道路建筑材料_申爱琴_授课教案幻灯片第8章工程聚合物(8).pdf

第八章第八章第八章第八章工工工工 程程程程 聚聚聚聚 合合合合 物物物物主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：聚合物基本概念聚合物基本概念聚合物基本概念聚合物基本概念1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1常用工程聚合物材料简介常用工程聚合物材料简介常用工程聚合物材料简介常用工程聚合物材料简介2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2聚合物在道路工程中的应用聚合物在道路工程中的应用聚合物在道路工程中的应用聚合物在道路工程中的应用3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 34 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4小结与习题小结与习题小结与习题小结与习题第一节第一节第一节第一节 聚合物基本概念聚合物基本概念聚合物基本概念聚合物基本概念聚合物材料定义聚合物材料定义聚合物材料定义聚合物材料定义 聚合物又称高聚物，是由许多小分子物质通过聚合反应以链式聚合物又称高聚物，是由许多小分子物质通过聚合反应以链式结构形成的一类物质。聚合物有天然聚合物和人工合成聚合物，结构形成的一类物质。聚合物有天然聚合物和人工合成聚合物，工程中所用大多是人工合成的聚合物。工程中所用大多是人工合成的聚合物。构成聚合物基本单元的小分子称为单体；由单体形成的重复单构成聚合物基本单元的小分子称为单体；由单体形成的重复单元结构称为链节，一个聚合物链节的数目称为聚合度；当掌握某元结构称为链节，一个聚合物链节的数目称为聚合度；当掌握某一聚合物的聚合度时，可依据结构单元的分子量的多少计算出某一聚合物的聚合度时，可依据结构单元的分子量的多少计算出某一聚合物的分子量。一聚合物的分子量。如聚氯乙稀聚合度如聚氯乙稀聚合度n n大约是大约是30030025002500，则该聚合物分子量为，则该聚合物分子量为（2 21616）10104 4.聚合物命名聚合物命名聚合物命名聚合物命名 根据单体的名称命名根据单体的名称命名 在单体名称之前加在单体名称之前加“聚聚”字，如聚乙烯、字，如聚乙烯、聚氯乙烯聚氯乙烯等；等；采用商品命名采用商品命名 以市场通用的方法命名，如由二元胺和二元酰类聚合以市场通用的方法命名，如由二元胺和二元酰类聚合成的聚合物称为尼龙、聚甲基丙烯酸甲脂称为有机玻成的聚合物称为尼龙、聚甲基丙烯酸甲脂称为有机玻璃等；璃等；采用英文缩写采用英文缩写 由聚合物英文拼写的首写字母简称，如聚乙烯表示为由聚合物英文拼写的首写字母简称，如聚乙烯表示为PEPE、嵌段聚苯乙烯和丁二烯表示为、嵌段聚苯乙烯和丁二烯表示为SBSSBS等等 .聚合物合成聚合物合成聚合物合成聚合物合成 加聚反应加聚反应 由带有双键的单体通过自由基链式反应生成由带有双键的单体通过自由基链式反应生成聚合物，其中由单一单体的聚合称为均聚聚合物，其中由单一单体的聚合称为均聚合，由两种或两种以上单体共同参与的反应合，由两种或两种以上单体共同参与的反应称为共聚合。称为共聚合。缩聚反应缩聚反应 由带有两个（或两个以上）官能团的分子通由带有两个（或两个以上）官能团的分子通过缩合反应同时析出低分子物质来合成聚合过缩合反应同时析出低分子物质来合成聚合物，也可分为均聚共聚两种物，也可分为均聚共聚两种.聚合物结构分类聚合物结构分类聚合物结构分类聚合物结构分类线形结构线形结构呈现呈现“一维一维”链式结构；链式结构；支链形结构支链形结构在主链上在主链上“结出结出”侧链的结构；侧链的结构；交联形结构交联形结构呈现呈现“三维三维”体型结构体型结构.聚合物分类聚合物分类聚合物分类聚合物分类 按材料性质分类按材料性质分类 分为塑料、橡胶、纤维；分为塑料、橡胶、纤维；按聚合物分子主链的元素结构分类按聚合物分子主链的元素结构分类 分为碳链、杂链和元素高分子；分为碳链、杂链和元素高分子；按应用功能分类按应用功能分类 通用聚合物、特殊聚合物、功能聚合物、仿生聚合物通用聚合物、特殊聚合物、功能聚合物、仿生聚合物等；等；其中塑料、橡胶和纤维的产量占全部聚合物其中塑料、橡胶和纤维的产量占全部聚合物 产量的产量的9090以上，称为三大合成聚合物材料以上，称为三大合成聚合物材料 .第二节第二节第二节第二节 常用聚合物常用聚合物常用聚合物常用聚合物塑塑塑塑 料料料料塑料是以合成树脂为主要原料，加入填充剂、增塑剂、润滑剂和颜料等添加剂经过一定工艺制成的一种聚合物材料。塑料是一种多功能材料，具有较高的比强度和优良的加工性能，并通过调整配合比及工艺条件制得不同性能的材料，具有十分广泛用途.PVCPVCPVCPVCPEPEPEPE合成橡胶合成橡胶合成橡胶合成橡胶合成橡胶是通过聚合反应的方式合成生胶，加入适合的配合剂，经硫化后得到的高分子弹性体。合成橡胶具有极为良好的伸缩性，在外力作用下能产生很大的变形，外力除去后又迅速恢复原状。同时具有储能、耐磨、隔声、绝缘性能，是应用非常广泛的聚合物材料.合成纤维合成纤维合成纤维合成纤维合成纤维是有机高分子聚合物为原料，经熔融或溶解核纺制成合成纤维是有机高分子聚合物为原料，经熔融或溶解核纺制成的纤维，如聚酰胺、聚酯纤维等。的纤维，如聚酰胺、聚酯纤维等。合成纤维具有强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸碱和不霉合成纤维具有强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸碱和不霉变、不蛀等优越性能，在日常生活、工农业生产领域有着极为变、不蛀等优越性能，在日常生活、工农业生产领域有着极为广泛的应用，并且在道路工程中也有了越来越多的应用广泛的应用，并且在道路工程中也有了越来越多的应用.塑料橡胶共聚物塑料橡胶共聚物塑料橡胶共聚物塑料橡胶共聚物 随着技术的发展，将橡胶和塑料两种高随着技术的发展，将橡胶和塑料两种高聚物在结构上得到一定的融合，同时表聚物在结构上得到一定的融合，同时表现出两种聚合物的性质，以适应更加广现出两种聚合物的性质，以适应更加广泛用途的需要。典型的塑料橡胶共聚泛用途的需要。典型的塑料橡胶共聚物是采用嵌段共聚的方式合成的苯乙烯物是采用嵌段共聚的方式合成的苯乙烯丁二烯苯乙烯聚合物（丁二烯苯乙烯聚合物（SBSSBS），它），它兼具塑料和橡胶的特点，具有弹性好、兼具塑料和橡胶的特点，具有弹性好、抗拉强度高、低温变形能力好等优点，抗拉强度高、低温变形能力好等优点，是优良的沥青改性剂是优良的沥青改性剂.第三节第三节第三节第三节 聚合物在道路聚合物在道路聚合物在道路聚合物在道路工程中的应用工程中的应用工程中的应用工程中的应用 由于高聚物材料优良的综合性由于高聚物材料优良的综合性由于高聚物材料优良的综合性由于高聚物材料优良的综合性能，随技术的发展这类材料在土能，随技术的发展这类材料在土能，随技术的发展这类材料在土能，随技术的发展这类材料在土木建筑和道路工程中得到大量应木建筑和道路工程中得到大量应木建筑和道路工程中得到大量应木建筑和道路工程中得到大量应用。例如采用聚合物对沥青进行用。例如采用聚合物对沥青进行用。例如采用聚合物对沥青进行用。例如采用聚合物对沥青进行改性、制作聚合物混凝土，并可改性、制作聚合物混凝土，并可改性、制作聚合物混凝土，并可改性、制作聚合物混凝土，并可用作胶结材料或嵌缝密封材料，用作胶结材料或嵌缝密封材料，用作胶结材料或嵌缝密封材料，用作胶结材料或嵌缝密封材料，以及用于加强土基和路面基层的以及用于加强土基和路面基层的以及用于加强土基和路面基层的以及用于加强土基和路面基层的聚合物土工格栅材料等聚合物土工格栅材料等聚合物土工格栅材料等聚合物土工格栅材料等.聚合物混凝土聚合物混凝土聚合物混凝土聚合物混凝土 聚合物混凝土是由有机、无机材料复合而成聚合物混凝土是由有机、无机材料复合而成的混凝土。的混凝土。按照组成材料和制作工艺可分为聚合物浸渍按照组成材料和制作工艺可分为聚合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物胶结混混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物胶结混凝土。凝土。与普通混凝土相比，聚合物混凝土具有显著与普通混凝土相比，聚合物混凝土具有显著特点。其抗拉强度、抗压强度、抗弯拉强度特点。其抗拉强度、抗压强度、抗弯拉强度都得到较大提高，抗渗性、耐磨性、耐磨性、都得到较大提高，抗渗性、耐磨性、耐磨性、耐水性、耐腐蚀性都得到较大的改善。耐水性、耐腐蚀性都得到较大的改善。聚合物混凝土可用于铺筑路面和桥面、修补聚合物混凝土可用于铺筑路面和桥面、修补路面坑槽、机场跑道等路面坑槽、机场跑道等.聚合物改性沥青聚合物改性沥青聚合物改性沥青聚合物改性沥青 由于交通运输的飞速发展，对沥青材料高、由于交通运输的飞速发展，对沥青材料高、低温性能和抗老化能力要求的日益提高，使低温性能和抗老化能力要求的日益提高，使的基质沥青越来越难以满足当今高等级公路的基质沥青越来越难以满足当今高等级公路通行需要，对基质进行改性就称为必然。通行需要，对基质进行改性就称为必然。目前沥青改性常用的方式之一就是采用聚合目前沥青改性常用的方式之一就是采用聚合物，通过聚合物优越的综合性能对沥青的高物，通过聚合物优越的综合性能对沥青的高低温性能、耐久性等进行改善。低温性能、耐久性等进行改善。用于沥青改性效果显著的方法是采用用于沥青改性效果显著的方法是采用SBSSBS聚合聚合物物.SBSSBSSBSSBSSBSSBSSBSSBS改性沥青改性沥青改性沥青改性沥青 SBSSBS是以丁二烯和苯乙烯为单体，采用阴离子是以丁二烯和苯乙烯为单体，采用阴离子聚合制得的线型或星型嵌段共聚物，是一种聚合制得的线型或星型嵌段共聚物，是一种热塑性弹性体。热塑性弹性体。SBSSBS聚合物内部呈现多相结构，即每个丁二烯聚合物内部呈现多相结构，即每个丁二烯链段（链段（B B段）的末端都连接一个苯乙烯嵌段段）的末端都连接一个苯乙烯嵌段（S S段）。其中聚苯乙烯链段在两端，分别聚段）。其中聚苯乙烯链段在两端，分别聚集在一起形成物理交联区域，即硬段；而聚集在一起形成物理交联区域，即硬段；而聚丁二烯链段形成软段，呈现高弹态。软段和丁二烯链段形成软段，呈现高弹态。软段和硬段互不相溶而称为两相。硬段互不相溶而称为两相。SBSSBS的两相结构决定了它具有两个玻璃化温的两相结构决定了它具有两个玻璃化温度，度，T Tg1g1为为-80-80，T Tg2g2为为8080.SBSSBSSBSSBSSBSSBSSBSSBS改性沥青改性沥青改性沥青改性沥青 当当SBSSBS用于沥青改性时，正是用于沥青改性时，正是SBSSBS这种特殊的这种特殊的结构特点，当温度升高到超过玻璃化温度结构特点，当温度升高到超过玻璃化温度T Tg2g2时（时（8080 ），整个结构开始软化和流动，有），整个结构开始软化和流动，有利于改性沥青的拌合和施工；利于改性沥青的拌合和施工；而在通常的沥青路面使用温度条件下仍呈现而在通常的沥青路面使用温度条件下仍呈现固体状态，可以产生高拉伸能力和良好的抗固体状态，可以产生高拉伸能力和良好的抗变形能力；变形能力；在环境温度相对较低时，又由于在环境温度相对较低时，又由于T Tg1g1非常低非常低（-80-80 ），改性沥青能够始终保持较好的），改性沥青能够始终保持较好的低温柔性，从而避免了沥青路面的低温开裂低温柔性，从而避免了沥青路面的低温开裂现象现象.其它应用其它应用其它应用其它应用 胶粘剂胶粘剂 胶粘剂具有优良的粘合性能，它可将同质或不同质胶粘剂具有优良的粘合性能，它可将同质或不同质的材料粘合在一起，在土木工程中有广泛应用。常用的材料粘合在一起，在土木工程中有广泛应用。常用的胶粘剂有环氧树脂、醋酸乙烯脂等；的胶粘剂有环氧树脂、醋酸乙烯脂等；裂缝修补与嵌缝材料裂缝修补与嵌缝材料 裂缝修补与嵌缝材料实际是一种胶粘剂，用于修补水裂缝修补与嵌缝材料实际是一种胶粘剂，用于修补水泥路面的裂缝或构建的接缝。常用该类材料环氧树脂、泥路面的裂缝或构建的接缝。常用该类材料环氧树脂、聚氨酯类和橡胶类；聚氨酯类和橡胶类；土工合成材料土工合成材料 土工合成材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶等。可土工合成材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶等。可用于加固土基，防止沥青路面反射裂缝，加固挡墙以用于加固土基，防止沥青路面反射裂缝，加固挡墙以及桥墩工程等及桥墩工程等.本章小结本章小结本章小结本章小结 聚合物又称高聚物，大多是由不饱和有机小聚合物又称高聚物，大多是由不饱和有机小分子或多官能团有机小分子经过聚合反应合分子或多官能团有机小分子经过聚合反应合成。成。聚合物材料具有质轻、比强度高、耐腐蚀、聚合物材料具有质轻、比强度高、耐腐蚀、耐磨、绝缘性好的有点，在道路工程中得到耐磨、绝缘性好的有点，在道路工程中得到越来越多的应用。越来越多的应用。聚合物在道路工程中的应用成功方法是采用聚合物在道路工程中的应用成功方法是采用SBSSBS改性沥青、配制聚合物混凝土、基础工程改性沥青、配制聚合物混凝土、基础工程中的土工合成材料等中的土工合成材料等.(1)(1)指出什么是聚合物？主要聚合物指出什么是聚合物？主要聚合物 材料有哪些类型？材料有哪些类型？(2)(2)试解释下列名词：单体、链接、试解释下列名词：单体、链接、聚合度、均聚物、共聚物。聚合度、均聚物、共聚物。(3)(3)举例说明聚合物在道路工程中的举例说明聚合物在道路工程中的 应用应用.课课课课 后后后后 习习习习 题题题题