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酚醛泡沫保温材料国内外发展概况、发展趋势及技术需求分析
来源: | 作者:sounrun | 发布时间: 2018-03-21 | 554 次浏览 | 分享到:
酚醛泡沫保温材料是在低热条件下,在可发性酚醛树脂中加入固化剂(酸)、表面活性剂(乳化剂)、发泡剂及其他填料后,经浇注、发泡、层压、修边、切割及熟化等工序后制成的闭孔型热固性硬质泡沫塑料。以难燃、低烟、低毒、抗高温歧变、绝热隔热、隔音、易成型加工等特点以及较好的耐久性被称为“保温之王”,是最理想的有机保温材料。
1. 国内外发展概况与技术对比
早在1940年,德国便已经首次将酚醛泡沫作为保温隔热层应用在飞机上。1970年以后,北美、西欧等一些国家对酚醛泡沫进行深入研究后,原联邦德国、前苏联、美国及日本等国首次将酚醛泡沫作为建筑隔热保温的主体材料。20世纪80年代,英国(HP chemical)、美国(koppers)、原联邦德国(dynamite Noble)、前苏联、韩国及日本等国已具有酚醛泡沫保温板材连续层压生产技术,其中前苏联还开发了现场喷涂酚醛泡沫的施工技术。
美国泡沫技术公司(American Foam Technologies,Inc.)生产的Thermo-Cor型酚醛泡沫保温材料pH为6.5(几乎为中性),对金属几乎不存在腐蚀,尤其适用于建筑外墙保温、金属屋面保温和防火门的保温芯材。英国普玛洛克制品公司生产的同类产品导热系数低至0.016~0.018W/(m•K),保温性能极好。德国可耐福集团公司生产的酚醛泡沫墙体保温板产品的抗拉强度达到0.15MPa,尤其适用于外墙内保温和隔墙。英国金斯潘保温材料公司(Kingspan Insulation Ltd)是世界上最大的酚醛泡沫保温材料生产厂家,该公司根据产品用途的不同,将酚醛泡沫保温材料划分为10个型号,其中K8系列产品应用于外墙保温,该型号产品pH值接近于中性,密度为40kg/m3,导热系数不高于0.020W/(m•K)。美国西碧化学公司(C.P.Chemical Company,Inc.)推出了Tripolymer型酚醛泡沫保温产品,该产品韧性极好,已经完全解决了产品粉化及易掉渣等问题。值得一提的是,日本旭化成建材公司近年来推出了商标名为“新曙光”的改性酚醛泡沫保温产品,通过采用独特的发泡技术和工艺配方,该型号产品闭孔率超过96%,吸水率极低,导热系数接近于0.020W/(m•K),密度低于30kg/m3,生产成本显著降低,而且泡沫表面细腻光滑。
国内对酚醛泡沫的技术研究起步于20世纪90年代初,且初期多为开孔型泡沫产品,主要用作花卉泥。21世纪初,因国内外墙保温工程中保温材料的燃烧而引发的火灾事故呈逐年递增的趋势,人们开始研究闭孔型酚醛泡沫生产技术,并逐渐将其应用于建筑外墙保温领域。由于国内对酚醛泡沫的研究起步较晚,致使我国同类产品技术水平较国外发达国家相比存在一定的差距。国内酚醛泡沫保温材料的密度一般为50kg/m3,密度较高,产品生产成本提高;酸性强(pH值约为2~4),影响产品施工使用过程中与粘结胶浆及抹面胶浆的粘结强度,严重降低了外墙保温系统的耐候性及安全性;导热系数约为0.026~0.034W/(m•K),保温性能明显低于国外同类产品;闭孔率普遍低于90%,从而造成产品吸水率偏高,影响外保温系统的耐久性。此外,国内同类产品还存在易粉化、韧性较差的缺陷。
2. 国内外市场应用状况
在国外,美国建设行业所用的保温泡沫塑料中,酚醛保温材料已占40%;日本政府出台法规,将耐热性能好、燃烧后发烟量低的酚醛泡沫作为公共建筑的标准耐燃物。法国、北欧建筑部门认为只有酚醛泡沫保温材料有较好的防火性,普遍用于大型公寓;俄罗斯、东欧广泛将酚醛泡沫保温材料用在公共建筑中;英国、西欧、中东新建工程优先采用酚醛泡沫保温材料;北美、欧盟用于建筑节能和运输工具的酚醛泡沫保温材料年用量均已突破5万吨以上。
在国内,自一系列外墙保温工程恶性火灾发生以来,酚醛泡沫优异的产品性能及施工性能逐渐被建筑行业所认可,酚醛泡沫的外墙保温市场逐渐形成。据不完全统计,截止到2013年底,全国约3500万平方米酚醛泡沫保温板应用于各类外墙保温工程。1000余万平方米(1万吨)酚醛铝箔夹心板应用于中央空调暖通管道。
目前酚醛泡沫最大的消费市场是建筑保温、中央空调系统的风管、水管保温,约占总消费量的80%。而化工、制冷、船舶、运输、冶金等适合酚醛泡沫使用的地方,因为规范、习惯、价格、竞争等原因,还没有大面积推广。
3.技术需求分析
酚醛树脂是以酚类化合物和醛类化合物经缩聚而制得的,由于其分子结构具有易氧化的酚羟基和亚甲基,从而造了酚醛泡沫延伸率低、质脆易粉化、硬度大、抗弯折性能较差等缺点,这极大地限制了酚醛泡沫保温板在建筑领域的应用。另外,传统的酚醛泡沫保温材料在生产过程中采用酸做固化剂,发泡成型后的产品表面泡孔内残存着大量的酸,外墙保温工程施工过程中,抹面胶浆和粘结胶浆中的碱性物质会与残存在保温板泡孔内部的酸发生化学反应,进而对整个外保温系统的耐候性及安全性产生重大的影响。
为了从根本上解决酚醛泡沫保温材料易粉化、脆性大、强度低和酸性较强的问题,提高产品综合性能,缩小与国外的技术差距,满足市场对绿色、安全、经济的防火保温材料的迫切需要,进行高性能酚醛树脂、酚醛泡沫物理和化学改性、高性能酚醛泡沫复合材料的研究势在必行。
4.市场需求分析
近年来,我国外墙保温工程的火灾事故呈逐年多发的趋势,给人们的生命和财产安全造成巨大损失。究其根源,均为易燃外墙保温材料(模塑聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板)惹的祸。为有效防止建筑外保温系统火灾事故的发生,2011年国务院发布了《国务院关于加强和改进消防工作的意见》(国发【2011】46号)文件规定“新建、改建、扩建工程的外保温材料一律不得使用易燃材料,严格限制使用可燃材料。”2013年辽宁省发布地方标准D21/T2116-2013《建筑消防安全技术规范》,对于建筑高度小于等于100m的住宅建筑,规定其所用保温材料的燃烧性能不低于B1级,当采用B1级保温材料时,要采用热固性材料并用不燃烧材料做防护层。同年,辽宁省住房和城乡建设厅发布了《关于做好推广应用酚醛保温板工作的通知》(辽住建【2013】279号),文件规定“从2014年开始,新建建筑工程、既有建筑节能改造工程,原则上要优先采用酚醛保温板。”上述技术规范和文件的出台,体现了我国各级政府部门顺应民意,加强对建筑外墙保温材料监管的愿景与决心。
我国正处在快速城市化的发展过程中,平均每年新建建筑面积20亿m2(外保温占建筑面积的1/3,约6.7亿m2)左右,相当于全世界每年新建建筑的40%。不但面临着新增建筑必须采取高效节能措施的任务,既有的470亿m2(外保温占建筑面积的1/3,约156亿m2)建筑也面临着逐步进行节能改造的艰巨任务。建筑市场急需高效、阻燃、轻质、安全、成本低廉的隔热保温材料。
酚醛泡沫作为一种绿色、安全、经济的防火保温材料,具有广阔的市场前景。