關于高層民用建筑外墻保溫材料的種類與特點探討

朱玉穎

（鴻天房地產開發公司 遼寧葫蘆島 125001）

引言

保溫材料和制品對于高層民用建筑的節能具有非常重要的影響，外墻保溫材料的應用和研究得到國內外建筑行業的廣泛關注。20世紀70年代，國外開始重視保溫材料在建筑外墻中的應用，通過降低建筑能源的消耗來減少溫室效應與環境污染。為此國內也逐漸重視對建筑節能材料與建筑保溫材料的應用與研究。

1 高層民用建筑外墻有機保溫材料的種類與特點

1.1 PU

PU指的是聚氨基甲酸酯，主要由多異氰酸酯和多元醇反應而制成，是重復NHCOO基團聚合物的統稱。聚氨酯泡沫材料將多異氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇作為主要原料，加入一定劑量的穩定劑、催化劑、發泡劑，在特定的溫度下混合均勻所制作的泡沫材料。在20世紀中葉，德國用多元醇和二異氰酸酯作為原料，將聚氨酯硬質泡沫研發成功[1]。聚氨酯泡沫具有很強的隔音性、隔熱性、防水性、耐油性及耐磨性，是當前最好的合成材料，被國際公認為理想的建筑外墻保溫材料。在所有保溫材料中，聚氨酯泡沫材料的熱導率是最低的，于上世紀末開始逐漸應用于高層民用建筑，種類有澆注聚氨酯、噴涂聚氨酯、聚氨酯泡沫板等。沒有受到阻燃處理的硬質PU泡沫氧指數只有不到1/5，而且燃燒時會釋放大量一氧化碳等有毒氣體，如果用于高層民用建筑外墻，那么在發生火災時會給人們的逃生和滅火工作帶來極大的阻礙。因此，不少專家學者對于PU阻燃效果進行了一系列研究，研究表明，季戊四醇和聚磷酸銨粉末構成的阻燃系統應用于硬質泡沫塑料的制作時，添加2：1的膨脹阻燃劑會使硬質泡沫的阻燃性能做好。將磷酸三苯酯及氫氧化鋁當做PU泡沫塑料的復配阻燃劑時，兩者比例為1：5時會達到硬質泡沫塑料氧氣數的最大值。同時，研究還發現蒙脫土經過一定的化學改性，能夠有效提升聚氨酯的抗燃燒性。

1.2 PF

PF指的是由酚醛樹脂、不燃填料、固化劑、發泡劑、表面活性劑等組成的泡沫類塑料，與PU相比較，PF具有較高的氧指數，不屬于易燃材料，擁有強大的耐火性，甚至能達到難燃B1級。將酚醛樹脂應用于高層民用建筑外墻中，能在高達130℃的環境下長時間運行，而且能承受的瞬時溫度為300℃。酚醛受到分子結構的影響，存有很多粉狀物，亞甲基容易被氧化，致使酚醛泡沫材料具有粉化度高、脆性大等特點，基于這些特點，不少專家學者對酚醛泡沫增韌進行了研究，并找到了幾種增韌途徑。第一種途徑是添加適量的外增韌劑，如短切玻璃纖維、熱塑性樹脂、橡膠彈性體改性劑等。第二種途徑是用改性苯酚取代苯酚合成樹脂，如腰果殼油、對苯二酚、對甲酚、鄰甲酚等。第三種途徑是化學增韌，使羥甲基與酚羥基進行充分的化學反應，然后與柔性鏈相接。三種增韌方法中第二種增韌效果最佳[2]。研究表明，聚氨酯預聚體可以增強酚醛泡沫熱性，改變耐高溫性與泡孔的分布狀況，酚醛樹脂中聚氨酯用量為9%時，可以發揮最好的物理性能。另外，酚醛中加入聚氨酯會產生兩類反應，一是多羥基化合物與異氰酸酯基團產生擴鏈、交聯反應，二是羥甲基與異氰酸酯基團產生交聯反映。這兩類反應都可以有效改變酚醛樹脂分子的結構，使泡沫制品的韌性提高，脆性降低。

1.3 EPS

EPS指的是模塑聚苯乙烯泡沫，又稱為膨脹聚苯板或是模塑聚苯板。EPS板將聚苯乙烯顆粒作為基本原料，經過預發泡加熱后，利用模具制作出的泡沫塑料板材。泡沫中含有98%空氣及2%的聚苯乙烯，主要可分為阻燃型與普通型兩類。EPS板具有價格低廉、易于加工、吸水性弱、導熱性小、質量輕、密度小等特點，在高層民用建筑外墻中得到了廣泛應用。但是EPS板使用的溫度不能高于75℃，遇火易燃、氧氣指數低，于是不少專家學者進行了一系列的EPS阻燃研究工作。聚苯乙烯阻燃方式有很多，主要包括黏土阻燃、膨脹阻燃、無機阻燃、磷系阻燃、鹵系阻燃、本體阻燃等方式，其中，本體阻燃指的是將鹵、磷、氮族元素適當引入聚苯乙烯分子鏈上面，實現阻燃的目的，而另外幾種阻燃方式為添加型阻燃。鹵系阻燃是一種傳統的阻燃方式，具有很高的阻燃效率，但是在燃燒過程中會出現大量的有毒氣體和煙霧。隨著城市化進程的加快，人們環保意識逐漸增強，相關部門也制定了一系列政策與法律法規明令禁止使用含鹵阻燃劑，無鹵阻燃成為未來阻燃劑發展的主要趨勢。無機阻燃與膨脹阻燃的發展也較為迅速，研究表明，三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸銨在高溫下能夠共同形成一道保護層，對O2與熱傳遞的擴散起到了一定的阻隔作用，實現了阻隔的目的，而且降低了可燃煙霧與氣體的排放量，防止聚合物的燃燒與滴落。氫氧化鎂與氫氧化鋁作為重要的無機阻燃劑，和無機阻燃改性劑結合使用后可以獲得更好的阻燃效果。

2 高層民用建筑外墻無機保溫材料的種類與特點

2.1 泡沫玻璃

泡沫玻璃的主要原料包括非金屬礦、粉煤灰、廢玻璃等，加入一定的改性劑、助溶劑、穩泡劑及發泡劑后，進行粉碎和混合成為配合料，通過模具的使用及加熱處理，最終制作成為內部氣泡均勻的一種多空玻璃材料[3]。20世紀40年代，法國第一次成功制作泡沫玻璃，這種泡沫玻璃將玻璃作為主要原料，將碳酸鈣作為發泡劑，使用耐火模具加熱發泡，最終制作成一種輕石狀材料。泡沫玻璃的主要應用領域是工業保溫隔熱工程，在民用建筑保溫領域的應用相對較少，而在高層民用建筑外墻保溫領域中的應用份額更是少之又少，原因在于泡沫玻璃的生產成本十分高昂，會耗費建筑企業大量的建筑資金成本。目前，降低泡沫玻璃的制作成本、提高成品率成為其應用于民用建筑外墻保溫的重要問題。

2.2 巖棉

作為性能相對不錯的無機保溫材料，巖棉是應用于民用建筑外墻最早的一批無機保溫材料之一。在歐洲，巖棉在高層民用建筑外墻中的應用高達1/5。巖棉的主要原料是輝綠巖、玄武巖，通過添加適當的輔助料，在池窯或是沖天爐里融化，用極大的壓力加以強吹，然后驟冷形成纖維狀態，或是把溶液放在多級回轉轉子中利用離心力轉動形成纖維狀態。當前建筑行業的巖棉板包括三維法巖棉板、擺錘法巖棉板及沉降法巖棉板。熔體配方酸度系數是最重要的纖維內在因素，如果酸度系數過低，纖維的強度便不能滿足生產需求。巖棉是一種纖維保溫材料，具有很強的吸水性，吸水過多會極大的增加導熱系數。因此，應在一定程度上降低巖棉的吸水性。作為一種外墻保溫材料，巖棉的制作流程較為嚴格，這樣才能使制作出的巖棉應用于建筑外墻時能發揮較好的保溫效果。

3 結語

綜上所述，建筑保溫技術是建筑節能技術的主要組成部分之一，外墻保溫技術則是建筑保溫技術的核心元素。我國通過多年來對外墻保溫技術的應用與研究，獲得了不錯的成就。在高層民用建筑中采用適合的外墻保溫材料，能夠有效推動我國建筑節能的進程，實現建筑行業的又好又快發展。