7.合成高分子材料

JIANZHUCAILIAO土木工程材料CivilEngineeringMaterials主讲：李庆录蒋连接李琳JIANZHUCAILIAO7合成高分子材料学习知识点：1、高分子材料的分类、特点。2、高分子材料的结构与性质。3、塑料的组成、塑料的分类、塑料的特性。4、建筑塑料的常用品种。教学要求：1、了解合成高分子材料的性能特点。2、了解建筑塑料的组成、分类、特点。3、了解建筑工程中塑料的主要制品及应用。JIANZHUCAILIAO7合成高分子材料3、合成高分子防水材料1、高分子材料的合成与分类2、建筑塑料4、建筑涂料JIANZHUCAILIAO7.1高分子材料的合成与分类一、高分子材料在有机化合物中，一般将分子量在103－104以上的化合物称为高分子化合物，高分子化合物有天然的和合成的两大类。以高分子化合物为主要成分的材料称为高分子材料。棉织品、木材、天然橡胶等为天然高分子材料，塑料、化学纤维等为合成高分子材料。二、高分子材料的特点1、密度低比、强度高高分子化合物的密度一般在（0.8－2.2）×103kg/m3，为钢材的1/8－1/4，混凝土的1/3，铝的1/2。比强度多大于钢材和混凝土，是一种轻质高强的材料。JIANZHUCAILIAO7.1高分子材料的合成与分类二、高分子材料的特点2、优良的加工性能高分子材料可用多种加工方法（挤出、压铸等）制成各种形状不同的产品，加工方便，能耗低、效率高。3、多功能性高分子材料种类多，性能各异，可作为各种不同用途的功能材料，如高强度材料、防水材料、保温隔热材料、耐腐蚀材料等。4、装饰性能好可加工成为装饰性能优良的材料。5、主要缺点耐热性差、易燃烧、易老化、弹性模量小、刚度差等。JIANZHUCAILIAO7.1高分子材料的合成与分类三、高分子化合物的合成方法及命名合成高分子化合物是由不饱和的低分子化合物（单体）聚合而成。1、加成聚合（加聚）加成聚合反应是由许多相同或不同的单体（通常为烯类），在加热或催化剂的作用下产生连锁反应，使各个单体分子中的双键打开，并且相互连接起来成为高聚物。如：其中n代表单体数目，称为聚合度，聚合度越高，分子量愈大。加聚反应得到的高聚物称为聚合树脂，多在其原料名称前面冠以“聚”字命名。一般为线型分子结构，反应过程中不产生副产物。常用的聚合树脂有聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂等。nC2H=CH2(CH2－CH2）n乙烯聚乙烯JIANZHUCAILIAO7.1高分子材料的合成与分类2、缩合聚合（缩聚）缩合聚合反应是由许多相同或不同的单体，在加热或催化剂的作用下，逐步相互结合成高聚物，同时析出水、氨、醇等副产物。缩合反应生成物的组成与原始单体完全不同，得到的高聚物可以是线型的或体型的。如：酚醛树脂是由苯酚和甲醛两种单体聚合而成，在不同的反应条件下，可分别生成线型酚醛树脂或体型酚醛树脂，反应过程中还生成水。缩聚反应得到的高聚物称为缩合树脂，多在其原料名称后面加上“树脂”字命名。常用的缩合树脂有酚醛树脂、环氧树脂、聚脂树脂、三聚氰胺甲醛树脂及有机硅树脂等。（n＋1）C6H5OH+nCH2OnH[C6H3CH2OH]C6H4OH+nH2O苯酚酚醛树脂甲醛水JIANZHUCAILIAO7.1高分子材料的合成与分类四、聚合物的结构与性质1、聚合物大分子链的几何形状与性质线型结构：线型结构的高聚物分子间以分子间力结合在一起，具有强度较低、弹性模量较小、变形较大、耐热性较差、耐腐蚀性较差的特点。线型结构的树脂可反复加热软化，冷却硬化，故称为热塑性树脂。体型结构：线型大分子以化学键交联而形成的三维网状结构，具有强度较高、弹性模量较高、变形较小、耐热性较好、塑性差，不溶不熔。体型结构的树脂仅在第一次加热时软化，分子间产生化学交联而固化，以后再加热时不会软化，故称为热固性树脂。线型与支链型结构体型结构JIANZHUCAILIAO7.1高分子材料的合成与分类2、聚合物的结晶晶态高聚物：线型结构的高聚物一般为部分结晶，结晶所占的百分比称为结晶度。结晶度越高，则密度、强度、硬度、耐热性、折光系数越大。晶态高聚物一般为不透明或半透明的。非晶态高聚物：体型结构的高聚物均为非晶态高聚物，一般为透明的。3、高聚物的变形与温度非晶态高聚物在不同的温度条件下具有不同的形态：玻璃态、高弹态、粘流态。玻璃化温度低于室温的称为橡胶，高于室温的称为塑料。变形％温度℃TbTgTfTdADBCEA－玻璃态；C－高弹态；E－粘流态；B、D－过渡态；Tb－脆化温度；Tg－玻璃化温度；Tf－流动温度；Td－分解温度；JIANZHUCAILIAO7.2建筑塑料一、塑料的组成1、合成树脂：塑料的基本成分，决定塑料的性能，占塑料质量的30％－60％。主要品种有：聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、ABS共聚物、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、有机硅树脂等。2、填充料：作用是降低成本，提高强度和硬度及耐热性，减少塑料制品的收缩。主要品种有：石粉、滑石粉、木粉、碳黑等。3、增塑剂：降低塑料的粘流态温度，增加塑料的塑性、韧性、柔顺性，降低强度、硬度，使塑料具有较大的可塑性以利加工。主要品种有：邻苯二甲酸丁脂、邻苯二甲酸辛磷酸三甲酚脂、樟脑等。4、固化剂：又称硬化剂，主要作用是使线型高聚物交联成体型高聚物，使塑料具有热固性。根据树脂品种选择不同的固化剂。5、着色剂：使塑料具有鲜艳的颜色，改善塑料的装饰性。一般为有机或无机颜料。6、稳定剂：防止塑料老化而加入的少量物质。常用抗氧化剂、紫外线吸收剂等。JIANZHUCAILIAO7.2建筑塑料建筑塑料中常用的合成树脂的性能树脂名称密度g/cm3抗拉强度MPa抗压强度MPa伸长率%耐热温度℃特点及主要用途聚合树脂聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）1.18－1.249－7784－12665-90透明度高，低温强度、韧性好，用作生产有机玻璃聚丙烯(PP)0.9－0.9130－3939－56200100-120密度低，强度、耐热性比聚乙烯好，用于生产薄膜、纤维、管道、地毯等聚氯乙稀（PVC）1.3-1.77-257-12.5200-40065-80耐腐蚀，电绝缘性能好，质地柔软，强度低，用于制造装饰板、建筑配件、管道等。聚苯乙烯（PS）1.04-1.0735－6380－1101.0-3.665-95耐腐蚀、透光，耐水，易加工和染色，电绝缘性能好，用于制作板材和泡沫塑料缩合树脂酚醛树脂（PF）1.345-52177电绝缘性能、力学性能耐水性好，耐烧蚀性好，主要用于制作模压制品、电器配件。环氧树脂（EP）1.12-1.1570.3168.8150-260强度、耐热性粘结性、化学稳定性好，广泛用于涂料、玻璃纤维增强塑料、粘结剂等。聚氨酯树脂（PU）0.03-0.0450.01-0.1270.006-0.01330-4085主要以泡沫塑料形式作为隔热材料、包装材料，还可用于胶粘剂、防水材料。JIANZHUCAILIAO7.2建筑塑料二、建筑塑料制品1、塑料门窗塑料门窗的主要原料为聚氯乙稀（PVC）树脂。塑料门窗可分为全塑门窗、复合门窗。塑料门窗与其他门窗相比，具有耐水、耐腐蚀、气密性、水密性、绝热性、隔声性、耐燃性、尺寸稳定性、装饰性好的特点，而且不需油漆，维护保养方便，节能效果明显，是替代木门窗、金属门窗、节约能源的重要途径。JIANZHUCAILIAO7.2建筑塑料2、塑料管材塑料管材和金属管材相比，具有质轻、不生锈、不生苔、不积垢、管壁光滑、流体阻力小、安装加工方便、节能等特点，在建筑工程中得到广泛应用。塑料管材分为硬管和软管。按主要原料可分为聚氯乙稀管、聚乙烯管、ABS管、玻璃钢管等。品种有：建筑排水管、雨水管、给水管、波纹管、电线穿线管、燃气管等。JIANZHUCAILIAO7.2建筑塑料3、塑料壁纸壁纸是当前使用最广泛的墙面装饰材料。塑料壁纸图案变化多样，色泽丰富多彩。通过印花、发泡等工艺，可仿制木纹、石纹、织物、瓷砖等，处理得当，可以假乱真。普通壁纸：在纸面上涂刷塑料面层而成。为增加装饰效果，一般在纸面上印有图案或压出花纹。特点是耐水、可擦洗、价格低。发泡壁纸：在纸面上涂刷发泡塑料面层。特点是立体感强、吸声性能好，装饰效果好，为提高强度，可用棉布、化纤布作底。壁纸的最大特点就是可以随时更新，经常不断改变居住空间的气氛，常有新鲜感。不愿经常更换、怕麻烦，这是观念的陈旧和落后。如果3-4年能更换一次,花不多的钱和时间,改变一下居室气氛，无疑是一种很好的精神调节和享受。国外发达国家的家庭有的一年一换，有的一年换两次，圣诞节、过生日都要换一下家中的壁纸。JIANZHUCAILIAO7.2建筑塑料4、塑料地板塑料地板与传统地面相比，具有质轻、美观、耐磨、耐腐蚀、防潮、防霉、防火、吸声、绝热、有弹性、易清洗、施工方便等优点，以成为主要的地面装饰材料。塑料地板按树脂材料分为聚氯乙稀塑料地板、聚乙烯塑料地板、聚丙烯塑料地板、氯乙烯－醋酸乙烯塑料地板等。目前市场上大多数是聚氯乙稀塑料地板。按形状分为块状塑料地板和卷状塑料地板。块状塑料地板可拼成不同色彩的图案，装饰效果好，便于修补；卷状地板施工速度快。按质地分为半硬质和软质地板。半硬质塑料地板具有成本低、尺寸稳定、耐热性能好、装饰性能好、易于施工等特点使用最为广泛。软质地板的弹性好，行走舒适，并有吸声、隔热、隔潮等优点。按产品结构分为单层和多层复合塑料地板。按使用功能分为普通塑料地板、抗静电地板、橡胶地板等。JIANZHUCAILIAO7.2建筑塑料5、玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）玻璃纤维增强塑料是由合成树脂将玻璃纤维或玻璃纤维布胶结而成的复合材料。合成树脂用量一般为30％－40％，常用的合成树脂有酚醛树脂、不饱和聚脂树脂、环氧树脂等。玻璃钢具有质轻、耐水、强度高、耐腐蚀性好、装饰性能好等特点。玻璃钢主要制品为波形瓦、管材、薄壳容器、浴缸面盆等。6、塑料面板可分为硬质、半硬质、软质三种。表面可印制图案花纹。具有绝热、吸声、耐水、装饰性好等特点，广泛用于内墙或吊顶装修，家具贴面。7、塑料薄膜耐水、耐腐蚀、伸长率大、可印花、能与各种板材、纸张、纤维布粘结复合。可作为室内装饰材料，也可用于防水材料、混凝土施工养护等。JIANZHUCAILIAO7.3合成高分子防水材料二、建筑防水材料的作用建筑防水质量的好坏直接影响到人民的生活和工作环境的安定、安全以及建筑物的使用寿命。防水材料的性能和质量以及施工质量的好坏在建筑物防水功能中起着决定性的作用。一、建筑防水材料的分类1、防水卷材：热塑性树脂基防水卷材、橡胶基防水卷材、树脂－橡胶共混防水卷材。2、防水密封材料：树脂基密封材料、橡胶基密封材料、定型密封材料3、防水涂料JIANZHUCAILIAO7.3合成高分子防水材料三、建筑防水卷材的现状传统的建筑防水材料主要为油毡、沥青等所谓二毡三油防水层。近年来虽然其他新型防水材料不断涌现，由于材料在性能上固有的不足，如延伸率小、温度敏感性强、抗老化能力较差等，致使防水效果不佳。我国油毡防水质量低，使用寿命短。建筑中长期存在的屋面漏雨、卫生间漏水、装配式墙板板缝漏水和地下室渗漏等问题仍困扰着我国建筑业。大力发展以玻纤毡和聚酯无纺布为胎体的改性沥青油毡取代传统的纸胎沥青油毡，将是我国建筑防水材所面临的一项重大课题。高分子卷材，我国虽然起步较晚，但近十几年来发展迅速，质量和品种都在不断增加。JIANZHUCAILIAO7.3合成高分子防水材料4、建筑防水卷材的发展以橡胶和塑料为基的高分子卷材新产品不断涌现，材料质量稳步提高，向传统的迭层油毡屋面提出了严重挑战。乙丙橡胶是橡胶类材料耐大气老化、耐臭氧最优良的橡胶，另外其耐高温性和化学介质腐蚀性也是很好的。改性沥青材料的出现使油毡屋面防水材料也发生了很多实质性的变化，其在材料和施工技术方面所取得的重要成就和改进，从而增强了自身的竟争和发展能力。许多国家新一代的高强防水材料已开始取代传统的氧化沥青纸胎油层防水，并占据防水材料一半以上的市场。60年代主要用SBS、APP来改性沥青，70年代用聚酯胎基采用聚酯长丝无纺布的改性沥青防水卷