聚氨酯建筑密封胶论文 篇1
建筑密封防水直接影响到建筑物的使用年限,而密封粘结基面前期处理的状况直接影响着粘结密封的效果,因此底涂的选择与应用非常重要。
工程中粘结基体按坚实程度可分为三类:密实坚固、多孔坚固、密实疏松。基体坚实程度的不同对粘结密封的效果有很大影响,为了降低基体坚实程度不够对粘结密封带来的不良影响,大部分重要的工程都必需使用底涂作粘结基面预处理。
本文通过对单组分聚氨酯密封胶适用底涂的研究,给出了常用的底涂选用方法。
1 密封胶底涂概述
1.1 定义与原理
密封胶底涂(又称底胶)是密封胶施工前涂在被粘基体上的一种液态物质,它固化后形成一层牢固的涂膜,强烈地吸附在基体表面上。这种吸附不仅是物理吸附,也有化学键的作用,即化学吸附。底涂层是密封胶与被粘基体之间的过渡层,因其与密封胶及被粘基体之间的粘结力优于密封胶与基材之间的粘结力,从而加强了密封胶与基材之间的粘结性能。
1.2 作用
密封胶底涂主要作用如下:1)保护基面(抑制基体在使用过程中的腐蚀作用);2)改变基体表面化学特性,以适应密封胶;3)充填基体表面孔隙和增强表面薄弱区;4)减少流经表面水分产生的毛细压力;5)使基面上少量减弱边界层作用的有机物溶解;6)渗入基材内部,增加基材强度[1]。
1.3 影响底涂粘结性能的因素
由于底涂自身的性能与密封胶有一定的差别,因此不同的基材和密封胶对底涂的选择不一样,对底涂的施工要求也不同,选择不当或施工不合理都可能在使用过程中导致底涂失效。导致底涂失效的因素有:1)底涂涂抹太厚;2)暴露时间太长,引起水解或污染;3)与基材表面或密封胶不相容;4)使用过程中固化不完全或固化过度;5)基面不清洁;6)受密封胶中溶剂的侵蚀;7)底涂涂刷不彻底;8)底涂超过保质期。
2 密封胶底涂的选择试验
底涂使用过程中,基面的特性决定了底涂的基本类别,但还需考虑其他各方面的因素与条件,力求选用最合适的底涂。
2.1 分类
目前在工程中应用比较广泛的底涂为反应型底涂,其中最常见的是界面处理剂类、高渗透基面加强类、环氧类。这三类底涂的主要特性见表1。
2.2 三类底涂在不同类型基体上应用的选择试验
从上述三类底涂中各选一种代表性的产品,并在不同类型的基体上施工,最后检测其性能并评价适用性。
材料:界面处理剂类(国外某公司的primer-A);高渗透基面加强类(国内某公司的primer-B);环氧类(国内某公司的primer-C)。密封胶(某国内知名品牌单组分聚氨酯密封胶P/某国外知名品牌单组分聚氨酯密封胶S)。
将以上三种底涂分别涂刷在密实坚固、多孔坚固、密实疏松型的水泥条上(12 mm×12 mm×70 mm)。底涂固化后分别用单组分聚氨酯密封胶P和单组分聚氨酯密封胶S制作成粘结样(胶条为12 mm×12mm×50 mm),进行浸水定伸粘结测试和冷拉热压测试。
2.2.1 浸水定伸粘结测试方法
浸水定伸粘结测试的过程如下:1)将制备好的试件于标准试验条件下放置28 d;2)将试件放入(23±2)℃蒸馏水中浸泡4 d,接着再将试件于标准试验条件下放置1 d;3)将试件装入拉力机夹具内,以5~6mm/min的拉伸速度将试件拉伸至原宽度的100%,然后用相应定位垫块插入已拉伸至规定宽度的试件中并保持24 h;4)试验结束后,用精度为0.5 mm的量具测量每个试件粘结或内聚破坏深度[2]。
2.2.2 冷拉热压测试过程
冷拉热压测试方法如下:1)将制备好的试件于标准试验条件下放置28 d;2)将试件装入拉力机夹具内,拉伸和压缩速度为5~6 mm/min,拉伸压缩幅度为±25%[3]。
第1周:第1天将试件放入(-20±2)℃的低温箱内,3 h后在试验机上相同温度下拉伸试件至要求宽度,并在(-20±2)℃下保持拉伸状态21 h;第2天解除拉伸,将试件放入(70±2)℃的干燥箱内,3 h后在试验机上相同温度下压缩试件至要求宽度,并在(70±2)℃下保持拉伸状态21 h;第3天解除压缩,重复第1天步骤;第4天同第2天步骤;第5—7天解除压缩,试件在不受力状态与标准试验条件下放置。
第2周:重复第1周的步骤。
试验结束后,用精度为0.5 mm的量具测量每个试件粘结或内聚破坏深度。
2.2.3 结果与讨论
在密封胶表面任意位置,如果粘结或内聚破坏深度超过2 mm,则试件为破坏(NG),不超过2 mm为不破坏(OK)。以上每种粘结样各20个,上述两个试验的测试结果见表2—3。
由上述试验结果可得:密实坚固的建筑基体的最佳选择为界面处理剂类底涂;多孔坚固的建筑基体的最佳选择为环氧类底涂;密实疏松的建筑基体的最佳选择为高渗透基面加强类底涂。
3 结论
综上所述,对于单组分聚氨酯密封胶来说,密实坚固的建筑基体最好选择为界面处理剂类底涂,其次为环氧类底涂,但不能使用高渗透基面加强类底涂;多孔坚固的建筑基体最好选择环氧类底涂,其次为高渗透基面加强类底涂,再次为界面处理剂类底涂;密实疏松的建筑基体最好选择高渗透基面加强类底涂,其次为环氧类底涂,但不能选用界面处理剂类底涂。
参考文献
[1]Petrie EM.密封胶与密封胶工艺手册[M].孟声,译.北京:化学工业出版社,2005.
[2]国家质量监督检验检疫总局.GB/T 13477.9—2002建筑密封材料试验方法第9部分:浸水后拉伸粘结性的测定[S].北京:中国标准出版社,2002.
聚氨酯建筑密封胶论文 篇2
南水北调工程是我国计划兴建的超大型跨流域调水工程,全程调水线路从南至北途经鄂、豫、冀、苏、鲁、京、津等7个省市,调水距离长达1 000多km。鉴于用途的重要性和地理位置的特殊性,工程全部采用现浇混凝土结构,又因施工段均在北方,气候条件复杂,所以工程对材料的要求相当严格。由于工程的引水渠全部为现浇封闭混凝土结构,每间隔15 m需预留一条宽3 cm的伸缩缝,伸缩缝内外均要用密封胶嵌填。
本工程伸缩缝要求所用的密封胶具有良好的触变性,固化前不流挂、不脱落,与混凝土粘结性良好,具有较好的耐水性与柔软性,不会在使用过程中在粘结界面处出现脱落,在温度变化时不会因不能及时变形而出现开裂。由于施工周期长,要求密封胶在不同的温度条件(-10~40℃)下都具有良好的施工性。
针对本工程的特点,通过选择聚醚多元醇的种类及调整不同型号聚醚多元醇的比例,选用合适的增塑剂及触变剂,制备出性能完全满足南水北调工程设计要求的单组分湿气固化聚氨酯密封胶。
2 实验过程
2.1 主要原料
二羟基聚醚(N220)、三羟基聚醚(N330):天津高桥石化公司化工三厂,工业品;甲苯二异氰酸酯(TDI):日本进口,工业品;3-异氰酸酯基丙基二乙氧基硅烷:东芝有机硅有限公司,工业品;氢化蓖麻油:翰林化工有限责任公司,工业品;蒙脱土:浙江丰虹黏土有限公司,工业品;有机膨润土,浙江华特化工有限公司,工业品;二月桂酸二丁基锡:北京化工二厂,化学纯;邻苯二甲酸二辛酯(DOP):齐鲁化工厂,工业品;癸二酸丙二醇酯(PPS/MCA):上海至鑫化工有限公司,工业品;滑石粉:广西科隆粉体有限公司,工业品;气相二氧化硅,广州吉必盛科技实业有限公司,工业品;T-5触变剂:自制(将LJM-85型胶体磨温度设置为100℃,待温度达到设定值后,开启转子,转速为3 000 r/min。把质量比为1∶10的氢化蓖麻油和蒙脱土混合料放入料筒,高速剪切分散混合物2 h,制得触变剂T-5)。
2.2 密封胶的基本配方
实验中密封胶的基本配方如表1所示。
2.3 合成方法
在三口烧瓶中,按比例加入聚醚N220、聚醚N330、增塑剂,搅拌、脱水。慢慢加入TDI,在70℃的条件下反应3 h,冷却至室温,得到浅黄色透明黏稠的预聚物。将预先干燥的滑石粉、催化剂等加入预聚体中,搅拌均匀,脱去气泡,置于密闭容器中备用,最后制成各种测试所需的样条。
2.4 性能测试
密封胶100%模量按GB/T 13477.8—2002《建筑密封材料试验方法第8部分》的要求,在WDT-10万能拉力试验机(深圳市凯利机械有限公司产)中进行测试;密封胶断裂伸长率按GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》的要求,同样在万能拉力试验机中进行测试,拉伸速度为500 mm/min;密封胶挤出性按GB/T 13477.4—2002《建筑密封材料试验方法第4部分》的要求,分别在-20℃、-10℃、0℃及5℃条件下放置24 h后,进行测试。
下垂度按国家标准和南水北调工程实际情况两种要求进行测试:1)按GB/T 13477.6—2002《建筑密封材料试验方法第6部分》进行测试,测试温度分别为-20℃、5℃、23℃、40℃、50℃及70℃;2)按工程实际情况测试:将制备好的样胶注入30 mm×30mm×500 mm开口朝下的模具中,并在-20℃、5℃、23℃、40℃、50℃及70℃的干燥箱或低温箱内放置24h,然后将样胶快速注入缝隙中,表面用刮刀抹平,放置12 h后观察缝隙内密封胶脱落情况。
表干时间、-20℃低温柔性、弹性恢复率、浸水后100%定伸粘结性能分别按GB/T 13477.5—2002《建筑密封材料试验方法》相应部分进行测试。
3 结果与讨论
3.1 聚醚多元醇对密封胶力学性能的影响
聚氨酯密封胶的100%模量及断裂伸长率反映出密封胶的柔软性,具有低100%模量和高断裂伸长率的聚氨酯密封胶柔软性良好。聚氨酯密封胶预聚体的聚合过程主要是—NCO与—OH的反应。当—NCO与—OH物质的量的比在适当的范围时,聚氨酯的性能在一定程度上取决于所选用聚醚多元醇的分子结构。聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量可以反映出预聚体中软段与硬段的相对含量。聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量越大,预聚体主链中软段含量则越高,所制备的单组分聚氨酯密封胶也就越软[1],如图1所示。
从图1可以看出:聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量为500时,密封胶的100%模量和断裂伸长率分别为1.8 MPa和300%。随着聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量增大,聚氨酯密封胶的100%模量单调递减,断裂伸长率则单调递增。当聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量为2 000时,密封胶的100%模量和断裂伸率分别为0.8 MPa和610%,并且具有较好的弹性恢复率。
通过以上分析可以看出,聚氨酯密封胶宜采用聚醚N220和聚醚N330按一定的配比进行制备。在保持预聚体—NCO与—OH比相同的情况下,两种聚醚的投料比对产品力学性能的影响见图2。
从图2中可以看出:随着N330含量的增加,密封胶的100%模量单调递增,断裂伸长率单调递减。当wN330/wN220为0.5时,密封胶的100%模量为0.2MPa,断裂伸长率达到1 000%,此时密封胶具有良好的柔软性。
3.2 触变剂对密封胶性能的影响
3.2.1 触变剂对力学性能影响
不同类型的触变剂对聚氨酯密封胶力学性能有不同的影响。表2为添加量为2%时不同类型的触变剂对密封胶力学性能的影响。
从表2可以看出:添加触变剂后密封胶的100%模量升高,断裂伸长率降低。添加2%的气相二氧化硅后,密封胶的100%模量提高至0.72 MPa。由于纳米粒子的尺寸效应,二氧化硅加入聚氨酯密封胶中易团聚,难以分散。同时由于二氧化硅易吸水,导致聚氨酯密封胶的模量上升,产品易凝胶,外观变差。添加2%的T-5触变剂后密封胶具有良好的柔软性,100%模量和断裂伸长率分别为0.29 MPa和720%。
3.2.2 触变剂对抗下垂性能的影响
南水北调工程的伸缩缝较宽,因此要求所用的密封胶具有良好的抗下垂性能。密封胶在未固化前要防止脱落,尤其是立面伸缩缝隙和天沟伸缩缝施工的密封胶,要求具有更高的抗下垂性能,且抗下垂性能不随温度的变化而变化。表3为按照GB/T 13477.6—2002测试的,使用不同触变剂的密封胶的下垂性能;表4为按照工程实际情况测试的,使用不同触变剂的密封胶的下垂性能。
从表3、表4中可以看出:有机触变剂的触变性随温度的变化而变化。氢化蓖麻油在5℃以下时表现出良好的抗下垂性,当温度为40℃时则不具备抗下垂性。无机触变剂和T-5触变剂体现出良好的温度适应性,随着温度的变化,抗下垂性能变化较小,只有温度达到50℃时,伸缩缝才会下端鼓起。所以说,无机触变剂及T-5触变剂对宽伸缩缝具有良好的施工性能及温度适应性。
3.3 增塑剂对低温施工性能的影响
南水北调工程施工周期长,施工温度跨幅极大(从低于-10℃到超过30℃),因此要求所用的密封胶在不同温度条件下均可施工。表5为不同温度条件下,不同增塑剂对挤出性能的影响。
从表5中可以看出:密封胶的挤出性随施工环境温度的降低而降低,最后难以挤出。不同增塑剂的密封胶随温度的变化体现出不同的性能。聚酯类增塑剂具有良好的抗寒性能[2],能在-20℃条件下保持良好的施工性能,挤出质量为80 g。
4 结语
调整聚醚wN330/wN220为0.5、n—NCO/n—OH为2∶1、预聚体含量为35%,选用PPS/MCA为增塑剂、T-5为触变剂,制备出的单组分湿气固化型聚氨酯密封胶具有良好的综合性能。其表干时间为40 min,弹性恢复率为90%,-20℃低温柔性合格,弹性恢复率及浸水后100%定伸粘结性能合格,100%模量为0.29 MPa,断裂伸长率为720%,低温条件下具有良好的挤出性,高温条件下具有良好的抗下垂性能,可以满足南水北调工程中伸缩缝用密封胶的要求,具有良好的密封防水效果。
摘要：以聚醚多元醇、TDI、增塑剂为主要原料合成预聚体,添加滑石粉、触变剂、填料和其他助剂,研制出符合南水北调工程要求的低模量高触变单组分聚氨酯密封胶。探讨了聚醚多元醇、触变剂、增塑剂对密封胶施工性能的影响。
关键词：聚氨酯密封胶,低模量,高触变,南水北调工程
参考文献
[1]李绍雄,刘益军.聚氨酯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,2002.
聚氨酯建筑密封胶论文 篇3
关键词：建筑幕墙；密封胶设计；应用技术；问题探讨
建筑幕墙作为业主非常关注的部分，素有建筑衣服之称，也就是说，建筑幕墙是展现建筑形象的最佳部位。事实上，建筑幕墙属于建筑的外围护结构，是分割建筑外部与内部的重要设施，也是室内舒适度提升的关键。而外墙施工过程中，密封胶是必不可少的材料，起到的不仅是连接幕墙各个板块的桥梁作用，更是保证幕墙的气密性与水密性的关键。以下就几种幕墙的密封胶应用进行研究，就幕墙密封胶的设计特点与应用情况进行分析。
一、密封胶在多种类型的幕墙中的应用
1、单元式玻璃幕墙
单元式的玻璃幕墙主要是为了解决漏水的问题而设计的，一般来说都采用等压原理。当遇到下雨、需要清洗幕墙、或者幕墙范围内有需要水通过的通道、亦或者是存在能够让水运动的动力等情况时，幕墙的设计需要考虑到漏水的情况。通常来说，幕墙漏水的情况大部分是因为压力差造成的，因此幕墙室外的水分进入了室内，如果墙体有裂缝或者坡口，再加上室外的压力比室内大时，很容易产生漏水现象。通常，传统的防水方式无非就是减少施工时幕墙出现的裂缝和坡口，或者使用密封胶对裂缝或者坡口进行堵塞，阻止水流的进入。
2、框架式玻璃幕墙
框架式的玻璃幕墙一般使用的是硅酮类的结构胶来将建筑物外立面的玻璃连接到支撑结构上，这种硅酮类的结构胶不仅能够将玻璃牢牢地粘接到金属框架上，同时还有很好的密封玻璃幕墙的作用。该类型的结构胶能够将隐框玻璃幕墙所承受的巨大荷载传递到铝合金框架上，因此降低了玻璃的承受力。所以，选用良好的硅酮类结构胶、并进行合理的设计，控制好施工的质量才能有效保证玻璃幕墙的稳定性、可靠性和安全性。众所周知，密封胶的种类繁多，不仅有粘结性能好的，也有密封性能好的，相较于其他密封材料，其抗老化的能力更好因而被广泛的运用在建筑幕墙密封设计中。
3、在石材幕墙中的运用
石材幕墙是当前建筑物中常常用到的一种类型，石材幕墙的安装必须保证石材表面的颜色，防止在施工的过程中被污染，还要保证其防水密封性。通常，针对石材幕墙的密封设计使用到的密封设计有中性硅酮密封胶、空缝不加密封胶以及半缝密封等方式。首先，因石材幕墙的类型较为特殊，设计时不仅要考虑到幕墙外立面的缝隙全部密封，保证防水性，还要考虑到幕墙的保温性能。其次，对于排雨水的问题，应采取多种形式共同进行的措施，将雨水或者凝結水排出墙体外。通过设计两层或者三层的排水措施，更好的进行排水。最后，利用半缝密封的方式来处理幕墙能够很好的保持幕墙的外立面呈无密封胶状态，凸显出外立面的立体感。实际上，这种方式主要通过将密封胶隐藏在节点的内部，安装时保证密封胶的厚度在6mm范围内，且不能超过相关技术规范指出的宽度。
二、建筑幕墙密封胶设计应用存在的问题分析
1、幕墙安装时中空玻璃的粘结尺寸太小
就相关调查显示，建筑物中空玻璃幕墙外玻璃脱落导致坠落的情况有很多，究其原因大多都是因为中空玻璃在幕墙中的粘结尺寸过小引起的。因硅酮结构密封胶粘结的幕墙中空玻璃，其粘结尺寸是按照极限承载状态来设计的，粘结的宽度也是按照给定的条件来取值。当建筑幕墙在缺乏支撑状态的玻璃自重荷载下，来确定粘结的宽度，但当有风荷载作用时，宽度应适当取小。但实际上如果一开始就选择无风荷载作用的情况，粘结的节点承载能力在遇到风作用力时会导致承载力不足而产生玻璃坠落的情况。另外，温差等因素影响，因选择的结构胶变位能力考虑不周也可能产生玻璃坠落的情况。为保证结构胶的伸缩变形不会超过其强度的设计值应力，在安装幕墙中空玻璃结构胶粘结时必须适度。此外，如果在幕墙使用的过程中，因密封失效而进入了水蒸气，这些湿气很可能对粘结的界面进行腐蚀，最终引发玻璃坠落造成事故。还有的坠落是因为幕墙结构胶长期裸露在外，经过风水雨淋、阳光暴晒等也可能导致结构胶的性能发生改变，从而承载能力降低，最终造成事故。
2、隐框玻璃幕墙中空玻璃产品标准不合格
实际上，普通的门窗或者明框要进行中空玻璃的安装，需要有框架的支持，框架的作用就是作用于外立面玻璃，将其水平荷载转移传递到框架上。此时需要特别注意的是，幕墙上的中空玻璃基本只依赖结构胶的粘结来固定，其二道密封胶一定要保证密封性，当通过胶层向结构狂转移承载力时，如果没有足够重视结构胶必须的一些粘结面积，中空玻璃就会因承载力不足产生风险。如果没有进一步对结构胶的粘结宽度与变位能力进行验算，同样会导致中空玻璃承载力不足产生坠落的风险。
3、中空玻璃出现内渗油污染最终导致粘结失效
针对隐框玻璃幕墙中的中空玻璃安装来说，内渗油的现象非常严重，如果没有及时处理，这些油渍很可能影响粘接胶的性能，最终导致粘结失效。常见的渗油主要就是中空玻璃出现油渍，框架的密封节点处出现丁基胶溶解、溃烂形成黑色污渍；有的中空玻璃胶缝灰尘太多，导致油污不断沉积；因有的幕墙玻璃在接缝密封时使用了多个商家的产品，有的产品不合格，最终导致出油现象。除此之外，还可能是因使用了掺有白油的结构胶来粘结，或者玻璃接缝的密封胶质量低下，最终导致中空玻璃内表面的渗流扩散。伴随着这些现象出现的还可能表现在玻璃接缝衬垫的泡沫条突起，局部密封胶厚薄不均，甚至出现白油深处胶表面出现皱裂等现象。这些现象都是因中空玻璃选用的硅酮结构胶不符合规定造成的，因此，想要控制好幕墙中空玻璃的安装质量与使用寿命，选用合理、优秀、质量过关的结构胶是非常关键的。
本人2009年设计的宝钢（常熟）领导力发展中心幕墙工程中的全隐框玻璃幕墙，根据幕墙计算点标高、玻璃分格尺寸、幕墙类型、常熟地区年温温差，结合工地情况，硅硐结构密封胶选用尺寸为：玻璃与铝框间胶缝宽度取16mm，厚度为8mm；玻璃与玻璃间胶缝宽度取12mm，厚度为10mm。工程使用多年来，回访中发现幕墙密封胶情况良好，未有中空玻璃幕墙外玻璃脱落导致坠落、中空玻璃承载力不足产生坠落、中空玻璃内渗油污染导致粘结失效而坠落等情况出现。
结语
总的来说，建筑幕墙密封胶设计在建筑幕墙工程中占据着重要的地位，是保证幕墙基本功能和使用安全性的基本设施。选择符合规定、质量过关的密封胶，严格按照相关规定和设计标准来设定各类取值，严格各环节的安装施工，才能保障幕墙机构的安全性、提高其气密性与水密性。
参考文献：
[1]顾佳.山东省既有公共建筑玻璃幕墙节能改造技术研究[D].山东建筑大学，2012.
[2]麦飞龙.异形建筑幕墙工程的分析模型与应用研究[D].上海交通大学，2013.
[3]廖拓.建筑幕墙工程施工要点与检验方法的实证研究[D].华南理工大学，2013.
聚氨酯在建筑节能保温材料中应用 篇4
上海市聚氨酯产业发展促进中心总工程师 黄茂松研究员 内容摘要：
本文论述了建筑节能在国家能源政策中的地位与作用。介绍了PU硬泡保温材料应用于建筑节能的优点以及和其它有机保温材料和无机保温材料优缺点比较。介绍了TVCC火灾灾情，分析了其内因及其吸取的教训。讨论了PU硬泡和聚苯乙烯泡沫燃烧机理，从理论上阐明了两种保温材料烧燃机理的不同点，讨论了聚苯乙烯快速燃烧的原因。介绍了PU硬泡的防火性能标准，提出了需建立防火安全性能测试方法依据。讨论了建筑节能采用无机保温材料将给国家带来巨大损失的后果。
一、PU硬泡材料在外墙保温建筑节能中应用前景
（一）建筑节能是我国不可动摇的既定国策
在全球金融危机影响下，我国国民经济能否保持持续稳定的高速发展，能源问题已成为一个突出的矛盾，我国目前是世界上最大的建筑市场，我国既有建筑面积400亿m2，每年新增建筑量20亿m2，而目前我国新建筑中95%以上仍是高能耗建筑，建筑能耗已经达到全社会能耗的27%。若不采取节能措施，到2020年将有50%全国能源消耗在建筑上。据有关部门统计，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出4-5倍，我国建筑单位面积总热量为气候条件接近的发达国家高出2-5倍。由此表明我国建筑节能的潜能很大，根据建设部建筑节能的总体目标：到2010年全国城镇新建建筑实现节能50%，对既有建筑节能改造大城市完成25%，中等城市完成15%，小城市完成10%。到2020年北方和沿海经济发达地区新建筑实现节能65%。由此表明建筑节能已成为影响我国能源可持续发展战略决策的关键因素，也是我国持久的不可动摇的国策。
据有关资料报导，欧美等发达国家和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在欧州和美国建筑节能保温材料中占有率<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专业委员会高级顾问孟扬教授作过粗略计算，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m2建筑能耗既有建筑每年也以20亿m2节能改造计算，每年也需100万t/aPU保温材料。
由此可见我国的建筑节能将给我国PU硬泡市场带来巨大市场空间。
（二）PU硬泡与其它保温材料优缺点比较
1、PU硬泡保温材料的主要优点（1）保温性能优越
导热系数可达到0.017-0.025w/m.k是目前有机和无机保温材料导热系收最低的一种材料。在达到同样隔热效果条件下，其使用的保温层厚度最小。计算表明：在达到同样隔热效果条件下，50毫米厚的PU硬泡，相当于80毫米厚的EPS/XPS；90毫米厚的矿物棉和760毫米厚的混凝土结构。（2）力学性能优良
喷涂PU硬泡与基层墙体表面粘结牢固，能在较宽温度范围和较高湿度条件下抵御承受风力、自重及撞击等各种负载时，PU保温层与基层不合产生起鼓而分离。尺寸稳定性小于1%，延伸率大于5%，具有一定的韧性，不易产生开裂。现象耐冲击性能优良，与其它保温材料相比具有较强的抵抗外力的能力。强度是PU硬泡最重要的力学性指标，它的大小直接决定着外墙饰面系统抗风压、抗冲击、抗应变能力，是评估外墙保温系统使用安全性能最重要、最直接的性能指标。
（3）防水性能良好
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。能阻隔水及水蒸汽渗透，使墙体保持一个良好的稳定的绝热状态，这是目前其它保温材料很难实现的。
2、PU硬泡同EPS、XPS外保温材料相比具有以下优点：
（1）保温性：PU硬泡保温性能明显优于EPX、XPS。（2）密封性：EPS和XPS有缝有空腔结构，外界空气很容易通过缝隙，空腔流通，影响保温性能。（3）抗风揭性：PU硬泡在密度35kg/m3下，抗拉强度为0.3Mpa，完全可以承受高层建筑外墙由于风的负压荷载能力。而EPS抗拉强度在干燥状况下，仅为0.1Mpa，浸水后的抗拉强度则更低，所以一般EPS不能用于高层建筑。（4）抗裂性：PU硬泡力学性能优良，尺寸变化率<1%，有一定韧性，故抗裂性好。而EPS、XPS一般要求存放40天后才能用于施工，而实际应用很难做到，因而EPS保温工程易出现裂缝，墙体透湿和返水现象。（5）防水性：PU硬泡闭孔率达95%，自结皮闭孔率100%。而EPS和XPS为空腔粘贴，水、结露水易透过裂缝及空腔渗入室内。（6）环保性：PU发泡剂可用无氟与半氟发泡，而XPS、EPS较难做到，大都采用氟利昂发泡，破坏臭氧层，造成污染大气层。（7）阻燃性：PU硬泡离火自熄碳化，EPS和XPS遇火高温下产生熔滴，易产生二次燃烧。
3、无机保温材料应用的缺点：
岩棉、玻璃棉和膨胀珍珠岩等无机保温材料存在以下缺点：（1）导热系数大（0.065~0.090w/m.k），保温性能差；（2）密度大：保温层厚度大，占地面积大；（3）材料力学性能差：材料本身呈松散结构，成型板块时需用乳化沥青做粘合剂，抗撞击强度和受压强度等整体力学性能均较差。（4）吸湿性大：此类保温材料在使用过程中易吸湿，致使导热系数大幅升高，保温性能变得更差。（5）环保性能差：此类材料含有大量有害物质，在施工和应用中对人体有害。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、PU硬泡外墙保温材料防火安全性能解析
（一）国内近年来发生的两次火灾案例分析
1、深圳龙岗区火灾案例
2008年9月20日深圳龙岗区文化俱乐部大厅里。演员表演节目用烟火道具枪向天花板打烟火，火花点然天花板，点燃未经阻燃处理的PU材料，引起火灾，烧伤59名，其中48名为烟雾吸入性损伤，由此在社会上对PU材料产生了负面影响，当地公安部为此作出规定，一律不准在当地使用PU泡沫作为室内装饰材料。此次火灾根本原因，采用的PU泡沫塑料，未经阻燃消烟处理，易起火，起火后产生大量浓烟，引起人员伤亡。
2、中央电视台新址北配楼电视文化中心（简称TVCC）火灾案例
2009年2月9日晚TVCC发生大火，燃烧持续时间6小时，过火而积达10万平方米，7人受伤，其中一名消防人员牺牲。TVCC共有30层，高159米，建筑面积103648平方米。主体结构为钢筋混凝土结构，外立面装修材料南北侧为玻璃幕墙；东面立面为钛锌板幕墙，幕墙外层表面保温材料为XPS（聚苯乙烯挤塑板）内层表皮保温材料为防火棉，外层表皮防水材料为三元乙丙防水膜。初步查明火灾系违规燃放烟花爆竹引燃保温材料所致。火灾沿保温材料面上下左右多个方向迅速蔓延到整个大楼。中央电视台2月13日通报专家组对火灾现场进行勘察的初步结果，称这次火灾系新中国成立以来建筑物燃烧最快的一例。
TVCC火灾案例原因分析：建筑部幕墙门窗标准化技术专家组组长龙文志教授，对此次火灾原因、教训和对策作了精辟分析。龙教授观点概括如下：
（1）火灾的内因是采用了防火性能差的XPS（聚苯乙烯挤塑板）复合板：该复合板材采用由德国进口的2毫米厚钛锌板作屋架幕墙。采用直立锁边结构的铝镁锰合金板（板厚小于1毫米）作层面防水层。钛锌板熔点4180C左右，燃放烟火的礼炮及礼花弹其燃烧温度高达17000C。燃烧的礼花一旦落在钛锌合金板上面，熔融的钛合金向下流淌，引燃下层XPS保温材料，从而形成XPS大面积闷烧，使连结一起的钛锌板产生“烟囱”效应，进而火焰迅速蔓延和积累，最终引发TVCC整体轰燃而产生轰爆效应。
（2）深刻吸取教训，防止此类案例重演：龙教授认为此次火灾燃放烟火只是外因，该建筑幕墙及屋面的XPS保温材料造就了火灾隐患存在必然性。龙文志教授特别指出：“这次不出现火灾可能在今后别的大楼使用过程中也要出现火灾，而那时的危害性要比现在严重上百倍”。TVCC火灾案例要从中深刻吸取其教训，XPS材料由于温度超过800C产生熔滴，引发燃烧后极易诱发二次燃烧，且具有极快的火焰传插速度。由此，公共建筑和超高层建筑采用此类保温材料必须慎之又慎。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板薄抹灰外墙保温系统；在德国，22米以上建筑不充许使用EPS板薄材灰外墙保温体系。在欧洲许多夹心板材厂不再生产防火性能差的EPS板，许多保险公司已禁止给EPS板作保温建筑保险。同样在韩国和澳洲等地的建筑保温市场EPS和XPS泡沫也被禁止使用。
（3）建立符合中国国情的建筑外墙屋面保温防火节能体系：近年来重大恶性建筑火灾和外墙屋面火灾事故频频发生，不能机械地套用国外一些方法。龙教授认为建筑火灾和外墙防火要结合我国的实际情况出发，做到安全与节能，防火与保温并重。建立符合中国国情的建筑幕墙屋面保温防火节能体系。针对中国新时期防火、消防工作规律，突破制约外墙层面防火的关键技术，形成具有强制力的、科学性的技术标准和工程规范。
（二）PU硬泡外墙保温材料防火安全性能最新技术进展
1、上海精洽科贸公司杨宗琨教授的重大科技成果
杨教授积20多年PU硬泡防火安全性能研究经验，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。其核心技术是发明了经化学结构改性的无卤阻燃聚醚多元醇，即在易燃的氨基甲酸酯分子结构中，引入了耐高温、难燃、低发烟、低毒性的环状结构化合物（异氰脲酸脂环、哑唑烷酮、芳香族环、碳化亚二胺结构）并选择了先进的无卤、膨胀性阻燃技术。研制成的板材经国家建筑工程材料监督检验中心上海建材及构件质量监督站检测，氧指数为32.7，烟密度等级SDR为61，达到了B1难燃等级。该项成果需尽快推动其实现产业化和市场化。
2、南京四环研究所朱吕民教授的重大科技成果：朱教授也研制成了一种无卤阻燃聚醚，并成功地应用于PU软泡和硬泡，已实现产业化和市场化。
亨斯迈上海研发中心与山东一家公司联合研制成了环保型双面彩钢PU夹心板，达到B1等级。韩国一山上海有限公司也研制成了PU难燃PU硬泡，经四川消防所检测达到了B1级难燃等级。
3、江苏化工研究所研制成了阻燃PU硬泡和松香油聚酯多元醇；南京康塑德公司已实现了芳香族聚酯多元醇系列化；广州朗腾PU公司已研制了阻燃PU硬泡组合料。此外跨国公司HUMTSMAN、BASF、Bayer也有多个品种的阻燃级PU硬泡。
4、我国阻燃剂、抑烟剂已有空前发展，为我国阻燃PU硬泡研发和生产基定了坚实基础。
5、中国科大、北京理工大、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。
（三）对PU硬泡保温材料防火安全性能的讨论
1、PU硬泡与聚苯乙烯泡沫燃烧机理分析（1）PU硬泡的燃烧机理
PU硬泡是一种交联热固性材料，燃烧机理以凝聚相燃烧为主要控制区。其燃烧过程：点火→凝聚相发生热分解反应→凝聚相表面形成碳化层→凝聚相热分解产物进入气相燃烧区→气相反应区完成燃烧反应释放大量热量。
PU硬泡燃烧机理特点是在凝聚相表面形成一个碳化层，此碳化层可有效起到阻碍燃气气相反应区热量和高温反应产物向固相的传递，对热量传递起到屏蔽作用，从而起到降低火焰的传播速率。因此对PU硬泡采取的阻燃措施，主要是降低凝聚相分解反应速率，提高碳化层的致密性和厚度，以及采用PIR（聚异氰尿酸酯结构）泡沫和化学或物理膨胀型阻燃剂以及具有阻燃分子结构的PU硬泡，均能起到提高表面碳化层的阻燃效果。
（2）聚苯乙烯（EPS/XPS）泡沫的燃烧机理
聚苯乙烯泡沫是一种热塑性材料，其燃烧机理主要以气相燃烧为主要控制区，无阻燃剂条件下，一般表面不形成碳化层。其燃烧过程：点火→固相发生热分解反应→固相分解产物直接进入气相区→气相区完成燃烧反应释放大量热量。由于聚苯乙烯燃烧过程中燃烧表面无碳化层结构，所以聚苯乙烯热释放速率一般要比PU硬泡要大。聚苯乙烯燃烧的另一个特点就是，在燃烧过程中会产生熔滴，熔滴易扩大燃烧面，导致二次燃烧，这也是聚苯乙烯火焰传递速率快的一个重要原因。TVCC火灾实情，验证了聚苯乙烯存在快速传递火焰速率的致命缺点。
2、关于PU防火安全性能阻燃等级标准
（1）GB8624-1997《建筑材料燃烧性能分级方法》规定用氧指数（着火性）、垂直（水平）燃烧法（火焰传播性）和烟密度三项指标作为衡量材料的阻燃性能标准。
按照GB8624-1977标准，PU硬泡B1级阻燃指标是：1）氧指数大于32%。2）平均燃烧时间30秒，平均燃烧高度小于250毫米。3）烟密度SDR<75。
（2）GB8624-2006标准采用燃烧热释放速率、燃烧热释放量、燃烧烟密度和燃烧产物毒性四项指标作为材料阻燃性能分级标准。把建材燃烧性能分级为A1、A2、B、C、D、E、F共7级。其中A1、A2级PU硬泡难以达到，建材用PU主要分B、C、D三种级别。
GB8624-2006 B级和C级对应于8624-1997 B1级 GB8624-2006 D级和C级对应于8624-1997 B2级
新标准申引入了SBI测试（建筑材料或制品单体燃烧实验GB/T20264）。SBI测试和以往阻燃测试最大区别是不再单独测试泡沫的阻燃能力，而是测试包括面层在内的整体燃烧与热释放速率。
（3）GB862-2006标准中增加了燃烧产物毒性一项。GB8624-2006比欧美国家对PU硬泡达到的标准要高得多，欧美国家只要达到其中二项就可以了，而我国必须四个指标全部要达到标准。这是根据中国国情出发必须制定严格的防火性能标准。
3、关于安全防火性能的测试方法
PU硬泡保温材料安全防火性能测试方法应涵盖三个方面内容：
1）建立性能化、标准化、科学试验方法：主要建在国家级、省市级消防和质量研究单位。主要任务：制定标准、质量监督、产品等级判断和防火性能研究。2）建立真实火灾模拟试验方法：主要建在国家级研究和高校单位，如国家级火灾重点实验室。主任任务：模拟材料的真实火灾下燃烧特征。与材料的防火安全性能建立相关关系，是判断防火安全性能的终裁手段。
3）建立简易、易以推广的常规测试方法：主要针对大量产品生产单位使用。作为检验产品防火安全性能的常规检测方法。
以上三种试验方法均需具有与材料真实火灾燃烧性能有较好的相关性。
4、关于PU硬泡毒性气体问题
目前国内对PU硬泡产生一种误解，认为PU硬泡燃烧后必定产生大量毒性气体，由此提出此种材料不能作为建筑的内保温和外保温材料，这种见解带有一定的偏面性。PU泡沫燃烧产物毒性气体的成分不是不可以改变的，更不是必然的，这主要取决于PU泡沫的结构，以及采取何种阻燃剂和抑烟剂，通过科学的研究方法，完全可以研制成燃烧产物烟密度小，毒性低的PU泡沫产品。在中国PU工业协会2008年第十四次年会上，日本三村成利作了“日本聚氨工业协会就火灾问题的对策——有关PU泡沫的火灾安全”报告，在报告中日本PU工业协会系统地对PU泡沫燃烧气体毒性组份组成及对老鼠作了毒性试验。得出的结论是：PU泡沫燃烧产物毒性气体组成与木材燃烧产物相近。相信日本PU工业协会是以一种负责任的态度公布其研究结果。国内相关单位应认真对待此研究结论，切勿轻易否定。
5、将建筑节能有机保温材料一律拒之门外 据悉最近国家有关部门试图作出规定：公共建筑和超高层建筑一律不准使用有机保温材料，提倡采用无机保温材料。这种片面规定，值得国家能源部和建设部深思。此种规定一旦实施将会带来以下恶果：
（1）国家建筑节能任务将付之东流：若建筑节能采用无机保温材料则无法完成50%和65%节能目标。也无法完成未来国家节能减排的艰巨任务。将会造成对国家经济和能源巨大损失。根据建筑体系围护结构传热系数的要求，要实现节能率65%，墙传热系数必须达到0.4~0.6，要达到此要求，无机保温材料难以达到必然被淘汰。
（2）采用无机保温材料是历史倒退：欧美经济发达国家建筑节能材料发展历史是无机保温材料→聚苯乙烯有机保温材料→PU有机保温材料。正由于有机保温材料在建筑节能等方面比无机材料具有综合优势，而被这些经济发达国家广泛采用。若采取这种因噎废食作法，片面认为有机保温材料防火安全性能达不到要求干脆一律加以否决，这种做法是建筑保温材料发展史上一种倒退。
（3）无机材料绝非理想选择：无机保温材料除防火性能占有一定优势外，本身存在环保性能差，吸湿性大，占地面积大，自重量大和含有危害人体毒性等缺点。从综合性能和综合经济效益评价无机保温材料并非建筑保温材料的理想选择。
三、几点看法
1、我国巨大的建筑节能市场是拉动我国未来PU发展的主要因素，也是国际跨国公司瞄准的重点目标市场。
建筑节能是国家不可动摇的既定国策。也是国家实现节能减排的一项重要举措。是确保我国国民经济持续平稳增长，人民生活水平不断提高，能源得到充分利用和保护地球环境的一项极为重要的政策。
2、PU硬泡具有优越的保温性能、优良的力学性能和防水性能，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。国外发达国家甘多年在建筑节能上成功应用，充分表明PU硬泡作为建筑节能保温材料，技术上是可行的，也是可靠的。
3、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，两者缺一不可。
PU硬泡用于建筑保温材料，其防火安全性能在技术是可以达到的。国内PU硬泡保温材料今后努力方向是：提供生产出符合建筑节能要求，防火安全性能达标，性价比优良的产品。并尽早实现产品产业化、市场化和系列化。
4、尽快建立符合中国国情的建筑外墙保温防火节能体系的评估办法。包括制订标准（符合科学性、合理性、可操作性）建立测试方法（符合客观性和可操作性），制订现场检测和监督管理办法等。
5、建筑节能保温材料采用无机保温材料，并将有机保温材料一律拒之门外的作法值得有关部门深思。此种作法不符合建筑节能保温材料的科学发展规律，极大地限制了有机保温材料的合理发展，严重阻碍了国家节能减排的国策实施，将对国家能源、建筑和经济造成巨大损失。
6、TVCC火灾案例有关专家已得出明确结论：TVCC火灾是建国以来建筑物火焰传播速度最快的案例，其内因是采用了具有快速火焰传播速度的XPS有机保温材料。TVCC火灾应引起国家相关部门深思。