第7章合成高分子材料课件.ppt
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- 合成 高分子材料 课件
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1、第七章、合成高分子材料高分子化合物又称高分子聚合物(简称高聚物),高聚物是组成单元相互多次重复连接而构成的物质,因此其分子量很大,但化学组成都比较简单,都是由许多低分子化合物聚合而形成的。几个基本概念n单体单体:用来合成聚合物的简单低分子化合物:用来合成聚合物的简单低分子化合物 如:聚乙烯如:聚乙烯-CH2-CH2-n 的单体为的单体为 CH2CH2,n链节链节:大分子链的基本结构单元,:大分子链的基本结构单元,-CH2-CH2-n聚合度聚合度:大分子链中链节的重复次数:大分子链中链节的重复次数n;n分子量的分子量的多分散性多分散性:聚合物是由大量的大分子链组:聚合物是由大量的大分子链组成的。
2、各个大分子链的链节数不同,大分子链的长成的。各个大分子链的链节数不同,大分子链的长短不同、分子量也不同,聚合物中大分子链的分子短不同、分子量也不同,聚合物中大分子链的分子量不等的现象称为分子量的多分散性量不等的现象称为分子量的多分散性7.1 7.1 合成高分子材料的分子特征及性能合成高分子材料的分子特征及性能特点特点7.1.1 合成高分子材料的分子特征高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状,可分为线性聚合物和体型聚合物两类。(1)线型聚合物线型聚合物各链节连接成一个长链,或带有支链。这种聚合物可以溶解在一定溶剂中,可以软化,甚至熔化。举例:线型聚苯乙烯(PS);高密度聚乙烯(HDPE)。支链
3、型低密度聚乙烯等。(2)体型聚合物体型聚合是线型大分子间相互交联,形成网状的三维聚合物。这种聚合物制备成型后再加热时不软化,也不能流动。举例:酚醛树脂,环氧树脂,脲醛树脂,不饱和聚酯。7.1.2 合成高分子材料的性能特点 高分子材料之所以能在建筑中得到如此广泛的应用,是由于它与其他建筑材料相比,其性能具有七方面的优点和三方面的缺点。优良的加工性能。优良的加工性能。如塑料可以采用比较简便的方法加工成如塑料可以采用比较简便的方法加工成多种形状的产品。多种形状的产品。质轻质轻。如大多塑料密度在。如大多塑料密度在0.92.2g/m3之间,平均为之间,平均为1.45g/cm3,约为钢的,约为钢的1/5。
4、导热系数小。导热系数小。如泡沫塑料的导热系数只有如泡沫塑料的导热系数只有0.020.046W/(mK),约为金属的),约为金属的1/1500,混凝土的,混凝土的1/40,砖的,砖的1/20,是理想的绝热材料。是理想的绝热材料。化学稳定性较好。化学稳定性较好。一般塑料对酸、碱、盐及油脂均有较好一般塑料对酸、碱、盐及油脂均有较好的耐腐蚀能力。其中最为稳定的聚四氟乙烯,仅能与熔融的耐腐蚀能力。其中最为稳定的聚四氟乙烯,仅能与熔融的碱金属反应,与其它化学物品均不起作用。的碱金属反应,与其它化学物品均不起作用。电绝缘性好。电绝缘性好。功能的可设计性强。功能的可设计性强。可通过改变组成配方与生产工艺,在可
5、通过改变组成配方与生产工艺,在相当大的范围内制成具有各种特殊性能的工程材料。如强相当大的范围内制成具有各种特殊性能的工程材料。如强度超过钢材的碳纤维复合材料、密封、防水材料等。度超过钢材的碳纤维复合材料、密封、防水材料等。出色的装饰性能。出色的装饰性能。如各种塑料制品不仅可以着色,而且色如各种塑料制品不仅可以着色,而且色彩鲜艳耐久,并可通过照相制板印刷,模仿天然材料的纹彩鲜艳耐久,并可通过照相制板印刷,模仿天然材料的纹理(如木纹、花岗石、大理石纹等),达到以假乱真的程理(如木纹、花岗石、大理石纹等),达到以假乱真的程度。装饰涂料可根据需要调成任何颜色,甚至多彩。度。装饰涂料可根据需要调成任何颜
6、色,甚至多彩。2.合成高分子材料的性能缺点(1)易老化 n老化是指高分子化合物在阳光、空气、热以及环老化是指高分子化合物在阳光、空气、热以及环境介质中的酸、碱、盐等作用下,分子组成和结境介质中的酸、碱、盐等作用下,分子组成和结构发生变化,致使其性质变化,如失去弹性、出构发生变化,致使其性质变化,如失去弹性、出现裂纹、变硬、脆或变软、发粘失去原有的使用现裂纹、变硬、脆或变软、发粘失去原有的使用功能的现象。功能的现象。n塑料、有机涂料和有机胶粘剂都会出现老化。目塑料、有机涂料和有机胶粘剂都会出现老化。目前采用的防老化措施主要有改变聚合物的结构,前采用的防老化措施主要有改变聚合物的结构,加入各种防老
7、化剂的化学方法和涂防护层的物理加入各种防老化剂的化学方法和涂防护层的物理方法方法(3 3)耐热性差耐热性差 高分子材料的耐热性能普通较差,如使用温度偏高会促高分子材料的耐热性能普通较差,如使用温度偏高会促进其老化,甚至分解;塑料受热会发生变形,在使用中要进其老化,甚至分解;塑料受热会发生变形,在使用中要注意其使用温度的限制注意其使用温度的限制。(2 2)可燃性及毒性可燃性及毒性 高分子材料一般属于可燃的材料,但可燃性受其组成和结高分子材料一般属于可燃的材料,但可燃性受其组成和结构的影响有很大差别。如聚苯乙烯遇火会很快燃烧起来,构的影响有很大差别。如聚苯乙烯遇火会很快燃烧起来,聚氯乙烯则有自熄性
8、,离开火焰会自动熄灭。聚氯乙烯则有自熄性,离开火焰会自动熄灭。部分高分子材料燃烧时发烟,产生有毒气体。一般可通过部分高分子材料燃烧时发烟,产生有毒气体。一般可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品。不过其防火性改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品。不过其防火性仍比无机材料差,在工程应用中应予以注意。仍比无机材料差,在工程应用中应予以注意。7.2.1 建筑塑料建筑塑料n塑料是以聚合物为基本材料,加入各种添加剂后,塑料是以聚合物为基本材料,加入各种添加剂后,在一定温度和压力下混合、塑化、成型的材料或制在一定温度和压力下混合、塑化、成型的材料或制品的总称。品的总称。1 塑料的组成塑料的组成(1)合
9、成树脂)合成树脂 塑料的基本组成材料,起着胶结剂的作用,含量为塑料的基本组成材料,起着胶结剂的作用,含量为30%-60%。塑料的主要性能决定于所采用的合成树。塑料的主要性能决定于所采用的合成树脂脂。(2)添加剂)添加剂 为改善塑料的性能而加入的物质统称为添加剂。为改善塑料的性能而加入的物质统称为添加剂。如如增塑剂、固化剂、着色剂、阻燃剂、稳定剂等。增塑剂、固化剂、着色剂、阻燃剂、稳定剂等。7.2 高分子材料在土木工程中的应用高分子材料在土木工程中的应用1)填料)填料填充料的作用:节约树脂,降低成本,调节塑料的填充料的作用:节约树脂,降低成本,调节塑料的物理化学性能。含量物理化学性能。含量40%
10、-70%。常用的有机填充料有木粉、纸屑、废棉、废布等;常用的有机填充料有木粉、纸屑、废棉、废布等;常用的无机填充料有滑石粉、石墨粉石棉、玻璃常用的无机填充料有滑石粉、石墨粉石棉、玻璃纤维等。纤维等。2)增塑剂增塑剂 增塑剂一般为沸点较高、不易挥发、与树脂有良增塑剂一般为沸点较高、不易挥发、与树脂有良好相溶性的低分子油状物,不仅使塑料加工成型好相溶性的低分子油状物,不仅使塑料加工成型方便、而且可改善塑料的韧性和柔顺性等机械性方便、而且可改善塑料的韧性和柔顺性等机械性能。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二能。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等。甲酸二辛酯等。3)固化剂固化剂 主
11、要作用是在聚合物中生成横跨键、使线型高聚物交联成主要作用是在聚合物中生成横跨键、使线型高聚物交联成体型高聚物,从而使树脂具有热固性,制得坚硬的塑料制品体型高聚物,从而使树脂具有热固性,制得坚硬的塑料制品 4)着色剂着色剂 主要作用是可使塑料具有鲜艳的色彩和光泽。着色剂除满主要作用是可使塑料具有鲜艳的色彩和光泽。着色剂除满足色彩要求外,还应具有分散性好,附着力强,不与塑料成足色彩要求外,还应具有分散性好,附着力强,不与塑料成分发生化学反应,不腿色等特性分发生化学反应,不腿色等特性 5)阻燃剂阻燃剂 加入后能提高塑料的耐燃性和自熄性。常用的有氢氧化铝,加入后能提高塑料的耐燃性和自熄性。常用的有氢氧
12、化铝,三氧化锑等三氧化锑等 6)稳定剂稳定剂 防止和缓解高聚物的老化,延长塑料制品的使用寿命。防止和缓解高聚物的老化,延长塑料制品的使用寿命。7.7.2.2 2.2 常用建筑塑料分类及性能常用建筑塑料分类及性能 P222P222表表7-17-1常用塑料的种类有常用塑料的种类有 F 聚氯乙烯(聚氯乙烯(PVCPVC)(软、硬)(软、硬)F 聚乙烯(聚乙烯(PEPE)F 聚丙烯(聚丙烯(PPPP)F 聚苯乙烯(聚苯乙烯(PSPS)F ABSABS塑料(塑料(改性聚苯乙烯塑料改性聚苯乙烯塑料)F 酚醛酚醛F 有机硅有机硅 它是建筑中用量最大的一种塑料。硬质聚氯乙烯的密它是建筑中用量最大的一种塑料。硬
13、质聚氯乙烯的密度为度为1.381.381.43g/cm1.43g/cm3 3,机械强度高,化学稳定性好,使用,机械强度高,化学稳定性好,使用温度范围一般在温度范围一般在-15-15+55+55之间,适宜制造塑料门窗、下之间,适宜制造塑料门窗、下水管、线槽等。水管、线槽等。聚氯乙烯(聚氯乙烯(PVCPVC)聚乙烯塑料在建筑上主要用于给排水管、卫生洁具。聚乙烯塑料在建筑上主要用于给排水管、卫生洁具。聚乙烯(聚乙烯(PEPE)聚丙烯的密度在所有塑料中是最小的,约为聚丙烯的密度在所有塑料中是最小的,约为0 09090左左右。聚丙烯常用来生产管材、卫生洁具等建筑制品。右。聚丙烯常用来生产管材、卫生洁具等
14、建筑制品。聚丙烯(聚丙烯(PPPP)聚苯乙烯(聚苯乙烯(PSPS)聚苯乙烯为无色透明类似玻璃的塑料。聚苯乙烯为无色透明类似玻璃的塑料。聚苯乙烯在建聚苯乙烯在建筑中主要用来生产泡沫隔热材料、透光材料等制品。筑中主要用来生产泡沫隔热材料、透光材料等制品。ABS ABS塑料塑料 ABS ABS塑料是改性聚苯乙烯塑料,以丙烯睛(塑料是改性聚苯乙烯塑料,以丙烯睛(A A)、丁二)、丁二烯(烯(B B)及苯乙烯()及苯乙烯(S S)为基础的三组分所组成。为基础的三组分所组成。ABSABS塑塑料可制作压有花纹图案的塑料装饰板等。料可制作压有花纹图案的塑料装饰板等。(1)型材)型材塑料在土木工程中常用于制作塑
15、料地板、门窗、墙纸、管塑料在土木工程中常用于制作塑料地板、门窗、墙纸、管材和型材等材和型材等。1)塑料地板)塑料地板 塑料地板是建筑塑料制品之一,是发展最早的塑料类塑料地板是建筑塑料制品之一,是发展最早的塑料类装装修材料修材料。塑料地板是指由高分子树脂及其助剂通过适当的工艺所塑料地板是指由高分子树脂及其助剂通过适当的工艺所制成的片状地面覆盖材料。制成的片状地面覆盖材料。对塑料地板可以按以下方式分对塑料地板可以按以下方式分类:类:3 塑料型材与管材塑料型材与管材 2)塑料门窗塑料门窗塑料门窗有人称它是继木、钢、铝门窗之后的门窗塑料门窗有人称它是继木、钢、铝门窗之后的门窗第四代产品。与传统的木、钢
16、、铝门窗相比,塑第四代产品。与传统的木、钢、铝门窗相比,塑料门窗具有节能、节材、保护环境的功效。料门窗具有节能、节材、保护环境的功效。由于塑料门窗型材本身导热性差和多腔结构,因此由于塑料门窗型材本身导热性差和多腔结构,因此具有显著的节能效果,而且它的生产能耗比钢、具有显著的节能效果,而且它的生产能耗比钢、铝低得多,又因为塑料门窗的应用可节省大量的铝低得多,又因为塑料门窗的应用可节省大量的木、钢、铝材料,有利于环境的保护;木、钢、铝材料,有利于环境的保护;此外塑料门窗的可加工性强,可满足门窗各种功能此外塑料门窗的可加工性强,可满足门窗各种功能的要求,且具有良好的化学稳定性,能提高抗各的要求,且具
17、有良好的化学稳定性,能提高抗各种腐蚀的能力,故在国内外都受到大力的推广。种腐蚀的能力,故在国内外都受到大力的推广。塑料门窗特点:塑料门窗特点:u隔热性能优异;隔热性能优异;u气密性、水密性好;气密性、水密性好;u装饰性好;装饰性好;u加工性能好;加工性能好;u隔声性能好隔声性能好u耐腐蚀、维护费用较低等;耐腐蚀、维护费用较低等;u但其线膨胀系数较高,硬度较低,不耐磨。但其线膨胀系数较高,硬度较低,不耐磨。复合塑料门窗常用的种类为塑钢门窗,它是在塑料复合塑料门窗常用的种类为塑钢门窗,它是在塑料门窗框内部嵌入金属型材制成。门窗框内部嵌入金属型材制成。3)塑料墙纸塑料墙纸是以一定材料为基材,在其表面
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