一、技术背景

挤出聚苯乙烯（XPS）泡沫是20世纪 50年代研制成功的一种新型绝热材料，其制备过程是将聚苯乙烯（PS）树脂、发泡剂和相关助剂通过挤出机进行连续挤出发泡成型。由于具有闭孔的泡体结构，因此其综合性能十分优异，如绝热性能优异、持久、吸水率较低、尺寸稳定性好、抗蒸汽渗透性优良、压缩强度高等，在诸多领域得到了广泛应用，主要包括：墙体保温、倒置式屋面保温、钢结构屋面保温、冷库保温、地暖系统、复合风管、彩钢夹芯板、公路路基、铁路路基、停车甲板、渠道河床等，其中以在墙体保温上的应用最为广泛。
目前，国内 XPS 泡沫塑料生产通常使用的 HCFC 发泡剂为 HCFC-22 和HCFC-142b。HCFC-22 的 ODP 值为 0.055、GWP 值为 1700、不燃；HCFC-142b的 ODP 值为 0.065、GWP 值为 2400、体积爆炸极限（空气）6.7%~14.9%。由于单独采用 HCFC-22 生产低密度的泡沫制品困难；而单独采用 HCFC-142b，成本过高，因此生产企业多选用 HCFC-22/HCFC-142b 混合发泡剂进行生产，混合比例一般为 40/60、50/50、60/40， HCFCs 类发泡剂在 XPS 生产中的加入量约为12 %（质量比）左右。由于 HCFC-22 和 HCFC-142b 破坏臭氧层，并且温室效应明显，根据蒙特利尔协议，需要对其进行替代工作。2009 年 5 月中国启动了 XPS泡沫行业的 HCFCs 淘汰工作。预计到 2025 年，XPS 行业将禁止使用 HCFC 作为发泡剂。
CO2作为发泡剂，通常是以超临界状态进行发泡成型，超临界CO2具有优良的特性，如：超临界 CO2具有高的渗透能力，很好的增塑效果，可调控的溶解力，能够很好地溶入熔体中。随着对环境保护和防火安全的重视，CO2作为环境友好的惰性发泡剂越来越受到重视。与其他发泡剂相比，CO2作为发泡剂具有以下优点：（1）来源广泛，价格低廉。石化企业和酿造企业的副产物中含有大量的CO2，经提纯后即可使用，天然CO2气井也能产出CO2气体，CO2的价格仅为 1000 元/吨，远低于碳氢类发泡剂和氢氟烃类发泡剂。（2）安全。CO2为惰性发泡剂，无色无味，没有毒性，与碳氢发泡剂相比没有燃烧极限，没有易燃易爆的安全问题。（3）环境友好。CO2的全球变暖潜值（GWP）为 1，远低于氢氟烃发泡剂，对环境影响小。但是，作为新型的绿色发泡剂，CO2在应用的过程中还存在一些问题：（1）溶解度较低，CO2在 PS 的溶解度远低于 HCFC-142b，也低于 HCFC-152a。（2）扩散系数高，CO2的扩散系数较大，这会导致在发泡过程中很难控制泡沫的形态和稳定泡孔的结构，最终带来许多制品的表面缺陷问题。同时，六溴环十二烷（ＨＢＣＤ）是目前中国 XPS 泡沫行业所普遍采用的阻燃剂，分为普通型和耐热型两种常用的等级。这种阻燃剂在高温下容易分解，产生腐蚀性气体，对加工装备影响很大；同时，HBCD 是一种持久性污染物（POPs），对环境的危害较大；此外，由于与 PS 树脂的相容性差，实际生产中在 XPS 板材制备中的添加量很大，如目前制备 B1 级板材，有的企业添加量甚至达到了10%，较高的添加量在满足消防等级的同时，对 XPS 板材的其他性能如力学性能和绝热性能带来了较大影响，目前中国正准备开展 HBCD 的淘汰工作。
针对以上问题，本项目通过自主设计的超临界CO2挤出发泡系统制备 XPS泡沫板材，通过对 PS 原料改性，调整 PS 原料的性能以适于CO2发泡扩散速率快、溶解度低的问题，同时通过加入发泡助剂，调整超临界CO2发泡时的加工温度，消除CO2由于扩散速率快造成的表面问题；采用非 HBCD 的阻燃剂，使产品既绿色环保，又能够保证使用安全。同时本产品使用自主知识产权的负压发泡生产设备，不仅能够降低密度，还能够进一步降低导热系数，使用本技术生产的 XPS 板材性能能够达到并超过现有氟利昂体系的 XPS 产品性能，并且能够获得高压缩强度的绿色环保 XPS 板材。

二、技术原理

生产 XPS 泡沫板材所使用的原料主要有聚苯乙烯树脂（PS）、发泡剂、阻燃剂、成核剂以及其他助剂（稳定剂、色母粒等）。
本项目使用自主设计的 XPS 专用生产线，通过专用负压设备进行生产，通过工艺调整，能够获得不同发泡倍率和性能的产品，在降低泡沫的密度的同时，还能够降低导热系数，使环保 XPS 泡沫产品的性能达到并超过传统 HCFC 发泡剂制备的 XPS 产品。XPS 挤塑板的基本工艺流程如图1所示。

图1 采用CO2发泡剂的 XPS 生产线示意图

1-混合与喂料系统 2-一阶挤出机 3-二阶挤出机 4-热交换器 5-静态混合器 6-机头 7-压平机 8-一级牵引机 9-冷却辊 10-负压成型系统 11-二级牵引机 12-定长切割与裁边机13-边角料回收 14-打包码堆系统 15-生产线控制系统 16、17、18、19-CO2注入和计量系统

三、应用影响

（一）环保 XPS 挤塑板的主要应用领域
3.1 建筑物屋面保温
（1）倒置式屋面
倒置式屋面是将防水层置于保温层之下，让防水层获得充分的保护，使防水层免受温差、紫外线和外力的破坏，使防水层表面温度变化幅度明显减小，避免防水层由于温度变化造成的破坏，同时使防水层免受紫外线照射，外界或人为撞击的破坏，给建筑物提供良好的防水保温功能。倒置式屋面不需要增设排气孔使施工变得简单，且不受气候的影响。是一种当前最理想的屋面保温系统。挤塑板亦可用于旧建筑屋面的翻修。
（2）钢结构屋面
在钢结构屋面或墙体中使用 XPS 板，不仅令钢结构屋面持久耐用，而且可以避免冷桥发生。切实保证建筑物内部不结露、不滴水，并可以增强结构的牢固性和隔音减噪功能。
3.2 墙体保温系统
建筑物中的大量热量是通过墙体散失的。挤塑保温隔热板不仅适用于各类墙体结构的保温隔热，而且还可以增强墙体的耐用性，为墙体装饰提供平滑的表面，减少墙体厚度。
3.3 冷库及冷藏车
挤塑板优越的抗水汽渗透能力和抗压性能使得在冷库建筑及冷藏车应用中更具有优势，可应用于地面、内外墙、屋顶或吊顶等，使冷库及冷藏车性能恒久不变，防止冷凝结露，耐压抗蠕变。
3.4 彩钢夹芯板
彩钢夹芯板芯材采用挤塑保温隔热板与采用聚氨酯芯材相比可大大提高夹芯板的剪切力、防水性能及保温时效，且可节约成本，是一种理想的建筑节能材料。
3.5 复合空调风管
复合空调风管是一种针对空调系统设计的新型直接保温空调风管，风管管板芯材是使用特制的挤塑保温隔热板；外表面复合优质压花铝箔。
其优点：造价低、重量轻、保温性能好、安装便捷、明装美观、暗装可以最大限度的提高吊顶高度，空间利用率高。特别适用于别墅、公寓、商场、餐馆、办公室等。
3.6 净化车间
挤塑保温隔热板是以聚苯乙烯为主要原料，添加多种配方经高温混炼挤出成型的新型板材，无毒性、没有粉尘、不吸水、不滋生细菌、抗冲击力强，且保温性能持久稳定，非常适合净化车间的应用。
3.7 其他应用
XPS 的各种性能使它可以运用到许多领域中，如建筑物底面、广场地面、溜冰场、地暖系统等还可与其他材料复合，制造成各种复合板材。在高寒地区，由于天气的寒冷、水汽、冰霜等对地面的侵蚀使许多公路、铁路、机场路道等出现高低不平的问题，使得安全出现了一系列的隐患。因此必须控制地面的冻胀。挤塑保温隔热板可以阻止水汽、冰霜等的渗透，使路基结冰情况降至最低，有效地控制地面冻胀，延长其使用寿命。

（二）XPS 行业现状
XPS 板是在欧美国家建筑装潢业中广泛采用的隔热保温材料之一，20 世纪30 年代美国欧文斯科宁公司率先生产出该产品，90 年代进入中国大陆，主要是以成品进口方式在沿海地区销售。1996 年美国欧文斯科宁公司在南京投资设厂直接在中国生产 XPS，1998 年台湾禹昌集团也在上海成立上福公司生产 XPS，随后，欧文斯科宁和上福公司会同国家有关部委完成了该产品相关技术指标的制定，取得国家有关部门的支持，产品推广得到国家建设部的认可，产品在国内重大工程项目中陆续使用。目前，该产品已进入民用建筑领域中。随着宣传和推广工作的加强，人们对该产品的认识程序逐步加深，对产品的接受程度会不断提高。
预计，随着人们生活水平和节能、环保意识的提高，将会有更多的工程，特别是北方地区的建筑中采用该产品，需求量会进一步加大。
除上述两家较早生产 XPS 的企业以外，国内随后投入生产的 XPS 挤塑板制造企业还有上海飚鑫、上海汇英、北京旌丽荣、上海大山、上海亿和、江苏泰州劲松、河北华美、杭州希尔特等企业。
时至今日 XPS 挤塑板生产厂家遍布中国的大江南北，除了海南省、云南省、贵州省、西藏自治区、宁夏回族自治区等少数几个地方没有生产线外其他地方均有 XPS 挤塑板在生产销售，尤其是江苏、河北、北京、天津、上海等地生产线不下百条。即使是这样，现在的产能还是供不应求，还有相当的发展空间。
我国自 1996 年第一家外资企业的建立至今，在国家对节能建筑的不断倡导下，目前用于屋面的保温、隔热施工已非常普遍，内、外墙施工、冷库（车）已大部分采用 XPS 挤塑板（特别是北方地区），地面、彩钢夹层、路基已开始采用 XPS 挤塑板，进一步刺激了 XPS 市场的发展。由于我国加大了对基础建设项目的投资力度，目前国内 XPS 挤塑板市场仍处于供不应求的状态。
我国目前有多家企业在生产 XPS 挤塑板的生产设备，从挤出机到压延、冷却、切割等设备均出于世界领先水平。在消化、吸收国外引进的 XPS 挤塑保温板生产线的基础上，各企业根据我国的国情进一步改进、提高，通过价值性能比的分析，简化工艺流程，改变螺杆的模具设计，提高生产线的加工能力和增加可以生产的制品的规格。原材料的使用由必须使用全新的聚苯乙烯颗粒到可以全部使用回收的再生聚苯乙烯颗粒，降低了产品的成本、节约了能源，并有效地解决了困扰社会的“白色污染”问题、美化了环境。生产线半自动化的设计使设备地操作更简易，并大幅度降低了设备的操作、维护、维修成本。XPS 挤塑板项目经济效益好，投资少，节能环保，使 XPS 挤塑板在建筑保温和高寒地区道路隔水防冻等领域得到大规模的推广应用，使产品在市场上供不应求。
目前，XPS 在中国建筑保温材料市场份额已经超过 20％，并且呈逐年上升势头。据不完全统计，现在城市建筑的保有量大概是 70 多亿平米，其中住宅有 40多亿平米，在未来十年城乡还要建 57 亿平米的住宅，其中城市 27 亿平米，农村30 亿平米。在这个情况下，保温材料的发展要产业化。以前只有 1.8 亿平米的节能住宅，远远达不到节能的要求。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。所以需要更高水平的绝热材料、绝热技术，XPS 面对的是一个巨大的市场。
主要技术竞争对手 ：
XPS 生产厂家国外主要有 BASF、陶氏、欧文斯科宁、Jackon、Ediltec、
Fibran、Izocam、Knauf、Sirapgema、Uralit 等。这些厂家的 XPS 产品主要以颜色进行区分，例如，BASF 的绿色 Styrodur，陶氏的蓝色Styrofoam，Jackon 的紫色 Jackodur 和 Jackoboard。
国内 XPS 的生产企业集中在华东、华北和东北地区。国内 XPS 生产大型厂家以欧文斯科宁南京公司、可耐福天津公司、上海上福塑料制品公司为主，绝大部分企业规模很小。目前这些公司均还在采用含氢氯氟烃（HCFCs）作为发泡剂，采用CO2作为发泡剂生产 XPS 板材的企业尚未见到，但诸多企业已经在积极进行转型，预计很快将有采用CO2技术的 XPS 板材生产企业出现。
四、XPS 市场前景分析
在过去几年国际和国内市场对 XPS 需求一直非常巨大，随着国家的节能环保要求的提高，国家出台一系列调控政策，预计未来 XPS 的市场空间将会有继续扩大的趋势。这样的分析主要基于以下几个方面：
4.1 XPS 在材料性能和加工应用上具有特殊的优势
XPS 挤塑板作为一种性能优良的材料，自身在材料性能和加工应用上具有特殊的优势：
1．XPS 拥有很好的价格优势。以往该产品一直作为高档建筑材料，实际上平均不到 20 元/m 2 的造价是大众消费品，随着单位产品价格的下降，普通工程及工业厂房已大量使用该产品，其市场区域已从上海、北京向全国各地大量普及。
2．XPS 拥有很好的质量优势。XPS 挤塑板与其他传统保温材料相比具有多方面的优异性能，在未来的保温材料市场中必居主导。而目前市场中仅占 30%，潜力巨大。
3．XPS 经得起环境评估的考验。XPS 挤塑板生产过程中无三废：第一，没有废渣，边角料及废品可以回收再利用；第二，没有废水，采用循环水冷却；第三，没有废气，采用高温物理发泡原理，没有激烈的化学反应，不会产生对人体有害的气体。
4.2 XPS 的发展顺应了国家政策的要求
XPS 作为一种节能材料很好的迎合了国家政策的要求，它的发展与政策的支持分不开，因此只要国家节能的大国策不变，XPS 的发展空间就存在。
从 2001 年起，国家建设部下达了对民用建筑节能管理的规定。规定了民用建筑的节能要求，并明确节能强制性标准。
4.3 市场缺口巨大
通过调查，上海、深圳、北京、重庆、天津、哈尔滨、新疆等城市 90%以上基础建设工程已开始使用 XPS 产品，其周边地区也大量使用。目前国内的 XPS挤塑板生产量与需求量供小于求，是建筑业中为数不多的以现金成交的建材产品，利润较为丰厚。
经过以上分析，我们可以发现 XPS 作为一种高性能材料，它满足了应用的要求、迎合了国家的政策，同时国际和国内市场对 XPS 需求非常巨大，我们完全有理由相信在可预见的未来几年内 XPS 的发展将非常迅猛，市场空间将会呈现继续扩大的趋势，投资 XPS 领域大有可为。