摘要:综述了以聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫和酚醛泡沫塑料为代表的轻质聚合物泡沫保温材料的发展状况。
关键词:保温材料;泡沫聚合物;聚氨酯泡沫;聚乙烯泡沫;酚醛泡沫
保温材料是指对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体。泡沫聚合物是气体分散于固体聚合物中所形成的聚合体。泡沫聚合物的热传递作用主要是传导传递,不发生对流作用,辐射传递很小。它的热导率主要取决于气泡内部气体的热导率,在低温条件下,其热导率进一步降低,因此,它具有很好的保温隔热功能。其中硬质泡沫塑料以其强度、质量轻和闭孔率高的特点特别适合作为冰箱、冷柜、冷库和冷藏车辆等低温设施的保温材料[1]。各种泡沫塑料通过双面加贴沥青纸、铝箔、彩钢板制成复合夹心板材以及加入纤维、填料和空心微球等可制成增强泡沫塑料。泡沫聚合物与其它材质所构成的复合材料除具有很好的保温隔热功能以外,还表现出多种优异的性质,它们已经被广泛用于化工生产、房屋建筑、食品工业、能源输送等众多领域。
1 聚氨酯泡沫保温材料
聚氨酯(PU)树脂是由异氰酸酯与聚酯树脂或聚醚树脂反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。聚氨酯材料性能优异,用途广泛,制品种类多,其中尤以聚氨酯泡沫塑料的用途最广。20世纪中期,德国首先成功研制聚氨酯泡沫塑料,其采用廉价的石油化工产品环氧丙烷等作为多元醇的原料,大大降低了聚醚和聚酯的生产成本,使聚氨酯泡沫塑料获得了飞速发展[2]。
硬质聚氨酯泡沫(简称PURF)目前仍然是固体材料中隔热性能最好的保温材料之一。其泡孔结构由无数个微小的闭孔所组成,这些微孔互不相通,因此该材料不吸水、不透水,带表皮的PURF的吸水率为零。该材料既保温又防水,是保温防水双全材料,应用在屋顶和墙体上,可代替传统的防水层和保温层,具有一材双用之功效,以下对其性能和使用效果作简要论述:
a 优良的隔热保温性能
因Pu硬泡在成型过程中以氟利昂(F11)为发泡剂,在形成的均匀致密的封闭孔中充满了F11气体,使其具有极低的导热系数(0.0077W/m•K),仅为空气的1/3。据测算,30ram 硬泡的隔热效果与110ram珍珠石,130mm水泥蛭石,或(165~142)rfUTl泡沫混凝土相当。
b 独特的抗水渗透性能
PU硬泡是闭孔率高达92% 以上的结构致密的微孔泡沫体,吸水率极低(<0.2kg/m2,具有一定的弹性、伸长率和很强的粘接性,能与金属、木材、水泥等多种材料牢固粘合,在施工中采用直接喷涂或浇铸成型技术,没有拼接缝,保温层与基层能形成整体,既不会脱层开裂,也不会由于基层产生一定的变形、裂纹,造成泡沫体破裂。
c 较高的机械强度和抗老化、耐用性
因PU硬泡材质自身物理强度较高,具有均匀致密的闭孔结构,所以泡沫体具有较高的机械强度,其抗压强度相当于水泥蛭石。而且PU硬泡具有很好的稳定性,在长期使用中不会发生体积变形和强度变形,因而Pu硬泡完全可以直接承受坡屋面彩瓦及上人检修的荷载。同时,由于PU硬泡物理化学性能稳定,泡沫闭孔结构防止了水分及其它液体、气体侵透和微生物的滋生,从而延缓了泡沫体的老化。据测定其湿抗老化期为l6年,热老化期为6o年。根据国外资料表明,用PU硬泡作屋面绝热层的学校,使用l0年后,其导热系数为0.025W/m•K,水分含量为0.034V,容量为32kg/mL引。
聚氨脂硬质泡沫塑料将传统的绝热、防水层合二为一,近年来逐步推广应用到房屋建设中。其以轻质、绝热、防水等方面的优异性能,代替了传统的隔热、保温、防水做法,特别适合于现浇混凝土坡屋面。既减轻了屋面荷载,又保障了屋面不渗漏、隔热、保温、节能,为现浇混凝土坡屋面保温、防水提供了一条可靠的施工方法。发达国家(如欧美)的PURF有6o%作为节能材料用在建筑上,而我国的聚氨脂硬质泡沫塑料6o% 以上主要用于冰箱、冰柜的隔热保温 J。近几年该材料在建筑上开始使用,如:国家大型储备粮库的屋顶采用该材料作为防水保温层。由于PURF的导热系数仅为(0.020~0.073)w/(m•K),因此将该材料应用于建筑物的屋顶、墙体、地面作为节能保温材料,其节能效果将非常显著[5l。
目前,这种保温材料使用的发泡剂F11(一氟三氯甲烷),因其破坏臭氧层和引起温室效应即将被禁用。而寻找经济适用、环保型的发泡剂替代F11早在80年代已成为世界的热门研究课题。目前,联合国环保署推荐使用的主要是141b和环戊烷。但141b分子中仍有氟和氯原子,臭氧层潜耗值ODP=0.11,所以只能过渡性的替代F11,最终将和F11一起被禁用。有关无氟复合发泡剂的复配研究已经有了一些进展,如:周春雨等开发的天然高分子与水复合的发泡剂。该发泡剂是一种以水为基的含OH根离子的几种高分子原料组合,通过一定的比例混合搅拌的一种高分子复合物。该产品完全无氟,ODP= 0,以它为发泡剂结合其它各种复配材料所产生的聚氨酯硬质塑料的保温性能、表观密度、压缩性能、水蒸气透湿系数、吸水率等多种物理性能指标基本达到含氟产品的水平[6]。
由于聚氨脂泡沫塑料燃烧产烟量大、烟气毒性大、产品很难达到消防安全要求,特别在一些对消防要求高的场所,其使用受到了一定的限制。在欧美日等发达国家其生产和应用比例已呈下降趋势。
2 聚乙烯(PE)泡沫塑料
1941年,美国杜邦公司首先制成聚乙烯泡沫塑料。随着工艺技术和制造设备的发展以及聚乙烯泡沫塑料具有良好的物理和化学性能,目前它已经成为一个产品多样、生产量大、应用面宽的泡沫塑料品种。主要有模压发泡、挤出发泡等生产工艺,又分非交联和交联两种。
聚乙烯泡沫塑料具有闭孔结构特点、热导率低、吸湿和透湿性小、抗腐蚀、不吸湿、吸收冲击性好和优良的电绝缘性能等,可用于建筑物、冷藏汽车、冷藏火车的保温隔热材料以及电子产品。又由于其毒性极低,可直接与食品接触,应用范围越来越广。聚乙烯泡沫塑料的最高使用温度为80℃,根据有关资料显示,经交联的聚乙烯泡沫塑料最高使用温度可达到100oC左右。它可用于空调系统通风管道、工业管道、容器、房屋建筑等的常温或低温下的保温隔热。
目前,聚乙烯泡沫塑料的进展也是以轻质复合材料的开发为主,采用聚乙烯为轻骨料,结合硅酸盐水泥等材料,可以制备出质轻、导热系数小、吸水性低、抗冻融性好和膨胀系数较大的轻型建筑保温材料,可以满足冷库和一般建筑的保温隔热需要-7 ;另外,由于聚乙烯具有优良的加工性能,以聚乙烯为主料添加其它高分子弹性体制成橡塑复合泡沫材料,可改善聚乙烯泡沫塑料的柔韧性,通过过融等方式可很轻易地在表面复合布料、铝箔等柔性面料等二次加工使其制品更具个性化和更广阔的使用领域。由于聚乙烯自身防火性能较差,聚乙烯泡沫塑料要达到建筑所需要的防火性能要求,须添加大量的阻燃剂,使其各项物理性能大幅下降;同时因使用温度较低和原料较贵,其使用领域也受到一定限制。
摘要: 本文就当前我国常用的外墙保温技术及节能材料加以论述。在大力推广外墙保温技术的同时,要加强新型节能材料的开发和利用,从而使建筑节能真正得以实施。
关键词: 建筑材料 建筑节能
建筑节能是执行国家环境保护和节约能源政策的主要内容,是贯彻国民经济可持续发展的重要组成部分。国家建设部在1995年颁布了《城市建筑节能实施细则》等文件,把《民用建筑节能设计标准〈采暖居住建筑部分〉》JGJ26-95列为强制性标准,同时建设部又于2000年10月1日发布了第76号令《民用建筑节能管理规定》,对不符合节能标准的项目,不得批准建设。
在这样一系列的节能政策、法规、标准和强制性条文的指导下,我国住宅建设的节能工作不断深入,节能标准不断提高,引进开发了许多新型的节能技术和材料,在住宅建筑中大力推广使用。但我国目前的建筑节能水平,还远低于发达国家,我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3倍~5倍。北方寒冷地区的建筑采暖能耗已占当地全社会能耗的20%以上,且绝大部分都是采用火力发电和燃煤锅炉,同时给环境带来严重的污染。所以建筑节能还是本世纪我国建筑业的一个重要的课题。
在建筑中,外围护结构的热损耗较大,外围护结构中墙体又占了很大份额。所以建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节,发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。
1 外墙保温技术
节能保温墙体施工技术主要分为外墙内保温和外墙外保温两大类。
1.1 内保温技术及其特点
外墙内保温施工,是在外墙结构的内部加做保温层。内保温施工速度快,操作方便灵活,可以保证施工进度。内保温应用时间较长,技术成熟,施工技术及检验标准是比较完善的。在2001年外墙保温施工中约有90%以上的工程应用内保温技术。
被大面积推广的内保温技术有:增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板、内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法。
但内保温会多占用使用面积,“热桥”问题不易解决,容易引起开裂,还会影响施工速度,影响居民的二次装修,且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构。内保温在技术上的不合理性,决定了其必然要被外保温所替代。
1.2 外保温技术及其特点
外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比,技术合理,有其明显的优越性,使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料,外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程,也适用于旧楼改造,适用于范围广,技术含量高;外保温包在主体结构的外侧,能够保护主体结构,延长建筑物的寿命;有效减少了建筑结构的热桥,增加建筑的有效空间;同时消除了冷凝,提高了居住的舒适度。
目前比较成熟的外墙保温技术主要有以下几种。
外挂的保温材料有岩(矿)棉、玻璃棉
毡、聚苯乙烯泡沫板(简称聚苯板,EPS、XPS)、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢丝网架夹芯墙板等。其中聚苯板因具有优良的物理性能和廉价的成本,已经在全世界范围内的外墙保温外挂技术中被广泛应用。
该外挂技术是采用粘接砂浆或者是专用的固定件将保温材料贴、挂在外墙上,然后抹抗裂砂浆,压入玻璃纤维网格布形成保护层,最后加做装饰面。
还有一种做法是用专用的固定件将不易吸水的各种保温板固定在外墙上,然后将铝板、天然石材、彩色玻璃等外挂在预先制作的龙骨上,直接形成装饰面。由贝聿铭先生设计的中国银行总行办公楼的外保温就是采用的这种设计。
这种外挂式的外保温安装费时,施工难度大,且施工占用主导工期,待主体验收完后才可以进行施工。在进行高层施工时,施工人员的安全不易得到保障。
该技术是在混凝土框—剪体系中将聚苯板内置于建筑模板内,在即将浇注的墙体外侧,然后浇注混凝土,混凝土与聚苯板一次浇注成型为复合墙体。该技术解决了外挂式外保温的主要问题,其优势是很明显的。由于外墙主体与保温层一次成活,工效提高,工期大大缩短,且施工人员的安全性得到了保证。而且在冬季施工时,聚苯板起保温的作用,可减少外围围护保温措施。但在浇注混凝土时要注意均匀、连续浇注,否则由于混凝土侧压力的影响会造成聚苯板在拆模后出现变形和错茬,影响后序施工。
其中内置的聚苯板可以是双面钢丝网的,也可以是单面钢丝网的。双面钢丝网聚苯板与混凝土的连接,主要是依靠内侧钢丝网架与墙体外侧配筋相绑扎及混凝土与聚苯板的粘接力,其结合性能良好,具有较高的安全度。单面钢丝网聚苯板与混凝土的连接,主要依靠混凝土与聚苯板的粘接力以及斜插钢筋、L型钢等与混凝土墙体的锚固力,结合性能也较好。与双钢丝网相比较,单面钢丝网技术因取消了内侧钢丝网和安装保温板前的板外侧抹灰,节省了工时和材料。
其造价可降低10%左右。
但此两种做法都采用了钢丝网架,造价较高,且钢材是热的良导体,直接传热,会降低墙体的保温效果。
我们对于混凝土与无网架聚苯板一次成型复合墙体进行了试验研究。试验结果表明,在混凝土中水泥浆量合适的条件下,直接利用混凝土作为粘接剂来粘贴聚苯板,是完全可能的。当我们对聚苯板的背面进行处理之后,其与混凝土的粘接力进一步提高(其平均粘接强度可以达到0.07Mpa,而且破坏均发生在聚苯板内)。此技术取消了钢丝网架,其保温性能提高,而且板的成本再次降低。在经过对其长期耐久性论证之后,工程中可以推广使用。
将废弃的聚苯乙烯塑料(简称为EPS)加工破碎成为0.5~4mm的颗粒,作为轻集料来配制保温砂浆。该技术包含保温层、抗裂防护层和抗渗保护面层(或是面层防渗抗裂二合一砂浆层)。其中ZL胶粉聚苯颗粒保温材料及技术在1998年就被建设部列为国家级工法。这种工法是目前被广泛认可的外墙保温技术。
该施工技术简便,可以减少劳动强度,提高工作效率;不受结构质量差异的影响,对有缺陷的墙体施工时墙面不需修补找平,直接用保温料浆找补即可,避免了别的保温施工技术因找平抹灰过厚而脱落的现象。同时该技术解决了外墙保温工程中因使用条件恶劣造成界面层易脱粘空鼓、面层易开裂等问题,从而实现外墙外保温技术的重要突破。与别的外保温相比较,在达到同样保温效果的情况下,其成本较低,可降低房屋建筑造价。例如与聚苯板外保温相比较,每平方米可降低25元左右。在天津云琅新居高层外墙保温工程中采用的就是此种技术。
此外,节能保温墙体技术中还有将墙体做成夹层,把珍珠岩、木屑、矿棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料(也可以现场发泡)等填入夹层中,形成保温层。
2 外墙保温节能材料
节能材料属于保温绝热材料。绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体,既包括保温材料,也包括保冷材料。绝热材料的意义,一方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境,另一方面是为了节约能源。随着世界范围内能源的日趋紧张,绝热材料在节能方面的意义日显突出。仅就一般的居民采暖的空调而言,通过使用绝热围护材料,可在现有的基础上节能50% ~80%。据日本的节能实践证明,每使用1吨绝热材料,可节约标准煤3吨/年,其节能效益是材料生产成本的10倍。因此,有些国家将绝热材料看作是继煤炭、石油、天然气、核能之后的第五大“能源”。
外墙保温主要是靠保温绝热材料作为建筑围护,开发和应用高效的保温绝热材料是保证建筑节能的有效措施。目前世界各发达国家,均对绝热材料的生产和应用十分重视,之所以建筑节能工作做得好,与他们重视和发展保温材料是分不开的。
2.1 绝热材料的性能
绝热,就是要最大限度地阻抗热流的传递,因此要求绝热材料必须具有大的热阻和小的导热系数。
从材料的组成上看,一般有机高分子的导热系数都小于无机材料;非金属的导热系数小于金属材料;气态物质的导热系数小于液态物质,液态物质小于固体。所以在条件允许的情况下,应尽量使用有机高分子材料或无定形的无机材料,这对于保温绝热是有利的。
从材料的结构上看,当材料的表观密度降低、孔隙率增大,材料内部的孔隙为大量封闭的微小孔时,材料的导热系数是比较小的。对于泡沫塑料制品,要满足保温绝热材料的要求其最佳的表观密度为16~40kg/m3。
由于孔隙的存在,材料在潮湿的环境下,不可避免地要吸水,而水的导热系数(0.5815W/m·K)比静止空气的导热系数(0.0233 W/m·K)要大很多,因此,当环境湿度增大时,材料的平衡含水率增大,材料的导热系数将会降低。所以作为保温绝热材料,材料自身的吸湿率要尽量低,如不可避免时,要对材料进行憎水处理或用防水材料包覆。
另外,保温绝热材料还必须能抵抗一定的冲击荷载,具有与使用环境相一致的机械强度。其粘结性能要好,还得有小的收缩率及与环境相适应的耐久性。
2.2 常用的保温绝热材料
能满足上述性能要求而用于建筑外保温的节能材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、岩(矿)棉板、玻璃棉毡以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。以上各种材料所具有一个共同的特点就是在材料内部都有大量的封闭孔,它们的表观密度都较小,这也是作为保温隔热材料所必备的。它们的性能对比见表1。
岩(矿)棉和玻璃棉有时统称为矿物棉,它们都属于无机材料。岩棉不燃烧,价格较低,在满足保温隔热性能的同时还能够具有一定的隔声效果。但岩棉的质量优劣相差很大,保温性能好的密度低,其抗拉强度也低,耐久性比较差。
玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处,但其手感好于岩棉,可改善工人的劳动条件。但它的价格较岩棉为高。
聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主要原料,经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。其表观密度小,导热系数小,吸水率低,隔音性能好、机械强度高,而且尺寸精度高,结构均匀。因此在外墙保温中其占有率很高。
硬质聚氨酯泡沫塑料具有非常优越的绝热性能,它的导热系数之低(0.025 W/(m2·K))是其他材料所无法与之相比的。
同时其特有的闭孔结构使其具有更优越的耐水汽性能,由于不需要额外的绝缘防潮,简化了施工程序,降低工程造价。但因其价格较高、而且易燃,这就限制了它的使用。
聚苯颗粒保温料浆是由聚苯颗粒和保温胶粉料分别按配比包装组成。
常用保温绝热材料的主要性能
材料名称 表观密度(kg/m3) 最高使用温度(℃) 抗压强度(MPa) 导热系数[W/(m·K)] 吸水率(%)
岩棉保温板 80~150, -268~350 ,— ,0.047~0.052, —
玻璃棉毡 40~60, -120~400 ,— ,≤0.035, —
聚苯乙烯泡沫塑料板 16~30, -80~75 ,0.12~0.18, 0.033~0.044, <0.1
聚苯颗粒保温料浆 ≤220 ,-50~75, ≥0.01, <0.07
料采用预混干拌技术在工厂将水泥与高分子材料、引气剂等各种添加剂混均后包装,使用时按配比加水在搅拌机中搅拌成浆体后再加入聚苯颗粒,充分搅拌后形成塑性良好的膏状体,将其抹于墙体干燥后便形成保温性能优良的隔热层。此种材料施工方便,保温性能良好。其中聚苯颗粒可以采用工业品,也可以采用废旧聚苯保温板经机械破碎后的颗粒,这对于防制白色污染、保护环境十分有益的。但此种保温材料吸水率较其他材料为高,使用时必须加做抗裂防水层。抗裂防水保护层材料由抗裂水泥砂浆复合玻纤网组成,可长期有效控制防护层裂缝的产生。
3 结语
目前我国外墙保温技术发展很快,是节能工作的重点。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的,建筑节能必须以发展新型节能材料为前提,必须有足够的保温绝热材料做基础。节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合,才能真正发挥其作用。正是由于节能材料的不断革新,外墙保温技术的优越性才日益受到人们重视。所以在大力推广外墙保温技术的同时,要加强新型节能材料的开发和利用,从而真正地实现建筑节能。
参考文献
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3 聚苯乙烯泡沫保温材料
聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)是一类使用由悬浮聚合聚苯乙烯树脂制成的含发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒为原料,采用模压发泡、挤出发泡和挤出发泡吹塑等方法制造的不同品种的泡沫塑料。这类聚苯乙烯泡沫塑料产量大、应用范围广。它具有密度范围宽、价格低、保温隔热性优良、吸水性小、水蒸气渗透性低、吸收冲击性好等优点,可制成建筑和冷库用保温隔热泡沫塑料板和泡沫塑科夹心复合板。目前,聚苯乙烯泡沫板及其复合材料由于价格低廉、绝热性能好而成为外墙绝热及饰面系统的首选绝热材料[8l。
真空聚苯乙烯泡沫材料是将气相泡沫抽真空并密封,真空泡体的热传导能力显著降低,潘晓萍等[9]对真空聚苯乙烯泡沫与传统聚苯乙烯发泡材料进行比较。研究表明:(1)真空聚苯乙烯泡沫用于制冷保温节能效果明显,并随使用的平均温度降低,保温节能效果更好。(2)聚苯乙烯是多孔状材料,应用于制冷保温时,随温度下降,孔内产生结冰现象,降低保温效果,抽真空后的聚苯乙烯泡沫孔内不存在水蒸气,就不会出现结冰现象。(3)用真空聚苯乙烯泡沫包装材料价格便宜,可大大提高经济效益。(4)真空聚苯乙烯保温材料的节能效果与真空度和钻孔的多少有关。提高真空度应在不影响材料强度的情况下,尽可能多加孔。
我国每年大量废弃的EPS,因其处理与降解困难而成为危害环境的白色污染,以废弃EPS为原料制备出的复合保温材料容重小,其保温隔热性、耐化学腐蚀性优良,且为闭孔憎水结构,不吸水,其韧性、耐水性、耐候性均优于膨胀珍珠岩,因此EPS的回用技术已经成为保温材料的发展热点之一。将废弃EPS加工成粒径(O.5~4)toni的颗粒作为轻骨料,配制的保温砂浆可有效克服珍珠岩保温砂浆吸水率大、抗裂性差的缺陷,且保温隔热性更好。EPS表面为憎水性,与硅酸盐无机胶凝材料不相容[10]。以EPS为轻骨料配制保温砂浆的关键技术之一,就是对EPS实施表面改性,使其由憎水性变为亲水性,使之能被新拌硅酸盐浆体所润湿,以增强EPS与胶凝材料的结合。彭家惠等[11]选择适宜的高分子粘结剂和偶联剂,配制低水灰比的聚合物硅酸盐胶凝材料,利用粘结剂和偶联剂的双重作用,实现复合胶凝材料对EPS的表面包裹,使EPS表面由憎水性改变为亲水性,成功地解决了无机胶凝材料与EPS不润湿、混合料和易性差、粘结强度低的技术难题,为EPS保温砂浆的应用奠定了基础。麦守义等[12]将EPS破碎成具有粒径小于20mm的碎颗粒,然后与水泥和膨胀珍珠盐混合,可用作保温屋面。王武祥等[13]以废EPS为基料,添加水泥并加入适量的聚合物乳液、引发剂、塑化剂、增强纤维等材料,制成轻质混凝土,该混凝土具有良好的物理力学性能,还有极好的保温性能。
聚苯乙烯泡沫塑料作为保温材料也有与聚乙烯泡沫塑料相类似的防火性能较差和使用温度低的缺点。
4 酚醛泡沫塑料
多年来国内外的保温材料绝大部分是泡沫聚氨酯和泡沫聚苯乙烯,由于这两种产品的耐热和防火性差、性价比高,因此开发出性价比更低、防火和力学性能更好的酚醛泡沫塑料。酚醛泡沫塑料不需要添加特种外加剂就具有良好的防火性能,火灾时烟雾少,有毒气体极微,耐火焰穿透,使用温度可达150℃ ,炭化后其使用温度超过1000℃ ,可用于航天材料;其强度和吸湿性较高的弱点可以通过结构措施和添加各种填料来改善,前苏联和东欧的很多国家已经广泛采用酚醛泡沫塑料,特别是最近十几年,随着酚醛低温发泡技术的进步和成熟,酚醛泡沫塑料得到了飞速地发展,已逐渐取代泡沫聚氨酯和泡沫聚苯乙烯,成为硬质泡沫塑料中的佼佼者。英国、西欧和中东很多国家已经规定新建工程中优先采用酚醛泡沫保温材料[14]。
酚醛树脂与其它材料共混改性,可以制备出性能极其优良的复合保温材料。如以酚醛泡沫塑料为胶结剂,泡沫聚苯乙烯颗粒为填料,结合其它添加剂合成出具有力学性能好、难燃、工艺简单和成本低等优良特性的复合材料,它的耐久系数可达到0.82,使用年限可达20年 。如用聚氨脂预聚物改性酚醛泡沫可大大降低泡沫的粉化程度[16],欧美日等国在这方面的研究应用已比较成熟。
目前,国内酚醛泡沫塑料的低温连续发泡生产技术已达到世界先进水平,国内已基本具备从树脂合成技术到低温连续发泡生产线以及各环节的生产技术。在空调行业正从管道安装、管道保温分步完成向一次完成安装过渡和国家建筑节能技术大力推广阶段,作为最重要的保温节能材料,中国有望缩短发达国家由使用聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨脂泡沫塑料到酚醛泡沫塑料的过程或高起点直接采用酚醛泡沫塑料,预计不久的将来酚醛泡沫塑料将成为中国空调建筑行业中节能材料的发展重点。
5 其它泡沫聚合物保温材料
5.1 橡胶泡沫保温材料
以三元乙丙橡胶及丁腈橡胶泡沫保温材料为代表的橡胶泡沫保温材料具有比较好的柔韧性和断裂伸长率,现场施工比较方便。但其抗压强度较差,表面容易老化龟裂及燃烧产烟量大、毒性高、气味浓烈,限制了其使用领域,目前呈下降趋势。
5.2 橡塑类泡沫聚合物保温材料
橡胶或弹性体与塑料共混的橡塑泡沫保温材料,如:NBR/PVC、PE/EPDM等橡塑泡沫保温材料其各种性能得到互补和中和,使其综合性能得到一定改善,但并不十分明显,基本还以其基材性能为主,其使用主要决定于其基材的使用领域。
6 结论与展望
随着能源和制冷领域的发展,对高性能的保温材料的需求越来越迫切,保温材料沿着复合化、轻型化和低成本方向发展,使泡沫聚合物保温材料的应用领域不断拓宽。但是聚合物泡沫材料与无机保温材料相比,其耐热性、防火性等方面仍有比较大的差距;同时泡沫聚合物保温材料本身所带来的环境问题也是不容忽视的,性能与环境安全性的矛盾始终存在,尽管已经开发出各种绿色添加剂,但以环境和性能双赢的方式发展保温材料产业仍然任重而道远。