《有机高分子》PPT课件

第十章有机高分子材料,以高分子化合物为主要原料加工而成的建筑制品称为高分子建材，也称化学建材，分以下三种：建筑塑料是以人造的或天然的高分子化合物为主要原料，在一定温度和压力下塑制成的材料，且在常温下保持形状不变。塑料在建筑领域中主要用作装饰与装修材料。涂料是一类能涂覆于物体表面并在一定条件下形成连续和完整膜层的材料。胶粘剂是指能直接将两种材料牢固地粘结在一起的物质。高分子建筑材料质量轻、韧性高、耐腐蚀性好、功能多、易加工成型、具有一定的装饰性等。因此，成为现代建筑领域广泛采用的新材料。,101合成高分子化合物的基本知识,一、有机高分子化合物的分类,按分子链的形状分类：分为线型的、支链型的和体型（网状）的三种。按加热时的性质分,二、高分子化合物的合成方法及命名,（1）加成聚合通常是在催化剂的存在下，含有双键的单体打开双键，相互连接而得到聚合物长链分子。由加聚反应生得的高聚物一般为线型分子，其组成和单体的组成基本相同，反应过程中不产生副产物。由加聚反应生成的树脂称为聚合树脂，其命名一般是在其原料名称前面冠以“聚”字，如：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙稀等。,（2）缩合聚合缩合聚合又称缩聚反应。是含有活性官能团的单体经缩合反应相互连接而得到高分子量的聚合物，同时，单体的官能团脱并化合成副产物。缩聚反应生产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。缩聚反应生成的树脂称为缩合树脂。其命名一般是在原料名称后加上“树脂”两字。如：酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂等。,三、高分子化合物的主要性能及指标,一、物理力学性能1.密度较小2.比强度高（为轻质高强材料）3.导热性小（保温隔热性能好）4.电绝缘性能好。5.耐磨性好。二、物理、化学性能1.会老化2.耐腐蚀性能较强3.具有可燃性，且在燃烧过程中会释放有毒气体4、耐水性、耐湿性好。,102建筑塑料,塑料是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在加热、加压条件下的加工过程中能流动，并能塑造成型为具有一定形状的制品的高分子材料。,一、塑料的基本组成,二、塑料的特点,优点轻质高强加工性能好导热系数小，绝热性好装饰性优异多功能经济,缺点耐热性差、易燃易老化热膨胀性大刚度小,三、常用的建筑塑料,1、热塑性塑料聚乙烯(PE)分低密度、中密度高密度三种。密度较小、化学稳定性、耐水性和耐寒性良好、耐热性差、易燃烧和光老化。建材制品有各种管道、防水膜等。聚丙烯(PP)刚性较大、耐热性好(加热到150不变形)。强度、弹性模量、硬度都高、对高频电的绝缘性能好。建材制品有各种给水管道、防水膜等。聚氯乙烯(PVC)常见有软、硬质聚氯乙烯二种，抗拉强度、刚度、硬度较大，有良好的耐水性、耐油性、耐化学药品侵蚀性和阻燃性。建材制品有各种给水管道、防水材料、门窗框等。,聚四氟乙烯塑料俗称塑料王，具有非常优良的耐高、低温性能，可在-180260范围内长期使用,几乎耐所有化学药品,摩擦系数极低,仅为0.04。它对其他物质不粘附，不吸水，电性能优良，良好的耐水、耐老化性能。缺点是强度低。聚酰胺塑料俗称尼龙,具有突出的耐磨性和自润滑性，冲击韧性好，强度高，耐蚀性和成型性好，缺点是耐热性差、工作温度不能超过100,导热性差,吸水性高。主要用于制作纤维。聚甲基丙烯酸甲脂俗称有机玻璃透光率达92%,比重只是无机玻璃的一半。强度、冲击韧性都优于无机玻璃，抗稀酸、稀碱、润滑油和碱氢燃料的作用，在自然条件下老化发展缓慢。缺点是硬度低，易擦伤。用作装饰板材。,塑料排水管,塑料给水管,塑料管,塑料粒料,塑料管挤出成型,塑料窗异性材截面,塑料窗异性材截面,塑料门异性材,塑料门,塑料地板,2、热固性塑料,酚醛塑料(PF)由于制备条件不同，有热塑性和热固性二类。它们耐磨性好，绝缘性、耐热性、耐蚀性也都很好。缺点是性脆，不耐碱。用于制作电工器材（如插头、开关等），装饰材料、隔声隔热材料等。热塑性酚醛树脂还可配制油漆、胶粘剂、涂料和防腐蚀用胶泥等。环氧塑料(EP)是环氧树脂加固化剂、填料和增强材料后形成的热固性塑料，常用固化剂有胺类和酸酐类化合物。它们强度较高，韧性较好，尺寸稳定性高，耐久性好，耐热、耐寒，具有优良的电绝缘性能。缺点是稍有毒性。用于制备增强塑料、泡沫塑料、浇注塑料、粘结剂和涂料等。,聚酯塑料强度和表面耐磨性较高；可在100C下长期使用；添加增塑剂可以大幅度提高其韧性；有较好的耐水性，但耐碱和溶剂的性能较差，不耐氧化性介质，固化过程中有较大收缩变形。主要用于玻璃钢和树脂混凝土，可以制造很多种建材制品，如波形瓦、管材、人造石材等。有机硅塑料（SI）具有优良的耐高温（500600C）和防火性；良好的电绝缘性和憎水性；耐腐蚀能力很强；粘结强度高，可用于粘结金属材料和非金属材料；但其机械强度较低。主要有硅油、硅树脂及其硅塑料和硅橡胶。可制成耐热、耐水、耐腐蚀及电绝缘性能均好的模压塑料、层压塑料和泡沫塑料制品，还可用作粘结剂、防水涂料、混凝土外加剂等。,3、增强塑料,组成：树脂，纸、短切纤维或纤维织物、片状材料等增强材料；填料和添加剂。常用树酯有环氧、酚醛、不饱和聚酯等。特点：机械强度高，稳定性好，各向异性，成形工艺多样。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。结构工程中，应用较多的是玻璃纤维（GRP，俗称玻璃钢）或碳纤维增强塑料。,玻璃钢（GRP）：以玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体，经成型、固化而成的固体材料。玻璃钢制品具有良好透光性和装饰性，且强度高，重量轻，具有良好耐化学腐蚀性能和电绝缘性能，加之成型工艺简单灵活，在建筑卫生洁具上被广泛使用。,玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维的FRP制品,玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维制品,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。,纤维增强塑料棒作为混凝土的配筋,纤维增强材料作为桥面板配筋,纤维增强材料作为桥面板配筋,纤维增强材料储油设施,纤维增强树脂用于受损钢筋混凝土结构修补加固,103橡胶,橡胶是一种在较低温度下处于高弹态的高分子材料。特性：能产生很大的弹性变形、极高的可绕性、耐磨性、绝缘性、不透水性和不透气性等。种类：天然橡胶、合成橡胶、再生橡胶。,1、天然橡胶（1）组成：异戊二烯的聚合物，采自橡胶植物的浆汁。（2）性能：密度为0.910.93，没有确定熔点、在130140C下软化，弹性很大，伸长率1200%，电绝缘性好，经硫化后，其强度、变形能力、耐久性均提高，可塑性下降。（3）用途：胶粘剂、橡胶基防水材料、橡胶垫块等。,2、合成橡胶,（1）丁苯橡胶（SBR）丁二烯与苯乙烯的共聚物，浅黄褐色的弹性体，密度为0.910.97g/cm3，具有优良的电绝缘性，其弹性、耐磨性和抗老化性均优于天然橡胶，溶解性与天然橡胶相似，但耐热性、耐寒性、耐挠曲性和可塑性不如天然橡胶，脆化温度为50C，最高使用温度为80100C。（2）丁腈橡胶（NBR）丁二烯和丙烯腈的共聚物，为淡黄色的弹性体，密度随丙烯腈含量的增加而增大。耐热性、耐油性比天然橡胶好，抗臭氧能力强。但耐寒性不如天然橡胶和丁苯橡胶，且本较高。丁腈橡胶是一种耐油橡胶，可用来制造输油胶管、油料容器的衬里和密封胶垫，减震零件等。,（3）氯丁橡胶（CR）氯丁二烯的均聚物，为黑色或琥珀色的弹性体，密度为1.23g/cm3。耐老化、耐臭氧、耐候性、耐油性、耐化学腐蚀性均比天然橡胶好。耐燃性好，粘结能力较高，脆化温度为3555C，热分解温度为230260C，最高使用温度为120150C。可制造各种橡胶制品、胶粘剂和防水材料等。（4）丁基橡胶（也称异丁橡胶IIR）异丁烯与少量异戊二烯的共聚物。它为无色的弹性体，密度约为0.92g/cm3，透气性较低。它是耐化学腐蚀、耐老化、不透气性和电绝缘性最好的橡胶，且耐热性好，吸水率小，抗撕裂性能好，耐寒性好，脆化温度为79C，最高使用温度为150C。但在常温下弹性小（只有天然橡胶的1/4），粘性较差。可用于制造不透气的气囊、电气绝缘制品、化工设备的衬里和建筑防水材料等。,（5）三元乙丙橡胶（EPDM）乙丙橡胶是以乙烯、丙烯在溶液状态下共聚的无定形聚合物。密度为0.85g/cm3左右，是最轻的橡胶。电绝缘性和耐化学腐蚀性好，耐光、热、氧、臭氧的老化性能优异，能在150C下长期使用，最高使用温度为200C。冲击弹性好，尤其是在低温下弹性保持较好，在57C下变硬，77C下变脆。在建筑上，乙丙橡胶可用于制造屋顶胶板、窗户密封条和防水卷材等。3、再生橡胶再生胶是以废旧橡胶制品和橡胶工业生产的边角废料为原料，经再生处理而得到的具有一定橡胶性能的弹性体高分子材料。,橡胶隔震垫,建筑物伸缩缝用橡胶止水带合密封条,橡胶隔震垫,104建筑涂料,涂料是指涂敷在物体表面，能形成牢固附着的连续薄膜材料。它对物体起到保护、装饰或某些特殊的作用。植物油和天然树脂是人们最早应用的涂料，随着高分子材料的发展，合成聚合物改性涂料逐渐成为涂料工业的主流产品。,一、涂料的组成,二、建筑涂料的功能,装饰保护其他功能,三、建筑涂料的分类,一、按主要成膜物质分：,二、按使用部位分：,三、按分散介质和主要成膜物质的溶解情况分：,1、有机建筑涂料,溶剂型涂料水溶型涂料乳液型涂料,（1）溶剂型建筑涂料,组成以合成树脂或油脂为主要成膜物质，以有机溶剂为稀释剂，再加入适量的颜料、填料及助剂，经研磨而成的涂料。优点涂膜细腻、光洁、坚韧，有较好的硬度、光泽，耐水性、耐候性、耐酸碱性能及气密性较好。缺点易燃，溶剂挥发时对人体有害，施工时要求基层干燥，涂膜透气性差，价格较贵。,（2）水溶型建筑涂料,优点用水作为稀释剂，无毒，环保。成本较低缺点涂膜耐水性差，耐候性不强，耐洗刷性差，一般只能作为内墙涂料。,（3）乳液型建筑涂料（乳胶漆）,组成由合成树脂借助乳化剂的作用，以0.10.5m的极细微粒分散于水中构成的乳液，并以乳液作为主要成膜物质，再加入适量颜料、填料等助剂，经研磨而成的涂料。特点以水稀释剂，价格便宜，无毒、不燃，对人体无害，涂膜具有一定透气性，涂布时布需要基层很干燥，涂膜耐水性和耐擦洗的性能较好。应用：室内、室外,二、常用建筑涂料近年来建筑涂料向着高科技、高质量、多功能、绿色环保型、低毒型方向发展。外墙涂料开发的重点为适应高层外墙装饰性，耐候性、耐污染性、保色性高，低毒、水乳型方向发展。内墙涂料以适应健康、环保、安全的绿色涂料方向发展，重点开发水性类、抗菌型乳胶类。防火、防腐、防碳化、保温也是内墙多功能涂料的研究方向。防水涂料向富有弹性、耐酸碱、隔音、密封、抗龟裂、水性型方向发展。功能性涂料将在隔热保温、防晒、防蚊蝇、防霉菌等方向迅速发展。地面涂料有以下几种。,专门用于水磨石、水泥和混凝土地面的CO型涂料，其防水、防油、防溶剂物质渗入能力强、起到密封孔隙、隔绝腐蚀的作用。用于大理石、花岗石、密封水磨石地面的SO涂料。涂料流平性好，亮度高、保滑性好、柔和舒适，装饰效果晶莹高雅。木质专用AQ涂料，其光泽自然大方、耐磨损、抗划伤、没有拼缝、施工简单。适用于体育馆、宴会厅、舞台和家庭等木质地面。抗静电专用ST涂料，用于机房、厂房、微电子工作间、实验室、医院等静电对电子元件有干扰的场所，各种材质都能涂敷，抗静电效果时间长。常用建筑物外墙、内墙、地面涂料详见教材P180,105胶粘剂,胶粘剂是能将各种材料紧密地粘结在一起的物质的总称。用胶粘剂粘结建筑构件、装饰品等不仅美观大方，工艺简单，还能将不同材料的构件很容易地联结在一起并有足够的结合强度，此外粘合剂还可以起到隔离、密封和防腐蚀等作用。,一、组成,1.基料也称粘料或胶料，一般是具有较强粘合性能的材料，如合成树脂、合成橡胶等。它赋予胶粘剂粘结强度、耐久性及其它物理力学性能。2.溶剂溶解基料，调节胶粘剂的粘度，以便于施工；降低基料分子的内聚力，以利于胶粘剂对被粘物表面的渗透或浸润，提高粘结强度。3、固化剂及促进剂使基料的分子链交联成体型结构，以增加胶粘剂分子间的作用力和内聚强度，以及胶粘剂与被粘物间的粘结力，促进剂可以促进固化反应或降低固化反应温度。4、增塑剂与增韧剂提高固化后胶粘剂层的柔韧性。5、填料活性或惰性矿物粉末降低收缩性，增加稠度和增大粘度，提高强度和耐热性。,二、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，胶粘剂品种有水玻璃、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，胶粘剂品种有淀粉、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，胶粘剂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、有机硅橡胶等等。,三、胶粘剂的粘结理论,机械咬合理论胶粘剂渗入被粘物表面空隙中形成许多微小的咬合点，使胶粘剂层与被粘物牢固地咬合在一起。物理吸附理论胶粘剂分子与被粘物表面分子相互吸附，产生分子间次价键力（即范德华力）。化学键理论胶粘剂分子与被粘物表面分子之间发生化学反应形成化学键合扩散理论胶粘剂分子与被粘物表面层分子发生相互扩散，产生相互作用力而胶结起来,四、胶粘剂的基本要求,在土木建筑工程中所用的胶粘剂应满足下列基本要求：1、有足够的流动性和对被粘物表面的浸润性，保证被粘物表面能被完全浸润。2、固化速度和粘度容易调整，且易于控制。3、胶粘剂的膨胀与收缩变形小。4、不易老化，胶粘剂的性能不因温度及其它环境条件而变化。5、粘结强度大。,五、影响粘结强度的主要因素,1、胶粘剂所用基料的分子量与组成分子链中含有较多极性基团。2、胶粘剂对被粘物表面的浸润性能相似相溶原理。3、填料的种类与掺量减小膨胀系数，降低内聚力等。4、胶粘剂的厚度一般应控制在0.050.25mm为宜。5、粘结工艺因素与施工条件,七、选用胶粘剂的基本原则,1、根据被粘材料的性质选用胶粘剂如脆性材料硬度高、质地脆、密度大，应选用强度高、硬度大和不易变形的热固性树脂胶粘剂；弹性变形大，质地柔软，选用弹性好、有一定韧性的橡胶类胶粘剂等。2、根据粘结材料的使用要求选用胶粘剂如粘结受力构件必须选用结构型胶粘剂；根据使用环境条件选用。3、根据粘接施工工艺选用胶粘剂在土木工程中，