聚氨酯保溫材料在建筑節(jié)能領域應用發(fā)展趨勢
日期：2014-06-20
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自公安部消防局2012年第350號公布，正式取消執(zhí)行65號文以后，國內(nèi)保溫材料市場已出現(xiàn)明顯變化：A級無機保溫材料市場明顯下降，有機保溫材料明顯上升，PU建筑保溫材料產(chǎn)能、產(chǎn)量和市場均出現(xiàn)了空前增長勢頭。B1級聚氨酯噴涂保溫材料、PU無機復合板材和結構型阻燃PU保溫材料等材料將有巨大市場發(fā)展空間。
PU建筑保溫材料行業(yè)應不斷進行技術提升，行業(yè)自律，保證品穩(wěn)定，使其保持持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展勢頭。本文對我國PU保溫材料在建筑節(jié)能領域中的應用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢做一介紹，供同行參考。，
1、 新政策的頒布為PU建筑保溫材料推廣應用鋪平道路
2012年12月3日，公安部消防局發(fā)布了《關于民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關事項的通知》，即公安部消防局2012年第350公告，決定從即日起不再執(zhí)行2011年3月14日頒布的65號文。350號文的發(fā)布意味著從防火安全政策層面上，明確了PU外墻保溫材料未來允許用于建筑外墻保溫系統(tǒng)，從而給PU保溫材料迎來了來之不易的發(fā)展契機。
2012年3月3日，北京市公安局、北京市住房和城鄉(xiāng)建委、北京市規(guī)劃委聯(lián)合頒布了關于加強老舊小區(qū)綜合改造工程外保溫材料使用與消防安全管理工作的通知。
該文件中對加強建筑外保溫材料的使用管理要求規(guī)定，對北京市老舊小區(qū)綜合改造的建筑外保溫工程中，應采用燃燒性能為A級的保溫材料以及燃燒性能為“復合A級的熱固性保溫材料”。根據(jù)該文件規(guī)定，對于北京市既有建筑改造項目，可允許使用A級和復合A級熱固性保溫材料。
“A級復合熱固性材料”的防火阻燃性能等效于A級無機阻燃材料。按此規(guī)定，復合熱塑性材料即使達到了阻燃A級也不能使用。此規(guī)定是吸取了我國近年來發(fā)生的幾次重大火災的深刻教訓。是有充分依據(jù)的，也是符合客觀規(guī)律的。
2012年6月20日，新疆維吾爾自治區(qū)公安廳與住房和城鄉(xiāng)建設廳發(fā)布了有關《新疆維吾爾自治區(qū)建筑外保溫材料防火暫行規(guī)定》的通知（新公通[2012]69號文）。在該文件中規(guī)定，對非幕墻式住宅建筑和其它民用建筑以及幕墻式建筑：當采用B1級熱塑性保溫材料時，必須設置水平防火隔離帶。在相同條件下，當采用熱固性保溫材料時，均無需要求設置防火隔離帶。注明熱塑性保溫材料指模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）和擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）。熱固性保溫材料指改性聚氨酯板和改性酚醛板。新公通[2012]69號文明確了熱塑性保溫材料與熱固性保溫材料在防火性能上的差別。
2012年11月27日，江蘇省省公安廳、省住房和城鄉(xiāng)建設廳聯(lián)合下發(fā)《江蘇省建筑外墻保溫材料防火暫行規(guī)定》，規(guī)范新建、改建和擴建民用建筑外墻保溫材料的防火設計及使用。
在該文件針對建筑外墻種類、高度以及使用性質(zhì)等分別進行規(guī)范。當建筑外墻保溫材料與基層墻體、裝飾層之間無空腔時，住宅建筑高度大于54m時其保溫材料的燃燒性能為A級，建筑高度不大于54m時其保溫材料的燃燒性能不低于B1級。建筑外墻采用內(nèi)保溫系統(tǒng)時，人員密集場所及各類建筑的疏散樓梯間、避難走道、避難間、避難層，采用A級保溫材料，其他建筑、場所或部位，采用低煙、低毒且燃燒性能不低于B1級的保溫材料。其中還特別針對建筑外墻保溫系統(tǒng)的施工要求作出明確。
2012年12月，標準化管理委員會正式發(fā)布了一系列消防安全的標準，其中包括有公安部四川消防研究所負責修訂的強制性標GB8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》，和由公安部四川消防所負責編制推薦行國標GB/T29416-2012《建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能實驗方法》，這兩項國標也從2013年10月1日開始正式實施。
2、保溫市場聚氨酯應用情況
硬泡聚氨酯在建筑外圍護結構中規(guī)模化使用是在2003年左右開始的。2003年~2005年期間，硬泡聚氨酯都是以噴涂形式應用于建筑物屋面防水保溫一體化體系中的。這期間EPS和XPS占據(jù)著大部分的市場份額，硬泡聚氨酯在建筑外墻保溫節(jié)能的市場占有率僅有1%左右。
2005年~2007年，硬泡聚氨酯復合板的出現(xiàn)彌補了噴涂硬泡聚氨酯存在的一些如飛沫、表面結皮不平整等小問題。不過，行業(yè)內(nèi)能生產(chǎn)硬泡聚氨酯復合板的企業(yè)屈指可數(shù)。在行業(yè)內(nèi)幾家知名企業(yè)的推動下，硬泡聚氨酯行業(yè)的個國標GB50404-2007《硬泡聚氨酯保溫防水工程技術規(guī)范》得以成功編制，標準的編制使得聚氨酯在市場推廣方面有了長足的發(fā)展，許多地區(qū)建委開始接受該產(chǎn)品，并愿意在當?shù)剡M行推廣和使用。至此，硬泡聚氨酯在建筑保溫節(jié)能領域的市場占有率也提高到了3%左右，且呈逐年遞增的趨勢。
2008年~2010年，在新建建筑外墻外保溫及屋面保溫中，由于聚氨酯硬質(zhì)復合板價格等諸多因素，市場占有率并沒能達到預期的份額，大部分的保溫材料仍然是聚苯乙烯塑料制品。但在各地糧庫、鳥巢等重大項目的屋面防水保溫方面，聚氨酯硬泡噴涂的市場占有率則比較高。
2009年2月央視大火發(fā)生，緊接著2010年11月上海靜安區(qū)公寓樓發(fā)生大火。然而該公寓樓外保溫施工使用的硬泡聚氨酯噴涂材料是使用的易燃聚氨酯的劣質(zhì)產(chǎn)品。這凸顯出行業(yè)內(nèi)個別企業(yè)責任心喪失、唯利是圖、低價以次充好的現(xiàn)象，影響十分惡劣，對整個聚氨酯行業(yè)的沖擊非常大。
央視大火之后，公安部和住房和城鄉(xiāng)建設部共同印發(fā)了《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》（公通字[2009]46號）的通知，上海大火過后，國務院出臺了《國務院關于加強和改進消防工作的意見》（國發(fā)[2011]46號），兩次大火的發(fā)生，公安消防部門也加大了對新建項目的審圖和檢驗力度，無機材料的使用率越來越高，此刻，我們根據(jù)多年時間經(jīng)驗，聯(lián)合相關專家共同提出了復合A級的概念，將硬泡聚氨酯優(yōu)質(zhì)的防火燃燒性能讓更多的人知道，并扭轉了硬泡聚氨酯在保溫行業(yè)的局勢，成功的拓展硬泡聚氨酯在2012年的保溫市場占有情況，達到了10%左右，各地硬泡聚氨酯的使用率都呈現(xiàn)快速增長趨勢。
2012年北京市率先開展了老舊小區(qū)綜合改造重大惠民工程，北京市住房和城鄉(xiāng)建設委員會專門聯(lián)合北京市公安局和北京市規(guī)劃委員會發(fā)布了《關于加強老舊小區(qū)綜合改造工程外保溫材料使用與消防安全管理工作的通知》（京公消字[2012]391號），該文件的發(fā)布，使外保溫市場競爭機制更加完善和合理化，也使硬泡聚氨酯的價格處于合理的競爭價格之內(nèi)。該文件的出臺進一步提高了硬泡聚氨酯的認知度，在2012年全年的北京市老舊小區(qū)綜合改造重大項目中的硬泡聚氨酯的市場占有率達到了65%。
據(jù)不完全統(tǒng)計，就在2012年一年時間內(nèi)，硬泡聚氨酯復合板生產(chǎn)企業(yè)爆發(fā)式增加到250多家，然而爆發(fā)式的增長，必定帶來部分素質(zhì)低、責任心差的企業(yè)，面對硬泡聚氨酯在2012年市場出現(xiàn)的發(fā)展機遇，這些企業(yè)卻為了追逐眼前利益，以允好次，低價惡意進入市場，使用不合格產(chǎn)品謀取爆利，終導到出現(xiàn)了板材收縮，外墻開裂和現(xiàn)場著火等嚴重低級事故，給整個聚氨酯保溫行業(yè)帶來了非常不好的負面影響。因此，呼吁在當前市場機遇面前，行業(yè)內(nèi)所有企業(yè)加強企業(yè)的責任心，嚴格行業(yè)自律，每個企業(yè)都要共同維護這個來之不易的市場機遇，共同開發(fā)、維護和拓展市場。
3節(jié)能減排、綠色建筑為PU建筑保溫材料迎來巨大商機
3.1 節(jié)能減排為PU外墻保溫材料迎來新的發(fā)展機遇
在金融危機影響下，我國國民經(jīng)濟能否保持持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展速度，能源問題已成為一個突出矛盾。我國目前是上大的建筑市場，我國既有建筑面積400億m2，每年新增建筑量20億m2，而目前我國新建筑中95%以上仍是高能耗建筑，建筑能耗已經(jīng)達到全社會能耗的27%。若不采取節(jié)能措施，到2020年將有50%能源消耗在建筑上。據(jù)有關部門統(tǒng)計，我國建筑圍護結構保溫性能普遍較低，外墻和窗口的熱導率系數(shù)為同等發(fā)達的3~4倍，外墻單位建筑面積耗能要高出4~5倍，我國建筑單位面積總熱量為氣候條件接近的發(fā)達高出2~5倍，由此表明我國建筑節(jié)能的潛能很大。根據(jù)建設部建筑節(jié)能的總體目標：未來幾年，城鎮(zhèn)新建建筑實現(xiàn)節(jié)能50%，對既有建筑節(jié)能改造大城市完成25%，中等城市完成15%，小城市完成10%；到2020年北方和沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)新建筑實現(xiàn)節(jié)能65%。
我國建設部等部委已制訂了建筑節(jié)能三年實施計劃，規(guī)定從2010年7月1日開始，強制推行北京、天津、大連、青島、上海、深圳等六大城市所有建筑要一步達到節(jié)能65%的標準。到2020年新建建筑東部地區(qū)實現(xiàn)節(jié)能75%，中西部地區(qū)實現(xiàn)節(jié)能65%，對大部分建筑完成節(jié)能改造。我國建筑節(jié)能任務巨大。我國地域廣闊，冬寒夏熱的情況十分突出，再加上我國建筑物的保溫隔熱和氣密性能很差，采暖系統(tǒng)熱效率低，單位住宅建筑面積采暖能耗為發(fā)達的3倍。
以北京市為例，2013年1月1日，北京市宣布執(zhí)行75%的建筑節(jié)能標準，這是一個對行業(yè)利好的信息。經(jīng)過計算，180mm厚混凝土墻體，達到75%節(jié)能要求，常用保溫材料使用厚度如下表1。
表1 75%節(jié)能要求下各類常用保溫材料所需厚度
項目PU巖棉EPSXPS發(fā)泡水泥
3層以下90mm150mm140mm120mm≥300 mm
4-8層75mm120mm110mm95mm290mm
9層以上60mm105mm100mm85mm255mm
從表中可以看出，相比較其他材料，硬泡聚氨酯材料擁有絕對的優(yōu)勢。
此外，2013年3月份，北京市住房和城鄉(xiāng)建設委員會給北京市老舊小區(qū)專項改造備案的所有企業(yè)開會，會議精神要求：“今年復合A級硬泡聚氨酯復合板，到現(xiàn)場后必須是厚抹灰，現(xiàn)場的每張板必須都是能通過復合A級檢測的，而且芯材必須是B1級”，這次會議帶給了聚氨酯企業(yè)帶了更大的挑戰(zhàn)，企業(yè)必須改進生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，以應對這次的改變。同時，當前行業(yè)內(nèi)各企業(yè)必須聯(lián)合起來，共同維護硬泡聚氨酯難得的市場機遇，共同迎接新的挑戰(zhàn)。
來自當前保障房和舊房改造重大項目、節(jié)能標準的進一步提高等政策刺激，硬泡聚氨酯未來發(fā)展空間仍然巨大，同時未來的發(fā)展是機遇和挑戰(zhàn)并存，企業(yè)自身要繼續(xù)提高硬泡聚氨酯產(chǎn)品的各方面性能，勇于面對和克服新的挑戰(zhàn)。
3.2綠色建筑助力外墻保溫材料發(fā)展
據(jù)有關資料報導，使用一立方米PU保溫材料，一年能減少CO2排放量270公斤。按1年消耗100萬噸PU保溫材料計算，則一年可減少CO2排放量700萬噸。到2030年建筑節(jié)能采用保溫處理后，將使溫室氣體減排達到56億噸。由此可知，PU保溫材料在建筑節(jié)能領域中的推廣應用，無疑對改善空氣環(huán)保質(zhì)量，并為提高日常生活水平，創(chuàng)造優(yōu)良的環(huán)保環(huán)境將起著十分重要作用。
住房和城鄉(xiāng)建設部仇付部長指出，綠色建筑作為建筑領域一種發(fā)展趨勢，在已不可逆轉，而且發(fā)展會越來越快，要讓綠色建筑理念和技術覆蓋所有建筑。綠色建筑理念的提出和實施將改變?nèi)藗儗ㄖ藴实膫鹘y(tǒng)思維模式，也極大地糾正目前對建筑領域中出現(xiàn)提出某些性能標準的片面要求。這將是建筑領域的一場新的革命。
所謂綠色建筑在一定意義上可理解為以節(jié)能減排為重點，具有輻射帶動作用的低能耗示范建筑，因此綠色建筑必須做到建筑節(jié)能標準要求。住建部要求到2014年，所有直轄市、計劃單列市的保障房建設均應達到綠色建筑標準。據(jù)媒體報導，發(fā)改委、住建部正在加緊制定“綠色節(jié)能建筑行動方案”，計劃力爭在“十二五”期間對57億平方米建筑進行節(jié)能改造，力爭在“十二五”期間綠色建筑面積達到10億平方米。無疑將給PU建筑保溫材料帶來巨大商機。
4防火質(zhì)量安全和市場激烈競爭為PU外墻保溫材料帶來新挑戰(zhàn)
我國近年來發(fā)生的幾次重大火災事故給我們帶來深刻的教訓。CCTV和沈陽皇朝萬鑫酒店大樓的外保溫材料均為聚苯板，此種保溫材料在真實火災發(fā)生時，表現(xiàn)為極快的火焰蔓延速度。這是由于聚苯板在燃燒狀態(tài)下，存在以下四方面缺陷：（1）燃點低（80~100℃），極易被點燃；（2）在火災燃燒狀態(tài)下，極易產(chǎn)生熔滴。其熔滴物滴到未燃部位，極易產(chǎn)生二次火焰，快速擴展火災蔓延速度；（3）體積快速收縮，形成空穴，引起爆燃；（4）在火災發(fā)生時，由于熔滴物不斷快速下落，消防人員難以在現(xiàn)場及時撲救火災。2010年11月15日，上海膠州路教師公寓發(fā)生特大火災事故，人員傷亡慘重。這是建國以來上海為慘痛的一次由火災引起的傷亡事故，雖然事故的主要原因國務院已做出了明確定論，但其負面影響已波及甚至。
由這三次火災事故中應深刻吸取教訓：（1）對高層和超高層建筑，聚苯板（EPS和XPS）和其它熱塑性保溫材料必須慎重或禁止使用；（2）對高層和超高層建筑，鋁塑板和輕金屬板材，此類保溫材料的火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O快，必須慎重使用；（3）對高層和超高層建筑采用的保溫材料，其燃燒產(chǎn)物煙密度和毒性氣體成分必須給予高度重視。
此外，不同材料在防火阻燃標準上采用同一標準指標要求并不科學，以發(fā)泡聚苯板(EPS)、擠塑板(XPS)為例，這些材料達到B1級后，其氧指數(shù)可以輕松超過32，但聚氨酯卻很難達到氧指數(shù)30的成本較高，然而，對于EPS、XPS等材料，聚氨酯的氧指數(shù)低并不意味著防火性能低。硬泡聚氨酯屬于熱固性保溫材料，遇火燃燒時，其表面形成碳化層，碳化層能夠阻止火焰蔓延。而EPS和XPS屬于熱塑性材料，遇火時會熔化、滴落，而這些滴落物同樣也能夠燃燒。
關鍵問題在于，火災并非僅僅是保溫材料引起的，應該把建筑本身作為一個系統(tǒng)來考量，整個系統(tǒng)的防火性能如何，施工管理和日常維護等都非常關鍵，一味強調(diào)建筑材料本身的防火等級意義不大。工地現(xiàn)場管理混亂，不合格產(chǎn)品上墻監(jiān)管不力，是造成火災的主要因素。
5當前PU材料市場發(fā)生問題的解決方案
目前正被廣泛應用的沒有進過結構改性的聚氨酯材料，卻存有嚴重的火災隱患問題。現(xiàn)在的關鍵是要對聚氨酯有機保溫材料進行脫胎換骨的改性，即通過對聚氨酯材料的化學分子結構的改性，使其既保留佳高效節(jié)能保溫功能，又能通過絕熱隔熱碳化層結構實現(xiàn)防火功能，我們必須從節(jié)能與防火兩難矛盾的困境中走出來，實現(xiàn)建筑節(jié)能和防火安全同步協(xié)調(diào)發(fā)展的道路。
自從頒布外墻保溫燃燒性能新的標準后，為PU硬泡沫保溫材料應用帶來了新的應用機遇。但未經(jīng)阻燃處理的聚氨酯泡沫塑料是可燃物，且燃燒時產(chǎn)生大量的有毒煙霧，給滅火帶來困難。國內(nèi)外已經(jīng)報道了多起硬質(zhì)聚氨酯保溫材料造成巨大經(jīng)濟損失和人員傷亡的火災案例。提高泡沫的阻燃性能是消除PU泡沫發(fā)生火災隱患的重要手段。
PU 阻燃技術發(fā)展主要有添加型阻燃劑和結構型阻燃聚醚兩種，在組合料配方中添加阻燃劑，可使得PU硬泡的阻燃性能得以明顯提高，但這種添加型阻燃劑的引入在PU反應中不參與反應，僅以填充劑形式存在于泡沫壁中，會破壞泡沫基材結構，從而降低泡沫壓縮強度，高低溫尺寸穩(wěn)定性等物理機械性能。而外墻外保溫體系由于是直接暴露在自然環(huán)境下，無論是從防水、防風和防曬等耐候的角度，還是從視覺觀瞻的角度，都不允許出現(xiàn)裂縫、泡鼓甚至脫落等現(xiàn)象，因此對保溫板的尺寸穩(wěn)定性要求很高，否則會由于板材變形而造成整個體系的質(zhì)量隱患。
為達到PU硬泡沫材料在阻燃性能與尺寸穩(wěn)定性方面的兼?zhèn)洌植粻奚黀U泡沫本身的節(jié)能效果，使聚氨酯成為優(yōu)質(zhì)的低煙、低毒且阻燃的建筑節(jié)能保溫材料。近年來，國內(nèi)外企業(yè)都開展了相關研究，各種類型的阻燃聚醚相繼問世，這些產(chǎn)品的出現(xiàn)不僅大大提高了PU硬泡的阻燃性能，而且與添加型阻燃劑相比可明顯改善泡沫的物理機械性能，從而有力的提高了整個聚氨酯硬泡行業(yè)技術發(fā)展水平。
江蘇綠源新材料有限公司采用密胺和磷系化合物為主原料，研制開發(fā)了PB系列結構型阻燃聚醚，該產(chǎn)品具有很高的N和P含量，較高的官能度（f>4）且分中含有大量的雜環(huán)結構，,以其為主要原料所制得的泡沫具有優(yōu)良的物理機械性能、出色的絕熱保溫性能，同地依靠泡沫本身的分子結構和鏈段中所含的阻燃基團達到阻燃效果，而不需大量使用添加型的阻燃劑。這就從本質(zhì)上避免了普通聚氨酯因為添加阻燃劑而帶來的兩項嚴重問題：（1）因為阻燃劑隨著時間而游離造成泡沫的阻燃缺乏耐久性；（2）阻燃劑會嚴重影響聚氨酯泡沫的性能指標而帶來普通聚氨酯復合板的尺寸變形。加之分子結構中沒有引入鹵素，也不需添加含鹵素阻燃劑，泡沫燃燒時的煙氣釋放量極低，真正做到了阻燃，節(jié)能、抑煙、無毒和型穩(wěn)于一體。
6硬泡聚氨酯在未來建筑外保溫應用中的幾種施工工藝
就目前來說，硬泡聚氨酯在綠色節(jié)能建筑中的應用主要表現(xiàn)為建筑物的外墻外保溫。現(xiàn)將這些施工工藝應用情況歸納總結為5種，并將其特點簡要分析如下，供大家參考。
(1)外墻噴涂聚氨酯硬泡
有的地區(qū)在外墻面上噴涂聚氨酯硬泡，其厚度在2-3
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