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改性酚醛保溫板成為建筑保溫主導材料

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               改性酚醛保溫板成為建筑保溫主導材料                         

遼 寧 省 酚 醛 保 溫 板 工 程 實 驗 室

  遼寧省錦州市好為爾保溫材料有限公司 研發中心 

 

   摘  要: 本文簡介酚醛保溫在國外內成熟度,以及改性酚醛保溫板發生脫落原因。通過實驗現象對比結果證明,正確使用水泥膠凝材料和膠粉,是預防保溫板脫落和抹面層開裂的根本措施之一。

  關鍵詞: 改性酚醛保溫板粘結劑、 改性酚醛保溫板抹面膠漿、硫鋁酸鹽膠凝材料

    近年來,改性酚醛保溫板在建筑外保溫系統應用技術,在消防和建設系統等主管部門積極支持與鼓勵下,歷經短短幾年時間已成為建筑保溫必不可少的主體行業。改性酚醛保溫板的技術性能和應用水平接近國外工業發達國家。

    在本文中,筆者針對有個別酚醛保溫(裸)板施工有脫落的現象,結合我們研發和應用經驗,做初淺介紹,愿與同行互相學習,繼而促進酚醛保溫材料行業更加健康有序發展。

 1  國外酚醛保溫技術成熟,國技術相對沒落后

 1.1 國外酚醛保溫典型技術

 根據有關報道,在英美國、本和俄羅斯等工業發達國家,對重要建筑和高層建筑進行墻體保溫均有嚴格的防火要求,各國有關建設部門早將既節能又防火的酚泡沫用于建筑保溫
    英國普瑪洛克制品公司生產酚醛泡沫防火性能達到英國標準BS476-7的一級按英國標準制定并實施一套完整成熟的施工應用技術規范,廣泛在或既有高層或低層建筑應用。經過檢測試驗和評審,外保溫系統在公用建筑或民用住宅施工后至少30年不會出現損壞事故已被頒發“酚醛外保溫系統”應用許可證(證041/97)還有英國金斯潘等公司
  美國西碧化學公司建立于1966年,主要從事于酚醛樹脂、表面活性劑、催化劑及相關發泡設備的生產銷售和研究開發。

 近40年來,該公司致力于開發一種名為Tripolymer的PF,1975年得到了美國能源部的支持和認可,成功推向市場。如今,該公司在美國國內已有8個生產廠,在英國、德國和澳大利亞也建立了工廠。該公司開發發泡漿料通過現場噴注到空心磚或中空水泥砌塊中的專利技術,由于Tripolymer具有很好的防火性和隔音性,所以它已廣泛用于學校、醫院和民宅。通過美國《燃燒級別測試準則》標準證明,沒有其他能現場噴注的有機泡沫可達到Tripolymer優良的防火性能。
    又如日本旭化成建材公司多年來對酚醛泡沫(PF)保溫材料進行深入研究開發。該公司商標名為新曙光(Neoma)的PF保溫板,已通過了日本、中國和英國的防火等各項試驗,由于達到了日本標準JISD1201有關<燃燒性>的技術指標,得到了日本不燃材料認定證書,并且獲得了日本經濟產業廳和環境廳的節能和環保大獎。該公司為了改善人們健康、舒適、安全的居住環境,正致力于讓新曙光成為新世紀的新型高性能保溫材料。 

    1.2  酚醛保溫技術發展迅猛,施工技術有法可依

1.2.1 酚醛保溫板技術改性

    國外酚醛泡沫研發、應用有幾十年,國內墻體實質應用不到十年,但國內經過對酚醛保溫板刻苦改性研發,充分利用熱固性酚醛保溫板固有防火保溫特性,從理論到應用發展的程度,掌握了關鍵技術,應該說改性酚醛保溫板實現跨越式突破發展。通過實踐證明:改性酚醛保溫板合成技術和建筑保溫系統大面積具體應用,按《規程》規定施工,完全能達到預定效果。

    1 改性酚醛保溫板主要性能特點

    1)改性酚醛保溫板具有耐溫、遇明火無滴落不收縮,耐酸堿、耐有機溶劑,遇火可在泡沫表面形成炭化硬層等特征熱固性保溫材料

    2)不添加任何阻燃劑情況下,氧指數穩定在38%以上,添無機阻燃劑可達50%以上

    3改性酚醛保溫板遇火焰攻擊,防火、不曼燃、不陰燃在泡體表面產生高積炭率(炭化層),有效保護泡沫內層結構。

4改性酚醛保溫板中酚是自由基捕捉劑,能吸收聚合物燃燒時分解產生的自由基,阻止燃燒繼續進行。這一特征使酚醛泡沫遇火焰攻擊情況下,極難燃燒,酚醛分子結構中只有碳、氫和氧三種元素,高溫分解時,除產生少量CO外不產生任何其他有毒氣體。

改性酚醛保溫板與硬泡聚氨酯同為熱固性保溫材料,但改性酚醛泡沫燃燒時煙密度極低,其最大煙密度為5.0%,高密度只有2.3%,而阻燃硬泡聚氨酯的最大煙密度為74%,兩者相比酚醛泡沫優勢明顯,產生煙霧極低,減少人員窒息傷害

    5改性酚醛保溫板技術性能指標超過國家或省地方標準,其中導熱系數,穩定不變在0.023以下,在外墻外保溫系統達到同等保溫效果條件下,應用厚度,即節省改性酚醛保溫板用量。

    6改性酚醛保溫板從根本上徹底改變傳統酚醛保溫板酸、脆和粉的不良現象

    7改性酚醛保溫板低酸、不脆、不粉,具有封酸耐堿、增韌特性,并與系統專用的其它材料相容性好不易出現工程質量缺陷。

8改性酚醛保溫板具備輕質、低導熱系數、防火性能優一切有機質保溫材料,綜合具備有機和無機保溫材料的優點

9)改性酚醛保溫板輕質、節能效果顯著,而且防火性能,綜合評定性價比高

10)改性酚醛保溫板不含任何有毒添加劑,體現綠色環保。

    改性酚醛保溫板生產特點

     1)產品生產形成系列化:有裸板、界面劑護面板、保溫防火復合板、保溫裝飾一體化保溫板,完全滿足設計要求,均以大量應用。

2)產品生產實現連續規模工業化:除有國產制動連續化生產設備外,也引進多條國外(如意大利)連續化生產設備。

    改性酚醛保溫板工業生產企業,僅在遼寧地區裸板生產線約有48條、北京地區約有12條不小于200m3/8h/條),且改性酚醛保溫板生產原料供應充足。

3)產品質量控制標準化:投入生產線企業,不吝嗇投入檢測設備,檢測設備齊全,完全能夠做到原料和成品質量監控。

改性酚醛保溫板應用特點

    1改性后的酚醛保溫板已在寒冷地區和嚴寒地區建筑外墻外保溫系統大量使用,應用結果表明,酚醛保溫板的改性和采取必要的構造措施,完全可用于各類建筑保溫系統。

2)從外保溫防火現象分析,著火有多起其他有機質保溫板,但沒有改性酚醛保溫板;

    3)各類型裸板、復合板和保溫裝飾施工技術成熟。

 1.2.2 改性酚醛泡沫施工技術有法可依

 1 標準、規程(規范)施工構造圖集是在結合具體實際并廣泛征求意見基礎上,嚴密制定。

改性酚醛保溫板在建筑業應用得到高度重視,中國工程建設協會標準、遼寧省、北京市、上海、新疆、福建省等,分別編制省級地方標準、規程(規范)與施工構造圖集,使酚醛保溫材料在建筑業應用市場逐漸擴大,更加廣泛應用于在公共、民用等節能建筑。

 2 國家現行標準、規范地方標準和文件它包括材料、設計、施工和驗收,是必須執行的法規。由此體現我國節能建筑保溫、防火與時俱進的發展和節能建筑工程質量的提高,使酚改性醛泡沫在節能建筑業的施工、應用更加規范化,使設計、施工和驗收有正確依據。

     2  認真掌握《規程》規定內容,不應發生工程質量事故

關于工程質量出現缺陷因素,從各方面曾有介紹,主要體現施工單位為降低材料成本,施工進度、不規范,套用其它規程使用等原因造成,當出現問題后又誤歸于改性酚醛保溫板質量,不但迷惑業主也迷惑不明是非的‘專家’。

2.1 進場材料必須按《規程》規定抽檢復驗

外墻外保溫工程是一個系統工程,《規程》有一條基本規定:保溫工程系統應用材料,應由供應商統一供應。

統供材料是指經過試驗和具體應用能保證工程質量所需要系統的所有材料,統供材料目的是一旦工程出現質量事故,避免推諉,便于問題追究。它是決定保溫系統工程質量的首要條件必須規范選用改性酚醛保溫系統材料,否則糊弄一時,糊弄不了合理使用年限。

  2.2 酚醛裸板粘貼必須采用專用膠粘劑抹面膠漿不得任意替代使用 

  2.2.1 改性酚醛裸板墻體脫落主要原因

以往的酚醛裸板在大面積墻體薄抹灰保溫工程當中,曾出現個別酚醛保溫板脫落現象,現場觀察證明,有施工因素,也選材因素,比較突出和普遍原因

1 違背技術規程采用無框的點粘(形象說,在墻上貼“福”字,總不能只抹中間膠,而不抹邊吧,抹邊膠比抹中間膠的作用更大)、涂膠面積不夠(按規程規定涂膠應至少不小于板面積60%,且膠層厚度平均應在5mm~8mm)

2 不抹底膠,而是玻纖網直接復在基層再抹膠,即玻纖網與粘結劑一次完成(圖施工速度快,粘貼相當于無作用的干貼)

用普通膠粘劑替代專用膠粘劑粘貼(相當于脫模層)

只要占有以上任意一條就會導致酚醛保溫板脫落,筆者在遼寧某建筑外墻外保溫工地,見到在山墻部位發生大面積保溫層與真石漆面層局部脫落,現場觀察發現竟然同時占有以上三條脫落主要原因,并采用拉伸斷裂強力極低的劣質玻纖網,這是一起典型違規施工和錯誤造成工程質量事故的案例。

2.2.2 必須按酚醛保溫板類型使用膠粘劑  

    常用酚醛保溫板包括:改性酚醛保溫板、無機薄面層與改性酚醛保溫板復合的保溫板(或稱酚醛保溫防火復合板)。  

    1 改性酚醛保溫板與基層粘貼,采用硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料

改性酚醛保溫板盡管技術性能很好,但多數pH值在3.8~4.2間(pH=-lg[H+]濃度)顯示一定低酸性,市場應用也是占有大多數。經對英國金斯潘公司的酚醛保溫板檢測顯示,導熱系數為0.019,壓縮強度等性能指標都很高, pH值也是3.0(泡體外觀為磚紅色,而國內產品外觀為淡黃色)。

基于改性酚醛保溫板的酸性,研究針對該類保溫板具有的低酸性,通過膠粘劑研發應用能按相關標準規定的要求,在建筑外墻粘貼應保證材料間相容,達到足夠的粘結強度。

水泥是弱酸強堿鹽,含堿性,又是改性酚醛保溫板與基層粘貼離不開的膠凝材料,將堿性材料用于粘結低酸性改性酚醛保溫板,宏觀理解兩種物資很容易發生中和反應,本身存在一定矛盾,所以選擇水泥類型是關鍵因素之一。另外,水泥化學組成、結構上與有機高分子材料明顯不同。

    在多種建筑水泥中,硫鋁酸鹽水泥由硫鋁酸鹽水泥熟料(無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物,自身活性高,水化硬化速度快)、硬石膏和石灰石經粉磨制成。總體來說,該類水泥應用具有早強、快硬,低堿度,并具有一定耐化學腐蝕等特點。

通過無數次反復實驗證明,應用由硫鋁酸鹽水泥(42.5級)為膠凝材料、高分子聚合物(膠粉),以及砂和添加劑等配制的膠粘劑后,用于將改性酚醛保溫板與基層粘貼,完全發揮了硫鋁酸鹽水泥具有的早強、快硬特點。 

硫鋁酸鹽水泥應用結果,可以理解為硫鋁酸鹽水泥微粒與組分中可再分散膠粉和級配砂等材料充分混合,又有一定拌和水混合,相當其他材料增加的稀釋而降低硫鋁酸鹽水泥堿性的強度。加之具有的早強、快硬的稠狀膠粘劑與固相改性酚醛保溫板結合后,在堿性陽離子與酸根陰離子沒進行反應前,膠粘劑已經固化成型,在兩相(酚醛板和固化后膠粘劑)固態接觸間微量酸、堿,按化學分子理論很難發生化學反應,材料間相容、穩定,且在與改性酚醛保溫板接觸面無剝蝕層。

    用硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料粘結的改性酚醛保溫板,經實驗室、現場外墻外保溫系統的垂直拉拔強度檢測,其結果達到規定標準值,破壞界面在保溫層斷裂。同時通過在嚴寒地區大量建筑保溫工程使用后的回訪,用戶反應效果良好(專利已被授理201410349041.10)

2 改性酚醛保溫(裸)板與基層粘貼,不采用普通硅酸鹽水泥為膠凝材料

硅酸鹽水泥為膠凝材料做粘貼實驗,實驗結果與用硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料(專利受理:201410343011.X)對比完全相反在改性酚醛保溫板表面出現剝蝕層,導致膠粘劑與改性酚醛保溫板界面處拉斷,拉拔強度的平均值只達0.06Mpa左右。

理論分析為普通硅酸鹽水泥(42.5級)是以以硅酸三鈣為主要礦物熟料,它不具備早強、快硬特點,膠粘劑與改性酚醛保溫板粘貼后,膠粘劑中堿性水分向改性酚醛保溫板表面擴散,由于水分流失而影響膠粘劑中水泥的水化,繼而導致降低粘結強度。

在堿性水(膠粘劑中拌合水)改性酚醛保溫板接觸后,觀察改性酚醛保溫板與粘結劑的界面處,在改性酚醛保溫板界面上出現咖啡色薄層

在保溫板表面出現色澤有多種因素,其中原因:可能由于粘結劑中堿性水溶解或稱萃取出酚醛樹脂中小分子的酚類、低量苯磺酸,加速了與氧氣的氧化反應生粉紅苯醌;在pH=4~7范圍,酚醛反應體系中易形成呈現黃色或粉紅色的不穩定亞甲基苯醌中間體,也可能苯酚根與普通硅酸鹽水泥中微量三價鐵離子形成有色絡合物。在改性酚醛保溫板界面產生的變色層,其拉拔強度低,本文將其視為在泡沫表面形成剝蝕層。

    3 復合酚醛保溫板(界面劑復合的護面酚醛保溫板、酚醛防火保溫復合板)和深化改性酚醛保溫板,可采用普通硅酸鹽水泥(42.5級)配制的通用型膠粘劑

    為利用好酚醛保溫板固有特性,根據需要常將酚醛保溫板與面層材料進行復合,以提高復合板與膠粘劑的粘結強度,該類板的面層與酚醛保溫板必須有合格的拉拔強度、面層不透水,否則相當起反作用的脫模劑或脫模層,反而導致降低與基層的粘結強度。

所謂深化改性酚醛保溫板,在技術性能合格基層上,主要是指改性酚醛保溫板通過封酸耐堿等技術措施,產品pH值大于等于6.2甚至是6.5,幾乎接近中性的改性酚醛保溫板。

合格的復合酚醛保溫板、深化改性酚醛保溫板與堿性液不發生化學反應,不影響粘結強度,因此,可采用普通硅酸鹽水泥(42.5級)配制的通用型膠粘劑。

2.2.3 改性酚醛保溫(裸)板使用普通硅酸鹽水泥(42.5級)抹面膠漿的膠凝材料,選用膠粉的類型很關鍵

為防止抹面膠漿過快硬化、干燥和開裂等不良現象,必須選用能增加砂漿的可塑性、保水性、改善施工作用,提高砂漿的粘結性、柔韌性,后期有養護水泥效果膠粉,無剝蝕層。

另外,改性酚醛保溫板的專用型膠粘劑、抹面膠漿,使用普通硅酸鹽水泥為膠凝材料已完成系統試驗,通過合理極配,正確使用,均達到國家相應標準要求,工業化生產即將問世。

綜上,我們堅信改性酚醛保溫板品質,它集有無機保溫材料和有機保溫材料為一體的特點,輕質、獨一無二的有機保溫材料防火性能,超低的導熱系數(應用厚度薄),較高性價比,完整保溫系統施工技術,又大幅度向前全面升級,已大大縮短與國外工業發達國家差距。

改性酚醛泡沫保溫板從建筑保溫的防火安全、節能保溫效果、施工技術、品(工程)單價使用壽命和環保性等全方位綜合分析,相對65%、75%節能建筑保溫具有絕對優勢

借此,希望對酚醛保溫板及系統應用還有不足之處,加快材料研發力度,不成熟的東西一定不要進入市場,監理職責確實到位。否則害企業、影響行業、業主受害,同時也會因某些因素而被抓住一點不及其余。

    建筑節能保溫、安全防火,應用改性酚醛保溫板,是歷史發展的機遇,隨著建筑保溫防火要求的逐步提高,使改性酚醛保溫板在建筑外墻外保溫利用更加普及和廣泛。

    參考文獻

    [1] 李明樹.改性酚醛保溫板粘貼與抹面層施工質量不容忽視.外墻外保溫月刊,2015.5

    [4] 韓喜林.建筑保溫施工與工程質量缺陷對策.北京:中國建材工業出版社,2015.1


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