擠塑聚苯乙烯的性能、應用及市場情況

龍渡江

（桂林旅游學院 旅游管理學院，廣西 桂林 541006）

擠塑聚苯乙烯（XPS）泡沫塑料是以聚苯乙烯（PS）或其共聚物［通用聚苯乙烯（GPPS）、高抗沖聚苯乙烯（HIPS）］為主要成分，添加少量添加劑，通過加熱擠塑而制得的具有閉孔結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)泡沫塑料［1-2］。XPS板材具有優(yōu)異和持久的絕熱功能、獨特的抗蒸汽滲透性、極高的壓縮強度，易于加工安裝，主要用于復合墻體中的隔熱保溫材料、建筑物地下墻體基礎、屋面內(nèi)保溫和外保溫、屋頂絕熱保溫。我國將于2030年實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，開發(fā)絕熱用XPS面臨發(fā)展際遇。根據(jù)建筑節(jié)能的發(fā)展目標，應積極開發(fā)質(zhì)輕、強度較高、密度低、導熱系數(shù)小、吸濕率低、透氣性好的新型隔熱保溫材料。目前，我國有XPS板材生產(chǎn)企業(yè)接近60家，產(chǎn)能約6.0 Mm3/a，折合PS用量為180 kt/a（以XPS容重為30～50 kg/m3計算）。XPS板材的市場價格從2 300 元/m3降至500元/m3左右。本文綜述了XPS用PS的生產(chǎn)技術(shù)及國內(nèi)外PS的使用情況，介紹了XPS的生產(chǎn)技術(shù)，XPS板材的性能、應用及市場情況。

1 XPS及其原料PS的生產(chǎn)技術(shù)

1.1 PS生產(chǎn)技術(shù)

國外GPPS，HIPS大型裝置均采用先進的連續(xù)本體法，代表性工藝路線有：美國Dow公司的串聯(lián)塔式工藝技術(shù)；日本東洋-三井東壓（TEC-MTC）公司的串聯(lián)釜式工藝技術(shù)；法國Atofina公司的串聯(lián)釜式工藝技術(shù)；德國BASF公司的立式釜式工藝技術(shù)；美國Huntsman公司的立式釜式技術(shù)。其中，以Dow公司的技術(shù)最優(yōu)，其原料及公用工程的消耗指標較低，生產(chǎn)過程中品種、牌號切換方便，負荷彈性大，收率及一級品率高［3-4］。

在PS的制備過程中，礦物油、引發(fā)劑、硬脂酸鋅是PS連續(xù)本體反應的3種助劑。礦物油起增塑劑和調(diào)整產(chǎn)品軟化溫度的作用；引發(fā)劑的作用是降低聚合反應需要的引發(fā)熱；硬脂酸鋅是脫模劑，硬脂酸鋅的含量直接影響產(chǎn)品的脫模性能和沖擊強度。

國內(nèi)XPS用PS生產(chǎn)情況見表1。中國石油化工股份有限公司（簡稱中國石化）北京燕山分公司（簡稱燕山石化公司）在Dow公司工藝技術(shù)PS裝置上成功開發(fā)出XPS專用樹脂。

表1 國內(nèi)XPS用PS生產(chǎn)情況Tab.1 Production of PS for XPS in China

1.2 XPS生產(chǎn)技術(shù)

生產(chǎn)XPS通常以GPPS為原料，要求原料具有一定的耐熱性、韌性和熔體強度，適當?shù)南鄬Ψ肿淤|(zhì)量分布；添加劑（如成核劑、阻燃劑、著色劑）要容易分散；發(fā)泡劑（如氫氯氟烴、氟烷烴、CO2）具有較好的適用性。在熔融塑化的過程中加入添加劑、發(fā)泡劑，通過擠出機擠出成型。生產(chǎn)流程為：物料混合，發(fā)泡擠出，機頭板材成型，壓延冷卻定型，邊料裁切，牽引定長切割，包裝。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)XPS板材厚度在25～50 mm（GB/T 10801.2—2002中規(guī)定厚度為20～100 mm），選用PS的MFR在3 g/10 min左右；國外生產(chǎn)XPS板材厚度在5～160 mm，在生產(chǎn)較厚的XPS板材時，通常選用MFR為4～10 g/10 min的PS［5］。

Dow公司公開了含有較少溴化阻燃劑的耐火性PS泡沫塑料的專利，通過降低溴化化合物的用量，PS發(fā)泡溫度降低,從而獲得密度較低的泡沫塑料板［6］。BASF公司公開了關(guān)于采用非鹵素發(fā)泡劑由一種熱塑性PS制成的多孔XPS板，其維卡軟化溫度（按B50方法測定）最高為100 ℃，熔體體積流動速率（溫度200 ℃，負荷5kg）至少為5 mL/10 min。這種板厚度至少為20 mm，較好大于50 mm，尤以80～200 mm為佳［4］。

2 國內(nèi)外XPS用PS的使用情況

國外公司中Dow公司的STYRON 660，Atofina公司的FINA 523，LACQRENE 1960N具有較高的熔體流動速率，適合生產(chǎn)較厚的XPS板材。

國內(nèi)XPS用PS牌號有：揚巴公司的PS 158K，雪弗龍菲利浦（張家港）公司（簡稱雪弗龍菲公司）的PS MC3100，湛江新中美化工有限公司的PS 535LF，鎮(zhèn)江齊美公司的PS PG383。其中，158K抗屈服應力55 MPa，斷裂伸長率3%，強度好，固化快，具有高耐熱性，使用效果最好，用量最大。

3 XPS板材的性能、應用及市場

3.1 XPS板材的性能

PS用于建筑中的材料通常有兩種：發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）板、XPS板。EPS板的生產(chǎn)過程是將PS及其他添加劑進行合成反應，制成球形的PS小珠，然后將小珠倒入鑄模中熱壓，使PS小珠融合，制成所需要的板材或其他形狀的終端產(chǎn)品。盡管PS小珠本身具有閉孔結(jié)構(gòu)，而且小珠壁與壁之間可以彼此融合，但采用這種生產(chǎn)工藝在小珠之間會有未充滿的空間存在，使空氣和水分的進入成為可能，從而使EPS具有彈性模量高、質(zhì)輕、可塑性好、保溫性能好的特點，可用于建筑外墻保溫，也可用于小型的園林景觀建筑搭建材料或者用于設計大型的景觀建筑。XPS板材盡管所采用的基本樹脂與制造EPS的相同，但卻擁有不同的特性，它是將熔融PS與添加劑在壓力穩(wěn)定的擠出機中擠出，經(jīng)壓延，并在真空成型區(qū)冷卻固定成型。由于這種獨特的加工制造過程，使XPS板材具有完整的閉孔結(jié)構(gòu)，小珠間基本無空隙存在，且橫截面均勻，表面連續(xù)平滑［1，7-8］。

3.1.1 持久的保溫隔熱性能

XPS，EPS，噴涂式聚氨酯，膨脹珍珠巖，加氣砼的導熱系數(shù)分別為0.028，0.045，0.030，0.077，0.220 W/（m·K）。其中，XPS的導熱系數(shù)最低，絕熱性能在5年內(nèi)可維持90%～95%［3］。

3.1.2 優(yōu)異的抗?jié)裥院涂拐羝麧B透性

常用保溫隔熱材料發(fā)泡聚氨酯，水泥珠巖石，EPS，XPS的吸水率分別為6.0%，110.0%～130.0%，8.0%，≤0.3%。其中，XPS的吸水率最低，由于XPS具有閉孔結(jié)構(gòu)，所以它的吸水率極低，即使在低溫冷凍狀態(tài)下也具有較高的抗?jié)衿麧B透性能。它能適應惡劣的潮濕環(huán)境而不影響絕熱性能。所以在地下室保溫、路基處理等潮濕或者滲水的情況下采用XPS是一種很好的選擇［1］。

3.1.3 較高的抗壓強度

XPS，EPS，發(fā)泡聚氨酯的抗壓強度分別為150～500，35～173，250 kPa。其中，XPS抗壓強度最高。XPS的抗壓強度隨產(chǎn)品密度的增加而增加，這就在使用上有了選擇的余地。如可用于屋面、內(nèi)外墻保溫、地基處理，用于路面、承重屋頂、停車場、機場跑道等需要強度更大的場所［1］。

3.1.4 質(zhì)輕、堅固耐用

XPS，EPS，水泥珍珠巖，膨脹珍珠巖，加氣砼的容重分別為21～48，12～32，360，220，220 kg/m3。其中，XPS，EPS容重小，相對質(zhì)輕［1］。

3.1.5 方便快捷的加工性能

XPS板材最為常見的寬度為600～1 200 mm，厚度為20～100 mm，因為是連續(xù)生產(chǎn)，長度可按市場需要進行定制［1］。

3.2 XPS板材的應用

XPS板材可應用在：（1）住宅建筑中的隔熱保溫材料，包括復合墻體隔熱保溫、建筑物地下墻體基礎、屋面內(nèi)保溫和外保溫、屋頂絕熱保溫等。（2）公路、鐵路、機場跑道、停車場等既要防止路面返漿又要抗壓的場所。（3）冷庫等低溫儲藏設備。（4）用于漂浮機場的建設，與混凝土結(jié)合使用，為機場提供正向浮力，減少陸地占用面積，在結(jié)構(gòu)上、外觀上能很好地與海岸線景觀結(jié)合，目前溫哥華的海上漂浮機場已經(jīng)建成投用。XPS在結(jié)冰、解凍周期的環(huán)境下能保持重要的結(jié)構(gòu)特性，所以適合在凍融的條件下使用。在嚴寒地區(qū)，多種土木工程的應用都需要面對地面凍脹這一難題。地面凍脹會導致公路、鐵路、機場跑道等高低不平、地下管道移位，甚至會令房屋建筑的基礎結(jié)構(gòu)受損。在路面基層之下放置XPS板，可以令冰霜滲透所致路基結(jié)冰情況減至最低，有效控制地面凍脹。與傳統(tǒng)方法相比，可極大減少所需換土填料工作，保證路面、地下管道等設施的使用功能并延長使用壽命。

3.3 XPS的市場及應用前景

XPS是一種新型絕熱材料，國外幾家著名公司都先后取得了XPS的專利權(quán)，并在各自的領(lǐng)域中大力推廣應用。如Dow公司商品名為Styrofoam?的藍色XPS，BASF公司商品名為Styrodur?的綠色XPS，歐文斯康寧公司商品名為Foamular?的粉紅色XPS等。

2000年，我國保溫材料總用量約為15.0 Mm3，其中，在建筑上的用量為11.6 Mm3，工業(yè)用保溫材料數(shù)量為3.0～4.0 Mm3，其他用途為0.5 Mm3。“十四五”期間，我國住宅建設還會有一個巨大的發(fā)展。目前，城市建筑的保有量約為70多億m2，其中，住宅40多億m2。未來10年，城鄉(xiāng)還要建57億m2的住宅，其中，城市27 億m2，農(nóng)村30 億m2，住宅建設需求加大，為XPS板作為外保溫材料的發(fā)展帶了機遇［3］。我國要發(fā)展新型建筑隔熱保溫技術(shù)及材料，各種泡沫塑料將成為主體。在大力推廣外墻保溫技術(shù)的同時，要加強新型節(jié)能材料的開發(fā)和利用，從而真正地實現(xiàn)建筑節(jié)能［8］。

4 結(jié)語

XPS板由于其卓越的保溫、抗?jié)?、耐壓、質(zhì)輕等性能在建筑領(lǐng)域得到了廣泛應用。未來新建住宅將從規(guī)劃、設計、相關(guān)材料及設備的應用等方面采取節(jié)能措施，提高住宅質(zhì)量，提倡使用新材料、新技術(shù)、新工藝、帶動建筑材料工業(yè)的升級換代，所以要有更高水平的絕熱技術(shù)、絕熱材料，XPS面對的是一個巨大的市場。我國將于2030年實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，絕熱用XPS在未來建筑中將得到更廣泛的應用，生產(chǎn)技術(shù)將進一步向著環(huán)保、經(jīng)濟、高效方向發(fā)展。