探析高分子材料工程的应用与发展
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摘 要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。建筑行业是一种高耗能的生产领域，年均能耗达到了全世界产业总能耗的40%左右，2012年，我国财政部和住建部联合发布了《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》，提出了应在建筑行业中大范围的使用建筑保温材料等绿色环保材料，通过这一举措，将会为高分子材料在建筑行业的发展带来新的机会。本文就高分子材料工程的应用与发展展开探讨。
关键词：高分子材料;工程应用;发展趋势
1 引言
高分子材料具有独特的固有性能，与金属和无机材料相比，其生产成本较低，而且经过改性后无论是在强度还是在功能性上都可以与这两者相媲美。随着高分子学科近一个世纪的发展，越来越多的高分子材料种类的发现，高分子材料已经渗透到各个行业。尤其是在建筑行业，一些高分子材料具有保温、防潮、抗菌等优良的性能，可以大大改善居民的居住环境。
2 节能型高分子材料的使用情况及类别
作为高分子材料的一部分，節能型高分子材料也是一种相对分子质量较大的聚合物材料，节能型主要是对其功能和特点的总结。总体上看，节能型高分子材料的特点有分子量大、可塑性强、化学性质稳定的特点。部分特殊的功能性节能型高分子材料还具有光敏性、环境敏感等属性。节能型高分子材料的这些特征，使其满足了成为环保建材的要求。结合高分子材料在节能领域的具体应用情况，可以将其分为直接节能型高分子材料、间接节能型高分子材料和功能性储能高分子材料。其中，直接节能型高分子材料主要应用于建筑外墙的结构保温材料，间接节能型高分子材料是通过减少材料生产成本、延长使用期限等方式来实现对能源的节约，而功能性储能高分子材料则是通过吸收太阳能实现节能和储能。
3 高分子材料在工程建筑中的运用状况
3.1 直接节能型高分子材料
这种材料可以用作建筑外墙的结构保温涂料或者材料，具有较强的保温效果，而且还具备了良好的防火、防水性能，具有优良的化学稳定性，较低的膨胀率与较长的使用寿命等多种性能。经常被用作建筑外墙的若干保温高分子材料如下所示：酚醛树脂聚氨酯与高分子包覆的有关相变复合材料。它们既能够有效地满足建筑工程的安全性能与保温效果，又便于施工等。再者，硬质聚氨酯泡沫塑料的闭孔率超过了90%，孔洞中充满了一氟二氯乙烷与二氧化碳、发泡剂，它们的导热率都比较低。在完成了现场喷涂聚氨酯后，通常情况下导热率维持在0.020W/（m·K），即便老化以后，它的导热率仍然比较稳定，大致处于0.023W/（m·K）的水平，它的保温效果在很大程度上超过了其他材料。聚氨酯材料的疏水性能非常出色，它具有较高的闭孔率，水分不容易进入到材料内部中，防水性能非常优异，能够预防材料遇水膨胀的问题，可以确保它拥有稳定的尺寸。这种材料的黏附性能十分优越，它和纤维板、胶合板、木板、混凝土、金属板等材料的黏附强度，在很大程度上超过了聚氨酯泡沫材料的实际撕裂强度。在在建筑工程的施工过程中，便于操作，不要求非常严格的施工环境。
3.2 建筑行业中的涂料使用
以丙烯酸树脂为其主要构成的乳胶漆可以说在建筑行业中炙手可热，具有性能均衡，耐磨性好，质地光滑，质感较好，色泽柔和，防水性能较好，因此被广泛应用于现代建筑领域。但这种乳胶漆会释放出危害人体健康的有害物质，长期使用会使人出现头晕恶心等症状，同时，该乳胶漆的应用也具有局限性，其透气性能较差。高分子涂料如丙烯酸酷乳胶漆、氛碳涂料以及砂壁状涂料等的应用可以有效解决这一问题。既可改善涂料的性能，满足建筑工程的需要，同时也可减少有机物的挥发，减少对人体的损害。节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，从耐腐蚀性、质地、色泽、耐磨型等方面提升建筑材料的性能。
3.3 功能性节能或储能高分子材料
此类高分子材料运用在建筑工程中，主要是热致变色型高分子材料与聚合物太阳能电池。前者对温度非常敏感，是非常具有代表性的功能性节能材料，重点用来制作建筑物的外墙与屋顶的涂料。后者是把光能转换为电能，而且将这些电脑储存起来，能够为室内提供充足的电力支持，能够用在玻璃、外墙、屋顶等多个领域。最近若干年来，聚合物太阳能电池持续地提升了光电的实际转换效率，澳大利亚的相关设计师与2014年设计出了绿叶型聚合物太阳能电池，它的光电转换效率业已超过了11.00%，而且便于人们使用此类太阳能电池，只要它被贴在房间的玻璃窗，就能够储存一定数量的电能，为室内用电提供支持，在很大程度上促进了这类电池运用在建筑工程方面的进展。作为热致变色高分子材料，聚N-异丙基丙烯酰胺的相转变温度大致达到了31.5℃。在低于相转变温度的情况下，其内部氢键的密度超过了范德华力的相关密度，聚合物呈现出黑色;在温度超过相转变温度后，其内部氢键循序渐进地变成了范德华力，其聚合物呈现为白色。把这种高分子材料用作外墙涂料或者屋顶材料时，冬天温度较低的情况下显示为黑色，有利于建筑物吸收更多的热量，发挥良好的保温作用。夏天温度较高时，显示为白色，有利于建筑物强化自身的表面热量反射，实现了降温的目的。和没有采用此类涂料的相关建筑物比较，冬天时此类节能型建筑的室内温度大致提高了2℃，夏天室内温度大致降低了1℃，在很大程度上削减了冬天室内供暖与夏天制冷需要的能量损耗。
3.4 建筑塑料
建筑塑料时建筑工程不可或缺的一部分，节能型高分子材料可以为建筑工程领域提供性能较好的建筑塑料，因此被广泛运用。主要有以下几方面，塑料门窗、水管、下水管以及各种联通阀及弯管等，材质均为塑料组成。一般来说，大部分建筑塑料都被铺设于建筑物内部，一旦损坏影响严重，因此，其对质量和性能要求更高。不仅需要隔热、抗压性能满足建筑工程材料要求，还需要无瑕疵漏点，以延长建筑塑料的使用寿命，进而保障建筑工程满足寿命需求。建筑塑料的质量，关系到整个工程的质量和建筑的安全系数。而节能型高分子材料的抗热、抗压性能均高于一般塑料，其应用能够极大的提高建筑物的安全等级，延长建筑物的使用寿命。
4 结束语
新型高分子材料则主要包括储能材料和环境敏感型聚合物材料，其中储能材料主要是指聚合物太阳能电池，通过利用清洁能源为建筑物提供能源，而环境敏感型聚合物则能通过改变自身性质来适应周围环境，如热致变色材料会受到环境温度影响来改变自身颜色，用于建筑物，从而使建筑物达到节能的效果。随着节能型高分子材料的开发，节能型高分子材料在建筑中的重要性将越来越凸显，必将成为现代建筑的重要材料之一。
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