《土木工程材料（第四版）》课件 第10章 有机高分子材料

2024年10月15日Page:1第10章有机高分子材料2024年10月15日Page:2第10章有机高分子材料10.1合成高分子化合物的基本知识以石油、煤、天然气、水、空气及食盐等为原料，制得的低分子单体，经合成反应即得到合成高分子化合物，这些化合物的分子量一般都在几千以上，甚至可达数万，数十万或更大。2024年10月15日Page:3第10章有机高分子材料10.1.1高分子化合物的分类（1）按分子链的形状分类（2）按对热的性质分类2024年10月15日Page:4热塑型高聚物模具电热装置1.材料在加热的过程中逐渐变软2.通过模具挤压即可成型3.材料降温后即可成型4.材料继续加热又会变软模具2024年10月15日Page:5热固型高聚物模具电热装置1.材料在加热的过程中逐渐变软2.通过模具挤压即可成型3.材料降温后即可成型4.材料再次加热不会变软模具end2024年10月15日Page:6第10章有机高分子材料10.1.2高分子化合物的合成方法及命名（1）加成聚合（2）缩合聚合2024年10月15日Page:7第10章有机高分子材料10.1.3高分子化合物的基本性质1）质轻2）比强度高3）弹性好4）绝缘性好5）耐磨性好6）耐腐蚀性好7）耐水性、耐湿性好2024年10月15日Page:8第10章有机高分子材料10.2建筑塑料定义：是以高分子化合物为基本材料，加入各种填充料和改性添加剂，在一定的温度和压力下塑制而成。10.2.1建筑塑料的特性10.2.2建筑塑料的组成10.2.3常用建筑塑料2024年10月15日Page:9有机高分子材料10.3胶粘剂10.3.1胶粘剂的组成和作用

10.3.2胶粘机理

10.3.3

建筑中常用的胶粘剂

2024年10月15日Page:10有机高分子材料习题1）热塑性高聚物与热固性高聚物各自的特征是什么？2）试述高分子化合物的合成反应类型及特征。3）与传统材料相比，建筑塑料有何优缺点？4）对胶粘剂的基本要求有哪些？试举三种土木常用胶粘剂，并说明其特性与用途。5）试述涂料的组成成分及它们所起的作用。附录2024年10月15日Page:112024年10月15日Page:12高分子化合物的分类按分子链的形状分类（1）线型高分子化合物其主链原子排列成长链状。（2）支链高分子化合物其主链也是长链状，但带有大量的支链。（3）体型链高分子化合物其主链被许多横跨链交联成网状，或在二维、三维空间交联形成空间网络，分子彼此固定。2024年10月15日Page:13高分子化合物的分类按对热的性质分类（1）热塑性高聚物：加热时呈现出可塑性，甚至熔化，冷却后又凝固硬化。可重复多次。（2）热固性高聚物：是支链型高分子化合物，加热时转变成粘稠状态，发生化学变化，相邻的分子互相连接，转变成体型结构而逐渐固化，其分子量也随之增大，最终成为不能熔化、不能溶解的物质。2024年10月15日Page:14高分子化合物的合成方法及命名加成聚合又叫加聚反应。它是由许多相同或不相同的不饱和单体在加热或催化剂的作用下，不饱和键被打开，各单体分子相互连接起来而成为高聚物。反应过程无副产物生成。2024年10月15日Page:15高分子化合物的合成方法及命名缩合聚合又叫缩聚反应。它是由一种或数种带有官能团的单体在加热或催化剂的作用下，逐步相互结合而成为高聚物，同时单体中的官能团脱落并化合生成副产物。2024年10月15日Page:16建筑塑料的特性

1、密度低、自重轻

2、优良的加工性能

3、具有多功能性

4、出色的装饰性能5、耐热性差，易燃烧，且燃烧时放出对人体有害的气体。

6、在日光，大气及热等外界因素作用下，塑料会产生老化，性能发生改变。

7、刚度差，与钢铁等金属材料比较，塑料的强度及弹性模量均较低，容易变形。

2024年10月15日Page:17塑料的组成（1）合成树脂

（2）增塑剂（3）填充剂（4）稳定剂（5）其他助剂

2024年10月15日Page:18建筑塑料的组成合成树脂主要是由碳、氢和少量的氧、氮、硫等原子以某种化学键结合而成的高分子化合物。它们的分子量很大。一般都在数千以上，甚至高达上百万。例如由乙烯(CH2=CH2，分子量为28)，经聚合而成的高分子聚乙烯分子量在1000~35000，而超高分子聚乙烯的分子量可高达500000。合成树脂在塑料中起胶结作用，把其他组成成分牢固地胶结起来，使其具有加工成型性能。塑料的主要性质决定于所采用的合成树脂。复杂组成塑料中合成树脂的含量约为30%~60%。2024年10月15日Page:19建筑塑料的组成增塑剂：能使高分子材料增加塑性的化合物称为增塑剂。增塑剂的耗量是一切助剂之首。增塑剂通常是沸点高、难挥发的液体，或是低熔点的固体。它可提高塑料在高温加工条件下的可塑性，和塑料制品在使用条件下的弹性和韧性；并具有改善塑料低温脆性的作用。常用的增塑剂有：邻苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯、磷酸二苯辛酯和磷酸三苯酯等。2024年10月15日Page:20建筑塑料的组成填充剂又称填料，主要是一些粉状或纤维状的无机化合物。它不但能降低塑料的成本，而且还能提高强度，提高耐热性和化学稳定性。如玻璃纤维可以提高塑料的机械强度；云母可改善塑料的电绝缘性；石墨、二硫化钼等填料可增强塑料的耐磨性能。几乎所有的填料都能改善塑料的耐热性能。但加入过多的填料会降低塑料的力学性能，并使其加工困难。所以必须通过必要的试配，以确定最合适的加入量。2024年10月15日Page:21建筑塑料的组成稳定剂在高聚物的加工及其制品的使用过程中，因受热、或氧、或光的作用，会发生降解或交联等现象，造成颜色变深、性能降低。加入稳定剂，可提高塑料制品的质量，防止以上现象的发生，延长使用的寿命。常用稳定剂有：抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂2024年10月15日Page:22建筑塑料的组成其他助剂1、润滑剂：润滑剂能改善塑料在加工成型时的流动性和脱模性。2、固化性：固化剂又称硬化剂。主要用于热固性树脂中。使线型分子交联成体型网状结构，从而制得坚硬的塑料制品。3、阻燃剂：阻燃剂能提高塑料的耐燃性和自熄性。

2024年10月15日Page:23胶粘剂组成：胶粘剂一般都是由多组分物质所组成，除基本组分粘料外，还有各种助剂：硬化剂、填料、其他附加剂（增塑剂、防霉剂、防腐剂、稳定剂等）要求：具有足够的流动性，能充分浸润被粘物表面，粘结强度高，不易老化失效分类：热固型、热塑型、橡胶型、混合型2024年10月15日Page:24胶粘剂胶粘机理为什么胶粘剂能与被粘物牢固地粘结在一起？人们从不同的角度对这个问题进行了研究，得出了各种理论，主要有以下几种：1、机械联结理论2、物理吸附理论

3、化学键理论

4、扩散理论2024年10月15日Page:25胶粘剂机械联结理论

认为被粘物表面是粗糙的、有些是多孔的，胶粘剂能够渗透到被粘物表面的孔隙中去，硬化后就形成了许多微小的机械联结。胶粘剂主要依靠这些机械联结与被粘物牢固地粘结在一起。2024年10月15日Page:26胶粘剂物理吸附理论

认为任何物质的分子（或原子）之间都有着两种相互作用着的力；一种是强的主价键力或称化学键力。一种是弱的次价键力。或称范德华力。物理吸附是由次价键力所引起的。虽然次价键力远比化学键力弱，但由于原子和分子的数目相当多，故这种物理吸附作用还是相当大的。这种理论把粘结力归诸于胶粘剂分子和被粘物表面之间的物理吸附作用。2024年10月15日Page:27胶粘剂化学键理论认为某些胶粘剂与被粘物表面之间还能形成化学键，这种化学键对于粘结力、特别是对于粘结界面抵抗老化的能力是有贡献的，并在某些场合已为实验所证明。2024年10月15日Page:28胶粘剂扩散理论认为胶粘剂分子与被粘结物表面之间仅互相紧密接触还是不够的，须互相扩散才能形成牢固的粘结，因为相互扩散的结果能使更多的胶粘分子（或原子）与被粘结物分子之间更加接近，而增强它们的物理吸附作用。

2024年10月15日Page:29胶粘剂土木工程中常用的胶粘剂（一）热塑性合成树脂胶粘剂1、聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂（商品名107胶）

2、聚醋酸乙烯乳胶（俗称白胶水）（二）热固性合成树脂胶粘剂1、环氧树脂胶粘剂2、聚氨酯胶粘剂

2024年10月15日Page:30胶粘剂聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂是以聚乙烯醇与甲醛在酸性介质中进行缩合反应而制得的一种透明的水溶性胶体。它无毒、无味，具有较高的粘接强度和较好的耐水、耐油、耐磨及耐老化性能。它既可作壁纸、墙布的胶粘剂，也可作水泥制品的胶粘剂，可显著地提高水泥材料的耐磨性、抗冻性和抗裂性，并增加其防霉菌性，还可用作彩色瓷砖、马赛克、室内地面涂层、内墙涂料等的胶料，是建筑中广泛使用的一种胶粘剂。由于聚乙烯醇缩甲醛树脂的原料来源丰富，价格低廉，因而在建筑装修施工中用途最广，被誉为建筑用“万能胶”。2024年10月15日Page:31胶粘剂聚醋酸乙烯乳胶是由醋酸与乙烯合成醋酸乙烯，再经乳液聚合而成的一种乳白色、具有酯类芳香的乳状液体。它可在常温下固化，配制使用方便，具有良好的粘结强度。粘接层有较好的韧性和耐久性，而且无毒、无味、快干，耐老化、耐油，施工安全、简易等特性。但聚醋酸乙烯乳胶价格较贵，耐水与耐热性不佳、易蠕变等缺点。2024年10月15日Page:32胶粘剂环氧树脂胶粘剂是以环氧树脂为主要原料，掺加适量硬化剂、增塑剂、填料和稀释剂等配制而成。环氧树脂是含有环氧基的线型高分子化合物，它与不同的硬化剂作用后，能形成体型结构，并对各种材料具有优良的粘附力和粘接强度。2024年10月15日Page:33胶粘剂聚氨酯胶粘剂是以多异氰酸酯或聚氨基甲酸酯（简称聚酯）为基料的胶粘剂。聚氨酯是一种能在室温下固化的胶粘剂，具粘结力强，胶膜柔软，耐溶剂，耐油，耐水，耐酸，耐震等特点。它主要对纸张、木材、玻璃、金属（钢、铝等）、塑料等材料具有良好的粘结力。在建筑工程中，主要用以粘接塑料、木材、皮革等，特别适用于防水、耐酸、耐碱的工程中。2024年10月15日Page:34有机高分子材料10.4涂料定义：涂料是指涂敷于物体表面，并能形成牢固附着的完整保护膜的材料。10.4.1涂料的组成10.4.2常用建筑涂料10.4.3油漆涂料2024年10月15日Page:35涂料涂料的组成1）基料2）填料3）颜料4）助剂5）水和溶剂2024年10月15日Page:36涂料的组成基料：将涂料中的其他组成粘结在一起，并能牢固地附着于基层表面，形成连续均匀、坚韧的保护膜层（又称涂膜）。成膜物质有三大类1）树脂类成膜物质2）油料类成膜物质3）无机涂料的粘结料2024年10月15日Page:37涂料的组成填料又称体制颜料，大部分为白色或无色，不具备着色力，除起填充作用外，填料还能增加涂膜厚度，赋予涂膜以质感，减少涂膜的收缩，提高涂膜机械强度、耐磨性、耐候性及抗老化性，降低涂料成本。2024年10月15日Page:38涂料的组成颜料又称着色颜料，主要作用是使涂料具有一定的遮盖力和所需的各种色彩。2024年10月15日Page:39涂料的组成助剂是涂料的辅助材料，用量很少，但能明显改善涂料的性能，特别是对基料成膜的过程和涂膜的耐久性起着十分重要的作用。2024年10月15日Page:40涂料的组成水和溶剂：水和溶剂是分散介质，溶剂又称稀释剂，主要作用在于便各种原材料分散而形成均匀的粘稠液体，同时可调整涂料的粘度，使其便于施工，有利于改善涂膜的某些性能。同时涂料在成膜过程中，依靠水或溶剂的挥发，使涂料逐渐干燥硬化，最后形成连续均质的涂膜。2024年10月15日Page:41成膜物质树脂类成膜物质以合成树脂制得的涂料为主，所制的涂料性能优良，涂膜光泽好，是现代涂料工业产量最大、品种取多、应用最广的涂料。常用的合成树脂有：聚乙烯醇及改性物质，苯丙乳液、丙烯酸乳液、聚醋乙烯及其共聚物、环氧树脂、聚氨酯树脂等。2024年10月15日Page:42成膜物质油料类成膜物质：涂料作用的主要是植物油，属于天然有机材料，是制造某些油性涂料和油性涂料的主要原料。包括以下三种：1）干性油料2）半干性油料3）不干性油料2024年10月15日Page:43成膜物质无机涂料的粘结料无机建筑涂料中的粘结料主要有水泥浆、硅溶胶系、磷酸盐系、硅酸酮系、无机聚合物系和碱金属硅酸盐系等。这类材料价格低廉，资源丰富，具有发展前景。2024年10月15日P