Tworzywa sztuczne w architekturze

Prawie sto lat temu holenderski artysta i architekt Theo van Doesberg ogłosił, że architektura jest plastyczna. Uważał on bowiem, że architektura to dziedzina, w której wszystko sprowadza się do kształtowania i modelowana i wierzył, że zadanie nowoczesnego architekta polega na plastycznym kształtowaniu każdego aspektu budowli, przede wszystkim zaś jej przeznaczenia, masy, powierzchni, czasu, przestrzeni, światła, koloru i co najważniejsze materiału. 

Wdrożenie tych słów w czyn nie było jednak łatwe, bo na początku 20 wieku tworzywa sztuczne, czyli najbardziej plastyczny materiał, nie były jeszcze praktycznie znane. Jednak dzisiaj hasło zapoczątkowane przez van Doesburga daje się już łatwo urzeczywistniać, bowiem architekci na potęgę wykorzystują tworzywa sztuczne sprawiając, że wizja architektury Holendra stała się powszechnością.

Tworzywa sztuczne inspirują architektów do tworzenia budowli o zaskakująco nowych kształtach i rozmiarach. I to zarówno w wymiarze monumentalnym, jak i bardzo pospolitym. Stosując tworzywa sztuczne można wyrażać nowe koncepcje i idee, które nie były możliwe do przekazania przy pomocy tradycyjnych materiałów. Obecnie tworzywa można spotkać wszędzie i w każdego rodzaju budowlach: od drapaczy chmur i domów mieszkalnych aż po mosty, drogi i zabudowę przestrzeni publicznej.

Dzięki tworzywom budynki stają się bardziej przyjazne środowisku naturalnemu. Tworzywa, jako lżejsze od tradycyjnych materiałów, wymagają znacznie mniejszych nakładów energii przy transporcie i wykorzystaniu na placu budowy. Ponadto pozwalają architektom na wiele różnych sposobów, choćby poprzez izolację, na zminimalizowanie zużycia energii w budynkach.

Ze względu na swoją znaczną trwałość np. rury z tworzyw sztucznych zapewniają w sposób bezpieczny i chroniony dostarczanie wody, elektryczności i gazu do budynków, stanowiąc przy tym solidne wzmocnienie betonowych konstrukcji. Ponadto budynki o fasadach, wnętrzach i konstrukcjach z tworzyw sztucznych dłużej zachowują atrakcyjny wygląd, ponieważ tworzywa są mniej podatne na niekorzystne wpływy warunków zewnętrznych.

Praktyczna klasyfikacja polimerów

W chemii polimerów stosuje się klasyfikacje według budowy chemicznej i według sposobów ich otrzymywania. Z praktycznego punktu widzenia istotna jest klasyfikacja według właściwości mechanicznych i według właściwości cieplno – przetwórczych.

Według właściwości mechanicznych polimery klasyfikuje się na elastomery i plastomery. Z kryterium podziału przyjęto zachowanie się polimeru w temperaturze pokojowej w układzie naprężenie – odkształcenie. Elastomerami są polimery charakteryzujące się małym modułem Younga od 1 do 4 MPa i odwracalnym wydłużeniem przy rozciąganiu do 1000% i więcej, czyli tworzywa te są w znacznym stopniu sprężyste.

Temperatura zeszklenia znajduje się poniżej temperatury pokojowej, zwykle w zakresie temperatur ujemnych, a zakres temperatury użytkowej znajduje się w obszarze stanu wysokoplastycznego. W skład elastomerów wchodzą m.in. kauczuk naturalny, wszystkie rodzaje kauczuku syntetycznego, poliizobutylen, a także niekiedy są tam zaliczane polietylen i niektóre odmiany zmiękczonego polichlorku winylu.

Plastomerami nazywa się polimery o dużym module Younga (1000 – 2000 MPA lub więcej) oraz wydłużeniu przy rozciąganiu od 1 do 200%. Temperatura zeszklenia plastomerów jest wyższa od temperatury pokojowej, a zakres temperatury użytkowania znajduje się w obszarze stanu szklistego lub twardego. Do plastomerów zaliczamy pozostałe polimery, zarówno termoplastyczne jak i utwardzalne.

Budowa fizyczna polimerów

W zależności od zdolności makrocząsteczek do tworzenia układów uporządkowanych polimery występują w postaci nieporządkowanej, czyli amorficznej lub bardziej czy też mniej krystalicznej. 

Polimery krystaliczne są to polimery o regularnej liniowej budowie łańcucha lub tez zawierające grupy silnie polarne, które tworzą struktury trójwymiarowe, uporządkowane na poziomie wymiarów atomów.

Te uporządkowania struktury powstają na skutek ruchów termicznych i oddziaływań międzycząsteczkowych chaotycznie skłębionych łańcuchów polimerów, ale nie w całej jego masie lecz w pewnych obszarach. Tak więc polimery krystaliczne zawierają obszary uporządkowane – krystaliczne oraz obszary bezpostaciowe – amorficzne.

Te polimery, w których udział fazy krystalicznej jest mały są nazywane polimerami semikrystalicznymi. Obszary krystaliczne w polimerach semikrtystalicznych stanowią nietrwałe węzły sieci łańcuchów polimerów. Znikają one w temperaturze topnienia. Cecha ta decyduje o przydatności polimerów w wielu zastosowaniach praktycznych. Do polimerów semikrystalicznych należą termoplastyczne elastomery, które w warunkach użytkowania wykazują właściwości typowe dla kauczuków usieciowanych, ale mogą być przetwarzane w stopie metodami typowymi dla termoplastów. 

Makrocząsteczki o mniej regularnej budowie, np. silnie rozgałęzione, krystalizują tylko częściowo lub w ogóle nie krystalizują. Pozostają one w stanie amorficznym. Z punktu widzenia fizyki polimery amorficzne są przechłodzonymi cieczami.