挤塑聚苯乙烯的性能、应用及市场情况

龙渡江

（桂林旅游学院 旅游管理学院，广西 桂林 541006）

挤塑聚苯乙烯（XPS）泡沫塑料是以聚苯乙烯（PS）或其共聚物［通用聚苯乙烯（GPPS）、高抗冲聚苯乙烯（HIPS）］为主要成分，添加少量添加剂，通过加热挤塑而制得的具有闭孔结构的硬质泡沫塑料［1-2］。XPS板材具有优异和持久的绝热功能、独特的抗蒸汽渗透性、极高的压缩强度，易于加工安装，主要用于复合墙体中的隔热保温材料、建筑物地下墙体基础、屋面内保温和外保温、屋顶绝热保温。我国将于2030年实现碳达峰，2060年前实现碳中和，开发绝热用XPS面临发展际遇。根据建筑节能的发展目标，应积极开发质轻、强度较高、密度低、导热系数小、吸湿率低、透气性好的新型隔热保温材料。目前，我国有XPS板材生产企业接近60家，产能约6.0 Mm3/a，折合PS用量为180 kt/a（以XPS容重为30～50 kg/m3计算）。XPS板材的市场价格从2 300 元/m3降至500元/m3左右。本文综述了XPS用PS的生产技术及国内外PS的使用情况，介绍了XPS的生产技术，XPS板材的性能、应用及市场情况。

1 XPS及其原料PS的生产技术

1.1 PS生产技术

国外GPPS，HIPS大型装置均采用先进的连续本体法，代表性工艺路线有：美国Dow公司的串联塔式工艺技术；日本东洋-三井东压（TEC-MTC）公司的串联釜式工艺技术；法国Atofina公司的串联釜式工艺技术；德国BASF公司的立式釜式工艺技术；美国Huntsman公司的立式釜式技术。其中，以Dow公司的技术最优，其原料及公用工程的消耗指标较低，生产过程中品种、牌号切换方便，负荷弹性大，收率及一级品率高［3-4］。

在PS的制备过程中，矿物油、引发剂、硬脂酸锌是PS连续本体反应的3种助剂。矿物油起增塑剂和调整产品软化温度的作用；引发剂的作用是降低聚合反应需要的引发热；硬脂酸锌是脱模剂，硬脂酸锌的含量直接影响产品的脱模性能和冲击强度。

国内XPS用PS生产情况见表1。中国石油化工股份有限公司（简称中国石化）北京燕山分公司（简称燕山石化公司）在Dow公司工艺技术PS装置上成功开发出XPS专用树脂。

表1 国内XPS用PS生产情况Tab.1 Production of PS for XPS in China

1.2 XPS生产技术

生产XPS通常以GPPS为原料，要求原料具有一定的耐热性、韧性和熔体强度，适当的相对分子质量分布；添加剂（如成核剂、阻燃剂、着色剂）要容易分散；发泡剂（如氢氯氟烃、氟烷烃、CO2）具有较好的适用性。在熔融塑化的过程中加入添加剂、发泡剂，通过挤出机挤出成型。生产流程为：物料混合，发泡挤出，机头板材成型，压延冷却定型，边料裁切，牵引定长切割，包装。

目前，国内生产XPS板材厚度在25～50 mm（GB/T 10801.2—2002中规定厚度为20～100 mm），选用PS的MFR在3 g/10 min左右；国外生产XPS板材厚度在5～160 mm，在生产较厚的XPS板材时，通常选用MFR为4～10 g/10 min的PS［5］。

Dow公司公开了含有较少溴化阻燃剂的耐火性PS泡沫塑料的专利，通过降低溴化化合物的用量，PS发泡温度降低,从而获得密度较低的泡沫塑料板［6］。BASF公司公开了关于采用非卤素发泡剂由一种热塑性PS制成的多孔XPS板，其维卡软化温度（按B50方法测定）最高为100 ℃，熔体体积流动速率（温度200 ℃，负荷5kg）至少为5 mL/10 min。这种板厚度至少为20 mm，较好大于50 mm，尤以80～200 mm为佳［4］。

2 国内外XPS用PS的使用情况

国外公司中Dow公司的STYRON 660，Atofina公司的FINA 523，LACQRENE 1960N具有较高的熔体流动速率，适合生产较厚的XPS板材。

国内XPS用PS牌号有：扬巴公司的PS 158K，雪弗龙菲利浦（张家港）公司（简称雪弗龙菲公司）的PS MC3100，湛江新中美化工有限公司的PS 535LF，镇江齐美公司的PS PG383。其中，158K抗屈服应力55 MPa，断裂伸长率3%，强度好，固化快，具有高耐热性，使用效果最好，用量最大。

3 XPS板材的性能、应用及市场

3.1 XPS板材的性能

PS用于建筑中的材料通常有两种：发泡聚苯乙烯（EPS）板、XPS板。EPS板的生产过程是将PS及其他添加剂进行合成反应，制成球形的PS小珠，然后将小珠倒入铸模中热压，使PS小珠融合，制成所需要的板材或其他形状的终端产品。尽管PS小珠本身具有闭孔结构，而且小珠壁与壁之间可以彼此融合，但采用这种生产工艺在小珠之间会有未充满的空间存在，使空气和水分的进入成为可能，从而使EPS具有弹性模量高、质轻、可塑性好、保温性能好的特点，可用于建筑外墙保温，也可用于小型的园林景观建筑搭建材料或者用于设计大型的景观建筑。XPS板材尽管所采用的基本树脂与制造EPS的相同，但却拥有不同的特性，它是将熔融PS与添加剂在压力稳定的挤出机中挤出，经压延，并在真空成型区冷却固定成型。由于这种独特的加工制造过程，使XPS板材具有完整的闭孔结构，小珠间基本无空隙存在，且横截面均匀，表面连续平滑［1，7-8］。

3.1.1 持久的保温隔热性能

XPS，EPS，喷涂式聚氨酯，膨胀珍珠岩，加气砼的导热系数分别为0.028，0.045，0.030，0.077，0.220 W/（m·K）。其中，XPS的导热系数最低，绝热性能在5年内可维持90%～95%［3］。

3.1.2 优异的抗湿性和抗蒸汽渗透性

常用保温隔热材料发泡聚氨酯，水泥珠岩石，EPS，XPS的吸水率分别为6.0%，110.0%～130.0%，8.0%，≤0.3%。其中，XPS的吸水率最低，由于XPS具有闭孔结构，所以它的吸水率极低，即使在低温冷冻状态下也具有较高的抗湿汽渗透性能。它能适应恶劣的潮湿环境而不影响绝热性能。所以在地下室保温、路基处理等潮湿或者渗水的情况下采用XPS是一种很好的选择［1］。

3.1.3 较高的抗压强度

XPS，EPS，发泡聚氨酯的抗压强度分别为150～500，35～173，250 kPa。其中，XPS抗压强度最高。XPS的抗压强度随产品密度的增加而增加，这就在使用上有了选择的余地。如可用于屋面、内外墙保温、地基处理，用于路面、承重屋顶、停车场、机场跑道等需要强度更大的场所［1］。

3.1.4 质轻、坚固耐用

XPS，EPS，水泥珍珠岩，膨胀珍珠岩，加气砼的容重分别为21～48，12～32，360，220，220 kg/m3。其中，XPS，EPS容重小，相对质轻［1］。

3.1.5 方便快捷的加工性能

XPS板材最为常见的宽度为600～1 200 mm，厚度为20～100 mm，因为是连续生产，长度可按市场需要进行定制［1］。

3.2 XPS板材的应用

XPS板材可应用在：（1）住宅建筑中的隔热保温材料，包括复合墙体隔热保温、建筑物地下墙体基础、屋面内保温和外保温、屋顶绝热保温等。（2）公路、铁路、机场跑道、停车场等既要防止路面返浆又要抗压的场所。（3）冷库等低温储藏设备。（4）用于漂浮机场的建设，与混凝土结合使用，为机场提供正向浮力，减少陆地占用面积，在结构上、外观上能很好地与海岸线景观结合，目前温哥华的海上漂浮机场已经建成投用。XPS在结冰、解冻周期的环境下能保持重要的结构特性，所以适合在冻融的条件下使用。在严寒地区，多种土木工程的应用都需要面对地面冻胀这一难题。地面冻胀会导致公路、铁路、机场跑道等高低不平、地下管道移位，甚至会令房屋建筑的基础结构受损。在路面基层之下放置XPS板，可以令冰霜渗透所致路基结冰情况减至最低，有效控制地面冻胀。与传统方法相比，可极大减少所需换土填料工作，保证路面、地下管道等设施的使用功能并延长使用寿命。

3.3 XPS的市场及应用前景

XPS是一种新型绝热材料，国外几家著名公司都先后取得了XPS的专利权，并在各自的领域中大力推广应用。如Dow公司商品名为Styrofoam®的蓝色XPS，BASF公司商品名为Styrodur®的绿色XPS，欧文斯康宁公司商品名为Foamular®的粉红色XPS等。

2000年，我国保温材料总用量约为15.0 Mm3，其中，在建筑上的用量为11.6 Mm3，工业用保温材料数量为3.0～4.0 Mm3，其他用途为0.5 Mm3。“十四五”期间，我国住宅建设还会有一个巨大的发展。目前，城市建筑的保有量约为70多亿m2，其中，住宅40多亿m2。未来10年，城乡还要建57亿m2的住宅，其中，城市27 亿m2，农村30 亿m2，住宅建设需求加大，为XPS板作为外保温材料的发展带了机遇［3］。我国要发展新型建筑隔热保温技术及材料，各种泡沫塑料将成为主体。在大力推广外墙保温技术的同时，要加强新型节能材料的开发和利用，从而真正地实现建筑节能［8］。

4 结语

XPS板由于其卓越的保温、抗湿、耐压、质轻等性能在建筑领域得到了广泛应用。未来新建住宅将从规划、设计、相关材料及设备的应用等方面采取节能措施，提高住宅质量，提倡使用新材料、新技术、新工艺、带动建筑材料工业的升级换代，所以要有更高水平的绝热技术、绝热材料，XPS面对的是一个巨大的市场。我国将于2030年实现碳达峰，2060年前实现碳中和，绝热用XPS在未来建筑中将得到更广泛的应用，生产技术将进一步向着环保、经济、高效方向发展。