智能高分子材料在建筑中的应用

陈皓

广东省深圳市地铁物业管理发展有限公司广东省深圳市518000

摘要：随着社会经济发展水平的逐步提高，社会发展的范围也得到扩大，现代建筑材料中，主要应用以塑料、橡胶、纤维为主的高分子材料作为主要的建筑材料，高分子材料在建筑材料中的应用，可以降低建筑的成本，实现现代建筑的使用寿命得到延长。

关键词：智能；高分子材料；建筑；应用

1高分子材料的发展前景

高分子材料虽然只有不到百年的发展史，但却异军突起，凭借其良好的性能，迅速成为军事、医疗、航天、体育等多个行业的重要原材料，展望未来，作为技术革命的物质产物，以合成高分子诞生的新材料，必将对我国材料行业发展产生深远的影响。

首先是高性能化，加强高分子材料的耐高温、耐腐蚀、抗老化及机械强度必然是其未来的发展重点，这对于航天、汽车、家用电器、电子信息技术行业意义非凡，可通过新的加工技术改变聚合物的聚集态结构，通过微观复合方法对高分子材料进行改性等；其次是高功能化，目前我国已经研发出导热导电的高聚物、高吸水性树脂、医用人造器官高分子材料等，并应将目光投向光致抗蚀性材料、高分子催化剂、高分子分离膜等方向；再次是智能化，所谓的智能化，就是使材料具有自主的思考能力，如预知预告性、自我诊断、自我修复、自我识别能力等，这对于我国的高分子材料研究是一次重大的挑战，如实现，将会为我国的高分子智能材料领域带来质的飞跃；最后是绿色化，高分子材料虽然在我们的生活中起着不可替代的作用，但是它带来的环境问题，也是值得我们深思的，为了实现可持续发展战略，促进绿色环保理念，应该从开发原子经济的聚合反应、选用无毒无害的原料、高分子材料的再循环利用这几个方面入手，使得绿色化理念得以实现。

2智能高分子材料在建筑工程中的应用综述

2.1自修复型高分子材料

1992年，日本京都大学教授庆树中城（YoshikiChujo）等人在日本京都大学首先报道了双硫键的自修复材料。他们利用巯基的氧化还原反应和用水解（PEXI）与双硫化合物交联两种方法合成含双硫键的聚恶唑啉水溶胶。这种溶胶形成了类似于蛋白质大分子的结构，两条大分子长链中间由S-S进行链接，当其中双硫键发生断裂后，大分子链的-S-H又会反应生成S-S键，使得材料能够实现自我修复的功能。实验表明，材料在五个小时内就能实现完全修复。但这种材料也存在很大缺点，材料强度低、自修复时间长、结构稳定性差等缺点。

2002年，美国宾夕法尼亚州的卡耐基•梅隆大学的Tsarevsky和Krzysztof等人以2-溴丙酸酯苯乙烯为载体，以2-羟基乙基二硫化物为引发剂，以溴化亚铜、五甲基二乙烯三胺为催化剂（300︰1︰1）在九十摄氏度下进行自由基聚合得到带有弱双硫键的聚合物。该聚合物分子量（Mw/Mn＜1.1）均一性非常好。当发生断了时，分子内的双硫键发生断裂，还原为端基为硫醇的聚苯乙烯。在FeCl3作用下，该自修复高分子可氧化回原来的双硫键结构。研究结果表明，当反应温度为60℃时，自修复时间最短可达22h，修复效率最高。制备时也可用N-N-二甲基硫代甲酰胺作为单体，合成更大分子量的聚合物，可满足不同的需要。2011年，BertKlumeperman教授等人[19]以动植物体受伤能够自我修复为线索，采用仿生学思想创造出了能够自修复的人造材料。他们合成的橡胶中增加了大量的双硫键，形成了双硫键网状结构。由于双硫键与双硫键之间的距离非常近，所以当双硫键断裂时，只要合适的温度下（双硫键为弱共价键，可在较低的温度下进行自修复）就能重新结合周围的硫原子，形成新的双硫键，使得材料能够实现自修复。产物以EPS25（聚苯乙烯）、DER723（环氧树脂）、Teterathiol（四硫醇）为原料制备，通过环氧化物端基环氧基和巯基开环加成反应生成含双硫键产物，产物可以实现多次自修复。2012年，我国华南理工大学邓国华等人[20]通过用三臂聚乙二醇-三苯甲醛和3，3′-二硫代二丙酰肼反应，制得含有酰腙键和双硫键结构的水凝胶自修复材料。当水凝胶结构被破坏时，在pH为3和6的酸性和pH为9的碱性条件下，可通过酰腙键或者双硫键交换来实现材料的自修复。在pH为7的中性条件下也可以通过加苯胺做催化剂来是的材料得以自我修复，而且自修复只要在常温常压下就可进行。在自修复48h后，产品能够达到被破坏前的力学性能，且裂纹基本消失，实现了一个基本还原的过程。但是由于自修复时间太长，修复条件人们日常生活相对难以实现，所以目前实用性较差。

2.2导电高分子材料

2.2.1结构型导电高分子材料

结构型导电高分子材料，是指将弱导电性的高分子材料经过化学改性（如掺杂）制备出具有导电功能的材料，这类高分子材料在化学结构上具有共扼双键，通过高聚物分子中的不定域电子导入导电性基团（如具有二电子的芳基或取代的苯胺等）或掺杂其他物质使其具有导电性。按照其结构可分为：多烯类高分子、芳香族共扼高分子、杂环共辘高分子和共聚型高分子。其中主要有聚乙炔、聚苯胺、聚唆吩和聚毗咯等，结构型导电高分子的主要发展方向：多功能化，实现光电磁之间的转换，改善聚合物的稳定性和可加工型；高导电性，通过改变分子结构和复合等方法改善导电高分子的潜在性能，制备高导电性的聚合物：结合多学科，开发导电高分子材料的新领域并加速其产品化使用性。

从导电原理上看，这类高分子材料可以直接用作导电材料使用，但由于这类高分子材料分子刚性大，导致难溶解、难溶融、加工成型难、稳定性差和易氧化等缺点，不能直接使用，可用作导电填料，与其它高分子材料进行复合共混改性处理，制成导电复合材料。相比与无机填料，使用该导电高分子材料做为填料，制备的导电高分子复合材料相容性较好，分散性高，具有更好的导电效果和稳定性能，但相比无机导电填料，导电率较差，可根据实际需求选取不同的导电填料。

2.2.2填充型导电高分子材料

填充型导电高分子材料是指以电绝缘性好的高分子材料为基体，经过物理改性（如注射、压塑或挤出成型等）制备出具有导电性能的材料，一般是将导电性能优异的物质如石墨烯、合金填料、碳纤维、碳纳米管、金属粉末和金属丝等掺杂到高分子材料中，使之具有高分子材料的优异性能，又增强了该材料在电学、力学和其他方面的性能，所以填充型导电高分子材料的主要发展方向是：减少填料的用量并能提高材料的导电性能：开发导电复合材料的新种类，拓宽应用领域；添加填充物来提高材料的导电性的同时，不改变和改善复合材料的加工成型性能，力学性能等；探究复合材料的多功能化；改善材料的导电性、阻燃性、热稳定性和耐摩擦性等。碳系填料和金属填料是最常用的填充材料。

填料主要有一下几种形态：①颗粒状、棒状或椭球状[36]，这类填料主要有石墨、炭黑、金属粉末等；②纤维状结构，以大量微细纤维形式分散在基体中，这类填料主要有碳纤维、碳纳米管和金属纳米线等，这类填料置于集体中，可增强基体材料的强度；③层状结构，以片状或细筋状的层状形式分散在基体中，这类填料主要有石墨烯、石墨纳米片和金属微片等。

3结语

智能高分子材料种类繁多，包括自修复高分子材料、导电高分子材料等。智能高分子材料不仅可以提高建筑物的智能化和人性化，还可以改善建筑的美观程度，改善居民的物质和生活环境，具有较为广泛的应用前景。

参考文献：

[1]戴亚妮，李平，王爱勤.智能高分子材料在智能给药系统中的应用[J].化学进展，2007，（Z1）：362-369.

[2]安骞，魏巍，葛雨.浅析高分子材料在建筑工程中的应用[J].煤炭技术，2012，31（02）：122-123.

[3]杨勇.废旧高分子材料在建筑材料中的回收利用[J].江西建材，2016，（19）：6-7.