PVC防水卷材的新進展
　　
　　摘要：從標準指標的研究、產品的更新換代、與TPO卷材的對比、應用范圍的發展、環境友好性等多個方面，對PVC防水卷材在國內外的發展進行了綜合評述；在充分肯定PVC防水卷材應用前景的同時對其在國內的發展提出了建設性的建議。關鍵詞：PVC防水卷材；單層屋面；織物增強；增塑劑；壽命-周期
　　
　　PVC防水卷材與TPO和EPDM防水卷材一起構成單層屋面的主體，在歐、美、日和我國均得到不同程度地應用。近年來，PVC防水卷材又有新的進展，無論產品品種和質量以及應用范圍都有了進一步擴大和提高，對頗有爭議的PVC環保問題也有了更深入的認識。筆者就搜集到的一些資料進行分析，對國內外PVC防水卷材的成就有了新的了解和認識，現撰寫成文，希望對我國PVC單層屋面系統的快速健康發展有所幫助。
　　
　　1概況
　　
　　PVC防水卷材起源于歐洲，在歐洲發展zui快，始終是占主導地位的高分子防水卷材。日本的PVC防水卷材初期質量欠佳，產量不高，近年來隨著產品質量的提高，應用逐年增加，已與橡膠類防水卷材并駕齊驅。我國的PVC防水卷材在產品質量和用量上也有相當的進展，但與國外相比尚有較大的差距。
　　
　　1.1歐洲
　　
　　據歐洲機構預測，2007年歐洲工商業平屋面用各類防水卷材的總量為3.336億m2，比上年增長1.1%。其中瀝青基防水卷材2.38億m2，比上年增長0.3%；高分子卷材0.784億m2，比上年增長3.4%；其他卷材0.167億m2，比上年增長2.3%[1]。2007年工商業單層屋面系統的總量為7842萬m2。其中PVC5095萬m2，占65%，比上年增3.7%；TPO783萬m2，比上年增2.9%；EPDM908萬m2，比上年增3.8%。PVC的用量和應用比例均占壓倒優勢（參見表1）。
　　
　　表1歐洲工商業聚合物單層屋面用量
　　
　　單層用量/百萬m2年變化百分率/%
　　
　　屋面20042005200620072005/20042006/20052007/2006
　　
　　PVC45.6847.0649.1850.952.64.43.7
　　
　　1.2日本
　　
　　近10余年來，日本片材防水材料的生產實績見表2，其中引人注目的是PVC片材有了躍進性的增長。1996年PVC片材防水材料的產量為680萬m2，占片材防水的29%；2006年增長到1017萬m2（含少量EVA），占48%，產量已超過硫化橡膠片材[2]。
　　
　　表2日本片材防水材料的生產實績千m2
　　
　　年度硫化橡膠非硫化橡膠PVCTPEEVA改性瀝青總計
　　
　　19961440621568020186166523274
　　
　　19971429317172360152139723249
　　
　　1998116531516549013430219789
　　
　　199911135157709248619224019302
　　
　　2000100241257147105114823918734
　　
　　20019124957205109717617117868
　　
　　200281377169058751558916410
　　
　　2003886985738310162717317697
　　
　　200497837383349802948019554
　　
　　20058419499495（含EVA)94－9819003
　　
　　200691713410174(含EVA)98－5920381
　　
　　1.3美國
　　
　　據美國屋面工程協會2007年全美商業屋面市場統計，總*為3.44億m2，單層屋面已占商業屋面市場總額的55%，三大主要防水材料的工程應用量分別為：TPO8390萬m2，EPDM8500萬m2，PVC3200萬m2[3]。
　　
　　2007年，在商業屋面中各種防水材料所占的市場分別為：EPDM20%，TPO20%，APP13%，SBS12%，PVC8%，金屬6%，BUR（疊層油氈屋面）13%，SPF2%，防水涂料2%，其他4%。
　　
　　值得指出的是，近期PVC的*雖然約占8%～9%，*不大，但應用量穩定，基本無變化。近幾年TPO*快速增長，但爭得的份額主要來自EPDM，EPDM的應用量相應有所減少，而同為熱塑性材料的PVC防水卷材卻不受影響，顯示出在單層屋面中穩定地占有一定的地位。
　　
　　苛刻的美國PVC卷材標準
　　
　　2
　　
　　據美國研究，平均氣溫對塑料類屋面的平均壽命有著顯著的影響。如PVC平均壽命：7℃下為26.8年，而37℃下降到6.7年，因此必須盡量使配制的屋面卷材達到相當的熱穩定性，才能保證PVC屋面的長久壽命[4]。美國通過材料本身、輔助增強、增塑劑等方面的改進，千方百計提高卷材的熱穩定性，研制出一系列*的增強類產品，提出嚴苛的性能要求，重質不重量，因而標準中對產品性能的要求是世界上zui高的（參見表3）。
　　
　　表3美國PVC屋面片材的物性要求（ASTMD4434—06）
　　
　　性能1類2類
　　
　　Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型
　　
　　PVC片材總厚度（min）/mm1.141.141.140.91
　　
　　網格布上的厚度（min）/mm1）0.400.400.400.40
　　
　　拉抻斷裂強度（min）/MPa縱向10.4
　　
　　橫向10.4
　　
　　斷裂強度（min）/（kN/m）353548
　　
　　斷裂延伸率（min）/%縱向25015152）252）
　　
　　橫向22015152）252）
　　
　　接縫強度（min）為拉伸或斷裂強度的百分數/%75757575
　　
　　熱老化保持率拉伸強度（min）保持率/%90———
　　
　　注：1）在任何織物或纖維的交叉點以上及暴露在外的表面
　　
　　2）只適用于增強織物；PVC材料的延伸率，與Ⅱ型1類相同
　　
　　3）對于Ⅱ型1類產品，動態刺穿應在10J（min）的能水平上判定；對于Ⅱ型2類產品，動態刺穿應在20J（min）的能水平上判定。
　　
　　美國的標準中取消了I型均質產品，只保留了增強型產品；Ⅱ型1類為加入短纖維的產品，Ⅱ型2類為帶織物背襯的產品；Ⅲ型為織物內增強也可帶織物背襯的產品；Ⅳ型為織物內增強也可帶織物背襯的產品，但zui小厚度僅為0.91mm。
　　
　　美國標準中對不少性能要求都很高，如熱老化保持率（90%）、試驗條件（80℃下56d）、低溫柔度（－40℃）、加速耐候試驗條件（5600h）、線性尺寸變化（Ⅱ型0.1%，Ⅲ型和Ⅳ型0.5%）等關鍵性指標遠遠高于我國以及歐、日的標準。這是因為美國幅員遼闊，氣候差異大，只有高標準的防水材料才能適應。我國地域情況與美國比較近似，因此我國對PVC防水卷材的標準理應參考美國標準。
　　
　　3更為*的PVC卷材新產品
　　
　　近年來國內外涌現出不少PVC防水卷材*產品，性能大為提高。
　　
　　3.1以纖維或織物增強改善防水卷材的穩定性
　　
　　如上所述，塑料類材料的熱穩定性很差，美國以纖維或織物增強PVC卷材的經驗值得借鑒，我國也宜開發和生產包括添加纖維、織物內增強和織物背襯等系列產品。可喜的是，國內一些企業已開始生產織物增強PVC卷材，有的甚至達到*水平。如上海科贊防滲漏工程科技有限公司，采用雙層聚酯織物增強的PVC防水卷材，通過了德國標準，達到了*水平，特別是雙層增強使強度達到縱向3375N/5cm和橫向2083N/5cm，大大高于德國標準規定的800N/5cm（參見表4）。雙層增強也有助于阻隔增塑劑的揮發[6]。該公司還按美國ASTMD4436的增強型PVCIII型產品的要求對產品進行檢測，所得結果均符合或高于美國標準，性能優異、穩定性好，可與*產品相媲美，*適宜用于單層屋面。
　　
　　表4我國科贊滲漏工程科技公司PVC防水卷材性能與德國標準的對比
　　
　　性能德國標準DIN16734/86企標Q/SSTV1—2006實測數據
　　
　　拉伸強度/＞800≥1200縱向3375
　　
　　（N/5cm）橫向2083
　　
　　斷裂伸長率/%≥10≥12縱向47
　　
　　橫向28
　　
　　撕裂力/N＞180≥200縱向273
　　
　　橫向227
　　
　　低溫彎折性－20℃，4h,無裂紋－30℃，4h,無裂紋－30℃，4h,無裂紋
　　
　　熱時效處理80±2℃6h尺寸變化率/%≤1.0≤0.50
　　
　　表面狀況無氣泡形成無氣泡形成無氣泡形成
　　
　　3.2采用不揮發增塑劑
　　
　　國外普遍使用不揮發或少揮發的優良增塑劑，使PVC防水卷材的長期功能得到保證，特別是美國一些大公司（如Carlisle、Stevens等），zui近均使用杜邦公司的不揮發Elvaloy（酮乙烯酯）作為增塑劑，據稱可固定在PVC基料中，提供*的柔性。
　　
　　3.3采用PVC合金
　　
　　美國改性PVC防水材料的特點，是的配方能夠提高卷材的功能以及限制增塑劑的遷移。改性PVC家族包括乙烯共聚物合金（CPA）、乙烯共聚體（EIP）和丙烯腈丁二烯聚合物（NBP）增塑產品[6]。
　　
　　改性PVC防水卷材雖然用量遠少于TPO防水卷材，價格也高于TPO，卻不乏堅定的信奉者。因為已有一些改性PVC屋面使用超過20年，據檢測還可再用10年；另外還有28年的成功使用記錄。改性PVC的反射率高達88%，可減少能源費用30%，已成功用于光電屋面，用于種植屋面也很適宜。
　　
　　3.4采用新光穩定劑CibaTINUVINXT833
　　
　　添加Ciba公司的新光穩定劑CibaTINUVINXT833，可以大大提高PVC片材的使用壽命。在填料多、增塑劑少的配方中加入CibaXT833，伸長保持率是標準UV穩定劑的6倍，8000h后前者為后者的2倍；在填料少、增塑劑多的配方中，6000h后摻CibaXT833的伸長保持率達到70%，而摻標準UV穩定劑的只有18%，8000h后兩者伸長保持率之比達10倍之多。
　　
　　3.5自粘PVC卷材
　　
　　2005年SikaSarnafil公司推出兩種型號的自粘PVC防水卷材，以聚酯增強，白色，在現場以熱焊接方法接縫，寬1.98m，厚度1.22mm和1.52mm。產品符合FM—90的耐風揭性，可用于聚異脲氰酸酯保溫板、膠合板和定向刨花板等基層，zui低施工溫度10℃[7]。
　　
　　3.6無穿透感應加熱焊接
　　
　　美國正在推出一種新的無穿透感應法，用來把PVC卷材焊接到乙烯涂層板上，在機械連接底下的保溫板中使用，節省勞力，設計*。4PVC與TPO的應用對比[8]
　　
　　與TPO相比，PVC防水卷材也有自己的應用優勢。
　　
　　在屋頂整個壽命期間，PVC系統的防水完好性優于TPO系統。不是所有的屋頂都能做到排水順暢，在“水平”的屋頂上可能發生積水現象，使用PVC較為適宜。
　　
　　防火功能是屋面系統中的一項關鍵準則，PVC片材固有防火性，在火焰擴散方面超過其他屋面系統。雖然PVC和TPO都能達到UL防火等級，但達到相同防火等級時TPO系統的造價高于PVC系統，而且TPO片材即使添加阻燃劑，當經受垂向燃燒試驗時將會燃燒。PVC片材柔軟，較易安裝，更適用于較冷的氣候條件；機械固定的PVC系統易于處理，接縫方便，現場易于制作屋面細部（如管套和內、外角）。而TPO在冷氣候下或厚度較大時可能變硬，難以作業。兩種系統都可以熱焊接，但PVC在整個壽命期間都保持可焊性，任何時候都可把新膜焊在舊膜上，而且在經年氣候條件下進行焊接施工都很有效。在焊接過程中，PVC可憑借觀察沿縫外溢的熔融帶判斷焊接的正確性，而TPO在焊接中無此視覺憑證，結果可能發生不一致的焊接或漏焊。PVC屋面膜已有在使用壽命終結時再生利用的實踐和計劃，而TPO的再生計劃遠未形成。PVC在世界不同氣候條件下所有建筑物上已有40多年的成功使用記錄，證明PVC的廣泛用途、*質量和低壽命-周期費用，讓物主和承包商使用放心；而TPO使用歷史不長，長期功能有待考驗。
　　
　　5PVC防水卷材的用途
　　
　　PVC防水卷材具有多用途性，用途相當廣泛。PVC防水卷材廣泛用于各種屋面，甚至已延伸用于金屬屋面。在日本，PVC卷材用量大量增加，在我國的許多大型金屬屋面也都采用了PVC卷材。PVC片材易制成白色，易于與柔性太陽能光電板組合在一起，形成光電屋面提供電力，為節能作出貢獻。PVC片材具有優良的抗根性，特別適用于種植屋面，可用于廣場地坪和屋頂，通過了德國FLL和瑞士SIA280相關標準的zui苛刻的抗根穿刺性試驗。
　　
　　工廠預涂膠粘劑的自粘PVC片材，提供零VOC和不發煙的粘接屋面，是貨真價實的綠色防水材料。PVC片材像丁基橡膠片材那樣，具有低吸水性（2%）和低滲透性這些關鍵性能，也特別適用于地下防水，在美國已成為推薦用于地下防水的*熱塑性材料（參見表5），而CSPE（氯磺化聚乙烯）及其他塑料片材不適用于地下防水，因為它們的滲透能力和吸水性高。PVC和TPO是兩種高能效白色反射屋面，PVC屋面的造價比TPO高，對價值和長壽命有興趣的業主，常青睞PVC屋面卷材，而對屋面壽命要求較短的業主，對較便宜的產品感興趣，往往zui終選擇TPO屋面。
　　
　　6PVC的使用和處置安全問題
　　
　　長期以來，PVC的環保聲譽不佳，主要是由于30多年前生產中發生的環保問題，甚至被視為應當限制
　　
　　表5Sarnafil公司的PVC防水片材約定準則
　　
　　項目ASTM試驗方法典型物理特性
　　
　　顏色橘黃色/灰色
　　
　　總厚度(min)/mmD7513.00
　　
　　拉伸強度(min)/MPaD63811.03
　　
　　斷裂延伸率(min)/%D638縱向300，橫向280
　　
　　接縫強度(min）為拉伸強度的百分數/%1）D63890
　　
　　熱老化后的性能保持率拉伸強度（min）保持率/%D63895
　　
　　延伸率（min）保持率/%D63895
　　
　　注：1）破壞通過膜斷裂發生，不在接縫處破壞
　　
　　的材料，受到或許比其他材料都要多的審視和詬病，但近期得到的研究結果對PVC是有利的。zui近美國綠色建筑委員會（USGBC）在一份報告中指出，總體說來，PVC像其他建筑產品那樣有益于健康，在某些情況下甚至是對環境zui友好的材料[8]。
　　
　　PVC的生產過程受到美國環保署（EPA）和職業安全與保健局（OSHA）的嚴格監控。在過去25年，PVC的產量增加300%以上，但同期CO2排放進環境中的數量下降了幾乎80%。多數CO2是木材、食品和垃圾等東西在燃燒時產生的，元兇是未加控制或燃燒不*。EPA開列了16種CO2來源，其中城市固體廢料的焚燒、后院廢物的燃燒和住房木材的燃燒，其影響均大于PVC，CO2還可能自然產生。
　　
　　鄰苯二甲酸鹽用來制造包括柔性PVC在內的屋面卷材，它被美國食品藥物管理局批準用于血囊和血管這樣的項目。40多年的研究和使用表明，鄰苯二甲酸鹽當按意向使用時從來沒有傷害過人體。職業安全和健康研究所（NIOSH）的一項研究并未發現在熱空氣焊接期間產生的氯化氫對健康有害。而且，安裝機械固定屋面系統不像膠粘劑或瀝青材料那樣散發出有刺激的煙。所有屋面系統都有副產品和殘余廢料的問題，但從壽命-周期觀點看，PVC是較好的，在從制造過程到用后的所有環節上都可再生處理。此外，制造PVC屋面系統比其他屋面系統耗能少。
　　
　　PVC屋面卷材呈惰性，在使用和處置中對人的健康和環境沒有危險。從20世紀80年代后期開始，對乙烯建筑產品已公布了26份以上的壽命周期評估報告，其中很多評估將乙烯產品與其他材料制造的類似產品相對比，發現乙烯產品在能效、原材料消耗、對溫室氣體的影響以及產品可靠性方面都表現良好。
　　
　　PVC是*的已經證明用后可再生的單層屋面膜。在歐洲，AfdR是一家主要的PVC卷材生產廠家，由舊屋面再生PVC卷材已有十余年之久。通過歐洲合成防水協會（ESWA），他們正在實施兩個更加有效的再生舊屋面過程。再生利用過程中，再生產物與原生材料相拌合，生產出新的耐久的屋面卷材。在美國，乙烯屋面卷材廠家擔負起在屋面壽命-周期終了時再生舊屋面的計劃，在計劃證實階段的兩年內已再生了9萬多m2卷材，從2008年開始將大大地擴大此計劃。
　　
　　7結束語
　　
　　PVC防水卷材是三大單層屋面材料之一，在單層屋面中占據主導或重要的地位，發展前景廣闊，值得大力發展。根據國外新的研究成果，PVC防水卷材對人體和環境無害，可再生利用，對PVC的一些負面評價應予以摒棄，重新認識PVC是一種很好的綠色防水材料。PVC防水卷材用途廣泛，除在一般平屋面上大量使用外，在地下防水以及金屬屋面、種植屋面上使用均取得了良好的效果，在光電屋面使用上更是材料，利于節能。PVC防水卷材是一種熱塑性材料，提高其熱穩定性成為生產產品的關鍵所在，國外在這方面的成就值得借鑒。我國在PVC防水卷材的發展上已有了一定的基礎，但在產品質量和技術上與國外相比存在著較大的差距，需要在提高標準指標、開發增強型產品和節能產品、解決增塑劑遷移問題、控制熱穩定性、擴大產品用途等方面作出更大的努力。PVC防水卷材因其特性決定能在屋面上單層鋪設，性能*，使用壽命高于雙層改性瀝青卷材。國家相關的建筑規范應作出相應修改，允許PVC防水防水卷材單層使用。
　　
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　　文章編號：1007－497X（2008）－11－0004－06中圖分類號：TU57+3文獻標識碼：A收稿日期：2008－03－01作者簡介：牛光全