合成高分子材料

关于合成高分子材料高分子材料在建筑上的应用应用于非结构材料：装饰板材；各种管材和异性材，水管、门窗框等；建筑防水材料，屋顶膜；建筑涂料；建筑保温、隔声材料；应用于结构材料：桥梁，如人行天桥等；轻结构建筑物，玻璃钢、聚合物混凝土等；混凝土的增强筋等。第2页,共48页，2024年2月25日，星期天9.1概述1、定义

高分子材料是以高分子化合物为基材的一大类材料的总称。高分子化合物又称高分子聚合物（简称高聚物），其最大特点是分子量巨大，一般为104～106.2、高分子化合物的组成：

高聚物是由一种或几种小分子化合物（单体），通过聚合反应，以共价键连接的分子量很大的化合物。它是生产塑料、涂料、胶粘剂、高分子防水材料的主要原料。化学组成：合成高分子主要由碳、氢元素组成，同时也含有少量杂原子，如：氧、氮、硫、磷、硅、钛等。单体组成：烃、羧酸、酯、醚等有机化合物及其衍生物。第3页,共48页，2024年2月25日，星期天按高分子主链组成，聚合物的分类碳链聚合物——主链上只含碳元素，如聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、氯丁橡胶等。杂链聚合物——主链上除碳元素外，还含有O、N、P、S等元素，如聚酯树脂、环氧树脂等。元素聚合物——主链上没有碳元素，而有Si、Al、O、S、P、N、Ti等元素，如有机硅树脂、聚钛氧烷树脂、聚氯磷氰等。第4页,共48页，2024年2月25日，星期天几个基本概念单体——用来合成聚合物的简单低分子化合物如：聚乙烯-[-CH2-CH2-]-n

的单体为CH2＝CH2链节——大分子链的基本结构单元，-[-CH2-CH2-]-聚合度——大分子链中链节的重复次数n第5页,共48页，2024年2月25日，星期天7.1.1高分子化合物的结构与性能聚合物(polymer)一、聚合物的分子结构聚合物虽分子量很大，但化学组成比较简单，主要由碳原子与其它原子形成简单的结构单元，然后以重复的方式连接起来，形成链状或空间网状结构。聚合物按其链节在空间排列的几何形状，分为线型和体型两种结构形式：第6页,共48页，2024年2月25日，星期天1、线型聚合物——各链节连接成一长链，或带有支链。见图（a）、（b）。特点：链与链之间连接较弱，因此加热可熔化，并能溶于适当的溶剂中。热塑性聚合物属于这一类。2、体型聚合物——是线型大分子间相互交连，形成三维网状的聚合物。见图（c）。特点：加热时不软化，也不能流动，不溶于有机溶剂，最多只能溶脹，但在高温下会发生降解。热固性聚合物属于这一类。第7页,共48页，2024年2月25日，星期天线型结构支链型结构体型结构非晶态聚集态结构晶态聚集态结构第8页,共48页，2024年2月25日，星期天二、聚合物性能与结构的关系

线型和支链型聚合物——具有热塑性，受热熔化，也能溶于特定的溶剂中形成溶液，强度较低、弹性模量较小、变形较大、耐热性较差；体型聚合物——具有热固性，它们不溶不熔，强度、硬度、脆性较高，耐热性好等。聚合物的结晶度越大，密度、强度、硬度、弹性模量、耐热性提高，而塑性、韧性、溶解度降低。第9页,共48页，2024年2月25日，星期天三、聚合物的反应类型（中学化学内容）由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应。聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。1、加聚反应——由单体相互加成而聚合起来的反应。其产物叫加聚物。加聚反应不产生副产物，加聚物的化学组成与单体基本相同。加聚物一般多在其原料单体前冠以“聚”字，如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。分子结构：线型（大部分）2、缩聚反应——由两种或两种以上带有官能团的单体相互作用，同时产生低分子量的副产物的反应。其产物称为缩聚物。缩聚物常取其单体的简名，后面加上“树脂”二字来命名，如：酚醛树脂、脲醛树脂等。分子结构：线型或体型。第10页,共48页，2024年2月25日，星期天四、聚合物的分类按聚合物的热行为分为：1、热塑性聚合物（树脂）——指受热软化、冷却后硬化，这一过程可反复进行的聚合物。由此制成的塑料称为热塑性塑料。分子结构：线型，包括全部加聚物和部分缩聚物。2、热固性聚合物（树脂）——指在加工时经加热软化塑造成型后，不再因受热而软化的聚合物（即只能塑制一次）。由此制成的塑料称为热固性塑料。分子结构：体型，包括大部分缩聚物。第11页,共48页，2024年2月25日，星期天7.1.2高分子化合物的分类高分子种类繁多，根据其组成和性能的关系，通常分为三大类。1．树脂2．橡胶3．共聚物树脂即塑料，是具有可塑性的高聚物材料。在一定温度和压力下受到外力作用时可产生变形，而外力除去后仍能保持受力时的形状。树脂按其能否进行二次加工，又分为热塑性树脂（线型结构聚合物）和热固性树脂（体型结构聚合物）。橡胶是在常温下具有显著高弹性的高聚物材料。在外力作用下可产生较大的变形，外力卸掉后又恢复原状。按其产源又可分为天然橡胶和合成橡胶两类。共聚物也称为热塑性弹性体或热塑性橡胶，兼具树脂和橡胶的特点，具有非常好的工程性质。第12页,共48页，2024年2月25日，星期天7.2建筑塑料塑料(plastic)是以合成树脂（聚合物）为主要成分，加入各种添加剂（增塑剂、填充剂、稳定剂、着色剂等），在一定的温度和压力下塑制而成制成的高分子材料。在塑料中聚合物起胶结作用，添加剂起改性作用。塑料已成为继砼、钢材、木材之后的第四大建筑材料，有着广阔的发展前途。塑料粒料第13页,共48页，2024年2月25日，星期天7.2.1塑料的特点1、表观密度小：

0.8-2.2g/cm3，比砼、钢材等材料轻，与木材相近；2、比强度高：是砼的5-10倍，接近或超过钢材，是一种优良的轻质高强材料；3、耐化学腐蚀性好：抗酸、碱、盐的腐蚀性高；4、抗振、吸声、保温性好：λ=0.02-0.8w/m.k，为金属的1/500，砼的1/40，砖的1/20，泡沫塑料是理想的绝热材料和吸声材料；5、耐水性、耐水蒸汽性好：W＜1%6、装饰性好；7、电绝缘性好。第14页,共48页，2024年2月25日，星期天缺点：1、弹性模量小，刚度差：约为钢材的1/10-1/20，用作结构承重材料应慎重；2、易老化：在使用条件（如阳光、氧气、热等）作用下，塑料中的聚合物的结构和组成发生变化，致使其性质恶化的现象。加入防老化剂可改进，使用寿命可大大延长。3、易燃及毒性：部分塑料易燃且产生有毒烟雾。但也可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品（受热时能分解放出含有较多卤素和氮的气体的有机材料，具有自熄性），但其防火性仍比无机材料差。——使用时应予注意，并采取必要的措施。4、耐热性低：热变形温度一般在60-120℃，使用温度过高会促进老化，甚至分解。——应注意使用温度的限制。总之，塑料的优点大于缺点，并且许多缺点可以采取措施改进。它将在诸多方面逐渐代替木材、水泥及钢材。第15页,共48页，2024年2月25日，星期天塑料管与镀锌铁管优缺点比较如图所示，请观察使用两年后的塑料管和镀锌铁管的照片，对其优缺点予以比较。从下图可见，镀锌铁管已生锈，产生污垢。塑料管内壁光滑如新，水的流动摩擦阻力很小，而且不会生锈，所以用塑料管作为上水管，不仅可以减少输水的水头损失，减少能耗，而且没有管内的锈蚀和污垢产生，使水的卫生标准提高。第16页,共48页，2024年2月25日，星期天

常用建筑塑料一、热塑性塑料基本组分：线型聚合物性能：优点—塑性好，加工成型方便缺点—耐热性、刚性差（热变形温度60-120℃）

1、聚氯乙烯（PVC）建筑上应用最多，它是由氯乙烯单体聚合而成。其化学稳定性好，抗老化性能好，但耐热性差，通常的使用温度为60-80度以下。根据增塑剂的掺量不同，可制得软、硬两种聚氯乙烯塑料。硬质PVC——强度高、耐腐蚀、抗风化性好。用途——室内外建筑制品。

2、聚乙烯（PE）分为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯，二者性质差异大。特性：耐溶性好，化学稳定性好；易燃、易老化用途：防水材料、给排水管等。

3、聚丙烯（PP）特性：密度小，强度比聚乙烯高，耐热性好，耐低温性差，易老化。用途：管材、容器、建筑另件、耐腐蚀衬板。

4、聚苯乙烯（PS）特点：透明度高，其透光性仅次于有机玻璃；密度低，绝热性高；缺点是抗冲击性能差，脆性大和耐热性低。用途：主要用于泡沫绝热材料。第17页,共48页，2024年2月25日，星期天二、热固性塑料基本组分：体型聚合物性能：优点——耐热性好，刚度大（热变形温度150℃左右）缺点——质地硬而脆，缺乏弹性与塑性1、酚醛塑料特点：强度高、刚度大、耐光、耐热、耐腐蚀、电绝缘性好。用途：电工器材、压层板、玻璃钢、防水涂料等。2、聚脂树脂（UP）特点：强度高，加工方便。用途：玻璃钢、涂料及聚脂装饰板等。

3、环氧树脂（EP）特点：粘结力强用途：玻璃钢、粘合剂。

4、有机硅（SI）塑料特点：耐水、绝缘、耐高温（250℃）用途：耐热高级绝缘材料，优良的防水密封材料。第18页,共48页，2024年2月25日，星期天7.2.3建筑工程中常用的塑料制品1．塑料门窗塑钢门窗一般采用PVC塑料;塑钢门窗有良好的隔热性、气密性，有明显的节能效果，而且不必用油漆维修。塑料窗异型材截面第19页,共48页，2024年2月25日，星期天塑料窗异型材截面第20页,共48页，2024年2月25日，星期天塑料门异型材第21页,共48页，2024年2月25日，星期天塑料门第22页,共48页，2024年2月25日，星期天2．塑料管材特点：（1）质量轻，施工安装和维修方便。（2）表面光滑，不生锈，不结垢，流体阻力小。（3）强度高，韧性好，耐腐蚀，使用寿命长。（4）品种多样，可满足各行业的使用要求。品种：硬质聚氯乙烯（PVC）管;聚乙烯（PE）管;聚丙烯（PP）管;聚丁烯（PB）管;ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）管;玻璃钢（FRP）管;铝塑管等。第23页,共48页，2024年2月25日，星期天各种管材的特点与应用聚乙烯（PE）管——比强度高，韧性和耐低温性能好，可用作城市燃气管道、给排水管等。聚丙烯（PP）管——具有坚硬、耐磨、防腐等优点，但也存在低温脆性大的缺点。常用作农田灌溉、污水处理、废液排放等。聚丁烯（PB）管——具有耐磨、耐高温、抗菌等性能，可用于供水管、热水管，使用寿命可达50年。ABS（丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）管——具有质轻、韧性好、耐冲击等特点，常用作卫生洁具下水管、输气管、排污管、电导线管。土木工程中以聚氯乙烯（PVC）管材用量最大。主要用于民用住宅室内供水系统，非压力管道主要用于排水排污系统。压力管要求液压密封试验在1.5MPa静压下无渗漏现象；非压力管要求在0.2MPa静压下无渗漏现象。硬质PVC管使用温度为0～50˚C，不能输送热水和蒸汽。第24页,共48页，2024年2月25日，星期天塑料排水管第25页,共48页，2024年2月25日，星期天塑料给水管第26页,共48页，2024年2月25日，星期天塑料管第27页,共48页，2024年2月25日，星期天塑料管挤出成型第28页,共48页，2024年2月25日，星期天3．玻璃纤维增强塑料以玻璃纤维布为增强材料，热固性树脂为胶结料而制成的一种复合材料。由于它的质量轻、比强度接近甚至高于合金钢，被称为“玻璃钢”。特点：比强度高（为钢的4-5倍），缺点是刚度不如金属。用途：轻质结构材料、屋顶膜、装饰材料和电绝缘材料，混凝土的增强筋和修补材料等。（1）结构材料：如各种薄板、波形瓦等；（2）采光材料：如采光罩、透明屋面板等；（3）装饰材料：如装饰板等；（4）门窗材料：玻璃钢门窗；（5）供水及卫生洁具：如冷却塔、水箱、浴盆、盒子卫生间等。结构工程中，应用较多的是玻璃纤维或碳纤维增强塑料。第29页,共48页，2024年2月25日，星期天玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维的FRP制品第30页,共48页，2024年2月25日，星期天玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维制品第31页,共48页，2024年2月25日，星期天纤维增强塑料及其应用纤维增强聚合物作为预应力束，代替钢材：其中纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维；其抗拉强度高、徐变小、弹性模量适中、抗腐蚀性能好；纤维增强聚合物作为加固材料：用碳纤维薄片代替钢板，放置在需要加固的部位并涂刷聚合物粘结成整体。第32页,共48页，2024年2月25日，星期天纤维增强塑料棒作为混凝土的配筋第33页,共48页，2024年2月25日，星期天第34页,共48页，2024年2月25日，星期天纤维增强材料作为桥面板配筋第35页,共48页，2024年2月25日，星期天纤维增强材料作为桥面板配筋第36页,共48页，2024年2月25日，星期天第37页,共48页，2024年2月25日，星期天纤维增强材料储油设施第38页,共48页，2024年2月25日，星期天第39页,共48页，2024年2月25日，星期天第40页,共48页，2024年2月25日，星期天纤维增强树脂用于受损钢筋混凝土结构修补加固第41页,共48页，2024年2月25日，星期天

7.3建筑涂料

7.3.1涂料的组成

1．成膜基料主要由油料或树脂组成，能牢固附着于被涂物体表面，且与基体材料很好粘结并形成完整薄膜的主要物质，是构成涂料的基础，决定着涂料的基本性质。

2．分散介质即挥发性有机溶剂或水，主要作用是使成膜基料分散而形成一定粘度的粘稠液体。

3．颜料和填料颜料和填料也称体质颜料，它本身不能单独成膜，主要赋予涂膜色彩、质感，使涂膜具有一定的遮盖力，减少收缩，还能增加涂膜的机械性能，提高涂膜的抗老化性和耐候性能，因而也被称为次成膜物质。添加填料也能降低涂料成本。此外，还根据涂料性能的需要加入各种辅助材料如催干剂、流平剂、防结皮剂、固化剂、增塑剂等。第42页,共48页，2024年2月25日，星期天7.3.2常用建筑涂料1.内墙涂料2．外墙涂料3．地面涂料4．防火涂料（1）水溶性内墙涂料（2）合成树脂乳液内墙涂料（乳胶漆）（3）溶剂型内墙涂料（4）内墙粉末涂料（5）多彩内墙涂料（1）丙烯酸酯乳胶漆（2）聚氨酯系列外墙涂料（3）彩色砂壁状外墙涂料（4）水乳型合成树脂乳液外墙涂料（5）氟碳涂料第43页,共48页，2024年2月25日，星期天7.4胶粘剂胶粘剂(adhesive)是能将两种材料粘结在一起的物质.它是土木工程中不可缺少的配套材料之一,应用广泛。用途：防水工程、新旧砼接缝、装饰工程粘贴、结构补强加固。胶粘剂组成基本组成材料有粘结料、固化剂、填料和稀释剂等。通常还加入其它的添加剂，如增韧剂、抗老化剂、改性剂等。

胶粘剂的分类：

1、无机胶粘剂——基料是无机盐，如硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐和硼酸盐等。品种有水玻璃、硅酸盐水泥、磷酸－氧化铜、石膏等。

2、天然有机胶粘剂——基料是天然化合物有淀粉、蛋白、天然树酯、天然橡胶、沥青等。品种有淀粉、骨胶、鱼胶、松香、生漆、天然橡胶溶液和沥青酯等。

3、合成有机胶粘剂——基料是合成树脂、合成橡胶等。品种有聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶、有机硅橡胶等。

第44页,共48页，2024年2月25日，星期天常用建筑胶粘剂

1．环氧树脂胶粘剂2．聚醋酸乙烯乳液胶粘剂