных пластмасс. Помимо полистирола, поливинилхлорида появились новые виды поликонденсационных полимеров — полиамидные, кремнийорганические, полиуретановые и др. Увеличение выпуска синтетических смол позволило освоить производство изделий и конструкций на их основе.
В настоящее время промышленность выпускает изделия широкой номенклатуры из различных видов пластмасс.
По назначению отделочные пластмассы условно делятся на шесть классов: рулонные — линолеум, пленки, обои; плиточные — для полов и стен; листовые — эластичные, полуэластичные, жесткие; погонажные — плинтусы, поручни и пр.; штучные — сантехнические, архитектурные детали, фурнитура и пр.; мастичные — мастики, клеи, лаки, краски и т. д.
По структуре пластмассы разделяются на жесткие (пластики) и эластичные (эластики).
В состав пластмасс обычно входят три группы веществ — связующее, наполнитель и пластификатор. Кроме того, они могут содержать красители, стабилизаторы, ускорители отверждения и другие компоненты. Если основные свойства пластмассы зависят от связующего, то название пластмассы определяется видом этого связующего, например фенопласты (на основе фенолформальдегид-ных смол), аминопласты (на основе продуктов взаимодействия аминов с альдегидами), стиропласты (на основе стирола) и т. д. Если основные физико-механические свойства пластмасс определяются свойствами наполнителя, то они получают наименование по характеру наполнителя, например текстолит (на основе ткани из органических волокон), стеклотекстолит (на основе стеклоткани), стекловолокнит (на основе обрезков стеклянного волокна) и т. д.
Связующие в пластмассах бывают природными и искусственными. К природным относят крахмал, клетчатку, многие природные смолы (каучук, алкидные смолы), белковые вещества (яичный белок, казеин), к искусственным — синтетические смолы.
По составу основной цепи макромолекул полимеры можно разделить на три группы:
1) карбоцепные, молекулярные цепи которых состоят только из углеродных атомов (полиэтилен, полипропилен и пр.);
2) гетероцепные, в макромолекулярных цепях которых кроме атомов углерода содержатся еще атомы кислорода, серы, азота, фосфора. К этой группе полимеров относят целлюлозу, белки, полиэфиры, полиуретаны, эпоксидные полимеры;
3) элементоорганические, которые в основных цепях макромолекул содержат атомы кремния, алюминия, титана, никеля и других элементов, не входящих в состав природных органических соединений.
Различаются полимерные массы и по своей структуре. Макромолекулы линейной структуры представляют собой совокупность мономеров, соединенных ковалентными связями в длинные цепи. Если боковые ответвления основной цепи более короткие, чем сама цепь, и они состоят из повторяющихся мономерных звеньев, то такие структуры называются разветвленными (например, полимеры акриловой и метаакриловой кислот, поливинилхлорида и пр.).
Как правило, с повышением температуры полимеризации разветвленность макромолекулярных цепей увеличивается. Если боковые ответвления в макромолекулах расположены редко, имеют большую длину и состоят из звеньев, одинаковых со звеньями основной цепи, то такие полимеры называются привитыми полимерами; когда же ответвления состоят из звеньев, отличающихся по составу или строению от звеньев основной цепи, то такие полимеры называются привитыми сополимерами.
Цепи макромолекул в пространственных полимерах связаны между собой силами основных валентностей с помощью поперечных мостиков, образованных атомами или группами атомов. Эти полимеры не способны растворяться в органических растворителях и только набухают. Их пластичность по сравнению с пластичностью линейных полимеров значительно меньше при повышенной температуре. Такие полимеры носят название сетчатых полимеров, в отличие от трехмерных полимеров с частым расположением большого количества поперечных мостиков. Различие между сетчатыми и трехмерными полимерами сводится в основном к плотности сшивки.
В зависимости от методов получения полимеры делят на два вида: полимеризационные и поликонденсационные.
Полимеризационные полимеры получают в процессе реакции полимеризации, проходящей в результате раскрытия кратных связей в ненасыщенных низкомолекулярных веществах, или при разрушении неустойчивых циклов и соединений их в длинные цепи. При полимеризации не выделяются побочные продукты, и состав образующихся полимеров соответствует составу исходного мономера. Реакцией полимеризации получают полимеры, которые широко применяются в технологии строительных материалов. Это полистирол, полиэтилен, полиакрилаты, полиизобутилен и пр.
Поликонденсационные полимеры образуются в ходе реакции поликонденсации, сопровождающейся выделением побочных низкомолекулярных веществ. В связи с этим состав образовавшегося основного полимера отличается от состава исходных мономеров. В реакции поликонденсации могут принимать участие только вещества, содержащие функциональные группы. К поликонденсационным относятся широко применяемые в строительстве фенольноальдегидные, мочевиноформальдегидные, полиэфирные, полиуретановые, кремнийорганические, эпоксидные и другие полимеры.
Все полимеры чувствительны к действию температуры и по этому признаку делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные — это полимеры линейной структуры, свойства которых обратимо изменяются при многократном нагревании и охлаждении. Такие полимеры размягчаются при повышении температуры и вновь затвердевают при ее понижении. К ним относятся полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и пр. Термореактивные полимеры не могут переходить в пластическое состояние при повышении температуры. Они имеют пространственную структуру, образование которой происходит с последовательным увеличением молекулярной массы. К ним относятся фенолальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные и другие полимеры.
Наполнитель играет существенную роль в пластмассе и по-разному влияет на изменение ее свойств. Он дает возможность уменьшить расход дорогостоящего высокомолекулярного связующего и тем самым удешевляет пластмассу. В ряде случаев наполнитель усиливает механическую прочность пластмасс, сопротивление истиранию, теплостойкость и другие физико-механические свойства. Чаще применяют твердые наполнители — порошковые, волокнистые и слоистые.
Пластификаторы способствуют превращению твердых материалов в пластическое состояние, удобное для придания им желаемой формы. Увеличение пластичности облегчает переработку пластмассы. В качестве пластификаторов применяют низкомолекулярные высококипящие жидкости, которые хорошо совмещаются с полимером.
Стабилизаторы — вещества, вводимые в пластмассы для предотвращения их термической деструкции. По своему действию их делят на светостабилизаторы и термостабилизаторы. Эту группу веществ представляют соли щелочных и щелочноземельных металлов, соединения свинца, фосфорсодержащие соединения и пр.