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低碳、低烟、低毒B1级聚氨酯难燃硬泡问世

来源:《门窗与幕墙》  作者:华校生 杨宗焜 杨玉楠  日期:2010-1-14
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  【中国幕墙网 1月14日】中国门窗幕墙专家学者设计师协会专家组付组长龙文志教授近期发表了《吸取TVCC失火教训提升外墙外保温材料的防火性能-─寄希望于外墙外保温新型聚氨酯材料》论文,该文从TVCC失火原因为起始分析,以大量的研究数据阐述了外墙外保温材料防火性能不好是TVCC火灾技术内因,并旗帜显明地提出外墙屋面节能必须与防火安全并举、中国建筑节能不能照搬外国模式,必须建立中国式建筑防火节能体系等专论。全文数据详实、分析鞭辟入里,该文发出的寄希望于外墙外保温新型聚氨酯材料的呼吁,更是高瞻远瞩之见。
  本文应对龙文志教授的立论,从我国已成功研发既保温又防火的低碳、低烟、低毒B1级聚氨酯难燃硬泡的问世,阐述我国推广和应用外墙外保温新型聚氨酯材料的可行性、现实性,并以全球气候变暖要发展低碳经济绿色建筑的科学技术革命到来,阐明尽快创建中国式建筑防火节能体系的紧迫性和重要性。
   一、人类已开始进入低碳绿色建筑时代
  进入21世纪,人类开始加速城市化的进程,同时也因人们追求现代生活与自然资源的供给能力和生态环境的承载能力形成日益尖锐矛盾的时期,这一矛盾的存在与发展,加速了形成危害人类的温室效应及由此产生的全球气候变暖问题的到来,这个挑战也同时成为酝酿和推动人类新一轮科技革命的低碳经济、绿色建筑的加快到来。
2003年英国政府首次在其发布的英国能源白皮书――《我们的未来:创建低碳经济》中提出“低碳经济”的概念。低碳经济是一种以保护全球气候为目标,以能源的高效利用与清洁能源开发为基础,以低能耗、低污染、低排放为基本特征的经济形态,这将是后工业化社会由工业文明转向生态文明的新型经济社会形态。低碳经济概念的提出,已在全世界引起广泛关注。2007年7月,美国参议院提出《低碳经济经济法案》;2008年7月的G8峰会签约达成到2050年把全球温室效应气体排放减少50%的长期目标;2009年9月22日,中国国家主席胡锦涛在联合国气候变化峰会开幕式上,发表了应对全球气候变化承诺中国政府将争取到2020年单位GDB二氧化碳排放比2005年有显著下降等目标。
  以前人们认为危害人类的全球气候变暖的罪魁祸首是汽车废气排放,但美国能源情报署资料显示,二氧化的排放88%来自建筑物,目前全球建筑能耗占到终端能耗的30~40%,并排放相应比例的二氧化碳。温室效应问题,不仅祸害当代,而且对人类的未来造成极坏的长期影响。世界各国对建筑节能降耗的关怀程度与日俱增,建筑节能成为建筑发展的必然趋势,绿色建筑越来越受到人们的青睐。人类要实现节能降耗、发展低碳经济,绿色革命将成为新一轮科学技术革命的主旋律,以节能、环保为重点的新能源新材料将是绿色建筑应用的重要领域。
  早在20世纪80年代,建设绿色建筑在发达国家已有共识。如德国房地产界已将重点放在建筑的整体能源平衡上,不断开发可以调整建筑能源结构、降低建筑能耗的新技术。中国与世界潮流相比,绿色建筑的步伐姗姗来迟,2006年6月1日正式实施《绿色建筑评价》标准,2008年8月正式公布第一批“绿色建筑设计平价标识”。从全国范围来看,符合国际绿色建筑的只有十几个,住宅更少,十个不到。
  我国是世界人口大国,每年要有规模巨大的新建建筑才能满足人们日益增长的需求。据统计,我国现有建筑430亿平方米,另外每年新增建筑16~20亿平方米左右,目前我国建筑相关能耗占全社会能耗46.7%,其中建筑的能耗(包括建造能耗、生活照明烹调能耗、采暖空调电梯等)约30%、建材生产过程中的能耗16.7%,建筑已是最大的能耗黑洞。现在我国每年新建建筑中,99%以上是高能耗建筑;而既有建筑430亿平方米建筑中,只有4%采用了能源效率措施,单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上,超过发达国家的总和,已成为世界第二大能源消耗国,与整个人类要进入低碳绿色建筑时代极不相衬。因此,当人类开始步入低碳经济时代,我国要实现低碳绿色建筑的目标还是任重道远。
  二、我国在建筑节能与防火安全观念上的困惑
近几年中国外墙外保温节能技术的发展,已呈现多种多样的外保温系统,如我国的EPS、EPS板薄抹灰外墙保温系统正在全国大规模应用。EPS、EPS、PU等有机保温材料具有优良的保温性能,它是20世纪西方发达国家的高科技的保温产品,并被我国广泛引进、应用。
  近一个时期,中国频频发生建筑火灾,尤其中央电视台火灾造成严重灾情的后果,人们发现这些有机保温材料防火性能差,易燃、燃烧中会产生大量的烟毒气体。社会各界对有机保温材料存在严重火灾的隐患反响极大。鉴于有机保温材料存在严重的火灾隐患,为遏止火灾的肆虐,各种治理方案目不暇给,呈现百花齐放、百家争鸣的繁荣景象,主要有“防火构造”、无机保温材料替代有机保温材料、有机保温材料碳化层绝热、隔热等几种模式。
  “防火构造”模式,是用构建保护层或面层的厚度、黏结或固定方式(有无空腔)、防火隔断(分仓)的整体防火构造,对易燃保温材料进行表面处理,阻止小火焰对保温材料的攻击。但该模式却提出只能靠外保温系统整体防火能力提升,而不是靠有机保温材料燃烧性能的提升。这个观点的提出后,人们的防火思路混乱了,要求降低节能有机保温材料防火阻燃标准的呼声越来越高,国家防火阻燃强制性的消防法规也开始被人为的淡化了。
  无机保温材料替代有机保温材料模式则是彻底摈弃有机材料在建筑节能上的保温作用,主张用无机材料代替有机保温材料,并使无机保温材料升格为中国庞大的建筑节能市场的主力军。有人说,如果坚持现代高层建筑外墙外保温系统全部改用笨拙厚重的无机保温材料,将是我国建筑在“节能”的重大问题上的大倒退。
  现今还有不少企业正在准备大力开发酚醛保温材料。酚醛确是个好材料,它有极好的耐磨性、阻燃性、绝缘性、烟毒气体排放低、不熔融、无滴落等优点。但业内资深人士还同时指出,酚醛虽有极好的抗火灾功能的绝热隔热碳化层结构,但它同时还存在致命的弱点,即该材料理化性能属脆性、吸水率高、粘接率低、抗冲击强度小、通过缩聚固化后会产生小分子挥发等缺陷,此外,该泡沫不仅释放有毒的甲醛,而且泡沫的腐蚀性强,故不能满足建筑节能中对保温材料的要求,故它仍不是最理想的建筑保温材料,而它的特殊的阻燃性、绝缘性、耐磨性等优点,在电讯器材、配制粘接剂和涂料等方面则有着最佳的用武之地。
  我们是主张有机保温材料碳化层绝热、隔热防火模式。我们认为,聚氨酯是具有高效节能功能,它是迄今世界上最佳的高效节能材料,它的节能效果是其他保温材料不能相比拟的。
  但目前正被广泛应用的没有进过结构改性的聚氨酯材料,却存有严重的火灾隐患问题。现在的关键是要对聚氨酯有机保温材料进行脱胎换骨的改性,即通过对聚氨酯材料的化学分子结构的改性,使其既保留最佳高效节能保温功能,又能通过绝热隔热碳化层结构实现防火功能,使聚氨酯成为当代世界最优质的低碳、低烟、低毒的建筑节能保温材料。我们必须从节能与防火两难矛盾的困境中走出来,实现建筑节能和防火安全同步协调发展的道路。
  现在全球已进入低碳经济时代,对环保建筑既要节能又要防火是全球发展的必然趋势。欧美等发达国家,对重要建筑、高层建筑进行外墙保温均有严格的防火要求。对以前风靡全球的EPS板薄抹灰外墙保温系统,由于发现它存在的严重的火灾隐患,在美国有20多个州禁止使用;在英国,18米以上建筑不允许使用EPS板薄抹灰外墙保温系统;在德国,22米以上建筑不允许使用EPS板薄抹灰外墙保温系统。在欧洲许多夹心板材厂不再生产防火性差的EPS板,许多保险公司已禁止给EPS板材作保险。在韩国、澳洲等地的建筑保温市场PS(EPS、XPS)泡沫被禁止使用。前个时期,我国正在方兴未艾地大规模推广EPS聚苯板薄抹灰外墙外保温系统,现在已有不少有识之士开始对EPS聚苯板薄抹灰外墙外保温系统功能的优劣进行积极的反思,这是十分令人欣慰的积极的新动向。
  三、中国建筑节能尚未走出高碳建筑经济的阴影
  我国实施建筑节能是国策,选用的节能产品是20世纪的高科技有机保温材料EPS(聚苯乙烯泡沫)、XPS(挤塑聚苯乙烯泡沫)和PU(聚氨酯泡沫)。但是,这些有机保温材料均是易燃的高分子有机保温材料,这三种泡沫塑料未经阻燃加工处理时,均属易燃体。为破解易燃难题,传统的方法是添加高效阻燃剂,使材料由易燃变为阻燃泡沫塑料。但我国2009年2月的央视火灾和其它众多建筑火灾案例,却验证了我国节能材料存在严重火灾的隐患,保温材料虽添加了阻燃剂,仍不等于就可进了保险箱。一旦发生意外火灾后,不环保阻燃剂和有机保温材料反而成为火灾的荷载,其燃烧产生的高碳烟雾和毒性气体成倍的释放,其排放浓黑烟气的二氧化碳和毒性气体严重污染环境,给人们的生命、财产及环境带来了严重的危害。
  我国为确保建筑有机保温材料能达到各种耐火的燃烧等级,相应制定了燃烧性能分级的B1、B2等级别,以期分别达到难燃、阻燃级别。但在制备过程中,也存在高碳与低碳之分。当有机保温材料在未经结构分子改性时,在制备B2或B1等级泡沫材料时,一般选用性能优良的CFC-11发泡剂,但里面的氟利昂,即氢氯氟烃HCFC,严重破坏大气臭氧层,其产生的温室效应、效果是二氧化碳的二千倍。2007年9月21日,国际组织在蒙特利尔议定书缔约方大会上,来自191个国家和地区的代表一致同意,将于2030年在世界范围内停止生产和使用破坏臭氧层的氟利昂HCFC。该材料现已被中国政府明令禁用,取而代之的是HCFC141b发泡剂,它所产生的气体危害大大低于CFC-11,当前我国生产建筑节能材料的企业中正在广泛应用这类发泡剂。但不可否认的事实是它仍属高碳释放范畴,里面仍存在有破坏大气臭氧层的余毒。科技发达的欧盟、美国、日本等国已不用该材料。我国是属于发展中的国家,科技还不发达,承诺要到2030年才可全面禁用,说明我国在建筑领域的节能减排、实施低碳经济任务还十分艰巨。
  但是,我国高碳建筑经济的危害却还在遭受人为的加剧。最近,中国工程院院长徐匡迪院士在一次大会报告中指出,北京新建的某现代化办公楼,都是美国人设计的,其每平方米一年要消耗163度电。根据调查,这些技术先进的办公楼建筑单位面积能耗比老建筑高10倍以上,我国建筑能耗近年来迅速增长。不能光追求建筑外观的美丽而不注意节能。如果我们国家对建筑耗能不加以控制,按照现在的能耗水平,预计到2030年,我国建筑能耗总量将是26亿吨标准煤,而现在全国的能耗总量也只是27亿吨标准煤。
  徐匡迪院士的警告,决不是危言耸听,我国全面推行建筑节能已迫在眉睫。我国建筑节能尚未走出高碳经济的阴影。我们应该以国家主席胡锦涛在联合国气候变化峰会开幕式发表《中国要为应对气候变化作贡献》重要讲话为武器,加快自主创新,提前进入建筑节能低碳经济发展轨道,加快中国建筑节能低碳经济的早日到来。
  四、我们已成功研发既保温又防火的低碳绿色节能建材
  国内外许多科研机关、企业专家和学者提出我国高楼建筑为什么会有如此多的火灾险情?为什么一旦发生就难以控制?认为有两大关鍵难题:一是EPS、XPS、或PU的裸板在现场粘贴或者塞挂,是因我国现有企业工艺水平一般只能达到燃烧等级的B2级,故易被引燃;二是建材满铺墙面,连片粘贴,在燃烧时自然以极快的速度蔓延,来不及施救。
  我们认为关键的核心问题是保温有机材料的高分子燃烧特性,在火灾高温攻击下,能否生成抗火灾功能的绝热隔热碳化层。现今的酚醛泡沫塑料具有这种结构功能,但酚醛泡沫存有内在材料理化性能的缺陷和释放有毒甲醛问题,无法承接节能的主力军地位。
  现在不少生产单位标榜有生产B1等级材料的技术能力,但很难通过现场测试和检验。有的企业生产的保温金属夹芯板制品,其中保温的芯板实际只有B2级甚至B3级,可在检测中,因有外两面金属铝板的夹裹保护,可以掩盖不达标的物理性能,照样可拿到B1级的难燃等级证书,可这种材料在真实火灾中就原形毕露,给我国建筑节能事业带来严重的危害。
  我们经过20多年的研究,特别进入21世纪,重点对聚氨酯有机保温材料进行不能防火问题创新研究,参考当今世界聚氨酯研发最新前沿成果,摈弃目前传统运用添加高效阻燃化技术,找到使原易燃的PU泡沫达到氧指数高、火焰传播性小,烟雾小、毒性小、耐燃性好,火焰贯穿强的难燃化技术。其核心是对聚氨酯采用化学结构的改性技术,选用目前国际先进的无卤化、结碳膨胀性阻燃化技术路线。该成果可改变建筑有机保温材料不能防火、不能防毒、不能防烟的状况。如果在建筑中广泛应用,可有效地延缓或减少火灾发生概率和降低烟毒气的释放。中国航天航空部有关专家指出:结碳膨胀性阻燃化技术是中国有机保温材料的防火技术突破,与美国宇航飞船外保温层防火原理相仿。
  最近公安部、住建部已公布《民用建筑外墙外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》,作出了民用建筑要根据不同高度相应有材料的不同燃烧性能要求,其中有B1或B2级的硬性规定,职责分明,不容任何暗箱操作。
  我们是坚持直接用研发成果的裸板去检测,裸板检测可以获得较为真实的节能防火数据。近两年内,我们将应用于外墙喷涂及风管等各种类型号需求用途的难燃B1等级板材请多家企业以各自公司的名义分别到上海、广东、四川、江苏等地检测聚氨酯保温材料氧指数,结果如下:
  2008年7月10日,上海建材及构件质量监督检验站检测聚氨酯氧指数为32.7%;
  2009年6月30日,广州市建筑材料工业研究所有限公司检测聚氨酯氧指数为32.5%;
  2009年7月14日,国家防火建筑材料质量监督检验中心检测聚氨酯,该材料燃烧性能达到GB8624B1级,烟密度等级SDR为47;
  2009年8月3日,广州市质量监督检测研究所检测聚氨酯氧指数为35.4%,烟密度等级SDR为9;
  2009年9月17日,苏产品质量监督检验研究院检测聚氨酯氧指数为35%。
  综上所述,我们研发的聚氨酯按国家标准的难燃B1级氧指数为≥32,而我们分别达到32.5~35.4%;国家标准的烟密度(SDR)是≤75,而我们被检测材料的烟密度大大降低,烟密度等级分别达到9~47,这些成果均达到和超过国际、国内最高标准水平,是质优的低碳产品,填补了我国建筑节能有机保温材料的防火、低碳、低毒、低烟的空白。
  现在我们正在与法国苏威(上海)有限公司合作,选用当代最佳降耗节能、不破坏大气臭氧层的Solkane(R)265fmc发泡剂,以取代目前仍有污染大气层的HCFC141b发泡剂,加快我国低碳绿色建筑的早日到来。 
  现在我们成功研究发的防火、低碳、低毒、低烟的聚氨酯保温材料可以在外墙外保温、外墙内保温系统广泛应用。新成果的喷涂聚氨酯泡沫则有着更广泛、便捷应用的积极意义,它施工快捷、易于现场操作。它的优点:最低的导热系数,保温性能好;相对较高的阻燃性,利于消防安全;与其它基材的粘接性好,有利于建筑效果;极低的吸湿性,有利于防水防潮;快速施工,快速熟化,节省工期;特别适合异型面和特殊缝隙的施工,无接缝结构表面;液态原料运到现场,节省运输成本等。
  《民用建筑外墙外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》公布以来,已有一些国内外企业(集团)闻讯我们的成果,已派专人来北京、上海与我们接洽,要求尽快将该成果产业化,为构建中国的低碳绿色建筑服务。
  五、解放思想,尽快建立中国式建筑防火节能体系
  进入21世纪,人类开始进入低碳经济时代,中国建筑节能结构必须由材料的“高投入、高消耗、高污染”向“低投入、低消耗、低污染”的低碳经济方向转型。当前我国建筑节能存在重节能轻防火的误区,酿成我国频发建筑火灾的严重后果。现今中国建筑节能尚未走出高碳建筑经济的阴影。现在我们已成功研发了既节能保温又防火安全的低碳、低烟、低毒的B1级硬质难燃聚氨酯(PU)泡沫,这对我国建筑节能走向低碳经济发展道路有积极的意义。国家扶持这一新型材料的开发,将可为我国创建低碳经济、培育低碳绿色建筑新市场,挖掘新的经济增长点都有不可估量的开发前景。
  2009年9月22日,国家主席胡锦涛在联合国气候变化峰会开幕式发表《中国要为应对气候变化作贡献》重要讲话,向全世界宣布,中国应对全球日益恶化的气候,采取四项行动,加强节能、大幅度降低碳排放、大力发展绿色经济、低碳经济和循环经济,将经济、能源、保护环境三者协调发展,不走先发展经济再治理环境污染的老路。这个讲话具有重大战略性的历史意义,表明中国经济今后要走低碳的发展模式,中国建筑节能走低碳经济发展道路亦势在必行。然而,中国目前的建筑节能保温模式存在严重的火灾隐患和诸多的误区,建筑节能始终在“高投入、高消耗、高污染”中徘徊。我们必须加紧研发具有中国自主知识产权的既保温节能又防火安全的“低投入、低消耗、低污染”的绿色建材,才能使我国低碳时代早日到来。现今我国科技工作者在研发高科技的低碳、低烟、低毒的B1级硬质难燃PU泡沫的科技攻关中,没有落在西方发达国家的后面,已经有重大的科技突破。但要在中国全面实现绿色建筑领域的低碳经济,把我国技术领先的优势变成产品的优势,还需国家从国家战略的高度出发,提供政策和规划的支撑,才能促使中国绿色建筑节能早日走进低碳经济发展的道路。
  然而,我国不少生产建筑节能板材的企业对当前我国经济结构、生产模式转型的紧迫性、严峻性还很不敏感。我国一些PU行业的中小企业长期处于低端、低附加值的劳动密集型产品上,习惯以高污染、高能耗拼市场。为了维持生存,呼吁政府降低阻燃标准,压价或以次充好进行恶性竞争。一些国外企也利用中国外墙外保温材料防火标准不规范的弊病,在中国的高层、甚至超高层建筑上,也采用高污染、高能耗的易燃材料,以获取最大的利润。我国那些低碳、低污染、低能耗、低排放的新产品却受到挤压,正常的市场秩序被搞乱了。
  胡锦涛总书记过:“一个国家只有拥有强大的自主创新能力,才能在激烈的国际竞争中把握先机、赢得主动。”;“在关系国民经济命脉和国家安全的关键领域,真正的核心技术、关键技术是买不来的,必须依靠自主创新。”中央提出“按照产业结构优化升级和优胜劣汰的要求,着重缓解和消除发展的瓶颈制约,切实淘汰落后生产能力和加快产品更新换代,增强自主创新能力和产业竞争力”。
  中国创建低碳绿色建筑不能照搬照抄外国模式,必须研制符合中国国情的具有抗火灾功能的新型PU环保型材料,建立中国式低碳绿色节能建筑保温体系;大力推进洁净高效利用技术的建筑节能防火材料;在政府的主导下,搭建一个跨区域、跨组织合作平台,以市场为导向,帮助企业减少“同质化”竞争,形成行业交叉融合、技术互补的产学研结合模式,发挥各自优势,使企业能够便捷、低成本地享用技术创新资源,通过技术创新培育低碳绿色建筑建材新市场,挖掘新的经济增长点,以应对全球将长期面临资源、环境和气候变化的挑战。

  为迎接低碳绿色经济的到来,我们建议: ,
  现行的《高层民用建筑设计防火规范》中应加快制订有针对性的符合目前实际科技水平的中国建筑节能和防火标准,对产品防火安全标准及相关技术制定进行技术规范,生产企业的产品说明书应有耐火安全性标识;
  要尽快从立法、司法、执法环节上,加强对建筑节能市场的监管和制约,通过监管体制的改革,促进建筑节能和防火安全融为一体的管理,不留有监管体制的“真空”和漏洞;
  我国政府应统筹全国科技力量,将建筑科学、材料科学、消防科学和环保科学四大学科有机结合起来,加强高科技的联合攻关,可以实现从整体上提升我国建筑节能防火安全的科技实力;
  我们要创建具有中国特色、具有中国自主知识产权的低碳绿色节能建筑保温体系不是一句空话,我们只有牢牢把握宝贵发展机遇,瞄准世界产业技术前沿阵地攻关,尽快形成高碳产品良性发展机制,才能在探索中求进步,在创新中谋发展,才有我们的新希望。

                                                          2009年11月22日
  注释:
  [1]龙文志:《吸取TVCC失火教训提升外墙外保温材料的防火性能─寄希望于外墙外保温新型聚氨酯材料》,2009年国际聚氨酯防火论坛论文集;
  [2]杨宗焜,杨玉楠,华校生: 《从建筑保温材料的源头上遏制建筑火灾隐患的设想和建议》。刊于《建筑节能》,2009年,第9期,1-7页;
  [3]徐匡迪2009年9月8日在重庆举行的第十一届中国科协年会上的讲话;
  [4]中华人民共和国住房和城乡建设部、公安部2009年9月25日公布:《民用建筑外墙外保温系统及及外墙装饰防火暂行规定》;
  [5]公安部国家防火建筑材料质量监督检验中心等检测机关对上海精洽科贸有限公司研发的聚氨酯板材的氧指数、烟密度等难燃B1等级标准检测报告均存上海精洽科贸有限公司和各主送企业。
                            

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