Еще один утеплитель — пенполистирол, кстати, довольно спорный

Всем привет!

Не так давно я начала рассказ об искусственных материалах, появившихся чуть менее ста лет назад – пенопластах. Сегодня я расскажу об одном из наиболее распространенных и спорных их представителей – пенополистироле.

Что же в нем интересного и спорного? Во-первых, он широко используется в строительстве. Во-вторых, сейчас активно ведутся споры о том, токсичен он или нет и можно ли его использовать как теплосберегающий материал. Его теплоизоляционные свойства многократно подтверждены и не вызывают сомнений (при определенных условиях эксплуатации), но вызывают много споров сроки эксплуатации, условия использования, а также сама возможность применения в долговременном строительстве из-за его токсичных свойств и высокой горючести.

Свойства, использование, токсичность, горючесть, безопасность, пенополистирол утеплитель – вот то, что вы найдете в сегодняшней статье. Для тех, кто заинтересуется темой, я дам в конце перечень литературы, которой пользовалась при подготовке статьи. Возможно, вы захотите подробнее ознакомиться с информацией об этом интересном материале. Чтобы не перегружать текст, я буду слово «пенополистирол» сокращать до ПС.

Общая информация

Чаще всего из всех пенопластов мы сталкиваемся с пенополистиролом (ПС) – именно его используют в качестве упаковки для бытовой техники, а также в строительстве как теплоизоляционный материал. Так что, если вы услышали или прочитали слова «пеноплекс» и «экспол», знайте, что речь идет именно о нем.

По внешнему виду это белый материал, теплый на ощупь, состоит из слипшихся между собой шариков.

Эти шарики диаметром приблизительно 1 мм в производстве называют «бисер», в них находится газообразователь. При получении ПС их засыпают в форму и нагревают паром до 900-100 градусов, из-за чего находящийся внутри них газообразователь раздувает их, увеличивая объем в 10-15 раз. Шарики прилипают друг к другу и заполняют весь объем формы, в которую их поместили. Осталось только охладить форму – и итоговый продукт готов.

Это так называемый беспрессовый метод получения пенопластов и пенополистирола в частности. Также в настоящее время распространен метод экструзии, в результате которого получается так называемый экструзионный (или экструдированный) пенополистирол. При его получении используют не водяной пар, а вспенивающий агент.

Чаще всего производством выпускается материал в виде плит и блоков толщиной от 1 до 16 см.

Свойства пенополистирола – легкость и хорошая способность не пропускать тепло – позволяют использовать его в строительстве для теплоизоляции. Например, такой материал толщиной 10 см по своим теплоизоляционным свойствам может соперничать с полуметровой стеной из деревянного бруса или двухметровой стеной из кирпича.

Он обладает высокой стойкостью к действию минеральных агрессивных сред, устойчив к воздействию слабых и сильных кислот (исключение составляет концентрированная азотная кислота). Разрушается под воздействием эфиров, кетонов, хлорированных и ароматических углеводородов, набухает в бензине и маслах. Слабая водостойкость (при этом разбухает и крошится).

Самое распространенное использование это:

• утепление для пола, стен, фундамента;
• теплоизоляция холодильных помещений;
• перевозка замороженных продуктов;
• упаковка бытовой техники и хрупких предметов при транспортировке.

Существует много разновидностей ПС, но все они имеют одинаковый химический состав и незначительно отличаются лишь добавками, например, порообразователями, пластификаторами, антипиренами и т.д.

Пенополистирол известен уже давно. Способ его получения был запатентован еще в 1928 году, а промышленное производство в СССР началось с 1937 году, и было широко развито.

Как я писала в предыдущей статье о пенопластах в целом, сначала эти материалы производили с помощью прессования, но в 1958 году распространение получил беспрессовый метод. В 1961 году была освоена технология получения самозатухающего пенополистирола, больше известного как ПСБ-С.

Сейчас в производстве используются оба метода, причем, при беспрессовом получается продукт с низкой плотностью – до 20 кг/м3, а при прессовом методе плотность продукта увеличивается и в зависимости от различных условий может составлять от 25 до 70 кг/м3.

Строительный материал

Пенополистирол – один из самых распространенных теплоизоляционных материалов в строительстве. По некоторым данным, материалы на его основе сейчас составляют до 80% всех теплоизоляционных материалов. Он используется как для наружной теплоизоляции зданий, так и для внутренней.

Он используется уже почти сто лет, и почти столько же ведутся споры о его «слабых местах». Две противоположные точки зрения – этот материал абсолютно безопасен, экологически чист и может использоваться всегда и везде. Вторая точка зрения – прямо противоположная: это токсичное вещество со множеством недостатков, от применения которого лучше поскорее отказаться.

Сразу вспоминается старый сериал «Секретные материалы» с уже избитой фразой «Истина где-то рядом». Вот, истина в этом вопросе действительно где-то рядом, но точка в исследованиях еще не поставлена, и я даже приблизительно не могу сказать, когда это будет сделано. Исследования ведутся, но пока не найдена достаточно выгодная с экономической точки зрения альтернатива.

Итак, что же не так с пенополистиролом, почему столько вопросов?

Главный недостаток пенополистирола с точки зрения применения в строительстве – его слабая изученность как строительного материала. Несмотря на то, что он эксплуатируется уже много лет, мнения о его сроках службы, подверженности влиянию изменения температуры и влажности весьма противоречивы.

Так, например, в книге «Беспрессовые пенопласты в строительных конструкциях», изданной еще в 1969 году, мне попалась только восторженная и хвалебная информация о том, какой это замечательный материал.

(Фото не мое, взято из интернета)

Если же брать более позднюю информацию, в основном, в научных журналах, то здесь уже есть исследования о том, что не все так гладко, и со временем возникает много трудностей, связанных и со сроками эксплуатации, и с методиками исследований.

Так, например, до сих пор не существует официально утвержденной методики определения долговечности пенополистирольных плит и конструкций с их использованием. Почему?

Это связано с тем, что на практике пенополистирол ведет себя по-разному в зависимости от условий эксплуатации, которые могут быть совершенно разными и зависеть от множества факторов, например:

• технологии изготовления;
• условий окружающей среды;
• материалов, совместно с которыми он используется;
• случайного контакта с агрессивными жидкостями, используемыми в строительстве (бензин, ацетон, олифа и т.д.);
• нарушения технологического регламента при проведении строительных работ
• и т.д.

Сроки службы пенополистирола как изоляционного материала также вызывают много споров среди специалистов. Как всегда, с подачи рекламщиков, эти цифры щедро завышены до 120 лет. Производители, впрочем, более осторожны в своих прогнозах и дают своим материалам 50-70 лет. Пессимистичнее всех настроены ученые-исследователи, называющие цифры в 10-20 лет (максимум – 40 для некоторых марок ПС по результатам лабораторных исследований).

Как я уже говорила, очень многое зависит от плотности материала – чем она выше, тем дольше будут сроки эксплуатации, но и они, по утверждениям ученых, очень далеки от тех, что называют маркетологи, и, как правило, составляют 15-20 лет. Некоторые эксперты предлагают полностью отказаться от использования пенополистирола плотностью ниже 40 кг/м3.

Какие могут быть «подводные камни» при использовании этого материала в строительстве?

Одно из самых важных условий – температурный режим, точнее даже не он сам, а перепады тмператур. Именно они разрушающе влияют на пенопластовые конструкции.

Следом за ними идет влажность, воздухопроницаемость, пожарная безопасность, нагрузки и деформация.

В микропорах (их размер составляет менее 10 микрон) пенополистирола происходит конденсация влаги. При перепадах температур происходит разрушение капилляров за счет этой влаги и, соответственно, разрушение целостности структуры материала. За счет скопления влаги под теплоизоляцией активнее начинают идти процессы коррозии. Кроме того, появляются плесневые грибки.

Проследить за этим очень сложно, так как материал, как правило, находится внутри конструкции (стена, панель и т.д), которую нет возможности разбирать и отслеживать происходящие изменения. В лабораторных условиях, конечно, смоделировать можно, но на практике зачастую условия весьма далеки и непредсказуемы по сравнению с лабораторией.

Токсичность

Когда я искала материал для этой статьи, то столкнулась с двумя прямо противоположными мнениями о том, насколько велика токсичность пенопластов и пенополистирола в частности.

Одни исследователи утверждают, что никакой опасности нет, другие же активно доказывают высокую биологическую токсичность этого вещества. Причем, сторонников этих двух мнений приблизительно поровну, и аргументы убедительны у обеих сторон (я сейчас говорю о нормальных условиях эксплуатации этого материала, без чрезвычайных ситуаций, о которых речь пойдет ниже).

Попробую, насколько смогу, разобраться в существующих мнениях и аргументах.

Итак, что важно учитывать при эксплуатации пенополистирола?

1. Способ, которым он был получен (прессованием или беспрессовым методом).
2. Сроки эксплуатации.
3. Условия эксплуатации (температурный режим, влажность и т.д.).
4. Плотность (о которой я говорила в начале статьи).
5. Производитель.

Так, например, беспрессовый пенополистирол, если его нагревать свыше 40 градусов (по некоторым данным – выше 30 градусов), начнет разлагаться на свои составные части, то есть, выделять мономер стирол (из которого его изначально получают), который является ядовитым веществом. У него достаточно высокий коэффициент накопления, накапливается он в печени, откуда практически не выводится.

При повышении температуры выше 80 градусов (например, при пожаре) концентрации этих веществ становятся такими, что представляют непосредственную угрозу жизни человека.

Какие еще вещества могут выделяться при окислении пенополистирола:

• бензол,
• толуол,
• этилбензол,
• ацетофенон,
• формальдегид,
• метиловый спирт.

Полный список составляет 25 наименований веществ.

По некоторым данным, ПС производства КНР уже при комнатной температуре начинает выделять эти вещества в количествах, превышающих ПДК в 2-4 раза.

С течением времени выделение стирола и других токсичных веществ из полимера уменьшается, поэтому некоторые исследователи предлагают, как вариант, выдерживать пенополистирольные плиты на открытом воздухе от 3 месяцев до года и только потом использовать.

Второй вариант использования – исключить его открытый контакт с помещениями и использовать только как внутреннюю «начинку» между бетонными панелями с дополнительной изоляцией либо полиэтиленовой пленкой, либо мастикой.

Опасность продуктов горения

Продукты горения пенополистирола обладают высокой токсичностью, изучение которой началось еще в 60-х годах прошлого века. По информации, которую мне удалось найти, эти исследования носили закрытый характер, поэтому сейчас нет четких систематизированных данных на эту тему.

Известно лишь, что этот материал имеет высокую дымообразующую способность. Причем, продукты его горения могут быстро распространяться на большое расстояние от места пожара и служить источником отравления даже при кратковременном воздействии.

Известны случаи, когда при пожарах в жилых домах погибали жильцы квартир, расположенных выше над источником пожара, причем, именно из-за попадания к ним продуктов горения ПС.

Есть статистика, что только 18% людей на пожарах гибнут от ожогов, остальные же – от отравления угарным газом и летучими продуктами горения полимерных материалов, которые в избытке находятся в любой современной квартире.

После печально известного пожара в клубе «Хромая лошадь» были проведены исследования, которые подтвердили, что почти 70% людей пострадали не только от термических ожогов, но от воздействия комбинированных факторов – высокой температуры плюс воздействия продуктов горения ПС.

Пенополистирол относится к группам горючести Г3 и Г4, что означает нормальногорючий и сильногорючий. Именно поэтому его рекомендуют использовать в строительстве только в качестве среднего слоя между негорючими материалами, чтобы исключить возможность воспламенения.
Но, как вы знаете, это далеко не всегда соблюдается – вспомните ту же декоративную потолочную плитку, которой, возможно, украшен потолок в вашей квартире, она сделана как раз из полистирола.

(Фото не мое, взято из интернета)

Что касается так называемых самозатухающих марок ПС, то сейчас исследователями однозначно установлено, что он лишь имеет пониженную вероятность возгорания, но при пожаре ведет себя как обычный ПС и горит с такой же интенсивностью.

Тем не менее, именно самозатухающий ПС может представлять большую опасность. Точнее, не он сам, а продукты его горения, которые образуются в результате окисления антипиренов – веществ, введенных в его состав для понижения горючести.

Антипирены, как правило, галогенорганические соединения, то есть производные хлора и брома (1-2% в пересчете на галогены). Именно «благодаря» им при пожаре образуются такие соединения как хлороводород, хлорметан, хлорфуран и печально знаменитый фосген.

Сейчас ведутся активные разработки новых антипиренов в виде добавок бора, алюминия, кремния, карбонатов, силикатов, оксидов и гидроксидов металлов, и т.д., но пока добавление хлор- и бром-производных является экономически самым дешевым способом и широко используется производителями, особенно на постсоветском пространстве.

Вот такая длинная статья получилась. Надеюсь, у вас хватило терпения дочитать ее до конца

Возможно, получилось немного сумбурно, но, надеюсь, интересно и побудило задуматься.

Для тех, кому интересно, ниже привожу список книг и статей, которыми я пользовалась при написании статьи. Все они есть в открытом доступе в интернете. Например, в системе «Гугл Академия».

Литература по теме

Любителей попривередничать заранее предупреждаю, что не оформляла список литературы согласно ГОСТам к написанию научных работ, так как не ставила себе эту цель

1. Проблема безопасности жилых помещений в условиях использования строительных материалов с полимерным компонентом. А.А. Макс, В.С. Евдошенко, С.Ю. Загороднов. Промышленная экология, 2011.
2. Эксплуатационные свойства пенополистирола вызывают опасения. Баталин Б.С., Евсеев Л.Д.
3. Нормы предельно допустимых концентраций для стройматериалов жилищного строительства. Б.В. Гусев, В.М. Дементьев, И.И. Миротворцев.
4. Экспериментальное изучение комбинированного действия основных химических загрязнителей воздуха жилых помещений – фенола, стирола и формальдегида. Голиченков А.М. НИИ общей и коммунальной гигиены им. А.Н. Марзеева, г.Киев
5. Современные теплоизоляционные материалы и особенности их применения. П.И. Горелик, Ю.С. Золотова. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
6. Вопросы экологической опасности некоторых видов строительного пенополистирола Р.С. Федюк, А.В. Мочалов, Ю.Ю.Ильинский. Дальневосточный федеральный университет
7. Пеностекло как эффективный теплоизоляционный материал для низкотемпературных объектов. Е.С. Корсаков, А.В. Шугаев
8. К вопросу пожарной опасности пенополистирола, самозатухающего в условиях окислительного пиролиза А.А. Кетов, М.П. Красновских, Н.Г. Максимович. Пермский государственный национальный исследовательский университет
9. Эксплуатационные свойства и долговечность теплоизоляционных материалов (минеральной ваты и пенополистирола). В.П. Ярцев, А.А. Мамонтов, С.А. Мамонтов. Тамбовский государственный технический университет
10. Долговечность различных марок строительного пенополистирола. Р.С. Федюк
11. Исследование долговечности пенополистирола строительного назначения. П.П. Гуюмджян, С.В.Коканин, С.В. Цыбакин. ИИ ГПС МЧС России. Вестник МГСУ, №1, 2012
12. Оценка поведения некоторых строительных материалов, используемых в быту, при пожаре А.В. Капранов, Е.Б. Аносова, Академия гражданской защиты МЧС России
13. Беспрессовые пенопласты в строительных конструкциях П. В. Годило, В. В. Патуроев, И. Г. Романенков, М. 1969
14. Пенопласты на основе фенолоформальдегидных полимеров. Р. А. Андрианов, Ю. Е. Пономарев, Ростов, 1987
15. Токсикология полимерных материалов. Шефтель В.О., Дышиневич Н.Е., Сова Р.Е., Киев, 1988
16. Токсичные компоненты пожаров. Н.Ф. Маркизова, Т. Н. Преображенская, В.А. Башарин, А. Н. Гребенюк. СПб, 2008

На этом все на сегодня. И напоследок – синичка, которая активно уничтожает кусочек несоленого сала, прибитого к перилам балкона. Одна такая отважная, остальные ее друзья-подружки боятся близко подлетать. Так что ей больше всех достанется вкусного в наши морозы, кто смел – тот и съел

До встречи в следующей статье!

Наталья Брянцева

KidsChemistry теперь есть и в социальных сетях. Присоединяйтесь прямо сейчас! Google+, В контакте, Одноклассники , Facebook, Twitter