第二章建筑塑料

第三篇化学建材一、分类人们按照建筑材料品种的不同或建筑应用领域的区别，大致分类如下：1、塑料门窗主要品种PVC门窗，发达国家达到50％以上，我国近年来迅速发展。2、塑料管材PVC、UPVC、PE、PP、PB、ABS、FRP、PP-R、金属塑料复合管等。3、建筑涂料PVAc乳胶涂料、苯丙乳液内墙涂料、环氧树脂地面涂料、聚氨酯地面涂料等。4、建筑防水材料主要是高分子防水卷材、防水涂料、建筑密封材料。5、建筑胶粘剂壁纸，墙布胶粘剂、塑料地板胶粘剂、防水卷材胶粘剂、塑料管道胶粘剂等。6、建筑保温材料通常是指有机隔热保温材料：聚氨酯、PS、PE、PVC等泡沫塑料制品。二、化学建材的特性化学建材在国外发展很快，品种日新月异，功能质量不断提高，用途很广，故建筑界有人称它为继水泥、钢材、木材之后的第四大建筑材料。1、自重轻，节省运力。如塑料管的质量仅为铸铁管的1/8~1/10，可以大大减轻劳动强度，提高安装工效。2、耐腐蚀，不霉不蛀，特别适宜于潮湿、腐蚀或有白蚁的地区。3、具有优良的使用功能；降低噪声、防冻，防水、密封性好、防腐蚀等等。4、便于施工，提高施工功效；地基下陷，可灌注化学浆料。5、节能；塑料是一种低能耗材料；建筑节能，减少热量散失6、节约木材、节约钢材；森林资源、矿产资源有限。第二章建筑塑料建筑塑料是化学建材主要的产品门类，塑料管材、塑料门窗已是目前我国重点推广使用的产品。有利于提高建筑物和住宅的质量与功能；有极为显著的节能作用；产品的性能可设计性好，利于按功能进行产品的生产。第一节建筑塑料的基本知识1.定义：塑料是以合成或天然高分子化合物（俗称树脂）为主要成分，添加某些助剂和必要的其它辅助材料，在一定条件下可塑成型，最终能定型的高分子材料。用于建筑工程的塑料即称建筑塑料，在建筑方面的应用见表1。合成树脂添加剂塑料＋=塑料在建筑方面应用2.塑料的分类1)、按塑料受热后性能可分为热塑性及热固性塑料两类。热塑性：PVC、PS、PE、PP、ABS、PMMA、POM、PA……热固性：PF、UF、EP……2)、按应用范围分为通用塑料和工程塑料通用塑料一般指用量大，价格低的塑料，主要有聚烯烃、PVC、PS、PF和氨基塑料等。通用工程塑料主要有聚酰胺(尼龙，PA)，聚碳酸酯(PC)，聚甲醛(POM)，聚苯醚(PPO)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等。3.建筑塑料的加工的基本方法塑料加工前首先根据产品性能要求，选择好原料（树脂及助剂），并进行配方设计，通过混合机将多种物料有多相不均匀态转为多相均匀态的混合料，然后进行加工。1)、挤出成型：原料在一定的温度和压力下熔融、塑化、连续地通过一个型孔，成为固定断面形状的产品。主要设备是挤出机，辅助设备有机头、口模、切割及卷取等装置。此法主要加工热塑性塑料和少量热固性塑料。重要产品有薄膜、管材、板材、片材、棒材、单丝、扁带、网、复合材料、中空容器、电线包覆及异型材等。2)、注射成型（注塑）：将塑化料用柱塞式螺杆加压，使呈流动状态的物料，从料筒末端的喷嘴注入模具中，添满模腔，经冷却，定型即得产品。主要设备是注射机：包括机身、合模装置与注射装置三部分。此法适用于热塑性塑料和部分热固性塑料。3)、压制成型：压制成型包括模压和层压两种。模压：将物料（包括填料、增强材料）配好后加入塑模中，闭模、加热、加压，使物料在塑模中塑化成型，并在模中冷却硬化即可。多用于热固性塑料的加工。层压：将树脂与各种填料等逐层地、规则地添入制品模中，预制成坯料，放入压机上、加温加压使其黏结固化，冷却后解除压力即得制品。此法多用来生产板材。4)、压延成型：将热塑性物料，在热辊筒中辊压，塑化与成型。主要设备是压延机，按辊筒数分为三辊、四辊和五辊三种类型；按辊筒的排列方式分为直线型三辊、逆L型四辊、斜Z型四辊和L型五辊四种类型。主要用于生产薄膜、薄板、壁纸等。5)、吹塑成型：可分为挤出吹塑和中空吹塑。6)、其他成型方法：真空成型、滚塑成型、热成型、喷涂成型、二次加工成型。第二节常用建筑塑料树脂及配方设计建筑塑料中常用树脂主要有PVC、PE、PP、和PS等热塑性树脂，还有PF、UF、ME、EF、UP、PUR等热固性树脂，这里仅对前三种热塑性树脂加以介绍。这类树脂目前主要有悬浮法树脂（SPVC）和糊树脂（EPVC）两大类；在PVC塑料中采用SPVC占80%以上，EPVC用于软制品；（1）PVC的结构与性能：PVC是一种头尾相接、无规则排布、支化度低的热塑性树脂。~CH2CHCH2CHCH2CH~ClClCl其分子中含有C—Cl的极性键，分子间具有较强的结合力，因此质硬，具有较高的机械强度。1、聚氯乙烯树脂（PVC）：分子呈无规则排布，结晶度仅5%～10%，具有一般无定型聚合物的三种力学状态，如图所示。玻璃态高弹态粘流态TbTgTfTdTb—Tg，高聚物处于玻璃态，此时聚合物硬而不脆（塑料）Tg—Tf，高聚物处于高弹态（橡胶）Tf—Td，高聚物处于粘流态，这是一般塑料成型加工的温度玻璃态高弹态粘流态分子链,链段冻结，键长、键角变化分子链段可运动大分子链可移动分子间作用力大，形变小形变大分子间力较小聚合物呈刚性聚合物柔软有弹性聚合物呈流动态可机械加工、焊、粘可二次加工，拉伸可挤出、注射、压延无定型聚合物力学三态的特点见下表。•基本性质：PVC的Tg在82℃左右，Tb在－50℃到－60℃，使用温度一般不超过50℃，80～85℃开始软化，融化温度为136℃，接近于分解温度（140℃），170℃分解加速，同时放出HCl气体，聚合物颜色可由黄→玫瑰红→红→棕→黑色，这是由于PVC脱去HCl后，分子链形成较长的共轭体系所致。由于一般加工温度在180～190℃，所以加工时必须加入热稳定剂。•电性能：由于PVC为弱极性聚合物，有较好的电性能，体积电阻（1011～1016MΩcm）和击穿电压（10～30kV/mm）较高。•溶解性：PVC在大多数无机酸（HNO3、发烟H2SO4外）、多数有机酸和无机盐中稳定，在乙醇、汽油及其它矿物油中不溶解，在酮、酯、芳烃及大多数卤代烃中能溶解或溶胀。•加工性能•PVC的Tf与Td相差较小(4℃)，致使加工困难，必须加入热稳定剂，提高其分解温度Td。•熔融状态下的流变性接近非牛顿型流体，其黏度的变化主要与剪切速率有关，降低黏度采取增加压力而不是提高温度的方法。PVC是热敏性聚合物，加工和应用时必须加入助剂，以改善其性能，成型时尽量缩短受热时间和避免多次受热。•物理性质：•PVC为白色粉末状树脂，点燃时火焰上端呈黄色，下端呈绿色，有黑烟，有离火自熄性，难燃烧，燃烧时变软，放出HCl气体味，滴下胶液，且能拉丝。2、聚乙烯树脂（PE）（1）PE的种类：PE有低、中和高密度之分，低密度聚乙烯(LDPE)，又称高压聚乙烯(自由基聚合)，其密度0.91～0.925g/cm3；高密度聚乙烯(HDPE)，又称低压聚乙烯(配位聚合)，其密度0.941～0.965g/cm3；中密度聚乙烯(MDPE)，又称中压聚乙烯，它可以通过LDPE和HDPE按一定比例混合制得，其密度0.926～0.940g/cm3。（2）LDPE的合成：工业上用乙烯，用氧或有机过氧化物作引发剂，在温度200℃左右和高压下进行自由基型气相本体聚合反应，由于温度和压力的原因，使形成的线型聚合物支链较多。（3）PE的结构与性能：LDPE的结构：线型，1000个碳原子中有8～40个侧甲基，另外还含有少量的酮基和－O－等，结晶度65%左右，质地柔软，透明性好；HDPE的结构：线型，1000个碳原子中有2～5个侧甲基，结晶度85%以上，刚性较好，透明性差。（4）PE的性能：无毒、无味、无极性、柔而韧的半透明体，吸湿性小，是优良的绝缘材料。常温下不与稀硫酸、硝酸及盐酸作用，一般不溶于任何溶剂，90～100℃下能被浓硫酸及硝酸所破坏，在60～70℃以上可少量溶于甲苯或二甲苯、乙酸、戊酯、松节油及石油醚等。PE的机械强度与分子量、支化程度及结晶度有关。一般结晶区可使材料有较高的机械强度，无定形区内容能够赋予材料以柔性、弹性和透明性。聚丙烯是60年代发展起来的一种热塑性聚合物，可分为等规、无规和间规聚丙烯。（1）等规聚丙烯：它可通过溶液聚合、液相本体聚合或气相本体聚合制得。无规聚丙烯：是在溶液法生产中，生成的分子量低且能溶于溶剂的胶状聚丙烯，一般视为副产物。间规聚丙烯：采用了类似乙丙橡胶生产的催化体系，在溶剂中聚合而得。（2）聚丙烯的结构与性质：聚丙烯是线型结构，其甲基在空间排布的形式有等规、间规、和无规三种，前两种属有规排列，结晶度可达90%～98%，刚性较好。另外，从结构上看含有叔氢原子，这是它易于老化的根本原因。3、聚丙烯树脂PP的主要性能：由于结晶度高，机械强度比PE高，可在100℃下长期使用。分子无极性，因此电绝缘性能好。但耐候性、耐寒性及染色性差，应用时加入抗氧剂和紫外线吸收剂，以改善其性能。本材料主要用于注塑、挤出和吹塑制品。（3）PP的改性：有规PP由于熔融粘度低，低温脆性及长期蠕变性较大等缺陷，限制了在管道制品中的大量应用；为此对PP先后进行了改性，以适应塑料管道用料的要求。PP-H(一型)：有机PP加入适量抗冲击改性剂进行共混而成PP-B(二型)：采用乙烯与丙烯嵌段共聚进行改性PP-R(三型):采用乙烯与丙烯进行气相无规共聚改性PP-R较PP-B、PP-H有更好的抗冲击性能，且在温度和内压长期作用下，其强度衰减较慢，使用寿命长，在70℃热水下可长期使用。建筑塑料配方设计一个实际生产配方的设计往往要通过反复实践与调整才能最后确定，当设备、工艺、材料发生变化时还需进行适当调整，因此配方只能作参考，需要通过实践来确定。1、配方设计的一般依据（1）充分了解制品的性能要求：要从理论上理解各项性能指标与组分、结构之间的联系，了解制品的使用环境，如温度、卫生要求、电性能、化学腐蚀等情况，为功能性助剂的选择提供依据。（2）原料情况要了解各种原料的来源、性质、纯度、加工性能及价格，为合理地选择组分打下基础。（3）对成型设备、方法与条件必须有充分的了解，如物料的受热过程和行为、受力方式及物料在设备中停滞的时间等。2、硬质聚氯乙烯（UPVC）的配方设计树脂：UPVC制品一般不加或少加增塑剂(0~5份)，所以加工中树脂的熔融粘度高、流动性差，因此一般选用绝对粘度较低的树脂，多用SG—4~6型。另外还要求树脂的分子量分布较窄，以保证制品的性能。增塑剂：UPVC中加增塑剂会显著地降低制品耐热和耐腐蚀性能，但为了提高物料的流动性，也可加入少量的增塑剂。因这些少量的组分会在树脂大分子间起润滑作用，使分子堆积更紧密，从而使制品的拉伸强度增加，但材料会变得硬脆。首选的增塑剂多为DOP和DBP。稳定剂由于PVC树脂是属热敏性的，加工中必须加入热稳定剂。常选用的稳定剂多为铅盐系列。润滑剂PVC加工较困难，须加入润滑剂，常用金属皂类；抗冲击改性剂常选用NBR、ABS、CPE、EVA、ACR及MBS等填料一般选用硫酸钡、碳酸钙和钛白粉。3、软质聚氯乙烯配方设计软质聚氯乙烯需加入26~60份的增塑剂，因而流动性好，成型温度较低，根据制品性能的要求和加工与应用条件，选择适当的树脂与助剂，如户外使用制品加入抗氧剂、紫外光吸收剂；民用制品选用耐热、耐光及色泽鲜艳的着色剂等，如有特殊要求的制品，应加入相应的助剂。硬板参考配方／质量份原料名称工业不透明板日用透明板或片户外用透明板或片半透明板或片聚氯乙烯树脂XG—4100100100100三盐基性硫酸铅4~7———硬脂酸钡1~2———液体镉钡锌———3~4亚磷酸三苯酯———0.5~1硫醇有机锡—2~3——马来酸有机锡——2~3—月桂酸有机锡—1~21~2—硬脂酸钙—0.50.5—石蜡0.5——0.5合成石蜡—0.5~10.5~1—硬管参考配方／质量份原料名称污水管户外用管酸碱输送管上水管（国外）聚氯乙烯树脂SG—4100100100100三盐基性硫酸铅3~52~43~5—二盐基性亚磷酸铅—1~2——硫醇有机锡