пенопласт

История открытия пенопласта
Пенопласт был изобретен в Берлине в 1839 немецким аптекарем Эдуардом Симоном (Eduard Simon). Из стиракса, смолы Ликвидамбара дальневосточного (Liquidambar orientalis), он дистиллировал маслянистое вещество, мономер, которое он назвал стиролом. Несколько дней спустя Симон обратил внимание на то, что стирол уплотнился, по-видимому от окисления, и превратился в желе, он назвал его оксидом стирола ("Стиролоксид").

К 1845 английский химик Джон Блит и немецкий химик Август Вильхельм вон Хохман обнаружили, что то же самое преобразование стирола происходило и без кислорода. Они назвали свое вещество метастиролом. Анализ позже показал, что оно было химически идентично Стиролоксиду. В 1866 Марселин Бертелот (Marcelin Berthelot) точно идентифицировал образование метастирола из стирола как процесс полимеризации.
Liquidambar orientalis

Ликвидамбар дальневосточный

Прошло приблизительно 80 лет прежде, чем стало известно, что нагревание нагревание стирола начинает цепную реакцию, которая производит макромолекулы. Это в конечном счете привело к появлению вещества, которое сейчас называется пенопластом. В 1931 году в Людвигсхафене компания IG Farben начала производство пенопласта, надеясь, что это будет подходящая замена для отмирающих цинковых литьевых форм. Это было успешно, когда они разработали аппарат, который экструдировал пенопласт через горячую трубу и резак, производя пенопласт в форме шарика. Пенопласт такой же прочный, как чистый алюминий, но намного более гибкий.

Облицовывать дом пенопластом.

Производство пенополистирола вспененного из стиропора происходит путем вспенивания гранулята и последующим спеканием вспененных частиц.

Качество пенополистирола в значительной степени зависит от технологического оборудования. Пенополистирол с низким водопоглощением, высокими теплоизоляционными свойствами и с высокой плотностью поверхностного слоя можно получить только на самом современном оборудовании.

Пенополистирол характеризуется низкой теплопроводностью (0,027-0,040 Вт/м°С) и плотностью (15-40 кг/м?). При этом прочность пенополистирола позволяет применять его в качестве конструктивного элемента, способного нести значительные нагрузки в течение длительного времени. Прочность на сжатие при 10% линейной деформации составляет для различных марок 65-250 КПа.

Поведение пенополистирола при контакте с водой оценивается с учетом двух аспектов: водопоглощения и паропроницаемости. Пенополистирол не гигроскопичен, однако количество воды, которое может проникнуть в промежутки между гранулами, настолько мало, что его влиянием на теплопроводность можно пренебречь. Водопоглощение при погружении в воду на 7 дней составляет 0,5-1,5% от объема. Сорбционная влажность пенополистирола составляет 3-6% в массе.

Важное свойство пенополистирола - его долговечность. Он не меняет своих свойств и размеров ни при длительном контакте с водой, ни при многократных воздействиях знакопеременных температур. Пенополистирол - экологически чистый материал. Стирол, из которого он изготавливается, состоит из углерода и водорода. Пентан, применяемый в качестве порообразователя, получают из нефти. Попадая в атмосферу, он быстро разлагается на воду и углекислый газ. При горении пенополистирола образуется вода и углекислый газ, что характерно для горения других органических материалов, например, дерева. Пенополистирол обладает необходимой химической стойкостью.
До недавнего времени широкое применение в строительстве ограничивалось его горючестью. Но на сегодняшний день в строительстве применяются трудновоспламеняемые и самозатухающие марки пенополистирола, которые в Украине имеют обозначение ППСБ-С. Такие пенополистиролы содержат специальные добавки антипирены, подавляющие самостоятельное горение, которое, в этом случае, наблюдается только в прямом контакте с открытым пламенем. Если контакт с открытым пламенем прекращен, прекращается и горение пенополистирола. Капли, образующиеся от расплава, не могут служить источником дальнейшего распространения огня.

По поводу температурной стойкости пенополистирола необходимо сказать следующее: при температуре более 100°С материал начинает медленно размягчаться и усаживаться. Но в строительных конструкциях такие температуры практически не встречаются. В то же время производство вспенивающего полистирола не стоит на месте - уже появляются марки, предназначенные для рабочих температур в 110°С.

Пенополистирол не может долго противостоять воздействию ультрафиолетовых лучей. В результате длительного (около двух месяцев) солнечного облучения поверхность плит коричневеет и постепенно превращается в пыль. Перед отделкой пенополистирол должен быть тщательно очищен от этой пыли. В качестве утеплителя стен пенополистирол применяется:

*
o в системах наружного утепления "мокрого" типа;
*
o в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции;
*
o в системах с утеплителем внутри ограждающей конструкции (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные "сэндвич-панели" с металлическими обшивками).

Одно из перспективных применений пенополистирола - производство теплоизоляционных фасадных плит, представляющих собой трехслойную конструкцию из двух слоев полистиролбетона и слоя пенополистирола в качестве среднего слоя. Эти плиты производятся компанией СИМПРО (SIMPRO, Югославия) под торговой маркой СИМПРОЛИТ. Они обладают небольшой плотностью (200-250 кг/м?), благодаря чему легко монтируются на фасаде традиционным способом (клей плюс дюбели).

Кроме того, теплоизоляционные плиты из полистиролбетона обладают высокими теплофизическими и прочностными характеристиками и отличными показателями по долговечности.
В отличие от существующих систем утепления фасадов, в которых применяются минераловатные или пенополистирольные плиты, оштукатуриваемые по сетке с последующей отделкой, плиты СИМПРОЛИТ готовы к отделке сразу после закрепления на фасаде. Причем некоторые операции отделки (грунтовка, шпаклевка) могут быть частично выполнены до монтажа плит. К несомненным преимуществам данных теплоизоляционных изделий следует отнести возможность их отделки любыми фасадными материалами - от окрасочных до облицовочных.

СИМПРОЛИТ-плиты можно монтировать в любую погоду, поскольку в состав полистиролбетона, из которого они изготавливаются, входит специальная добавка, делающая плиты водонепроницаемыми, что значительно повышает долговечность и эксплуатационные характеристики не только фасада, но и здания в целом.
Широкому внедрению пенополистирола мешает отсутствие информации о методах применения пенополистирола в сертифицированных типовых узлах строительных конструкций. Это создает трудности для архитекторов и конструкторов. В последнее время ситуация начинает исправляться, производителями материала разрабатываются типовые конструктивные решения.

Краткая технология производства пенопласта

Технология производства пенополистирола.

Гранулы полистирола вспенивающегося (ПСВ), содержат пентан – легкокипящее вещество. ПСВ гранулы поставляется потребителю в виде бисерного гранулята, который может пройти фракционное деление так и без сепарации. В фракционированном гранулят вспенивающегося полистирола все гранулы имеют примерно одинаковый размер. При использовании не сепарированного гранулята размер гранул может варьировать от 0,5 до 12 мм.

Вспенивание полистирола.

Вспенивание полистирола делится на на два этапа: предварительное вспенивание и вылеживание вспененных гранул, перед их дальнейшим использованием.
Горячий водяной пар активирует пентан, содержащийся в ПСВ гранулах. Полистирол под действием температуры размягчается и начинает вспениваться, при этом гранулы увеличиваются в объеме. Первоначальный объем гранул увеличивается примерно в пятьдесят раз и насыпной вес гранул изменяется с 600гр/л до 12гр/л.
Полистирол вспенивающийся

Полистирол вспенивающийся

При вспенивании гранул полистирола вспенивающегося применяются механические активаторы ворошители, которые значительно ускоряют процесс. Размер вспененного полистирола прямо пропорционален времени и температуре водяного пара. Также на скорость получения готового материала влияют конструкция активатора ворошителя и скорость вращения лопастей. Постоянное перемешивание гранул препятствует слипанию.

Сушка вспененного материала.

Влажность вспененного полистирола составляет до 10-15%. После конденсации водяного пара и пентана в гранулах создается разряжение из-за чего они могут схлопнуться. Сжатие вспененных гранул приводит уменьшению объема готового материала и резкому росту насыпной плотности. Для предотвращения этих последствий вспененные гранулы нуждаются в тщательной просушке, для выравнивания давления внутри гранул с атмосферным и упрочнению оболочек, образовавшихся пузырей.
Диффузионное проникновение воздуха в ячейки вспененного полистирола придает материалу высокие показатели сопротивления сжатию. Чем ниже насыпная плотность материала, тем выше скорость поглощения воздуха гранулами. Для сушки вспененного полистирола используются пневмодинамические сушки транспортеры, которые позволяют высушить гранулы до остаточной влажности 5-6% при перемещении в бункер вылеживания. Во время транспортировки гранулы обдуваются подогретым до 35-40 градусов воздухом.

Вылеживание.

Для окончательной стабилизации внутреннего разряжения и достижения показателей остаточной влажности ПСВ гранул на уровне 0,5-1 % необходима выдержка материала в бункерах вылеживания. Бункера вылеживания представляют собой легкую сварную конструкцию с закрепленным мешком из воздухопроницаемой ткани.
Вспененные гранулы ПСВ находятся в бункере вылеживания около 4-12 часов в зависимости от размера гранул, насыпной плотности и остаточной влажности. Для уменьшения времени выдержки материала в бункере рекомендуется размещать участок вылежки в помещении с пониженной относительной влажностью. Значительного сокращения времени выдержки можно добиться, применив метод перекачивания гранул нагретым воздушным потоком из бункера в бункер. Время выдержки ПСВ гранул в этом случае сокращается до 2-3 часов.
Хранение вспененных гранул ПСВ.
Бункер вылеживания пенополистирола

Бункер вылеживания пенополистирола
Вспененные гранулы ПСВ после выравнивания внутреннего давления имеют достаточно стабильные характеристики, как водопоглощения так и прочности и могут храниться достаточно долго. Однако при вылежке гранул в бункерах необходимо защитить их от воздействия низких температур. При низкой температуре резко замедляется процесс сушки материала, гранулы смерзаются, что отрицательно сказывается на качестве получаемых гранул ПСВ. Температура в производственном помещении не должна опускаться ниже +8 градусов С.

Производство блоков пенополистирола.

Формовочный агрегат представляет собой стальную конструкцию прямоугольной формы с двойными стенками, внутренние стенки, перфорированные по всей поверхности для обеспечения возможности поступления пара.
Технологический цикл функционирования формовочного агрегата протекает следующим образом:
- разогрев камеры
- заполнение камеры вспененными гранулами
- первичный прогрев материала горячим паром
- вторичный прогрев гранул паром
- удаление формованного блока пенопласта
- охлаждение.

Резка блока на листы.

По завершению вызревания блок подлежит резке на листы различной толщины.
Стол для резки пенопласта

Стол для резки пенопласта
Резка готовых блоков производится на специальных установках с помощью разогретых струн нихрома диаметром 0,5 мм. Выполняется резка блока по высоте от 0 до 400 мм. Присутствие незначительного количества дыма вызвано неверной установкой скорости реза и температуры струны. Скорость резки установки определяется плотностью, шириной реза и диаметром струны, которые в этом случае составляют 0,5 мм.
При резке пеноласта необходимо соблюдать противопожарные меры предосторожности.

Краткая технология изготовления карбамидного пенопласта (пеноизола, юнипора)

Карбамидный пенопласт производят методом вспенивания вспенивающе-отверждающего агента (пенообразователь + кислота) в пеногенераторе сжатым воздухом, последующего его смешивания в смесителе с полимерной смолой. В качестве исходного сырья применяют дешевые недефицитные компоненты. К емкости с пенообразующим раствором, смолой, водой присоединяют воздушный компрессор. Путем смешивания в необходимой пропорции пенообразователя и отвердителя получают готовый пенообразующий раствор.

Через выходное отверстие по шлангу подается готовый раствор в виде жидкой пены. Вспененная масса заливается в форму, где отвердевает в течение 3-4 часов. После чего форма раскрывается и отвердевшая масса нарезается на плиты необходимых размеров. Режется без нагрева ножом, струной, проволокой. Затем плиты высушивают в естественных условиях в течение 1-3 суток. После этого утеплитель готов к применению.

Не затвердевший пеноизол обладает достаточно высокой текучестью, что дает возможность заливать его непосредственно в воздушные полости, оставляемые в кирпичной кладке при строительстве. Это же свойство делает его незаменимым при теплоизоляции уже построенных зданий (с воздушной полостью), так как пеноизол единственный теплоизоляционный материал, обладающий необходимыми для этого свойствами. В отличии от пенополиуретана — пеноизол не увеличивается в объеме (первый попросту распирает стену), а также он в несколько раз дешевле.

Благодаря низкой себестоимости компонентов обеспечивается низкая стоимость конструкции, при высоком качестве теплоизоляции, примерно в 4 раза сокращаются сроки выполнения работ. С применением этого материала дальнейшее развитие получают облегченные конструкции.

Нормы расхода сырья (при производстве 1 м3 пеноизола марки М-15)

Компонент

Расход, кг

Смола карбамидная

20

Ортофосфорная кислота

0,4

Пенообразователь

0,1

Вода

24,5

Для изготовления пенопластов рекомендуются карбамидоформальдегидные смолы марок КФ-МТ (малотоксичная) КФ-Ж (повышенной жизнеспособности), ВПС-Г и др. Отличительное свойство карбамидоформальдегидной смолы КФ-Ж заключается в том, что она более реакционноспособна, т. е. для ее отверждения требуется меньшее количество катализатора.

В качестве пенообразователя используется алкилбензолсульфокислота (АБСК). Мы рекомендуем использовать АБСК производства компании LG (Корея). Невысокая цена (44 руб. за кг) при хороших показателях качества пенообразователя.

В качестве катализатора отверждения используется соляная или ортофосфорная кислоты. Рекомендуем использовать ортофосфорную кислоту. Она, в отличии от соляной, практически не имеет запаха (соляная выделяет хлороводород) и более концентрированна.

Для снижения хрупкости, усадки и улучшения структурообразования пенопласта в состав смоляной композиции вводят модифицирующие добавки в виде резорцина и синтетического латекса. А также используются пластификаторы, например, глицерин и др.