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建筑节能保温材料的发展及前景
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内容提示：本文介绍了无机保温材料、聚苯乙烯(EPS/XPS)有机保温材料、聚氨酯(PU)有机保温材料和复合材料在建筑应用中的优缺点,指出聚氨酯(PU)有机保温材料是目前最理想的保温材料和它的发展方向。
在全球金融危机的影响下，能源问题已成为一个突出的矛盾。我国因经济高速发展而使能源与环保问题的矛盾更加突出。（参考《建筑中文网》）建筑节能主要是降低能源消耗，同时减少环境污染。我国目前是世界上最大的建筑市场，每年新增约有20亿m2建筑，其中95%以上是高能耗建筑，若不采取节能措施，到2020年全国能源将有50%消耗在建筑上，将给国家经济和能源带来巨大损失。政府相继以法律及文件的形式出台了专项政策，大力推动建筑节能工作，建筑节能已成为我国能源可持续发展的战略决策。因此建筑节能必须与社会经济可持续发展、生态环境保护等协调发展，我们需要对建筑材料的保温隔热性能、实用价值、材料的稳定性和使用寿命、工艺技术的可靠性、生态环保性和可循环利用等方面进行重点研究和开发。
一、建筑节能保温材料的发展
（一）无机保温材料
无机保温材料以岩棉、玻璃棉和膨胀珍珠岩为主，是最先发展起来的保温材料，对建筑节能保温起到了积极的作用。无机保温材料耐酸碱、耐腐蚀、不开裂、不脱落、稳定性高，不存在老化问题，与建筑墙体同寿命。施工简便，适用范围广，适用于各种墙体基层材质和各种形状复杂墙体的保温。而且全封闭、无接缝、无空腔，没有冷热桥产生。不但可以做外墙外保温还可以做外墙内保温，或者外墙内外同时保温及屋顶的保温和地热的隔热层。防火阻燃安全性好，可广泛用于密集型住宅、公共建筑、大型公共场所、易燃易爆场所、对防火要求严格场所。还可作为防火隔离带施工，提高建筑防火标准。与新兴材料相比存在以下主要缺点：保温性能差、占地面积大；抗撞击和受压强度差；吸湿性大、环保性能差，在施工和应用中对人体有害，如玻璃棉遇潮后释放有毒气体。一些发达国家已禁止使用此类材料作保温材料。
（二）聚苯乙烯（EPS/XPS）泡沫保温材料
目前我国建筑节能有机发泡类保温材料有发泡聚苯板EPS、挤塑聚苯板XPS、喷涂聚氨酯SPU及聚苯颗粒等，辅助材料是聚合物粘结砂浆、界面处理剂或界面砂浆、专用膨胀螺钉、耐碱玻纤网和镀锌钢丝网等。塑料板材类保温材料的施工工艺一般是先粘后钉、界面处理或专用处理剂、贴网、抹抗裂砂浆等。有机保温材料具有重量轻、可加工性能好、致密性好、保温隔热效果好的特点。
聚苯乙烯（EPS/XPS）泡沫保温材料是一种热塑性材料，比无机保温材料性能更加优越，但在使用过程中逐渐暴露出它的一些缺点：EPS/XPS保温材料有空腔结构，外界空气容易通过缝隙在空腔流动而影响保温效果；抗风揭性差：EPS抗拉强度在干燥状况下，仅为0.1Mpa，浸水后的抗拉强度更低，因而EPS一般不用于高层建筑；EPS/XPS保温材料要求存放40天后才能用于施工，在实际中很难做到，所以应用EPS保温的工程易出现裂缝、墙体透湿和返水现象；EPS/XPS保温材料大都采用氟利昂发泡，易造成大气污染，遇火高温下产生熔滴，易发生二次燃烧且具有极快的火焰传播速度。因此公共场所和高层建筑采用此类保温材料必须谨慎。在美国有20多个州禁止使用聚苯乙烯泡沫用于建筑保温。在英国，18米以上建筑不允许使用EPS板作外墙保温系统。欧洲许多夹心板材厂不再生产防火性能差的EPS板且许多保险公司已禁止给EPS板作保温建筑保险。
（三）聚氨酯PU硬泡节能保温材料
聚氨酯PU硬泡节能保温材料是目前无机和有机保温材料导热系数最低的一种材料。在达到同样隔热效果条件下，它使用的保温材料厚度最小。50mm厚的PU硬泡相当于80mm厚的EPS/XPS、90mm厚的矿物棉和760mm厚的混凝土结构；PU硬泡呈闭孔结构，闭孔率高达95%以上，具有优良的防水、隔汽性能，能阻隔水及水蒸气渗透使墙体保持一个良好的稳定绝热状态，这是目前其它保温材料不具备的优点。
聚氨酯PU硬泡节能保温材料具有一定的韧性，不易产生开裂现象，耐冲击性能优良，具有较强的抵抗外力的能力。但是国内产品的的环保、阻燃和消烟性能不过关，在燃烧时易产生大量浓烟，引起人员伤亡。国内的几起火灾使人们对聚氨酯硬泡节能保温材料的防火性能产生担忧，有些地方甚至规定不许在高层及公共场所建筑使用该材料。
（四）复合型材料
复合型材料指利用处理过的农作物秸杆、具有保温性能并经无害化处理的垃圾及通过发泡等技术手段生产的空心材料等。复合材料的保温隔热效果好，它具有无机材料的很多优点：防火阻燃、变形系数小、抗老化、性能稳定、生态环保性好、保温层强度高、使用寿命长、施工难度小、工程成本低等优点，而且其原材料来源广泛、能耗低，可节约资源，提高资源的循环再利用率。但复合材料仍然处于研制开发阶段，没有市场化。
正在发展起来的新型保温材料如隔热涂料、防辐射涂料等，这些材料有一定的保温隔热效果，应用上也取得了一些进展，但其性能和应用上存在局限性：一是成本较高，二是涂层老化快，使用寿命有限。
二、建筑节能保温材料的前景
我国建筑围护结构保温性能普遍较低，外墙和窗口的热导率系数为同等发达国家的3～4倍，外墙单位建筑面积耗能要高达4～5倍。由此说明我国的建筑节能潜能很大，而在目前情况下节能首选材料就是聚氨酯PU硬泡节能保温材料。据相关报导，欧美等发达国家中建筑保温材料中约有49%采用PU材料，但在我国目前还不到10%。EPS/XPS在欧洲和美国建筑节能保温材料中占有率小于10%，在中国占80%。据国际板材制造商协会公布的资料表明，PU和PIR（聚异氰尿酸酯）板材在发达国家占建筑节能板材总消费量的73.8%，EPS/XPS只占20.6%。其中有机泡沫塑料板材达到了建筑节能材料消费量的94.4%.中国塑料加工协会PU专业委员会孟扬教授作过计算，按照中国的建筑市场每年新增建筑面积20亿m2，按65%节能标准计算，年需PU保温材料为100万t/a。对400亿m 既有建筑每年也以20亿m2 节能改造计算，每年也需100万t/aPU保温材料。可见中国的建筑节能会给PU保温材料市场带来巨大市场空间。
目前国内没有大量使用PU保温材料除了它的成本较高外还有它的防火性能差。有关学者对PU保温材料防火安全性的研究已有了一些进展。上海精洽科贸公司杨宗琨教授研制成氧指数高、火焰传播性小、烟雾小、毒性小、耐燃性好、抗火焰贯穿力强的难燃PU硬泡；南京四环研究所朱吕民教授也成功研制出了一种无卤阻燃聚醚并成功应用于PU保温材料；江苏化工研究所研制成了阻燃PU硬泡；北京理工大、中国科大、四川大学在高分子阻燃和火灾科学研究方面已取得了令人瞩目的成果。
国家建设部节能总体目标是：到2020年北方和沿海经济发达地区新建筑实现节能65%。PU硬泡是实现国家建筑节能目标不可缺少的一种理想建筑保温材料。聚氨酯PU硬泡作为外墙保温材料必须做到节能与安全、保温与防火两者并重，缺一不可。今后努力的方向是：在原有的基础上生产出防火性能好、低成本且环保的产品。 来源: 《建筑中文网》.
一、建筑节能保温材料的发展
（一）无机保温材料
无机保温材料以岩棉、玻璃棉和膨胀珍珠岩为主，是最先发展起来的保温材料，对建筑节能保温起到了积极的作用。无机保温材料耐酸碱、耐腐蚀、不开裂、不脱落、稳定性高，不存在老化问题，与建筑墙体同寿命。施工简便，适用范围广，适用于各种墙体基层材质和各种形状复杂墙体的保温。而且全封闭、无接缝、无空腔，没有冷热桥产生。不但可以做外墙外保温还可以做外墙内保温，或者外墙内外同时保温及屋顶的保温和地热的隔热层。防火阻燃安全性好，可广泛用于密集型住宅、公共建筑、大型公共场所、易燃易爆场所、对防火要求严格场所。还可作为防火隔离带施工，提高建筑防火标准。与新兴材料相比存在以下主要缺点：保温性能差、占地面积大；抗撞击和受压强度差；吸湿性大、环保性能差，在施工和应用中对人体有害，如玻璃棉遇潮后释放有毒气体。一些发达国家已禁止使用此类材料作保温材料。
（二）聚苯乙烯（EPS/XPS）泡沫保温材料
目前我国建筑节能有机发泡类保温材料有发泡聚苯板EPS、挤塑聚苯板XPS、喷涂聚氨酯SPU及聚苯颗粒等，辅助材料是聚合物粘结砂浆、界面处理剂或界面砂浆、专用膨胀螺钉、耐碱玻纤网和镀锌钢丝网等。塑料板材类保温材料的施工工艺一般是先粘后钉、界面处理或专用处理剂、贴网、抹抗裂砂浆等。有机保温材料具有重量轻、可加工性能好、致密性好、保温隔热效果好的特点。
聚苯乙烯（EPS/XPS）泡沫保温材料是一种热塑性材料，比无机保温材料性能更加优越，但在使用过程中逐渐暴露出它的一些缺点：EPS/XPS保温材料有空腔结构，外界空气容易通过缝隙在空腔流动而影响保温效果；抗风揭性差：EPS抗拉强度在干燥状况下，仅为0.1Mpa，浸水后的抗拉强度更低，因而EPS一般不用于高层建筑；EPS/XPS保温材料要求存放40天后才能用于施工，在实际中很难做到，所以应用EPS保温的工程易出现裂缝、墙体透湿和返水现象；EPS/XPS保温材料大都采用氟利昂发泡，易造成大气污染，遇火高温下产生熔滴，易发生二次燃烧且具有极快的火焰传播速度。因此公共场所和高层建筑采用此类保温材料必须谨慎。在美国有20多个州禁止使用聚苯乙烯泡沫用于建筑保温。在英国，18米以上建筑不允许使用EPS板作外墙保温系统。欧洲许多夹心板材厂不再生产防火性能差的EPS板且许多保险公司已禁止给EPS板作保温建筑保险。
（三）聚氨酯PU硬泡节能保温材料
聚氨酯PU硬泡节能保温材料是目前无机和有机保温材料导热系数最低的一种材料。在达到同样隔热效果条件下，它使用的保温材料厚度最小。50mm厚的PU硬泡相当于80mm厚的EPS/XPS、90mm厚的矿物棉和760mm厚的混凝土结构；PU硬泡呈闭孔结构，闭孔率高达95%以上，具有优良的防水、隔汽性能，能阻隔水及水蒸气渗透使墙体保持一个良好的稳定绝热状态，这是目前其它保温材料不具备的优点。
聚氨酯PU硬泡节能保温材料具有一定的韧性，不易产生开裂现象，耐冲击性能优良，具有较强的抵抗外力的能力。但是国内产品的的环保、阻燃和消烟性能不过关，在燃烧时易产生大量浓烟，引起人员伤亡。国内的几起火灾使人们对聚氨酯硬泡节能保温材料的防火性能产生担忧，有些地方甚至规定不许在高层及公共场所建筑使用该材料。
（四）复合型材料
复合型材料指利用处理过的农作物秸杆、具有保温性能并经无害化处理的垃圾及通过发泡等技术手段生产的空心材料等。复合材料的保温隔热效果好，它具有无机材料的很多优点：防火阻燃、变形系数小、抗老化、性能稳定、生态环保性好、保温层强度高、使用寿命长、施工难度小、工程成本低等优点，而且其原材料来源广泛、能耗低，可节约资源，提高资源的循环再利用率。但复合材料仍然处于研制开发阶段，没有市场化。
正在发展起来的新型保温材料如隔热涂料、防辐射涂料等，这些材料有一定的保温隔热效果，应用上也取得了一些进展，但其性能和应用上存在局限性：一是成本较高，二是涂层老化快，使用寿命有限。
二、建筑节能保温材料的前景
我国建筑围护结构保温性能普遍较低，外墙和窗口的热导率系数为同等发达国家的3～4倍，外墙单位建筑面积耗能要高达4～5倍。由此说明我国的建筑节能潜能很大，而在目前情况下节能首选材料就是聚氨酯PU硬泡节能保温材料。据相关报导，欧美等发达国家中建筑保温材料中约有49%采用PU材料，但在我国目前还不到10%。EPS/XPS在欧洲和美国建筑节能保温材料中占有率小于10%，在中国占80%。据国际板材制造商协会公布的资料表明，PU和PIR（聚异氰尿酸酯）板材在发达国家占建筑节能板材总消费量的73.8%，EPS/XPS只占20.6%。其中有机泡沫塑料板材达到了建筑节能材料消费量的94.4%.中国塑料加工协会PU专业委员会孟扬教授作过计算，按照中国的建筑市场每年新增建筑面积20亿m2，按65%节能标准计算，年需PU保温材料为100万t/a。对400亿m 既有建筑每年也以20亿m2 节能改造计算，每年也需100万t/aPU保温材料。可见中国的建筑节能会给PU保温材料市场带来巨大市场空间。
目前国内没有大量使用PU保温材料除了它的成本较高外还有它的防火性能差。有关学者对PU保温材料防火安全性的研究已有了一些进展。上海精洽科贸公司杨宗琨教授研制成氧指数高、火焰传播性小、烟雾小、毒性小、耐燃性好、抗火焰贯穿力强的难燃PU硬泡；南京四环研究所朱吕民教授也成功研制出了一种无卤阻燃聚醚并成功应用于PU保温材料；江苏化工研究所研制成了阻燃PU硬泡；北京理工大、中国科大、四川大学在高分子阻燃和火灾科学研究方面已取得了令人瞩目的成果。
国家建设部节能总体目标是：到2020年北方和沿海经济发达地区新建筑实现节能65%。PU硬泡是实现国家建筑节能目标不可缺少的一种理想建筑保温材料。聚氨酯PU硬泡作为外墙保温材料必须做到节能与安全、保温与防火两者并重，缺一不可。今后努力的方向是：在原有的基础上生产出防火性能好、低成本且环保的产品。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201104/14840.htm
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