新型防水材料TPO产品介绍

在过去的6-8年中，美国的屋面市场TPO防水卷材表现出巨大的增长，近几年来虽然热塑性聚烯烃卷材（TPO）在防水和内衬工业中推广很快，但其在屋面工业中的使用还是一个比较新的事物。按照NRCA（美国屋面工程协会）2001年至2002年的市场调查，TPO卷材占有平屋面市场份额的11.6%。TPO虽然发展很快并迅速被接受，但在屋面工业界仍然是引起许多议论的主题。它面临的挑战主要是确定TPO的可靠性和TPO在美国屋面市场中的适合用途，特别是相关材料的标准判定和长期性的考验。

1．     与其他单层材料的比较，如果有一种新产品能取代现有产品的话，那么它一定是TPO。在新一轮单层材料市场争夺战中，从市场宣传和市场定价方面来看，EPDM产品将会继续成为最大的输家。目前，TPO屋面系统的安装成本（一些压顶屋面系统结构可能除外）与EPDM屋面系统相比如果不便宜也一定是有竞争力的。有意思的是，所有主要EPDM生产商已引入TPO产品，除了EPDM产品之外也销售TPO产品。看起来，EPDM的销售正由于TPO产品而有可能受到严重的影响，因为TPO产品能克服EPDM产品始终面临的最明显的困难和问题：TPO产品的防穿刺性更好，泛水可以焊接，接缝的耐久性和强度更好，可提供可持续的、白色或浅色、符合节能之星等级的反射表面。如果EPDM产品在受到威胁之列，那么PVC意味着什么？尽管TPO与PVC相比在耐候性、反射性和热焊接方面并无显著的优点，但TPO可提供更好的耐穿刺性、耐化学性及环境效益。在TPO的配方中没有添加增塑剂，TPO柔性保持率高，这是TPO的另一个固有优势。事实上，几乎所有主要的PVC生产商都不同程度地投资于新的TPO技术。

2．      TPO产品是什么。虽然TPO产品的优势很明显，在引入阶段（十几年前）既没有十分成功也没有明显失败，但一直存在一些问题和困难，屋面行业也有许多人不明白TPO是什么及其长期性能如何。与所有橡胶和塑料基本相似的是，目前使用的多数TPO卷材是多种成份的混合。虽然目前使用的多数TPO屋面卷材被非正式地分类为聚丙烯基产品，但这并不完全正确。聚丙烯基TPO屋面卷材产品的多样性意味着生产商可以销售各种不同的产品——尽管它们看起来和摸起来几乎是一样的。虽然许多销售人员将该产品描述为“纯聚丙烯产品”，但现在所有的TPO卷材都含有其他聚合物，如在它们繁荣配方中加有乙烯丙烯橡胶（EPR）或EPDM为改性剂或增柔剂，以使TPO产品易于安装到屋顶上，并承受屋面系统可能受到的各种外力。这些改性剂在生产过程的某一作业点加入，均匀分散在聚丙烯中，可以组成多种聚合材料。实际上，大多数TPO卷材都包含一种在反应釜中混合的主要聚合物，其中主要组分是聚丙烯，并与一种共聚物（如EPR）混合。反应釜混合的优点是将几个步骤结合成一步，使得均匀的聚合物混合料成为一种更经济、更理想的物质，可以获得更特殊的聚合物性能（如密度）。另外，在卷材生产过程中，卷材生产商还可以在混合物中掺入其它不同聚合物改性剂。卷材的关键特性，如耐候性、温度稳定性和耐火性，取决于其它添加剂。任何客户定制的最终产品，都含有几种添加剂。需要指出的是，在现有聚丙烯混合料生产技术水平下，聚丙烯混合物的性质和质量到是整个加工过程中最少考虑的。

3．      标准问题。目前，关于TPO的ASTM标准正在取得一致认同的过程中。ASTM标准常常被视为是反映许多产品最低控制指标的标准，除非是成熟的产品。对TPO产品颁布的最终标准可能反映生产商对实验室检测的屋面卷材的最低要求多达成的一致意见，但很可能标准不能保证产品在现场的使用功能。虽然预计新的ASTM标准规定TPO产品的最高吸水率±3%(只对面层膜)，但NRCA的测试结果是卷材的吸水率范围在4%-7.9%之间。结果有这么大的不同，其原因是，实际测试结果是根据整个卷材的厚度得出的（实验时增强边密封）。出于功能提高方面的考虑，ASTM标准草案中有一项积极的规定，就是提高增强胎体上耐候面层厚度分别为0.39mm和0.41mm，而总厚度为0.99mm的卷材的耐面层只有0.3mm厚，比EPDM和PVC要低。这可能不足以确保其达到满意的性能。根据ASTM标准目前的发展方向来看，允许生产商拓宽产品配方的范围。其实，对聚烯烃聚合物含量的要求（包括共聚物）是最少占50%（质量）。这实际上意味着用户不知道他们买的是什么，只能依靠各个生产商的解释。如大多数增强产品标准那样，TPO的产品标准基本上反映了选择增强层以及防水材料本身所赋予卷材的特性。对TPO产品较难进行归类和制定标准的一个原因是因为他们的配方中可能既使用聚乙烯聚合物又使用了聚丙烯聚合物，也可能混入了其他烯烃类物质。虽然聚乙烯似乎不太流行，但有人试图制造另一种更好的产品取代目前使用的较硬的聚丙烯产品。很难定义TPO产品的另一个原因是产品功能的多样性。厂商之间产品互不相同；即使同一生产商的产品在几年间或更短时期内都可能发生不可预见的变化。除此之外，塑料行业聚烯烃部分由于生产企业的变化和行业的迅速发展而存在很大变数；在经济效益的驱使下，新产品再通过检测和行业经验的积累达到成熟前，很快涌入屋面应用中，这样，屋面行业就可能面临不断定义TPO卷材的挑战。

4．      安装和使用。一般来说，事实上似乎人们也已认识到，TPO采用的热焊缝比传统的EPDM胶粘接缝或胶带粘接缝具有更多的优势，它们更结实、更可靠。焊接TPO所面临的最大困难就是焊枪操作者对各系统之间技术上的差别不熟悉。各生产商对于焊接有着各自的指南。但都通常使用焊接轨道以防卷材移动和皱折。TPO的焊接温度范围要比PVC产品窄得多。操作焊枪如果过慢或过热，卷材都会烧糊；如果过快或过冷，则会得到假焊或冷焊。因此，一定要认真按照各有关生产商的建议行事。有些卷材比标准卷材的温度范围要求更严格。因而需要焊接时间更长，市场上的多数卷材无比困难。所以焊接人员必须考虑卷材对温度变化的敏感性，仔细注意周围条件的变化。例如，从阴凉的早上到日照强烈的中午，温度变化很大（取决于卷材的颜色、基层、一年中的时间和地理位置），在焊接PVC或PVC混合卷材时，这种温度变化通常不那么引人注意，而对于TPO卷材的施工，则有很大的影响。各种TPO卷材有不同的热胀冷缩系数，它们老化时，边缘固定，耐久性和稳定性就变得更为关键。如果一开始就未做好，就会随着材料的老化造成飞边，要求维修。一些生产商要求在所有接缝交汇处使用T型接缝拼补安装；其他生产商只要求在1.52mm厚的卷材施工中才使用此方法。这只是防止胎基吸水的预防措施，或者是从EPDM的实践中得来的结果。不论是哪种情况都会使崭新的浅色屋面不好看。另外，需仔细检查TPO卷材的接缝。因为TPO卷材的熔化方式与PVC卷材不同，TPO卷材的焊接通常没有热塑性卷材常见的“渗出”现象。对PVC和PVC混合料卷材来说，熔化标志着焊枪操作达到了正确的温度。对TPO卷材来说，探测缝隙较困难，特别注意不要用探测仪器过于用力压卷材，以免造成损伤。偏重于亮色（特别是白色）热塑性材料是可以在较热的季节里降低屋面面层的温度。在夏季的中午，屋面面层温度最多可降低33-39℃.这样的产品是十分有益的，对于许多建筑物具有显著的节能效益，特别是对隔热不足的建筑物来说。此外，在炎热夏季的日光下，白色卷材比黑色或灰色卷材更易施工。与CPE，CSPE或其它一些卷材类似，TPO对可能会在屋顶上碰到的化学物质有优越的耐化学腐蚀性。但紫外线和外界气候会加剧化学品析出和污染物的影响。防止屋面污染物的最好办法就是将污染物从屋面上去除。TPO卷材的表面发生龟裂和裂缝，这与20年前影响卷材的因素是一样的。这些卷材发生明显脆裂和产生裂缝的原因如下：1）添加不够或不当；2）抗紫外线及稳定剂不够；3）不相容添加剂发生降解（卤化阻燃剂可能会影响抗紫外线剂作用的发挥）；4）产品太薄；5）生产中产生的失误，如混合物过热，添加剂含量不合适、原料受污染。尽管没有预期会出现这些品质降低的问题，但尚处于开发阶段的卷材发生上述问题并非不正常。单层卷材开发商已经汲取这些教训。在美国，薄热塑性卷材的这些问题较多发生，配方的改进也更频繁，是由于美国气候条件比相对温和的西欧气候更加严厉和多变。事实上，产品在西雅图的耐候性好并不表明在日照强度高出50%的南加州、弗洛里达州和田纳西州也会耐久。值得指出的是，通常在卷材搭接处，表面龟裂往往是看不到的（在这些部位卷材厚度为双层），这更证明了这样的论断：更多的聚合物意味着更持久的产品，双层厚度吸收的热量对延长产品寿命起到了重要作用。TPO屋面卷材的其它缺点包括：１）收缩；２）在施工中，由折叠应力引起的卷材明显折皱会导致裂纹扩散；３）接缝焊接处或后面会开裂；４）泛水用片材在接触沥青或其它材料是会被沾污；５）粉化（白色卷材更明显）；６）搭接密封膏／接缝嵌缝膏性能变差；７）在将系统进行单层焊接搭接固定后，卷材会发生皱折或在热焊接时由温度引起的卷材移动造成的。

5．      环保问题与其它屋面系统相比不应忽视TPO产品在环保方面的特点。要取得良好的经济效益和环保效益，仅仅要求屋面卷材可回收、易处理是远远不够的。TPO系统总体上具有积极的环保性能。催化剂技术的许多新发展促进了各种聚丙烯产品及其他聚烯烃产品的生产，而且，过去至少需要三步才能完成，并且比传统方法节省高达２／３的能源。结果是使用较少的设备，在较短的时间内生产更多性能一致的材料，并减少了材料废料的产生。聚烯烃产品无论是生产，使用还是处理，都被公认为对环境影响最小。它们并不是完全无害和无毒，但好于任何其他类别。聚合物成品密度较低意味着材料较轻并且往往功能更好。至少还存在这样一个问题。如果将发布的ASTM标准继续坚持－聚烯烃在整个聚合物中的含量至少５０％，那么TPO卷材的环保可接受性就不会像TPO树脂那样。事实上，目前TPO屋面卷材中的添加剂成分占了混合物的相当大比重。这些组分和织物增强层对最终产品的可回收性有很大影响，这是又一个需要解决的环保方面的问题。

6．      前景。聚合物化工行业各方面的发展给市场带来了配方的创新，使产品具有更好的经济效益和环保性能。许多产品因此前景看好。TPO和热塑性屋面系统无论是其目前的结构还是经过稍微改性的结构，都是平屋面工业的重要组成部分之一。由于对产品的环保要求，TPO厂商力图提供达到和超过保证期的令人满意的产品。薄卷材和胎基上的薄面层以及加颜料不足和加稳定剂不足的产品都将被日益严峻的屋面市场淘汰。很显然，老化卷材的阻燃等级也是一个需要做更多研究的问题。每种产品无论什么样的发展，都只有在实际应用中被证明合格后才能出售给消费者。随着石油化工工业在未来带来的创新和发展，TPO屋面系统将在此站稳脚跟，而且可能是刚刚开始展示其所有的潜力。

TPO卷材标准。２００３年５月ASTM发布了第一个以一致同意为基础的TPO卷材标准，ASTMＤ6878“热塑性聚烯烃屋面卷材规定”，该标准包括TPO卷材的材料和制造、物理性能及允许值、尺寸及允许偏差、制造工艺、表面及外观、试验方法、产品标记、包装及包装标记。在材料和制造的要求中规定了该产品有乙烯和∝-烯烃聚合物、共聚物和混合物制成，用量占全部聚合物的50%以上。物理性能包括：最小总厚度1mm，网格布最小厚度0.305mm，最低断裂强度976N，最小延伸率15%，最低撕裂强度245N、最低工厂接缝强度290N，脆点最高为-40℃.还增加了热老化和加速老化后的物理性能试验。在产品标志一节中要求在卷材外露标明产品名称、ASTM标准号、制造商或供应商名称。所有标记在施工以后5年内应清晰可辨，以方便现场的辨认和日后承包商的维修。由于ASTMD6878刚发布，其中的内容还没有引入大多数的建筑规范中。NRCA已向国际规范委员会（ICC）提交了一份关于规范修改的建议，提出以ASTMD6878作为国际建筑规范的基础。ICC将在2004年5月17-20号召开的决策听证会上作出决定。经最后批准的规范修改建议将在国际建筑规范2006年版上刊登。<<Professional Roofing>>曾于2001年11月份刊登了一篇由NRCA组织的TPO单层卷材试验报告。该报告为ASTMD6878中关于卷材厚度、尺寸等方面的规定提供了试验依据，但在断裂强度、撕裂强度、脆点等方面与D6878仍有争议。

日本2002年的片材防水产量。日本合成高分子屋面工业会发表了2002年度的片材防水产量统计结果。总产量约为1640万㎡，为上年的91.8%。非硫化橡胶片材70500㎡，为上年的74.2%；PVC、EVA、7 057 763㎡，为上年的95.6%。硫化橡胶片材产量8316777㎡，占总产量50%，但2002年呈现减少倾向。改性沥青88 500㎡，为上年的51.6%，大幅度减少。从1999年开始TPE连年增长，但2002年产量有所减少，为875 156㎡，为上年的79.7%。

大连璞耐特防水建材有限公司

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刘爱兵 著

2008.04.08