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新技术新工艺给我国聚氨酯产业发展带来竞争的新机遇

  ――述评杨宗焜教授提出创建一个中国式的

  外墙内保温防火安全体系的建议

  华校生

  【作者】华校生 高级政工师,上海精洽科贸有限总监(手机:15900413289)

  【摘要】

  ◆中国进入建筑节能时代,材料防火研发的迟缓性,带来消防安全的隐患。

  ◆为创建中国特色的建筑节能模式而进行可贵的道路探索,两种不同倾向观点的归纳。

  ◆当前我国外墙外保温防火安全体系研究的新动向,高效节能材料的阻燃、防火安全性能好坏的真实性,要在接近真实火灾条件下的测试来认定。杨宗焜教授的无卤化、结碳膨胀性阻燃化技术是我国自主研发的最新成果。

  ◆应用新科技、新工艺,闯出一条具有中国特色的建筑节能防火安全体系。中国东部发达地区如果能泛推广外墙内保温,将是我国建筑节能防火安全体系建设的一个重大突破。

  【关键词】安全隐患 道路探索 最新成果 外墙内保温

  正文

  中国目前聚氨酯外墙外保温新材料的发展正遇到一个发展的新瓶颈,阻碍了我国建筑节能防火安全体系的进一步的科学发展。杨宗焜教授最近的力作:《聚氨酯硬泡阻燃泡沫研究30年的历史回顾与最新研发应用成果》(简称《30年回顾》),全面回顾了以杨宗焜为代表的我国科技工作者在聚氨酯(pu)硬泡阻燃研究近30年发展的历程和剖解难题的思路,并以自主创新的最近的新技术、新工艺的科研成果为基础,提出创建一个中国式的外墙内保温防火安全体系的建议。

  一、中国进入建筑节能时代,材料防火研发的迟缓性,带来消防安全的隐患。

  中国人口世界第一,建筑规模世界第一,每年新建筑面积世界第一,建筑能耗也是世界第一。地球资源有限,环境必须保护,节约资源、节约能源、建立环境友好的绿色家园,已是我国的基本国策。我国政府大力推广包括聚氨酯在内的保温材料用于建筑节能,其影响和规模为全球瞩目。

  聚氨酯材料在保温、隔热、隔音性能等方面具有无可比拟的优点,成为各类建筑的节能保温材料。在美、欧、日等发达国家和地区,聚氨酯材料用于建筑领域的用量占聚氨酯市场份额的50%以上。中国聚氨酯材料用于建筑领域发展较晚,目前用于建材的比重也达到10%左右。国家《节能中长期专项规划》规定,到2010年我国城镇建筑需达到节能50%的设计标准;到2020年,新建建筑至少要实现节能65%。用聚氨酯节能保温是现今最为理想的保温材料,国内建筑行业已在推广用聚氨酯材料替代岩棉、玻璃纤维、酚醛泡沫等传统保温材料。

  但是,聚氨酯是高分子材料,未经改制,它同样是易燃材料。2008年9月20日,我国深圳龙岗发生特大火灾。火灾原因之一是因天花板的聚氨酯装饰泡沫被引燃和轰燃爆发大火,有44人葬身火海,多人受伤,大多是被火灾中浓烈的烟、毒气包裹窒息而亡或伤,引发举国震惊,对聚氨酯能否有阻燃功能提出强烈质疑。针对我国频繁的火灾险情,公安部消防局正在修改《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑设计防火规范》两个消防标准,提出节能泡沫材料必须具有高阻燃、低烟雾和低毒性气体功能。并将出台对产品防火安全标准及相关技术制定进行技术规范,发布生产许可的耐火安全标识。

  我国大规模应用高效建筑节能材料与材料防火安全性研发不到位是一对客观存在的矛盾:

  《30年回顾》纵观了我国目前正在大规模应用的建筑节能材料是eps(聚苯乙烯泡沫)、xps(挤塑聚苯乙烯泡沫和pu(聚氨酯泡沫),都是 20世纪高科技产品,它们的共同特点都是易燃的高分子材料,防火安全性差,易老化、易燃烧。一旦发生火灾险情,在燃烧中会产生大量的烟雾和毒气,成为致人于死地的最大杀手。如耐火性极差的eps泡沫、xps泡沫,在80oc就产生熔融变形滴落,是严重火灾的隐患杀手。由于eps板薄抹灰外墙保温系统涉及严重的防火隐患问题,现在美国、英国、德国、韩国、澳洲等地的ps(eps、xps)泡沫已被禁止使用。

  pu(聚氨酯泡沫)是极好的保温材料,但它毕竟也是易燃的高分子材料,同样也存在严重的火灾隐患,问题的症结是要对聚氨酯进行结构性的改制,使它既能阻燃保温又有抗火灾功能的新型pu材料。但是我国许多企业并没有掌握这个核心技术,他们将没有阻燃或阻燃性很差的聚氨酯用建筑物上,一旦发生火灾,就酿成惨烈的死伤事故。因此,如何科学地规范建筑节能材料的防火标准,以最大限度内降低或避免恶性火灾发生,这不仅是党和国家关注的大事,也是全国人民的共同愿望。

  可叹的是,我国却正方兴未艾地大规模推广eps聚苯板薄抹灰外墙外保温系统,甚至一些国际知名的外墙外保温进入中国市场后,为了利润的最大化,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,依然采用易燃的eps板薄抹灰外墙外保温系统,它像达摩克利斯之剑悬在中国人民的头顶上,人民生活在有火灾隐患的环境中。

  2008年四川汶川大地震,党、国家和全国人民关注灾区人民灾后的重建,不少承建灾区过渡房的企业就如何解决材料保温阻燃防火事宜与杨宗焜教授多次切磋技艺;以杨宗焜教授为首的攻关团队受到政府部门和许多企业的关注,人们期盼在中国建筑节能防火安全的科研中有新的突破。

  二、为创建中国特色的建筑节能模式而进行可贵的道路探索

  构筑建筑节能保温防火安全技术体系是中国科技工作者的共同宿愿,在这个共识的大前提下,就如何实施建筑节能安全体系,在我国科技界出现了百家争鸣、百花齐放的大好局面,这将对我国建立和形成具有中国特色、具有中国自主知识产权的建筑节能保温体系带来福音。

  我国如何建立建筑节能保温防火安全体系大致有两种不同倾向的观点。

  第一种观点,从目前我国科技水平还不高的实际出发,中国建筑节能对防火标准的要求,可通过不断的研发,提高聚氨酯材料阻燃技术,但这种提高一定要把握好发展的“度”,不应脱离中国的实际,片面追求过高的阻燃标准是对我国宝贵资源的浪费。大致有以下几点意见:

  ①从造价和节约成本角度考虑,提出保温材料由于是在建筑物的外墙,因而对保温材料防火性要求可以降低。高效节能保温塑料其防火性能,只需确保现场正常所需要的一个离火自熄的安全性就行了,没有必要追求更高。如果国内消防标准太高而使聚氨酯保温材料难以大规模应用,将会出现质次价低的替代品,造成我国建材技术的倒退;

  ②国外对保温泡沫塑料防火要求指标很低,照样大规模使用。如中国对空调风道板材料的规定指标,按中国标准要求,将会限制聚氨酯材料的广泛应用,而换成用欧盟标准来衡量,就完全可以使用,并且已大量应用在包括医院、影剧院和机场在内的人员密集场所。所以,中国没有必要搞高指标的防火要求;

  ③我国的建筑节能外墙保温市场如此之大,建议相关制定阻燃标准的部门,应针对建筑节能外墙保温系统尽快建立一个相应的阻燃标准,避免套用不合适的阻燃指标,引起材料的阻燃性能比实际需求的过剩,造成不必要的浪费;

  ④要防止由于不合理的追求过剩的阻燃性能,给类似聚氨酯pu泡沫这样优良的产品带来不应该产生的技术门槛和成本门槛,影响其推广应用,而且它的影响不只是聚氨酯产业的发展,并将影响到国家《节能中长期专项规划》的实施;

  ⑤在目前条件下,一方面要合理确定聚氨酯等保温材料的阻燃性能指标,另一方面,要在建筑施工中提高聚氨酯保温整体防火性能。提高系统构造防火安全性是外保温防火安全的关键.解决聚氨酯材料防火安全问题还要以提高整个系统构造防火安全性为主。保温系统的防火安全可以通过系统的防火构造来解决,不应该过多地将注意力放在对保温材料本身防火性的提高,等等。

  第二种观点,正视中国建筑节能防火安全的严重隐患实际,中国目前已有条件通过自主科技创新,缩短与世界科技的差距,可以实现聚氨酯材料的高阻燃、低烟雾、低毒性的防火标准。杨宗焜等教授持有这种观点,归纳起来有如下几点:

  ①中国建筑节能保温技术系统中的泡沫塑料防火安全问题和整个建筑保温防火安全是中国的大问题,不解决将会成为中国建筑节能中对后人无法交待的建筑火灾大隐患;

  ②中国建筑节能决不能照搬照抄外国模式,在中国,尤其中国东部发达地区是建筑多层、高层密集区,也是火灾易发区,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,建立中国式建筑保温节能防火安全体系,才能确保人民生命和财产的安全;

  ③现行的《高层民用建筑设计防火规范》中尚无具体的针对外墙保温的防火设计规范,对外墙保温系统也缺乏分级标准和使用范围的限定,应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;

  ④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;

  ⑤应以积极的进取精神,正视我国在该领域的科技落后、勇于改变落后。目前,美国已有成功研发达到中国公安消防局提出的高阻燃、低烟雾、低毒性的防火标准,中国一些科技工作者的研发工作也捷报频传,他们不让国外独领风骚,正在卓有成效地攻关。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。

  以上我国防火规范标准的讨论,各种观点都是基于从中国国情的实际出发,是从中国目前现有科技实际水平状况而提出的不同看法,各种不同视觉的剖析,有利于人们开拓视野。正如中国塑料加工工业协会会长廖正品指出的,建筑用聚氨酯材料的阻燃要求日益提高,这是大势所趋,应该全力以赴做好这项工作。

  目前公安部正在加快进行的《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑设计防火规范》两个消防标准的修订工作,应广泛听取各方意见,务使能制订出更加符合中国实际需求的标准。

  要创建具有中国特色、具有中国自主知识产权的建筑节能保温体系不是一句空话,改革创新中有探索、有失败、有成功,关键要有实现的两个前提:第一,必须对形势和情况有准确的把握;第二,要有切实可行的对策,谋求解决矛盾的方法和实际行动。不能坐而论道,只有在探索中求进步,在创新中谋发展。

  三、当前我国外墙外保温防火安全体系研究的新动向

  目前,国内对有机保温材料燃烧性能的研究,尙处在初级阶段,杨宗焜教授在《30年回顾》一文中作了翔实的介绍,指出目前我国对有机保温材料的要求也仅仅停留在实验室小规模测定下的氧指数和可燃性(水平、垂直)的试验,因而无法全面地评价有机保温材料(eps、xps、pu)燃烧性能。最明显的例子是pvc塑料,由于含氯量高达56%,氧指数可达42.5%,属难燃材料,但在真实建筑火灾中,受高温、高热辐射作用时,不仅剧烈燃烧,并进一步会释放大量的热和有毒hcl气体,增大火灾程度和火灾危害,在国内已被pvc引发火灾的大量案例所证实。同样在目前国内,eps泡沫正在大量用于外墙外保温体系中。eps泡沫燃烧性,其氧指数达到30%,属难燃材料,但在实际使用中,由电焊作业引发eps保温层燃烧的事故频频发生。

  外墙外保温防火安全体系对高效节能材料的阻燃、防火安全标准的检验,不能单凭一份检测报告来求证。例如,最近看到一份国内质量监督检测报告,原来氧指数只有24.8%,易着火的xps,却能通过gb8625-2005中型比例燃烧竖炉试验及gb/t 20284-2006sbi級试验,达到难燃级防火性能。按旧的gb8624-1997分级标准,获得难燃b1級。按新的gb82624-2006分级标准获得难燃c级,取得c-s2do级燃烧性能等级标识。但实际使用过程中,同eps一样,由于氧指数低,不阻燃,引发火灾事故,xps比eps更频繁。又如,燃烧性能较好的pu泡沫,如果没有进行改性,在实际使用过程中,虽然氧指数达到26%甚至更高,火灾事故照样频频发生。

  从上述的个案可以看出,高效节能材料的阻燃、防火安全性能好坏的真实性,要在接近真实火灾条件下的测试来认定。最新的科研成果让人们看到:外墙外保温体系在整体防火构造确定前提下,在测试方法确定为大型试验前提下,作为外墙体一部分的复合结构体体积中,要占到80%以上有机保温材料的燃烧性能好坏是决定外墙外保温系统整体防火安全性的关键。必须重视和加强对外墙外保温有机保温(eps、xps、pu)复合结构体系要在接近真实火灾条件下燃烧性能的研究。当然,小比例锥型热计试验可用来研究外墙外保温体系中有机保温材料在接近火灾条件下燃烧特性,这是目前在试验室研究外墙外保温体系防火安全最有价值、最为科学的重要试验方法。

  现在建筑科学很重视外墙外保温系统中采用防火隔离、无空腔等做法,它可以解决有机保温材料燃烧特性中火焰易被传播、易扩散的缺陷,从而避免了由易燃有机保温材料引发火焰扩散、传播所引发的火灾事故。但防火构造的研究解决不了有机保温材料复合在墙体结构上的耐温性、耐燃性研究,解决不了有机保温材料释放火灾中头号杀手烟毒气的研究,解决不了热塑性有机保温材料eps、xps在燃烧过程中自身产生熔融、滴落等等问题。只有从高分子材料科学上通过引入难燃结构对易燃有机分子结构进行改性研究,达到从分子结构本质上提升其防火性能目的。

  按照目前传统的运用添加高效阻燃剂阻燃化技术,来攻关解决pu泡沫塑料的防火阻燃问题,以达到我国颁布的一系列pu防火安全国家标准,这似乎是不可能的。现在在杨宗焜教授哪里了解,他和他的专家团队,经过长达20多年攻关研究,现已找到使原易燃的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路线。它的核心是采用化学结构改性科技,选用的是目前国际先进的无卤化、结碳膨胀性阻燃化技术。该项科技成果的新科技、新工艺如果被广泛应用,将会推动我国建立建筑节能防火安全体系的进程。

  四、面对全球金融危机,自主创新,应用新科技、新工艺,闯出一条具有中国特色的建筑节能防火安全体系

  2008年的以美国次按危机为兆始的全球金融危机,不仅波及欧亚各国,而且对我国也产生不良影响,,一些专营pu板材出口的企业订单锐减。国内许多经营pu板材的企事业,特别中小企业亦进入困难时期,有相当一些企业入不敷出,甚至倒闭。

  从我国pu行业的许多中小企业的现状来看,长期处于低端、低附加值的劳动密集型产品上,产品和技术落后,并且严重地产品趋同。这种趋同性的后果是在原材料价格上升,劳动力成本增加,加上人民币升值,原本很薄的利润被进一步挤压,甚至到了无钱可赚的地步。但他们又不敢提价,不敢把上游原材料增加的成本转嫁到终端用户身上,如果你一提价,订单就立刻跑到竞争的对手那里去。但为了生存,仍然出现压价或以次充好的恶性竞争,反正你做我做,大家都会做,故而在国际和国内经济形势发生剧烈动荡变化时期,这些企业最容易遭到伤害,市场也变得混乱不堪。

  出路何在?自主创新!胡锦涛总书记说过:“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。”在这次中央经济工作会议上,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” ;“要把满足居民合理改善居住条件愿望和发挥房地产业支柱产业作用结合起来,发挥房地产在扩大内需中的积极作用”。因此,大力推进理论创新、制度创新、科技创新,是闯出一条具有中国特色的建筑节能防火安全体系的聚氨酯产业链的必经之路。

  当前,金融海啸正在席卷全球经济,我国的市场经济出现动荡、多变。但挑战与机遇是个双刃剑,关键是能否把挑战所产生的压力转化为拼搏、攻关、创新的动力。杨宗焜等一批专家则做出了表率,在这个非常时期,抓住当前中国政府正在采取经济结构改进、产业结构调整,扩大内需,在资源、环境、基础设施等方面的建设加大投入的力度所带来的的发展机遇,树立信心,当机立断,应对挑战,实行新的突破,敢于闯出一个新天地。

  杨宗焜教授在《30年回顾》的论文中观点鲜明地表达了他们的决心,文中指出我国的建筑节能走的是外墙外保温体系,全国的所有建筑设计研究院均按此路径进行设计,施工承建单位亦按此标准执行施工。但是,中国地域广阔,东南西北的气候差别悬殊,东部与西部城乡差条件距很大,尤其中国人口高度密集、建筑群密集、以多层和高层为主建筑群居多,建筑结构单体面积大,楼层高是不可改变的现状,高层、超高层外墙建筑的风力荷载对施工和建筑物产生的负面影响和饰有精美的雕塑和工艺造型的建筑,很难在一刀切的外墙外保温体系满足我国各地差异性的建筑节能和防火安全要求。西方发达国家的建筑节能道路是走多元化的路。在欧洲(英、法等国)和亚洲(日、韩)等经济发达国家,他们的外墙内保温体系已占建筑节能的很大份额。我国过去不能实行外墙内保温,主要是我国的聚氨酯的高阻燃、低烟毒技术还不过关,所以不能有过高的企求。

  但是,杨宗焜教授在《30年回顾》中透露说:经过多年不断的科技攻关,已对聚氨酯(pu)硬泡阻燃材料的研发迈出了重要的一步,即已初步成功研发了具有抗火灾功能的新型pu材料。这种新型pu泡沫是低烟、无卤、低毒、耐温性好、防火级别高、符合当前绿色环保泡沫。用此泡沫制成新型pu复合型墙体材料,可以在我国外墙内保温建筑节能体系大显身手,特别是在像拥有众多的高层、超高层建的上海、北京等特大城市,中国东部发达地区如果能泛推广外墙内保温,将是我国建筑节能防火安全体系建设的一个重大突破。当然,也不能排除外墙外保温建筑节能体系在合适的应用条件和合适的地区应用和推广,总之一切要从实际出发。但是,无论是外墙内保温体系还是外墙外保温体系,都必须坚持聚氨酯材料的无卤难燃、低“烟雾”、低“毒性”的绿色环保要求,真正实现我国的建筑节能安全防火体系。现在我国应研究出具有抗火灾功能的新型pu泡沫必须是低烟、无卤、低毒、耐温性好、防火级别高、符合当前绿色环保的泡沫。用此泡沫制成新型pu复合型墙体材料,在火灾发生的情况下,具有防止火灾蔓延和防止释放烟毒性气体双重功能,在火灾时的材料强度和体积也不能损失降低过多,面层无爆裂、无塌落,真正起到既保温节能,又防火安全的双重效果,这是当前建筑节能中刻不容缓的头等大事。

  2008年12月8日至10日召开的中央经济工作会议指出,应对国际金融危机,我国要把扩大内需作为保增长的根本途径,把加快发展方式转变和结构调整作为主攻方向,以提高自主创新能力为目标,形成发展新优势。而杨宗焜等教授提议的创建中国自主知识产权的建筑节能外墙内保温防火安全体系的构建,完全符合中央经济工作会议要求的推进经济结构战略性调整的大方向。通过简化工艺的外墙内保温防火安全体系的实施,可以有效地、便捷地扩大服务各种建筑类型的内保温的节能防火需求,也是不断满足人们改善居住条件、对建筑节能和消防安全的紧迫需求,更是节能减排、生态环境保护、扩大内需的要求。

  供稿人:华校生

  2008年12月15日

   
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