近年來頻繁出現(xiàn)的暖冬是全球氣候變化導(dǎo)致的后果之一，只有中歐地區(qū)才時(shí)不時(shí)地有積雪大規(guī)模覆蓋的景象，但我們不能因此而掉以輕心，畢竟在北半球,冬季仍然是一年之中最為寒冷的時(shí)間段，在寒冷的冬季人們更傾向于呆在溫暖舒適的室內(nèi)。家居建材選擇合適的塑料有助于在冬季保持更舒適的室內(nèi)溫度，同時(shí)降低室內(nèi)加熱產(chǎn)生的費(fèi)用。

室內(nèi)加熱系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量，有高達(dá)三分之二的熱量會通過外墻、地下室以及未經(jīng)隔離的獨(dú)立式住宅的屋頂損耗掉，也就是說每年會有大約2000升的取暖燃油被浪費(fèi)。為了避免熱量的損耗，降低能量消耗，我們可以為房屋增加一層堅(jiān)固的現(xiàn)代保溫防護(hù)材料。

這種現(xiàn)代材料能夠達(dá)到的保溫效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了最厚的房屋墻壁所能達(dá)到的效果，一米厚的混凝土墻壁可以實(shí)現(xiàn)很好的保溫效果，但這只相當(dāng)于兩厘米厚的標(biāo)準(zhǔn)保溫材料的作用。眾所周知的“被動房”采用四十厘米厚的保溫層建造，幾乎從來不需要加熱，因?yàn)槠涫孢m的室內(nèi)溫度主要來自于住戶自身產(chǎn)生的熱量。

目前使用比較多的保溫材料包括以下幾類：

● 天然有機(jī)材料：例如木纖維、纖維素、大麻、亞麻、椰子纖維、蘆葦；

● 合成無機(jī)材料：例如礦棉（石棉和玻璃棉），和礦物泡沫（蒸壓加氣混凝土、浮石、硅酸鈣、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖）；

● 合成有機(jī)材料：特別是由聚苯乙烯或聚氨酯制成的硬質(zhì)泡沫塑料。

可再生天然材料適用于屋內(nèi)的隔熱保溫，但卻不能作為室外的保溫材料，原因是可再生天然材料極度易燃，且極易吸收大量水分。決定保溫材料適用性的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是盡可能低的熱導(dǎo)率水平，一種好的保溫材料對熱能應(yīng)具有高度的耐受性，也就是說好的保溫材料必須是不良的導(dǎo)熱體。熱導(dǎo)率的單位是瓦特/米開爾文，簡寫W/(m.K)，建筑業(yè)術(shù)語中用希臘字母λ表示。

所以，材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低，其隔熱保溫的能力越高。以下是各種材料的熱導(dǎo)率系數(shù)。

● 木棉: 0.09

● 硅酸鈣: 0.065

● 膨脹珍珠巖: 0.05

● 椰子纖維: 0.045

● 礦棉: 0.04

● 聚苯乙烯(PS): 0.035

● 聚氨酯(PU): 0.025

● 聚異氰脲酸酯(PIR): 0.023

在隔熱保溫領(lǐng)域最為重要的全合成塑料是聚苯乙烯泡沫材料，該材料以苯乙烯(C8H8)為主體，可在煉油廠通過苯(C6H6)和乙烯(C2H4)制備而得。在催化劑或者高溫的作用下，單體會轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠓肿渔溄Y(jié)構(gòu)，苯乙烯聚合成為聚苯乙烯，這種合成材料不易腐蝕，且吸水能力降低。

為房屋加一層堅(jiān)固的現(xiàn)代保溫防護(hù)材料

剛性膨脹聚苯乙烯泡沫(EPS)是目前應(yīng)用最廣的材料，它由添加了戊烷(C5H12) 發(fā)泡劑的聚苯乙烯顆粒制成，當(dāng)這兩種混合材料升溫超過90°C，戊烷會蒸發(fā)并將聚苯乙烯顆粒的體積膨脹至原來的20-50倍，然后通過熱空氣的進(jìn)一步處理，EPS泡沫就可以被制成各種形狀，比如塊狀、板狀、或者特定的部件形狀。

剛性擠出型聚苯乙烯泡沫(XPS)由連續(xù)擠出法制備而成。在擠出機(jī)中先將聚苯乙烯熔融，加入二氧化碳作為發(fā)泡劑，然后利用不同形狀的模具擠出成型。通過調(diào)節(jié)擠出機(jī)開口的寬度，可以相應(yīng)地改變泡沫的厚度。

EPS和XPS都是耐老化和耐潮濕的材料，且導(dǎo)熱性差，因此滿足了最嚴(yán)格的絕熱要求。然而這兩種泡沫塑料都需要對紫外線輻射進(jìn)行屏蔽，因?yàn)樘柟鈺惯@些材料變脆并且發(fā)黃。通過對材料生命周期的研究分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)泡劑的使用存在著負(fù)面影響。例如，使用戊烷發(fā)泡劑會加劇夏季的煙霧污染，雖然其還未到達(dá)大氣的平流層；過去在生產(chǎn)XPS塑料時(shí)使用部分鹵化氯氟烴(HCFC)，由于其負(fù)面影響，德國已經(jīng)不再使用該材料。

聚苯乙烯早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)成為主流的絕熱材料，Styropor作為其商品名后來被全世界廣泛了解。聚苯乙烯的重量極輕，因?yàn)槠洳牧辖Y(jié)構(gòu)的泡孔中含有高達(dá)98%的空氣。該材料是在1949年由Fritz Stastny (1908 – 1985)所發(fā)明的，當(dāng)時(shí)他是巴斯夫在德國路德維希港的一名化學(xué)家。巴斯夫公司最近成功優(yōu)化了EPS材料(商品名為Neopor)的性能，通過向未加工的聚苯乙烯顆粒中加入石墨顆粒，巴斯夫公司成功地將EPS熱導(dǎo)率水平降低至0.032 W/(m.K)，由此制得的泡沫塑料板外觀呈現(xiàn)出一種閃亮的銀灰色，同時(shí)也可以吸收紅外輻射了，這一點(diǎn)進(jìn)一步降低了熱能的傳導(dǎo)。因此，要實(shí)現(xiàn)同樣的絕熱效果，Neopor板可以比常規(guī)的聚苯乙烯板減少高達(dá)30%的厚度，整個(gè)絕熱結(jié)構(gòu)的厚度也可以明顯減薄。

由聚氨酯(C3H8N2O)制成的泡沫塑料也是建筑行業(yè)中非常流行的一種隔熱材料，這種泡沫塑料通過二醇或多元醇或者是兩者混合，加入多異氰酸酯發(fā)泡劑進(jìn)行加聚反應(yīng)制成。將反應(yīng)混合物倒入模具中，在壓力與溫度的影響下進(jìn)行泡沫塑料最終的發(fā)泡與硬化過程，然后將泡沫塊切割成想要的板狀或片狀。無論是平坦還是傾斜的屋頂，都可以用剛性聚氨酯泡沫來做絕熱材料，與聚苯乙烯一樣，聚氨酯泡沫也需要進(jìn)行紫外線防護(hù)。

材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低，其隔熱保溫的能力越高

在1937年，Otto Bayer (1902 – 1982)拿到了生產(chǎn)聚氨酯的專利，他當(dāng)時(shí)是在德國勒沃庫森的法本公司工作的一名化學(xué)家。自20世紀(jì)50年代以來，聚氨酯已經(jīng)被作為絕熱材料廣泛應(yīng)用在建筑、貨物集裝箱和冰箱中。2007年，聚氨酯材料全球的消費(fèi)總量超過了1200萬噸，而且還在持續(xù)增加。

聚異氰脲酸酯塑料與聚氨酯類似，但是化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性更好，其二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)的含量高于聚氨酯。除此之外，生產(chǎn)聚異氰脲酸酯過程中使用的反應(yīng)配偶劑是聚酯多元醇，而不是生產(chǎn)聚氨酯時(shí)使用的聚醚多元醇。聚異氰脲酸酯的結(jié)構(gòu)單元由異構(gòu)體1,3,5-三嗪和2,4,6-三酮組成。聚異氰脲酸酯塑料通常被制成硬質(zhì)泡沫板，并作為隔熱材料用于建筑行業(yè)，其熱導(dǎo)率為0.023 W/(m.K)，屬于最低的熱導(dǎo)率水平，因此算得上是最好的經(jīng)典隔熱材料之一。

Netzwerk Innovative D?mmtechniken正聯(lián)合位于德國基爾的ARGE-SH研究所共同開展一項(xiàng)研究，該合作項(xiàng)目是通過研究真空絕熱板(VIPs)等一些材料，來尋找更加高效的絕熱材料。真空絕熱板的熱導(dǎo)水平范圍在0.003W/(m.K)到0.008 W/(m.K)之間，這就意味著一塊僅僅20毫米厚的真空絕熱板就能達(dá)到其十倍厚度的聚苯乙烯泡沫板的隔熱效果。真空絕熱板的結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)保溫瓶，表面是一個(gè)氣密外殼，包裹著一個(gè)剛性內(nèi)核，其中的空氣被抽空。舉個(gè)例子，λ值為0.008 W/(m.K)的開孔泡沫塑料就很合適作為內(nèi)核，表面通過蒸發(fā)鍍鋁的塑料薄膜則是一種標(biāo)準(zhǔn)的外殼材料。改善材料的保溫性能主要取決于真空的程度，如果外殼損壞導(dǎo)致非真空狀態(tài)，那么熱導(dǎo)率水平會急劇增加，真空絕熱板也就完全失去了其保溫的功效。

塑料不僅可以作為室內(nèi)保溫的建筑材料，還可以應(yīng)用在其他方面。它為人們在冬季的戶外活動御寒保暖，比如用合成紡織纖維尤其是聚酯材料制成的保暖內(nèi)衣，這種材料不會結(jié)冰，既防風(fēng)又防水，能夠通過傳導(dǎo)人體的汗水和冷凝的水分并使其蒸發(fā)，不僅可以保溫，還能保持身體的干燥。除了聚酯材料，聚丙烯酸和聚酰胺（尼龍）也可用于制造保暖內(nèi)衣。

雨衣、手套或靴子的表層涂覆物普遍都會選擇聚氯乙烯(PVC)，這種材料的耐久性和抗環(huán)境影響的能力都是首屈一指的，無論是酸性物質(zhì)還是零下50°C的極寒溫度都不會損壞該材料。馬上PVC材料就要迎來它100歲的生日，在1912年的時(shí)候，一位叫Fritz Klatte (1880 – 1934)的化學(xué)家成功地聚合了氯乙烯(C2H3Cl)，這位化學(xué)家當(dāng)時(shí)就職于Griesheim Elektron公司，后來又去了Hoechst AG工作。然而，Klatte當(dāng)時(shí)的成功并沒有因此開發(fā)出一種可用于銷售的產(chǎn)品，所以Griesheim Elektron在1926年放棄了Klatte的專利。到了發(fā)明者Klatte去世的那一年，巴斯夫公司成功地生產(chǎn)出了不再分解的PVC材料。1945年之后，PVC成為了世界上最熱銷、產(chǎn)量最大的塑料，它可以廣泛應(yīng)用在許多方面，比如窗框、地膜還有留聲機(jī)唱片。

順便提一下，防寒不僅僅是在冬季需要考慮的問題，對于在冷藏倉庫或是冷凍實(shí)驗(yàn)室工作的人來說，需要在工作時(shí)常年穿著符合DIN EN 342標(biāo)準(zhǔn)（針對防寒抗凍的服裝標(biāo)準(zhǔn)）的特殊工作服。在人們平時(shí)的休閑活動中也會偶爾采用類似的衡量標(biāo)準(zhǔn)，比如潛水員和沖浪者等水上運(yùn)動愛好者為了防止體溫過低而穿戴的全身套裝，其材質(zhì)為聚氯丁烯。聚氯丁烯比較為大家所熟知的是它的兩個(gè)商品名，分別是杜邦公司的Neoprene以及朗盛公司的Baypren。通過聚合氯丁二烯（2-氯-1, 3-丁二烯, C4H5Cl）可以制備聚氯丁烯，硫化過程使其具有耐化學(xué)性和耐候性。與大多數(shù)其它的不飽和人造橡膠不同，聚氯丁二烯不能使用硫來進(jìn)行硫化，而是用金屬氧化物（氧化鋅、氧化鎂）來代替。如果硫化橡膠隨后在化學(xué)發(fā)泡劑的幫助下發(fā)泡，則會具有理想的絕熱性能。

早在1839年，一種堅(jiān)韌且防水的硫化橡膠就已經(jīng)被用于制作干式潛水服，該橡膠的發(fā)明者名叫Charles Goodyear (1800 – 1860)，這種材料的保溫能力在當(dāng)時(shí)并不重要，因?yàn)闈撍畣T可以在這種潛水服里面再穿羊毛保暖內(nèi)衣來御寒。1930年氯丁橡膠的濕式潛水服被發(fā)明出來，并在1954年投入市場，潛水員穿著氯丁橡膠潛水服下水，身體不能保持干燥，所以最好是在潛水服里面不要再穿任何其它的衣物?，F(xiàn)如今的潛水服也是這樣的，水會浸透潛水服，這其實(shí)不是偶然，而是設(shè)計(jì)想要達(dá)到的目的，通過人體四肢的運(yùn)動而產(chǎn)生其與周圍環(huán)境熱交換的不斷循環(huán)，來保持身體的溫度。但這并不是說只有在諸如紅?；蛴《妊竽欠N水溫比較高的地方才會有溫暖的潛水體驗(yàn)，專業(yè)的潛水員會穿著一種特殊的潛水服，當(dāng)他們在較冷的水域潛水時(shí)，較高溫度的水會被引入到潛水服，幫助潛水員保持身體溫度。更為實(shí)用的是一種半干式潛水服，這種潛水服甚至適用于冰冷水域的潛水活動，在冰冷水域半干式潛水服是水密封的，防止冰冷的海水透過潛水服，但在暖水水域則變成濕式潛水服。