关键词：功能高分子材料；教学探讨；教学方法
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）32-0139-02
一、引言
《功能高分子材料》是材料化学、高分子材料、复合材料和应用化学专业的主干综合性课程，同时是一门以高分子化学和物理为基础，与生物学、物理学和医学等学科都有交叉的交叉学科。随着科技迅速发展，当前社会领域内对功能高分子的应用更为普遍，因其种类多、内容丰富成为新技术革命中不可或缺的关键材料并充斥在人类生活中，这使得《功能高分子材料》课程的教学显得尤为重要。高分子材料的功能化主要体现在对其组成及结构上的设计，而《功能高分子材料》的教学目的就是让学生在掌握关于功能高分子材料基本知识的基础上，可以制备和设计功能高分子材料。因此，提高对《功能高分子材料》课程教学方法的重视，打破传统的教学方式，对于培养出运用功能高分子材料的高素质优秀人才尤为重要。
二、教学内容和课程特点
《功能高分子材料》是一门专业选修课，同时是一门重要的核心主干课程，不仅要求学生了解并掌握高分子材料的基础知识，更要求学生具备动手设计和制备有关的功能高分子材料的能力。而这也就要求在功能高分子材料的教学过程中，始终贯穿高分子材料的分子“设计―结构―性能”之间的关系，这往往需要学生运用和掌握大量的高分子化学与高分子物理的基础知识。
三、目前《功能高分子材料》课程教学现状与存在的部分问题
首先，功能高分子是一门结构复杂、跨学科性强的专业学科。因此，该门课程在教学内容的选择上不能拘泥于在传统模式中选取某一本教材内容进行教授，而是应需要进一步的去完善和提炼综合各版本的优势内容，再进行教学内容的选取；其次，晦涩难懂的教学重点是要求学生理解高分子材料是怎样从组成、结构上进行设计而使材料功能化的，但理论知识往往比较刻板生硬，使得学生学习兴趣低下。那么，如何提高学生学习积极性是教学关键。传统的“填鸭式”教学并不适用于这门课程，因为在缺乏以学生兴趣作为保障的前提下，我们很难将内容多、更新快、知识点晦涩、难点较多的功能高分子材料这门学科讲清楚。因此，教师应充分考虑更新教学手段、教学方法以及考核方式，提高自身专业素养并调动学生积极性来克服这一困境。
四、《功能高分子材料》课程教学改革方法与实践
1.教材的选定和内容的精讲。目前多数学校对于这门课程安排的课时、学时较短，主要集中于学生找工作和考研的大四阶段。那么，这就有赖于授课教授前期对课程教学内容的精心设计，更要求教师掌握当代先进的高分子材料的前沿知识和发展进程，不断更新自我的知识结构，对课程内容进行系统的分析和归纳，突出课程重点，授课时选择精练重点，深入浅出进行授课，从而解决教学内容多与学时少之间的矛盾。其次，功能高分子是一门相对新兴的前沿学科，因此选择其内容要跟随时代的发展，不可将陈旧的知识拿来反复陈述，而是要跟上科学步伐不断更新、充实和完善授课内容，教师应多方面的关注功能高分子材料领域的前沿动态，不断积累并更新自己的知识量，将先进的学术成果及时应用到平时的教学过程中，使得学生对高分子材料充满好奇，从而提高学生学习功能高分子的积极性，进而牢固掌握高分子材料的基础知识。
2.多媒体教学与传统教学方式相结合。多媒体教学越来越广泛的应用于现代教学中，相比传统的板书口述的传输途径，多媒体具有生动形象的图片和模型、涵盖的信息更广、交互性更强的特点，更容易令学生理解和接受教学过程中复杂的知识难点。近些年，越来越多的课程都已经实行多媒体教学，由于功能高分子材料这门课程的新概念多并且涉猎领域广，引入多媒体辅助教育将更有利于学生直观感受有关功能高分子设计的实例，尤其是教师可利用各种软件、网络资源和视频，生动地展示各种原理模型，把抽象枯燥的功能高分子材料课程变得更加具象、具体，以此调动学生的各种感官、启发学生思考，从而激发学生参与到功能高分子学习中来的兴趣，加强学生对高分子材料中的教学难点的理解和掌握。然而任何事物都是具有两面性的，不能过分依赖多媒体教学，在教学过程中，对于某些特别重要的理论公式的学习和推导，通过多媒体教学难以使学生在较短的时间内完全理解，这时教师就应该采用传统的板书教学方式，通过板书并逐渐讲解过程使得学生能够慢慢理解，加强学生的记忆。总之，多种教学方法有机的结合才能达到完美的理想效果。
3.强化理论与实践紧密结合，培养创新性思维。教师在传授功能高分子材料的理论知识的同时应开设与此课程相关的开放实践课程，如开放性的设计实验。在教师指导下，学生自己动手设计、操作并最终提交实验结果，在整个实验操作中不仅需要现实性的应用学到的理论知识，还可以锻炼学生的自主创新能力。这种自己动手操作设计实验的方式不仅培养了学生的动手能力，更加深了学生对所学知识的理解；还可以带学生去功能高分子材料的工厂参观，切身感受理论结合实际的生产过程，开阔学生的视野，教学实践相结合使得教学成果更为显著。
4.从生活实际出发，激发学生学习动力。教师在教学活动中介绍功能高分子材料的时候，可以以生活中的实际例子或新闻报道中的最新科技进展为例子，让学生认识到功能高分子材料的重要性，同时让学生对最新的研究成果有所了解，从而提高学生们对科学研究的兴趣。例如，教师可以以环保问题为切入点，介绍对于废水、废气处理方面的功能高分子材料；在讲解导电高分子材料时，可以用“诺贝尔化学奖科学贡献―导电聚乙炔发现”的案例切入；在讲电致发光功能高分子材料时，可以先从熟悉的智能计算机谈起，慢慢讲解其屏幕发光机理和应用机制；讲解吸波材料时，教师则可以从各国隐身战斗机的发展入手，从材料的特殊功能入手，再慢慢引出高分子材料的不足之处，从而引导学生主动思考、发掘原因，引导学生获取解决问题的方法，感受到成功的乐趣增进自信，提高学习功能高分子的学习动机。总之，要让学生在学习中建立起功能高分子材料与现实生活的紧密联系，感受到功能高分子学习在未来职业和社会生活中的作用。
5.教学手段多样化，增强教与学的互动性。采取多种教学手段并用，增强互动性教学在功能高分子材料这门学科中是非常重要的，尤其是教与学的互动性，在一定程度上可以促进学生的学习兴趣，在互动中得到对知识的理解和掌握。在互动性教学中，教师可以提出一些问题并适当的给学生安排一些课下查阅资料的任务，锻炼学生的文献检索能力，并能在文献中了解和掌握更为前沿的学科知识；更可以放手安排让学生在讲台上讲授，这样不仅可以促进学生对知识的掌握，还可以锻炼学生的胆量和演讲能力。此外，还可以鼓励学生撰写一些功能高分子材料相关的综述性论文，在培养学生论文写作能力的同时也对功能高分子材料领域有一个广博的认知。总的来说，互动模式可以督促学生主动对知识进行获取，增强学习的效果。
6.科研与教学相融合，以科研促进教学。在功能高分子材料教学过程中，应将教学和科研有机的结合起来。科研教学一体化不但能够提高教师水平，把握前沿的功能高分子材料的知识，更能丰富关于功能高分子材料的教学内容，为学生营造浓郁的学术氛围，提高学生的科研素养和创新能力，进而全面提高关于功能高分子材料的教学质量。
7.改革考核方式，端正学习态度。学生的考核情况是反应教学效果的标准，教师应该随时注意自己的教学效果，随时做好查漏补缺的工作，并积极调整教学方式以达到预期的教学效果。传统的考核方式主要是通过考试成绩来评价这门课的教学效果，而在这种情况下，学生往往是阵前磨枪，突击复习，这种瞬时记忆导致学生知识点很快被忘却。因此，改革考核方式变得尤为重要。首先，重视课堂表现力和出勤率，培养学生上课的纪律性和交流思考能力，该方面要占总成绩的30%；其次，要注重课堂报告和文献检索能力，从而锻炼学生检索资料、撰写报告以及演讲能力，并占总成绩的20%；再次，为了培养学生理论联系实践的创新性思维能力，那么设计性试验和课后作业要占总成绩的20%；最后就是考查学生对概念、原理、性能以及实验设计方案的掌握，占总成绩的30%。这种全新的考核方式能够有效促进学生素质的提高，使得分数不再是衡量学生的标准，对功能高分子材料课程教学效果的提升起到了重要的作用。
五、结语
在随着科技的发展，功能高分子材料科学也在飞速发展，这就要求高分子专业的人才的素质也要与时俱进。因此，在功能高分子材料的课程教学过程中，教师要不断提升自身素质，并及时掌握高分子材料研究的前沿内容，系统归纳课程内容，改变教学观念运用多重教学手段，采用理论与实践结合的教学思路，培养学生独立思考、解决问题的能力，调动学生自主性和积极性，为该科研领域不断输送优秀人才。
参考文献：
[1]齐民华.功能高分子材料课程教学改革的思考[J].广东化工，2011，（05）.
[2]周立，孙荣欣.《功能高分子材料》课程教学改革的探索[J].科技信息，2010，（21）.
[3]吐尔逊・阿不都热依木，如仙古丽・加马力.关于《功能高分子材料与化学》课程教学的几点思考[J].广东化工，2011，（11）.
一、提供的材料要有层次性
投放材料的层次性，是指教师在选择、投放材料前预先思考，将投入的材料逐一与幼儿通过操作该材料可能达到的目标之间，按由浅入深、从易到难的要求，分解成若干个能与幼儿认知发展相吻合，可能的操作层次，使材料细化。而如何有层次性地提供材料、使孩子各有所获是十分重要的。孩子们的发展水平和探索能力是各不相同的，因此在提供材料时，一定要考虑材料的层次性。例如，在科学区提供有关水的材料时，刚开始，可以提供一些管子、瓶子、海绵、布、颜料和漏斗等，孩子会把水装到瓶子里，在摆弄中孩子们了解到了一些有关水的基本特性，如水是五色、无形的。接下来，可以增添一些或更换部分材料，如塑料玩具、糖、肥皂、沙等，但切记不能把原来所提供的材料全部更替，因为能力比较强的孩子会主动使用新的材料，会发现不同的物质放入水中会产生不同的结果，而能力较弱的孩子则需要一个过渡阶段。
二、提供的材料要具有游戏性
教师经常会遇到这样的情况：精心制作的材料投放到游戏区后，幼儿却不爱玩。这时教师首先要对照目标看一下，所选的材料是否符合幼儿的年龄特点。排除此因素后，再看材料是否具有游戏性，也就是说，材料是玩具幼儿才爱玩。怎样区别玩具和学具呢?通常，学具的目的和功能都比较单一，幼儿大多不能判断游戏结果，需要教师一步一步地去指导才能进行游戏;而玩具的目的和功能多样，幼儿不用教师指导也能玩，且能判断游戏的结果。玩具能使幼儿有成功感，因而幼儿爱玩。例如：为了让幼儿理解数的实际意义，老师提供了两种材料。一个是在一块板上标有数字，幼儿摆上与数相对应的物体;另一个是数字花心周围有许多圆花瓣，花心和花瓣上分别钉上子母扣，幼儿要把和花心数字相对应的花瓣用子母扣连接成花。不难看出，前一种材料属于学具，缺乏游戏性，后一种属于玩具，有游戏性。把握了提供材料的游戏性原则，教师在活动区为幼儿提供的材料，就能使幼儿爱玩。另外，教师在选择材料时要把握年龄段幼儿的基本特点，以班级幼儿的阶段培养目标为主要依据，并对本班幼儿当前的培养目标有清晰的理解和把握，并以此为依据，有针对性的投放对幼儿有促进作用的材料。
三、提供的材料要具有可开发性
活动区材料的可开发性是指活动区材料的结构、类型和功能是多样的、可变的，能满足幼儿发现、探究和创造的需要，使幼儿能够在活动中对材料进行组合、加工和创新。如在小巧手活动区中，我们提供了大量的卫生纸筒，有的孩子用皱纹纸条把它缠成花瓶，有的把它打扮成小动物，有的把它做成望远镜等，秋游之后，孩子们又用纸筒搭了一座桥，并取了一个好听的名字筒桥。孩子们探究、创造的欲望在运用开发性材料的过程中得到了满足。
四、提供的材料要具有丰富性
关键词：木质材料；加工特点；刀具
我国虽然是人造板生产、家具生产和木工机械生产大国，但木工刀具制造业相对比较薄弱，耐用度高、加工质量好、适合于目前高速加工趋势的高性能木工刀具仍很紧缺，很大一部分市场份额被外资产品占有。因此了解和掌握目前木质材料加工技术研究现状，有助于我们清楚认识木质材料材质特点及其加工特性和木工刀具结构的特点，对提高我国对木工刀具的重视并进一步对其进行研究和开发、提高我国木质材料切削加工技术水平和加工效率、缩短我国与发达国家之间在这一领域的差距有重要意义。
一、木质材料及其加工特点
1.1木质材料的分类
通常意义的木材是指树木的树干部分，又称原木或实木，是由纤维素、半纤维素和木素等组成的天然有机高分子材料，它天然生成，纹理自然、色泽质感亲切，比强度大、易于加工，隔热、隔音性好，是家具中不可或缺的材料。木质人造材料包括人造板材、人造方材和成型材料。木质复合材料包括木材塑料、塑化碎料板和木质复合结构板等。由于木材资源的紧缺、人类环保意识的增强以及制造技术的进步，近十年来，世界木质人造材料和木质复合材料特别是人造板工业发展迅猛。常用人造板包括：胶合板、刨花扳和纤维板(低密度、中密度、高密度)。
1.2木材的加工特点
国内外对木材加工性能的研究已经比较成熟。木材与金属性质不同，它是一种典型的具有非均质性和异向性的材料，它的切削特点主要有：
(1)木材材料性质和强度因方向各异，切削时作用于木材纤维方向的夹角不同，木材的应力和破坏载荷也就不同，因而产生的切屑形态和工件表面质量也不同。
(2)木材硬度不高，机械强度极限较低，分离性好。
(3)耐热能力较差，加工时不能超过其焦化温度(110～l20℃)。
(4)适于高速切削：木材切削速度一般在4O一70m／s，最高可达120m／s，一般切削刀轴的转速在300O一12000r／min，最高可达2O000r／min。高速切削使切屑来不及沿纤维方向劈裂就被切刀切掉，可以获得较高的几何精度和表面粗糙度。
(5)影响木材切削性能的因素很多，不同树种材料的物理力学性质不同，树种、密度、含水率、木材纹理、纤维方向、年轮、温度、力学强度等，都可能会产生不同的切削动力消耗，或发生毛刺等加工缺陷。
1.3木质人造材料的加工特点
木质人造材料种类繁多，又涉及诸多影响因素，为对其进行系统研究带来一定难度。目前还没有这方面的系统深入研究报道。由于这些材料多以木材为主要原料，切削成不同形状、大小的构成单元，再添加胶粘剂等制作而成，因此，木材的非均质性和异向性对这些材料的切削性能仍然有很大影响。国内外对其研究主要归结为两点：
(1)环境等其他条件对材料性能的影响。在不同相对湿度(65％RH和85％RH)环境下中密度纤维板、定向刨花板和刨花板这三种材料的静力强度、硬度、疲劳寿命和蠕变的不同的情况下，MDF的静力强度最大，刨花板最小，并且65％RH下三种材料的静力强度都比85％RH下的大。另外，由于MDF的纤维比刨花尺寸小，即其材质均匀性更好，所以较高的相对湿度对OSB和刨花板的弹性模量和疲劳寿命造成地不利影响比对MDF的影响更明显；
(2)材料性能对切削力、刀具磨损和加工质量的影响。人造板的含水率、密度与切削性能有很大关系，通过测量切削力和表面粗糙度，研究刀具的磨损。
二、木质材料加工钻头和铣刀的结构特点
2.1木质材料加工刀具基本结构特点
木质材料的切削方向不同时需要不同结构的刀具。刀具楔角(前刀面与后刀面的夹角)小：木材强度比金属小得多，因此，其切削过程中，由于切削力的作用，木材首先发生变形，然后分离并排除切屑，切削的分离力所占的比例大，刀具的锐利程度对分离力的影响很大。所以小楔角利于木材分离。
2.2钻头
木材加工行业钻头的用量很大，主要用于加工各种盲孔、通孔和挖掉缺陷(节子)等。一般用45钢做刀体，硬质合金做刀刃，铜银钎焊而成。按照合金刀片焊接的形式可分为镶片式和整体式，镶片式只有刀头为硬质合金，整体式刀头和螺旋槽是一整体硬质合金棒，焊接和刃磨技术要求较高。
2.3铣刀
木质材料加工用铣刀主要用于在铣床、镂铣机及各类加工中心上，加工成型表面、榫槽、封边等，转速1～2万r／min。按结构形式分为以下三类：
(1)整体式铣刀：一般用45钢做刀体，硬质合金做刀刃，铜银钎焊而成。刀片突出刀体1～1.5mm，后角1O0～150，前角250～350。这种铣刀用钝后一般刃磨其前刀面，重磨多次后其切削圆直径将逐渐变小，并且线型弧度会随之改变，因而影响加工质量。所以整体式铣刀适于加工不需配合的线型。封边机所用的封边刀属于这一类型。
(2)装配式铣刀：其刀片一般为正多边形，直接用螺钊安装在刀体上，并可转位使用。刀片使用变钝后，把刀片转到另一个刃(即刀片的另一边)，即可继续使用。这种铣刀经调整、更换或维修后仍可保持初始轮廓形状不变，因而提高了加工质量，另外还可用同一刀体，通过配备不同线型的刀片来满足不同型面的加工要求。
(3)组合式铣刀：整体式和装配式铣刀都可以组合成组合式铣刀以加工不同型面。例如，单片指接刀组合使用可加工指榫。指榫拼接牢固、通用性好，是充分利用木材原料的重要手段。可根据材料宽度和拼接松紧要求调整刀片数量、切削深度。这种刀片一般标准化批量生产。
三、本质材料加工刀具磨损
3.1机械擦伤磨损
机械擦伤磨损由木质复合材料中的硬质颗粒或凸出物使刀具材料迁移所造成。细胞壁、树脂、矿物质(如石英砂等)、节子、胶合材料等，都可能成为机械擦伤磨损的硬质点。通常认为：机械擦伤磨损是磨料在刀具表面滑过，产生擦伤或微切削，结果在刀具表面形成擦痕或犁沟的过程。判断机械擦伤是否为刀具的主要磨损机理，除了考虑刀具材料特性，还要考虑工件的化学性质和含水率。
3.2腐蚀磨损
硬质合金刀片在切削某些木质材料时易生成挥发的氯化物。硬质合金刀具中的钴元素会被有机弱酸中的氢离子夺去电子形成金属离子，然后多元酚化合物会与离子发生鳌合反应，生成疏松的鳌合物。可见，有机弱酸和多元酚化合物对刀具材料的腐蚀是逐步进行的，最后生成金属鳌合物覆盖在刀具表面。对于硬质合金刀具，钴是不可缺少的粘结相，一旦钴被腐蚀，生成的鳌合物在机械擦伤磨损作用下很快被磨耗，造成刀具材料被严重磨损。
木质材料与我们的生产和生活有着密不可分的联系，其加工技术对我们国家建设和提高人民生活水平有着不可忽视的地位。随着木工机械高速化与自动化的发展趋势，木质材料切削加工有良好的发展趋势与前景。■
参考文献
关键词建筑施工；防水；建筑材料
中图分类号TU9文献标识码A文章编号1674-6708（2011）46-0152-02
在20世纪，尤其改革开放以来，我国的建筑防水材料发展的很快，有传统的沥青基防水向高分子聚物改性防水材料和合成高分子防水发展很快，克服了传统防水材料温度适应性差，耐老化时间短、抗拉强度和延伸率低、使用寿命短等缺陷。目前我国的防水材料已形成包括SBS、APP改性沥青防水卷材、高分子防水卷材、建筑防水涂料、刚性防渗和堵漏材料，包括高中抵挡品种和功能比较齐全的完整系列，并形成材料、生产、设备制造、防水设计、专业施工、科研教学、经营网络为一体的工业化体系。就防水而言，防水可以分为构造防水和材料防水。材料防水总体又可以分为柔性防水材料、刚性防水材料和块状防水材料等等。从外观形态一般分为：防水卷材、防水涂料、密封材料和刚性防水材料。由于市场上新型防水材料不断问世，各种产品分类依据不同又可划分为上百个品种。
防水卷材是指用特制的纸胎或其它纤维纸胎及纺织物，浸透石油沥青、煤沥青及高聚物改性沥青制成的，或以合成高分子材料为基料加入助剂及填充料经过多种工艺加工而成的长条形、片状，成卷供应并起防水作用的产品。防水卷材主要分为：沥青防水卷材，高聚物改性沥青防水卷材，合成高分子防水卷材。各种材料各系列又包含有多个品种。防水卷材在建筑防水材料的应用中处于主导地位，在建筑防水工程的实践中起着重要作用，是一种面广量大的防水材料。
所以在此特别介绍以上几种防水卷材：
1）沥青防水卷材是以各种沥青为基材，以原纸、纤维布等为胎基，表面施以隔离材料而制成的片状防水材料。其中最有代表性的是纸胎沥青防水卷材，简称油毡或油毛毡。但是由于沥青材料的低温柔性、温度敏感性强、耐大气化性差，所以属于低档防水卷材；
2）改性沥青防水卷材是在沥青中加入适当的高聚物改性剂，可以改善传统沥青以上缺点，高聚物改性沥青防水卷材具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸性强和伸长率较大等优点；
3）合成高分子防水卷材是以合成橡胶、合成树脂或者两者的共同混合体为基础，加入适量的助剂和填充料等等，经过塑炼、共混，或者挤出成型、硫化、定型等工序，制成的无胎加筋或者不加筋的弹性或塑性卷材。合成高分子防水卷材是近年来在我国得到迅速发展的防水卷材，其具有优异的抗拉伸性、弹性和耐老化性。
防水涂料是将在常温下呈现黏稠液状态的物质，涂布在基体表面，经溶剂或水分挥发，或各组分间的化学反应，形成具有一定弹性的连续薄膜，使基层表面与水隔绝，并能抵抗一定水压力，起到防水和防潮作用。
防水涂料的有点在于：1）在常温下呈液态，宜在立面、阴阳面、穿结构层管道、不规则屋面、节点等细节构造点进行施工，固化后能在其表面形成完整的防水膜；2）其自重轻，可用于轻型建筑物防水；3）防水涂料施工属于冷施工，可涂刷，可喷涂，操作简单。劳动力小，环境污染小；4）可以通过加贴增强材料来提高拉伸强度；5）容易修补，可在发生渗漏后在原有基础上修补。
防水涂料根据组分的不同可分为单组分防水涂料和双组分防水材料。按涂料的介质不同又可分为溶剂型、乳液型和反应型3类。防水涂料广泛应用于工业与民用建筑物的屋面防水工程、地下混凝土工程的防潮防渗等。
现在介绍几种常用的防水涂料：
1）高聚物改性沥青涂料是通过适当的高聚物改性可以显著提高其柔韧性，弹性，流动性，气密性，耐化学腐蚀性和乃疲劳等性能。一般是用再生橡胶，合成橡胶或者SBS等对沥青进行改性而制成的水乳型或溶剂型防水涂料；
2）合成高分子防水涂料是以合成橡胶或者合成树脂为主要成膜物质，加入其他辅助料而配制成的单组分或多组分防水涂料。
建筑密封材料是一些能使建筑上各种接缝或裂缝、变形缝保持水密、气密性能、并具有一定强度、能连接构建的填充材料。具有弹性的密封材料有时也称为弹性密封胶，简称密封胶。其按形态不同分为：不定形密封材料和定形密封材料。
不定形密封材料是指不具一定形状，但能起到密封作用的密封防水材料。在一般情况下是膏状或者粘稠状液体，可以填充建筑物的各部位的裂缝和缝隙。
具有以下优点：
1）具有良好的塑形、粘结性和弹性，耐久可靠；
2）良好的适应能力，不受使用部位的限制，操作简便；
3）环境温度适应能力强，不同基料制成的不定形密封材料可适应-40℃~70℃的环境温度；
4）采用冷操作施工，无污染。
定形材料是将密封材料特殊部位的不同要求制成的带、条、方等形状。其主要适用于建筑工程的特殊部位，如建筑沉降缝、构件接缝等等。
具有以下优点：
1）良好的防水、耐热和耐低温；
2）良好的弹塑性和强度，不会因构件的变形、振动而脱落；
3）压缩变形性和恢复功能强；
4）制品尺寸精度高、使用寿命较长。
防水混凝土属于刚性防水技术，指的是以水泥、砂、石子为原料，并惨入少量外加剂、高分子聚合物等材料，通过调整配合比、抑制或减少孔隙特征、增加各原料界面间的密实性等方法，配制而成的具有一定抗渗能力的水泥砂浆、混凝土类的防水材料，属于内防水技术。
刚性防水有其独有的特点：
1）利用结构本身防水，耐久性好；
2）降低工程造价，简化施工工序，且不受结构形状影响；
3）同时具有承重、围护和防水功能，是一种多功能的防水材料；
4）多数为无机材料，无毒，无污染，具有透色性；
5）具有较好的抗冻性和耐老化性能，易于查找发生渗漏部位，便于修补。
但是在施工时，每个防水构造工序应该严格按照要求进行否则将失去防水效果。防水混凝土适用于静载荷被覆阶段，不宜用于受冲击荷载及强度高的工程中。刚性防水层的抗变形能力较低，最理想的办法是采用刚柔并用的复合技术。
参考文献
1.1纳米技术
纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。
1.2纳米材料
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。
2纳米材料在涂料领域中的应用
现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、纳米金属粉末（如纳米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、无机盐类（CaCO3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。
2.1纳米TiO2在涂料中的应用
2.1.1随角异色效应
由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。
2.1.2抗老化性能
提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯——TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。
2.1.3抗菌杀毒
纳米TiO2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子——空穴对，该电子——空穴对能与空气中的氧和H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]
纳米TiO2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米TiO2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。
2.2纳米SiO2在涂料中的应用
纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。
欲使纳米SiO2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米SiO2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。
2.3纳米ZnO在涂料中的应用
纳米ZnO等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米ZnO在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。ZnO也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的ZnO对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状ZnO紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能
2.4纳米氧化铁在涂料中的应用
纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的TiO2（白色）、Cr2O3（绿色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级Fe3O4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。
2.5纳米CaCO3在涂料中的应用
纳米CaCO3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米CaCO3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。
杜振霞[9]等研究表明:在纳米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。
2.6其它新型纳米涂料
纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50MHz-50GHz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的Fe3O4在1-1000MHz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米Fe3O4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。
3纳米涂料研究中存在的技术问题
首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。
4纳米技术在涂料领域的应用展望
今后纳米涂料的发展主要将体现在以下几个方面:（1）新的纳米原材料的开发和商品化。即根据不同材料的物理化学性能，开发研制出新纳米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究纳米材料在涂料中的分散和稳定性。即探索纳米材料颗粒与涂料间的相互作用和混合机理，并根据纳米粉体在涂料中分散成纳米级和保持分散稳定性的原理，开发新的表面改性剂和稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果。（3）加强纳米材料表征方法和测试技术的研究。即为了能更好地利用纳米材料的特殊性能，必须研究新的测试手段对纳米材料进行研究，并将传统纳米材料的测试方法进一步完善和标准化。降低成本，并逐渐实现纳米技术的工业化、商品化，从而改变我国高档、高性能涂料大量依赖进口的状况，是将来的研究重点。
关键词：纳米材料；纳米尺度；阻燃材料
中图分类号：TB383.1文献标识码：A文章编号：1006-8937（2013）02-0179-02
当前，塑料、橡胶和纤维等聚合物应用十分广泛，但其易燃性给其使用和推广造成了一定的影响。阻燃材料尽管在一定程度上起到了阻滞燃烧、延缓火灾蔓延、争取逃生和救援时间等积极的作用，但也在力学性能、性价比、环境污染等方面存在不足。随着纳米材料在力学、电磁学、热学、光学等多个领域的应用，纳米技术和纳米材料显现出广阔的发展前景。纳米阻燃材料的研制和发展有利于克服和改进传统材料的缺点，蕴含着巨大的社会效应和经济效益。
1纳米材料简介
纳米材料是指在结构上具有纳米尺度及其相应功能特征的材料，1纳米为十亿分之一米，纳米尺度一般是指1～100nm。材料的结构和粒径进入纳米尺度范围时，就表现出表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等多种特殊效应，从而使材料表现出多种奇特的功能。纳米材料按照材质分类，可以分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米材料。纳米技术和多种材料的结合，大大改变了材料的综合特性，为进一步优化材料的功能提供了有力的技术支持。
2阻燃材料的分类和要求
阻燃材料可分为无机和有机、含卤和无卤等多种类型。无机主要指氢氧化铝、氢氧化镁、硅系、三氧化二锑等阻燃材料体系，有机主要以卤系、氮系和磷系为主，它们通过复配或者反应得到形成添加型或者反应型复合材料，进而起到阻燃作用。相比较而言，无机阻燃材料具有低成本，热学性能好，燃烧时有毒气体少等优点，但是它们也具有机械性能差、填充量大且与基材相容性差等缺陷。有机型阻燃材料具有阻燃性能好，与基材相容性好，填充量小等优点，但是具有燃烧时发烟量大且产生有毒气体等缺陷。因此发展低烟、低毒、无卤、物理机械性能优越等环保型阻燃材料成为一直以来重要的研究课题，纳米技术的出现和发展为解决上述阻燃材料的现有缺陷提供了可能。研究表明，纳米阻燃材料应满足下列要求：第一，材料应符合环保要求，燃烧时产生的毒性气体少。第二，材料应具有功能性强、阻燃效率高等特点，同时应克服传统阻燃材料机械物理性能方面的现有缺陷，拓展材料应用范围。第三，降低综合成本，增强材料的性价比。
3纳米阻燃材料的类型
将传统的阻燃剂颗粒细化到纳米级应用到相关材料中即可获得纳米阻燃材料。纳米技术的应用、纳米级颗粒的获得以及纳米尺度所表现出来的特有的多种效应大大增强了阻燃剂和材料间的相容性，一定程度上减少了阻燃剂的应用量，同时也提高了阻燃性能，提升了阻燃材料的性价比。目前，已研制的常用纳米阻燃复合材料大致有以下几种。
3.1聚合物粘土纳米材料
粘土纳米阻燃材料涉及阳离子粘土矿物蒙脱石、阴离子粘土矿物层状双金属氢氧化物、非离子型粘土矿物高岭石等原料，借助插层方法修饰，获得对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯（PP）等有效的复合阻燃材料。粘土类阻燃剂的层状硅酸盐中含有炭化层，在高温下能够俘获一些自由基，在改变了材料力学性能的同时，也提高了材料的阻燃性能，还避免了添加卤系阻燃剂后燃烧时发烟量大、产生腐蚀性和毒性气体等缺陷。火灾时，硅酸盐碳化层减缓了材料燃烧时挥发物逸出的速度从而使得粘土类纳米材料在凝聚相分解过程中挥发物的溢出率低。
3.2纳米氢氧化镁阻燃材料
纳米级氢氧化镁阻燃材料的阻燃性、发烟量与基材的相容性等性能要优于微米级的氢氧化镁阻燃材料的相应性能。在一定剂量下，纳米级氢氧化镁阻燃体可以达到UL94标准的V-0级。金属氢氧化物本身优势明显，关键是添加量要比较大，通常在60%以上，而高填充量对阻燃材料的物理机械性能影响较大，而纳米技术正好能很好地解决阻燃剂和基体间的分散性和相容性的问题，两种技术的结合大大提升了氢氧化镁阻燃剂的应用和阻燃后材料的阻燃性能。纳米氢氧化镁阻燃材料具有无卤、低烟、无毒、无滴落、耐酸、稳定性好、分解温度高、不腐蚀设备等多种优异性能，具有广阔的应用前景。
3.3纳米碳酸钙类复合材料
用锡酸锌包覆纳米碳酸钙粉体并应用到聚氯乙烯（PVC）中，得到40～60nm的产品粒径，减少了增塑剂在PVC中的用量，提高了产品的加工性能，再加上硬质PVC本身的高含氯量和高阻燃性，极限氧指数（LOI）可以达到45%，获得了优良的阻燃复合材料。经过甲基丙烯酸处理的纳米碳酸钙/聚苯乙烯（PS）原位复合材料粒径也在
100nm以内，也具有较好的阻燃性能。此外也可以应用脂肪酸、钛酸酯偶联剂以及纳米碳酸钙经过表面处理得到聚丙烯/纳米碳酸钙复合材料，经过实验和应用，都在保持较好阻燃性能的基础上，材料的力学性能方面得到了很大的改善，材料的抗冲击强度也有所提高。
3.4纳米级氧化锑阻燃材料
纳米级氧化锑阻燃PVC材料的阻燃性能高，发烟量低，其性能优于传统的PVC材料的相应性能，而且适合用于纺织品中。纳米级氧化锑颗用量少，而且不会阻塞机器的喷丝孔，使得纺织品能够阻燃。另外，纳米级的氧化锑材料的比表面积很大，对一些纺织品的渗透性能好，具有很强的粘附力，由此形成的纺织材料还具有很好的耐洗牢度，不易褪色。纳米氧化锑具有成本低，平均粒度小，在聚酯材料中分散均匀，相容性好等优点。
3.5EVA/二氧化硅纳米复合材料
纳米二氧化硅改性的聚合物已经获得了广泛的应用，原因是经过纳米化和改性，所获得的纳米复合材料具有质轻、高强度、高韧性等多种优点。EVA类纳米复合材料中纳米填充层在内层聚合物外面形成一层隔离层，从而强化了炭化过程，材料降解过程延长，用锥形量热计测量出的热释放速率峰值极低，阻燃性能较传统阻燃材料有大幅提高。在力学性能方面，研究表明，EVA/二氧化硅复合材料中的体积填充分数为4%时，复合材料的拉伸强度最高，约为基体的两倍，这也充分显现出了纳米技术在提升复合材料的物理机械性能方面的重要作用。
4纳米阻燃材料制备工艺进展
纳米材料的制备方法主要有以下几种。
①溶胶―凝胶法。溶胶―凝胶法是制备纳米材料比较普遍的制备方法。其流程是：将金属氧化物或金属盐溶于水中，通过水解反应后，形成溶胶状纳米级微粒，再将溶剂蒸发，之后形成凝胶物体。这样就形成了有机聚合物与无机分子相互渗透，具有多层有序结构的阻燃材料。该方法化学反应温和，无机成分和有机成分相互掺混，结构紧密，但也存在凝胶干燥时易出现材料收缩脆裂等缺点。
②共沉淀法。共沉淀法是指先期形成的无机纳米粒子与有机聚合物混合沉淀形成阻燃材料的方法。这种方法中，纳米粒子与材料合成分开制作，纳米粒子的尺寸与结构可以很好的控制，同时纳米粒子在聚合物中均匀分布，综合性能好。但该方法中纳米粒子易团聚，均匀分散纳米微粒是最大难题。共沉淀法可分为溶液共沉淀法、乳液共沉淀法与熔融共沉淀法等多种方式。
③插层法。插层法的流程是将纳米微粒制成层状，再将其插入有机聚合物层之间，导致二者达到纳米级复合。这类方法有聚合插层法、熔融插层法及溶液插层法等类型。
④原位共聚法。原位共聚法是指将纳米粒子均匀分散在溶液中，再借助加热、辐射等手段，使聚合物与纳米粒子之间发生聚合等一系列反应，最后得到纳米级分散的阻燃材料。该方法得到的阻燃材料具有粒子纳米特性好，层间焓熵势垒低等优点。
⑤原位自组装法。原位自组装法是指利用聚合物分子与纳米粒子间的分子间力、层间静电力等作用，在原位进行自组装，生成无机主晶核，最后聚合物再将生成的晶体包围在内。这种方法合成双羟基纳米复合物比较有利，纳米相能有序分布。
5纳米阻燃材料的展望
在阻燃剂领域中，无机添加型阻燃剂应用最早，用量最大。如锑系、铝系、磷系、硼系阻燃剂等等。但目前主要存在阻燃剂和基材相容性差和对物理机械性能影响较大等问题。研究表明纳米技术的利用可以提高塑料制品的阻燃性以及机械性能，加强纤维制品的阻燃性以及抗静电能力，加强橡胶制品的阻燃性以及减少其燃烧时的有毒气体的释放和发烟量。纳米阻燃材料可以在发挥无机类阻燃材料低卤或无卤、低烟、低腐蚀等优势的基础上，借助纳米技术大大提高无机类阻燃材料的综合性能。
此外纳米阻燃材料也将在提高材料的热稳定性、减少材料在使用中的团聚、增强阻燃剂和材料间的用量、粒径、层状结构的优化和复配、优化材料的储运和添加过程、提升材料的阻燃效果、促进材料的多功能化等方面得到进一步发展。在纳米阻燃复合材料的微结构及形成机理、材料的阻燃机理细节等基础理论方面加强研究，不断加速发展朝阳的纳米阻燃材料事业，有利于相关产品产业化的顺利实现和拓展。
综上所述，纳米阻燃材料具有阻燃性能好，环保效果好，并且燃烧时放出的有毒气体少，填充用量少，产品趋于多功能化发展的特点，可广泛应用于汽车、航空、电子家电等多个行业，具有很大的发展空间。但是纳米阻燃材料的发展，仍有很多亟待解决的实际问题，如纳米粒子形态的控制、纳米粒子分布工艺以及多功能化的统一等。相信随着高分子材料科学与工程技术的不断进步，随着纳米技术的出现、应用和快速发展，纳米阻燃材料研究必将会取得长足的进步，为更好地保护人民生命财产安全提供坚实的物质技术保障。
参考文献：
[1]欧育湘，陈宇，王筱梅.阻燃高分子材料[M].北京：国防工业出版社，2001.
