jih 建筑塑料与胶粘剂

第十一章建筑塑料与胶粘剂第十一章合成高分子材料11.1合成高分子材料的基本知识一、聚合物及其分类•（一）聚合物其分子量虽然很大，但化学组成都比较简单，是由简单的结构以重复方式连接起来而形成的。例如，聚氯乙烯的结构式为：聚合度链节聚合度代表重复单元数，它是衡量高聚物分于最大小的一个指标。链节：重复的结构单元一种高分子化合物是许多结构和性质相类似而聚合度不完全相等的高分子的混合物。由低分子单体合成高聚物的反应称作聚合反应，根据单体和聚合物的组成和结构所发生的变化，聚合反应可分成加聚反应和缩聚反应两大类。（二）聚合物的分类1.按化学反应分为两大类。（1）加聚树脂：由含有不饱和键的低分子化合物(称为单体)经加聚反应而得。加聚反应特点：无副产品化学组成与单体的化学组成基本相同。加聚物的分子量是单体分子量的整数倍。•均聚物—由一种单体加聚而得。•共聚物—由两种或两种以上单体加聚而得。命名方法：在单体名称前冠以“聚”字（2）缩聚树脂：一般由两种或两种以上含有官能团的单体经缩合反应而得。缩聚反应特点：有副产品——水、氨、醇等低分子化合物缩聚树脂的化学组成与单体的化学组成完全不同。命名方法：在单体名称后冠以“树脂”两字（一）高聚物的几何形状与性质二、高聚物的结构与性质高分子化合物结构1.线型结构分子中的主链原子，常排列成一长链形状，长链上接有或多或少长短不一的支链。受热时，可熔，也能可溶于特定的有机溶剂。具有弹性和塑性。由于其中少量支链使分子间距增大，结构变松，从而机械强度降低，溶解能力和可塑性增高。常用的有聚乙烯、聚氯乙烯等。2.支链型结构化合物的主链也是长链形状，但带有大量的支链，并围绕在主链四周使分子成为球型(有时又称球型结构)，其强度和弹性都不及线型结构高，无显著熔点，但具有良好的溶解能力。如酚醛树脂、脲醛树脂在制备过程中的中间产物。3.网状结构分子的主链也是长链分子，但被横键所交联成网状，不熔化，但能变软具有塑性，不溶解，但能溶胀。如硫化橡胶。4.体型结构分子中的长链在三度空间与其他许多分子发生交联而成，也可在单体聚合过程逐步交联而形成。体型结构的高聚物硬而脆，无弹性和塑性，既不熔化，也不溶解。酚醛、脲醛、环氧、聚酯等树脂交联的最终产物。强度较低、弹性模量小、变形较大、耐热性较差、耐腐蚀性较差，可溶可熔。线型结构强度较高、弹性模量较高、变形较小、耐热性较好、耐腐蚀性较高、不溶不熔、较硬脆并且多没有塑性。体型结构可反复加热软化，冷却硬化（线型结构）热塑性树脂热塑性树脂一般是由具有线型和支化的大分子所组成，加热时分子的活动能力增加，树脂具有一定流动性，在压力作用下能加工成各种形状的制品，冷却后分子重新冻结而失去流动性，这样制品的形状就被固定下来。如果高聚物分子不发生变化，如降解或交联，这一过程就可以反复进行。所以热塑性树脂是可以反复加工的。聚氯乙烯、尼龙等是典型的热塑性树脂。（体型结构）仅在第一次加热时软化，分子间产生化学交联而固化，以后再加热时不会软化的。热固性树脂:热固性树脂在成型前分子且较低而具有可塑性，在成型过程中发生交联而成为体型结构的大分子，从而失去可塑性。热固性树脂成型过程是一个从线型或支链分子交联成体型分子的过程，这一过程是不可逆的。因此固化后的树脂是不能重新加工成型的。例如热固型酚醛树脂加热后不熔化，也不溶于有机溶剂，但在高温下会发生降解．(二)高聚物的结晶为部分结晶，结晶度越高，则高聚物的密度、弹性模量、强度、硬度、耐热性、折光系数等越大，而冲击韧性、粘附力、断裂伸长率、溶解度等越小，晶态高聚物一般为不透明或半透明的。按结晶性能晶态高聚物非晶态高聚物晶态高聚物非晶态高聚物一般为透明的非晶态高分子化合物中，常具有三种力学性能不同的状态：玻璃态、高弹态、粘流态。由于这三种状态是在不同的温度范围内出现，因而也称为热—机械状态。（三）高聚物的变形与温度非晶态高聚物之所以具有这几种不同的聚集状态，是由于大分子链的结构特点所决定的。该大分子链有两种运动单元，一种是大分子链的整体，一种是链中的个别链段。这是由于链型分子中，相邻原子基团的旋转自由，使得同一分子相距较远的各部分的运动几乎不相关。在高聚物内部大分子之间存在着分子间的作用力，所以它们不易活动。这使高聚物具有固定的特性，有很高的粘度，甚至有的高聚物在高温下也不能流动。另一方面，由于高分子链节的不断内旋转，以致链段可以独立活动，这就使高聚物具有非常大的弹性和一定程度的柔顾性。高聚物的许多特性，都是由高分子的这种两重性所决定的。(一)玻璃态1.玻璃态：高分子化合物处于过低温度下，所有分子间的运动和链段的运动都停止了，整个物质表现为非晶态的硬脆固体，和无机玻璃一样；当加外力时，产生瞬时变形，外力除去后，立即恢复原状，所以叫玻璃态。2.玻璃态温度(Tg)：高分子化合物转化为玻璃态时温度。3.塑料的Tg高于室温，常温下呈玻璃态的非晶态高聚物。4.脆化温度(Tb)：玻璃态高聚物低于Tg的某一温度时，分子振动也被“冻结”，这时加以外力，会出现不能拉伸的脆性现象，这个温度为脆化温度(Tb)。塑料在Tb-Tg之间的温度范围内使用时，不会脆裂，且具有一定的强度。T＜Tg，为硬脆的玻璃体，处于玻璃态。(二)高弹态1.高弹态：高聚物在不大的外力作用下，就会慢慢产生数倍的变形，除去外力后，又会慢慢恢复原状，这种状态叫高弹态。2.高弹态聚合物的变形是可逆的，并且温度越高，恢复平衡的速度越快，这种变形称为高弹变形。3.橡胶的玻璃化温度低于室温，常温下呈高弹态。当T＞Tg时，高聚物产生大的弹性变形，进入高弹态。(三)粘流态1.粘流态：温度继续上升，整个体系成为可以流动的粘稠液体，给以外力，分子间产生滑动而变形，除去外力后，不能恢复原状，这时的状态称为粘流态2.粘流态温度(Tf):高聚物进入粘流态时的温度。当T＞Tf时，高聚物产生塑性变形，进入粘流态。如果将温度降低到了以下，形状就被固定下来，利用高聚物的这种特性，进行某些高聚物的加工塑造成。玻璃态、高弹态、粘流态是三种力学状态，这种状态的改变并不是相变。玻璃化温度是塑料的最高使用温度，玻璃化温度是橡胶的最低使用温度。热塑性树脂与热固性树脂在成型时均处于粘流态。三、常用合成树脂（一）热塑性合成树脂1.聚乙烯（PE)结晶性树脂低压聚乙烯也称高密度聚乙烯，其分子量较高、支链较少、结晶度较高、质地较坚硬。按合成时的压力分高压聚乙烯也称低密度聚乙烯，分子量较低、支链较多、结晶度低、质地柔软。聚乙烯的特性：透明或半透明物质，密度为0.94~0.97g／cm3，加热时在80~90℃下软化，在100~200℃下熔融。能在-70~-80℃下保持弹性。聚乙烯对酸、碱和溶剂作用有很好的化学稳定性，耐水性、物理机械性能和电绝缘性能。聚乙烯能吸收油类而引起膨胀、变色或泌裂，容易着火燃烧，并有严重的熔融滴落现象，这会导致火焰的蔓延。建筑用聚乙烯材料进行阻燃改性。聚乙烯的应用：主要用来制造防水薄膜、防水卷材，管子(供冷水和浸蚀性介质输送管)、电线套管及某些卫生设备(冷水箱等)。2.聚丙烯(PP)（1）等规聚丙烯（IPP）性质：与聚乙烯接近，但聚丙烯坚硬。密度是最小的，约为0.90g/cm3左右。易燃并容易产生熔融滴落现象，离火后不能自熄。但它的耐热性能优于聚乙烯，在100℃时仍能保持一定的抗拉强度。其机械性能高于聚乙烯。耐化学腐蚀性能很好，常温下没有溶剂。但耐低温冲击性能较差，通常要进行增韧改性。应用：可制造装饰板、纤维网布、包装袋、薄膜、管子和化工设备零件。（2）无规聚丙烯（APP）性质：乳白色至浅棕色的橡胶状物质，分子量小。玻璃化温度较低，常温下呈橡胶状态，机械强度和耐热性很差(高于50℃时即可缓慢流动)，但其具有较好的粘附性，且化学稳定性和耐水性优良。应用：常用于沥青材料的改性。3.聚氯乙烯(PVC)是建筑中应用最普遍的聚合物之一，通过改变配方，可以制成硬质和软质的制品，也能得到轻质的发泡制品。性质：室温下是无色、半透明、硬而坚固的固体。因含氯量高，所以具有自熄性，这也是它作为主要建筑塑料使用的原因之一。在加工或使用过程中聚氯乙烯会因热、光的作用而分解，造成制品的颜色变深、性能变差，因此，在聚氯乙烯塑料中必须加入稳定剂，以提高它的使用寿命。但耐热性较差，使用温度一般不超过-15～+55℃。应用：硬质聚氯乙烯主要用作天沟、水落管、外墙覆面板、天窗以及给排水管等。软质聚氯乙烯常加工为片材、板材、型材等，如卷材地板、块状地板、壁纸、防水卷材、止水带等。4.聚苯乙烯（PS）苯乙烯是无色的液体，是由汽油和乙烯合成的。聚苯乙烯是苯乙烯聚合而成的固体产物，是一种透明、坚固、性脆的聚合物。性质：透光率达90%、耐水、耐光、耐腐蚀，易着色和加工成制品。但其抗冲性和耐热性差(不超过80℃)、易燃。由于聚苯乙烯中存在苯环，所以易溶于芳香族碳氢化合物中。应用：制取隔热泡沫塑料饰面板、用于透明装饰部件、灯罩、发光平顶板等，胶乳涂料、防水薄膜。5.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)性质：无色、透明度极高，是透光最好的一种塑料，透光率可达92%以上，并且能透过73．5％的紫外光；质轻、坚韧并具有弹性，在低温时仍具有较高的砰击强度，有优良的耐水性和耐热性，易加工。应用：主要用于采光平顶板、板材、管材等。6.丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)性质：不透明，其具有聚苯乙烯的良好的加工性好，聚丁二烯的高韧性和弹性，聚丙烯腈的高化学稳定性和表面硬度等。ABS树脂具有表面硬度高、耐化学腐蚀，电绝缘性能良好以及易于成型和机械加工等待点，表面还能镀铬。较高的冲击韧性，耐热性高于聚苯乙烯。应用：用于生产压有花纹图案的塑料装饰板和管材等。（二）热固性合成树脂1.酚醛树脂(PF)性质：较高的强度、耐热性、化学稳定性和自熄性，但脆性大，不能单独作为塑料使用。颜色深暗，装饰性较差。应用：粘合纸、木片、玻璃布等制成各种压板、玻璃纤维增强塑料。2.氨基树脂(1)脲醛树脂(UF)性能：与酚醛树脂基本相仿，但耐水性及耐热性较差。着色性好、表面光泽如玉，有“电玉”之称。应用：用作建筑小五金、泡沫塑料等。(2)三聚氰胺树脂(MF)性能：耐水性、耐热性和耐磨性好，表面光亮，但成本高。应用：在建筑上主要用于装饰层压板。3.不饱和聚酯树脂(UP)性质：透光率高、化学稳定性好、强度高、抗老化性及耐热性好，但固化时的收缩大，且不耐浓酸与浓碱的侵蚀。应用：主要用于玻璃纤维增强塑料。不饱和聚酯树脂是热固性树脂中用量最大的一种。纤维增强的不饱和聚酯塑料，主要用于结构构件、防腐容器与管道、波形瓦、采光板等。4.环氧树脂(EP)性质：环氧树脂性能优异，特别是粘结力和强度高，化学稳定性好，且固化时的收缩小。应用：主要用于玻璃纤维增强塑料、胶粘剂等5.有机硅树脂(SI)性质：耐热性高(400～500℃)、耐化学腐蚀性好，且与硅酸盐材料的结合力高。应用：主要用于层压塑料和防水材料。四、合成橡胶弹性体，其Tg较低。主要特点：在常温下受外力作用时即可产生百分之数百的变形，外力取消后，变形可完全恢复。具有很好的耐寒性及较好的耐高温性，在低温下也具有非常好的柔韧性。应用：防水卷材及密封材料(一)橡胶的硫化，又称交联。1.硫化：橡胶线型分子结构网型分子结构弹性体的过程2.目的：提高其强度、变形、耐久性、抗剪切能力，减少塑性。硫化后的橡胶又称硫化橡胶，简称橡胶。硫化剂交联(二)橡胶的再生处理橡胶的再生处理主要是脱硫。1.脱硫：并不是指把硫分分离出来，而是指将废旧橡胶经机械粉碎和加热处理等，使橡胶氧化解聚，即由大网型结构转变为小网型结构和少量的线型结构的过程。2.目的：脱硫后的橡胶除具有一定的弹性，还具有一定的塑性和粘性。3.应用：再生橡胶主要用于沥青的改性。(三)常用合成橡胶1.三元乙丙橡胶(EPDM)性质：优良的耐热性、耐低温性、抗撕裂性、耐化学腐蚀性，且伸长率高。密度为0.86~0.87g／cm3。应用：防水卷材乙丙橡胶分子结构式2．氯磺化聚乙烯橡胶(csPE)性质：较高的机械强度、耐候性很好、耐高低温性和耐酸碱性好、伸长率高。应用：防水卷材与防水密封材料3.氯丁橡