酚醛保溫材料的性能及發(fā)展趨勢

艾　江

(陜西金泰氯堿化工有限公司, 陜西 榆林 718199)

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酚醛保溫材料的性能及發(fā)展趨勢

艾江

(陜西金泰氯堿化工有限公司, 陜西 榆林 718199)

酚醛保溫材料具有良好的保溫節(jié)能效果，是應用于外墻、內(nèi)墻保溫的絕好材料。酚醛保溫材料可用于幕墻保溫系統(tǒng)、外墻薄抹灰系統(tǒng)及構(gòu)筑酚醛防火隔離帶等，也可與飾面層復合制作保溫裝飾一體化板，市場前景廣闊。

酚醛樹脂； 保溫材料； 技術(shù)性能； 發(fā)展趨勢

0　前言

目前在發(fā)達國家酚醛泡沫塑料保溫材料廣泛應用于建筑、國防、外貿(mào)、貯存、能源等領域。美國建筑行業(yè)所用的隔音保溫泡沫塑料中，酚醛保溫材料占40%；日本業(yè)已成立酚醛泡沫保溫材料普及協(xié)會，以推廣這種新型保溫材料。

酚醛泡沫保溫材料是以酚醛樹脂和阻燃劑、抑煙劑、固化劑、發(fā)泡劑及其它助劑等多種物質(zhì)為原料，經(jīng)科學配方制成的閉孔型硬質(zhì)泡沫塑料。酚醛泡沫塑料的原料來源豐富，價格低廉，而且生產(chǎn)加工簡單，產(chǎn)品用途廣泛。酚醛泡沫塑料保溫材料適用于大型冷庫、貯罐、船舶及各種保溫管道和民用建筑等[1]。

酚醛泡沫塑料保溫材料與通常高分子樹脂加入阻燃劑得到的保溫材料有著本質(zhì)的區(qū)別：在火中不燃燒、不熔化，也不會散發(fā)有毒煙霧，并具有質(zhì)輕、無毒、無腐蝕、保溫、節(jié)能、隔音、價廉等優(yōu)點，且不用氟利昂發(fā)泡，無環(huán)境污染、加工性好、施工方便，其綜合性能是目前其它保溫材料無法比擬的[2]，適用于賓館、公寓、醫(yī)院和高層建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的保溫，對冷藏、冷庫的保冷以及用于石油化工等工業(yè)管道和設備的保溫，建筑隔墻、外墻復合板、吊頂天花板、吸音板等，解決了其它有機保溫材料防火性能不理想，而無機保溫材料吸水率大、容易 結(jié)露、施工時皮膚刺癢等問題，酚醛保溫系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)和各種電器的最佳保溫材料。

1　酚醛保溫材料的特性

近30年在我國建筑行業(yè)和工業(yè)制造行業(yè)發(fā)展歷程中，保溫材料經(jīng)歷了傳統(tǒng)無機材料和有機合成材料兩個階段，為我國建筑節(jié)能做出了巨大貢獻。但是上述墻體保溫材料存在下列缺點：無機保溫材料生產(chǎn)加工能耗大，全天候長期使用保溫效果不穩(wěn)定，施工工藝復雜，尤其是材料使用及廢棄物處理對環(huán)境和人體有害，以至于有些國家在某些場合禁止使用。傳統(tǒng)的聚苯乙烯泡沫塑料板、聚氨酯泡沫塑料板具有優(yōu)異保溫性能，但是不具有安全的防火性能，尤其是燃燒時產(chǎn)生毒氣。該類材料在發(fā)達國家早已限制在極小的應用領域中使用[3]。近年來我國建筑物因大面積使用聚苯乙烯泡沫塑料板保溫材料所引發(fā)的火災事故頻發(fā)，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

酚醛泡沫塑料早期應用在導彈及火箭頭的保溫。近年來高層建筑、艦船、航空、空間技術(shù)等對合成泡沫塑料的熱穩(wěn)定性和耐燃性提出了更高要求。作為一種新型的多用途泡沫塑料材料，酚醛泡沫塑料除了能達到其它保溫材料的保溫效果外，還具有非常好的防火安全性能。酚醛泡沫塑料具有質(zhì)量輕、絕熱性好、剛性大、尺寸穩(wěn)定性好等特點，并且它還具有與鋁相似的膨脹系數(shù)，屬于難燃物質(zhì)，燃燒時僅產(chǎn)生少量一氧化碳有毒氣體，發(fā)煙量低、不會熔融、無滴落物產(chǎn)生[4]。

酚醛泡沫保溫材料具有如下特性：

(1) 優(yōu)異的防火性能聚氨酯和聚苯乙烯等有機保溫材料燃燒后會產(chǎn)生濃煙和劇毒物，造成人員傷亡，同時也增加滅火難度；而酚醛泡沫保溫材料遇火不燃，阻燃性能達最高A級，最高使用溫度為180 ℃(允許瞬時250 ℃)，100 mm厚的酚醛泡沫保溫板抗火焰能力可達1 h以上而不被燒穿。在火焰的直接作用下只會表面炭化，不產(chǎn)生滴落物，燃燒后表面形成一層阻燃層，有效保護層內(nèi)的泡沫結(jié)構(gòu)。

(2) 優(yōu)良的絕熱性能導熱系數(shù)低，系保溫、隔熱的優(yōu)良材料。

(3) 耐熱固化的酚醛泡沫塑料具有數(shù)個苯酚環(huán)，并有甲撐橋連接的結(jié)構(gòu)。由熱力學可知：甲撐橋是有機物連接中受溫度影響最為穩(wěn)定的連接之一，這使得酚醛泡沫塑料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，可在150 ℃下長期使用，短時間可耐200 ℃。

(4) 抗腐蝕抗老化幾乎能耐所有無機酸、有機酸、有機溶劑的侵蝕。長期暴露于陽光下，無明顯老化現(xiàn)象，具有較好的耐老化性。

(5) 密度小、質(zhì)量輕酚醛泡沫材料的密度為80 kg/m3以下，可達到50 kg/m3左右，可減輕建筑物的自重，降低建筑物的載荷，減少結(jié)構(gòu)造價，且施工簡便、快捷。

(6) 適用溫度范圍廣酚醛泡沫塑料的強度受溫度影響不明顯，在低溫，甚至-196 ℃不發(fā)生冷縮、冷脆，其力學強度基本不變，在150 ℃連續(xù)受力的情況下可保持原有強度的90%。

(7) 吸聲性能酚醛泡沫保溫板具有優(yōu)良的吸聲性能，開孔型的泡沫結(jié)構(gòu)更有利于吸聲。

(8) 環(huán)保巖棉、玻璃棉對人體有傷害，聚氨酯、聚苯乙烯燃燒受熱時會分解出氰化氫、一氧化碳等劇毒氣體；而酚醛泡沫保溫板采用無氟發(fā)泡技術(shù)，符合環(huán)保要求。

在歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家，對重要建筑和高層建筑墻體保溫均有嚴格的防火要求。由于涉及嚴重的防火問題，在美國早已有20多個州禁止在建筑中使用聚苯乙烯泡沫材料(EPS);在英國18 m以上的建筑不允許使用EPS板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng);德國則規(guī)定22 m以上的建筑不允許使用該系統(tǒng)，很多保險公司禁止給EPS保溫的建筑保險。

酚醛泡沫保溫板在發(fā)達國家被廣泛應用。美國40%的防火保溫隔音材料為酚醛樹脂；英國、西歐、中東地區(qū)規(guī)定新建工程優(yōu)先采用酚醛泡沫保溫材料；法國、北歐地區(qū)的建筑部門認為只有酚醛泡沫保溫材料才具有較好的防火性能;俄羅斯、東歐也將酚醛泡沫保溫材料用于公共建筑和高層建筑；日本甚至頒布《酚醛泡沫塑料作為標準建筑物耐燃材料》的法令。

2　酚醛保溫材料新技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

采用生物材料降低成本，除市場認知度低外，目前采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的酚醛樹脂價格較高也是制約市場需求進一步擴大的一個重要因素。為了降低成本，酚醛樹脂生產(chǎn)企業(yè)和科研單位通過技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品改進、引進國外先進的生產(chǎn)設備及管理模式等手段，嘗試利用秸稈、玉米芯等生物材料生產(chǎn)酚醛樹脂，并取得了成功。這使得酚醛樹脂的價格大幅下降。目前，山東圣泉集團、上海雅達涂料公司、北京萊恩斯集團、廈門高特高新材料有限公司等酚醛樹脂防火保溫材料的生產(chǎn)企業(yè)均已開始采用生物材料生產(chǎn)酚醛樹脂保溫板。

山東圣泉集團利用秸稈、玉米芯等生物材料中含有的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素等成分，采用生物化工工藝提取木糖醇、氨綸、沼氣、汽車燃料及酚醛樹脂等，成本低廉，效益明顯。目前采用生物材料生產(chǎn)的酚醛樹脂保溫材料的價格與市場上添加阻燃劑來達到同等級防火效果的保溫材料的價格相當，甚至更低，并且利用秸稈、玉米芯等生物材料制造酚醛樹脂，節(jié)能環(huán)保，產(chǎn)品兼具保溫和防火雙效性能；使用后，沒有任何毒性和污染，還可以回收，制成活性炭產(chǎn)品，應用于石油化工等領域，具有廣闊的市場前景。

改性酚醛內(nèi)外墻保溫板是由國內(nèi)科研人員開發(fā)研制的合成材料，達到外墻保溫絕熱和內(nèi)墻貼面的效果；是一種經(jīng)濟、安全、高效、節(jié)能的墻體內(nèi)外保溫系統(tǒng)，為新建、改建、擴建工程的，墻體節(jié)能設計、施工提供了更新穎、更安全的系統(tǒng)解決方案。

改性酚醛內(nèi)外墻保溫板具有優(yōu)異的防火性能，在高層建筑、公共建筑中使用更安全可靠[5]。改性酚醛內(nèi)外墻保溫板主體原料均為阻燃性物質(zhì)，因而無需添加任何阻燃劑，被國家檢測機構(gòu)認定為難燃型B1級。

改性酚醛內(nèi)外墻保溫板具有如下特性：

(1) 良好的隔熱保溫性改性酚醛泡沫塑料為獨立的微孔發(fā)泡體，因此，具有優(yōu)異的隔熱、保溫性能。

(2) 隔音性改性酚醛泡沫塑料系酚醛樹脂發(fā)泡，能產(chǎn)生良好的隔音和吸聲的效果。

(3) 非吸濕性改性酚醛泡沫塑料吸水率低，所以不因吸水而降低保溫性能。

(4) 溫度適應性在-160～180 ℃(允許間隙溫度達到250 ℃)范圍內(nèi)均可使用。

(5) 環(huán)境友好型改性酚醛泡沫塑料采用無氟發(fā)泡技術(shù)，有利于對地球臭氧層的保護。

(6) 安全性高外墻保溫系統(tǒng)長期暴露在室外惡劣的環(huán)境中，風吹雨打、冷暖交替導致粘接材料老化松動，存在高空墜落、表面開裂滲水的危險;而改性酚醛內(nèi)外墻保溫板系統(tǒng)，是一種十分安全的建筑保溫節(jié)能方式，在施工或使用中不存在類似的安全隱患。

(7) 外觀效果好許多公共建筑精美的建筑立面，不適合采用外墻外保溫方式，改性酚醛內(nèi)外墻保溫板在不改變建筑外觀的前提下，能夠提高現(xiàn)有建筑外墻的保溫節(jié)能效果。

(8) 節(jié)能效果好改性酚醛內(nèi)外墻保溫板在外墻內(nèi)部、間隙供暖或制冷，以及需要快速加熱或降溫的地區(qū)，開啟空調(diào)后可迅速達到理想的溫度，減少通過墻體的能量損耗，更節(jié)能。

(9) 使用壽命長改性酚醛內(nèi)外墻保溫板系統(tǒng)安裝在室內(nèi)比較溫和的環(huán)境中，使用壽命極長，只有當內(nèi)部裝修時才會調(diào)整[6]。

3　結(jié)語

酚醛樹脂具有防火、保溫、阻燃等性能，被譽為“防火保溫之王”[7]，受到市場的關(guān)注。酚醛樹脂保溫材料開始由航天、軍工進入民用建筑領域。更多的保溫材料生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品改進、引進國外先進的生產(chǎn)設備及管理模式等手段，使得酚醛樹脂及其保溫材料的產(chǎn)能大幅提升，價格大幅下降。目前具有同等級保溫和防火性能的酚醛樹脂保溫材料的價格略低于添加阻燃劑的聚氨酯保溫材料。如今，酚醛樹脂防火保溫材料已經(jīng)推廣至醫(yī)院、體育設施、高層建筑等公共與民用建筑領域，成為一種高效保溫、安全阻燃、輕質(zhì)節(jié)能、綠色環(huán)保的新型節(jié)能建材。它也是目前國際上公認的建筑行業(yè)中最有發(fā)展前途的新型保溫材料。

[1]袁曉曉, 陳海松, 沈國鵬. 粗酚部分替代苯酚制備酚醛泡沫保溫材料[J]. 合成樹脂及塑料, 2013,30(3): 33-38.

[2]王立艷, 蓋廣清. 酚醛泡沫保溫材料的制備及性能研究[J]. 吉林建筑工程學院學報, 2012,29(1): 47-48.

[3]陳亞麗, 劉鵬, 朱方方. 膨脹珍珠巖/酚醛復合保溫材料的制備及影響因素研究[J]. 新型建筑材料, 2013,40(4): 75-78.

[4]尚桂香, 孫德海, 李洪勇. 酚醛泡沫作為太陽能集熱器保溫材料的可行性分析[J]. 太陽能, 2007,28(10): 29-31.

[5]亓波， 李長彬， 呂虎, 等. 一種可低溫發(fā)泡酚醛樹脂的制備[J]. 工程塑料應用, 2013, 41(3): 38-41.

[6]鄭云生, 李青. 酚醛板外墻外保溫系統(tǒng)與工程裂縫的預防[J]. 低溫建筑技術(shù), 2013, 35(12): 79-81.

[7]鄧剛, 彭綿廣, 喬林, 等. 酚醛泡沫在外墻外保溫系統(tǒng)中應用的穩(wěn)定性研究[J]. 墻材革新與建筑節(jié)能, 2013,19(8): 44-46.

Performance and Development Trend of Phenolic Thermal Insulation Material

AI Jiang

(Shaanxi Jintai Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd., Yulin 718199, China)

Phenolic thermal insulation material has good effects of heat preservation and heat insulation, and is an excellent material used in exterior wall and interior wall thermal insulation. The phenolic thermal insulation material can be used in curtain wall insulation systems, exterior wall thin rendering system and be constructed a phenolic fire belt. It can be also prepared to act the role of surface composite insulation decoration plate, with wide market prospect.

phenolic resin； thermal insulation material； performance； development trend

艾江(1986—)，男，大專，從事聚氯乙烯助劑的生產(chǎn)。

TQ 320

A

1009-5993(2016)01-0032-03

2015-08-10)