羡永彪：我国高分子防水卷材产业发展问题与建议

摘要：介绍了我国高分子防水卷材产业发展的现状，从原料、助剂、设备、生产工艺、成品性能等方面分析了国产PVC、TPO卷材与国外的差距，提出了尽快提高我国高分子防水卷材生产与应用技术水平的若干建议。

关键词：高分子防水卷材；PVC卷材；TPO卷材；助剂；生产设备

Xian Yongbiao

Abstract: This article introduces development status of polymer waterproofing membrane industry in China, analyses the gap of PVC membrane and TPO membrane between China and abroad from raw materials, additives, equipments, production process and performances of products, and points out suggestions for improving production and application technology of polymer waterproofing membrane in China.

Key words: polymer waterproofing membrane; PVC membrane; TPO membrane; additive; production equipment

建筑防水材料是建筑业及其他相关建设行业都需要的重要功能性材料，关乎建筑与结构的安全，关乎人们的生活。当前，我国建筑防水材料门类品种基本齐全，能满足各类建设工程的需要，但总体技术水平与国外仍存在差距，突出表现在产品的质量和品质水平、应用系统的配套水平和施工的综合技术水平等方面。

随着环保要求的提高，沥青类防水产品承受的环保压力越来越大，加上同质化经营现象严重，企业寻求新产品、另找出路的心情迫切。此种情况下，有些企业尽管对PVC和TPO防水卷材等高分子产品并不充分了解，但也将其锁定为主要发展目标。所以，加强对高分子防水卷材产品的研究，引导产业科学发展，迫在眉睫。

1   产业发展轨迹

我国的建筑防水材料生产，大致可以追溯到建国前的1947年，即纸胎沥青油毡第一个工厂的建立。此后，纸胎沥青油毡一统天下的局面一直持续到20世纪80年代中期。

20世纪80年代以后，随着我国从国外引进改性沥青防水卷材生产线，开始了改性沥青防水卷材的发展时期，同时，国外PVC防水卷材开始进入中国，促进了国内PVC防水卷材的发展。

进入21世纪以后，国外快速发展的TPO防水卷材在国内相继问世。

目前，国产的挤塑类高分子防水卷材生产线有单压延单挤出的，也有单压延双挤出的，还有双压延双挤出的，模内多层共挤也开始得到发展，水平参差不齐。

经过20多年的发展，我国的PVC防水卷材在产品质量和用量上已有相当的进展；TPO防水卷材虽然起步不晚，除个别企业外，总体发展并不快。

2   产品特点

2.1   PVC防水卷材

PVC防水卷材起源于欧洲，是欧洲屋面防水市场占主导地位的高分子防水材料。产品拉伸强度高，断裂伸长率大，能适应基层伸缩、开裂所引起的变形；使用寿命长、耐老化，屋面材料可使用30年以上，地下可达50年之久；低温柔性好，适应环境温差变化性好；耐根系穿透性好，可做成种植屋面的阻根层；施工方便，焊接牢固可靠，环保无污染；维修方便，性价比高。

2.2   TPO防水卷材

TPO防水卷材1991年欧洲首先将其应用于屋面；20世纪90年代末期进入美国市场，之后迅速发展，目前在美国已超越PVC防水卷材的市场份额。除了以上PVC防水卷材所具有的特点外，TPO防水卷材不含增塑剂，具有优异的耐候性、耐高温和耐冲击性能，抗撕裂强度高，收缩变形小，可100%回收再利用，易于维修修补。

3   原材料

3.1   PVC防水卷材

国内PVC树脂可以满足PVC防水卷材的生产应用，关键在于增塑剂和阻燃剂的选择。

3.1.1   增塑剂的选择

1）PVC防水卷材主要使用DOP（邻苯二甲酸二辛酯）作为增塑剂，如果使用DOA（己二酸二辛酯）与DOP（邻苯二甲酸二辛酯）配合作为增塑剂，随着DOA用量的增加，PVC防水卷材的耐低温性变好，分子迁移率会大幅增加，PVC防水卷材的耐久性会变差。

2）如果使用聚酯增塑剂与DOP配合使用，随着聚酯增塑剂的用量增加，PVC防水卷材的耐低温性变差，分子迁移率会大幅减少，PVC防水卷材的耐久性会变好。聚酯增塑剂的用量一般不能超过30%。

3）如果使用高分子增塑剂与DOP配合使用，低温脆化温度和分子迁移率都会降低，PVC防水卷材的耐低温性和耐久性都会提高。但是，高分子增塑剂的用量也不能太大，一般控制在20%左右。杜邦的酮乙烯酯（Elvaloy）就是非常好的高分子增塑剂，分子迁移率几乎为零，但价格昂贵。

4）生产PVC防水卷材的增塑剂在欧洲禁止使用DOP、DBP等，主要采用DIP、DIAP、DINP等高分子量的增塑剂。

3.1.2   阻燃剂的选择

正常的高分子防水卷材不加阻燃剂时1.2 mm厚左右就能保证防水各项功能，但加入阻燃剂后性能变差，为了达到防水功能，需要更厚的卷材，至少1.5 mm厚。

由于PVC含氯量达56%，因此，硬质PVC制品通常不需要加入阻燃剂；软质PVC制品中加入了增塑剂，氯含量降低，氧指数降至22，加阻燃剂十分必要。应该科学合理地设计阻燃体系，使阻燃朝着低烟、无毒、环保的方向发展。

目前用于增强PVC防水卷材阻燃性的阻燃剂很多，包括氢氧化铝、三氧化二锑和硼酸锌等。

1）氢氧化铝的阻燃效率低于三氧化二锑，当三氧化二锑的用量为4份时，材料氧指数能够提高14%。

2）氢氧化铝复配硼酸锌具有协同阻燃效用，在20份氢氧化铝中加入3份硼酸锌，材料氧指数能够提高5%。

3）氢氧化铝复配三氧化二锑也具有协同阻燃效用，在20份氢氧化铝中加入3份三氧化二锑，材料氧指数能够提高15%。

4）磷系阻燃剂都具有一定的毒性，因而应该限制磷系阻燃剂在PVC中的应用。

3.2   TPO防水卷材

TPO防水卷材原材料供应商主要有陶氏化学和巴赛尔两家。陶氏化学VERSIFY® 2300采用茂金属催化技术生产，茂金属催化剂具有单活性中心，聚合物分子量分布窄，结构可控，焊接窗口宽；巴赛尔的Hifax CA10A采用先进的Catalloy工艺共聚而成。

这两家公司生产的TPO防水卷材原材料与国内一些企业采用聚丙烯（PP）和乙丙橡胶（EPR）等简单共混制备而成的TPO防水卷材原材料相比，制成的产品具有更优异的性能，拉伸强度大，耐穿刺性好，抗紫外线强，尤其是热老化性能和耐候性优异。

3.2.1   TPO防水卷材的热老化性

欧美屋面行业认为，在一定的高温条件下、经得住一定时间考验的才是真正的TPO防水卷材，具有较长的使用寿命。

目前我国TPO防水卷材产品标准的热老化要求是115 ℃，28 d；由于美国认为115 ℃，28 d这个要求还是很难标志真正的TPO防水卷材，所以，美国对TPO的热老化要求已经提高到116 ℃，224 d。未来的趋势是可能在温度或时间上还会提高或延长。所以对TPO防水卷材来说，与热老化相关的助剂的选择以及热老化检测都很重要。

3.2.2   TPO防水卷材的阻燃剂选择

1）氢氧化铝

价格较低，怕高温，不能在螺杆内停留较长时间，易水化。氢氧化铝的脱水吸热温度较低，约为235~350 ℃，在常压低于205 ℃下是十分稳定的，到205~220 ℃开始缓慢分解，到230 ℃时开始降解。所以，最好采用具有侧喂料功能的螺杆挤出机。

普通氢氧化铝阻燃剂的主要问题是所需填充量大，否则就不会有良好的阻燃效果，但填充量大必然导致树脂混炼和成型时物料的流动性差，影响材料的加工性能和机械性能。

2）氢氧化镁

价格相对氢氧化铝要高。主要选择高纯度的氢氧化镁，含铁量（金属氧化物）不能过高，否则影响产品的使用寿命。氢氧化镁分解温度较高，在340~490 ℃左右，吸热量也较小，因此对抑制材料温度上升的性能比氢氧化铝差，对聚合物的炭化阻燃作用却优于氢氧化铝。两者复合使用、互为补充，其阻燃效果比单独使用更好。

氢氧化镁阻燃剂同样有需要大填充量的缺点，大量的氢氧化镁阻燃剂会降低塑料制品的强度以及其他性能。其次氢氧化镁的耐酸性差，在酸中会很快溶解，也容易受乳酸影响而使制品表面留下指纹。

4   施工特点

4.1   搭接与固定

1）PVC、TPO防水卷材的本体搭接采用热风焊接（单缝或双缝）。

2）PVC、TPO防水卷材与基层固定可采用机械固定（穿孔或无穿孔）。带背衬的PVC、TPO卷材与基层固定采用胶水满粘。

4.2   相容性

TPO防水卷材化学相容性好，与XPS（挤塑聚苯保温板）、EPS（发泡聚苯保温板）、沥青、岩棉等均相容，可以直接接触，无需设置无纺布隔离保护层。

PVC防水卷材由于含有增塑剂，与XPS（挤塑聚苯保温板）、EPS（发泡聚苯保温板）、沥青、岩棉等不相容，不能直接接触，需采取隔离保护措施（如设置聚酯无纺布隔离层）。

自粘型的高分子防水卷材一定要注意自粘胶与卷材本体的相容性。

5   装备情况

单螺杆挤出机发源于1795年，用于手动制造无缝铅管；1851年，改进为电动的，确立了挤出法用于生产绝缘电缆的地位。单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年单螺杆挤出机有了很大的发展。

双螺杆挤出机于20世纪30年代首先在意大利研制成功，到60年代末、70年代初迅速发展起来。其喂料特性好，适用于粉料加工，且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能，特别是加工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。

5.1   单螺杆挤出机原理

分三段：第一段为输送段，是预热、受压、挤实过程；第二段为压缩段，升温、塑化过程；第三段为计量段，保持温度，准确定量输送熔体物料给机头。

5.2   双螺杆挤出机原理

也分三段：经机筒第一段为加料段，物料在此阶段不会熔融，只是随螺杆传动；物料被带入第二段，该段为压缩、加热阶段，物料开始熔融，物料间的摩擦力增加，形成高黏体；物料继续随螺杆传动进入高剪切的第三段——均化段，实现物料充分的混合分散和均化，最后挤出。

5.3   单、双螺杆的区别

1）价格方面：单螺杆挤出机结构简单、价格低，双螺杆挤出机结构复杂、价格高。

2）塑化能力方面：单螺杆挤出机适合聚合物的塑化挤出，适合颗粒料的挤出加工；对聚合物的剪切降解小，但物料在挤出机中停留时间长。双螺杆挤出机具有很好的混炼塑化能力，物料在挤出机中停留时间短，适合粉料加工。

3）加工能力及能耗方面：双螺杆挤出机产量大，挤出速度快，单位产量耗能低，而单螺杆差之。

4）操作性方面：单螺杆操作与工艺控制简单；双螺杆操作相对复杂，工艺控制要求较高。

5.4   同向与异向的区别

1）同向挤出：一般同向旋转的双螺杆挤出机多用于混料。

2）异向挤出：一般异向旋转的挤出机多用于挤出制品。

5.5   平双与锥双的区别

1）平双挤出：输出扭距小、抗负荷能力差，是平行双螺杆挤出机（简称“平双”）最为显著的缺陷。但长径比可变化是平行双螺杆的优势，它可根据成型条件的差异，增大和减小长径比以适应塑料加工工艺要求，扩展平行双螺杆的适用范围，而这一点是锥形双螺杆挤出机（简称“锥双”）难以做到的。

2）锥双挤出：大工作扭距、大承荷能力是锥形双螺杆挤出机的一大特点。

5.6   排气挤出机的特点

1）当使用普通塑化挤出机时，从加料口可排除少量气体。残余气体对加工质量影响大时，要预先对聚合物粒料进行干燥处理。采用排气挤出机，由于排气效果好，挤出物气泡大大减少，提高了制成品的质量。排气挤出机可部分或完全代替费工费时的干燥处理加工。

2）排气挤出机构造的主要特点是在机筒中部位置开有排气口。以排气口为界，螺杆分为两个部分。排气口前一部分称为螺杆的第一阶，它的后一部分称为第二阶。第一阶和第二阶各相当于一根三段式普通鳃杆。一般由料斗进入的物料，在第一阶中经固体输送、熔融压缩和混合均化，然后经减压进入排气段，熔体中夹带的气体于真空下脱出。经排气处理后聚合物熔体进入螺杆的第二阶，在第二阶中熔体经再压缩和混合均化而从机头挤出。

6   应用现状

1）PVC、 TPO防水卷材是以工建项目为主要应用市场的中高端防水产品。

2）按产品特性，PVC防水卷材外露、非外露皆可使用，TPO防水卷材外露使用为主。事实上，包括TPO防水卷材，目前国产材料用于外露的并不多，大部分用于地下或隧道等非外露的工程项目，原因是种种因素造成的产品耐候、阻燃性较差，质量事故较多，企业对外露使用没有信心，不敢轻易承接外露工程项目。

3）发展这么多年，除极个别企业外，国内高分子防水产品产销量还是都不大，用于单层屋面的国内品牌更少，国外品牌占了主要份额。

7   存在问题

1）目前防水行业，橡塑方面的技术专家很缺乏，对高分子防水卷材行业的技术发展指导不够。

2）高分子产品生产技术相对沥青类产品要求更高，而大部分企业都是从生产沥青类产品转向过来，专业技术人才缺乏，对高分子产品和生产装备认识不够深入，在选材、工艺、配方、操作、装备等方面都有不足，很难保证能够生产出优质的产品，投资上高分子线具有很大的盲目性。

3）国外的高分子防水卷材生产装备虽然先进，但价格较高，对销量不大的生产企业来说难以接受。

8   建议措施

1）培养高分子防水卷材方面的技术人才，以满足我国建筑防水产业升级和工程建设对高品质防水材料的需求。

2）相关协会组织、科研院所、高等院校加强合作，整合资源，立项开展高分子卷材生产与应用相关学术研究和技术攻关，定期开展专题技术研讨，覆盖原材料、工艺、配方、装备、配套件、施工技术等整个产业链；开展各种技术培训班，了解产品，掌握标准、检测、生产、操作、维护技术，指导生产与应用，扶植高分子防水材料产业的科学发展。

3）大力开展职业技能培训，包括高分子卷材生产工的上岗培训和防水工培训，全面推广高分子卷材应用配套预制件，开展标准化、规范化施工，保证施工质量，实现不漏工程。

4）抓住住建部建筑施工质量保证期制度推行的大好时机，完善、修制定与高分子防水卷材相关的各项施工规范、产品标准和施工图集。

5）装备制造企业，国内的要研究和掌握高分子防水卷材的生产工艺，提高装备的质量和效能；国外的要在保证质量的前提下，除了关键部件，尽可能考虑国产化配套，提高装备国产化率，降低成本。

6）装备制造企业在提供装备的同时，要提供装备的操作和维护培训；原材料销售企业要提供生产配方和工艺供企业参考。

9   结束语

在高分子防水卷材技术不断发展、中高端防水产品应用市场不断扩大的今天， 国外高分子防水卷材生产企业不断进入、生产装备不断引进，必将大大促进我国高分子防水卷材生产与应用技术水平的快速提高。今后，国内防水行业产业升级、防水材料更新换代势在必行，有着环保和质量优势的高分子防水卷材将迎来更快的发展，只要行业齐心努力，我国高分子防水材料产业必将朝着健康、可持续的方向发展。

资料出处：[1].羡永彪.我国高分子防水卷材产业发展问题与建议[J].中国建筑防水，2017（16）.[2].张涵，胡清，朱光宇. 高分子防水卷材的研究进展[J].合成材料老化与应用，2023，52（1）.[3].中国建筑防水协会.中国建筑防水行业年度发展报告[R].2022.[4].中国建筑防水协会.中国建筑防水行业年度发展报告[R].2023.[5].中国建筑防水协会.中国建筑防水行业技术白皮书[R].2024.

（来源：中国建筑防水杂志社）