Что такое вспененный полистирол. Преимущества применения пенополистирола, как утеплителя

⁰

Теплоизолятор пенополистирол на 98% состоит из воздуха, находящегося в тонкостенных клетках вспененного полистирола. Подобная структура обеспечивает утеплительному материалу его отличные технические свойства и возможность применения в разных сферах бытового и промышленного строительства.

Особенности производства и виды пенополистирола

Чаще всего для изготовления пенополистирола используют полистирол, хотя исходным сырьем могут выступать также полихлоридстирол, бутадиен, полимонохлоридстирол и акрилонитрил. Путем вспенивания внутрь материала попадает газ, обеспечивающий полистиролу легкость и другие полезные свойства. Для вспенивания чаще всего используют такие углеводороды, как пентан, дихлорметан и петролейный эфир.

Для производства стандартных утеплительных материалов используют воздух, которым заполняются полости в полистироле. Для изготовления утеплителей, характеризующихся стойкостью к высоким температурам и горению, применяют углекислый газ. Для создания пенополистирола могут использоваться и различные дополнительные материалы, к примеру, антипирены, пластификаторы и красители.

Сам процесс изготовления теплоизолятора начинается с наполнения газом гранул стирола и растворения смеси в полимерной массе. Далее будущий материал нагревают паром низкокипящей жидкости, вследствие чего гранулы стирола увеличиваются в размере, заполняют все окружающее их пространство и спекаются в единое изделие. После этого остается только нарезать полученный материал на плиты нужного размера и их можно использовать в строительстве.

Пенополистирол иногда путают с пенопластом, но эти материалы совсем не одно и то же. В отличие от пенопласта, пенополистирол получают в результате экструзии – процедуры плавления гранул полистирола и их связывания на уровне молекул. В процессе изготовления пенопласта гранулы полистирола соединяются в процессе обработки сухим паром.

В зависимости от способа изготовления выделяют три вида пенополистирола, каждый из которых имеет свои уникальные свойства. Три методики изготовления утеплителя:

1. Беспрессовое производство. В составе такого пенополистирола множество пор и гранул разного размера (5-10 мм). Такой утеплитель отличается высокими характеристиками влагопоглощения. На рынке представлен ПБС разных марок: С-15, С-25 и т. д. Цифра в маркировке означает плотность материала.
2. Прессовое производство. При изготовлении под прессом получается материал с герметично закупоренными порами, которые обеспечивают ему хорошие теплоизоляционные качества, высокую плотность и прочность. Маркируется буквами ПС.
3. Экструдирование. Экструдированный пенополистирол (ЭППС) имеет схожую структуру с прессованными материалами, однако отличается порами существенно меньшего размера (не более 0,2 мм). Это наиболее часто используемый в строительстве утеплитель, который бывает разной плотности. Плотность указывают на упаковке (ЭППС 25, ЭППС 30 и т. д.).

Существует также автоклавный и автоклавно-экстрезионный утеплитель. Они встречаются только за рубежом и редко используются в строительстве из-за очень дорогостоящего производства.

Основные характеристики пенополистирола

Свойства пенополистирола, его плотность и другие технические характеристики напрямую зависят от технологии производства. Для определения эксплуатационных качеств материала нужно обращать внимание на следующие параметры.

Одним из достоинств является экологическая чистота

Теплопроводность. Характеристика, сделавшая пенополистирол очень популярным утеплителем. Благодаря пузырькам газа в структуре он позволяет сохранять температурный режим внутри помещений. Коэффициент теплопроводности у материала составляет от 0,028 до 0,034 ватта на метр на Кельвин. Чем больше плотность утеплителя, тем будет выше и показатель теплопроводности.

Паропроницаемость. Показатель паропроницаемости у разных марок утеплителя колеблется в пределах от 0,019 до 0,015 мг/(м·ч·Па). Паропроницаемость не нулевая, так как листы утеплителя нарезают, а значит, воздух может попадать в его структуру через эти разрезы.

Влагопроницаемость. Пенополистирол практически не пропускает влагу. При погружении ЭППС в воду он вбирает в себя около 0,4% влаги, тогда как ПБС может впитывать до 4% воды. Материал отличается устойчивостью к воздействию среды повышенной влажности и не повреждается.

Прочность. Пенополистирол отличается крепкой связью между отдельными молекулами, прочность изгиба у него составляет от 0,4 до 1 кг/см 2 .

Химическая стойкость. Утеплитель не вступает в реакцию с минеральными удобрениями, цементом, мылом, содой и другими химическими веществами. Повредить его могут только мощные растворители, к примеру, ацетон или скипидар.

Стойкость к солнечному свету. Ультрафиолетовые лучи оказывают крайне неблагоприятное воздействие на пенополистирол, они снижают его прочность и упругость, а со временем полностью разрушают его структуру.

Звукопоглощение. Утеплитель может гасить только ударный шум и лишь в случае прокладки толстым слоем. Волновые шумы полистирол не гасит.

Биологическая устойчивость. Утеплитель непригоден для размножения грибка и плесени, но может легко повреждаться насекомыми и грызунами.

Экологическая чистота. Не оказывает негативного воздействия на окружающую среду только в том случае, если защищен от вредных влияний. На открытом воздухе и при горении выделяет много вредных веществ для человека, включая метанол, бензол и толуол.

Стойкость к горению. Утеплитель является высокогорючим материалом и при горении выделяет едкий дым, потому требует качественной защиты.

Долговечность. Правильная установка и использование материала обеспечивает его долгую службу – от 30 лет и более.

Чтобы обеспечить долговечность и безопасность эксплуатации утеплителя, его нужно качественно защитить облицовкой от любых неблагоприятных воздействий.

Достоинства и недостатки теплоизолятора

Пенополистирол, как и другие материалы, имеет положительные и отрицательные особенности, которые следует учитывать перед его приобретением и применением. Все эти особенности теплоизолятора напрямую зависят от его структуры и используемых при производстве технических средств. Важнейшим его положительным качеством является низкая теплопроводность. С его помощью можно надежно и эффективно утеплить практически любое строение своими руками.

Популярность объясняется его стойкостью к высоким и низким температурам

Положительно на возможностях использования утеплителя влияет и его малый вес. Легкие плиты теплоизолятора легко транспортировать и устанавливать, при этом они не создают большой нагрузки на строительные конструкции объекта. Материал не пропускает и не впитывает воду, а потому утеплитель не только обеспечивает зданию сохранение внутреннего микроклимата, но еще и защищает стены дома от неблагоприятного воздействия влаги.

Широкое применение теплоизолятора во многом объясняется его стойкостью к высоким и низким температурам, он легко выдерживает нагрев до 80 градусов и не повреждается даже сильными морозами. Размягчаться и портиться материал начинает только при длительном воздействии температуры выше 90 градусов. Собственники ценят материал за его низкую стоимость. Он намного дешевле большинства других теплоизоляторов на современном рынке.

Пенополистирол повышает энергоэффективность утепленного дома. Сразу после монтажа утеплителя затраты на отопление и кондиционирование здания могут снизиться в несколько раз.

На этом достоинства теплоизолятора завершаются и начинаются недостатки, главным из которых является его экологическая небезопасность. Материал хорошо горит при температуре от 210 градусов (некоторые марки выдерживают температуру до 440 градусов). При горении в воздух выделяются очень опасные вещества, способные навредить как жильцам утепленного дома, так и окружающей среде в целом.

Пенополистирол не отличается стойкостью к воздействию солнца и многих химических веществ, быстро повреждается и теряет свои полезные технические характеристики. Мягкость и теплота материала нравится не только людям, но и вредителям, которые могут достаточно легко сделать в утеплителе норы и ходы. Защититься от грызунов и насекомых можно только за счет использования специальных составов, которые увеличивают стоимость монтажа и эксплуатации теплоизолятора.

Из-за низкой плотности в утеплитель может попадать пар и конденсироваться в структуре. При снижении температуры до нуля и ниже, конденсат может замерзнуть и повредить структуру теплоизолятора, вследствие чего снизится теплоизоляция всего дома.

В целом, пенополистерол позволяет обеспечить дому качественную теплоизоляцию, но ему самому требуется постоянная защита от многих неблагоприятных воздействий. Если о такой защите не позаботиться заранее, утеплитель быстро потеряет свои положительные качества и может стать причиной многих проблем для собственников.

Вспененный полистирол сегодня активно используются в быту и строительстве. Это могут быть корпуса бытовой техники, а также посуда и утеплительные материалы. Пенополистирол считается одним из самых распространенных материалов для проведения утеплительных работ. В этой статье мы поговорим о его производстве, характеристиках и применении.

Безопасность материала

С химической точки зрения данный материал представляет собой газонаполненную структуру. Производство пенополистирола налажено уже более 50 лет, за это время технология претерпела значительные изменения. В качестве сырья при изготовлении данного теплоизолятора выступают полистирольные гранулы, которые являются продуктами нефтепереработки. Вспененный полистирол представляет собой природный материал и одновременно результат химической промышленности. Сегодня содержание стирола в материале не превышает норму в 0,002 миллиграмма на метр кубический. Помимо прочего хлорсодержащие антипирены заменены на наиболее безопасные элементы.

Особенности производства

Вспененный полистирол изготавливается методом расширения и последующего спекания гранул полистирола. В процессе производства гранулы наполняются пентаном, который выступает в качестве безвредного конденсата природного газа. Гранулы проходят этап подогрева под воздействием пара. Это приводит к тому, что шарики полистирола увеличиваются в размерах в 50 раз. Внутреннее пространство каждого такого шарика наполняется воздухом, что позволяет ему обрести качество упругости. После данные ячейки склеиваются под воздействием пара. Таким образом получается однородный, легкий устойчивый к сжатию материал, который способен сохранять свои первоначальные размеры.

Характеристики воздуха присущи полистиролу

Вспененный полистирол в процессе производства становится материалом, который состоит на 98 процентов из воздуха. Большинство качественных характеристик обусловлены его природой. Никакой другой газ для ячеек при производстве не используется. Для того чтобы удержать гранулы, не применяются химические связующие по типу фенола, формальдегида или акриловых смол, используется исключительно механическая сила.

Область использования вспененного полистирола

На основании ГОСТа материал применяется для проведения ремонтных работ при необходимости обустройства среднего слоя несущих наружных стен. Этот вид утеплителя используется при монтаже вентилируемых фасадов и чердачных перекрытий. Сегодня его достаточно активно применяют при обустройстве плоских кровельных систем, которые опираются на негорючие основания. Подложка из вспененного полистирола встречается наиболее часто, кроме того, эти полотна используются в системах водяного и электрического типа. Незаменим этот материал при утеплении и обустройстве подвальных помещений, изоляции цоколя и фундамента, которые находятся в зоне периодического или постоянного воздействия подземных вод. Экструзионный вспененный полистирол считается универсальным утеплителем, который применяется для повышения теплотехнических характеристик почти всех элементов постройки любого назначения.

Эксплуатационные и технические преимущества пенополистирола

Этот материал значительно отличается от минеральной ваты, а также материалов волокнистого типа своей жесткостью и прочностью. Он способен претерпевать довольно внушительные нагрузки, качественные характеристики материала при этом не изменяются. Полотно не просаживается, кроме того, теплоизолятор имеет максимальные теплотехнические показатели, которые обоснованы его структурой. Благодаря тому, что данный утеплитель обладает уникальными изоляционными характеристиками, с его помощью можно сократить расходы на отопительные ресурсы на 30 процентов.

Плиты из вспененного полистирола не впитывают влагу. По этой причине их довольно часто используют для обустройства подземных конструкций, которые постоянно подвергаются воздействию влаги. Ввиду того что пластиковые ячейки закрыты и изолированы друг от друга, в них не способна проникнуть вода. Материал можно использовать при широком диапазоне температур. Он почти не обладает температурными ограничениями, именно поэтому его можно применять для подсобных и жилых зданий, которые эксплуатируются при любых условиях.

Длительность срока жизнедеятельности

Использование теплоизоляционных плит из вспененного полистирола сегодня крайне распространено в области проведения утеплительных работ внешних стен. Это происходит по той причине, что они отлично противостоят морозам. При этом структура плит совершенно не нарушается, они могут претерпевать до 120 циклов периодического замораживания и оттаивания. К тому же гранулы вспененного полистирола не изменяют своих линейных размеров, а сам материал может прослужить в течение 60 лет, не требуя при этом замены или ремонта.

Помимо своих основных характеристик пенополистирол способствует повышению характеристик звукоизоляции. Полотна этого материала отличаются еще и тем, что они остаются инертны к воздействию ряда агрессивных химических веществ по типу солевых растворов, кислот, спиртов и красителей. При этом структура материала не будет повреждена, как и при воздействии хлорной извести, газобетона, а также краски и штукатурки. Материал совершенно инертен и не подвергается биологическому воздействию, а также гниению. Производство вспененного полистирола обеспечивает получение плит, которые можно использовать практически во всех условиях.

Технологические достоинства

Описываемый материал сочетает в себе прочность и отсутствие хрупкости, кроме того, он обладает незначительным весом, что обеспечивает преимущества при проведении его установки. Пенополистирол достаточно легко поддается обработке, для этого достаточно будет использовать ручную пилу или обычный нож. Рабочей поверхностью таких инструментов без труда можно будет пилить его.

Достаточно часто при проведении строительных работ учитывается вес материала, так как он может оказать дополнительную нагрузку на фундамент постройки. Легкие плиты пенополистирола не обладают этим недостатком. Это не только упрощает проведение работ, но и не предполагает осуществления укрепления и усиления основания, если работы ведутся в области фасада. При строительстве не нужно будет думать о том, чтобы сооружать мощное фундаментное основание. Если использовать плиты в тандеме со слоем штукатурки, то они незначительно увеличат внешний периметр здания, что указывает на то, что не придется производить работы по расширению кровельной системы. Ведь это очень трудоемко и затратно.

Натуральность

Производить работы пенополистиролом можно, не используя специальных защитных средств. Это обусловлено тем, что материал не вызывает раздражения, покраснение на коже, аллергических или любых других болезненных реакций. Не будет у мастера и экземы, а также поражения дыхательных путей и глаз.

Недостатки материала

Как у всего остального, у вспененного полистирола есть свои минусы, один из которых выражен в том, что с его помощью нельзя утеплять конструкции, возведенные из дерева. Это указывает на то, что материал запрещено использовать при утеплении стен из бруса или бревна. Это обусловлено обстоятельством, которое заключается в том, что пенополистирол будет мешать естественному воздухообмену. Если использовать такой материал в тандеме с древесиной, то последняя со временем покроется конденсатом и станет гнить, что непременно приведет к началу процессов разрушения, а также развития вредоносных бактерий. Такие явления со временем непременно станут уничтожать древесину, которая выйдет из строя раньше отведенного ей времени.

Еще одна отрицательная особенность пенополистирола заключается в том, что с его помощью нельзя обустраивать кровельные системы, которые имеют стропила, выполненные из дерева.

Необходимость защиты от солнца

Нельзя использовать пенополистирол в том случае, если его поверхность может подвергаться воздействию прямых солнечных лучей. Чем это обусловлено? Материал под воздействием ультрафиолета и рентгеновского излучения, а также значительной температуры может разрушаться. Если вы используете пенополистирол в качестве внешнего утеплительного слоя для стен, то его обязательно нужно будет защитить штукатуркой, которая наносится на специальную армирующую сетку. Это, конечно, увеличивает стоимость проведения работ. Поверх утеплительного материала можно будет нанести обычную краску. Такая технология не позволит получить интересного решения для фасада, но зато будет являться выгодным и эффективным подходом к проведению утепления и ремонтных работ.

Этот материал не может быть использован и при обустройстве системы утепления колодезного типа. Допустимо крепить любой вид утеплителя после слоя пароизоляции. Это указывает на то, что для начала нужно будет зафиксировать пароизоляцию и только после переходить к креплению слоя утеплителя.

В заключение

Описываемый материал используется сегодня во множестве областей, среди которых можно выделить производственную и бытовую сферу. Изготавливаются из него и лотки, из вспененного полистирола производится одноразовая посуда и некоторые части оборудования. Ввиду этого данный материал обрел наибольшую популярность среди всех остальных, ведь ко всему прочему он является еще и безопасным для здоровья человека и животных.

Принятие Закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» открыло новую страницу в российском строительстве: производители впервые ощутили реальный спрос на энергосберегающие, инновационные технологии, а параллельное усиление «зеленых тенденций» поставило ещё одну задачу: комбинировать эффективность технологий с безопасностью для человека и окружающей среды.

Эти два фактора стали определяющими как для производителей строительных материалов, так и для специалистов в области проектирования и строительства и заставили оба звена строительной цепочки затрачивать немало ресурсов на поиск строительных материалов, удовлетворяющих этим требованиям. При этом часть профессионального строительного сообщества признаёт, что энергоэффективные и долговечные материалы уже представлены на рынке и, соответственно, поиск инноваций - скорее дань моде и/или маркетинговая стратегия, чем реальная необходимость.

Среди материалов, чьи свойства уже были не раз доказаны, испытаны, измерены и опробованы в конструкциях по всему миру, - пенополистирол.

Несмотря на очевидные физико-механические преимущества пенополистирола по сравнению с другими видами теплоизоляции, вокруг его применения в жилищном и гражданском строительстве не утихают споры, и если пенополистирол и включают в проектные решения, то делается это с большой осторожностью.

Это связано, прежде всего, с недостаточной информированностью о современных данных, результатах текущих испытаний, наличии разрешительных документов, а также с путаницей, которую вносят в классификацию материала устаревшие ГОСТы и некоторые предприимчивые производители.

Данная статья призвана рассмотреть свойства пенополистирола, его преимущества и недостатки по сравнению с другими теплоизоляционными материалами именно в контексте требований современности и актуальных строительных тенденций.

Прежде всего, следует отметить, что свойства пенополистирола очевидно проистекают из метода его производства и особенностей этого процесса. Пенополистирол получают из готового полимера - полистирола - путем его вспенивания при нагревании не выше 100 °С. Этот процесс носит чисто физический характер, какие-либо химические реакции при этом исключены.

При этом важно подчеркнуть, что только пенополистирол, пенополиэтилен и пенополивинилхлорид получаются из чистых полимеров. Пенополиуретан и другие пенореактопласты образуются в результате химических реакций при смешении двух реакционноспособных олигомеров, и полимер синтезируется одновременно с его вспениванием. Справедливо сказать, что в самой технологии производства пенополистирола заложена его санитарно-гигиеническая безопасность и «чистота».

Согласно санитарно-гигиеническим нормам пенополистирол может контактировать с любыми пищевыми продуктами, из него изготовляют одноразовую посуду, упаковку для овощей, фруктов, рыбы и мяса.

Одним из аргументов против использования пенополистирола в строительстве является тот факт, что полистирол появляется путем полимеризации стирола. Считается, что пенополистирол подвергается постоянному окислению под воздействием кислорода, и при этом, якобы, происходит выделение стирола в окружающую среду.

Однако для большинства представителей научного химического сообщества такие утверждения представляются беспочвенными и безграмотными, так как в условиях обычной эксплуатации пенополистирол окисляться никогда не будет. Деполимеризация стирола действительно может идти при температурах выше 320 °С, но всерьёз говорить о выделении стирола в процессе эксплуатации пенополистирольных блоков в интервале температур от –40 до +70 °С нельзя.

Данные испытаний Московского научно-исследовательского института гигиены им. Ф. Ф.Эрисмана показывают, что в отобранных пробах воздуха в помещениях со стеновыми панелями со средним слоем из пенополистирольного утеплителя стирол не обнаружен (согласно заключению Московского НИИ Гигиены
им. Ф. Ф. Эрисмана № 03/ПМ8).

Кроме того, анализ всех имеющихся мировых данных по токсикологии, в том числе самые последние исследования Консорциума «Стирол» в рамках европейского регламента REACH (который суммировал результаты исследований за последние 20 лет), говорит о том, что стирол не является мутагенным, канцерогенным веществом и не оказывает воздействие на репродуктивную деятельность организма.

В зависимости от состава и применяемой технологии вспенивания полимера плотность пенополистирола, оказывающая решающее влияние на основные свойства материала, может меняться в широких пределах. Так, плотность материала, полученного беспрессовым методом, может меняться от 13 до 48 кг/м3; плиты, полученные методом экструзии, могут иметь плотность от 21 до 40 кг/м3. При получении изделий прессовым методом или методом литья под давлением плотность полученных изделий может достигать 160 кг/мз.

Говоря о высоких требованиях, предъявляемых к повышению энегроэффективности зданий, следует рассмотреть такое свойство теплоизоляционных материалов, как теплопроводность, то есть способность материала передавать тепло от одной своей части к другой в силу теплового движения молекул. Низкие показатели теплопроводности позволяют сократить толщину утеплителя, необходимую для обеспечения нужного уровня тепла, а значит, и затраты на сам материал.

Пенополистирол в этом отношении уникален, он обладает низкой тепловодностью в сочетании с малой плотностью. В зависимости от состава материала, его структуры и метода получения теплопроводность пенополистирола меняется от 0,028 до 0,045 вт/мК. Этот показатель соответственно составляет 0,058 у дерева, 0,048 - у шлаковаты, 0,045 - у древесноволокнистой плиты, 0,039 - у пробки; однако плотности этих материалов соответственно 368, 35, 208 и 112 кг/м3.

Низкая теплопроводность пенополистирола определила его широкое применение в Европе, где, что любопытно, его стоимость не уступает стоимости волокнистых утеплителей. В условиях экономии каждого сантиметра фасадное утепление в Германии почти полностью ведется с использованием пенополистирола (с 1960-х годов утеплены были более 500 млн кв. м фасадов, по данным Института строительной физики Фраунгофера, г. Хольцкирхен), в связи с чем Германия - основной источник данных о поведении этого материала на фасадах в течение длительного времени.

В данный момент отсутствие претензий со стороны немецкого строительного сообщества к навесным фасадным штукатурным системам «мокрого типа» в силу положительных долгосрочных эксплуатационных характеристик и удовлетворительной защитой от проливного дождя, а также с высокими теплоизоляционными качествами позволило ежегодно утеплять таким методом более 30 млн кв. м жилья по всей Германии.

Однако в России противники применения пенополистирола высказывают опасения по поводу деструкции данного материала под действием факторов внешней среды, что обязывает нас проанализировать отечественные данные.

Большой интерес представляют результаты испытаний образцов пенополистирола, извлеченных из стеновых сэндвич-панелей при разборке панельных домов со сроком эксплуатации 40 лет и более. Как показали испытания этих образцов, их свойства сохранились на уровне 85–90% от исходных, что говорит о возможности длительной эксплуатации сооружений, построенных с грамотным использованием панелей с пенополистирольным теплоизоляционным слоем.

В течение 12 лет исследователи наблюдали за теплоизоляционным слоем, изготовленным фирмой «Пластбау», в недостроенном доме в Казани, где пенополистирольные плиты толщиной 100 мм стояли открытыми всем ветрам, дождям и солнцу. Тончайший слой, не более 20 микрон, пожелтел, а под ним - нетронутая ни физически, ни химически белоснежная структура. Даже в условиях, в которых он не должен применяться, а именно - в открытой атмосфере, пенополистирол не деструктирует столь заметно, чтобы можно было говорить о проблеме его старения. По истечении длительного времени пенополистирол полностью сохраняет свои свойства и характеристики.

Таким образом, доступный нам опыт исследований в данной области позволяет сделать следующие выводы.

Пенополистирол - материал влагостойкий, более того, будучи неполярным полимером, он гидрофобен, то есть обладает плохой смачиваемостью. Пенополистирол сохраняет свои свойства при контакте с влагой, что актуально для регионов с повышенной влажностью или для условий проведения работ во время осадков.

Безусловно, обычный паропроницаемый пенополистирол способен накапливать влагу: она может конденсироваться, и, если конструкция сконструирована плохо, происходит замораживание и оттаивание влаги. Но, как и все полимеры, пенополистирол - податливый материал, поэтому такого разрушения, как в минеральных пористых материалах, не происходит.

Пенополистирол обладает также достаточной морозостойкостью, что позволяет эксплуатировать его при весьма низких температурах (–40 °С –50 °С) (ниже –40 °С) без заметного ухудшения свойств.

Некоторый недостаток отечественных исследований в этой области компенсируется богатой базой данных, например, канадских коллег, которые с 70-х годов XX века скрупулёзно изучали свойства вспененных и экструдированных полистиролов на предмет их применимости в суровых климатических условиях.

Здесь, в Канаде, в 1973 году в «Журнале отделений механики грунтов и фундаментов» авторы статьи, озаглавленной как «Проектирование изолированных фундаментов» (Eli I. Robinsky - M. ASCE, Keith E. Bespflug), в своих выводах рекомендовали применение для этих целей «обыкновенного» пенополистирола: «Хотя в теоретических анализах предполагалось применение экструдированного полистирола в качестве изоляционного материала и он также использовался на строительных площадках, другие материалы, такие как плиты из гранулированного пенополистирола, могут столь же успешно служить для этой цели и даже обеспечивать большую экономию.

Однако там, где изоляция располагается под нагружаемой частью конструкции, например под фундаментом или под плитами перекрытия, она должна обладать достаточной прочностью на сжатие для того, чтобы выдержать нагрузку».

Полагаем, что подобные испытания с максимальной долей объективности и научной точности должны быть продолжены и в России, тем более что положительный опыт применения полимерных утеплителей в северных широтах России насчитывает не один десяток лет, однако он требует конкретных и убедительных данных о результатах такого применения.

В тоже время верхний предел температур его эксплуатации ограничен значениями от +60 до +70 °С, так как выше этой температуры материал начинает размягчаться, и его механические свойства заметно ухудшаются. Однако из-за низкой теплопроводности материала кратковременные превышения этой температуры допустимы без ухудшения свойств.

Помимо способности противостоять влаге и воздействию низких температур, пенополистирол демонстрирует высокую стойкость к действию агрессивных сред, в частности к действию кислот, растворов щелочей и других химически активных продуктов, что также снижает вероятность деструкции материала, однако не отменяет наличия ряда ограничений его применения, так как взаимодействие пенополистирола с красками на основе растворителей или с ароматическими и хлорированными углеводородами губительно для материала.

К сожалению, примеры игнорирования правил совместимости строительных материалов не единичны в современной строительной практике. Досадно, что такие проявления халатности нередко списываются на сам материал или несовершенство его свойств. Примером подобного развития событий может служить авария в торговом центре «Охотный ряд», где сочетание экструдированного полистирола с агрессивными красками привело к деструкции материала и всей строительной конструкции. Для снижения вероятности повторения таких эпизодов предполагаем, что должен быть усилен контроль соответствующих органов за корректностью проведения строительных работ, а производители пенополистирольных утеплителей должны усилить просветительскую деятельность среди строителей.

Продолжая тему применимости пенополистирола, необходимо отметить, что он легко совместим с бетонными конструкциями.

По эксплуатационной совместимости с другими строительными материалами он превосходит все другие пенопласты (фенольные, карбамидные - пеноизол, пенополиуретановые).

В связи с высокими требованиями к экологичности современных материалов, следует говорить не только о безопасности самих материалов и их влиянии на окружающую среду, но также и о микроклимате внутреннего помещения и качестве воздуха в нем. Важным фактором в данном случае является возможность предотвращения размножения бактерий, плесени и грибов и их проникновения через ограждающую конструкцию здания.

Испытания, проводимые в лабораториях с идеальными для роста плесени условиями, показали, что плесень на испытуемых образцах не образовывается, роста грибов также не наблюдается. Отсюда можно сделать вывод о химической и биологической нейтральности пенополистирола.

Помимо экологичности, безопасности и энегроэффективности, пенополистирол, будучи легким, прочным и нехрупким материалом, отвечает также такому важному в строительстве требованию, как удобство монтажа. Резка пенополистирола возможна без использования специальных режущих инструментов, простыми средствами, такими как нож или ручная пила. Обращение с материалом не представляет опасности для здоровья во время транспортировки, монтажа, использования и демонтажа, поскольку он нерадиоактивен, не содержит опасных волокон или других веществ. Пенополистирол может обрабатываться и резаться не вызывая раздражения, экземы или раздражения кожи, дыхательных путей и глаз. Это означает, что дыхательные маски, защитные очки, защитная одежда и перчатки не требуются для того, чтобы работать с пенополистиролом. Монтаж пенополистирольных плит - простой процесс и доступен практически каждому человеку.

В последнее время в прессе широко обсуждаются вопросы, связанные с пожароопасностью пенополистирола и конструкций с его участием.

Следует отметить, что действительно пенополистирол - горючий материал, что накладывает определенные ограничения на его использование. Однако эти ограничения должны быть известны современному строителю, так как отражены в действующем пока ГОСТе 15588-86, и их соблюдение не требует сверхъестественных усилий.

50-летний опыт применения этого материала в мире очевидно свидетельствует о том, что вклад пенополистирола в пожарный риск не больше, чем других широко распространенных органических строительных материалов.

При горении пенополистирола выделяется всего около 1000 МДж/м3. Теплота сгорания сухого лесоматериала составляет 7000–8000 МДж/м3, что при равном объеме дает значительно большее повышение температуры при пожаре в здании, чем пенополистирол.

Пенополистирол используется для тепловой изоляции в качестве среднего слоя строительных конструкций при отсутствии контакта с внутренними помещениями. Во многих случаях фасадные утепления с пенополистиролом показали лучшие результаты при полномасштабных пожарных испытаниях, чем навесные фасады с минеральной ватой.

Проблема горения пенополистирола решается сегодня за счет различных добавок антипиренов, которые резко снижают опасность возгорания и обладают способностью к самозатуханию при удалении источника огня. До недавнего времени сырье для производства пенополистирола типа ПСБ-С пропитывали гексабромциклододеканом (ГБЦД), доля которого обычно не превышала 0,5%.

Несмотря на то, что ГБЦД не образует токсичных диоксинов и фуранов при горении и не является источником формирования полибромодибензофуранов и диоксинов при различных видах горения в диапазоне температур от 400 до 800 °C, в последние время были предъявлены новые экологические требования к его влиянию на окружающую среду. В связи с этим европейская полистирольная индустрия столкнулась с необходимостью разработки безопасной альтернативы ГБЦД до 2014 года.

В конце марта 2011 года Great Lakes Solutions (подразделение компании Chemtura) объявили об успешном создании нового антипирена. По заявлениям специалистов Great Lakes Solutions, новая добавка не снижает теплотехнических характеристик вспененных и экструдированных полистиролов и одновременно удовлетворяет требованиям по экологичности.

Тем не менее любая органика, включая дерево и даже шерсть, горит с выделением определенных газов. Следует, однако, отметить, что ни полистирол, ни входящие в его состав компоненты не образуют при горении фосгена и цианидов. Данные о подобных явлениях чаще всего на проверку ссылаются на результаты исследований 1970-х годов, когда способ производства пенополистирола существенно отличался.

Продукты горения полистирола, используемого в качестве среднего слоя строительных конструкций, менее опасны, чем продукты горения целлюлозы, дерева и шерсти, широко распространенных в быту. По мнению авторов данной статьи, пожары в зданиях с применением пенополистирола, муссирующиеся в СМИ, случаются из-за непростительного волюнтаризма в сочетании с фактическим отсутствием контроля над проведением строительных работ в нашей стране.

Так или иначе, оптимизм вселяет то, что проблемы, с которыми сталкивается сейчас пенополистирольная отрасль, не связаны с самим материалом, применение которого авторам данной статьи представляется более чем перспективным в силу отсутствия в ряде случаев достойной альтернативы этому материалу.

Те проблемы, которые проистекают из недоразвитости законодательной, строительной нормативной и исследовательской базы, безусловно, преодолимы. Самое непосредственное участие в разработке новых стандартов, активизации просветительской работы, усилении интеграции европейского опыта должны сыграть и деятели науки, и производители пенополистирола, и представители строительного сообщества, опыт которых может служить превосходным мотиватором для совершенствования этой индустрии на благо жителей нашей страны.

Михаил Леонидович Кербер, доктор химических наук,
профессор кафедры переработки пластмасс РХТУ им. Д. И. Менделеева

Вадим Григорьевич Хозин, доктор технических наук,
зав. кафедрой технологии строительных материалов, изделий и конструкций Казанского ГАСУ.

Со временная технология

Технология получения вспенивающегося полистирола - достаточно современное изобретение. Данная технология революционным образом снизила барьеры входа на рынок изолирующих материалов, сделав данное производство дешевым и доступным. Организация производства изделий из вспенивающегося полистирола требует несколько десятков тысяч долларов, а технологический процесс прост и понятен. Поэтому практически в каждом населенном пункте можно встретить подобные производства.

Каждая гранула состоит из равномерно распределенных микроскопических плотных клеток заполненных воздухом. В результате образуется равномерновспененная масса с очень тонкой замкнуто-ячеестой структурой. 1 м3 такого материала на 98% заполнен воздухом, заключенным в 3-6 миллиардах закрытых ячеек. Благодаря внутренней структуре обладает очень низкой теплопроводностью, близкой к теплопроводности неподвижного воздуха (коэффициент теплопроводности воздуха около 0,00006 кал/см. сек. град., т.е. через каждый квадратный сантиметр при разности температур 1оС и при толщине 1 см. передается 0,00006 калорий в течение 1 секунды). Таким образом, полистирол представляет собой застывшую при охлаждении жесткую вспененную полистирольную массу с замкнутыми ячейками, заполненными воздухом и является экологически безопасным строительным материалом.

Продукция из вспенивающегося полистирола

в производстве пенополистирольных блоков и плит различной конфигурации для тепло-звукоизоляции зданий и помещений любого назначения (стены, крыша, пол, склады, павильоны, жилые дома, гаражи, подвалы, лоджии);
в изготовлении упаковки сложной формы для различных приборов, требующих защиты от удара при хранении и транспортировке;
в изготовлении комплектующих деталей автомобилей, плавучих средств, декоративных изделий интерьера;
в получении полистиролбетона - легкого бетона на цементном вяжущем и вспененном полистирольном наполнителе, применяемого в изготовлении теплоизоляционных блоков и плит, монолитной теплоизоляции чердаков, кровель, наружных стен, полов и др.;
для изготовления отделочных материалов для потолка - плиток, плинтусов, розеток;

Достаточно новыми областями применения вспенивающегося полистирола являются производства несъемной опалубки для монолитного домостроения и скорлупы для теплоизоляции трубопроводов.

Две технологии производства - полимеризация в массе и суспензионная полимеризация

При производстве вспенивающегося полистирола основными являются способы суспензионной полимеризации и полимеризации в массе. Наиболее современным и эффективным является второй способ получения ВПС. Помимо того, что полимеризация в массе является более экономичным способом производства, качество конечной продукции очень сильно отличается. Вспенивающий полистирол, произведенный методом полимеризации в массе, позволяет изготавливать более качественную и сложную продукцию.

Полимеризация в массе
Метод производства полистиролов полимеризацией в массе с неполной конверсией мономеров является в настоящее время одним из наиболее распространенных в силу высоких технико-экономических показателей. В отечественной промышленности метод полимеризации в массе был выбран в качестве преимущественного в 70-х годах, и в настоящее время по этому методу выпускается около 50% продукции. Этот метод имеет оптимальную схему технологического процесса. Процесс осуществляется по непрерывной схеме в системе последовательно соединенных 2-3 аппаратов с мешалками; заключительную стадию процесса часто проводят в аппарате колонного типа. Начальная температура реакции 80-100°С, конечная 200-220 °С. Полимеризацию прерывают при степени превращения стирола 80-90%. Непрореагировавший мономер удаляют из расплава полистирола под вакуумом, а затем с водяным паром до содержания стирола в полимере 0,01-0,05%. В полистирол вводят стабилизаторы, красители, антипирены и другие добавки и гранулируют. Блочный полистирол отличается высокой чистотой. Эта технология наиболее экономична (в ней отсутствуют операции промывки, обезвоживания и сушки мелкодисперсных продуктов) и практически безотходна (непрореагировавший стирол возвращается на полимеризацию). Проведение процесса до неполной конверсии мономера (80-90%) позволяет использовать высокие скорости полимеризации, контролировать температурные параметры, обеспечивать допустимые вязкости полимеризуемой среды. При проведении процесса до более глубоких степеней превращения мономера, затрудняется отвод тепла от высоковязкой реакционной массы, становится невозможным вести полимеризацию в изотермическом режиме. Эта особенность процесса полимеризации в массе привела к тому, что все большее внимание уделяется другим способам производства, и, в первую очередь, суспензионному методу.

Суспензионная полимеризация

Полимеризация в суспензии - конкурирующий технологический процесс, который развивается параллельно с полимеризацией в массе, основан на малой растворимости виниловых мономеров в воде и на нейтральности последней в реакциях радикальной полимеризации. Процесс используется для получения продукта специальных марок, главным образом, пенополистирола. Суспензионный метод производства - полунепрерывный процесс - характеризуется наличием дополнительных технологических стадий (создание реакционной системы, выделение полученного полимера) и периодическим использованием оборудования на стадии полимеризации. Процесс проводится в реакторах объемом 10-50 м3, снабженных мешалкой и рубашкой. Стирол суспендируют в деминерализованной воде, используя стабилизаторы эмульсии; инициатор полимеризации (органические пероксиды) растворяют в каплях мономера, где и происходит полимеризация. В результате образуются крупные гранулы в суспезии полимера в воде. Полимеризацию ведут при постепенном повышении температуры от 40 до 130°С под давлением в течение 8-14 часов. Из полученной суспензии полимер выделяют центрифугированием, после чего его промывают и сушат. Закономерности суспензионной полимеризации близки к закономерностям полимеризации в массе мономера, но существенно облегчены теплоотвод и перемешивание компонентов системы.

В России устаревшие технологии

Как уже отмечалось, в России вспенивающийся полистирола производится пока устаревшим на сегодняшний день способом - методом суспензионной полимеризации стирола в присутствии порообразователя. (Исключение составляет линия, установленная на «Салаватнефтеоргсинтез» мощностью 10 тыс.тонн в год).
На мировом рынке уже несколько десятилетий преобладающим способом производства вспенивающегося полистирола является метод непрерывной полимеризации в массе, что позволяет получать более совершенную продукцию с более высокими эксплуатационными показателями.
Вспенивающий полистирол, получаемый методом непрерывной полимеризации в массе, при использовании дает лучший выход готового материала (цвет, четкость границ, гибкость, плотность) и позволяет значительно снизить нормы расхода сырья. Главное преимущество первого суспензионной полимеризации - более продолжительный срок хранения гранулята, что обуславливается нахождением малекул изопентана внутри гранулы.
Поэтому, несмотря на более половины потребляемого в России ВПС поставляется из-за рубежа, мощности отечественных производителей простаивают.

Отечественные производители

Производство вспенивающегося полистирола в России осуществляется на трех предприятиях:
1. ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», г. Салават
2. ОАО «Пластик», Узловая
3. ОАО «Ангарский завод полимеров» (Иркутская область)
Мощности для суспензионной полимеризации имеются у «Омской химической компании». Более того, это самое современное в России производство вспенивающегося полистирола. В 1980-х годы ВПС в Омске производился, однако затем производство было остановлено. В настоящее возобновлять производство вспенивающегося полистирола руководство «Омской химической компании» не собирается.

Прогноз объемов производства в 2006-2010 гг.

Прогнозирование объемов внутреннего производства вспенивающегося полистирола связано исключительно с вводом в строй новых мощностей. Возможность загрузки установленных мощностей остается еще очень значительной. Простаивает линия на «Ангарском заводе полимеров», есть возможности производства ВПС у «Омской Химической Компании». Однако суспензионные технологии производства ВПС безнадежно устарели и реанимация отживших технологий навряд ли может быть перспективной.
В настоящее время организация производства вспенивающегося полистирола рассматривают две нефтехимические компании - «Сибур» и «Нижнекамснефтехим».

1. ОАО «Пластик», Узловая

Руководство «СИБУРА» обозначило амбициозные планы по реорганизации производства на ОАО «Пластик» (Узловая). На 2006 год запланирована реконструкция действующей установки для суспензионной полимеризации. Плюс к этому планируется приобретение оборудования для получения вспенивающегося полистирола путем непрерывной полимеризации в массе. Объем планируемых к установке линий пока не утвержден. Можно предположить, что в планы «Сибура» входит организация нового производства на уровне 50 тыс.тонн в год.
Производство вспенивающегося полистирола «Сибур» планирует также организовать в Перми на площадке «Сибур-Химпром». Предполагаемая мощность будущего производство - 50 тыс.тонн в год.

2. ОАО «Нижнекамскнефтехим»

Нижнекамское предприятие заключило с соглашение с корейской компанией LG International Cor. качестве лицензиара процесса ВПС выступает корейская компания LG Chem. при участии LG International. Мощность производства составит 37,8 тыс. тонн в год.
Предыстория вопроса состоит в том, что осенью 2003 года корейская компания LG International Corp . совместно с акционерными обществами «Татнефть», «Нижнекамскнефтехим» и «Связьинвестнефтехим» (все - Татарстан) подписали соглашение о создании акционерного общества «Татаро-корейская нефтехимическая компания» (ТКНК), цель которой - строительство в Нижнекамске крупного нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса. Предметом переговоров стало создание в Нижнекамске (Республика Татарстан) крупнейшего нефтехимического и нефтеперерабатывающего комплекса проектной стоимостью 1 миллиард 300 млн. долларов США, а также участие южнокорейской корпорации в проектировании и строительстве двух производств - вспенивающегося полистирола и линейного полиэтилена. Планируемый запуск линии для производства вспенивающегося полистирола намечен на 2007 год.

Производство в странах СНГ

Помимо трех российских предприятий - ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», ОАО «Пластик» (Узловая), ОАО «Ангарский завод полимеров», - вспенивающий полистирол на территории СНГ производят ОАО «Концерн «Стирол» (Горловка, Украина) и «Завод пластических масс» (Актау, Казахстан).

ОАО «Концерн «Стирол» (Горловка, Украина)

Производство вспенивающегося полистирола было введено в действие на предприятии еще в 1965 году. Изначальная проектная мощность составляла 16 тыс. тонн в год (реконструкции позволили увеличить мощность до 17,8 тыс. тонн в год). Тогда это еще был Горловский азотно-туковый завод. Название «ПО Стирол» предприятие получило в 1976 году. Как акционерное общество «Концерн Стирол» было зарегистрировано 1 сентября 1995 года.
В сентябре 2002 года открыт новый цех по производству вспенивающегося полистирола (на месте старого оборудования, которое было демонтировано), мощностью 24 тыс. тонн в год, состоящий из четырех технологических линий. Проект был осуществлен за счет собственных средств концерна. Общий объем средств, инвестированных в приобретение оборудования и производство строительно-монтажных работ, составил чуть больше 16 млн. гривен.
Проектную часть работ выполнил «Стиролинжпроект», монтаж оборудования и коммуникаций - строительно-монтажное управление «Стиролхиммонтаж» треста «Стиролхимремстрой», тогда как технологию, базовый инжиниринг, полимеризационное оборудование и четыре реактора поставили венгерская фирма Inter-Kemikal KFT и американская компания PST International.
Новое производство позволило сократить время одного цикла полимеризации до 12 часов (до этого было 28 часов), сократить число обслуживающего установку персонала, но, главное, улучшились физико-механических свойств полистирола, (выход гранул основной фракции размером от 0,5 мм до 2 мм составляет 99,5 %).

ТОО «Sat Operating Aktau» (г. Актау, Казахстан)

ТОО «Sat Operating Aktau» - бывший «Завод пластических масс», г.Актау, Республика Казахстан - последнее из промышленных производств полистирола, введенных в эксплуатацию в еще в бывшем СССР. Производство было запущено в 1981 году. Тогда предприятие называлось Шевченковский завод. На сегодняшний день наряду с «Омской химической компанией» - это самое мощное и современное производство полистирола, доставшееся с советских времен.
Завод сооружен в 1976-1980 годах на базе комплектного импортного оборудования. Огромное производство, построенное Советским Союзом в 1980 году при участии французских специалистов (фирма "Литвин"), было организовано по полной технологической схеме - от синтеза мономера стирола до выпуска готовых форм полистирола. Причем рентабельность достигалась за счет использования при первичном синтезе местного углеводородного сырья. В год АКПО выпускал по 100 тыс. тонн вспенивающегося и 110 тыс. тонн ударопрочного полистирола, что составляло более половины общего производства этой продукции по СССР. С распадом Союза спрос на продукцию АКПО не ослаб, причем он стабилен не только внутри СНГ, но и в мире.
С 1994 по 2000 годы завод работал по укороченной схеме в связи с произошедшей в декабре 1993 года аварией на установке этилбензола. Был утрачен уникальный технический комплекс по синтезу стирола, а закупать мономер за рубежом - экономически бессмысленно: в этом случае себестоимость готового продукта превышала его рыночную стоимость. Реанимировать разрушенный комплекс самостоятельно ни область, ни республика были не в состоянии.
В 2001 году завод пережил второе рождение, когда после приобретения Торговым домом "Экстрапласт" на аукционе (на конкурсной основе) имущественного комплекса завода, было восстановлено производство полистиролов. ООО «Экстрапласт » возглавляет группу промышленных предприятий, объединенных в общую финансовую структуру, работающих в сфере химической промышленности России и Казахстана.
Таким образом, было создано крупнейшее в СНГ химическое объединение, состоящее из двух российских (“Томский завод композитных материалов и пластических масс” и Томский Нефтехимический завод) и двух казахстанских (Атырауский нефтехимический завод и Актаусский "Завод пластических Масс") заводов. Для возобновления производства материнская компания выделяет заводу более 15 млн. долл., при этом около половины из этой суммы предназначено для пополнения оборотных средств ЗПМ. Высокое качество продукции обеспечивается использованием современных процессов ведущих мировых фирм - Emejota (США), Rhone Pнojil (Франция). В декабре 2001 года была запущена только одна линия. Ее производительность - 2,5 тыс. тонн полистирола в месяц. В 2002 году была пущена вторая линия.
Однако этим планам не суждено было сбыться. Устойчивый выпуск полистиролов так и не был налажен. С августа 2003 года завод практически не работал, не выплачивалась заработная плата, не погашались налоговые платежи. Главная проблема - ООО "Торговый дом "Экстрапласт" не смог решить проблему поставок сырья. В 2005 году ООО "Торговый дом "Экстрапласт" был вынужден отказаться от завода. Владельцем стала казахстанская компания, близкая к государству - акционерное общество «Атолл», дочернее предприятие «SAT&Co» и АО «Разведка Добыча «КазМунайГаз»,
Дальнейшее развитие предприятия связано с реализацией Государственной программы развития нефтехимической промышленности Республики Казахстан. К 2010 году планируется увеличить производство всех видов полистирола на ЗПМ до 150 тыс. тонн в год. Столько смелые заявления основаны на планах Правительства по открытию газоперерабатывающих производств, которые должны будут решить сырьевую проблему. Себестоимость получаемого на последнем полистирола существенно ниже цен стран СНГ благодаря высоким мощностям технологической линии (при условии загрузки на 70-100%) и будет еще ниже при обеспечении предприятия отечественными сырьевыми ресурсами вблизи производства.

Импортные поставки

В настоящее время в Россию импортируется более половины потребляемого объма данного полимера. Как уже говорилось, импортируемый вспенивающийся полистирол значительно отличается от отечественного. Импортируется ВПС, изготовленный методом полимеризации в массе, и имеющий несравнимые потребительские преимущества. В России же пока ВПС производится методом суспензионной полимеризации. (Линия, установленная на «Салаватнефтеоргсинтез», пока в промышленном режиме не работает). Исключением составляют поставки из Украины и Казахстана. «Концерн «Стирол» также производит ВПС методом суспензионной полимеризации. Сегодня это самое современное производство ВПС на территории СНГ и по своим свойствам ВПС производства «Концерна «Стирол» значительно превосходит продукцию российских заводов. В 2006 году вновь были возобновлены поставки ВПС с «Завода пластических масс» в Актау (Казахстан).

Анализ текущей ситуации и прогноз развития российского рынка вспенивающегося полистирола смотрите в отчете маркетингового исследования Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков « Рынок вспенивающегося полистирола в России ».