探析高分子材料工程的應(yīng)用與發(fā)展

吳頔

摘? ? 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要。建筑行業(yè)是一種高耗能的生產(chǎn)領(lǐng)域，年均能耗達(dá)到了全世界產(chǎn)業(yè)總能耗的40%左右，2012年，我國(guó)財(cái)政部和住建部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)我國(guó)綠色建筑發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》，提出了應(yīng)在建筑行業(yè)中大范圍的使用建筑保溫材料等綠色環(huán)保材料，通過(guò)這一舉措，將會(huì)為高分子材料在建筑行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)會(huì)。本文就高分子材料工程的應(yīng)用與發(fā)展展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：高分子材料;工程應(yīng)用;發(fā)展趨勢(shì)

1? 引言

高分子材料具有獨(dú)特的固有性能，與金屬和無(wú)機(jī)材料相比，其生產(chǎn)成本較低，而且經(jīng)過(guò)改性后無(wú)論是在強(qiáng)度還是在功能性上都可以與這兩者相媲美。隨著高分子學(xué)科近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的高分子材料種類(lèi)的發(fā)現(xiàn)，高分子材料已經(jīng)滲透到各個(gè)行業(yè)。尤其是在建筑行業(yè)，一些高分子材料具有保溫、防潮、抗菌等優(yōu)良的性能，可以大大改善居民的居住環(huán)境。

2? 節(jié)能型高分子材料的使用情況及類(lèi)別

作為高分子材料的一部分，節(jié)能型高分子材料也是一種相對(duì)分子質(zhì)量較大的聚合物材料，節(jié)能型主要是對(duì)其功能和特點(diǎn)的總結(jié)?？傮w上看，節(jié)能型高分子材料的特點(diǎn)有分子量大、可塑性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。部分特殊的功能性節(jié)能型高分子材料還具有光敏性、環(huán)境敏感等屬性。節(jié)能型高分子材料的這些特征，使其滿(mǎn)足了成為環(huán)保建材的要求。結(jié)合高分子材料在節(jié)能領(lǐng)域的具體應(yīng)用情況，可以將其分為直接節(jié)能型高分子材料、間接節(jié)能型高分子材料和功能性?xún)?chǔ)能高分子材料。其中，直接節(jié)能型高分子材料主要應(yīng)用于建筑外墻的結(jié)構(gòu)保溫材料，間接節(jié)能型高分子材料是通過(guò)減少材料生產(chǎn)成本、延長(zhǎng)使用期限等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的節(jié)約，而功能性?xún)?chǔ)能高分子材料則是通過(guò)吸收太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)節(jié)能和儲(chǔ)能。

3? 高分子材料在工程建筑中的運(yùn)用狀況

3.1? 直接節(jié)能型高分子材料

這種材料可以用作建筑外墻的結(jié)構(gòu)保溫涂料或者材料，具有較強(qiáng)的保溫效果，而且還具備了良好的防火、防水性能，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，較低的膨脹率與較長(zhǎng)的使用壽命等多種性能。經(jīng)常被用作建筑外墻的若干保溫高分子材料如下所示：酚醛樹(shù)脂聚氨酯與高分子包覆的有關(guān)相變復(fù)合材料。它們既能夠有效地滿(mǎn)足建筑工程的安全性能與保溫效果，又便于施工等。再者，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的閉孔率超過(guò)了90%，孔洞中充滿(mǎn)了一氟二氯乙烷與二氧化碳、發(fā)泡劑，它們的導(dǎo)熱率都比較低。在完成了現(xiàn)場(chǎng)噴涂聚氨酯后，通常情況下導(dǎo)熱率維持在0.020W/（m·K），即便老化以后，它的導(dǎo)熱率仍然比較穩(wěn)定，大致處于0.023W/（m·K）的水平，它的保溫效果在很大程度上超過(guò)了其他材料。聚氨酯材料的疏水性能非常出色，它具有較高的閉孔率，水分不容易進(jìn)入到材料內(nèi)部中，防水性能非常優(yōu)異，能夠預(yù)防材料遇水膨脹的問(wèn)題，可以確保它擁有穩(wěn)定的尺寸。這種材料的黏附性能十分優(yōu)越，它和纖維板、膠合板、木板、混凝土、金屬板等材料的黏附強(qiáng)度，在很大程度上超過(guò)了聚氨酯泡沫材料的實(shí)際撕裂強(qiáng)度。在在建筑工程的施工過(guò)程中，便于操作，不要求非常嚴(yán)格的施工環(huán)境。

3.2? 建筑行業(yè)中的涂料使用

以丙烯酸樹(shù)脂為其主要構(gòu)成的乳膠漆可以說(shuō)在建筑行業(yè)中炙手可熱，具有性能均衡，耐磨性好，質(zhì)地光滑，質(zhì)感較好，色澤柔和，防水性能較好，因此被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑領(lǐng)域。但這種乳膠漆會(huì)釋放出危害人體健康的有害物質(zhì)，長(zhǎng)期使用會(huì)使人出現(xiàn)頭暈惡心等癥狀，同時(shí)，該乳膠漆的應(yīng)用也具有局限性，其透氣性能較差。高分子涂料如丙烯酸酷乳膠漆、氛碳涂料以及砂壁狀涂料等的應(yīng)用可以有效解決這一問(wèn)題。既可改善涂料的性能，滿(mǎn)足建筑工程的需要，同時(shí)也可減少有機(jī)物的揮發(fā)，減少對(duì)人體的損害。節(jié)能高分子材料如聚醋酸乙烯或者聚氨酯可以更好地提高建筑工程的性能，從耐腐蝕性、質(zhì)地、色澤、耐磨型等方面提升建筑材料的性能。

3.3? 功能性節(jié)能或儲(chǔ)能高分子材料

此類(lèi)高分子材料運(yùn)用在建筑工程中，主要是熱致變色型高分子材料與聚合物太陽(yáng)能電池。前者對(duì)溫度非常敏感，是非常具有代表性的功能性節(jié)能材料，重點(diǎn)用來(lái)制作建筑物的外墻與屋頂?shù)耐苛?。后者是把光能轉(zhuǎn)換為電能，而且將這些電腦儲(chǔ)存起來(lái)，能夠?yàn)槭覂?nèi)提供充足的電力支持，能夠用在玻璃、外墻、屋頂?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)域。最近若干年來(lái)，聚合物太陽(yáng)能電池持續(xù)地提升了光電的實(shí)際轉(zhuǎn)換效率，澳大利亞的相關(guān)設(shè)計(jì)師與2014年設(shè)計(jì)出了綠葉型聚合物太陽(yáng)能電池，它的光電轉(zhuǎn)換效率業(yè)已超過(guò)了11.00%，而且便于人們使用此類(lèi)太陽(yáng)能電池，只要它被貼在房間的玻璃窗，就能夠儲(chǔ)存一定數(shù)量的電能，為室內(nèi)用電提供支持，在很大程度上促進(jìn)了這類(lèi)電池運(yùn)用在建筑工程方面的進(jìn)展。作為熱致變色高分子材料，聚N-異丙基丙烯酰胺的相轉(zhuǎn)變溫度大致達(dá)到了31.5℃。在低于相轉(zhuǎn)變溫度的情況下，其內(nèi)部氫鍵的密度超過(guò)了范德華力的相關(guān)密度，聚合物呈現(xiàn)出黑色;在溫度超過(guò)相轉(zhuǎn)變溫度后，其內(nèi)部氫鍵循序漸進(jìn)地變成了范德華力，其聚合物呈現(xiàn)為白色。把這種高分子材料用作外墻涂料或者屋頂材料時(shí)，冬天溫度較低的情況下顯示為黑色，有利于建筑物吸收更多的熱量，發(fā)揮良好的保溫作用。夏天溫度較高時(shí)，顯示為白色，有利于建筑物強(qiáng)化自身的表面熱量反射，實(shí)現(xiàn)了降溫的目的。和沒(méi)有采用此類(lèi)涂料的相關(guān)建筑物比較，冬天時(shí)此類(lèi)節(jié)能型建筑的室內(nèi)溫度大致提高了2℃，夏天室內(nèi)溫度大致降低了1℃，在很大程度上削減了冬天室內(nèi)供暖與夏天制冷需要的能量損耗。

3.4? 建筑塑料

建筑塑料時(shí)建筑工程不可或缺的一部分，節(jié)能型高分子材料可以為建筑工程領(lǐng)域提供性能較好的建筑塑料，因此被廣泛運(yùn)用。主要有以下幾方面，塑料門(mén)窗、水管、下水管以及各種聯(lián)通閥及彎管等，材質(zhì)均為塑料組成。一般來(lái)說(shuō)，大部分建筑塑料都被鋪設(shè)于建筑物內(nèi)部，一旦損壞影響嚴(yán)重，因此，其對(duì)質(zhì)量和性能要求更高。不僅需要隔熱、抗壓性能滿(mǎn)足建筑工程材料要求，還需要無(wú)瑕疵漏點(diǎn)，以延長(zhǎng)建筑塑料的使用壽命，進(jìn)而保障建筑工程滿(mǎn)足壽命需求。建筑塑料的質(zhì)量，關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量和建筑的安全系數(shù)。而節(jié)能型高分子材料的抗熱、抗壓性能均高于一般塑料，其應(yīng)用能夠極大的提高建筑物的安全等級(jí)，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。

4? 結(jié)束語(yǔ)

新型高分子材料則主要包括儲(chǔ)能材料和環(huán)境敏感型聚合物材料，其中儲(chǔ)能材料主要是指聚合物太陽(yáng)能電池，通過(guò)利用清潔能源為建筑物提供能源，而環(huán)境敏感型聚合物則能通過(guò)改變自身性質(zhì)來(lái)適應(yīng)周?chē)h(huán)境，如熱致變色材料會(huì)受到環(huán)境溫度影響來(lái)改變自身顏色，用于建筑物，從而使建筑物達(dá)到節(jié)能的效果。隨著節(jié)能型高分子材料的開(kāi)發(fā)，節(jié)能型高分子材料在建筑中的重要性將越來(lái)越凸顯，必將成為現(xiàn)代建筑的重要材料之一。

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