Пенополистирол

 
Полистирольный пенопласт (пенополистирол) — это изоляционный материал белого цвета, изготовленный на основе полистирола путем термального вспучивания гранул полистирола при воздействии газообразователя. Полное название пенопласта, полученного таким образом (в отличие от, например, фенольных пенопластов или пенопластов на основе полиэфиров), — газонаполненный полистирольный пенопласт или пенополистирол. По внешнему виду полистирольный пенопласт представляет собой небольшие влагостойкие гранулы, спекшиеся между собой под воздействием высокой температуры. Размер гранул пенопласта колеблется от 5 до 15 мм. Гранулы полистирольного пенопласта неоднородны по структуре — они имеют огромное количество (миллиарды) тонкостеных микроячеек, что многократно увеличивает общую площадь соприкосновения с воздухом. В результате этого пенополистирольные плиты почти полностью состоят из воздуха (около 98%), что и обусловливает их основные свойства.

Основные свойства пенополистирола:

  • Низкая удельная теплопроводность, низкое термическое расширение, то есть ППС является идеальным утеплителем, обеспечивающим высокую теплосберегающую способность. Это связано с тем, что пеносполистрол почти полностью состоит из воздуха и только на 2% из полистирола, а воздух обладает одним из самых низких показателей теплопроводности. Поэтому теплопроводность пенополистирольных плит находится в пределах от 0,037 до 0,043 Вт/мК (для сравнения, аналогичный показатель для воздуха — 0,027 Вт/мК). Это значительно ниже, чем теплопроводность дерева (0,12 Вт/мК), кирпича (0,7 Вт/мК), керамзита (0,12 Вт/мК) и других строительных материалов. Низкая теплопроводность пенополистирольных плит обеспечивает высокий уровень энергосбережения. Достаточно всего 12 см полистирольного пенопласта там, где необходимая толщина стен из кирпича должна составлять 2 м 10 см, а из дерева — 45 см.
  • Пенополистирол — один из самых эффективных теплоизоляторов. Использование пенополистирольных плит в строительстве позволяет в дальнейшем (при эксплуатации помещений) значительно сократить расходы на отопление. Высокие энергосберегающие свойства пенополистирольных плит обусловили их применение также для защиты трубопроводов от промерзания, что способствует повышению срока их эксплуатации. Кроме того, теплосберегающие свойства полистирольного пенопласта используются при строительстве холодильных установок, холодильного оборудования, складских помещений.
  • Хорошая звукоизоляция от ударного шума. Эффект звукоизоляции и шумопоглощения зависит от способности материала преобразовывать звуковую энергию в тепловую. Поэтому высокой звукоизоляционной способностью обладают, прежде всего, пористые материалы с низкой теплопроводностью, способные пропускать воздух. В связи с этим именно ячеистая структура полистирольного пенопласта обусловила его высокие звукоизоляционные и шумопоглощающие свойства. Так, например, для обеспечения высокой звукоизоляции достаточно пенополистирольной плиты толщиной всего 2–3 см. С увеличением толщины слоя пенопласта шумопоглощающие и звукоизолирующие свойства возрастают.
  • Структурная стабильность в широком диапазоне температур:
    низкие зимние температуры не влияют на физические и химические свойства ППС, а при повышенных температурах — до 90 ºС, даже при длительном воздействии вспененный полистирол не меняет своих свойств.
  • Устойчивость к химическим и биологическим воздействиям. В частности, пенополистирол сохраняет свои свойства при длительном контакте с солевыми растворами (в том числе морской водой), с мылами, с отбеливающими веществами (растворы перекиси водорода, хлорная вода, гипохлорид) с кислотами (кроме концентрированной азотной и уксусной), нашатырным спиртом, известью, битумом, клеящими водорастворимыми красками, гипсом, кремнийорганическим маслом и др. Будучи полностью синтетическим продуктом, пенополистирольные элементы не используются в пищу животными и микроорганизмами и не способствуют их размножению. Так, натурные исследования, проводившиеся в естественных условиях влажного субтропического климата (оптимальные условия для размножения микроорганизмов) в течение 18 месяцев, показали, что полистирольный пенопласт оказался непригодным для выживания бактерий и грибков.
  • Высокое сопротивление диффузии водяных паров, высокий коэффициент влагостойкости. ППС плиты не растворяются, не впитывают воду и влагу и, вследствие этого, не деформируются (не разбухают). Устойчивость к воздействию влаги позволяет использовать ППС плиты для утепления фундамента зданий, когда необходим контакт утепляющего материала с грунтом.
  • Высокая прочность при низкой плотности. Плотность ППС плит невысока — 0,015–0,05 г/см³ (для сравнения плотность воды — 1,0 г/см³). Однако при этом ППС имеет достаточно высокую прочность на сжатие и растяжение. Это позволяет использовать ППС плиты как строительный материал, способный длительное время нести высокую равномерную механическую нагрузку, не подвергаясь деформации. Примером может служить использование ППС в ремонте и строительстве взлетно-посадочных полос.
  • Небольшой вес позволяет:
    • избежать использования специального оборудования при их перемещении;
    • уменьшить расходы при строительстве;
    • сократить сроки монтажа конструкций зданий и сооружений.
  • Долговечность. Поскольку пенополистирольные элементы — это пластик, то они способны при правильной эксплуатации сохранять свои физические свойства длительное время. Чтобы доказать или опровергнуть это утверждение, проводились натурные и лабораторные исследования ППС. Объектом натурных исследований выступала строительная конструкция, возраст которой составлял 30 лет. Это достаточный срок, учитывая, что ППС был открыт в 1950 году. Изучение ППС плит, используемых в качестве утеплителя в данной конструкции, показало, что ППС не подвергся необратимым изменениям: сохранил свою форму, механические и теплофизические свойства. В ходе лабораторных ППС плит были смоделированы климатические условия, характерные для средней полосы России, с учетом циклических годовых колебаний температуры воздуха. Всего было проведено 80 циклов, что соответствует 80 годам. Исследования полистирольного пенопласта показали, что при амплитуде температуры ±40 ºС свойства пенопласта остаются неизменными. В ходе испытаний пенополистирольные плиты подвергались также воздействию различных температур. Было установлено, что нижний предел для пенопласта составляет -180 ºС, а верхний — +80 ºС.
  • Экологическая чистота. Гранулы полистирольного пенопласта состоят из углерода и водорода, что обеспечивает высокую экологическую чистоту материала. ППС не является ядовитым, не образует пыли, не имеет запаха, не выделяет токсичные вещества. Пенопласт прост в обращении. ППС плиты хорошо пропускают воздух, поэтому конструкции с их использованием «дышат». Пенополистирольные плиты легко поддаются обработке, не раздражают кожу и слизистые оболочки, а также не являются аллергеном и не оказывают другое негативное воздействие на организм. С экологической чистотой ППС плит связан широкий спектр их применения: строительство жилых зданий и промышленных объектов, ремонт и строительство железных и автомобильных дорог, судостроение, изоляция труб, а также холодильного оборудования и техники. Кроме того, во всем мире пенопласт используется в качестве упаковки для пищевых продуктов и частично детских игрушек.

Производство пенополистирола — эффективное использование природных ресурсов

Пенополистирол производится из нефти, мировые запасы которой, как известно, постоянно идут на убыль. Однако расходы нефти на производство пластмасс составляют всего лишь 4% от общего ее потребления. В частности, на производство пенополистирола, состоящего на 98% из воздуха, уходит только 1% «черного золота». А львиная доля расходов упомянутого природного сырья идет на отопление (35%), транспорт (29%), производство электроэнергии (22%).