聚氨酯防水涂料的發展現狀及趨勢
聚氨酯防水涂料的發展現狀及趨勢沈春林（中國硅酸鹽學會防水材料專業委員會）摘要：聚氨酯防水涂料是具有高回彈性、高柔韌性、耐酸、耐堿的高分子功能材料，也是我國重點發展的防水涂料之一。本文綜述了國內聚氨酯防水涂料的發展現狀，并展望了聚氨酯防水涂料未來的發展趨勢。關鍵詞：聚氨酯防水涂料;發展現狀；發展趨勢聚氨酯防水涂料作為一款多功能高分子材料，具有防水層輕、強度高、彈性好、黏結力強、耐高低溫、耐腐蝕、施工簡便、易于修補等優點。自從聚氨酯防水涂料誕生以來，就一直受到市場的青睞與追捧。由于聚氨酯防水涂料的多功能性和整體成膜性，它克服了防水卷材需要搭接的不足，具有與建筑結構形成滿粘的整體防水效果，能滿足各種建筑防水工程的要求，適合任何構造復雜的基層施工，特別適合于異形結構和管道較多的屋面、地下室及廁浴間的防水、防滲，保證整個工程的防水防滲質量。2018年12月，中央經濟工作會議在北京舉行，會議重新定義了基礎設施建設，把5G基站建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網七大領域定義為“新型基礎設施建設”（簡稱新基建）。基于聚氨酯防水涂料的優異性能，其在民用建筑、市政工程和國家大基建中一直發揮著重要的防水防護作用，國家新基建的需求為防水材料打開了更廣闊的發展空間。1.聚氨酯防水涂料的發展現狀從20世紀80年代開始，隨著我國科學技術提高和化學建材工業的進步，聚氨酯防水涂料也獲得了迅速的推廣，北京市建筑工程研究所和山西化工研究所從 1974年開始率先對聚醚型聚氨酯防水涂料進行理論研究，結合了浴室、衛生間地面防水的要求進行了實踐研究，列入了國家“七五”科技攻關計劃；1985年上海隧道公司研發成功了851型焦油聚氨酯防水涂料，并且大量推廣使用于防水工程，這是我國***款商品化的聚氨酯防水涂料；1989年建設部對全國的防水材料市場進行整頓和評析，確認聚氨酯防水涂料成為人們信賴的防水材料，20世紀90年代之后，聚氨酯防水涂料發生了突飛猛進的發展；1990年中國建設部把聚氨酯防水涂料列入“八五”計劃重點實行的項目之一；1991年上海濕克威的李坤全和蘇州建材研究所的沈春林教授相繼研制出了一款代號為911的新型聚氨酯防水涂料，該材料的***大創新點在于加水作為交聯固化劑，且不再添加煤焦油這種有毒物質。1992年開始制定建材行業標準JC 500-1992，并于1993年開始實施，這極大促進了市場對聚氨酯防水涂料的開發與應用；1998年建設部將焦油型聚氨酯防水涂料列為全國住宅禁止使用的防水材料，因而促使科研院所和生產單位進行技術升級。市場上很快出現了各種煤焦油聚氨酯的替代產品，包括瀝青改性聚氨酯防水涂料、單組份聚氨酯防水涂料、彩色聚氨酯防水涂料、無溶劑噴涂聚氨酯防水涂料等。經過十多年的推廣和發展，我國聚氨酯防水涂料逐成了品種齊全、性能優異的欣榮局面,此時行業標準JC 500已經無法滿足市場發展的需求，2003年由中國建筑材料聯合會提出制定了中華人民共和國國家標準GB/T 19250《聚氨酯防水涂料》,按產品拉伸性能，將聚氨酯防水涂料分為I、II類，增加了單組份產品，增設了撕裂強度、潮濕基面粘結強度等試驗項目，對試驗方法與技術指標也做了大的調整。隨著21世紀國家經濟建設的迅猛發展，聚氨酯防水涂料除了民用市場的爆發式增長外，在國家重點工程建設領域也取得了飛躍式增長，尤其在我國高鐵、地鐵、公路、水利工程等重點領域，對高性能的聚氨酯防水涂料提出了更高的要求。其中2005年由中國建筑材料聯合學會提出制定了行業標準JC/T 975-2005《道橋用防水涂料》,2011年鐵道部制定的行業標準TB/T 2965-2011《鐵路混凝土橋面防水層技術條件》,都對聚氨酯防水涂料提出了98%的固含量要求，極大地促進了聚氨酯防水涂料在國內的健康發展。隨著聚氨酯防水涂料的應用越來越廣泛，產品越來越多元化，2013年由中國建筑材料聯合會提出對GB/T 19250《聚氨酯防水涂料》進行再次修訂，標準將產品分為3種類型：Ⅰ型通常用于工業與民用建筑工程的普通防水，有單雙組分兩種產品，主要指標拉伸強度大于2 MPa；Ⅱ型通常用于橋梁等非直接通行部位橋面的防水，主要指標拉伸強度大于6 MPa；Ⅲ型通常用于橋梁、停車場、上人屋面等外露通行部位的防水，主要拉伸強度大于12MPa。此外標準中還增加了燃燒性能和有害物質限量檢測項目，促進了聚氨酯防水涂料在建筑領域的更廣泛應用。建筑防水行業一直屬于“大行業，小企業”的格局。行業集中度低，擁有生產許可證（防水卷材需要質量技術監督局辦理許可證，防水涂料不需要）的企業有1 500多家，無證企業還有600多家，無證企業的銷售收入達到整個行業銷售收入的30%。但是隨著國家質檢總局、工信部以及市場監督加強，行業規模以上企業收入占比逐漸提高，骨干防水企業的競爭力不斷提升，落后產品和產能被淘汰。2016年，行業***上市公司東方雨虹(002271.SZ)的營業業績為70.11億，同比增長32.18%，到2017年營業收入突破100億元大關，在整個建材板塊排第3名，業績較上一年增長45.62%，2018年應收達到142億元，同比增長38%，其中聚氨酯防水涂料產量近三年數據顯示，每年的增長率更是超過過了50%，這組數據足以說明建筑防水行業的市場馬太效應正在上演。2017年隨著凱倫股份（300715.SZ)、飛鹿股份(300665.SZ)、科順股份(300737.SZ)在創業板上市，同時三棵樹(60373.SH)、偉星股份(002003.SZ)也先后宣布建立防水涂料和卷材生產線，宣布正式進軍防水市場，未來幾年將會有越來越多的資金涌入防水行業，建筑防水行業迎來了一個全新的競爭格局。由于聚氨酯防水涂料的優異性能，其在防水涂料中占的比重越來越大，隨著聚氨酯防水涂料技術的不斷發展與提升，其用量也在不斷增加，近幾年建筑防水涂料每年都保持穩步增長勢頭，年增長率保持在10%左右。就2018年的統計數據來看，全年防水涂料設計面積6.2億㎡,其中***大類防水涂料為聚合物水泥防水涂料，市場俗稱的JS防水涂料，占整個防水涂料市場的56.5%，主要用于建筑廚衛、陽臺防水；第二大類防水涂料為聚氨酯防水涂料，占整個防水涂料市場的30.8%，主要用于一級防水設計工程（見圖1）。目前國內防水材料生產企業超過5000家，其中防水涂料生產企業將近2000家，由于生產技術難度相對較大，對生產設備和產業技術人員要求較高，市場上能生產聚氨酯防水涂料的企業只有不到200家。對于聚氨酯防水涂料，從其誕生以來就一直受到國家產業政策的支持和市場的青睞，從20世紀90年代的年產幾萬噸，增長到21世紀初的年產十幾萬噸，再到近幾年的年產幾十萬噸的市場規模（見圖2），展示了聚氨酯防水涂料在建筑領域的產品優勢，而且生產廠家和市場主要需求集中分布在沿海經濟發達省份，特別是廣東、上海、江蘇、北京的常量已經超過了市場總量的一半，說明越成熟的市場對高性能產品的需求就越旺盛。圖1.2018年防水涂料產品結構圖圖2 規模企業歷年聚氨酯防水涂料產量近年來，由于我國城鎮化速度的加快、國家大基建的持續投資以及房地產業的發展，建筑防水材料的應用越來越廣泛，據中國建筑防水協會統計，我國的防水材料市場年需求超過20億m2，防水市場產值在2000億元。防水材料主要分為防水卷材和防水涂料兩大類產品，其中防水卷材約占62.8%，防水涂料約占27.8%，近幾年聚氨酯防水涂料每年的增長率都保持在10%左右，表現出了良好的發展勢頭。2.1.政策法規聚氨酯防水涂料屬于溶劑型產品，主要政策風險來自于產品VOCs的排放。從國家法律法規和宏觀政策層面來看，我國對VOCs治理控制的重視始于“十一五”末，并在“十二五”期間開始完善法律、法規及技術政策。2017年國務院印發《“十三五”節能減排綜合工作方案》，將VOCs納入減排目標，并提出到2020年VOCs排放總量比2015年下降10%。聚氨酯防水涂料目前執行的標準GB/T19250-2013對有害物質限量提出了明確的要求，其中A類要求VOC小于或等于50g/L、B類要求VOC小于或等于50g/L。按照“十二五”的規劃，一些地方法規也相繼出臺，2014年12月15日深圳發布的SZJG48-2014《建筑裝飾裝修涂料和膠粘劑有害物質限量》標準，要求聚氨酯防水涂料的VOC小于或等于150g/L；2017年公布的京津冀DB11/3005—2017《建筑類涂料與膠黏劑揮發性有機化合物含量限值標準》，對聚氨酯防水涂料的VOC提出了小于或等于100g/L的要求。從國家宏觀產業政策來看，2015年國家“十三五”發展規劃綱要繼續將聚氨酯防水涂料列為重點推廣發展品種。2.2聚氨酯防水涂料原材料現狀目前國內聚氨酯防水涂料主要由預聚體、增塑劑、無機填料、顏料、交聯劑、稀釋劑和助劑組成。預聚體由聚環氧丙烷多元醇（即PPG）和二異氰酸酯單體縮聚而成，其中聚醚多元醇國內品牌眾多，主流廠家有撫順石化、天津石化三廠、藍星東大、萬華化學、一諾威等，常用的異氰酸酯單體為液化MDI（主要包括萬華的MI-50、basf的MIPS或MI-50）和TDI(主要包括萬華化學和巴斯夫的T-80)；增塑劑為氯化石蠟與鄰苯二甲酸酯類；無機填料主要為微細碳酸鈣、滑石粉、高嶺土的一種或組合；交聯劑主要為湘園化工的MOCA；稀釋劑主要采用芳烴溶劑，如S100或S150；助劑包括催化劑、分散劑、消泡劑、潛固化劑等。由于建筑市場一直存在產能過剩問題，產品同質化嚴重，競爭激烈，出于成本因素考慮，大部分廠家仍然采取不環保材料生產。首先是主要的生產原料甲苯二異氰酸酯(TDI)，揮發性強，具有強烈的刺激氣味，有毒，對人體粘膜有刺激性，大劑量會引起粘膜充血，個別人會有過敏現象；其次是稀釋劑，在很多小城市或內陸省份仍然采取甲苯、二甲苯等有毒溶劑來降粘度；此外包括國家明令禁止的煤焦油還在偷偷地生產和銷售。如果使用這些有害原材料生產的聚氨酯涂料用在室內和地下空間，容易產生安全隱患和人身傷害事故。2.3聚氨酯防水涂料生產現狀目前國內聚氨酯防水涂料采取間歇式生產方式，就生產設備而言，主流生產企業采取多級平臺方式對生產工藝進行拆分，一級平臺為配料和預分散釜、二級平臺為脫水釜，三級平臺為聚合釜，這樣能提高產品生產效率和降低生產能耗；主要大宗原材料聚醚多元醇、增塑劑、稀釋劑和粉料的計量和輸送可以實現PLC控制，而助劑和異氰酸酯單體采取真空輸送或人工料方式，這主要是異氰酸酯單體反應活性比較高，儲存期短，而助劑每次添加量太少，不適宜做儲罐儲存。采取PLC控制的好處是產品質量穩定，生產效率高，但同時設備投入比較大，不太適合產能較小的中小企業。產量大的企業一般都采取槽罐車運輸加儲罐貯存原料方式，能節約很大一部分材料費用。隨著市場聚氨酯防水涂料產品差異化的發展，對制造工藝和生產設備也提出了新的要求。江蘇凱倫建材雖然起步比較晚，但其憑借一款白色抗硫掛聚氨酯防水涂料迅速在市場打開影響力，成為防水行業的一匹黑馬，抗硫掛聚氨酯防水涂料具有一定的觸變性，傳統的制造設備無法保障產品均勻分散和正常出料，需要借鑒密封膠制造工藝來進行設計生產線，這也是凱倫產品的核心競爭力所在。2.4聚氨酯防水涂料的施工應用現狀防水工程質量好壞，施工是關鍵，市場一直有“三分材料七分施工”的說法。聚氨酯防水涂料傳統施工工法為刮涂工藝，該工法對工人技能要求較高，施工效率也相當低。早在2012年，東方雨虹公司與美國GRACO公司聯合研究機械噴涂施工，經過多年來的開發應用，開發的Z45設備可噴涂所有的防水涂料，兼容性強，極大地提高防水涂料施工高質量和效率、降低人工的勞動強度,其比刮涂形成的涂膜更致密，附著力好。此外凱倫、科順等企業也陸續推出了聚氨酯防水涂料的噴涂施工工法，推動了防水涂料行業機械化施工的普及率。噴涂施工代替人工刮涂，在大型地鐵、礦山、隧道、橋梁等防水工程等領域的廣泛應用，尤其是在異形面上施工更能展示出機械噴涂的優勢。3、展望3.1聚氨酯防水涂料產品發展方向在環保和安檢雙重壓力下，建筑防水行業正在加快重新洗牌和強者愈強的進程，隨著市場先進技術的引進和合資企業的建立，外資企業帶來了科學的管理以及周到的售后服務，為國內的生產經營提供了學習和借鑒的機會。對許多企業而言，對國外先進技術不能僅停留在引進上，還要進行消化、吸收、創新，培養企業自身的核心競爭力，今后聚氨酯防水涂料的發展動向包括以下幾方面:（1）技術創新會成為未來競爭的主要方式。隨著人工工資的增長，開發能夠快干、可一次達到施工厚度的聚氨酯防水涂料，必將因為節省施工進度而收到市場的青睞；（2）目前市場上大部分聚氨酯防水涂料都是芳香族產品，不能直接暴露在大氣環境中，隨著維修市場的興起，可外露聚氨酯防水涂料會成為未來零售渠道的新寵兒；（3）綠色環保是建筑材料永恒的主題，從原材料篩選和工藝改進著手，改變聚氨酯防水涂料的生產和應用方式，開發水性化、粉末話、紫外光固化的低VOC涂料，切實保護好工人和客戶的健康，保護好我們的環境。3.2聚氨酯防水涂料市場前景 隨著國家傳統基建和新基建的投資增長，防水材料也迎來了新機遇。其中2019-2025年地鐵投資增速將達20%以上，據防水材料公司經驗數據，地鐵建設主要為地下工程，其防水材料單耗較高，地鐵站臺（每座）及地鐵隧道（每公里）使用防水材料貨值分別約150/100萬元。海綿城市的常見設計方案之一為綠色屋面改造，其樓頂植被和混凝土樓面間需鋪設防水保護層。住建部規定至2030年，80%以上城市建成區面積須達到海綿城市目標要求，孕育著巨大的防水需求空間。地下管廊使用壽命及安全性能受防水質量影響較大，每公里防水材料單耗約3萬平米。至2020年，管廊試點城市已規劃建設里程超2000公里，防水材料需求規模可觀。未來幾年，受地下綜合管廊、軌道交通建設、保障性住房建設、既有建筑升級改造等項目的拉動，防水行業在中短期內仍然出于中高速增長階段，防水材料的需求必將會保持一定的增長速度。此外，隨著家裝市場的建立和完善，以及維修市場的興起，做為零售渠道主力產品的防水涂料在銷售市場增長快速，也勢必帶動聚氨酯防水涂料的增長。
