高分子材料在现代工程建筑中的应用

1、 高分子材料在现代工程建筑中的应用研究员：赵启超,曾子悦。研究时间：2013年4月30日指导教师:王丽有机高分子材料是以有机高分子化合物为主要组分的材料。有机高分子材料分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类，木材、天然橡胶、棉织品、沥青等都是天然高分子材料；而现代生活中广泛使用的塑料、橡胶、化学纤维以及某些涂料、胶粘剂等，都是以高分子化合物为基础材料制成的，这些高分子化合物大多数又是人工合成的，故称为合成高分子材料。高分子材料是现代工程中不可缺少的一类材料，由于有机高分子合成材料的原料（石油、煤等）来源广泛，化学结合效率高，产品具有多种建筑功能且质轻、强韧、耐化学腐蚀、多功能、易加工成型等优

2、点，因此在建筑工程中应用日益广泛，不仅可用作保温、装饰、吸声材料，还可用作结构材料代替钢材、木材。简介 第一节 高分子化合物的基本知识 第二节 高分子建筑塑料 第三节 高分子建筑涂料 第四节 高分子建筑胶粘剂 第五节 高分子建筑材料现状目录一、高分子化合物的定义及反应类型：定义：是由千万个原子彼此以共价键连接的大分子化合物,常称聚合物或高聚物。其分子量一般104。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。高分子化合物的定义及反应类型: （1）加聚反应 （2）缩聚反应 第一节 高分子化合物的基本知识1加聚反应 加聚反应是由许多种相同或不同的低分子化合物，在加热或催化

3、剂的作用下，相互加合成高聚物而不析出低分子副产物的反应。其生成物称为加聚物（或加聚树脂），加聚物具有与单体类似的组成结构。如： 乙烯 聚乙烯环氧乙烷 聚环氧乙烷高分子化合物的定义及反应类型:其中n代表单体的数目，称为聚合度。N值越大，聚合物的分子量越大。工程中常见的加聚物有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等。 2、缩聚反应 缩聚反应是由许多相同或不同的低分子化合物，在加热或催化剂的作用下，相互结合成高聚物并析出水、氨、醇等低分子副产物的反应。其生成物称为缩聚物（也称缩合树脂）。缩聚物的组成与单体完全不同，例如：苯酚和甲醛两种单体经缩聚反应得到酚醛树脂。 特点：

4、（1）所用单体是带有两个或两个以上-OH, -COOH, -NH2等 反应基团的化合物。 （2）是通过一连串的缩合反应来完成的。和低分子的缩合 反应一样。都是可逆反应。相对分子量随反应时间增 加而逐渐增大，但单体的转化率却几乎与反应时间无 关。 工程中常用的缩聚物有：酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂及有机硅树脂等。二 、高分子化合物的分类及主要性质1、高分子化合物的分类按用途分类：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。 按聚合物反应类型分类：加聚物和缩聚物。 按聚合物的热行为分类：为热塑性聚合物和热固性聚合物 按主链上的化学组成分类：为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物

5、 按产源分类：按加热时的性质分类：热塑性聚合物热固性聚合物受热时的特点受热时软化，冷却后固化。此过程可以反复进行。成型前分子量较低，经加工后固化成型为制品，再受热则制品破坏。此过程不可逆。性能差异密度、熔点较低；耐热性较差；刚度小；但抗冲击韧性较好。密度。熔点较高；耐热性较好；刚度大；但质地硬脆。天然有机高分子材料木材、天然橡胶、沥青等合成有机高分子材料塑料、橡胶、化学纤维 按分子链的几何形状分类：线性结构、直链型结构和体型结构（或称网状型结构）三种。 2、高分子化合物的性质（1）物理力学性质1）密度较小，一般为0.8-2.2g/cm3，只有钢材的1/8-1/4，混凝土的1/3，铝的1/2。2

6、）比强度高（为轻质高强材料），但力学性质受温度变化的影响很大。3）导热性小（保温隔热性能好）4）电绝缘性能好。（2）化学及物理化学性质1）易老化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返回键第二节 高分子建筑塑料塑料是以合成高分子化合物或天然高分子化合物为只要基料，与其他原料在一定条件下经混炼、塑化成型，在常温常压下能保持产品形状不变的材料。塑料在一定的温度和压力下具有较大的塑性，容易做成所需要的各种形状尺寸的制品，而在成型后，在常温常压下又能保持既得的形状和必需的强度。一、塑料的基本组成与性质组成含量主要作用合成树脂3060起胶粘剂作用填料4070可提高塑料的强度、硬

7、度、耐热性、耐老化性、抗冲击性等增塑剂提高塑料加工时的可塑性、流动性，以及塑料制品的弹性和柔软性固化剂用于热固性树脂中着色剂染料、颜料使塑料制品具有鲜艳的色彩和光泽其他助剂改善和调节塑料的其他性能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性好缺点耐热性差、易燃易老化热膨胀性大刚度小二、常用建筑塑料名称代号主要特性主要用途聚乙烯PE若软性好，耐低温性能好，加工性能好；刚度差，耐热性能差，耐老化性能差。防水材料、给排水管、绝缘材料聚氯乙稀PVC耐化学腐蚀和电绝缘性能优良，难燃；但耐热性能较差，高温时易降解是建筑中应用最多的塑料聚苯乙烯PS电绝缘性能好，耐辐射，加工性好；但脆性大

8、，耐冲击和耐热性能差。主要以泡沫塑料的形式作为隔热材料聚丙烯PP耐腐蚀性能优良，力学性能和刚性超过聚乙烯，耐疲劳性和耐应力开裂性好，但收缩率较大，低温脆性大。管材、卫生洁具、模板等ABS塑料强度、刚性高、冲击韧性好、硬度大、耐化学腐蚀性强、易加工等。建筑五金、各种管材、模板、异型管酚醛树脂PF电绝缘性能和力学性能良好。坚固耐用、尺寸稳定、不易变形生产各种层压板、玻璃钢制品、涂料三、常用建筑塑料制品玻璃钢（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

9、筑卫生洁具上被广泛使用。水暖工程材料：给排水管、各种管件、卫生洁具防水工程材料：防水卷材、防水涂料、密封材料、止水带隔热材料：泡沫塑料、现场发泡的泡沫塑料装饰材料：塑料地板、地毯、壁纸、建筑涂料、塑料门窗、塑料吊顶、塑料隔断等塑料管件塑料门窗返回键第三节 高分子建筑涂料建筑涂料简称涂料，是指涂覆于物体表面，能与基体材料牢固粘结并形成连续完整面坚韧的保护膜，具有防护、装饰及其他特殊功能的物质。建筑涂料能以其丰富的色彩和质感装饰美化建筑物，并能以其某些特殊功能改善建筑物的使用条件，延长建筑物的使用寿命，同时，建筑涂料具有涂饰作业方法简单，施工效率高，自重小，便于维护更新，造价低等优点。因而建筑涂料

10、已成为应用十分广泛的装饰材料。一、建筑涂料的功能和分类1、建筑涂料的功能装饰功能：可通过不同的涂饰方法，形成各种纹理、图案和不同程度的质感，达到美化环境及装饰建筑物的作用。保护功能：建筑物在使用中，结构材料会受到环境介质的破坏，而涂料使结构材料与环境中的介质隔开，可减缓这种破环作用，延长建筑物的使用性能；同时涂膜具有一定的硬度、强度、耐磨、耐候、耐蚀等性质，可提高建筑物的耐久性。其他特殊功能：除了上述功能外，一些涂料还具有各自的特殊功能，进一步适应各种特殊使用的需要，如防水、防火、吸声隔声、隔热保温、防辐射等。2、建筑涂料的分类有机涂料无机涂料有机无机涂料外墙涂料内墙涂料顶棚涂料地面涂料屋面防

11、水涂料1、按主要成膜物质分：2、按使用部位分：3、按分散介质和主要成膜物质的溶解情况分：溶剂型涂料水溶型涂料乳液型涂料二、涂料的组成主要成膜物质将涂料中的其他组分粘结成为一体。具有独立成膜能力，决定涂料的使用和所形成涂膜的主要技术性能。分为树脂和油料两类。次要成膜物质是涂料中的各种颜料。使得涂膜着色，并赋予涂膜良好的遮盖力，增加涂膜质感，改善涂膜性能，降低涂料成本。溶剂（稀释剂）有机溶剂水助剂改善涂料性能，提高涂膜质量的辅助材料三、有机建筑涂料常用的有机涂料有以下三种类型： 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高分子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

12、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、水溶型建筑涂料组成以水溶性合成树脂为主要成膜物质，以水为稀释剂，再加入适量颜料、填料及助剂经研磨而成的涂料。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

13、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、室外四、无机建筑涂料无机建筑涂料是以碱金属硅酸盐或硅溶胶为主要成膜物质，加入相应的固化剂，或有机合成树脂、颜料、填料等配制而成，主要用于建筑物外墙。优点：与有机涂料相比，无机涂料的耐水性、耐碱性、抗老化性能性能特别优异；其粘结力强，对基层处理要求不是很严格，适用于混凝土墙体、水泥沙将抹面墙体、水泥石棉板、砖墙和石膏板等基层；温度适应性好，可在较低的维度下施工，最低成膜温度5，负温下仍可固化；颜色均匀，保色性好，遮盖力强，装饰性好；有良好的耐热性，且遇火不燃、无毒；

14、资源丰富，生产工艺简单，施工方便等。分类：按主要成膜物质的不同可分为：A类：碱金属硅酸盐及混合物为主要成膜物质，其代表产品是JH80-1型无机建筑涂料。B类：以硅溶胶为主要成膜物质，其代表产品为JH80-2型无机建筑涂料。五、无机-有机建筑涂料有机涂料或无机涂料虽具有很多优点，但在单独使用时，总有这样或那样的不足，为取长补短，各自发挥优势，又有无机、有机相结合的复合涂料出现。返回键第四节 高分子建筑胶粘剂具有良好的粘结性能，能在两个物体表面间形成薄膜并把他们牢固地粘结在一起的材料通称为胶粘剂。建筑胶剂在现代化建筑施工中，已成为装修工程、修补加固工程重要的建筑材料，正在逐步替代大量的建筑装修湿作

15、业，为装修工程的工业化创造极有利的条件。 一、胶粘剂的组成及分类组成：胶粘剂通常是由主体材料（粘结物质）和辅助材料（固化剂，增塑剂、填料、稀释剂、改性剂）配制而成。主体材料主要指粘料，它是胶粘剂中起粘接作用并赋予胶层一定机械强度的物质，如各种树脂、橡胶、沥青等合成或天然高分子材料以及硅溶胶、水玻璃等无机材料。辅助材料是胶粘剂中用以完善主体材料的性能而加入的物质，如常用的固化剂，增塑剂、填料、稀释剂、改性剂等。分类：胶粘剂的分类方法很多，目前尚无统一的方法。按主要成分可分为有机物质胶粘剂和无机物质胶粘剂；按粘剂来源可分为天然胶粘剂和合成胶粘剂；按强度特性划分为结构胶粘剂、非结构胶粘剂和次结构胶粘

16、剂；按固化条件的不同可分为溶剂型、反应型和热熔型。 二、常用的建筑胶粘剂 1、酚醛树脂胶粘剂 酚醛树脂胶粘剂属热固型高分子胶粘剂，它具有很好的粘附性能，耐热性、耐水性好。缺点是胶层较脆，经改性后可广泛用于金属、木材、塑料、等材料的粘结。 2、环氧树脂胶粘剂 环氧树脂胶粘剂是由环氧树脂、硬化剂、增塑剂，稀剂和填料等组成。具有粘合力强、收缩小和良好的化学稳定性，有效地解决了新旧砂浆、砼层之间的界面粘结问题。对金属、木材、玻璃、橡胶、皮革等也有很强的粘附力，是目前应用最多的胶粘剂，有“万能胶”之称。 3、聚醋酸乙烯胶粘剂 聚醋酸乙烯胶粘剂是醋酸乙烯单体经聚合反应而得到的一种热塑性水乳型胶粘剂，俗称“

17、白乳胶”，该胶合剂具有良好的粘结强度，以粘接各种非金属为主。常温固化速度较快， 且早期粘合强度较高。可单独使用，也可掺入水泥等作复合胶使用。但其耐热性较差，且徐变较大，所以常作为室温下使用的非结构胶。 4、聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂 聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂是由聚乙烯醇和醛为主要原料，加入少量氢氧化钠和水，在一定条件下缩聚而成。市面上常见的107胶、801胶等均属聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂。这类胶粘剂，具有较高的粘结强度和较好的耐水、耐老化性，还能和水泥复合使用，可显著提高水泥材料的耐磨性、抗冻性和抗裂性，可用来胶结塑料壁纸、墙布、瓷砖等。 5、丙烯酸酯胶粘剂 丙烯酸酯胶剂是以丙烯酸酯树脂为基体配以合适的溶剂

18、而成的胶粘剂，分为热塑性和热固性两大类。它具有粘接强度高，成膜性好，能在室温上快速固化，抗腐蚀性、耐老化性能优良的特点。可用于胶接木材、纸张、皮革、玻璃、陶瓷、有机玻璃、金属等。常见的501胶、502胶即属热固性丙烯酸酯类胶胶粘。 如何根据材料性质及环境条件，正确选取用胶粘剂，是保证胶接质量的必要条件。 选择胶粘剂的基本原则有以下几个方面：用胶粘剂时注意：了解粘结材料的品种和特性。根据被粘材料的物化性质选择适合的胶粘剂。了解粘结材料的使用要求和环境。即粘结部位的受力情况、使用温度、耐介质及耐老化性、耐酸碱性等。了解粘接工艺性。即根据粘结结构的类型采用适宜的粘接工艺。了解胶粘剂组分的毒性。了解胶

19、粘剂的价格和来源难易。在满足使用性能要求的前提下，尽可能的选用价廉的、来源容易的、通用性强的粘结剂。 为了提高粘结剂在工程中的粘结强度，满足工程需要，使用胶粘剂粘接时应注意：粘接界面要清洗干净，彻底清除被粘接物表面上的水分、油污、锈蚀和漆皮等附着物。胶层要匀薄。大多数胶粘剂的胶接强度随胶层厚度增加而降低。胶层薄，胶面的粘附力起主要作用，而粘附力往往大于内聚力，同时胶层产生裂纹和缺陷的概率变小，胶接强度就高。但胶层过薄，易产生缺胶，更影响胶接强度。晾置时间要充分。对含有稀释剂的胶粘剂，胶接前一定要晾置，使稀释剂充分挥发，否则在胶层内会产生气孔和疏松线性，影响胶接强度。固化要完全。胶粘剂中的固化一般需要一定压力、温度和时间。加一定的压力有利于胶液的流动和湿润，保证胶层的均匀和致密，使气泡从胶层中挤出。温度是固化的主要条件，适当提高固化温度有利于分子间的渗透和扩散，有助于气泡的逸出和增加胶液的流动性，温度越高，固化越快。但温度过高会使胶粘剂发生分解，影响粘结强