Пенополистирол. Особенности материала, характеристики и применение

Пенополистирол представляет собой достаточно интересный материал. Способ получения был запатентован еще в 1928 году, и с тех пор многократно модернизировался. Главное преимущество состоит в низкой теплопроводности, и уже потом в легком весе. Пенополистирол широко применяется в различных отраслях производства и строительства, и каждый человек так или иначе, сталкивался с изделиями из него в повседневном быту. Кроме того, пенополистирол, цена на изделия из которого находится на низком уровне - станет хорошим вариантом при желании утеплить свой дом.

Что такое пенополистирол и в чем его отличие от пенопласта?

Пенополистирол производится путем добавления газа в полимерную массу полистирола, которая при последующем нагреве значительно увеличивается в объеме, заполняя собой всю форму. В зависимости от разновидности материала используется разный газ для создания объема: для простых вариаций природный газ, пожаростойкие сорта пенополистирола заполняют углекислым газом.

Довольно часто любителям свойственно называть пенополистирол и пенопласт одним и тем же материалом. Однако это не совсем верно. Они имеют общую основу, но различия и характеристики вполне существенны. Если не вдаваться в длинные пространственные рассуждения, то основные отличительные черты таковы:

• плотность пенопласта существенно ниже, 10 кг на м3, в то время, как показатели пенополистирола 40 кг на м3,
• пенополистирол не впитывает пар и влагу,
• внешний вид различен. Пенопласт - имеет внутренние гранулы, пенополистирол более однородный,
• пенопласт характеризуется более низкой стоимостью, что заметно при использовании его в качестве теплоизоляционного материала для наружной обшивки стен здания,
• пенополистирол обладает лучшей механической прочностью.

Пенопласт производят из полимерного сырья, которое подвергается обработке водяным паром, в результате чего объем гранул значительно увеличивается. Но одновременно это приводит и к тому, что микропоры так же увеличиваются в размерах, в результате чего связь между гранулами ухудшается и постепенно, при воздействии атмосферных осадков и климатических условий это приводит к тому, что материал ослабевает. Грубо говоря, если переломить лист пенопласта пополам - образуется большое количество гранул. Пенополистиролу это не свойственно, поскольку изначально он состоит из закрытых ячеек, которые обеспечивают влаго- и паронепроницаемость материала. В начале производства его гранулы под воздействием высоких температур плавятся, образуя собой равномерную текучую массу, которую и заполняют газом.

Сам по себе материал так же имеет несколько разновидностей:

• Экструдированный пенополистирол представляет собой практически тот же материал, что и беспрессовый, разница состоит в использовании такого оборудования, как экструдер, поэтому часто экструдированный и экструзионный пенополистиролы называют одним и тем же материалом.
• Экструзионный так же получается путем обработки конечной массы полимерного материала, и так же представляет собой однородную массу. Разновидность используется для изготовления одноразовой упаковки и посуды. Грубо говоря, мясные продукты в супермаркетах фасованы именно в упаковку из экструзионного пенополистирола.

• Прессовый метод получения материала более дорогой, поскольку предусматривает последующую прессовку вспененной газом смеси. В таком случае она приобретает дополнительную прочность.
• Автоклавный пенополистирол упоминается редко, и по сути, это экструзионная разновидность, в которой вспенивание и вспекание материала производится в помощью автоклава.
• Беспрессовый - одна из самых популярных разновидностей. Из гранул полистрирола вначале удаляют влагу путем сушки, затем вспенивают при температуре 80°С, после чего вновь подвергают высушиванию и далее снова нагревают. Полученной смесью заполняют форму, где она уже самоуплотняется в момент остывания. Данный вид пенополистирола более хрупок, но требует вдвое меньше изопетана для своего получения, что сказывается на конечной стоимости.

Пенополистирол, характеристики и свойства

Пенополистирол представляет собой неоднозначный материал: кто-то превозносит его свойства до небес, кто-то наоборот, с пеной у рта требует немедленного и полного запрета его использования на основании «разоблачительных работ одного академика». Правда, повсеместное распространение пенополистирола и его высокая популярность склоняет выводы в сторону того, что этот материал действительно хорош и обладает следующими преимуществами:

• Низкая теплопроводность позволяет достичь значительного эффекта утепления. По сути, 11 см пенополистирола способны обеспечить такую же теплоизоляцию, как и стена из силикатного кирпича толщиной более двух метров. Показатель теплопроводности материала - 0,027 Вт/мК, что значительно ниже, чем у бетона или кирпича,
• Влагостойкость материала. Даже при длительном воздействии влаги, впитываемость составит не более 6%, поэтому нет необходимости опасаться деформации структуры пенополистирола.
• Пенополистирол долговечен и способен выдерживать до 60 циклов воздействия температуры от -40 до +40°С. Каждый цикл составляет расчетный климатический год.
• Нечувствительность к образования биологических сред. Пенополистирол не станет местом размножения грибковых и плесени.

• Безвредность материала. При его производстве используют нетоксичные компоненты, поэтому изделия из пенополистирола применяют и в пищевой промышленности. К примеру, для хранения продуктов.
• Благодаря легкому весу утепление пенополистиролом фасадов здания занимает гораздо меньше времени и сил, нежели при использовании других средств.
• Огнестойкие сорта материала при воздействии открытого пламени имеют свойство самозатухать и оплавляться, не распространяя горение. Температура самовозгорания пенополистирола составляет показатель в +490°С, что практически в два раза выше, нежели у древесины. При отсутствии воздействия более четырех секунд открытого источника пламени на материал, пенополистирол затухает. Тепловой энергии при горени материал выделяется в 7 раз меньше чем у дерева. Поэтому пенополистирол не способен поддерживать очаг пожара.
• Обеспечение шумоизоляции. Данное качество особенно актуально для жильцов типовых квартир. Слоя изоляционного материала толщиной в 3 см хватит для снижения уровня проникновения шума на 25 дБ.
• Паронепроницаемость материала стоит на низкой отметке в 0.05 Мг/м*ч*Па, независимо от степени вспененности и плотности сорта. По сути, показатели паропроницаемости аналогичны древесному срубу сосны или дуба.
• Устойчив к воздействию спиртов и эфиров, но легко подвержен разрушению при попадании на поверхность материала растворителей.
• Механическая прочность при растяжении составляет не менее 20 МПа.

Как видно из вышеперечисленного, пенополистирол представляет собой эффективное средство для решения многих задач: от использования его некоторых сортов в качестве упаковки до осуществления тепло- и гидроизоляции фасадов зданий. Кроме того, материал применяют и для других целей в строительстве, речь о которых пойдет далее.

Область применения

Пенополистирол в строительстве используют в первую очередь для утепления следующих элементов:

• водопроводных труб,
• кровли,
• полов,
• дверных и оконных откосов,
• стен.

К примеру, потребление пенополистирола для изоляции труб экономически оправданно и целесообразно благодаря его возможностям. Более того, для этих целей используют отформованный блочный пенополистирол, который позволяет в случае возникновения повреждения трубы легко получить к ней доступ, сняв нужный участок защитного покрытия.

Пенополистирол активно применяется при прокладке транспортных путей. Он снижает воздействие вертикальной нагрузки на покрытие при строительстве зданий. Распространен в производстве .

Сфера применения пенополистирола, характеристики которого в сочетании с низкой ценой делают его крайне привлекательным для использовании в любой промышленности, практически ничем не ограничена. Единственно, что следует учитывать, материал имеет невысокую плотность, следовательно, подвержен любым механическим повреждениям.

Недостатки пенополистирола: обзор мифов

Помимо букета достоинств, найдутся и недостатки. Более того, с пенополистиролом связано большое количество разнообразных мифов, рассмотреть которые необходимо подробнее:

• Многие производители утверждают, что экструзионный вспененный пенополистирол значительно превосходит остальные разновидности, в доказательство чего нередко выставляют таблицу сравнительных характеристик указанной разновидности по сравнению с обычным пенопластом. Тем не менее, разница в теплопроводности между экструзионным и прессованным пенополистиролом практически не заметна и составляет 0.002 единицы, в то же время как за счет рекламы стоимость экструзионных плит для утепления выше.
• Максимальная плотность пенополистирола дает такие же высокие показатели при утеплении. Как утверждают специалисты, подобное заявление имеет некоторые расхождения с реальностью, поскольку чем плотнее прилегают к друг другу молекулы - тем выше становится теплопроводность и холоду проще проникнуть в помещение. Выходом из этой ситуации станет применение плит пенополистирола с малой плотностью, которые необходимо покрыть армирующей сеткой и защитным слоем грунтовки, чтобы повысить их механическую прочность.

• Пожаростойкий пенополистирол абсолютно негорюч и безвреден для организма человека. Любой строительный материал при воздействии на него открытого пламени станет проявлять свойства горения, более или менее. Однако температура самовозгорания у пенополистирола выше, чем у древесины и вдобавок он при горении выделяет значительно меньшее количество тепловой энергии. Важно помнить, что пожаростойкие сорта, несмотря на громкое название, отнюдь не способны остановить пламя, лишь снизить его воздействие. Серьезным недостатком пожаростойкого сорта по сравнению с обычным станет углекислый газ, который используется в его производстве. Вследствие этого при оплавлении материал начнет выделять значительно большое количество вредных веществ. Некоторые продавцы говорят о негорючести на основании демонстративного опыта: когда основу с закрепленной на ней плитой утеплителя начинают прогревать с обратной стороны. При воздействии высокой температуры пенополистирол начинает оплавляться и деформироваться, при этом возгорания нет. Тем не менее, пока на него воздействует пламя - материал продолжит гореть.
• Антипирены, добавляемые в пенополистирол для его пожаростойкости - «в любом случае чистый яд». Еще одно спорное утверждение. Антипирен представляет собой компонент, содержащий в своей структуре вещества, замедляющие процесс горения. Они отличаются составом и содержат различные компоненты, начиная от формальдегидов, действительно представляющих собой опасность для человека до солей магния, которые вполне экологичны и безопасны. В последнее время все чаще используются растворы на основе неорганической соли, поэтому они не способны нанести вред здоровью. Антипирены часто используют для пропитки и нанесения защитного слоя на древесину для повышения ее огнестойкости.
• Монтаж пенополистироловых теплоизоляционных материалов не способен обеспечить тепло. По сути, задача утеплителя - не приносить тепло, а сохранять его внутри помещения. Грубо говоря, применение утепляющих плит позволит значительно сократить выход тепла за пределы помещения, тем самым, не придется отапливать улицу за свой счет.
• «Пенополистирол опасен для здоровья». Современное производство позволяет создавать материал из экологичных компонентов, поэтому угрозы здоровью нет. Более того, повсеместное использование изделий для хранения полуфабрикатов и применения в быту говорят, как раз, о безопасности материала.

Чаще проблемы возникают при желании купить пенополистирол более дешевых и низкокачественных сортов. Утеплительные плиты из такого материала действительно обладают меньшей прочностью и способны начинать деформироваться уже при температуре выше 40°С. Главным правилом при использовании материалов из пенополистирола в любой отрасли работы станет обеспечение качества и надежности, за которое нужно платить. И тогда в ходе эксплуатации станут проявляться только достоинства.

На вопрос «что такое пенополистирол?» есть краткий и лаконичный ответ. Полистирольный пенопласт (утеплитель) – это современный, экологически чистый материал, который изготовлен из веществ, не способных нанести вред человеку.

1 Особенности материала

Фольгированный пенополистирол, как и другие его аналоги, может применяться в тех местах, где прочие виды теплоизоляционных материалов не могут быть использованы ввиду того, что там может происходить капиллярное поднятие грунтовых вод.

Таким образом, применение пенополистирола обусловлено предохранением гидроизоляции от факторов окружающей среды, которые могут нанести ей непоправимый вред.

Представленный материал имеет свой ГОСТ. ГОСТ 15588-86 (по нему делается ) регламентирует состав, свойства и применение пенополистирола.

Если сравнивать представленный утеплитель с таким материалом, как минвата, то лучше предпочесть первое.

Пенополистирол — теплоизоляционный материал для стен

Дело в том, что минвата не обладает таким спектром полезных характеристик, хотя в некотором отношении она все-таки лучше пенополистирола.

Кроме того минвата – это негорючий материал и она неспособна нанести вред здоровью человека. Все это обозначается в соответствующем ГОСТе.

Лучше всего в первую очередь обратить внимание на влагостойкие характеристики полистирольного пенопласта, которые сочетаются с его легкостью надежностью и долговечностью.

При выборе утеплителя, лучше всего отдавать предпочтение пенополистиролу, так как и эти изделия не такие тяжелые, как минвата и отличаются высокой степенью удобства при монтаже.

Внешне данный утеплитель представлен в виде небольших гранул, которые спеклись между собой под воздействием высоких температур. ГОСТ 15588-86 строго регламентирует размер гранул вещества.

Их размер колеблется в пределах от 1 до 10 мм и может зависеть от прямого назначения и нужной плотности изделия.

В ГОСТе также указанно, что пенополистирольные гранулы могут быть неоднородными по своей структуре.

Каждая из гранул содержит в себе огромное количество тонкостенных микроскопических ячеек. Это во много раз увеличивает параметр площади соприкосновения вещества с воздухом.

Представленный пенопластовый утеплитель на 98% состоит из воздуха, этим и обусловлены его уникальные свойства. Отзывы о данном материале в большинстве своем положительные, кроме отличных теплоизолирующих свойств часто упоминается, что он не может принести вред человеческому организму как .

1.1 Области применения пенополистирола

Представленный материал, благодаря своим выдающимся техническим и эксплуатационным характеристикам в строительной сфере применяется практически повсеместно.

Вспененный полистирол может применяться как изоляционный материал. Кроме того изделие может успешно выполнять функцию наполнителя.

В некоторых случаях пенопласт даже может способствовать разрешению проблем, связанных с неудовлетворительным качеством почвы.

Он может быть применен для формирования насыпей во время строительства дорожного полотна или мостов.

Пенополистирол ПСБ-С-35 2000×1000х180

2 Свойства пенополистирола

Представленный материал обладает достаточно низкой удельной теплопроводностью. Таким образом, пенополистирол является практически идеальным утеплителем, который может обеспечивать высокую способность к сбережению тепла.

Эта особенность объясняется структурой материала, который практически полностью состоит из воздуха.

Коэффициент теплопроводности вещества может колебаться в промежутке между 0,032 и 0,043 Вт/(м∙К).

Этот показатель во много раз ниже, чем у дерева, кирпича, керамзита и других утеплительных строительных материалов.

Низкий уровень теплопроводности сказывается на возможности высокого уровня энергообеспечения.

Применение пенополистирола как теплоизолятора, при строительстве зданий позволяет при дальнейшей его эксплуатации в значительной мере сократить расходы, связанные с отоплением.

Высокие энергосберегающие свойства позволяют активно применять изделие для того, чтобы защищать трубопроводы от чрезмерно замерзания.

Представленное вещество обеспечивает надежную звукоизоляционную защиту от ударных шумов. Этот эффект напрямую связан со способностью вещества преобразовывать энергию звука в энергию тепла.

Исходя из этого, благодаря ячеистой структуре полистирольного пенопласта представленный материал и обладает эффективными звукопоглощающими качествами.

Стоит отметить, что материал обладает высокой степенью структурной стабильности, колеблющейся в широком температурном диапазоне.

При этом заниженные температуры не способны влиять на механические, химические и физические параметры вещества.

При увеличении температуры до +90°С, даже во время длительного воздействия вспененный полистирол не будет кардинально изменять свои свойства.

В связи с тем, пенополистирол является полностью синтетическим, он не воспринимается как пища насекомыми и микроорганизмами, что не способствует их размножению.

Этот материал является абсолютно непригодным для выживания в нем бактерий или вредоносного грибка.

Представленное изделие отличается высокой сопротивляемостью к диффузии водяных паров и повышенным коэффициентом влагостойкости.

Изделия не могут быть растворенными в воде и не способны впитать ее. Таким образом, утеплитель не подвергается деформированию и разбуханию.

Такая высокая степень устойчивости к воздействию влаги способствует тому, что пенопластовые изделия могут использоваться для того, чтобы . Особенно это актуально в ситуациях, когда утепляющий материал плотно контактирует с грунтом.

Стоит отметить, что показатель плотности пенополистирольных изделий достаточно низок и равняется 15-50 кг/м³, однако, наряду с этим вещество обладает высокой прочностью на сжатие, растяжение и изгиб.

Это способствует применению изделия в качестве прочного строительного материала, который на протяжении долгого времени способен выдерживать механическую нагрузку и при этом не подвергаться деформации. Таким образом, из-за сравнительно небольшой массы переставленного материала можно:

• Не использовать специальное оборудование при перемещении изделий;
• Снизить расходы на строительство;
• Значительно сократить сроки монтажа конструкций.

По сути, пенополистирольные элементы – это пластик, а потому, при правильной эксплуатации, материал способен сохранять свои физические свойства неизменными на протяжении длительного времени.

Стоит отметить, что гранулы пенопласта состоят из молекул углерода и водорода. Этим обусловлена высокая степень экологической чистоты материала.

Полистирольный пенопласт не проявляет ядовитых свойств, не образует пыли и не наделен запахом.

Токсичные вещества из него также не выделяются. Этот утеплитель достаточно легко пропускает воздух, а потому все конструкции, в которые он включен «дышат».

Пенопластовые блоки с легкостью подаются предварительной обработке и не оказывают раздражающее воздействие на кожу и слизистые оболочки

Как уже упоминалось выше отзывы о пенополистироле в большинстве своем положительные.

Виталий, 38 лет, Калуга:

Решил заняться утеплением квартиры и начать с лоджии. В качестве утепляющего материала использовал пенопласт. Отлично режется и монтируется. Советую применять именно его.

Сергей, 54 года, Вологда:

У меня во дворе частного дома есть флигель. Надумал утеплить его стены для того, чтобы пожить в нем до поздней осени. Использовал плиты пенополистирола. Теперь внутри тепло держится очень хорошо. Всем рекомендую этот материал.

Василий, 35 лет, Воронеж

Занимаюсь продажей утеплительных и строительных материалов. Пенополистирол клиенты разбирают с прилавка практически сразу. Все им очень довольны.

2.1 Что лучше выбрать: пенопласт или минвату?

Минвата однозначно проигрывает пенопласту по параметрам теплоизолирующих свойств. Теплопроводность пенополистирола значительно лучше.

Однако минвата обладает отличными показателями пожаробезопасности. Это изделие имеет высокую степень устойчивости к возгоранию.

У пенопласта такой устойчивости нет. Уровень теплопроводности пенопласта находится на высоте и минвата значительно ему проигрывает.

Минеральная вата обладает высокой степенью устойчивости к спонтанным возгораниям. Характеристика паропроницаемости минеральной ваты значительно превосходит этот параметр у ее конкурента.

Наряду с этим пенопласт обладает очень высокой степенью гигроскопичности, потому пенопласт может применяться в среде с повышенной степенью влажности и отличается низкой стоимостью.

Удобство пенопласта заключено в том, что его вес в несколько раз меньше, чем вес минеральной ваты, кроме того, этот материал может обрабатываться с легкостью недоступной при обработке минваты.

Есть один минус – пенополистирольные плиты с некоторыми трудностями подвергаются стыковке друг с другом. С другой стороны, минеральная вата обладает высокой степенью устойчивости практически ко всем видам органических веществ и грибков.

Наряду с этим пенополистирол в значительной мере подвержен воздействию всевозможных растворителей органического происхождения, но грибки и плесень на нем не приживаются.

Очевидно, что процесс осуществления выбора утеплителя является сложной и многоплановой задачей. Для того чтобы ее решить с высокой степенью эффективности необходимо внимательным образом учитывать сложившиеся условия и свои собственные приоритеты в том числе.

Важно отдавать предпочтение только хорошо проверенным отопительным системам. Надо также помнить о правильном подборе наиболее оптимальной толщины теплоизоляционного материала.

Минеральная вата способна с достаточной легкостью пропускать через себя влагу. Это свидетельствует о том, что данный материал незаменим при осуществлении утепления дома, построенного из дерева или брусьев.

Важно помнить, что под слоем пенопласта дерево быстро подвергается гниению. В этом случае сначала следует позаботиться о монтаже так называемого парабарьера, а затем закрепить обрешетку.

Минеральные плиты, в большинстве случаев, прокладываются двухслойно. Это делается для того, чтобы не создавались так называемые «мосты холода».

Сверху материал покрывается пленкой, обеспечивающей гидроизоляцию. При утеплении балкона почти всегда предпочтение отдается пенополистиролу так как при осуществлении монтажа не нужно применять обрешетку, что положительно сказывается на экономии балконной площади.

Сразу следует обратить внимание на то, что выбранный утеплитель должен обязательно соответствовать тем климатическим условиям, в которых он используется.

2.2 Плюсы и минусы пенополистирола (видео)

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.

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.