能源已日益成為我國制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，為了實(shí)現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，對節(jié)能的要求越來越高，節(jié)能環(huán)保是實(shí) 現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要手段。建筑能耗是我國三大能源消耗途徑之一，建筑墻體作為建筑物外維護(hù)結(jié)構(gòu)，建筑物內(nèi)外熱交換約有1/3是通過維護(hù)結(jié)構(gòu)(墻體)進(jìn)行的。建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能在建筑節(jié)能中占據(jù)重要地位，其節(jié)能效果是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。
外墻外保溫是現(xiàn)階段我國建筑墻體節(jié)能的方案，其中保溫材料以EPS、XPS、PU等有機(jī)材料為主。建筑外墻外保溫中膨脹聚苯板薄抹灰系統(tǒng)應(yīng)用量zui大, 在達(dá)到相同保溫效果時與其他保溫技術(shù)相比。
近年來，與建筑外墻外保溫系統(tǒng)相關(guān)的火災(zāi)事故頻發(fā)，給人們的生命和財產(chǎn)安全造成了重大損失。由于所用保溫材料都是可燃性材料，防火性能差，燃燒時會產(chǎn)生大量有毒煙霧，即使有些產(chǎn)品加入大量阻燃劑提高其難燃等級，但是一般阻燃劑的沸點(diǎn)不足300℃，火災(zāi)發(fā)生時，環(huán)境溫度可高達(dá)1000℃，阻燃劑揮發(fā)，所以防火性能很不理想。現(xiàn)有的保溫材料及系統(tǒng)難以達(dá)到建筑防火性能和保護(hù)生命財產(chǎn)安全的要求。隨著國家政策逐步的頒布和實(shí)施，對外墻保溫系統(tǒng)防火技術(shù)的研究和重視程度日益提高，節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)與防火安全并重是目前國家對墻體保溫工程的基本要求，保溫和防火兼具的保溫材料是未來保溫市場不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，但單一類型的保溫材料難以滿足逐步提高的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和安全要求。于是，多種類型的復(fù)合保溫材料及系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。而現(xiàn)有的復(fù)合保溫材料，僅是對有機(jī)和無機(jī)材料的機(jī)械混合或簡單粘附，不能有效發(fā)揮各材料的優(yōu)勢。
為此，*批準(zhǔn)立項(xiàng)了“十二五"國家科技支撐計(jì)劃課題“難燃保溫材料及配套墻體保溫系統(tǒng)的研究"。該課題由中國建筑材料科學(xué)研究總院(以下簡稱“中國建材總院")牽頭，中國建筑科學(xué)研究院和北新集團(tuán)建材股份有限公司共同參與承擔(dān)。課題主要以提高建筑節(jié)能保溫墻體的安全性能和長期耐久性為目標(biāo)，針對有機(jī)保溫材料防火性能差，燃燒釋放出有毒氣體，不能滿足安全防火的要求；無機(jī)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，容重大，保溫性能較差，不能滿足建筑節(jié)能要求等問題進(jìn)行研究。通過優(yōu)選材料組份和構(gòu)成，在微觀尺度上設(shè)計(jì)材料構(gòu)架，開發(fā)全新的加工工藝，充分發(fā)揮各自功能特點(diǎn)和組合優(yōu)勢，開發(fā)新型有機(jī)/無機(jī)復(fù)合保溫材料及配套材料。目前已開發(fā)多項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品，成功進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并進(jìn)行了工程示范，取得了建筑節(jié)能和防火安全的雙重效果。
【成果一】：無機(jī)材料改性酚醛復(fù)合保溫材料及墻體保溫系統(tǒng)
酚醛泡沫作為*一種不外加阻燃劑就能達(dá)到難燃等級的本質(zhì)阻燃有機(jī)保溫材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫隔熱效果好、化學(xué)穩(wěn)定性好、施工方便等優(yōu)勢。目前，酚醛泡沫存在價格較高、力學(xué)性能差、掉粉、脫落、防火性能需進(jìn)一步提高的問題，限制了其推廣應(yīng)用，因此需要對其進(jìn)行改性，提高使用性能，同時降低材料成本。
課題組經(jīng)過多年的努力和實(shí)踐驗(yàn)證，成功開發(fā)了無機(jī)材料改性酚醛復(fù)合保溫材料。一方面對酚醛樹脂進(jìn)行柔性改性，增加材料韌性，改性酚醛樹脂硬化后力學(xué)性能得到改善；另一方面利用無機(jī)材料輕質(zhì)、耐火、價格低廉的優(yōu)點(diǎn)，采用表面改性處理的無機(jī)改性劑降低材料的燃燒熱值，提高材料的耐燃燒性能；使用偶聯(lián)劑增強(qiáng)有機(jī)和無機(jī)的相界面性能，通過將表面改性的合適密度及粒徑的無機(jī)材料和酚醛樹脂發(fā)泡材料復(fù)合發(fā)泡，制備出復(fù)合保溫材料。這種新型復(fù)合保溫材料保留了酚醛泡沫保溫材料的保溫性能，提高了材料的防火性能、熱穩(wěn)定性、壓縮性能，同時大幅度降低材料成本。可應(yīng)用在建筑的外墻外保溫、防火隔離帶等，可以作為保溫板，也可以作為芯材，用于制作保溫裝飾一體化板，滿足了市場的多方位需求。同時開發(fā)的建筑節(jié)能保溫系統(tǒng)的配套材料——儲能調(diào)溫砂漿，進(jìn)一步使建筑能耗平均每年節(jié)省15%。目前，該復(fù)合保溫材料已工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品在北京的老舊小區(qū)改造工程上示范應(yīng)用，達(dá)到了舊房改造65%的節(jié)能指標(biāo)。
【成果二】：聚氨酯——玻化微珠復(fù)合保溫材料及墻體保溫系統(tǒng)
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有非常*的絕熱性能。但因其價格較高、噴涂施工會對環(huán)境造成污染，而且聚氨酯泡沫塑料畢竟是一種有機(jī)高分子可燃材料，在生產(chǎn)、儲存及使用過程中都有可能引發(fā)火災(zāi)事故，限制了它的使用。
利用無機(jī)顆粒相對低廉的價格、優(yōu)異的防火性能、良好的耐久和耐候性，來對聚氨酯進(jìn)行改性，充分發(fā)揮聚氨酯材料的優(yōu)異保溫性能、質(zhì)量輕、粘著力強(qiáng)、防水、隔音、抗老化等優(yōu)點(diǎn)，制備保溫性能和使用性能優(yōu)異的復(fù)合保溫材料。課題組選用玻化微珠作為改性的無機(jī)材料，采用噴涂的工藝途徑制備了聚氨酯——玻化微珠復(fù)合保溫材料產(chǎn)品。復(fù)合產(chǎn)品燃燒性能在B1級-A2級之間可調(diào)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.030W/(m.k)，體積吸水率1.1%，復(fù)合材料綜合性能優(yōu)異，且在一定范圍內(nèi)可根據(jù)使用需求調(diào)節(jié)。針對該產(chǎn)品，課題組還開發(fā)了保溫裝飾一體化應(yīng)用技術(shù)，建立1條年產(chǎn)100萬m2的生產(chǎn)線，并在示范工程中應(yīng)用。
【成果三】：高等級防火外墻外保溫系統(tǒng)用改性巖棉保溫材料
巖棉是一種的保溫材料，它具有良好的保溫隔熱、隔聲及吸聲性能，與傳統(tǒng)保溫材料相比，具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、不燃燒、防火無毒、適用范圍廣、化學(xué)性能穩(wěn)定、使用周期長等優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)外*的理想保溫材料。在歐美的建筑市場中大量使用了巖棉制品，美國巖礦棉占70%，德國超過22m高的建筑外保溫幾乎全部采用巖棉保溫材料。但在我國，巖棉作為建筑保溫材料的使用率還較低，主要原因是國內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量不高，吸濕率、抗拉強(qiáng)度、短期吸水量等性能與國外產(chǎn)品有差距，與大規(guī)模用于墻體保溫的要求還相差甚遠(yuǎn)。
課題組通過對巖棉原材料進(jìn)行優(yōu)選，在爐料配比、爐況調(diào)整、熔體溫度控制、熔體冷卻過程控制、甩絲過程與工藝控制、集棉、定型過程控制等多環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合攻關(guān)，改善材料的酸度系數(shù)，提高耐水性能，同時對材料進(jìn)行憎水處理，進(jìn)一步提升材料的憎水性能；通過新開發(fā)的深度打褶加工工藝，提高材料的強(qiáng)度性能；對生產(chǎn)工藝過程中的溫度、助劑、固化等進(jìn)行優(yōu)化，綜合提高巖棉產(chǎn)品的使用性能。改性后的巖棉保溫材料，其酸度系數(shù)為2.0，抗拉強(qiáng)度為13.8KPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.040W/(m·K)，解決了巖棉大規(guī)模用于高等級防火外墻外保溫的關(guān)鍵技術(shù)難題。
利用本課題的研究成果，成功改造了年產(chǎn)2萬T的巖棉生產(chǎn)線，產(chǎn)品在國內(nèi)多個重大工程中得到了應(yīng)用。
隨著國家節(jié)能和綠色建筑發(fā)展的需求，對保溫材料提出了節(jié)能、綠色、環(huán)保、安全的要求，開發(fā)與應(yīng)用兼具保溫和防火功能的復(fù)合保溫材料是未來保溫材料發(fā)展的主流趨勢，將具有很好的市場應(yīng)用前景。
