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建筑保温材料行业的宠儿——发泡聚氨酯

更新日期:2020年7月27日 大字 小字
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节约能源是全世界极为关注的课题。从我国的建筑方面来讲,随着住房需求及客户对整体装修度的要求上升导致我国建筑能耗逐年大幅度上升,已达全社会能源消耗量的32%,加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%,建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。国家从推行建筑节能以来,建筑节能发展到今天,基本上是50%、65%、75%等多种标准通行了,发达的省市节能率标准都较高。
我国作为发展中国家,开发建设的量持续上升,造成了庞大的建筑能耗,因此也成为了国民经济的巨大负担。我国建筑的单位面积采暖能耗仍然是与我国气候条件相近的发达国家的2~3倍,国家迫切需要进一步提高节能标准来适应国际趋势。
目前来看,建筑节能是关系到我国完成节能减排目标、建设低碳经济、保持经济可持续发展的重要条件之一。因此,建筑节能这一领域是得到了国家及政府的重视和支持的。且在相关政策及国民环保意识逐渐提高的环境下,建筑节能产品的普及率、使用率越来越高,不仅催生了一大批以环保为口号的企业、绿色建筑,甚至普通民用住宅的节能系统使用率也越来越高。各行各业都在说节能,很多企业也都在标榜自己是节能产品或者节能行业。
建筑保温材料是通过对建筑外围护结构采取措施,减少建筑物室内热量向室外散发,从而保持建筑室内温度。建筑保温材料在建筑保温上就起着创造适宜的室内热环境和节约能源有重要作用。
1   建筑保温材料行业概况及现状  
1.1建筑保温材料行业概况
1937年德国Otto Bayer教授首先发现多异氰酸酯与多元醇化台物进行加聚反应可制得聚氨酯,并以此为基础进入工业化应用;1945-1947年英美从德国获得聚氨酯树脂的制造技术,于1950年开始工业化;日本1955年从德国Bayer公司及美国DuPont公司引进聚氨酯工业化生产技术。
 我国聚氨酯工业于上个世纪50年代开始起步,发展缓慢。近十几年随着我国国民经济高速发展,我国的聚氨酯行业也获得了飞跃进步,在原料、制品和机械设备方面等已具有和世界前列相当的技术水平。已发展成为种类繁多、技术构造多样、产品需求量巨大的一个产业。
在目前的建筑设计施工中,市场运用的保温材料大致可分为有机和无机两大类,应用比较普遍的主要有 EPS 板、XPS板、聚氨酯板、酚醛板、岩棉板、发泡水泥板、无机保温砂浆等,近两年来,一些通过改性的高性能聚苯板发展迅速,如真金防火保温板等。
其次,保温系统运用最多的是聚苯板薄抹灰外墙保温系统、胶粉聚苯颗粒外墙保温系统和挤塑聚苯外墙保温系统,基本上占据国内外外墙保温市场75%以上的份额。
另外,机械固定发泡聚苯板钢丝网架板外墙外保温系统、发泡聚苯板现浇混凝土外墙保温系统和聚氨酯外墙保温系统大约占据20%的市场份额,其他系统占总量的5%。
1.2建筑保温材料行业现状
据不完全统计,迄今为止,涉及与建筑节能外墙保温系统产品有关的生产和销售企业全国达到8000余家(不含原材料供应商),据对2019年全国建筑节能外墙保温市场情况分析,整个市场形成的总产值在500亿—600亿元人民币之间,年产值最大企业的销售额约3.2亿元(其中包含该企业其他辅助产品的销售);极少数企业的年销售额达到2亿—3亿元,年销售1亿—2亿元的企业数不到2%,年销售额5000万—1亿元的企业不到3%,超过80%的企业销售额在700万—3000万元。
按照区域划分,我国华南、华东、华北地区企业和产能相对集中,如下图,而西北、西南、东北地区企业数量和产能相对较少。从市场的供应情况调查,我国生产外墙保温材料在这些厂商中,既有专业生产一种保温板的厂商,又有混合生产多种保温材料厂商;基友年产几十万立方米的大厂,也有仅有2—3万立方米的小作坊,而厂商的供货也已打破了原有的地理界限,从上海、杭州、南京等地远销到东北三省及西北五省区的比比皆是。
挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料(挤塑板)、模压型聚苯乙烯泡沫塑料(普通泡沫板)、现喷硬泡聚氨酯、硬泡聚氨酯保温板(制品)、泡沫玻璃、泡沫混凝土(泡沫砂浆)、化学发泡水泥板、轻骨料保温混凝土(陶粒混凝土等)、无机保温砂浆(玻化微珠保温砂浆)、聚苯颗粒保温砂浆、矿棉(岩棉)、酚醛树脂板、膨胀珍珠岩保温砂浆无机活性墙体保温隔热材料等。
2  发泡聚氨酯产品介绍、优点及应用场景
2.1发泡聚氨酯产品介绍
聚氨酯可以说是目前节能改造和建筑保温方面最好的材料,它是一种新兴的有机高分子材料,主要由多异氰酸酯(其中二异氰酸酯应用较多)与多元醇加成聚合而成。反应过程中不产生副产物,因而体积收缩较小,胶层固化后产生的内应力也比较小。因而被誉为“第五大塑料”,因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。
聚氨酯硬泡是聚氨酯材料在建筑保温领域比较常见的一种方式。也是应用最广泛的墙体保温材料,它的全称是聚氨酯硬质泡沫塑料。它主要是两种化工原料(A料、B料)的混合,经化学反应形成硬质泡沫体。A、B料经发泡机加压、加温,经保温管道送到喷枪混合室内混合,用压缩空气喷涂于需保温的表面瞬间发炮形成硬泡体。
2.2发泡聚氨酯产品优点
在建筑领域,设计建筑时必须考虑绝热保温、提高能源效率和降低能耗等问题。硬质聚氨酯泡沬塑料不仅具有质轻、比强度大、隔热、隔音、隔潮、耐腐蚀和防渗漏等性能,同时还具有良好的粘接性和加工性能,可现场施工,又可预制成构件组装,满足建筑物轻量化、降低造价节能等要求。在各类聚氨酯制品中,聚氨酯泡沬塑料是最重要的一部分,它的主要特征是具有多孔性,因而相对密度小,比强度高。
2.3发泡聚氨酯的应用场景
聚氨酯发泡广泛应用在冰箱,家具等行业,其实在建筑业也有大量应用,比如门窗四周防水。在目前节能领域应用最多的几种保温材料中,发泡聚氨酯可以用于外墙、屋面、地面和地下室外墙等领域,还可以与超薄石材复合成为保温装饰一体板。
4  发泡聚氨酯的制备及施工工艺 
4.1发泡聚氨酯的制备
聚氨酯泡沫制备过程中主要的反应原料有两个,一是异氰酸酯(黑料),二是聚醚多元醇(白料)或聚酯多元醇,市场上大部分采用聚醚多元醇。该制备反应非常简单,将异氰酸酯与聚醚多元醇混合均匀后在室温下即可自发反应。
聚氨酯泡沫由异氰酸酯和聚醚多元醇的加成聚合反应而成,主要是异氰酸酯的端基-NCO与聚醚多元醇的端基-OH的反应。此外,异氰酸酯与水反应生成二氧化碳气体,进而使得产物呈现出泡沫结构。
异氰酸酯与水反应生成大量气体,气体成核成为泡孔。随着泡孔增长,整个泡沫开始膨胀。随着气体增多,气泡的孔径变大,相互融合。当气泡融合到一定程度之后,反应物会慢慢显白色。这段时间就叫做“乳白时间”。
随着异氰酸酯与聚醚多元醇的反应,体系粘度增加,由液相向固相转变。气泡合并,气泡孔壁变薄,形成网络结构。当液体完全转化为固相后,气泡结构即被固定下来,形成硬质泡沫塑料。
 4.2发泡聚氨酯施工工艺
4.2.1施工设备
原料经充分混合后分别由计量泵按比例打入特制的喷枪内,在喷枪内或灌注混合器内充分混合喷涂于管道或设备表面,发生反应,在5-10S内起泡生成泡沫塑料,并固化成型。
4.2.2施工工艺
1)喷涂法:按本配方将两组溶液分别贮于两个料桶中,物料以过滤至计量泵,由风动马达带动运转,将料输入料管至喷枪体,由压缩空气调节阀将物料带进混合室,混合后通过喷管喷嘴,喷到管道或设备上发泡成型。
2)灌注法:将配制好的两组溶液分别贮于料桶中,以过滤至计量泵,由风动马达带动运转,将物料输入料管至灌注混合器,由一路压缩空气通入灌注马达,带动搅拌轴使两组物料混合,然后注入模具发泡成型。
接下来就详细介绍一下,发泡聚氨酯保温材料的施工现场是如何操作的。
使用的是机械性喷涂方式进行演示,40平的房子一天即可完成施工。
首先是外壁面,喷胶合板。
刚一粘上墙面就快速发泡。
如果用这个的话,缝隙是没有的。
最大的特征是一次可以完成保温和密封的施工,是非常具有优势的施工材料。
对于某些施工不便的小角落,把隔热材料放进去的方法,可能会存在缝隙,但是选择聚氨酯即可均匀填满,不留缝隙。
5 发泡聚氨酯现场施工注意事项 
在室温条件下搅拌物料,使其混合反应,然后较快的灌注在需要成型的空间,施工时应控制反应发泡时间,使搅拌后的混合物料呈液态灌注到空隙中。在发泡过程中,将会产生较大的膨胀力,应对灌注夹层或模型做适当的加固。
发泡聚氨酯的保温性能、防火性能、粘结性能、防水性能好等优点成为了建材行业的宠儿,将发泡聚氨酯与集成墙面相结合,将这些优点带给千家万户!
6 建筑保温市场的发展趋势 
相关数据显示,墙体保温材料和建筑节能行业正处在快速发展的时期,近五年来,环保新型墙体材料,尤其是新型墙体保温材料的产值以每年约20%的速度发展。传统高能耗建材逐渐被新型建材替代,从而淡出市场。新型建筑节能保温材料将迎来极佳的发展机遇。目前,我国建筑保温材料行业根据服务对象与阶段,分为面向新建建筑和既有建筑节能改造两大市场。
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其一新建建筑:
①城镇新建建筑执行不低于65%的建筑节能标准,城镇新建建筑95%达到建筑节能强制性标准的要求,鼓励北京等四个直辖市和有条件的地区率先实施节能75%的标准;
②到2020年,在全国新建建筑中,绿色建筑的比重超过30%,建筑建造和使用过程的能源资源消耗水平接近或达到现阶段发达国家水平;
③我国2020年城镇住房需求量将达到200多亿平方米,即外墙面积将超过500亿平方米,根据“十二五规划”50%的节能标准,按照平均每平米150元的投入计算,节能建筑需投入7.5万亿元;
④相对于住宅建筑而言,公共建筑的外墙保温推动进程以及保温要求更高,从而推动建筑保温市场快速发展;
⑤未来保障性住房建设也对建筑节能保温材料的应用提供了广阔的市场空间。
其二既有建筑:
①“十二五”期间,我国计划完成北方采暖地区既有居住建筑供热计量和节能改造4亿平方米以上,到2020年末,基本完成北方采暖地区有改造价值的城镇居住建筑节能改造;
②“十二五”期间,完成夏热冬冷地区既有居住建筑节能改造5000万平方米
③2015年,公共建筑节能改造重点城市中公共建筑单位面积能耗将下降20%以上,其中大型公共建筑单位建筑面积能耗将下降30%以上。
目前,中国建筑保温材料行业的大调整已接近尾声,建筑保温发展方向基本确定,一个巨大的建筑节能市场潜力已经扎根,但投资建筑保温行业的风险系数依然很高,一方面,传统的保温材料过剩或因故受到使用限制,产品出现了阶段性见顶,另一方面一大批新技术、新材料、新工艺还在不断培育或完善时期,不能完全满足新型保温市场的需求。从“十三五”开始将进入快速发展高峰阶段,随着政策扶持及人们环保意识的提高,也不断加速行业向“五性五化”即系统“保温性、装饰性、安全性、经济性、耐久性”,产品 “工业化、规范化、多样化、绿色化、智能化”高品质配套发展。
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