聚合物材料的特点十篇

聚合物材料的特点篇1

关键词：高层建筑；聚合物改性水泥复合材料；应用

随着我国经济社会的快速发展，当前高层建筑已经成逐渐成为城市建筑的主要形态。高层建筑施工近些年来技术不断成熟，高层建筑的专用材料水准也越来越高。建筑材料对高层建筑具有重要作用，建筑材料不符合要求就直接影响着高层建筑的质量。

聚合物改性水泥复合材料本身是一种性能较高的专业建筑材料。运用聚合物改性水泥复合材料能够增强高层建筑物的稳定性。这种材料本身具有韧性好、透水性强、强度高、抗渗性强、耐腐蚀等特点。正是因为这些特点近些年来这一材料被广泛应用于高层建筑领域。

1 聚合物改性水泥复合材料的特性以及分类

聚合物改性水泥材料的和易性非常强，在不增强用水量的前提下就能够增强其和易性。聚合物改性水泥复合材料与传统的建筑材料相比具有明显优势。这种材料可以根据工程人员的实际需要来调整初凝时间，渗透性与可泵性也将得到有效改善。这种材料在高层建筑中的应用能够有效提高强度，提高建筑材料本身的耐久性以及抗渗性，对于改善抗磨损以及抗冲击的能力也十分有帮助。

聚合物改性水泥复合材料本身有多种分类，通常在分类过程中主要是按照其功能的不同来进行分类的。从功能角度来看基本上可以把聚合物改性水泥复合材料分成四大类：第一类是聚合物改性水泥复合材料拌合物流变性能的外加剂。具体包括引气剂、减水剂以及和泵送剂。第二类是聚合物改性水泥复合材料耐久性外加剂，这主要指的是防水剂以及引气剂。第三类就是凝结时间以及硬化性能的外加剂，速凝剂、缓凝剂以及早强剂是其中典型代表。最后一类指的是其他性能的外加剂，这类包括防冻剂、着色剂以及膨胀剂等。不同类别的水泥复合材料具有不同的性能，在应用聚合物改性水泥复合材料的过程中我们必须要了解不同从材料的各自功能。

2 聚合物改性水泥复合材料的应用

聚合物改性水泥复合材料本身所具有的性能是多种多样的，因而它在高层建筑中的应用范围也是非常广泛的。具体而言这种材料主要当作防水材料、混凝土修补材料、外墙装修材料、粘结以及界面处理材料等。下面就来进行详细论述。

（1）防水材料。聚合物改性水泥复合材料是最佳防水材料。这种材料的应用可以有效提升高层建筑的防水性能。当前聚合物改性水泥复合防水材料本身基本上可以分为两大类：防水涂料以及防水砂浆。这两种材料都获得了广泛应用。防水涂料一般应用在屋面工程防水施工、墙面工程施工以及厕浴间防水施工等领域。在这些领域施工过程中基层处理是其中一个重要环节。在施工过程中一旦发现基层出现裂缝、积水、松动、掉灰、起沙等缺陷时，工程人员就必须要事先进行专业化处理。要把基层表面的灰尘清除干净。对于那些不符合设计要求例如女儿墙、阴阳角、穿墙管等位置在防水层施工之前就需要进行妥善处理。在屋面防水施工时首先需要在基层表面涂一道防水涂料。之后再逐层进行施工。在面层涂料时水泥砂浆厚度不能少于2cm。在施工过程中对于每层涂覆切都不可过厚或者过薄。必须要粘结严实。防水砂浆一般应用在防渗、防潮、地下室、隧道以及厕浴间等领域的防水。

（2）混凝土修补材料。高层建筑中的混凝土在长期使用过程中由于受雾霾、烟雾、酸雨等环境的影响经常会出现剥落现象。这种现象的出现不仅会影响到建筑物的美观，同时还直接影响到建筑物的使用。因而在日常生活中经常需要对其进行修补。聚合物改性水泥复合材料作为专业的修补材料而备受青睐。聚合物改性水泥复合材料的粘结性能非常好、强度也非常高，抗渗防腐蚀是其主要优点。正因为其有这样的优点因而被当作混凝土修补材料。当前在高层建筑的维护和使用过程中我们经常能看到聚合物改性水泥复合材料。

（3）外墙装修中的应用。聚合物改性水泥复合材料的粘结性和耐久性非常好。当前在高层建筑的外墙装修过程中也普遍采用这种材料来进行施工。应用在外墙装修中的聚合物改性水泥复合材料有固不漏界面剂、防水胶结粉、多彩防水膏粉等材料。这三种材料的施工方法都是不一样的，对于固不漏界面剂是需要用刷子均匀地涂刷在砌块墙体的基层表面。对于防水胶结粉一般可以用灰刀直接在墙体上进行操作。抹面层厚度一般保持在3～5mm左右。防水胶结粉的施工过程非常简单，在施工操作的过程中不需要喷水养护。墙面抹面也不需要加贴纤维网或者采取其他措施。防水胶结粉的应用能够使得抹面形成一道防水胶结层。这一层能够有效地阻隔水分通过，对于降低砌块墙材断面上的含水梯度具有重要意义。多彩防水膏粉一般可以代替涂料腻子施袜刮腻，抹面层的厚度需要保持在3～5mm。多彩防水膏粉可以在防水胶结分抹面层上直接施工。在今后施工过程中应该加强这三种材料的研究。

（4）混凝土防腐和防护。在实际施工和使用过程中如果不注重对混凝土的维护就会导致建筑墙体外漏而出现裂痕。这就会影响到其耐久性与美观性。为了避免这种现象的出现，在高层建筑中就绪要应用聚合物改性水泥复合材料。这种材料本身已经被广泛应用在防护领域中。应用这种材料能够有效减轻风吹日晒对建筑物的影响。对于延长建筑物的使用寿命具有一定意义。聚合物水泥复合材料除了在以上领域得到应用之外，还可以用作耐冲刷水工材料、纤维增强混凝土以及喷射混凝土等材料。

随着高层建筑的不断发展，对建筑材料的要求也越来越高。在今后的施工过程中聚合物改性水泥复合材料的应用将成为未来发展的必然选择。聚合物改性水泥复合材料本身具有粘结度强、抗腐蚀、耐久性强等特点。本文详细分析了该材料的各种性能，而后重点论述了这种材料的应用。在今后施工过程中应该加强对这种材料的研究。

参考文献

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聚合物材料的特点篇2

Polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS), as a new kind of organic-inorganic hybrid materials, has attracted great attention in the last decade. In this paper, the applications for these polymer nanocomposites were introduced and forecasted. The thermal properties of POSS-based polymer and related flame retardant were illuminated. The mechanism of increasing the flame retardant and thermal properties was also discussed. Additionally, the developing trends of POSS polymer nanocomposites in the future were discussed.

火灾严重威胁着人民生命财产安全，引起火灾的原因主要是易燃物品导致的火灾蔓延。这些材料若不具有阻燃性，将会增加火势蔓延，并在燃烧过程中释放有毒烟雾和易燃气体。因此，为了降低火灾威胁及损失，阻燃性已经成为对材料性能的重要要求之一。笼型倍半硅氧烷是一种新型硅系阻燃剂，它在赋予基材优异的阻燃性能外，还能改善基材的其他性能（如加工性能、机械性能、耐热性能、生态友好性等）。

20世纪90年代，多面低聚倍半硅氧烷（POSS，又称笼型倍半硅氧烷）由美国空军研究实验室首先开发研制出来，它是倍半硅氧烷的一个重要分支。国外发达国家对POSS的研究呈上升趋势，根据美国Scifinder Scholar数据库统计，相关文献和专利在2000年为 53 篇，2005年增加到 200 篇，2006年上半年为 163 篇，研究的重点主要在POSS改性聚合物复合材料方面，该材料是一类新型的有机/无机杂化材料，不但结合了聚合物和无机材料的优点，而且还具有一些新颖的性能，如阻燃性、低介电性等。作为光固化树脂，是一种优秀的齿科材料；利用氢倍半硅氧烷和含双键的倍半硅氧烷间的硅氢化加成反应来制备多孔材料，用于改性高分子材料，制作耐热阻燃材料等方面。

1POSS的结构特点

（1）分子内杂化结构。POSS分子具有纳米结构无机框架核心，由有机基团包围。因此POSS分子本身就是一个分子水平上的有机/无机分子内杂化体系。这种结构不仅综合了有机和无机组分各自优越性，还由于两者协同效应产生新性能。

（2）纳米尺寸效应。POSS本身是一种具有纳米尺寸的化合物，在其六面体结构中，可获得小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并表现出特殊的热学、光学、磁学和声学性质。

（3）结构可设计性。位于顶角上的Si原子均可通过化学反应带上各种反应性或非反应性的基团，赋予反应性与功能性，从而形成所需要的不同性能的POSS单体。

（4）良好的溶解性。一般情况下，大多数POSS单体可溶于普通的有机溶剂，如四氢呋喃、甲苯与氯仿，却不溶于环已烷、四氯化碳及异丁醚。

（5）高的热稳定性及阻燃性。POSS具有很好的热稳定性。其无机硅氧骨架结构使其在高温下仍有稳定的结构。在分解温度下，POSS会迅速被氧化成为SiO2形成“痂”，隔绝进一步氧化反应的发生。

（6）高反应性。功能性POSS可在熔融状态下与有机化合物或高分子进行共混，也可通过自由基聚合、缩聚聚合以及开环聚合等方法引入到聚合物中，形成有机/无机杂化聚合物。

POSS改性聚合物的研究应用于热塑性材料较多。POSS单体的尺寸与最细小的硅粉颗粒相近，POSS的作用相当于纳米尺度的增强纤维，从而产生了极强的抗热变形能力，同时与其他的硅粉，有机硅化合物及填充剂相比，POSS外部的活性基团大大提高了与聚合物的化学相容性，可以通过化学键与聚合物链相连。当加入单体形式具有活性的共聚物形式的树脂后，POSS的分子会粘结在聚合物链的两端，形成一个连续的大分子链，并在整个材料中形成网状结构。因此POSS的接入将会给聚合物的性能带来革命性的 变化。

2POSS应用于聚合物阻燃整理研究现状

不含卤素阻燃高分子是目前阻燃高分子的发展方向，各种倍半硅氧烷杂化高分子构成了这种类型的阻燃剂中的一大类。功能性倍半硅氧烷可以含有环氧基、氨基、烯基或其他反应性基团，分解温度都可达到 225 ～ 300 ℃左右。T8（六面体倍半硅氧烷）在结构上类似于一个小小的“沸石”，因而一般都有非常好的耐热性，T8受热分解后的残余物为二氧化硅，并且二氧化硅的含量非常高，有些甚至达到 87%（质量分数），因而阻燃性能非常好。一般的含有双键或环氧基的笼型倍半硅氧烷大分子的单体固化后，分解温度都可达到 225 ～ 300 ℃左右。

最近有报道称，由Q8M8H和4 乙烯基环己烯的部分加成产物在 200 ～ 250 ℃固化，在空气中可稳定到 400 ℃，更可贵的是这种材料透明、柔韧，有望作为耐高温的垫圈或窗玻璃。A. Fina和D. Tabuanib等人研究了含有甲基、乙烯基和苯基的POSS与聚苯乙烯共混时，POSS在聚合物中的分布以及对机械性能的影响，并确定了POSS的加入可以显著提高聚苯乙烯的热稳定性，降低其燃烧性能。Nagendiran S.和M. Alagar等研究发现与POSS共聚的环氧树脂的玻璃化温度比不加入POSS的温度高，并且加入 3% 的POSS时，环氧树脂就具有明显的阻燃性能。Eric Devaux等利用POSS与PU共混制备POSS/PU复合材料，从而大大提高了PU的热稳定。最近，K Xie和S W Kuo采用官能团为 ― CH2OH的反应性POSS对天然纤维进行处理，研究了对纤维的热降解性能的影响，结果表明处理后的织物的耐热性明显高于未处理的织物。Y C Wu等合成了含有多个苯并嗪的POSS单体，并将其应用于聚酰胺、PVP和PC材料上，分析了在焙烘过程中，POSS单体发生自交联的情况。结果显示，其可以在高聚物的表面形成一层膜，使得材料的表面能降低，玻璃化温度提高。

高钧驰等利用笼型八苯基硅倍半氧烷（OPS）与三元乙丙橡胶（EPDM）制成新型复合材料，结果表明，OPS复合EPDM与纯EPDM相比，氧指数有所提高，释热速率降低，热稳定性提高，力学性能得到明显的改善。刘磊等以离子型八（四甲基铵）笼型倍半硅氧烷（OctaTMA-POSS）作为聚苯乙烯（PS）的添加剂制备POSS/PS复合材料，一定量的POSS可以在PS中形成纳米纤维并呈网状分布，使复合材料的热释放速率峰值、CO和CO2释放速率峰值和浓度峰值降低。刘磊、王文平等发现纯的PMMA在 410 ℃时就分解完全，而POSS/聚合物和纯POSS仍然有残留，其中纯POSS残留最多。POSS/PMMA 和嵌段聚合物POSS/PMMA/PS分解温度Td比纯PMMA分别高出 60 ℃和 151 ℃。宋晓艳、程博闻合成了一种同时含有金属和双键的磁性多面体齐聚倍半硅氧烷，并制备了聚苯乙烯/POSS纳米复合材料。热分析表明PS/POSS纳米材料较纯PS热稳定性增加，PS/POSS纳米材料的玻璃化转变温度较纯PS明显提高。

3POSS阻燃机理分析

所谓阻燃是指降低材料在火焰中的可燃性，减缓火焰蔓延速度，当火焰移去后能很快自熄，减少燃烧。从燃烧过程看，要达到阻燃目的，必须切断由可燃物、热和氧气等 3 要素构成的燃烧循环。阻燃作用的机理有物理的、化学的及二者结合作用等多种形式。现阶段，对POSS阻燃机理的一般有以下两个观点。

3.1特殊的成炭过程

一般认为，在高温下，POSS在加热温度 450 ～ 650 ℃之间，聚合物放出大量的气体后，倍半硅氧烷“笼型”结构开始丢失。对剩余炭化物进行分析后表明其化学成分主要为SiO2、SiOxCy、SiC，这意味着POSS单元可能在燃烧过程中有一个特殊的成炭过程，这对POSS结构提高聚合物阻燃性机理的研究有指导意义。

3.2纳米增强作用

POSS单体本身是一种具有纳米尺寸的化合物，由于纳米尺寸效应，使得POSS基体与聚合物结合得比较紧密，这样就限制了聚合物链的运动，从而提高聚合物的热稳定性，另一方面POSS 单体本身具有较高的热稳定性。

POSS基聚合物对于阻燃的贡献，主要是POSS可以与其它聚合物或单体接枝、共聚，在分子水平上对聚合物进行增强，进而提高聚合物的热稳定性。POSS基聚合物燃烧时能够在聚合物的表面形成一层致密的陶瓷型炭层，该炭层能隔热、隔氧，有效保护聚合物基体。成炭率是判断材料阻燃性好坏的一个重要指标。

通过以上两种观点，可以总结得出影响聚合物/POSS纳米复合材料热性能的主要因素有：POSS的纳米尺寸效应、分子间作用力、稀释效应和交联效应。分子间作用力包括POSS与POSS间的作用力、POSS与材料中有机链段基团间的作用力、有机链段间的作用力。有机链段间的作用通常表现为均聚物性能的保持，同时均聚物的性能也是检验复合材料性能的重要标准；共聚复合材料中POSS与POSS间的作用力主要体现为物理聚集作用；POSS与有机链段间的作用力主要体现为偶极 偶极作用或氢键作用等。交联作用表现为分子间作用力导致的物理交联（共混复合材料）和化学键连接产生的化学交联（共聚复合材料）作用。

自由体积增大和稀释效应导致热性能降低，纳米POSS的尺寸效应、交联作用、偶极 偶极作用、氢键等对链段运动的限制，有效增强材料的热稳定性。

4POSS发展趋势

POSS具有的独特的笼型立体三维结构和分子可设计性为各种新型材料的开发提供了良好的载体。为了更加充分发挥POSS分子在改性聚合物方面的优势，结合笼型倍半硅氧烷的研究现状，POSS未来的发展方向主要集中在以下几个方面。

（1）改进生产工艺，降低生产成本，为大规模工业化应用打下坚实的基础，需要深入研究如何有效控制水解反应及开发新的合成路线，探寻水解反应的机理，以及制备更多不同种类的POSS，同时也可以降低制备POSS的成本。

（2）继续深入理论的研究和探索，如计算机模拟POSS合成，探究合成过程中的反应条件和化学环境对POSS结构形成的影响；建立更合理的模型，更深入地研究和探索POSS对聚合物的改性机理。

（3）研究POSS基材料的结构与性能的关系，这样可以制备新型的材料和拓宽POSS的使用领域，深入研究POSS的物理、化学、生物和其它特殊性能，合成在光、电、磁、催化等方面有特定效果的功能化POSS改性材料。

得到成本更低、性能更优、能满足特定使用需要的POSS改性材料将是今后一个大的发展方向，POSS的实用化、产业化必将给新材料和相关领域带来新的机遇。

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聚合物材料的特点篇3

1松香改性聚丙烯酸酯材料

丙烯酸酯聚合物是一类重要的高分子材料，广泛应用于包装、粘合、涂料等工业中。松香基衍生物改性聚丙烯酸酯类反应的研究已经取得了很大的进展。

Lee等以马来海松酸和富马海松酸为原料，经过酰氯化，再与带羟基官能团的丙烯酸酯进行酯化反应合成一系列的含有丙烯酸酯基的松香改性高分子聚合材料，结果发现聚合物的耐热性和耐溶剂性能都有大幅度的提高。而利用松香及其衍生物的乳液和丙烯酸酯乳液进行共混改性也已经取得进展，李明等用松香乳液和聚丙烯酸酯乳液共混，随着丙烯酸酯乳液的增加，松香树脂的软化点逐渐升高，胶黏剂的快黏力不变，持黏力升高。华南理工大学的陈平旭等采用半连续种子乳液聚合法制备了聚丙烯酸酯/聚合松香混合乳液，分析表明松香改性丙烯酸酯得到的高分子材料具有良好的兼容性和热稳定性；另外，中国林科院林明涛等采用细乳液聚合法共聚得到歧化松香-丙烯酸酯复合高分子乳液，利用松香改性制备的高分子材料的高软化点克服了产品原来贮存稳定性差和应用性能不稳定等缺陷。

2松香改性醇酸树脂高分子材料

醇酸树脂是由多元醇、多元酸与脂肪酸制成的聚酯，主要应用在涂料领域。近年来，松香改性醇酸树脂生产松香基醇酸树脂高分子材料的研究逐渐升温，利用松香改性醇酸树脂后的产品具有附着力强，漆膜光泽与硬度高的优点。

山西应化所的马国章等用松香作为原料和亚麻油季戊四醇等在氢氧化锂催化下进行醇解后与对辛基酚醛与甲醛在碱性65～70 ℃条件缩合制备松香改性醇酸树脂高分子材料，软化点可达到150 ℃。南京工业大学的陶波等用马来海松酸酐、植物油等与丙烯酸预聚物通过单甘油酯法合成了松香改性丙烯酸基醇酸树脂，经测定软化点为145～170 ℃，且具有干燥时间短、硬度强、耐冲击性等优点。

柠檬酸改性合成松香改性醇酸树脂类高分子材料，制成品的化点高于150 ℃，具有优良的黏附力及优异的光泽、硬度和干燥性能。采用植物油及其脂肪酸改性醇酸树脂，存在漆膜干燥速度慢、硬度低、耐水性差、耐候性不佳等缺点。利用松香丙烯酸或马来酸酐的加成产物来代替苯酐与多元醇反应制备松香基醇酸树脂，可改善醇酸树脂漆膜性能。

3其它类型的松香改性高分子材料

松香不仅在改性酚醛、聚氨酯、聚丙烯酸酯和醇酸树脂高分子化合物有广泛的研究应用，松香改性环氧树脂、聚酰胺和聚酰亚胺类树脂等高分子材料的研究也具有重要应用价值。

中科院纤维素重点实验室的邓莲丽等制备了松香-乙二醇二缩水甘油醚（AR-EGDE）改性聚甲基苯基硅氧烷（PMPS），两者充分混合反应后得到松香改性环氧树脂材料，具有很好的阻燃特性。Roy等首先利用松香酸与丙烯酸的D-A加成反应来制备松香二酸（APA），同时为了降低松香二酸叔碳上羧基的活化能，又将松香二酸酰氯化，再与己二胺反应合成松香改性聚酰胺材料，这种无定形的高分子材料具有相当好的热稳定性，并且只溶于高极性溶剂中，结晶性较差。日本九州大学的Hiroo Tanaka等制备出了可以提高施胶能力的松香改性聚-N-乙烯基甲酰胺施胶剂。Maiti等采用马来松香与二元胺的摩尔比为2∶1，再加入过量的二元醇反应，减压蒸馏后将未反应的二元醇除去，获得松香改性聚酯酰亚胺树脂。

聚合物材料的特点篇4

【关键词】超分子材料；嵌段共聚物

1、前言

近年来，超分子化学和其他学科相互渗透，已经发展成化学领域的研究前沿。随着社会的发展，人们对材料性能的要求越来越高。为了满足特殊的应用需求，大多数材料都需要经过特殊的加工或改性，而通过分子自组装的方式，却可以避免这些繁琐的过程，直接得到具有独特结构和性能的超分子材料。分子自组装，主要是分子之间通过非共价力（亲水性，疏水性，氢键，静电作用，范德华力等）相互作用，形成具有一定结构和形态的分子聚集体和超分子结构。

由于嵌段共聚物具有比较规整的结构并能够在一定条件下通过分子的自组装形成具有特殊物理化学性能的超分子材料, 使它成为一类很好的制备超分子材料的原料，是当前高分子科学领域研究的热点之一。能够自组装成超分子结构的嵌段共聚物主要是两嵌段共聚物，按各嵌段的组成特点可以分成两类：1）无规线团—无规线团两嵌段共聚物;2）棒状—无规线团两嵌段共聚物。

在嵌段共聚物中，由于各嵌段的不相容性，能够发生自组装形成球形、棒状、薄层状、囊泡等各种不同形态的超分子聚集体。影响聚集体形态的因素主要有各嵌段的组成、溶剂的种类及加入方式、温度、浓度等。形成的超分子结构在光电材料、药物载体、组织工程等方面有很好的应用潜能。本文综述了嵌段共聚物作为超分子材料的应用。

2、在超分子材料中的应用

嵌段共聚物通过自组装可以形成的具有多种形貌的聚集体,这就赋予其许多独特的性能，在超分子材料中具有很好的应用潜能。

2.1药物载体

Yokayama等人将PEG和聚天冬氨酸(PAsp)的嵌段共聚物(PEG-b-PAsp)与药物分子阿霉素(DOX)发生缩合反应,用共价键将药物DOX连接到PEG-b-PAsp载体上, PEG-Pasp(DOX) 嵌段共聚物在水中能自组装成稳定的胶束。而且，DOX之间的相互作用可以使胶束内核的凝聚力增加，另外体系中游离的DOX可以包埋在胶束内，能够减少D0X对人体的毒副作用。到目前为止，这一给药体系已处在动物试验阶段,不久将进入一期临床试验。

Caliceti等先将胰岛素、PLA、PEG溶于DMSO中,然后利用压缩CO2除去溶剂,得到PLA-b-PEG嵌段共聚物的纳米粒子。通过调节的PEG的分子量(350～1900Da)和PEG/PLA的投料比(0%～75%),可以得到不同粒径的纳米粒子。试验结果显示，PEG的分子量对共聚物粒径的大小影响不大,但是随PEG含量的增大共聚物粒径减小。主要是由于共聚物溶液与水相之间的界面张力对粒径有一定的影响,共聚物的亲水性越强,与水相间界面张力越小,粒径越小。体外溶出实验发现,胰岛素的溶出速率随PEG含量的增大而加快,因此可以通过调节嵌段共聚物中PEG与PLA的含量比例来控制药物释放。

2.2基因和组织工程

Wakebayashi等用乳糖-聚乙二醇-聚二甲胺乙基甲基丙烯酸酯嵌段共聚物作为基因载体，转染肝细胞结果表明该载体可与DNA 自发形成聚离子复合物胶束，通过受体介导转运的方式被肝细胞摄取，使转染效率大大提高。Kubies等人用PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物与PLA共混后用作组织工程支架的材料,该共混物在材料表面可以发生自组装形成具有不同表面能和官能团的结构化微区。

2.3光电材料

Thomas等人研究了具有对称结构的无规线团－无规线团两嵌段共聚物的自组装行为，这种分子可以组装成有序的层状结构，能够用在集成光路中。如果各组成嵌段的折光指数不同，也就是说，这种材料的折光指数在一定的周期内发生变化，材料就能够表现出光子晶体的性质。由于材料的光学性质主要依赖于层间的间距，因此需要对称性的无规线团－无规线团两嵌段共聚物来得到规整结构的材料。较早用来调节光学性质的方法是将两嵌段共聚物与各组成嵌段均聚物的等量混合物进行共混。Thomas及其合作者将具有对称结构的聚苯乙烯－b－聚异戊二烯共聚物与含有等量聚苯乙烯和聚异戊二烯的混合物进行共混，所制得的膜具有层状结构，并且能反射一定波长的紫外和可见光。如果均聚物的混合物在共混物中的组成从0增加到60wt％，膜的反射波长可以在350nm与600nm之间调节。

3、结论及展望

嵌段共聚物是一种很有潜能的制备自组装材料的原料。相对其他的嵌段共聚物而言，无规线团－无规线团两嵌段共聚物的研究最深入，并对它们的相行为也有了相对较好的理解。通过嵌段分子的自组装来制备功能材料具有可行性，并且可以避免额外的加工和改性过程。这无疑是一个具有远大前景的研究领域，并在不久的将来有重大的进展。

参考文献

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聚合物材料的特点篇5

关键词：聚苯胺 复合材料 合成方法

The Synthesis Of Polyaniline Composite Materials

LiushengCaoming

(College of Chemical Engineering and Energy; Zhengzhou University，Zhengzhou Henan China 450001)

Abstract:In recent years,polyaniline has attracted much attention because of its excellent properties. The study on its synthesis and doped mechanism is always one of the major research contents of polyanline.In this paper, the synthesis methods of polyanline composite materials are reviewed

Keywords:polyanlineComposite materialsSynthesis methods

一、引言

半导体金属氧化物传感器是目前主要的商业化的气体传感器，但在应用中存在选择性差、操作温度高、稳定性也不令人满意等问题。而以聚苯胺（PANI）为代表的导电高分子气敏材料由于价廉易得、合成和制膜工艺简单且可在常温下工作等优点，已成为研究的热点。但是纯的聚苯胺气敏材料存在选择性性差、灵敏度低以及稳定性欠佳等缺点，并且聚苯胺为共轭的刚性链结构，在有机溶剂中溶解度低、成膜性能差，不易加工成型从而阻碍了它作为气敏材料在实际中的应用。所以，为了克服纯聚苯胺的缺点，通过选择合适的通用高分子材料与聚苯胺复合，提高其灵敏度和选择性；改善材料的加工成膜性能；同时使之具有很好的稳定性，从而能够更广泛地应用于气体传感器中。

二、聚苯胺复合材料的合成

复合材料的合成方法大致可分为：共聚法、共混法、“现场”吸附聚合法以及电化学合成法四种。

1.共聚法

该法是合成包含导电共轭链段的接枝或嵌段共聚物，也是获得可溶性导电高分子的一种方法。这种共聚物在溶液中因界面活性能够形成胶束，导电链段（硬段）处于核心，其含量多少决定共聚物在溶液中的凝聚性。用共聚改性的方法虽然可以在一定程度上改善聚苯胺的力学性能和加工性能，但同时使聚合物的导电性能下降，改善的效果并不明显，报道的研究成果也较少。

2.共混法

共混法又可以溶液共混法、机械共混法和乳液共混法三种。

2.1溶液共混法

溶液共混法有两种实施方法：（1）通过选用恰当的功能质子酸，使掺杂PANI与聚合物共溶于特定的有机溶剂中，通过溶液共混方法制备聚苯胺导电材料，其关键是掺杂剂和溶剂的选择。（2）将本征态聚苯胺和聚合物分别溶于有机溶剂中，按一定比例混合浇铸，得到本征态聚苯胺/聚合物薄膜，再将此薄膜浸于酸溶液中掺杂，从而得到导电复合膜。

在第一种方案中导电性能的掺杂剂功能质子酸中的功能基团、基体聚合物、溶剂、加工方法和所得共混材料的相结构的影响。第二种实施方法在酸溶液掺杂过程中，掺杂介质对掺杂效率有明显的影响。

溶液共混法分散均匀、使用方便、能够制得电导率较透明材料。但是导电聚苯胺在常用有机溶剂中溶解度小，需要耗费大量有机溶剂，容易造成环境污染。

2.2机械熔融共混法

机械共混法是制备聚合物共混材料的常用方法。将导电聚苯胺与基体聚合物同时放入混炼设备中，在熔融温度下进行混炼，即可得到聚苯胺/聚合物导电共混材料。

机械熔融加工法既可以把导电聚合物粒子分散于热塑性材料中，充分利用热塑性聚合物的加工特性，也可以用涂覆有导电聚合物的热塑性材料颗粒热压加工。基体聚合物、掺杂剂、温度和加工方法的选择，都会影响所得导电材料的性能。

2.3乳液共混法

乳液共混法有两种实施方法：一种是原位乳液聚合法，即用溶剂将聚合物树脂溶解后，加入表面活性剂制成乳液，再进行苯胺的聚合;另一种是两步法，即先制备PANI胶乳，再与基体聚合物的溶液或乳液共混。

两步法中，PANI胶乳的稳定是技术的关键，只有在稳定的胶乳体系中，才可以获得性能均一的共混材料。目前多是采用PANI-DBSA胶乳体系，胶乳中PANI粒径是纳米级的，在适当的DBSA存在下，胶乳体系是稳定的，其分散程度和稳定程度，随DBSA含量的增加而增加。其中一些DBSA是掺杂剂，过量的DBSA则充当表面活性剂。来保持体系稳定。甚至当PANI乳液与聚合物的溶液或乳液混合后，无须添加任何添加剂，所得分散体系也是稳定的。

乳液聚合对聚苯胺溶解性的改善得益于聚合过程中使用的乳化剂，乳化剂往往是大分子功能质子酸，不仅具有乳化作用，而且对生成的聚苯胺分子能进行有效的掺杂，起到模板或立体稳定剂的作用。

3.“现场”吸附聚合法

该方法是将苯胺单体吸附在非导电聚合物基材上，通过引发聚合苯胺单体在基材表面形成导电薄膜，从而获得功能性聚苯胺复合材料。例如，将纤维、纺织品、塑料等基材浸在新配制的过硫酸铵与苯胺的酸性水溶液混合物中，使苯胺在基材的表面发生氧化聚合反应，聚苯胺可均匀地“沉积”在基材表面，形成良好的致密膜，以制成导电材料。

复合材料的力学性能以及热力学性能主要由基材性能决定，这就为根据实际需要合成出具有不同热、力学性能的聚苯胺复合材料提供了可能。

4.电化学合成法

电化学方法通常用来制备膜制品。其方式有两种：一种是二段法，即在电解质溶液中，在预先覆有绝缘高分子膜的电极上电解聚苯胺单体。第二种是一段法，即将聚苯胺单体、支撑高分子一起溶于电解液中，一次电解得到所需复合膜。用电化学制备复合膜，不仅可以避免使用强烈的氧化剂和有害的掺杂剂，而且可以控制其膜结构。

三、结束语

近年来随着气体传感器的广泛应用和气敏元件性能的需求，聚苯胺已成为一种新兴的导电高分子材料而受到广大科研工作者的青睐。虽然聚苯胺的基础研究和掺杂机理的研究已经取得一定的成果，但是仍有很多问题亟待解决：聚苯胺的复合机制、导电机制以及进一步提高聚苯胺的性能。所以对聚苯胺这个新兴的导电高分子材料，仍需科研工作者投入大量精力去研究！

参考文献:

[1]Ester Segal,RozaTchoudakov,MosheNarkis,ArnonSiegmanm,YenWei. Polystyrene/polyaniline nanoblends for sensing of aliphatic alcohols[J] .Sensors and Actuators B，2005(104):140-150.

[2]谢丹,蒋亚东,李丹等.聚苯胺基LB膜的制备及气敏特性的研究[J].高分子学报,200（2）:224-227.

[3]邓建国,王建华,龙新平等.聚苯胺复合材研究进展[J].高分子通报，2002（3）:33-37.

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[7]闾兴圣,王庚超.聚苯胺/聚合物导电材料研究进展[J].功能高分子学报,2003,16(1):107-112.

聚合物材料的特点篇6

[关键词] 聚合物 防水涂料 纳米技术

中图分类号：TU561 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0339-01

建筑防水材料在我国建筑施工工程中使用已经有上千年的历史了。随着经济不断发展，近几年建筑防水材料不断发展，虽然高性能建筑材料有了很大的发展，但是已经不能满足工程的施工要求，所以需要不断发展建筑防水材料的工业用途，提高使用性能。如何提高防水工程质量是我国建筑施工中面临的首要问题，建筑工程质量和工程施工技术有很大关系，还与防水材料的性能有关。在材料的研究过程中对材料防水性研究是重点。目前而言防水材料很难满足工程施工的需要，可以采取以下方式解决，其一是不断提高防水材料的性能满足工程施工的要求。其二合成新的防水材料成本比较大，改进的防水材料性能可以有效的降低施工风险，文章主要研究高性能聚合物水泥防水性能。

一、建筑防水材料的现状和发展趋势

近几年来我国建筑材料的发展十分迅速，通过数十年的努力，我国防水材料主要有沥青及改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂等等，品种众多。对沥青防水材料而言防水性能比较差，伸缩性能比较差，在工程施工过程中对人们对沥青的性质进行了改良，在改良的过程中要使用聚合物，具有代表性的材料主要有SBS和APP两种材料聚合物。建筑防水材料主要可以分为三大类分别是沥青基防水涂料、高聚物改性沥青防水涂料和合成高分子防水涂料三大类。沥青基防水涂料柔韧性和耐高温性已经不能满足防水要求，为了提高材料的防水性。在材料改良的过程中要通过应用聚合物来改变沥青的防水性能。这种聚合物主要包括氯丁橡胶、顺丁橡胶、SBS和APP等，应用这些聚合物的可以改善材料的抗裂性、柔韧性和耐高温性等。在我国建筑防水材料市场上，煤焦油型聚氨醋中含有的煤焦油代替了价格高昂的聚醚多元醇，有效降低的产品的生产成本，所以这种材料的使用率很高。在国外防水材料聚氨醋得到了广泛的应用，在使用的过程中没有添加煤焦油等物质，因为这种材料中含有一些易挥发的毒性物质，对人体的健康有一定的危害，是一种禁用品。我国聚氮醋防水材料的主要有MDI及聚醚作基本原料和二甲苯材料，这种材料会对环境造成污染，材料耐温性比较差，在紫外线的作用下会发生氧化，不适合大量的应用。

二、聚合物水泥基复合防水涂料的组成

聚合物水泥基复合防水涂料主要是由液体组分和固体组构成一种防水材料，这种聚合材料需要添加各种材料制剂，固体组的主要构成成分是无机粉料。水泥主要构成是聚合物防水涂料，主要包括聚醋酸乙烯简称VA E、丁苯乳液简称为SBR和丙烯酸酷乳液简称PAA，VAE乳液是由醋酸乙烯醋和乙烯单体共同形成的一种乳液和聚醋酸乙烯乳液比较乙烯单体引入量有很大区别，降低了转化了温度。VAE是一种保护性胶体，这种材料的耐水性材料不是很好。通过调节软、硬单体来改变乳液的耐水性可以选择制作防水材料。除了水泥外这种防水材料还含有碳酸钙和石英砂这种材料，应用这种材料可以提升材料的防水性。在实际使用中是否采用两者综合体，要依据工程施工情况而定。如果防水材料的水泥含量比较少就要多加碳酸钙。因为粉料含量比较少会影响到材料的耐水性。

三、聚合物水泥基复合防水涂料的优点和存在的问题

聚合物水泥基复合防水涂料在工程建筑施工工作中被广泛应用，防水性能良好，符合建筑施工的具体要求，主要有以下几点表现：

（一）适合国家墙体材料革新和节能建筑材料的推广使用

框架结构填充墙，不论使用哪种材料作为墙体的建筑物的填充内间墙，发生开裂会引起墙体渗漏的情况发生，使用新型材料进行墙体填充选择的墙体一般都是空隙比较多的，墙体很容易发生吸水现象使墙体发生干缩，导致渗漏。传统性质的水泥不具备防水功能，在施工的过程中会导致墙体干燥收缩，产生缝隙。所以不能使用这种材质的水泥，在墙体的施工的过程中可以通过贴砖的方法到达墙体防水的功能。在高层建筑施工过程中，采用贴砖的方法会增加自身的重量影响建筑物的使用嫩功能，由于瓷砖有一定的重力在施工的过程中会意外脱落，对人身安全造成威胁。聚合物水泥基复合防水材料除了具有普通水泥的特点之外，还具有一定防水特性。含有防水性能的水泥粘度比较大是普通水泥的5陪，有效的增长了断裂缝的长度使墙体的在施工过程中不需要预留施工缝隙，不会出现裂缝现象。抹灰之后在钉钉子时也不会出现水泥裂缝，进行墙体施工时不受环境的影响，在施工完成之后不需要人工养护，给工程施工带来了方便。墙体施工过程中不需要进行防水处理，可以降低工程施工的成本。

（二）外墙装饰和防水的统一

目前建筑物中很多都是有机材料进行墙体装饰，使用这种材料容易造成墙体起皮、脱落现象，不能起到的很好的装饰效果。

为了增强墙体的装饰效果，在墙体施工过程中要选择优质的施工材料不断提高施工技术水平，优质的施工涂料会增加施工成本，使施工材料的应用受到了限制，涂料施工技术会受人为因素的影响，影响外墙的装饰效果。

四、建筑防水充分体现刚柔并济的功效

长期以来，防水材料是以沥青油毡为主要构成材料，这些材料含有一些毒性成分有异味严重影响了工程施工，材料的容易老化，没有一定的装饰效果。随着经济的不断发展我国又研发不同的防水材料。随着时间的推移我国的又推出了不同种类的防水的材料有效的弥补了防水材料的柔性不足的问题，但是使用成本比较高，材料的防水性也存在着一定的不足。在工程施工过程中使用刚柔结合的方法来提高材料的防水性能。在工程施工的过程中在涂抹防水材料时候要和刚性材料结合使用实现材料的刚柔相济结构性能。所以在施工过程中要使用钢筋混凝土结构来达到材料防水的特点，从防水作用原理来看，钢筋混凝土有很好的防水特性，在混凝土可以掺杂一定减水剂、膨胀剂等，增强混凝土的防水特性。在工程施工中，各种原因导致混凝体达不到刚度要求，在施工中使用聚合物水泥基复合防水涂料就可以实现刚柔结合防水特性。防水材料和聚合物质配合使用可以有效的弥补高性能水泥基材料柔性不足的特性，增加材料防水性和耐用性，两者之间可以互相作用，形成复合作用。有以下的优点：

（一）这种涂料在施工过程中比较容易操作，防水涂料熟料水基产品。对含水量没有明确的限制，和一般防水材料不同可以在潮湿的基面直接进行施工，可以进行涂刷和喷涂处理适合在复杂的施工环境中进行作业。

（二）高性能聚合物水泥防水涂料可以用于墙体漏洞施工中，简化施工步骤，对涂膜的渗漏可以进行修复。

结束语：

高性能聚合物水泥防水涂料是一种环保性材料，在工程施工的过程中要采用高质量的防水材料，在选择材料单体的过程中要适合聚合工艺，还要选择适合的功能单体之后进行防水材料的配比工作，采用正确的施工方法不断提高高性能聚合物水泥防水性能。

参考文献

[1]梁卫，提高建筑工程材料质量监测的策略分析[J].企业技术开发（下），2012（8）.

聚合物材料的特点篇7

关键词：聚合物；砂浆，改性；性能；应用 

 

1　前言 

 

早在1923年，英国人gresson就把聚合物应用于路面材料而获得专利。到1924出版了关于现代聚合物改性材料的正式的文献。从那时起，近70年来世界各国出现了大量的关于聚合物用于改性水泥砂浆和混凝土的研究，而且对聚合物用于水泥基材料的兴趣也越来越来大。在这一领域里研究开发走在世界前列的国家有日本、美国、前苏联、德国等。如日本对新型高性能聚合物混凝土复合材料的研究开发应用已有40年的历史，并已为此制定了部分标准(jls6203)；德国交通部筑路局对用于桥面的混凝土修补而附加的技术协议和规范(ztvsib90)特别制定了聚合物改性砂浆(混凝土)供货的技术条件和检验规范(tlbepcc，tpcc)，我国在这一方面的研究起步较晚，还是近十几年发展起来的。1990年在上海举行了第6届国际聚合物混凝土会议，大大地加速了我国在这一方面研究与应用的进步。 

 

2 聚合物水泥砂浆的改性机理 

 

聚合物改性砂浆的研究之所以如此大的进展，就是因为这种材料通过改性具有许多优异的性能。了解其改性机理对研究和开发这类材料尤其重要。 

众所周知·水泥砂浆作为一种复合材料，骨料和水泥基之间的界面过渡区是材料的薄弱环节。在界面过渡区，水灰比高、孔隙率大、氢氧化钙和钙矾石多，晶粒粗大、氢氧化钙晶体取向生长。要改善水泥基材料的性能，就必须改善界面过渡区的结构和性质。聚合物对水泥砂浆的改性作用，其实质也是改善材料的界面过渡区，从而使材料获得别的材料所不具有的性能。 

(1)聚合物具有减水的效果。其表现在配制具有相同流动度的砂浆时，掺有聚合物的砂浆的水灰比要低于普通砂浆的水灰比。这是因为聚合物和矿物掺合料粉煤灰一样的形态效应，因为聚合物的固体粒径很小，其直径一般在0.05～5um之间。这样的颗粒也可像粉煤灰的颗粒一样，既可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，从而能起到减水效应。 

(2)在砂浆中掺加聚合物后，氢氧化钙也会沿着聚合物固体颗粒生长，有利于打乱氢氧化钙的取向生长。另外，由于聚合物的特殊性，它会在高于其最低成膜温度下凝聚成膜，形成的膜能将水泥水化生成的氢氧化钙包围起来，连成一个整体，可以有效的降低氢氧化钙对材料耐久性的不良影响。另一方面聚合物沙浆中的钙矾石比普通砂浆中的钙矾石要短和粗。进一步观察可发现聚合物的加入有效的改善了砂浆的孔结构，由于聚合物的形态效应及其自身的特殊性，起到了胶结、填充等作用，使砂浆的平均孔径变小，大孔变成小孔隙，孔隙分布的均匀性下降了，微孔隙率提高了。 

(3)由于聚合物成膜的过程发生在水泥水化的过程中，水分用于水化以及被蒸发，聚合物就在整个基体中形成一个坚韧、致密的网络薄膜状网络结构，分布在水泥砂浆骨架之间，填充空隙，切断了与外界的通道，进一步改善了材料的性能。 

(4)聚合物还能和水泥水化产物发生化学作用。如丙烯酸甲脂能与水泥水化产物中的氢氧化钙反应。其原因是因为丙烯酸中脂基能在碱性的氢氧化钙溶液中发生水解生成羧酸根离子能与钙离子以离子键形式结合，形成以钙离子桥连的离子键大分子体系的交织网络结构，增强了结构的密实性。在上面的反应中可以降低氢氧化钙的含量，而sbr(聚苯乙烯一丁二烯)乳胶也能减少砂浆中氢氧化钙的含量，但没有含有脂基的e－va(聚乙烯一醋酸乙烯脂)乳液那么明显因此是不是所有的聚合物都能起化学改性作用，还有待研究。 

通过以上的物理与化学的作用，聚合物改善了砂浆的界面结构形成了如图(1)的界面层。 

其中的机械粘合层就是聚合物所成的薄膜，这一层不能过厚否则就会降低材料的强度。物理吸引层是聚合物如前面所讲的物理改性作用得到的一层，起到了增强材料性能的作用。化学键合层是聚合物与水泥中的物质发生发应的结果，进一步增强了材料的性能。 

 

3　聚合物水泥砂浆的材料 

 

3．1　聚合物　对能用于砂浆改性的聚合物，其性能要求十分重要。聚合物在发挥其优点的同时，不能对砂浆带来负面的影响，如不能影响水泥的充分水化，对水泥石的基体没有腐蚀作用，对环境没有污染作用等。现阶段用于改性砂浆的聚合物的种类不是很多，主要有以下一些。 

其中最常用的就是图中划横线的聚合物。有丁苯乳液(sbr)、聚丙烯酸脂(pae)、聚乙烯醋酸脂(eva)，丙苯乳液(sae)等。但由于单一品种乳液用于改性砂浆时会有一些不足，因此现阶段已经出现通过聚合物乳液的共混，综合不同乳液的优点，设计出能实现不同性能要求、适应不同用途需要的聚合物共混物用于改性砂浆。 

 

3．2　水泥 

用于聚合物改性砂浆的水泥一般为普通硅酸盐水泥，它的早期强度高、凝结快、耐冻性好。另外还可用高铝酸盐水泥。近年来，出现了一种专门用于聚合物干粉改性砂浆的铝酸钙水泥，这种水泥是用一定比例含有三氧化二铝和氧化钙经熔化或煅烧，然后将获得的熟料磨细而成。 

 

3．3矿物掺合料 

矿物掺合料(硅灰、粉煤灰、矿渣等)本身就可以作为一种水泥砂浆的改性材料。把矿物掺合料和聚合物双掺在砂浆中，能综合利用两种改性材料的特点，优势互补进一步改善砂浆的性能。 

 

3．4　消泡剂、稳定剂 

在聚合物水泥砂浆中，水泥浆体中的钙离子或铝离子等多价阳离子及砂浆拌和时所产生的剪切力会导致乳液破乳凝聚，因此要选择合适的乳化剂和稳定剂。乳液中存在的表面活性剂导致砂浆气泡增加，影响性能，为此，需要加入适当的消泡剂来抑制表面活性剂引起的泡沫。 

 

 

3．5　砂 

一般用河砂，要求含泥量不能过高。

4　聚合物改性水泥沙浆的性能 

 

众所周知作为水泥基材料的一个显著的缺点就是脆性大。表现出抗拉强度比抗压强度低许多，抗裂性差，并且强度越高，脆性越大。这是因为水泥基材料属于硅酸盐物质，其基本单元是硅氧四面体·硅与氧以共价键相连，钙与铝等金属离子以离子键与硅相结合。由于在共价键、离子键发生断裂时几乎不发生任何变形，就表现出很大的脆性。而聚合物作为一种有机高分子，其长分子结构及大分子中的链节或链段的自旋转性，使其具有弹性和塑性。 

 

4．1　新拌砂浆的性能 

4．1．1　流动性 

由于聚合物具有建水的效果，因此大部分聚合物都能提高砂浆的流动性能。

4．1．2　保水率 

新拌砂浆的保水率是影响砂浆硬化及硬化后固体性能的重要的因素。保水性好的砂浆有利于砂浆的运输、停放和铺摊，有重要的工程意义。掺入聚合物能有效的提高新拌砂浆的保水性能，聚合物的加入既可以防止砂浆的离析，有能在砂浆的养护初期防止水分的过快散失，有利于水泥的水化。尽管聚合物水泥砂浆的凝结时间会延长。 

 

4．2　硬化聚合物砂浆的力学性能 

4．2．1　抗压强度 

现有大部分的研究都认为聚合物改性砂浆的抗压强度要低于普通砂浆的抗压强度，这是因为聚合物在砂浆体系中硬化成膜后，由于它的弹性模量要低于水泥石和骨料的弹性模量，另外聚合物的富集现象也会降低抗压强度，还有就是聚合物的活性，在搅拌砂浆时会产生大量的气泡从而降低了砂浆的抗压强度。但是还存在另外的一种观点，就是认为聚合物改性砂浆的抗压强度要高于普通砂浆的抗压强度，这是因为聚合物具有减水效应，能降低砂浆的用水量，从而提高砂浆的抗压强度。但这两种对立的观点有不同的前提第一种观点下的砂浆在配制时是保持砂浆的水灰比不变，第二种观点下的砂浆在配制时保持砂浆的流动度不变。之所以存在这样对立的观点，有可能是砂浆单位体积内的水与聚合物的相对含量的问题。我们知道在聚合物砂浆中水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾，水泥水化需要水分，而聚合物的成膜要求失去水分。在砂浆中聚合物由于具有减水作用，应该能增加砂浆的强度，但由于前面所讲的聚合物降低抗压强度的因素的存在，就应该调节砂浆单位体积内水与聚合物的相对含量，使其满足既能很好的水化又能很好的成膜(所谓好的成膜就是能够在砂浆中形成一个一致、均匀、没有缺陷和富集现象的膜网结构，并且如前面图(1)所描述的机械粘合层不能过厚。这样如果保持砂浆的水灰比不变，聚合物的减水效应不能发挥出来，但如保持砂浆的流动度不变，聚合物就能发挥其减水效应尽量调节单位体积内水与聚合物的相对含量，使达到好的成膜效果尽量降低不利的因素，从而能提高砂浆的抗压强度。 

4．2．2　抗拉强度、抗折强度 

如前所述，高分子聚合物加进砂浆能改善材料的脆性。除有机高分子自身的特点外，它还能改善砂浆内部的界面结构，减少了骨料处的微裂纹。此外，由于聚合物薄膜的弹性模量小、变形大，因而可以缓冲裂纹处在受力时的应力集中，从而提高了砂浆的抗拉与抗折强度。 

4．2．3　粘结强度 

复合材料之间的界面粘结作用可以大致分为以下五类(1)吸附与侵润(2)相互扩散、(3)静电吸引(4)化学键合(5)机械粘着。聚合物改性砂浆的粘结强度可以分为砂浆内部和把砂浆用于修补材料时新老界面之间的粘结强度。砂浆内部的粘结性能在前面已有介绍，即在界面处分为机械粘合、物理吸引、化学键合，正是因为有这样的效果使得砂浆浆体的粘结强度增大。当聚合物改性砂浆作为一种修补材料时，与普通的砂浆相比也表现出有良好的粘结强度，之所以有比普通砂浆强的粘结强度，这有可能是聚合物砂浆在新老界面出也能形成如图(1)那样的界面结构，并且聚合物还能扩散到老砂浆中的空隙中去成膜，进一步增强粘结强度。 

4．2．4　弹性模量 

聚合物改性砂浆的弹性模量要低于普通砂浆的弹性模量，因此聚合物沙浆比普通的砂浆有更大的变形性。 

4．2．5　耐久性 

由于聚合物对砂浆的改性作用，提高了砂浆的耐久性。如砂浆的抗渗能力得到了提高，吸水性降低”，砂浆承受冻融循环的能力也得到了提高。另外，砂浆长期暴露在野外，其力学性能没有降低反有提高。 

 

4．3　影响聚合物改性砂浆性能的因素 

4．3．1　原材料 

原材料中水泥品种的选择余地较小。聚合物的品种相对来说要多一些，不同的聚合物能对砂浆的性能有不同的影响。如氯偏乳液改性砂浆抗渗能力强，丁苯乳液改性砂浆的抗折强度较高等。因此需要通过试验来确定聚合物的选取。 

4．3．2　配合比设计 

在确定了材料的种类后，材料之间的配比就尤为重要。由前面所述的改性机理可知．要得到质量好的聚合物砂浆，聚合物在浆体中的成膜尤其重要，即要形成一个一致、均匀、没有缺陷和富集现象、膜不能过厚的网状薄膜。因此水、水泥、砂、聚合物这几者的搭配就很重要了。 

4．3．3　养护条件 

养护条件对于水泥基材料来说是一个很重要的因素。在砂浆的材料与配比确定下来后，材料的养护方法就很重要了。对于聚合物改性砂浆水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾，那么要两者需要协调发展，使砂浆中的各个组分相互补充、共同成长，就必须选择好适应的养护条件。现在有多种养护方法，在国外常用的养护方法是将砂浆试件拆模后，首先在20℃、80％相对湿度的环境下养护2d，然后在20℃的水中养护5d，再在20℃、50％相对干燥的环境下养护21d。在国内并没有定型的养护方法，但有研究表明乳液的掺量越小，试件所需在水中养护的时间越长；乳液的掺量越大，试件所需在水中养护的时间越短；当乳液的掺量达到一定值时，就无需在水中养护，只需在空气中干养即可。 

 

5　聚合物水泥砂浆的应用 

 

5．1　混凝土修补材料 

聚合物水泥砂浆(修补砂浆)已经广泛应用于混凝土结构加固，选用聚合物改型砂浆作为混凝土结构的修补材料主要有以下理由。 

(1)聚合物水泥砂浆具有良好的粘结性和耐水性； 

(2)聚合物水泥砂浆不需要潮湿养护，尽管最初两天保持潮湿会更好： 

(3)聚合物水泥砂浆的收缩和普通混凝土相同或略低一些， 

(4)聚合物水泥砂浆的抗折强度、抗拉强度、耐磨性、抗冲击能力比普通混凝土高；而弹性模量更低； 

(5)聚合物水泥砂浆的抗冻融性能更好。 

 

5．2　防水材料 

聚合物水泥砂浆既可以用于刚性防水材料，又可以作为柔性防水材料。聚合物水泥砂浆作为柔性放水材料应用时，主要是以防水涂料形式使用。 

 

5．3　胶黏剂 

由于聚合物水泥砂浆具有良好的粘结能力和良好的协调性，可以作为一种良好的胶黏剂，如瓷砖胶黏剂，界面处理剂等。 

 

5．4　防腐蚀 

聚合物水泥砂浆比普通混凝土的抗渗性、耐介质性能好得多，能阻止介质渗入，从而提高砂浆结构的耐腐蚀性能。因此在许多防腐蚀场合得到应用，主要有防腐蚀地面(如化工厂地面，化学试验室地面等)、钢筋混凝土结构的防腐涂层、温泉浴池、污水管等等。 

 

聚合物材料的特点篇8

关键词：建筑；改性；沥青；应用

建筑改性沥青原则上都是经过改性，或经过改性，或两者复合以及多种材料复合，制成的能满足建筑防水要求的制品。它们因所用的基材不同而性能差异较大，使用时应根据其性能的特点合理选择。改性沥青防水卷材是以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体、粉状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制成的可卷曲片状防水材料。

1.建筑改性沥青性能：

1.1耐水性

指在水的作用和被水浸润后其性能基本不变，在压力水作用下具有不透水性，常用不透水性、吸水性等指标表示。

1.2温度稳定性

指在高温下不流淌、不起泡、不滑动，低温下不脆裂的性能。即在一定温度变化下保持原有性能的能力。常用耐热度，耐热性等指标表示。

1.3机械强度、延伸性和抗断裂性

指防水卷材承受一定荷载、应力或在一定变形的条件下不断裂的性能。常用拉力、拉伸强度和断裂伸长率等指标表示。

1.4柔韧性

指在低温条件下保持柔韧性的性能。它对保证易于施工、不脆裂十分重要。常用柔度、低温弯折性等指标表示。

1.5大气稳定性

指在阳光、热、臭氧及其他化学侵蚀介质等因素的长期综合作用下抵抗侵蚀的能力。常用耐老化性，热老化保持率等指标表示。

各类防水卷材的选用应充分考虑建筑的特点、地区环境条件、使用条件等多种因素，结合材料的特性和性能指标来选择。

2.高聚物改性沥青防水卷材

高聚物改性沥青防水卷材是以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体、粉状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制成的可卷曲片状防水材料。

高聚物改性沥青防水卷材克服了传统沥青防水卷材温度稳定性差、延伸率小的不足，具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、延伸率较大等优异性能，且价格适中，在我国属中低档防水卷材。常见的有SBS改性沥青防水卷材、改性沥青防水卷材PVC改性焦油沥青防水卷材、再生胶改性沥青防水卷材等。此类防水卷材按厚可分为2mm，3mm，4mm，5mm，等规格，一般单层铺设，也可复合使用，根据不同卷材可采用热熔法、冷粘法、自粘法施工。

2.1 ISBS改性沥青防水卷材

SBS改性沥青防水卷材属弹性体沥青防水卷材中的一种，弹性体沥青防水卷材是用沥青或热塑性弹性体（如苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物改性沥青（简称"弹性体沥青"）浸渍胎基，两面涂以弹性体沥青涂盖层，上表面撒以细砂、矿物粒（片）料或覆盖聚乙烯膜，下表面撒以细砂或覆盖聚乙烯膜所制成的一类防水卷材。该类卷材使用玻纤毡或聚酯毡两种胎基。

按我国行业标准《弹性体沥青防水卷材》（JC/T560-94〉的规定，弹性体沥青防水卷材以10m2卷材的标称重量（kg)作为卷材的标号；玻纤毡胎基的卷材分为25号、35号和45号三种标号，聚酯毡胎基的卷材分为25号、35号、45 号和55号四种标号。按卷材的物理性能分为合格品、一等品、优等品三个等级。玻纤毡作胎基聚酯毡胎基的各标号、等级的卷材，物理性能应符合规范的规定。

该类防不卷材广泛适用于各类建筑防水、防潮工程，尤其适用于寒冷地区和结构变形频繁的建筑物防水。其中，35号及其以下品种用作多层防水；35号以上的品种可用作单层防水或多层防水的面层，并可采用热熔法施工。

2.2 改性沥青防水卷材

APP改性沥青防水卷材属塑性体沥青防水卷材中的一种。塑性体沥青防水卷材是用沥青或热塑性塑料（如无规聚丙烯SBS)改性沥青（简称"塑性体沥青"）浸渍胎基，两面涂以塑性体沥青涂盖层，上表面撒以细砂、矿物粒（片）料或覆盖聚乙烯胰， 下表面撒以细砂或覆盖聚乙烯膜所制成的一类防水卷材。该类卷材也使用玻纤毡或聚酯毡两种胎基。改性沥青防水卷材的标号、等级及其物理性能、技术性能的规定应满足按行业标准《塑性体沥青防水卷材》。(JC/T559-94〉的规定。

该类防水卷材广泛适用于各类建筑防水、防潮工程，尤其适用于高温或有强烈太阳辐照地区的建筑物防水。其中，35号及其以下品种用作多层防水；35号以上的品种可用作单层防水或多层防水层的面层，并可采用热熔法施工。

高聚物改性沥青防水卷材除SBS改性沥青防水卷材和APP改性沥青防水卷材外， 还有许多其他品种，它们因高聚物品种和胎体品种的不同而性能各异，在建筑防水工程中的适用范围也各不相同。

对于屋面防水工程，国家标准（(GB50207—94规定，高聚物改性沥青防水卷材适用于防水等级为I级〈特别重要的民用建筑和对防水有特殊要求的工业建筑。防水耐用年限为25年）、II级（重要的工业与民用建筑、高层建筑。防水耐用年限为15年）和III级的屋面防水工程。对于I级屋面防水工程，除规定应有的一道合成高分子防水卷材外，高聚物改性沥青防水卷材可用于应有的三道或三道以上防水设防的各层，且厚度不宜小于3mm。对于II级屋面防水工程，在应有的二道防水设防中，应优先采用高聚物改性沥青防水卷材，且所用卷材厚度不宜小于3mm。对于III级屋面防水工程，应有一道防水设防，或两种防水材料复合使用；如单独使用，高聚物改性沥青防水卷材厚度不宜小于4mm；如复合使用，高聚物改性沥青防水卷材的厚度不应小于2 mm。高聚物改性沥青防水卷材除外观质量和规格应符合要求外，还应检验拉伸性能、耐热度、柔性和不透水性等物理性能，并应符合要求。

防水卷材是建筑工程防水材料的重要品种之一。它主要包括沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子卷材三大类。其中，沥青防水卷材是传统的防水卷材，由于其价格较低，货源充足，且胎体材料有较大的发展，性能有所改善；所以，在我国的建筑防水工程中仍然广泛采用。而后两类防水卷材由于其优异的性能，应用日益广泛，是防水卷材的发展方向。

总之，高聚物改性沥青防水卷材克服了传统沥青防水卷材温度稳定性差、延伸率小的不足，具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、延伸率较大等优异性能，且价格适中，在我国属中低档防水卷材。

参考文献

聚合物材料的特点篇9

[关键词]聚合物 改性沥青 防水卷材

一、聚合物改性沥青的性能

聚合物改性沥青是由聚合物和沥青基础两大部分组成的,聚合物同沥青具有较好的相溶性,可以赋予沥青某些特性,进而改善沥青的性能。聚合物改性沥青卷材的应用取决于聚合物沥青的性能,而性能不仅取决于聚合物的种类、含量和构造,还取决于沥青基础的成分,因此必须同时从所含聚合物和沥青材料两大方面进行考虑。

二、聚合物改性沥青的主要类型

1.SBS聚合物改性沥青

SBS是丁苯橡胶的一种,丁苯橡胶由丁二烯和苯乙烯共聚制成。将丁二烯和苯乙烯嵌段共聚,形成具有苯乙烯(S)―丁二烯(B)―苯乙烯(S)的结构,则得到一种热塑性的弹性体。SBS具有橡胶和塑料的优点,常温下具有橡胶的弹性,高温下又能像橡胶那样熔融流动,成为可塑性材料。SBS在沥青内部形成一个高分子量的凝胶网络,大大提高了沥青的性能。与普通沥青相比,SBS改性沥青具有众多优点:弹性好,延伸率大,延度可达2000%;低温柔性大大改善,冷脆点降至―40℃;热稳定性提高,耐热度达90～100℃;耐候性好等。SBS改性沥青是目前最成功和用量最大的一种改性沥青,在国内外都得到普遍使用,主要用途便是制作防水卷材。以SBS改性沥青作为侵渍覆盖层,以聚酯纤维无纺布、黄麻布、玻纤毡等作为胎基,以塑料薄膜为防粘隔离层,经选材、配料、共熔、侵渍、复合成型、卷曲等工序加工制作,便从总体上制成了SBS改性沥青防水卷材。

2.APP聚合物改性沥青

APP是聚丙烯的一种,根据甲基的不同排列,聚丙烯分无规聚丙烯、等规聚丙烯和间规聚丙烯三种。APP即是无规聚丙烯,其甲基无规地分布在主链两侧。无规聚丙烯为黄白色塑料,无明显熔点,加热到150℃才开始变软,在250℃左右熔化,并可以与石油沥青均匀混合。以聚酯毡或玻纤毡为胎基,以无规聚丙烯作改性沥青为浸涂层,两面覆以隔离材料,便制成了APP改性沥青防水卷材的雏形。

三、SBS和APP改性沥青防水卷材性能比较

1.SBS和APP改性沥青防水卷材基础性能比较

2.SBS和APP改性沥青防水卷材适应性能比较

SBS改性沥青防水卷材和APP改性沥青防水卷材广泛应用于工业与民用建筑的屋面、地下室、卫生间、水池等的防水防潮以及桥梁、停车场、游泳池、隧道、蓄水池等建筑物的防水、防潮、隔气、抗渗以及沥青类屋面的维修工程。两者在材性方面的差异主要表现在:SBS改性沥青防水卷材的低温性能(低温柔度)较好,更适宜用于寒冷地区;而APP改性沥青软化点高,延度大,冷脆点降低,粘度增大,具有优异的耐热性和抗老化性,因而APP改性沥青防水卷材的高温性能(耐热度)较好,更适宜用于炎热地区。

3.国内其它类型改性沥青防水卷材

目前国内外防水市场使用最广的防水材料仍然是SBS和APP改性沥青防水卷材。当然,除了这两种主要的聚合物改性沥青防水卷材以外,还有自粘性改性沥青卷材、三元乙丙(EPDM)橡胶卷材、TPO改性沥青卷材、聚合物改性煤焦油油毡、IPD改性沥青卷材等多种防水卷材。其中,自粘性改性沥青卷材就有不少优点,与SBS改性沥青卷材相比,具有自粘合的功能,施工简便,容易形成全封闭的整体防水层;在材性方面,其拉力、耐热度较低,低温柔度略好。三元乙丙(EPDM)橡胶卷材则是以三元乙丙橡胶或掺入适量丁基橡胶为基本原料,加入软化剂、填充剂、补强剂和硫化剂、促进剂、稳定剂等,经配料、密炼塑炼、过滤、拉片、挤出或压延成型、硫化等工序制成的高强高弹性防水材料。该防水材料耐老化性能好、使用寿命长,强度好、弹性好、拉伸性能优异;耐高低温性能好。

参考文献:

[1]王晓军.近年在火电工程中应用SBS( 改性沥青)、EPDM(三元乙丙) 等新型防水材料的分析报告.武汉大学学报.

聚合物材料的特点篇10

关键词：高分子材料；导电机理；导电塑料；用途

文章编号： 1005–6629(2012)5–0071–04 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

20世纪70年代，白川英树、Heeger和MacDiarmid等人首次合成了聚乙炔薄膜，后来又经掺杂发现了可导电的高聚物，这就是导电高分子材料。导电高分子材料的发现，改变了人们对传统塑料、橡胶等高分子材料是电、热的不良导体的观念，经过40多年的发展，导电高分子材料也从最初的聚乙炔发展到聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等数十种高分子材料，成为金属材料和无机导电材料的优良替代品。而今这种导电高分子材料已广泛应用于电子工业、航空航天工业之中，并对新型生物材料和新能源材料的开发产生巨大的影响。

1 高分子材料的分类及导电机理

导电高分子材料通常是指一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10-6 S/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态（10-9到105 S/cm）的范围里变化。这种特性是目前其他材料所无法比拟的。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。

1.1 结构型导电高分子材料

结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料，一般是由电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的。结构型导电高分子材料具有易成型、质量轻、结构易变和半导体特性。最早发现的结构型高分子聚合物是用碘掺杂后形成的聚乙炔。这种掺杂后的聚乙炔的电导率高达105 S/cm。后来人们又相继开发出了聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等导电高分子材料。这些材料掺杂后电导率可达到半导体甚至金属导体的导电水平。

1.1.1 聚乙炔

纯净聚乙炔掺进施主杂质（碱金属（Li、Na、K）等）或受主杂质（卤素、AsF5、PF5等）后才能导电。与半导体不同的是，掺杂聚乙炔导电载流子是孤子。

聚乙炔中孤子是怎样形成的呢？反式聚乙炔结构有两种形式，互为镜像，如图1所示：

A相和B相能量相等，都是基态。如果原来整个反式聚乙炔处于A相，通过激发可以变为B相，中间出现的过渡区域，称为正畴壁，反之称为反畴壁。正畴壁称为孤子，反畴壁称为反孤子[1]。激发过程中所提供的能量只分布在正、反畴壁中，畴壁以外的部分能量不变。孤子态是由导带和价带各提供1/2个能级构成的，因此电荷Q=0，当用施主或受主杂质进行掺杂形成荷电孤子后，Q=±e。反式聚乙炔掺杂后，施主杂质向碳链提供电子，被激发形成的孤子带有负电，如果是受主杂质，将从碳链中吸取电子，使孤子带有正电。这样孤子就成为反式聚乙炔中的导电载流子。

聚乙炔是目前世界上室温下电导率最高的一种非金属材料，它比金属质量轻、延展性好，可用作太阳能电池、电磁开关、抗静电油漆、轻质电线、纽扣电池和高级电子器件等。

1.1.2 聚对苯撑

聚对苯撑（PPP）有如图2 所示两种结构形式：

其中（a）式稳定，而（b）不稳定，很难单独存在，当FeCl3与PPP掺杂时发生电荷转移使PPP分子链成为正离子，而FeCl3以FeCl4-负离子的形式加到分子链上，同时FeCl3被还原成FeCl2[2]，即：

2FeCl3+eFeCl4-+FeCl2

因此，掺杂过程实际上是一个氧化还原过程或电荷转移过程。如果掺杂剂为受体分子，电荷转移使高分子链成为正离子，掺杂剂为负离子，如果掺杂剂为给体时，则相反。聚对苯撑（PPP）的导电性和热稳定性优良，有多种合成方法，常温下为粉末，难以加工成型。电化学聚合可得到薄膜状产品，但电化学聚合的产物聚合度小、电气特性和机械性能低，可采用可溶性预聚体转换工艺提高其聚合度。

1.1.3 聚噻吩

噻吩的分子结构如图3所示，环上有两类C原子，因此在发生聚合反应时会有3种连接结构，其中α-α连接时，噻吩环之间的扭转角度最低，当其与一些复合材料发生掺杂时会通过π-π键共轭作用结合在一起，形成一个个相对独立的导电单元，这些导电单元相对纯的聚噻吩而言，具有更高的电导率[3]。

1.1.4 聚吡咯

聚吡咯（PPy）是少数稳定的导电高聚物之一，但纯PPy只有经过合适掺杂剂掺杂后才能表现出较好的导电性。聚吡咯常用的掺杂剂有金属盐类如FeCl3，卤素I2、Br2，质子酸如H2SO4等。不同种类的掺杂剂对PPy掺杂及形成高导电性的机理不同，但大部分具有氧化性的掺杂剂，其掺杂过程可以用电荷转移机理来解释。按此机理掺杂时，聚合物链给出电子，掺杂剂被还原成掺杂剂离子，然后此离子与聚合物链形成复合物以保持电中性。以FeCl3为氧化剂制备聚吡咯，通过电荷转移形成复合物，反应按下式进行[4]：

1.1.5 聚苯胺

与其他导电高聚物一样，聚苯胺（PAN）是共轭高分子，在高分子主链上交替重复单双链结构，具有的价电子云分布在分子内，相互作用形成能带等。其化学结构如图4 所示。

聚苯胺可以看作是苯二胺与醌二亚胺的共聚物，x的值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同的x值对应于不同的结构、组分及电导率。完全还原型（x=1）和完全氧化型（x=0）都为绝缘体，在0＜x＜1的任一状态都能通过质子酸掺杂进行交换，当x=0.5时，电导率最大，且可通过聚合时氧化剂种类、浓度等条件控制x的大小。对其进行电化学或化学掺杂，使离子嵌入聚合物，以中和主链上的电荷，从而可使聚苯胺迅速并可逆地从绝缘态变成导电状态，当质子酸进行掺杂时，质子化优先发生在分子链的亚胺氮原子上。质子酸发生离解后，生成的（H+）转移至聚苯胺分子链上，使分子链中的亚胺上的氮原子发生质子化反应，生成元激发态极化子[5]。

聚苯胺（PAN）的研究后来居上，它与热塑性塑料掺混具有良好的导电性，与其他导电高聚物相比，具有良好的环境稳定性，易制成柔软、坚韧的膜，且价廉易得等优点。在日用商品及高科技方面有着广泛的应用前景。

1.2 复合型导电高分子材料

复合型导电高分子材料是以高分子聚合物作基体，加入相当数量的导电物质组合而成的，兼有高分子材料的加工性和金属导电性。既具有导电填料的导电性、导热性以及电磁屏蔽性，又具有基体高聚物的热塑性、柔韧性以及成型性，因而具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等很多优良的特点，已被广泛应用于电子工业、信息产业以及其他各种工程应用中。复合型导电塑料是经物理改性后具有导电性的塑料，一般是将导电性物质如碳黑、金属粉末、金属粒子、金属丝和碳纤维等掺混于树脂中制成。在技术上比结构型导电塑料成熟，不少品种已商业化生产。

目前，关于复合型导电高分子材料的导电机理有宏观渗流理论，即导电通路学说、微观量子力学隧道效应理论和微观量子力学场致发射效应等三种理论[6]。

（1）渗流理论：这一理论认为，当复合体系中导电填料用量增加到某一临界用量时，体系电阻率急剧下降，体系电阻率-导电填料用量曲线出现一个狭小的突变区域，在此区域内导电填料的任何微小变化都会导致电阻率显著变化，这种现象称为渗滤现象，导电填料的临界用量通常称为渗滤阈值。

（2）隧道效应理论：该理论认为复合体系在导电填料用量较低时，导电粒子间距较大，混合物微观结构中尚未形成导电网络通道，此时仍不具有导电现象。这是因为此时高分子材料的导电性是由热振动电子在导电粒子之间的迁移造成的。隧道效应现象几乎仅仅发生在距离很接近的导电粒子之间，间隙过大的导电粒子之间没有电流传导行为。

（3）场致发射效应理论：该理论认为，当复合体系中导电填料用量较低，导电粒子间距较大、导电粒子内部电场很强时，电子将有很大几率飞跃树脂界面势垒跃迁到相邻电子离子上，产生场致发射电流，形成导电网络。

1.2.1 炭黑添加型导电高分子材料

炭黑不仅价格低廉、导电性能持久稳定，而且可以大幅度调整复合材料的体积电阻率。因此，由炭黑填充制成的复合导电高分子材料是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。复合材料导电性与填充炭黑的填充量、种类、粒度、结构及空隙率有关，一般来说粒度越小，孔隙越多，结构度越高，导电性就越强。

1.2.2 金属添加型导电聚合物

这类导电塑料具有优良的导电性，比传统的金属材料重量轻、易成型、生产效率高、成本低，进入20世纪80年代后，在电子计算机外壳、罩、承插件、传输带等方面得到应用，成为最年轻、最有发展前途的新型导电和电磁屏蔽材料。常见的金属类导电填充剂有金、银、铜、镍等细粉末。

2 导电高分子材料的广泛应用

2.1 在电子元器件开发中的应用

2.1.1 用于防静电和电磁屏蔽方面

导电高聚物最先应用是从防静电开始的。将特定比例的十二烷基苯磺酸和对甲苯磺酸混合酸掺杂的PANI与聚（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）树脂（ABS）共混挤出，制备了杂多酸掺杂PANI/ABS复合材料，通过现场聚合的方法在透明聚酯表面聚合了一层导电PANI，表面电阻可控制在106~109 Ω[7]。通过对复合材料EMI屏蔽的研究，发现在101 GHz下，复合材料的屏蔽效能随其中PANI含量的增大而增大。掺杂能提高PANI的屏蔽效能。

2.1.2 导电高分子材料在芯片开发上的运用

在各种带有微芯片的卡片以及条码读取设备上，高分子聚合物逐渐取代硅材料。塑料芯片的价格仅为硅芯片的1 %~10 %，并且由于其具有可溶性的特性而更易于加工处理[8]。目前国际上已经研制出集成了几百个电子元器件的塑料芯片，采用这种导电塑料制造的新款芯片可以大大缩小计算机的体积，提高计算机的运算速度。

2.1.3 显示材料中的导电高分子材料

有机发光二极管是由一层或多层半导体有机膜，加上两头电极封装而成。在发光二极管的两端加上3伏~5伏电压，负极上的电子向有机膜移动，相反，与有机膜相连的正极上的电子向负极移动，这样产生了相反运动方向的正负电荷载体，两对电荷载体相遇，形成了“电子-空穴对”，并以发光的形式将能量释放[9]。由于它发光强度高、色彩亮丽，光线角几乎达到180度，可用于制造新一代的薄壁显示器，应用在手机、掌上电脑等低压电器上，也应用于金融信息显示上，使图像生动形象，并可图文通显。利用电致变色机理，还可用于制造电致变色显示器、自动调光窗玻璃等。

2.2 在塑料薄膜太阳能电池开发中的应用

传统的硅太阳能电池不仅价格昂贵，而且生产过程中消耗大量能源，因此成本昂贵，无法成为替代矿物燃料的能源，而塑料薄膜电池最大的特点就是生产成本低、耗能少。一旦技术成熟，可以在流水线上批量生产，使用范围也很广。制造塑料薄膜太阳能电池需要具有半导体性能的塑料。奥地利科学家用聚苯乙烯和碳掺杂形成富勒式结构的材料，再将它们加工成极薄的膜，然后在膜层上下两面蒸发涂上铟锡氧化物或铝作为电极。由于聚苯乙烯受到光照时会释放出电子，而富勒式结构则会吸收电子，如果将灯泡接在这两个电极上，电子开始流动就会使灯泡发光[10]。

2.3 在生物材料开发中的应用

在生命科学领域，导电高分子材料可制成智能材料，用于医疗和机器人制造方面。由于导电有机聚合物在微电流刺激下可以收缩或扩张，因而具备将电能转化为机械能的潜力，这类导电聚合物组成的装置在较小电流刺激下同样表现出明显的弯曲或伸张/收缩能力。为了把聚合物变成伸屈的手指活动，加上了含PPY的三层复合膜[PPY/缘塑料膜/PPY]，其中一层PPY供给正电荷，另一层PPY供给负电荷。机器人手指工作：提供正电荷的一侧凹陷进去，即体积收缩；提供负电荷的一侧就鼓胀起来，体积膨胀，引起手指弯曲[11]。用改进的PAN和碳纤维合并起来作为纤维束驱动器，用它制造手指关节链（见图5）其中关节的动作是借助于激光发动和纤维反抗成对的推拉控制，是由改变pH来激发动作的，并有激发纤维和反抗纤维的数量来控制位置[12]。

最新研究表明，DNA也可以具有导电性，因此，把导电塑料与生命科学结合起来，可以制造出人造肌肉和人造神经，以促进DNA的生长或修饰DNA，这将是导电塑料在应用上最重要的一个趋势。

2.4 在新型航空材料开发中的应用

航空制造所用复合材料是一种聚合体树脂制成的矩阵结构，由耐热性能良好的增强型碳素纤维层或者玻璃纤维层胶合而成，再利用熔炉打造成所需要的形状，以适应不同零件所承受的压力。另外，像聚苯胺、聚吡咯可用于电磁屏蔽，涂有其聚合纤维的飞机，能吸收雷达信号，使飞机隐身，还可排除雷击的危险。在导弹外面裹上一层这类聚合物，不仅可防止产生静电，还可减轻导弹的重量[13]。

3 导电高分子材料的研究进展

20世纪70年代以来，电子、电气、通讯产业的迅速崛起，推动了导电材料的快速发展。随着导电材料使用环境的变化，对导电材料的发展也提出了新的要求。总体来说，导电高分子材料的发展主要围绕以下几个方面：

（1）开展分子水平上的研究和应用，开发新品种导电材料，尤其是高导电性导电聚合物、高强度导电高分子材料、可溶性导电高分子材料和分子导电材料，以便能够制成“分子导线”、“分子电路”和“分子器件”。

（2）研究设计和合成结构高度稳定的、具有高荧光量子效率和高电荷载流子迁移率的共轭聚合物，制备出结构有序的导电聚合物薄膜材料[14]。

（3）导电材料多功能化。除具有导电性能外，还应具有优良的阻燃性、阻隔性、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等性能，并在加大导电填料用量以提高导电性能的前提下，如何保持或增强复合材料的成型加工性能、力学性能和其他性能。

导电高分子材料的这些发展趋向预示着一个新的塑料电子学时代即将到来。

参考文献：

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