土木工程材料第九章 建筑塑料张德思教授主讲
第一节 建筑塑料
塑料是以有机高分子化合物为基本材料,加入各种改性添加剂后,在一定的温度和压力下塑制而成的材料 。
1,塑料的分类
根据塑料的热行为可分为热塑性塑料和热固性塑料：热塑性塑料经加热成形,冷却硬化后,再经加热还具有可塑性；热固性塑料是经初次加热成型并冷却固化后,其中多数有机高分子已发生聚合反应,形成了热稳定的高聚物,此物质即使再经加热也不会软化和产生塑性 。 总之,热塑性塑料的塑化和硬化过程是可逆的,而热固性塑料的塑化是不可逆的 。
2.塑料的构成
塑料是由起胶结作用的树脂和起改性作用的添加剂构成的 。
2.1树脂
树脂为塑料的主要成分,其质量占塑料的４０ ％ 以上,
在塑料中起胶结作用,并决定塑料的硬化性质和工程性质 。 塑料常以所用的树脂命名 。
常用的热塑性塑料有聚氯乙烯塑料 （ ＰＶＣ ）,聚乙烯塑料 （ ＰＥ ）,聚丙烯塑料 （ ＰＰ ）,聚苯乙烯塑料
（ ＰＳ ）,改性聚苯乙烯塑料 （ ＡＢＳ ）,聚甲基丙烯酸塑料 （ ＰＭＭＡ即有机玻璃 ） ；
常用的热固性塑料有酚醛树脂塑料 （ ＰＦ ）,脲醛树脂塑料 （ ＵＦ ）,三聚氰胺树脂塑料 （ ＭＦ ）,环氧树脂塑料 （ ＥＰ ）,不饱和聚酯树脂塑料 （ ＵＰ ） 和有机硅树脂塑料 （ ＳＩ ） 等 。 尽管这些树脂的性能不同,但是它们的基本构成形式却相同 。
2.2改性添加剂
为改善塑料的性质,需加入多种作用不同的添加剂 。 常用的添加剂有如下几种：
（ 1） 填充料
为调节塑料的物理化学性能,提高机械强度,扩大使用范围而加入的粉状或纤维状无机化合物 。 如加入玻璃纤维可提高塑料的机械强度；加入云母可增强塑料的电绝缘性；
加入石棉可改善塑料的耐热性 。 加入填充料后还可降低塑料的成本 。 常用的填充料还有石灰石粉,滑石粉,铝粉,碳黑,木屑,木粉及其它纤维等 。
（ 2） 增塑剂
为提高塑料加工时的可塑性,使其在较低的温度和压力下成形而加入的化学物质就是增塑剂 。 有些增塑剂还能改善塑料的强度,韧性,
柔顺性 。 常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯,
邻苯二甲酸二辛酯,磷酸二甲酚酯,二苯甲酮,
樟脑等 。
（ ３ ） 固化剂
固化剂是调节塑料固化速度,使树脂硬化的物质 。 通过选择固化剂的种类和掺量,可取得所需要的固化速度和效果 。 常用的固化剂有胺类,酸酐,过氧化物等 。
（ ４ ） 稳定剂
它是为使塑料长期保持工程性质而加入的物质 。 常用的稳定剂有抗老化剂,热稳定剂等,
如硬脂酸盐及环氧树脂等 。
（ ５ ） 着色剂
塑料中加入着色剂是为获得所需的色彩 。 塑料中加入的着色剂应能与树脂相混熔和混溶,
在加热加工和使用中应稳定 。
为使塑料获得某种性能还可加入润滑剂,发泡剂,阻燃剂等 。
3 塑料的应用
（ １ ） 塑料在工业与民用建筑中可生产塑料管材,板材,门窗,壁纸,地毯,器皿,绝缘材料,装饰材料,防水及保温材料等 。
（ 2） 在基础工程中可制作塑料排水板或隔离层,塑料土工布或加筋网等 。
（ 3） 在其它工程中可制作管道,容器,粘结材料或防水材料等,有时也可制作结构材料 。
在选择和使用塑料时应注意其耐热性,抗老化能力,强度和硬度等性能指标 。
第二节 建筑涂料
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涂膜的材料的总称 。 早期的涂料主要以干性油或半干性油和天然树脂为主要原料,所以这种涂料被称为油漆 。 涂料的主要功能是保护基材和美化环境 。
1,涂料的组成
涂料是由多种材料调配而成,每种材料赋予涂料不同的性能 。 涂料的主要组成包括：
（ １ ） 主成膜物质
主成膜物质是将涂料中的其他组分粘结在一起,
并能牢固附着在基层表面形成连续均匀,坚韧的保护膜 。 它包括基料,胶粘剂和固着剂 。 主成膜物质的性质,对形成涂膜的坚韧性,耐磨性,耐候性以及化学稳定性等,起着决定性的作用 。
（ 2） 次成膜物质
涂料中所用颜料和填料,以微细粉状均匀分散于涂料介质中,赋予涂膜以色彩,质感,起到提高涂膜的抗老化性,耐候性等作用,因而被称为次成膜物质 。
（ ３ ） 溶剂
溶剂是一种具有既能溶解油料,树脂,又易于挥发,能使树脂成膜的有机物质 。 它的作用是将油料,树脂稀释并能将颜料和填料均匀分散,调节涂料粘度 。
（ ４ ） 辅助材料
辅助材料又称助剂,它的用量很少,但种类很多,各有所长,且作用显著,是改善涂料性能不可忽视的重要方面 。
2,常用建筑涂料
建筑涂料品种繁多,按其在建筑物中使用部位的不同,可以分为：内墙涂料；外墙涂料；地面涂料；顶棚涂料；屋面防水涂料等 。
３,胶粘剂
能够将两种材料直接粘结在一起的物质被称为粘结剂,
粘结剂的种类繁多,常用的高分子粘结剂有热固型粘结剂,热塑型粘结剂,橡胶型粘结剂,混合型粘结剂等 。
组成粘结剂的成分有：
（ 1） 合成树脂粘料
它主要起基本粘结作用,是粘结剂的主要成分,常用的粘料是各种合成树脂,如环氧树脂,聚氨酯树脂,有机硅树脂,酚醛树脂,脲醛树脂,聚醋酸乙烯树脂,聚乙烯醇甲醛树脂等 。 其中以热固性树脂的粘结强度较高 。
（ ２ ） 固化剂和催化剂
它们是为使粘结剂固化迅速或强度提高而加入的物质,往往将其与粘料分开放置和保存,使用前在现场混合后立即使用 。
（ 3） 填料
它是为改善粘结剂的强度,稳定性而加入的物质,
加入填料后还可降低成本 。
（ 4） 稀释剂
它是为调节粘结剂的粘度,便于使用操作而加入的有机溶剂 。 常用的稀释剂有环氧丙烷,丙酮,二甲苯等 。
常用的建筑粘结剂有环氧树脂粘结剂,聚氨脂粘结剂,不饱和聚酯树脂粘结剂,酚醛树脂,糠醛树脂粘结剂,氯丁橡胶粘结剂,丁睛橡胶粘结剂等 。 #
例 9-1 有机高分子材料的特性是什么？
解
与普通土木建筑材料相比,有机高分子材料的工程性质具有如下特点：
１,密度小
有机高分子材料的密度较小,一般为 0,8～ 2,2
g/cm3,是一种轻质建筑材料,这也是它在土木建筑工程中的优点之一 。
２,力学性能好
常温下大部分有机高分子材料的韧性良好,其中有许多强度较高,有些变形能力很强,使其在工程的某些部位可取代脆性很强的无机材料 。
３,耐水性和耐湿性好
多数有机高分子材料增水性很强,有良好的防水和防潮性,是土木建筑工程中最常用的防水材料 。 工程中常通过选择材料的品种和厚度来满足不同的防水要求 。
４,耐腐蚀性好
多数有机高分子材料结构十分稳定,对酸,碱,盐等介质的耐腐蚀性优于普通无机建筑材料 。
５ ·加工性好且使用方便
有机高分子材料可采用多种加工工艺,可塑制成各种形状,厚度不同的产品；有的经溶剂稀释后可现场施工操作,能适应工程的不同需要 。
６,耐高温和大气稳定性差
多数有机高分子材料高温下易产生软化,分解或燃烧等变化,失去工程性质 。 在阳光 （ 特别是紫外线 ）,
热,氧及水蒸气的作用下,有机高分子材料的组成及内部结构会不断老化,使其不断变脆甚至开裂,性能逐渐恶化而失去原有的工程性质 。
７,对人和环境的健康有不良影响
有机高分子材料在生产,施工及使用过程中可能释放出挥发性有机物,对人和环境的健康有不良影响 。
例 9-2 塑料的主要组成有哪些？ 其作用如何？
解
塑料的主要组成有合成树脂,填充料,增塑剂和固化剂等 。 树脂在塑料中起胶结作用,并决定塑料的硬化性质和工程性质和应用；填充料主要起提高强度,硬度,刚度及耐热性等,同时也为了减小收缩和降低造价；增塑剂改善塑料加工工艺性能,
降低压力和温度,还可以改善塑料的韧性,
塑性和柔顺性等；固化剂使线型高聚物交联为体型高聚物,从而具有热固性 。
例 9-3 常用建筑塑料有几种？ 其特性和用途是什么？
解
建筑上常用塑料有以下几种：
（ １ ） 聚乙烯塑料 。 是由聚乙烯树脂聚合而成 。 按聚合方法分为高压,中压,低压三种,为白色半透明材料,具有优良的电绝缘性能和化学稳定性,但机械强度不高,质地较柔韧,不耐高温 。 在建筑上主要制成管子或作水箱,用于排放或贮存冷水；制成薄膜用于防潮,防水工程,或作绝缘材料 。 聚乙烯由石油裂解分离而得,材料来源丰富 。
（ ２ ） 聚氯乙烯塑料 。 是一种通用塑料,由聚氯乙烯树脂加入增塑剂填料,颜料和其它附加剂等制成各色半透明,不透明的塑料 。
按加入不同量的增塑剂,可制得硬质或软质制品 。 它的使用温度范围为－ 15～ 55° C，
化学稳定性好,可耐酸,碱盐的腐蚀,并耐磨,具有消声,减震功用,其抗弯强度大于
60MPa。
（ ３ ） 酚醛塑料 。 酚醛树脂是酚类和醛类结合而成的,有热塑料和热固性两类,具有耐热,耐湿,耐化学侵蚀和电绝缘等性能 。 颜色有棕色和黑色两种,但较脆,不耐撞击 。
在建筑工程中主要用作电木粉,玻璃钢,层压板等 。
（４）聚甲基丙烯酸甲酯塑料。聚甲基丙烯酸甲酯是由丙酮、氰化物和甲醇反应、
聚合而成。在不加其它组分时制成的塑料具有高度透明性，在建筑上制成采光用的平板或瓦楞板（亦称有机玻璃），在树脂中加入颜料、染料、稳定剂和填充料，可挤压或模塑制成表面光洁的建筑制品，用玻璃纤维增强的树脂可制成浴缸等卫生用品。
例 9-4 胶粘剂的主要组成有哪些？ 其作用如何？
解 胶粘剂的主要组成有合成树脂,固化剂或交联剂,
填料及稀释剂等 。 合成树脂主要起粘结作用；固化剂或交联剂主要使线型分子结合或交联成为体型的热固性的树脂或网型的弹性体 （ 即橡胶 ） ；填料主要起减少收缩和热膨胀性及降低成本等作用；稀释剂为调节粘结剂的粘度,便于使用操作而加入的有机溶剂,以改善工艺性能,增加涂敷湿润性等 。
常用的建筑粘结剂有环氧树脂粘结剂,聚氨脂粘结剂,不饱和聚酯树脂粘结剂,酚醛树脂,糠醛树脂粘结剂,氯丁橡胶粘结剂,丁睛橡胶粘结剂等 。
第一节 建筑塑料
塑料是以有机高分子化合物为基本材料,加入各种改性添加剂后,在一定的温度和压力下塑制而成的材料 。
1,塑料的分类
根据塑料的热行为可分为热塑性塑料和热固性塑料：热塑性塑料经加热成形,冷却硬化后,再经加热还具有可塑性；热固性塑料是经初次加热成型并冷却固化后,其中多数有机高分子已发生聚合反应,形成了热稳定的高聚物,此物质即使再经加热也不会软化和产生塑性 。 总之,热塑性塑料的塑化和硬化过程是可逆的,而热固性塑料的塑化是不可逆的 。
2.塑料的构成
塑料是由起胶结作用的树脂和起改性作用的添加剂构成的 。
2.1树脂
树脂为塑料的主要成分,其质量占塑料的４０ ％ 以上,
在塑料中起胶结作用,并决定塑料的硬化性质和工程性质 。 塑料常以所用的树脂命名 。
常用的热塑性塑料有聚氯乙烯塑料 （ ＰＶＣ ）,聚乙烯塑料 （ ＰＥ ）,聚丙烯塑料 （ ＰＰ ）,聚苯乙烯塑料
（ ＰＳ ）,改性聚苯乙烯塑料 （ ＡＢＳ ）,聚甲基丙烯酸塑料 （ ＰＭＭＡ即有机玻璃 ） ；
常用的热固性塑料有酚醛树脂塑料 （ ＰＦ ）,脲醛树脂塑料 （ ＵＦ ）,三聚氰胺树脂塑料 （ ＭＦ ）,环氧树脂塑料 （ ＥＰ ）,不饱和聚酯树脂塑料 （ ＵＰ ） 和有机硅树脂塑料 （ ＳＩ ） 等 。 尽管这些树脂的性能不同,但是它们的基本构成形式却相同 。
2.2改性添加剂
为改善塑料的性质,需加入多种作用不同的添加剂 。 常用的添加剂有如下几种：
（ 1） 填充料
为调节塑料的物理化学性能,提高机械强度,扩大使用范围而加入的粉状或纤维状无机化合物 。 如加入玻璃纤维可提高塑料的机械强度；加入云母可增强塑料的电绝缘性；
加入石棉可改善塑料的耐热性 。 加入填充料后还可降低塑料的成本 。 常用的填充料还有石灰石粉,滑石粉,铝粉,碳黑,木屑,木粉及其它纤维等 。
（ 2） 增塑剂
为提高塑料加工时的可塑性,使其在较低的温度和压力下成形而加入的化学物质就是增塑剂 。 有些增塑剂还能改善塑料的强度,韧性,
柔顺性 。 常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯,
邻苯二甲酸二辛酯,磷酸二甲酚酯,二苯甲酮,
樟脑等 。
（ ３ ） 固化剂
固化剂是调节塑料固化速度,使树脂硬化的物质 。 通过选择固化剂的种类和掺量,可取得所需要的固化速度和效果 。 常用的固化剂有胺类,酸酐,过氧化物等 。
（ ４ ） 稳定剂
它是为使塑料长期保持工程性质而加入的物质 。 常用的稳定剂有抗老化剂,热稳定剂等,
如硬脂酸盐及环氧树脂等 。
（ ５ ） 着色剂
塑料中加入着色剂是为获得所需的色彩 。 塑料中加入的着色剂应能与树脂相混熔和混溶,
在加热加工和使用中应稳定 。
为使塑料获得某种性能还可加入润滑剂,发泡剂,阻燃剂等 。
3 塑料的应用
（ １ ） 塑料在工业与民用建筑中可生产塑料管材,板材,门窗,壁纸,地毯,器皿,绝缘材料,装饰材料,防水及保温材料等 。
（ 2） 在基础工程中可制作塑料排水板或隔离层,塑料土工布或加筋网等 。
（ 3） 在其它工程中可制作管道,容器,粘结材料或防水材料等,有时也可制作结构材料 。
在选择和使用塑料时应注意其耐热性,抗老化能力,强度和硬度等性能指标 。
第二节 建筑涂料
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涂膜的材料的总称 。 早期的涂料主要以干性油或半干性油和天然树脂为主要原料,所以这种涂料被称为油漆 。 涂料的主要功能是保护基材和美化环境 。
1,涂料的组成
涂料是由多种材料调配而成,每种材料赋予涂料不同的性能 。 涂料的主要组成包括：
（ １ ） 主成膜物质
主成膜物质是将涂料中的其他组分粘结在一起,
并能牢固附着在基层表面形成连续均匀,坚韧的保护膜 。 它包括基料,胶粘剂和固着剂 。 主成膜物质的性质,对形成涂膜的坚韧性,耐磨性,耐候性以及化学稳定性等,起着决定性的作用 。
（ 2） 次成膜物质
涂料中所用颜料和填料,以微细粉状均匀分散于涂料介质中,赋予涂膜以色彩,质感,起到提高涂膜的抗老化性,耐候性等作用,因而被称为次成膜物质 。
（ ３ ） 溶剂
溶剂是一种具有既能溶解油料,树脂,又易于挥发,能使树脂成膜的有机物质 。 它的作用是将油料,树脂稀释并能将颜料和填料均匀分散,调节涂料粘度 。
（ ４ ） 辅助材料
辅助材料又称助剂,它的用量很少,但种类很多,各有所长,且作用显著,是改善涂料性能不可忽视的重要方面 。
2,常用建筑涂料
建筑涂料品种繁多,按其在建筑物中使用部位的不同,可以分为：内墙涂料；外墙涂料；地面涂料；顶棚涂料；屋面防水涂料等 。
３,胶粘剂
能够将两种材料直接粘结在一起的物质被称为粘结剂,
粘结剂的种类繁多,常用的高分子粘结剂有热固型粘结剂,热塑型粘结剂,橡胶型粘结剂,混合型粘结剂等 。
组成粘结剂的成分有：
（ 1） 合成树脂粘料
它主要起基本粘结作用,是粘结剂的主要成分,常用的粘料是各种合成树脂,如环氧树脂,聚氨酯树脂,有机硅树脂,酚醛树脂,脲醛树脂,聚醋酸乙烯树脂,聚乙烯醇甲醛树脂等 。 其中以热固性树脂的粘结强度较高 。
（ ２ ） 固化剂和催化剂
它们是为使粘结剂固化迅速或强度提高而加入的物质,往往将其与粘料分开放置和保存,使用前在现场混合后立即使用 。
（ 3） 填料
它是为改善粘结剂的强度,稳定性而加入的物质,
加入填料后还可降低成本 。
（ 4） 稀释剂
它是为调节粘结剂的粘度,便于使用操作而加入的有机溶剂 。 常用的稀释剂有环氧丙烷,丙酮,二甲苯等 。
常用的建筑粘结剂有环氧树脂粘结剂,聚氨脂粘结剂,不饱和聚酯树脂粘结剂,酚醛树脂,糠醛树脂粘结剂,氯丁橡胶粘结剂,丁睛橡胶粘结剂等 。 #
例 9-1 有机高分子材料的特性是什么？
解
与普通土木建筑材料相比,有机高分子材料的工程性质具有如下特点：
１,密度小
有机高分子材料的密度较小,一般为 0,8～ 2,2
g/cm3,是一种轻质建筑材料,这也是它在土木建筑工程中的优点之一 。
２,力学性能好
常温下大部分有机高分子材料的韧性良好,其中有许多强度较高,有些变形能力很强,使其在工程的某些部位可取代脆性很强的无机材料 。
３,耐水性和耐湿性好
多数有机高分子材料增水性很强,有良好的防水和防潮性,是土木建筑工程中最常用的防水材料 。 工程中常通过选择材料的品种和厚度来满足不同的防水要求 。
４,耐腐蚀性好
多数有机高分子材料结构十分稳定,对酸,碱,盐等介质的耐腐蚀性优于普通无机建筑材料 。
５ ·加工性好且使用方便
有机高分子材料可采用多种加工工艺,可塑制成各种形状,厚度不同的产品；有的经溶剂稀释后可现场施工操作,能适应工程的不同需要 。
６,耐高温和大气稳定性差
多数有机高分子材料高温下易产生软化,分解或燃烧等变化,失去工程性质 。 在阳光 （ 特别是紫外线 ）,
热,氧及水蒸气的作用下,有机高分子材料的组成及内部结构会不断老化,使其不断变脆甚至开裂,性能逐渐恶化而失去原有的工程性质 。
７,对人和环境的健康有不良影响
有机高分子材料在生产,施工及使用过程中可能释放出挥发性有机物,对人和环境的健康有不良影响 。
例 9-2 塑料的主要组成有哪些？ 其作用如何？
解
塑料的主要组成有合成树脂,填充料,增塑剂和固化剂等 。 树脂在塑料中起胶结作用,并决定塑料的硬化性质和工程性质和应用；填充料主要起提高强度,硬度,刚度及耐热性等,同时也为了减小收缩和降低造价；增塑剂改善塑料加工工艺性能,
降低压力和温度,还可以改善塑料的韧性,
塑性和柔顺性等；固化剂使线型高聚物交联为体型高聚物,从而具有热固性 。
例 9-3 常用建筑塑料有几种？ 其特性和用途是什么？
解
建筑上常用塑料有以下几种：
（ １ ） 聚乙烯塑料 。 是由聚乙烯树脂聚合而成 。 按聚合方法分为高压,中压,低压三种,为白色半透明材料,具有优良的电绝缘性能和化学稳定性,但机械强度不高,质地较柔韧,不耐高温 。 在建筑上主要制成管子或作水箱,用于排放或贮存冷水；制成薄膜用于防潮,防水工程,或作绝缘材料 。 聚乙烯由石油裂解分离而得,材料来源丰富 。
（ ２ ） 聚氯乙烯塑料 。 是一种通用塑料,由聚氯乙烯树脂加入增塑剂填料,颜料和其它附加剂等制成各色半透明,不透明的塑料 。
按加入不同量的增塑剂,可制得硬质或软质制品 。 它的使用温度范围为－ 15～ 55° C，
化学稳定性好,可耐酸,碱盐的腐蚀,并耐磨,具有消声,减震功用,其抗弯强度大于
60MPa。
（ ３ ） 酚醛塑料 。 酚醛树脂是酚类和醛类结合而成的,有热塑料和热固性两类,具有耐热,耐湿,耐化学侵蚀和电绝缘等性能 。 颜色有棕色和黑色两种,但较脆,不耐撞击 。
在建筑工程中主要用作电木粉,玻璃钢,层压板等 。
（４）聚甲基丙烯酸甲酯塑料。聚甲基丙烯酸甲酯是由丙酮、氰化物和甲醇反应、
聚合而成。在不加其它组分时制成的塑料具有高度透明性，在建筑上制成采光用的平板或瓦楞板（亦称有机玻璃），在树脂中加入颜料、染料、稳定剂和填充料，可挤压或模塑制成表面光洁的建筑制品，用玻璃纤维增强的树脂可制成浴缸等卫生用品。
例 9-4 胶粘剂的主要组成有哪些？ 其作用如何？
解 胶粘剂的主要组成有合成树脂,固化剂或交联剂,
填料及稀释剂等 。 合成树脂主要起粘结作用；固化剂或交联剂主要使线型分子结合或交联成为体型的热固性的树脂或网型的弹性体 （ 即橡胶 ） ；填料主要起减少收缩和热膨胀性及降低成本等作用；稀释剂为调节粘结剂的粘度,便于使用操作而加入的有机溶剂,以改善工艺性能,增加涂敷湿润性等 。
常用的建筑粘结剂有环氧树脂粘结剂,聚氨脂粘结剂,不饱和聚酯树脂粘结剂,酚醛树脂,糠醛树脂粘结剂,氯丁橡胶粘结剂,丁睛橡胶粘结剂等 。
