第九章有机高分子材料主要授课内容建筑塑料建筑涂料建

2006年2月西安合成高分子材料是指由人工合成的高分子化合物为基础所组成的材料。合成高分子材料有许多优良的性能，如密度小，比强度大，弹性高，电绝缘性能好，耐腐蚀，装饰性能好等。合成高分子材料在土木工程领域广泛使用，代替了很多传统材料。第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识2006年2月西安第一节高分子化合物的基本知识一、高分子化合物的定义高分子化合物又称高分子聚合物（简称高聚物），是组成单元相互多次重复连接而构成的物质。高分子化合物分子量虽然很大，但化学组成比较简单，由许多低分子化合物聚合而成。例如，聚乙烯分子结构为：…CH2—CH2…CH2—CH2…—[—CH2—CH2—]n—第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识2006年2月西安这种结构称为分子链，可简写为—CH2—CH2—。即聚乙烯是由低分子化合物乙烯（CH2=CH2）聚合而成的。可以聚合成高聚物的低分子化合物，称为“单体”；组成高聚物最小重复结构单元称为“链节”，如—CH2—CH2—；高聚物中所含链节的数目n称为“聚合度”；高聚物的聚合度一般为1×103～1×107，分子量必然很大。第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识2006年2月西安二、高聚物的分类与命名第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识高聚物分类按性能用途按分子结构按合成反应塑料合成橡胶合成纤维胶粘剂涂料线型支链型体型加聚物缩聚物2006年2月西安第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识高聚物的命名单体名称前冠以“聚”字原料后附以“树脂”二字从单体各取一字，后附“橡胶”•聚乙烯•聚丙烯•酚醛树脂•丁苯橡胶•三元乙丙橡胶大多数烯类单体聚合物都可按此命名树脂泛指作为塑料基材的高聚物2006年2月西安三、高聚物的结构与性质1高聚物分子链的形状与性质按分子几何结构形态分为线型、支链型和体型第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识图9-1聚合物大分子链的形状2006年2月西安（1）线型：大小分链节排列成线状主链（如图9-1a）。大多数呈卷曲状，线状大分子间以分子间力结合在一起。线型高聚物具有良好的弹性、塑性、柔顺性，但强度较低、硬度小、耐热性、耐腐蚀性较差，且可融可熔。线型结构的合成树脂可反复加热软化、冷却硬化，称为热塑性树脂。（2）支链型：分子在主链上带有比主链短的支链（如图9-1b）。分子排列较松，分子间作用力较弱，因而密度、熔点及强度低于线型高聚物。（3）体型：分子由线型或支链型高聚物分子以化学键交联形成，呈空间网状结构（见图9-1c）。由于化学链结合力强，且交联成一个巨型分子，因此体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化，固化后再加热时不会软化，称为热固性树脂。第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识2006年2月西安2高聚物的聚集态结构与物理状态聚集态结构是指高聚物内部大分子之间的几何排列与堆砌方式。晶态不透明或半透明非晶态透明由于长链高分子难免弯曲，故在晶态高聚物中也总有非晶区存在，且大分子链可以同时跨越几个晶区和非晶区。晶区所占的百分比称为结晶度。定义分类其他第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识2006年2月西安第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识高聚物在不同温度条件下的形态是有差别的，如图9-2，表现为下列三种物理状态:图9-2非晶态线型高聚物的变形与温度的关系2006年2月西安第九章有机高分子材料第一节高分子化合物的基本知识（1）玻璃态：当低于某一温度时，分子链作用力很大，分子链与链段不能运动，高聚物呈非晶态的固体称为“玻璃态”。（2）高弹态：当温度超过玻璃化温度Tg时，由于分子链段可发生旋转，使高聚物在外力作用下能产生大的变形，外力卸除后又缓慢恢复原状，高聚物的运动状态称为“高弹态”。（3）粘流态：随温度继续升高，当温度达到“流动温度”Tf后，高聚物呈极粘的液体，这种状态称为“粘流态”。此时，分子链和链段都可以发生运动，当受到外力作用时，分子间相互滑动产生形变，外力卸去后，形变不能恢复。2006年2月西安第二节建筑塑料塑料是以天然或合成高分子化合物为基体材料，加入适量的填料和添加剂，在高温、高压下塑化成型，且在常温、常压下保持制品形状不变的材料。常用的合成高分子化合物是各种合成树脂。塑料作为土木工程材料有着广阔的前途。如建筑工程常用塑料制品有塑料壁纸、饰面板、塑料地板、塑料门窗、管线护套等；防水和密封材料有塑料薄膜、密封膏、管道、卫生设施等。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料2006年2月西安一、塑料的基本组成1合成树脂2填充料3增塑剂4固化剂5着色剂6稳定剂第九章有机高分子材料第二节建筑塑料2006年2月西安1合成树脂返回定义作用含量第九章有机高分子材料第二节建筑塑料习惯或广义地讲，凡作为塑料基材的高分子化合物（高聚物）都为树脂。塑料的基本组成材料在塑料中起粘结作用种类、性质和数量决定塑料的性质含量约为30%～60%仅有少数的塑料完全由合成树脂所组成，如有机玻璃。2006年2月西安2填充料降低分子链间的流淌性提高塑料的强度、硬度及耐热性减少塑料制品的收缩降低塑料的成本木粉、滑石粉、硅藻土、石灰石粉、石棉、铝粉、碳黑和玻璃纤维等塑料中填充料的掺率约为40%～70%第九章有机高分子材料第二节建筑塑料作用常用填充料掺率返回2006年2月西安3增塑剂第九章有机高分子材料第二节建筑塑料降低树脂流动温度Tf，使树脂具有较大的可Tf性，以利于塑料加工成型降低大分子链间的作用力，降低塑料的硬度和脆性，使塑料具有较好的塑性、韧性和柔顺性能与树脂均匀混合，具有良好稳定性邻苯二甲酸二辛酯磷酸三甲酚酯樟脑二苯甲酮作用注意事项常用增塑剂返回2006年2月西安4固化剂（硬化剂或熟化剂）第九章有机高分子材料第二节建筑塑料使线性高聚物交联成体型高聚物使树脂具有热固性，形成稳定坚硬的塑料乌洛托品（六亚甲基四胺）胺类（乙二胺、间苯二胺）酸酐类（邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐）高分子类（聚酰胺树脂）作用常用固化剂酚醛树脂中环氯树脂中返回2006年2月西安5着色剂第九章有机高分子材料第二节建筑塑料使塑料具有鲜艳的色彩和光泽，改善塑料制品的装饰性有机染料无机颜料能产生荧光或磷光的颜料作用常用着色剂返回2006年2月西安6稳定剂第九章有机高分子材料第二节建筑塑料防止塑料在热、光及其他条件下过早老化抗氯化剂紫外线吸收剂作用常用稳定剂在塑料生产中还常加入一定量的其他添加剂，使塑料制品的性能更好、用途更广泛。如加入发泡剂可以制得泡沫塑料，加入阻燃剂可以制得阻燃塑料。返回2006年2月西安二、塑料的主要性质塑料具有质轻、比强度高、保温绝热性能好、加工性能好及富有装饰性等优点，也存在易老化、易燃、耐热性差及刚性差等缺点。1物理力学性质2化学性质第九章有机高分子材料第二节建筑塑料2006年2月西安1物理力学性质1密度一般为0.9～2.2g/cm3，较混凝土和钢材小。2孔隙率在生产时可在很大范围内加以控制。3吸水率大部分耐水，吸水率很小，一般不超过1%。4耐热性大多数耐热性都不高，使用温度一般为100～200℃，仅氟塑料、有机硅聚合物等的使用温度可达300～500℃。5导热性密实塑料为0.23～0.70W/m·k，泡沫塑料接近空气。6强度强度较高,如玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）的抗拉强度高达200～300MPa。7弹性模量弹性模量较小，约为混凝土的1/10，具徐变特性，在受力时有较大的变形。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安2化学性质1耐腐蚀性大多数塑料对酸、碱、盐等腐蚀性物质的作用都具有较高的化学稳定性，但有些塑料在有机溶剂中会溶解或溶胀。2老化在使用条件下，塑料受光、热、大气等作用，内部高聚物的组成与结构发生变化，致使塑料失去弹性、变硬、变脆出现龟裂（分子交联作用引起）或变软、发粘、出现蠕变（分子裂解引起）等现象。3可燃性塑料属于可燃性材料，建筑工程用塑料应为阻燃塑料。4毒性液体树脂几乎都有毒性，完全固化后的树脂则基本上无毒。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安三、常用的建筑塑料1工程塑料的常用品种第九章有机高分子材料第二节建筑塑料(1)聚乙烯塑料（PE）(2)聚氯乙烯塑料（PVC）(3)聚苯乙烯塑料（PS）(4)聚丙烯塑料（PP）(5)聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）(6)聚酯树脂（PR）(7)酚醛树脂（PF）(8)有机硅树脂（OR）2006年2月西安(1)聚乙烯塑料（PE）由乙烯单体聚合而成。高压聚乙烯的结晶度低、密度小；低压聚乙烯结晶度高，密度大。随结晶度和密度的增加，聚乙烯的硬度、软化点、强度等随之提高，而冲击韧性和伸长率则下降。聚乙烯塑料具有较高的化学稳定性和耐水性，强度虽不高，但低温柔韧性大。掺加适量炭黑，可提高聚乙烯的抗老化性能。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安(2)聚氯乙烯塑料（PVC）由氯乙烯单体聚合而成，在工程上常用。化学稳定性高，抗老化性好，耐热性差（在100℃以上时会引起分解、变质而破坏），通常使用温度应在60～80℃以下。根据增塑剂掺量的不同，可制得硬质或软质聚氯乙烯塑料。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安(3)聚苯乙烯塑料（PS）由苯乙烯单体聚合而成。透光性好，易于着色，化学稳定性高，耐水、耐光，成型加工方便，价格较低。性脆，抗冲击韧性差，耐热性差，易燃，使其应用受到一定限制。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安(4)聚丙烯塑料（PP）由丙烯聚合而成。质轻（密度0.90g/cm3），耐热性较高（100～120℃），刚性、延性和抗水性均好。低温脆性显著，抗大气性差，用于室内。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料近年来，聚丙烯的生产发展较迅速，聚丙烯已与聚乙烯、聚氯乙烯等共同成为工程塑料的主要品种。返回2006年2月西安(5)聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由甲基丙烯酸甲酯加聚而成的热塑性树脂，俗称有机玻璃。透光性好，低温强度高，吸水性低，耐热性和抗老化性好，成型加工方便。耐磨性差，价格较贵。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安(6)聚酯树脂（PR）聚酯树脂由二元或多元醇和二元或多元酸缩聚而成。具有优良的胶结性能，弹性和着色性好，柔韧、耐热、耐水。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安(7)酚醛树脂（PF）由酚和醛在酸性或碱性催化剂作用下缩聚而成。粘结强度高，耐光、耐水、耐热、耐腐蚀，电绝缘性好，但性脆。掺加填料、固化剂等可制成酚醛塑料制品，表面光洁，坚固耐用，成本低，是最常用的塑料品种之一。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安(8)有机硅树脂（OR）由一种或多种有机硅单体水解而成。耐热、耐寒、耐水、耐化学腐蚀，但机械性能不佳，粘结力不高。用酚醛、环氧、聚酯等合成树脂或用玻璃纤维、石棉等增强，可提高其机械性能和粘结力。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料返回2006年2月西安2常用工程塑料制品(1)塑料门窗(2)塑料管材(3)塑料壁纸(4)塑料地板(5)其他塑料制品第九章有机高分子材料第二节建筑塑料2006年2月西安(1)塑料门窗第九章有机高分子材料第二节建筑塑料定义分类特点主要采用改性硬质聚氯乙稀（PVC-U）经挤出形成各种型材；型材经过加工，组装成建筑物的门窗。全塑门窗复合门窗聚氨酯门窗耐水、耐腐蚀气密性、水密性好绝热、隔声、耐燃尺寸稳定、装饰性好返回2006年2月西安(2)塑料管材第九章有机高分子材料第二节建筑塑料塑料管材分类按材料按质地按品种聚氯乙烯管聚丁烯管ABS管玻璃钢管聚丙烯管、聚乙烯管电线穿线管波纹管排水管给水管雨水管燃气管硬管软管质轻、节能、不生锈、不生苔、不易积垢管壁光滑、对流体阻力小、安装加工方便特点返回2006年2月西安塑料壁纸图案变化多样，色彩丰富。通过印花、发泡等工艺，可仿制木纹、石纹、锦缎、织物、瓷、普通砖，能达到以假乱真的程度，为室内装饰提供了极大的便利。第九章有机高分子材料第二节建筑塑料(3)塑料壁纸壁纸分类制作工艺特点及产品普通壁纸在纸面上印