浅谈建筑节能与聚氨酯保温材料防火技术的应用

　　2009年2月9日，中央电视台新址北配楼文化中心和上海“11·15”这两次特大火灾发生后，目前在我国建筑行业和建材市场出现了一种值得注意的舆论倾向：只关注建筑外保温材料防火安全指标达到了，忽视了建筑节能指标达不到要求也不重要。如果这种倾向任其发展下去，必将对我国未来建筑节能指标完成带来巨大损害。为此，笔者提出一些观点，与同行探讨，不妥之处予以赐教。

 

　　一、节能减排是国家长期坚持的国策  当今WORD，绿色低碳经济已成为全人类的共同奋斗目标，也是我国未来经济发展的主流。节能减排是实现绿色低碳经济的重要手段，如何减少能耗已成为WORD各国共同关注和研究的课题。据统计在各国能源消耗中，建筑节能占全社会总能耗的比例zui大。我国的建筑能耗占社会总能耗比例为30%左右。据建设部有关负责人指出，在2000年我国建筑年消耗能耗共计3.76亿吨标准煤。目前我国新建建筑和既有建筑中，90%以上属于高能耗建筑。我国万元GDP能耗指标远高于发达国家水平，单位建筑面积能耗是发达国家的2 ~ 3倍。  为此，我国住房和城乡建设部对我国建筑节能目标提出了明确要求：2010年全国城镇达到50%设计标准，四个直辖市和部分省市节能指标达到65%标准；同时开展城市既有居住和公共建筑节能改造，其中大城市完成改造面积25%，中等城市完成15%，小城市完成10%。到2020年新建建筑东部地区实现节能75%，中西部地区争取实现节能65%。并对既有建筑完成节能指标改造。  建筑节能也是我国实现低碳绿色经济的一项重要举措。我国是一个负责任国家。在今年元旦前，联合国环境署在印尼召开了节能减排会议，我国向全球郑重承诺，我国将在今后国民经济发展中积极做好节能减排工作。据有关资料报导，使用一立方米聚氨酯（PU）保温材料一年，能减少二氧化碳（CO2）排放量270公升。按一年消耗100万吨PU保温材料计算，则一年可减少CO2排放量高达700万吨。我国建筑用能增加对全国温室气体排放，其“影响率”已达到25%。  由此可知，建筑节能是我国实现节能减排长期坚持的一项重大国策。由于使用了保温材料，使建筑物减少了热量损失，等于减少了燃料消耗。据有关资料报导，到2030年，建筑节能采用保温处理后，将使温室气体减排达到56亿吨。建筑节能指标能否完成不仅关系到国家整体能源的利用和消耗，也将影响我国向国社会承诺的低碳减排指标能否如期完成。同时建筑节能对提高国民生活水平也会带来明显福祉。因此我国建筑节能指标万万不能降。

 

　　二、聚氨酯是目前国内外zui理想的建筑节能保温材料  国内外在实行建筑节能各项措施中，采取保温隔热材料是防止建筑物能耗损失zui经济、zui有效的技术措施，国内外普遍认为聚氨酯材料是目前zui理想的建筑节能保温材料。其保温效果是聚苯板（EPS和XPS）的1.75倍、岩棉2倍、砖石29倍、木材85倍，混凝土89倍。  在国上，聚氨酯材料以其优异保温性能在建筑节能保温领域有着大量成功且普遍的使用实例。在欧美经济发达国家，在建筑保温隔热材料中有50%比例采用聚氨酯保温材料。在北美尤其加拿大等地区，聚氨酯用于建筑保温的市场份额每年都以5％以上的速度递增，并且很多是用于木质结构建筑的墙体内保温。在欧洲，3升房、0升房都是采用聚氨酯保温系统，德国从60年代就开始施行外墙外保温，目前采用的有机保温材料是B1级的EPS和B2级的聚氨酯，其中B2级的聚氨酯系统由于不具有火灾蔓延风险，可以不用无机材料做防火隔离带。在亚洲的日本，喷涂聚氨酯用于墙体的保温材料已占到有机保温材料市场份额的50％以上。  在经济发达国家如欧美和日本等，几十年来聚氨酯保温材料一直被广泛应用，已成为建筑保温材料重要组成部份，是改善能源、减少二氧化碳排放的重要手段。据美国聚氨酯协会调查表明，在美国采用喷涂聚氨酯材料对墙体和屋面进行保温，使用寿命已超过26年，97.6%工程未出现问题。聚氨酯保温材料在欧美建筑市场上依然是主流。  在我国，目前聚氨酯保温材料的使用率还不到10%。根据国内火灾事故案例的统计分析，目前尚未有一起外墙外保温薄抹灰体系施工完成后的建筑物，发生了重大火灾事故。基本上所有的火灾事故都发生在施工过程中，由于施工管理混乱、违规作业造成。因此，国家房屋城乡建设部已明确将聚氨酯保温材料作为我国未来建筑节能重点推广新材料。

 

　　三、关于对聚氨酯硬泡保温材料燃烧产物毒性气体的问题解析  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。事实上，聚氨酯本身是无毒的，与食物接触的冰箱冰柜的保温材料都是聚氨酯泡沫，聚氨酯弹性体可以做人造血管和心脏瓣膜，大家所穿的带有氨纶的衣服，其中的氨纶也是聚氨酯，其学名叫聚氨酯弹性纤维。  聚氨酯泡沫中含有的主要成分是碳、氢、氧和不到10%的氮。因此在其燃烧气体中通常能找到的主要成分是二氧化碳、一氧化碳和水，以及低浓度的其他氧化产物和氰化氢。实验证明：聚氨酯燃烧过程中产生的有毒气体并不比我们常见的含N 元素的物质多，如羊毛、晴纶，合成木材等。其中这方面的实验室测试zui常用的是德国标准DIN 53436。该标准可用来进行在相应于各种火场条件的不同温度和不同风量下的产品特性的比较。用聚氨酯硬泡和软泡材料制成的相同体积的样条在此条件下生成的分解产物与木材燃烧时产生的危害物质强度相当，而比规定的燃烧条件下毛毡和皮革产生的危害物浓度低。另外，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。

 

　　四、无卤、少烟、低毒PU保温难燃材料是当今的发展  （1）含有结构型阻燃聚醚多元醇阻燃技术在保温聚氨酯材料中应用  在聚醚多元醇分子结构中引入阻燃基团可达到阻燃效果。此种结构型阻燃聚醚多元醇具有阻燃效果大、组份不迁移、耐久性长与硬泡聚醚多元醇有机组份相容性好以及组合料保温、工艺、力学等综合性能优良特点，是聚氨酯保温节能材料未来阻燃技术发展方向。  （2）无卤阻燃技术提高保温聚氨酯材料防火等级，降低了毒性  目前国内外不少高分子材料采用含卤素（溴、氯原子）材料作为阻燃剂。此种阻燃剂阻燃效果虽好，但存在燃烧产物烟雾大、毒性大严重缺点，因此在不少场合被限制使用。欧盟国家明确规定禁止使用含卤素阻燃剂的高分子材料。无卤难燃聚氨酯保温材料是当今发展方向。  综上所述，开发无卤、低烟、防火阻燃高效以及保温、工艺和力学等综合性能优良的聚氨酯保温节能材料，是当今和未来建筑节能保温材料的重要发展方向。

 

　　五、聚氨酯无机复合保温材料是防火性zui强、保温性能zui好的理想材料  聚氨酯建筑外保温材料zui高防火安全性能等级为B1难燃级。国家公安部消防局[2009年]46号文件规定，对于防火安全要求高的场合，要求采用不燃A级材料。据此要求，目前只有无机材料可达到A级防火要求。但无机材料的保温导热系数比聚氨酯等有机保温材料大得多，即保温性能较差，根本难以达到国家规定的建筑节能指标要求。因此，目前国内外都正在开发聚氨酯型无机复合保温材料。 江苏绿源新材料有限公司、广州朗腾聚氨酯有限公司、拜耳公司等企业成功开发了B1级无卤难燃聚氨酯保温材料和燃烧等级达到A级的聚氨酯无机复合保温材料，并实现了工业化生产和应用。

 

　　六、结论

 

　　（1）  建筑节能是国家长期坚持的基本国策，是我国实现低碳绿色经济 的重要举措。因此建筑节能保温效果必定越来越高

 

　　（2）  聚氨酯保温材料是目前国内外公认zui理想的建筑节能保温材料， 是实现国家建筑节能指标必不可少的一种综合性优良的保温材料。

 

　　（3）  聚氨酯保温材料完全可以满足不同使用场合下防火安全性能的指标要求。聚氨酯建筑节能保温材料防火安全性能可以达到，且必须做到。

 

　　（4）通过对聚氨酯原料配方组分的分子结构和阻燃、抑烟技术调整，可有效研制成燃烧产物的烟密度少、毒性低的聚氨酯硬泡保温材料。

 

　　（5）聚氨酯无机复合保温材料，结合了无机材料的不燃性和聚氨酯材料的保温性二者优点，将是建筑外保温材料的未来发展方向。