PVC防水卷材的新进展

　　PVC防水卷材的新进展
　　
　　摘要：从标准指标的研究、产品的更新换代、与TPO卷材的对比、应用范围的发展、环境友好性等多个方面，对PVC防水卷材在国内外的发展进行了综合评述；在充分肯定PVC防水卷材应用前景的同时对其在国内的发展提出了建设性的建议。关键词：PVC防水卷材；单层屋面；织物增强；增塑剂；寿命-周期
　　
　　PVC防水卷材与TPO和EPDM防水卷材一起构成单层屋面的主体，在欧、美、日和我国均得到不同程度地应用。近年来，PVC防水卷材又有新的进展，无论产品品种和质量以及应用范围都有了进一步扩大和提高，对颇有争议的PVC环保问题也有了更深入的认识。笔者就搜集到的一些资料进行分析，对国内外PVC防水卷材的成就有了新的了解和认识，现撰写成文，希望对我国PVC单层屋面系统的快速健康发展有所帮助。
　　
　　1概况
　　
　　PVC防水卷材起源于欧洲，在欧洲发展zui快，始终是占主导地位的高分子防水卷材。日本的PVC防水卷材初期质量欠佳，产量不高，近年来随着产品质量的提高，应用逐年增加，已与橡胶类防水卷材并驾齐驱。我国的PVC防水卷材在产品质量和用量上也有相当的进展，但与国外相比尚有较大的差距。
　　
　　1.1欧洲
　　
　　据欧洲机构预测，2007年欧洲工商业平屋面用各类防水卷材的总量为3.336亿m2，比上年增长1.1%。其中沥青基防水卷材2.38亿m2，比上年增长0.3%；高分子卷材0.784亿m2，比上年增长3.4%；其他卷材0.167亿m2，比上年增长2.3%[1]。2007年工商业单层屋面系统的总量为7842万m2。其中PVC5095万m2，占65%，比上年增3.7%；TPO783万m2，比上年增2.9%；EPDM908万m2，比上年增3.8%。PVC的用量和应用比例均占压倒优势（参见表1）。
　　
　　表1欧洲工商业聚合物单层屋面用量
　　
　　单层用量/百万m2年变化百分率/%
　　
　　屋面20042005200620072005/20042006/20052007/2006
　　
　　PVC45.6847.0649.1850.952.64.43.7
　　
　　1.2日本
　　
　　近10余年来，日本片材防水材料的生产实绩见表2，其中引人注目的是PVC片材有了跃进性的增长。1996年PVC片材防水材料的产量为680万m2，占片材防水的29%；2006年增长到1017万m2（含少量EVA），占48%，产量已超过硫化橡胶片材[2]。
　　
　　表2日本片材防水材料的生产实绩千m2
　　
　　年度硫化橡胶非硫化橡胶PVCTPEEVA改性沥青总计
　　
　　19961440621568020186166523274
　　
　　19971429317172360152139723249
　　
　　1998116531516549013430219789
　　
　　199911135157709248619224019302
　　
　　2000100241257147105114823918734
　　
　　20019124957205109717617117868
　　
　　200281377169058751558916410
　　
　　2003886985738310162717317697
　　
　　200497837383349802948019554
　　
　　20058419499495（含EVA)94－9819003
　　
　　200691713410174(含EVA)98－5920381
　　
　　1.3美国
　　
　　据美国屋面工程协会2007年全美商业屋面市场统计，总*为3.44亿m2，单层屋面已占商业屋面市场总额的55%，三大主要防水材料的工程应用量分别为：TPO8390万m2，EPDM8500万m2，PVC3200万m2[3]。
　　
　　2007年，在商业屋面中各种防水材料所占的市场分别为：EPDM20%，TPO20%，APP13%，SBS12%，PVC8%，金属6%，BUR（叠层油毡屋面）13%，SPF2%，防水涂料2%，其他4%。
　　
　　值得指出的是，近期PVC的*虽然约占8%～9%，*不大，但应用量稳定，基本无变化。近几年TPO*快速增长，但争得的份额主要来自EPDM，EPDM的应用量相应有所减少，而同为热塑性材料的PVC防水卷材却不受影响，显示出在单层屋面中稳定地占有一定的地位。
　　
　　苛刻的美国PVC卷材标准
　　
　　2
　　
　　据美国研究，平均气温对塑料类屋面的平均寿命有着显著的影响。如PVC平均寿命：7℃下为26.8年，而37℃下降到6.7年，因此必须尽量使配制的屋面卷材达到相当的热稳定性，才能保证PVC屋面的长久寿命[4]。美国通过材料本身、辅助增强、增塑剂等方面的改进，千方百计提高卷材的热稳定性，研制出一系列*的增强类产品，提出严苛的性能要求，重质不重量，因而标准中对产品性能的要求是世界上zui高的（参见表3）。
　　
　　表3美国PVC屋面片材的物性要求（ASTMD4434—06）
　　
　　性能1类2类
　　
　　Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型
　　
　　PVC片材总厚度（min）/mm1.141.141.140.91
　　
　　网格布上的厚度（min）/mm1）0.400.400.400.40
　　
　　拉抻断裂强度（min）/MPa纵向10.4
　　
　　横向10.4
　　
　　断裂强度（min）/（kN/m）353548
　　
　　断裂延伸率（min）/%纵向25015152）252）
　　
　　横向22015152）252）
　　
　　接缝强度（min）为拉伸或断裂强度的百分数/%75757575
　　
　　热老化保持率拉伸强度（min）保持率/%90———
　　
　　注：1）在任何织物或纤维的交叉点以上及暴露在外的表面
　　
　　2）只适用于增强织物；PVC材料的延伸率，与Ⅱ型1类相同
　　
　　3）对于Ⅱ型1类产品，动态刺穿应在10J（min）的能水平上判定；对于Ⅱ型2类产品，动态刺穿应在20J（min）的能水平上判定。
　　
　　美国的标准中取消了I型均质产品，只保留了增强型产品；Ⅱ型1类为加入短纤维的产品，Ⅱ型2类为带织物背衬的产品；Ⅲ型为织物内增强也可带织物背衬的产品；Ⅳ型为织物内增强也可带织物背衬的产品，但zui小厚度仅为0.91mm。
　　
　　美国标准中对不少性能要求都很高，如热老化保持率（90%）、试验条件（80℃下56d）、低温柔度（－40℃）、加速耐候试验条件（5600h）、线性尺寸变化（Ⅱ型0.1%，Ⅲ型和Ⅳ型0.5%）等关键性指标远远高于我国以及欧、日的标准。这是因为美国幅员辽阔，气候差异大，只有高标准的防水材料才能适应。我国地域情况与美国比较近似，因此我国对PVC防水卷材的标准理应参考美国标准。
　　
　　3更为*的PVC卷材新产品
　　
　　近年来国内外涌现出不少PVC防水卷材*产品，性能大为提高。
　　
　　3.1以纤维或织物增强改善防水卷材的稳定性
　　
　　如上所述，塑料类材料的热稳定性很差，美国以纤维或织物增强PVC卷材的经验值得借鉴，我国也宜开发和生产包括添加纤维、织物内增强和织物背衬等系列产品。可喜的是，国内一些企业已开始生产织物增强PVC卷材，有的甚至达到*水平。如上海科赞防渗漏工程科技有限公司，采用双层聚酯织物增强的PVC防水卷材，通过了德国标准，达到了*水平，特别是双层增强使强度达到纵向3375N/5cm和横向2083N/5cm，大大高于德国标准规定的800N/5cm（参见表4）。双层增强也有助于阻隔增塑剂的挥发[6]。该公司还按美国ASTMD4436的增强型PVCIII型产品的要求对产品进行检测，所得结果均符合或高于美国标准，性能优异、稳定性好，可与*产品相媲美，*适宜用于单层屋面。
　　
　　表4我国科赞渗漏工程科技公司PVC防水卷材性能与德国标准的对比
　　
　　性能德国标准DIN16734/86企标Q/SSTV1—2006实测数据
　　
　　拉伸强度/＞800≥1200纵向3375
　　
　　（N/5cm）横向2083
　　
　　断裂伸长率/%≥10≥12纵向47
　　
　　横向28
　　
　　撕裂力/N＞180≥200纵向273
　　
　　横向227
　　
　　低温弯折性－20℃，4h,无裂纹－30℃，4h,无裂纹－30℃，4h,无裂纹
　　
　　热时效处理80±2℃6h尺寸变化率/%≤1.0≤0.50
　　
　　表面状况无气泡形成无气泡形成无气泡形成
　　
　　3.2采用不挥发增塑剂
　　
　　国外普遍使用不挥发或少挥发的优良增塑剂，使PVC防水卷材的长期功能得到保证，特别是美国一些大公司（如Carlisle、Stevens等），zui近均使用杜邦公司的不挥发Elvaloy（酮乙烯酯）作为增塑剂，据称可固定在PVC基料中，提供*的柔性。
　　
　　3.3采用PVC合金
　　
　　美国改性PVC防水材料的特点，是的配方能够提高卷材的功能以及限制增塑剂的迁移。改性PVC家族包括乙烯共聚物合金（CPA）、乙烯共聚体（EIP）和丙烯腈丁二烯聚合物（NBP）增塑产品[6]。
　　
　　改性PVC防水卷材虽然用量远少于TPO防水卷材，价格也高于TPO，却不乏坚定的信奉者。因为已有一些改性PVC屋面使用超过20年，据检测还可再用10年；另外还有28年的成功使用记录。改性PVC的反射率高达88%，可减少能源费用30%，已成功用于光电屋面，用于种植屋面也很适宜。
　　
　　3.4采用新光稳定剂CibaTINUVINXT833
　　
　　添加Ciba公司的新光稳定剂CibaTINUVINXT833，可以大大提高PVC片材的使用寿命。在填料多、增塑剂少的配方中加入CibaXT833，伸长保持率是标准UV稳定剂的6倍，8000h后前者为后者的2倍；在填料少、增塑剂多的配方中，6000h后掺CibaXT833的伸长保持率达到70%，而掺标准UV稳定剂的只有18%，8000h后两者伸长保持率之比达10倍之多。
　　
　　3.5自粘PVC卷材
　　
　　2005年SikaSarnafil公司推出两种型号的自粘PVC防水卷材，以聚酯增强，白色，在现场以热焊接方法接缝，宽1.98m，厚度1.22mm和1.52mm。产品符合FM—90的耐风揭性，可用于聚异脲氰酸酯保温板、胶合板和定向刨花板等基层，zui低施工温度10℃[7]。
　　
　　3.6无穿透感应加热焊接
　　
　　美国正在推出一种新的无穿透感应法，用来把PVC卷材焊接到乙烯涂层板上，在机械连接底下的保温板中使用，节省劳力，设计*。4PVC与TPO的应用对比[8]
　　
　　与TPO相比，PVC防水卷材也有自己的应用优势。
　　
　　在屋顶整个寿命期间，PVC系统的防水完好性优于TPO系统。不是所有的屋顶都能做到排水顺畅，在“水平”的屋顶上可能发生积水现象，使用PVC较为适宜。
　　
　　防火功能是屋面系统中的一项关键准则，PVC片材固有防火性，在火焰扩散方面超过其他屋面系统。虽然PVC和TPO都能达到UL防火等级，但达到相同防火等级时TPO系统的造价高于PVC系统，而且TPO片材即使添加阻燃剂，当经受垂向燃烧试验时将会燃烧。PVC片材柔软，较易安装，更适用于较冷的气候条件；机械固定的PVC系统易于处理，接缝方便，现场易于制作屋面细部（如管套和内、外角）。而TPO在冷气候下或厚度较大时可能变硬，难以作业。两种系统都可以热焊接，但PVC在整个寿命期间都保持可焊性，任何时候都可把新膜焊在旧膜上，而且在经年气候条件下进行焊接施工都很有效。在焊接过程中，PVC可凭借观察沿缝外溢的熔融带判断焊接的正确性，而TPO在焊接中无此视觉凭证，结果可能发生不一致的焊接或漏焊。PVC屋面膜已有在使用寿命终结时再生利用的实践和计划，而TPO的再生计划远未形成。PVC在世界不同气候条件下所有建筑物上已有40多年的成功使用记录，证明PVC的广泛用途、优越质量和低寿命-周期费用，让物主和承包商使用放心；而TPO使用历史不长，长期功能有待考验。
　　
　　5PVC防水卷材的用途
　　
　　PVC防水卷材具有多用途性，用途相当广泛。PVC防水卷材广泛用于各种屋面，甚至已延伸用于金属屋面。在日本，PVC卷材用量大量增加，在我国的许多大型金属屋面也都采用了PVC卷材。PVC片材易制成白色，易于与柔性太阳能光电板组合在一起，形成光电屋面提供电力，为节能作出贡献。PVC片材具有优良的抗根性，特别适用于种植屋面，可用于广场地坪和屋顶，通过了德国FLL和瑞士SIA280相关标准的zui苛刻的抗根穿刺性试验。
　　
　　工厂预涂胶粘剂的自粘PVC片材，提供零VOC和不发烟的粘接屋面，是货真价实的绿色防水材料。PVC片材像丁基橡胶片材那样，具有低吸水性（2%）和低渗透性这些关键性能，也特别适用于地下防水，在美国已成为推荐用于地下防水的*热塑性材料（参见表5），而CSPE（氯磺化聚乙烯）及其他塑料片材不适用于地下防水，因为它们的渗透能力和吸水性高。PVC和TPO是两种高能效白色反射屋面，PVC屋面的造价比TPO高，对价值和长寿命有兴趣的业主，常青睐PVC屋面卷材，而对屋面寿命要求较短的业主，对较便宜的产品感兴趣，往往zui终选择TPO屋面。
　　
　　6PVC的使用和处置安全问题
　　
　　长期以来，PVC的环保声誉不佳，主要是由于30多年前生产中发生的环保问题，甚至被视为应当限制
　　
　　表5Sarnafil公司的PVC防水片材约定准则
　　
　　项目ASTM试验方法典型物理特性
　　
　　颜色橘黄色/灰色
　　
　　总厚度(min)/mmD7513.00
　　
　　拉伸强度(min)/MPaD63811.03
　　
　　断裂延伸率(min)/%D638纵向300，横向280
　　
　　接缝强度(min）为拉伸强度的百分数/%1）D63890
　　
　　热老化后的性能保持率拉伸强度（min）保持率/%D63895
　　
　　延伸率（min）保持率/%D63895
　　
　　注：1）破坏通过膜断裂发生，不在接缝处破坏
　　
　　的材料，受到或许比其他材料都要多的审视和诟病，但近期得到的研究结果对PVC是有利的。zui近美国绿色建筑委员会（USGBC）在一份报告中指出，总体说来，PVC像其他建筑产品那样有益于健康，在某些情况下甚至是对环境zui友好的材料[8]。
　　
　　PVC的生产过程受到美国环保署（EPA）和职业安全与保健局（OSHA）的严格监控。在过去25年，PVC的产量增加300%以上，但同期CO2排放进环境中的数量下降了几乎80%。多数CO2是木材、食品和垃圾等东西在燃烧时产生的，元凶是未加控制或燃烧不*。EPA开列了16种CO2来源，其中城市固体废料的焚烧、后院废物的燃烧和住房木材的燃烧，其影响均大于PVC，CO2还可能自然产生。
　　
　　邻苯二甲酸盐用来制造包括柔性PVC在内的屋面卷材，它被美国食品药物管理局批准用于血囊和血管这样的项目。40多年的研究和使用表明，邻苯二甲酸盐当按意向使用时从来没有伤害过人体。职业安全和健康研究所（NIOSH）的一项研究并未发现在热空气焊接期间产生的氯化氢对健康有害。而且，安装机械固定屋面系统不像胶粘剂或沥青材料那样散发出有刺激的烟。所有屋面系统都有副产品和残余废料的问题，但从寿命-周期观点看，PVC是较好的，在从制造过程到用后的所有环节上都可再生处理。此外，制造PVC屋面系统比其他屋面系统耗能少。
　　
　　PVC屋面卷材呈惰性，在使用和处置中对人的健康和环境没有危险。从20世纪80年代后期开始，对乙烯建筑产品已公布了26份以上的寿命周期评估报告，其中很多评估将乙烯产品与其他材料制造的类似产品相对比，发现乙烯产品在能效、原材料消耗、对温室气体的影响以及产品可靠性方面都表现良好。
　　
　　PVC是*的已经证明用后可再生的单层屋面膜。在欧洲，AfdR是一家主要的PVC卷材生产厂家，由旧屋面再生PVC卷材已有十余年之久。通过欧洲合成防水协会（ESWA），他们正在实施两个更加有效的再生旧屋面过程。再生利用过程中，再生产物与原生材料相拌合，生产出新的耐久的屋面卷材。在美国，乙烯屋面卷材厂家担负起在屋面寿命-周期终了时再生旧屋面的计划，在计划证实阶段的两年内已再生了9万多m2卷材，从2008年开始将大大地扩大此计划。
　　
　　7结束语
　　
　　PVC防水卷材是三大单层屋面材料之一，在单层屋面中占据主导或重要的地位，发展前景广阔，值得大力发展。根据国外新的研究成果，PVC防水卷材对人体和环境无害，可再生利用，对PVC的一些负面评价应予以摒弃，重新认识PVC是一种很好的绿色防水材料。PVC防水卷材用途广泛，除在一般平屋面上大量使用外，在地下防水以及金属屋面、种植屋面上使用均取得了良好的效果，在光电屋面使用上更是材料，利于节能。PVC防水卷材是一种热塑性材料，提高其热稳定性成为生产产品的关键所在，国外在这方面的成就值得借鉴。我国在PVC防水卷材的发展上已有了一定的基础，但在产品质量和技术上与国外相比存在着较大的差距，需要在提高标准指标、开发增强型产品和节能产品、解决增塑剂迁移问题、控制热稳定性、扩大产品用途等方面作出更大的努力。PVC防水卷材因其特性决定能在屋面上单层铺设，性能优越，使用寿命高于双层改性沥青卷材。国家相关的建筑规范应作出相应修改，允许PVC防水防水卷材单层使用。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]苗燕.探索欧洲单层屋面系统技术之旅.中国建筑防水，2008（1）：41－45
　　
　　[2]牛光全.日本2006年防水片材产量达到2000万m2.中国建筑防水，2008（1）：46
　　
　　[3]朱冬青.美国单层屋面技术初探.建筑防水资讯，2008（3）:5-12
　　
　　[4]牛光全.关于提高我国单层屋面卷材质量和标准水平的建
　　
　　[5]陆百坚、董锡华.多层纤维内增强聚氯乙烯防水卷材的研究.建筑防水资讯，2008（5）
　　
　　[6]RussoM.ModifiedPVCstillgoingstrong.RSI,2007（12）：20-21
　　
　　[7]MichelsenT.Self-adhesingsingleplies.ProfessionalRoofing,2007（10）：32－35
　　
　　[8]BallonskyD,ThemasJ.PVCRoofing.RSI,2007（12）17－18
　　
　　文章编号：1007－497X（2008）－11－0004－06中图分类号：TU57+3文献标识码：A收稿日期：2008－03－01作者简介：牛光全