Пе́нополистиро́л представляет собой газонаполненный материал, получаемый из полистирола и его производных, а также из сополимеров стирола. Пенополистирол является широко распространённой разновидностью пенопласта, таковым обычно и называется в обиходе. Обычная технология получения пенополистирола связана с первоначальным заполнением гранул стирола газом, который растворяют в полимерной массе. В дальнейшем производится нагрев массы паром. В процессе этого происходит многократное увеличение исходных гранул в объёме, пока они не занимают всю блок-форму и не спекаются между собой. В традиционном пенополистироле используются хорошо растворимый в стироле природный газ для заполнения гранул, в пожаростойких вариантах пенополистирола гранулы наполнены углекислым газом. Также существует непопулярная технология получения вакуумного пенополистирола, в котором отсутствует какой-либо из газов.
История производства пенополистирола
Первый пенополистирол был изготовлен во Франции в 1928 году.Патент Франции № 668142 (Chem. Abs, 24, 1477, 1930).. Промышленное производство пенополистирола началось в 1937 году в ГерманииПатент Германии № 644102 (Chem. Abs, 31, 5483, 1937). В СССР производство пенополистирола (марки ПС-1) было освоено в 1939 году,Берлин А. Ан. Основы производства газонаполненных пластмасс и эластомеров. — М.: Госхимиздат, 1956., марок ПС-2 и ПС-4 — в 1946-м.Чухланов В. Ю., Панов Ю. Т., Синявин А. В., Ермолаева Е. В. Газонаполненные пластмассы. Учебное пособие. — Владимир: Издательство Владимирского госуниверситета, 2007., марки ПС-Б — в 1958-м.Кержковская Е. М. Свойства и применение пенопласта ПС-Б. — Л: ЛДНТП, 1960. В 1961 году в СССР была освоена технология производства самозатухающего пенополистирола (ПСБ-С)Андрианов Р. А. Новые марки пенополистирола. Промышленность строительных материалов Москвы. - Выпуск № 11. — М.: Главмоспромстройматериалы, 1962.. Для строительных целей пенополистирол марки ПС-Б начали выпускать в 1959 году на Мытищинском комбинате «Стройпластмасс».
Состав пенополистирола Для получения пенополистирола чаще всего применяется полистирол. Другим сырьём служат полимонохлорстирол, полидихлорстирол, а также сополимеры стирола с другими мономерами: акрилонитрилом и бутадиеном. В качестве вспенивающих агентов служат легкокипящие углеводороды (пентан, изопентан, петролейный эфир, дихлорметан) или газообразователи (диаминобензол, нитрат аммония, азобисизобутиронитрил). Кроме того, в состав пенополистирольных плит входят антипирены (класс горючести Г1), красители, пластификаторы и различные наполнители.
Способы получения Значительная доля получаемого пенополистирола производится вспениванием материала парами низкокипящих жидкостей. Для этого используется процесс суспензионной полимеризации в присутствии жидкости, которая способна растворяться в исходном стироле и нерастворима в полистироле, например, пентана, изопентана и их смеси. При этом образуются гранулы, в которых легкокипящая жидкость равномерно распределена в полистироле. Далее эти гранулы подвергают нагреванию паром, водой или воздухом, в результате чего они значительно увеличиваются в размерах — в 10-30 раз. Получившиеся объёмные гранулы спекают с одновременным формованием изделий.
Свойства пенополистирола
Пенополистирол, который был получен методом вспенивания легкокипящей жидкости, представляет собой материал, состоящий из тонкоячеистых гранул, спекшихся между собой. Внутри гранул пенополистирола есть микропоры, между гранулами — пустоты. Механические свойства материала определяются его кажущейся плотностью: чем она выше, тем больше прочность и ниже водопоглощение, гигроскопичность, паро- и воздухопроницаемость.
Основные виды производимого пенополистирола Беспрессовый пенополистирол: EPS (Expanded Polystyrene); ПСБ (Пенополистирол суспензионный беспрессовый); ПСБ-С (Пенополистирол суспензионный беспрессовый самозатухающий). Изобретён BASF в 1951 году. Экструдированный пенополистирол: XPS (Extruded Polystyrene); Экстрол, Пеноплэкс, Стирэкс, Техноплекс, Технониколь, URSA XPS Прессовый пенополистирол: различные зарубежные марки; ПС-1; ПС-4 Автоклавный пенополистирол: Styrofoam (Dow Chemical) Автоклавно-экструзионный пенополистиролПатент ФРГ № 92606 от 07.04.1955.
Применение
Пенополистирол чаще всего используется как теплоизоляционный и конструкционный материал. Области его применения: строительство, вагоностроение, судостроение, авиастроение. Довольно большое количество пенополистирола применяется как упаковочный и электроизоляционный материал. В военной промышленности — как утеплитель; в системах индивидуальной защиты военнослужащих; как амортизатор в шлемах. В производстве бытовых холодильников как теплоизолятор (в СССР это серийно производившиеся холодильники «Ярна-3», «Ярна-4», «Визма», «Смоленск» и «Арагац-71») до начала 1960-х гг., когда пенополистирол был вытеснен пенополиуретаном. В производстве тары и одноразовой изотермической упаковки для замороженных продуктовDiscussion and Possible Action Regarding a Ban of the Use of Expanded Polystyrene (EPS) Food Containers (Study Issue) // December 18, 2012.POLICY TOOLS FOR REDUCING IMPACT OF SINGLE-USE, CARRYOUT PLASTIC BAGS AND EPS FOOD PACKAGING//Final Report June 2, 2008Nguyen L. An Assessment of Policies on Polystyrene Food Ware Bans. // San Jose State University 10.01/2012 В строительстве зданий — применение пенополистирола в России в строительной отрасли регламентируется государственными стандартамиГОСТ 15588-2014 «Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия». Вступил в силу 01.07.2015ГОСТ Р 53786-2010 «Системы фасадные теплоизоляционные композиционные с наружными штукатурными слоями. Термины и определения»ГОСТ Р 53785-2010 «Системы фасадные теплоизоляционные композиционные с наружными штукатурными слоями. Классификация» и ограничивается использованием в качестве среднего слоя строительной ограждающей конструкции. Пенополистирол широко применяется для утепления фасадов (класс горючести Г1). Потенциально высокая пожароопасность этого материала требует обязательного проведения предварительных натурных испытаний. В августе 2014 года ФГБУ ВНИИПО МЧС России отметилПисьмо ФГБУ ВНИИПО МЧС России от 07.08.2014 № 3550-13-2-02, что применение в конструкции СФТК («Системы фасадные теплоизоляционные композиционные») в качестве утеплителя (теплоизоляции) основной плоскости фасада плиточного пенополистирола (только тех марок, которые указаны в ТС), не являющегося материалом для отделки или облицовки внешних поверхностей наружных стен зданий и сооружений, противоречит требованиями Статьи 87, части 11 ФЗ № 123-ФЗ и пункта 5.2.3 СП 2.13130.2012. В июле 2015 года вступил в силу современный ГОСТ 15588-2014 «Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия», указывающий на обязательное наличие в составе материала антипиреновых добавок, обеспечивающих пожаробезопасность (самозатухание, неспособность поддерживать самостоятельное горение) пенополистирольных плит при хранении и монтаже. С 1970-х годов пенополистирол применяется при строительстве дорог, устройстве искусственных рельефов и насыпей, прокладке транспортных путей на территориях со слабыми грунтами, при защите дорог от промерзания, для снижения вертикальной нагрузки на конструкцию и в ряде других случаев. Наиболее активно используют пенополистирол в дорожном строительстве США, Япония, Финляндия и Норвегия. Требования и нормы ГОСТ к данному продукту в этих странах кардинально отличаются от Российских и стран СНГ. Служит материалом для производства детских игрушек, дизайнерской мебели и предметов интерьера. Также служит материалом для создания объектов современного декоративно-прикладного и концептуального искусства.
Свойства пенополистирола
Водопоглощение
Пенополистирол способен поглощать воду при непосредственном контактеПавлов В. А. Пенополистирол. — М.: «Химия», 1973.. Проникновение воды непосредственно в пластмассу составляет менее 0,25 мм за годХренов А. Е. Миграция вредных примесей из полимерных материалов при возведении подземных сооружений и прокладке коммуникаций // Горный информационно-аналитический бюллетень. — № 7. — 2005., поэтому водопоглощение пенополистирола зависит от его структурных особенностей, плотности, технологии изготовления и длительности периода водонасыщения. Водопоглощение экструзионного пенополистирола даже через 10 суток нахождения в воде не превышает 0,4 % (по объёму), что обусловливает его широкое применение как утеплителя для подземных и заглублённых сооружений (дороги, фундаменты)Егорова Е. И., Коптенармусов В. Б. Основы технологии полистирольных пластиков. — Санкт-Петербург: Химиздат, 2005..
Паропроницаемость Пенополистирол является низкопаропроницаемым материалом.
ГОСТ 15588-2014 устанавливает паропроницаемость не меньше 0,05 мг/мчПа. В реальности он зависим от плотности пенополистирола. Пенополисторол марки ПСБ-15 (ПСБ-С-15) имеет паропроницаемость 0.035 мг/(м•ч•Па), а ПСБ-35 как 0.03 мг/(м•ч•Па). В большинстве случаев это позволяет тепловой конструкции отводить влагу из нее осушаться при наличии пароизоляционной мембраны со стороны помещения, но каждая такая конкретная модель требует расчета на тепловом калькуляторе с моделированием увлажнения как SmartCalc или его аналог.
Биологическая устойчивость Несмотря на то, что пенополистирол не подвержен действию грибков, микроорганизмов и мхов, в ряде случаев они способны образовывать на его поверхности свои колонииAtiq N. Biodegradability of Synthetic Plastics Polystyrene and Styrofoam by Fungal Isolates // Department of Microbiology Quaid-i-Azam University, Islamabad, 2011.Naima Atiq Т., Ahmed S., Ali M., Andleeb S., Ahmad B., Geoffery R. Isolation and identification of polystyrene biodegrading bacteria from soil. //African Journal of Microbiology Research Vol. 4(14), pp. 1537—1541, 18 July, 2010.Richardson N. Beurteilung von mikrobiell befallenen Materialien aus der Trittschalldämmung // AGÖF Kongress Reader September 2010..
Полистирол способны есть и переваривать мучные червиBiodegradation and Mineralization of Polystyrene by Plastic-Eating Mealworms: Part 1. Chemical and Physical Characterization and Isotopic Tests | Environmental Science & Techn....
В пенополистироле могут селиться насекомые, обустраивать гнёзда птицы и грызуны. Проблема повреждениям конструкций пенополистирола грызунами была предметом многочисленных исследований. По результатам произведенных тестов пенополистирола на серых крысах, домовых мышах и мышах-полевках установлено следующее: Пенополистирол, как материал, состоящий из углеводородов, не содержит питательных веществ и не является питательной средой для грызунов (и прочих живых организмов). В принудительных условиях грызуны воздействуют на экструзионный и гранулированный пенополистирол равно, как и на всякий другой материал, в тех случаях, когда он является преградой (препятствием) для доступа к пище и воде или для удовлетворения других физиологических потребностей животного. В условиях свободного выбора грызуны воздействуют на пенополистирол в меньшей степени, чем в условиях принуждения, и только в том случае, если им необходим подстилочный материал или существует потребность в стачивании резцов. При наличии выбора гнездового материала (мешковина, бумага), пенополистирол привлекает грызунов в последнюю очередь.
Результаты экспериментов с крысами и мышами показали также зависимость от модификации пенополистирола, в частности экструзионный пенополистирол повреждается грызунами в меньшей степени.
Долговечность