探析高分子材料工程的應用與發展

吳頔

摘? ? 要：隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識到可持續發展的重要。建筑行業是一種高耗能的生產領域，年均能耗達到了全世界產業總能耗的40%左右，2012年，我國財政部和住建部聯合發布了《關于加快推動我國綠色建筑發展的實施意見》，提出了應在建筑行業中大范圍的使用建筑保溫材料等綠色環保材料，通過這一舉措，將會為高分子材料在建筑行業的發展帶來新的機會。本文就高分子材料工程的應用與發展展開探討。

關鍵詞：高分子材料;工程應用;發展趨勢

1? 引言

高分子材料具有獨特的固有性能，與金屬和無機材料相比，其生產成本較低，而且經過改性后無論是在強度還是在功能性上都可以與這兩者相媲美。隨著高分子學科近一個世紀的發展，越來越多的高分子材料種類的發現，高分子材料已經滲透到各個行業。尤其是在建筑行業，一些高分子材料具有保溫、防潮、抗菌等優良的性能，可以大大改善居民的居住環境。

2? 節能型高分子材料的使用情況及類別

作為高分子材料的一部分，節能型高分子材料也是一種相對分子質量較大的聚合物材料，節能型主要是對其功能和特點的總結。總體上看，節能型高分子材料的特點有分子量大、可塑性強、化學性質穩定的特點。部分特殊的功能性節能型高分子材料還具有光敏性、環境敏感等屬性。節能型高分子材料的這些特征，使其滿足了成為環保建材的要求。結合高分子材料在節能領域的具體應用情況，可以將其分為直接節能型高分子材料、間接節能型高分子材料和功能性儲能高分子材料。其中，直接節能型高分子材料主要應用于建筑外墻的結構保溫材料，間接節能型高分子材料是通過減少材料生產成本、延長使用期限等方式來實現對能源的節約，而功能性儲能高分子材料則是通過吸收太陽能實現節能和儲能。

3? 高分子材料在工程建筑中的運用狀況

3.1? 直接節能型高分子材料

這種材料可以用作建筑外墻的結構保溫涂料或者材料，具有較強的保溫效果，而且還具備了良好的防火、防水性能，具有優良的化學穩定性，較低的膨脹率與較長的使用壽命等多種性能。經常被用作建筑外墻的若干保溫高分子材料如下所示：酚醛樹脂聚氨酯與高分子包覆的有關相變復合材料。它們既能夠有效地滿足建筑工程的安全性能與保溫效果，又便于施工等。再者，硬質聚氨酯泡沫塑料的閉孔率超過了90%，孔洞中充滿了一氟二氯乙烷與二氧化碳、發泡劑，它們的導熱率都比較低。在完成了現場噴涂聚氨酯后，通常情況下導熱率維持在0.020W/（m·K），即便老化以后，它的導熱率仍然比較穩定，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，水分不容易進入到材料內部中，防水性能非常優異，能夠預防材料遇水膨脹的問題，可以確保它擁有穩定的尺寸。這種材料的黏附性能十分優越，它和纖維板、膠合板、木板、混凝土、金屬板等材料的黏附強度，在很大程度上超過了聚氨酯泡沫材料的實際撕裂強度。在在建筑工程的施工過程中，便于操作，不要求非常嚴格的施工環境。

3.2? 建筑行業中的涂料使用

以丙烯酸樹脂為其主要構成的乳膠漆可以說在建筑行業中炙手可熱，具有性能均衡，耐磨性好，質地光滑，質感較好，色澤柔和，防水性能較好，因此被廣泛應用于現代建筑領域。但這種乳膠漆會釋放出危害人體健康的有害物質，長期使用會使人出現頭暈惡心等癥狀，同時，該乳膠漆的應用也具有局限性，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用可以有效解決這一問題。既可改善涂料的性能，滿足建筑工程的需要，同時也可減少有機物的揮發，減少對人體的損害。節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、質地、色澤、耐磨型等方面提升建筑材料的性能。

3.3? 功能性節能或儲能高分子材料

此類高分子材料運用在建筑工程中，主要是熱致變色型高分子材料與聚合物太陽能電池。前者對溫度非常敏感，是非常具有代表性的功能性節能材料，重點用來制作建筑物的外墻與屋頂的涂料。后者是把光能轉換為電能，而且將這些電腦儲存起來，能夠為室內提供充足的電力支持，能夠用在玻璃、外墻、屋頂等多個領域。最近若干年來，聚合物太陽能電池持續地提升了光電的實際轉換效率，澳大利亞的相關設計師與2014年設計出了綠葉型聚合物太陽能電池，它的光電轉換效率業已超過了11.00%，而且便于人們使用此類太陽能電池，只要它被貼在房間的玻璃窗，就能夠儲存一定數量的電能，為室內用電提供支持，在很大程度上促進了這類電池運用在建筑工程方面的進展。作為熱致變色高分子材料，聚N-異丙基丙烯酰胺的相轉變溫度大致達到了31.5℃。在低于相轉變溫度的情況下，其內部氫鍵的密度超過了范德華力的相關密度，聚合物呈現出黑色;在溫度超過相轉變溫度后，其內部氫鍵循序漸進地變成了范德華力，其聚合物呈現為白色。把這種高分子材料用作外墻涂料或者屋頂材料時，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，發揮良好的保溫作用。夏天溫度較高時，顯示為白色，有利于建筑物強化自身的表面熱量反射，實現了降溫的目的。和沒有采用此類涂料的相關建筑物比較，冬天時此類節能型建筑的室內溫度大致提高了2℃，夏天室內溫度大致降低了1℃，在很大程度上削減了冬天室內供暖與夏天制冷需要的能量損耗。

3.4? 建筑塑料

建筑塑料時建筑工程不可或缺的一部分，節能型高分子材料可以為建筑工程領域提供性能較好的建筑塑料，因此被廣泛運用。主要有以下幾方面，塑料門窗、水管、下水管以及各種聯通閥及彎管等，材質均為塑料組成。一般來說，大部分建筑塑料都被鋪設于建筑物內部，一旦損壞影響嚴重，因此，其對質量和性能要求更高。不僅需要隔熱、抗壓性能滿足建筑工程材料要求，還需要無瑕疵漏點，以延長建筑塑料的使用壽命，進而保障建筑工程滿足壽命需求。建筑塑料的質量，關系到整個工程的質量和建筑的安全系數。而節能型高分子材料的抗熱、抗壓性能均高于一般塑料，其應用能夠極大的提高建筑物的安全等級，延長建筑物的使用壽命。

4? 結束語

新型高分子材料則主要包括儲能材料和環境敏感型聚合物材料，其中儲能材料主要是指聚合物太陽能電池，通過利用清潔能源為建筑物提供能源，而環境敏感型聚合物則能通過改變自身性質來適應周圍環境，如熱致變色材料會受到環境溫度影響來改變自身顏色，用于建筑物，從而使建筑物達到節能的效果。隨著節能型高分子材料的開發，節能型高分子材料在建筑中的重要性將越來越凸顯，必將成為現代建筑的重要材料之一。

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