Блог

Как получают пенополистирол

Полистирол — полимер, обладающий высокой твёрдостью и хорошими диэлектрическими свойствами, проявляет химическую устойчивость по отношению к большинству щелочей и кислот [1]. На основе полистирола производят АБС-пластики [2] и важный в строительстве материал — пенополистирол.

Интересно, что впервые стирол был получен из природного сырья еще в XIX веке. До запуска производства хорошо нам знакомого вспененного полистирола оставалось чуть больше ста лет.

История появления пенополистирола

Всё началось в 1839 году в Берлине во время химических экспериментов Эдуарда Саймона с экстрактами растений. Из смолы лиственного дерева Liquidambar orientalis ему удалось выделить маслянистую жидкость, которая получила название стирол. Через несколько дней оказалось, что раствор сгустился и превратился в желеобразную массу. Спустя время было доказано, что этот эффект возникает вследствие процесса полимеризации стирола, который может начинаться в том числе при нагревании [2].

Промышленное производство полистирола началось в Германии в 1931 году фирмой I. G. Farben, ставшей впоследствии частью известного транснационального концерна BASF. Там же впервые стали выводить полистирол из реактора через экструдеры и резать на гранулы [2].

В 1949 году в Германии предложили способ производства вспененного полистирола — в массу полимера вводились лёгкие углеводороды типа пентана, которые при нагревании испарялись. При этом получались лёгкие гранулы с порами внутри. Они использовались как сырьё для обработки методами литья или экструзии [2]. Это и был пенополистирол, также известный в обиходе как пенопласт.

Получение полистирола (полимеризация стирола)

Полимеры и сополимеры стирола могут быть получены различными способами: блочным, суспензионным, эмульсионным, в растворителях и методом механохимии [3]. Сейчас в основном конкурируют между собой суспензионный и блочный способы. В результате полимеризации получается материал высокой твёрдости и термостойкости [4].

Суспензионная полимеризация является наиболее экологичной, на ней основаны ведущие мировые технологии производства полистирола [5]. Этим способом можно получить полистирол любых видов.

Основные виды полистирола

По своим качественным признакам полистирол делится на три типа:

  • Общего назначения. Представляет собой продукт полимеризации стирола блочным, суспензионным или эмульсионным методом. Прозрачный, бесцветный. Предназначен для изготовления изделий различными методами термоформования [4].
  • Ударопрочный. Непрозрачный бесцветный материал. Для его получения стирол полимеризуется совместно с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком, который и придаёт конечному продукту ударопрочность. Основные методы переработки такого полистирола — литьё под давлением и экструзия листа с последующим пневмо- или вакуумным формованием [4].
  • Вспенивающийся (вспененный). Получается после смешивания массы расплава полимера со вспенивающими агентами и последующего нагрева. Вспенивающие агенты выкипают из полимера при невысоких температурах, в результате чего получаются лёгкие гранулы [2].

Из полистирола изготавливают коробки для дисков, корпуса электронной техники, пищевую упаковку и многие другие предметы, прочно прижившиеся в современном быту. Наибольшее применение в промышленности имеет вспененный полистирол, из которого изготавливают универсальный, эффективный и недорогой строительный утеплитель. Восемь из десяти частных домов в Европе утеплены именно пенополистирольными плитами [2].

Внутри каждого типа полистирола может быть несколько разновидностей. Чтобы в них разобраться, вводится маркировка, которую легко расшифровать.

Маркировка вспененного пенополистирола

Вспененный пенополистирол выпускают двух типов [6]:

  • ПСВ тип SЕ (ЕРS SЕ) — самозатухающий. Предназначен для использования в производстве плит для изоляции шагового шума, для изготовления теплоизоляционных плит и других технических изделий.
  • ПСВ тип LР SЕ (ЕРS LР SЕ) — самозатухающий, с пониженным содержанием пентана. Предназначен для изготовления теплоизоляционных плит высокой плотности и сложной формы, с высокой механической прочностью и формованных фасонных изделий сложной формы.

Оба типа обязательно содержат присадки для защиты от воспламенения — антипирены.

Условное обозначение вспененного полистирола состоит из [6]:

  • наименования материала (например, «АЛЬФАПОР» ПСВ);
  • буквенного обозначения типа SЕ, LР SЕ;
  • цифрового обозначения марки;
  • номера ТУ, по которым произведён пенополистирол, включая год их утверждения и имеющиеся изменения.

Пенополистирол сначала представляет собой гранулы, которые в процессе переработки наполняют пентаном и подогревают паром. Переход пентана в летучее состояние заставляет гранулы раздуваться, увеличиваясь в 20–50 раз. Ячейки в получившихся шариках наполняются воздухом, а затем склеиваются под воздействием пара. Конечный продукт представляет собой материал, на 98% состоящий из воздуха и лишь на 2% — из пластика. Шарики удерживаются между собой без химических связующих, что обеспечивает материалу высокую экологичность [7].

Список источников

  1. Описание и марки полимеров — Полистирол. Свойства полистирола // Журнал «Полимерные материалы». — URL: http://www.polymerbranch.com/catalogp/view/5.html&viewinfo=2 (дата обращения: 13.10.2022).
  2. Костин А. А. Популярная нефтехимия // Москва. — ЛомоносовЪ. — 2013. — С. 65, 67, 69-70. — URL: https://www.sibur.ru/upload/iblock/d38/d382a7df6963f6feedd0b72a0c61cfd3.pdf (дата обращения: 13.10.2022).
  3. Санитарные правила для производства полимеров и сополимеров стирола // Сборник важнейших официальных материалов по санитарным и противоэпидемиологическим вопросам. — Том 1. — С. 184-185. — Электронный ресурс: Система нормативных документов МЕГАНОРМ. — URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293723/4293723107.pdf (дата обращения: 13.10.2022).
  4. Описание и марки полимеров — Полистирол. Общие сведения // Журнал «Полимерные материалы». — URL: http://www.polymerbranch.com/catalogp/view/5.html (дата обращения: 13.10.2022).
  5. Култыгина Наталья. Состояние и перспективы развития производства вспенивающегося полистирола и АБС-пластиков в ОАО «СИБУР Холдинг» // Материалы VI Международной конференции «Полистирол и АБС-пластики 2009». — С. 3. — URL: http://www.creon-conferences.com/upload/iblock/e29/sostoyanie%20%20i%20perspektivy%20razvitiya%20proizvodstva%20psv%20i%20abs-plastikov%20v%20oao%20sibur%20holding.pdf (дата обращения: 13.10.2022).
  6. ТУ 2214-019-53505711-2010. Полистирол вспенивающийся (ПСВ). Технические условия // Электронный ресурс: Официальный сайт производителя пенополистирола АЛЬФАПОР. — URL: https://alphapor.ru/upload/ТУ%202214-019-53505711-2010%20на%20ПСВ%20(переиздание%20с%20изм.%201-5).pdf (дата обращения: 13.10.2022).
  7. Производственные мощности вспенивающегося полистирола ALPHAPOR запущены холдингом СИБУР в 2010 году в Перми // Электронный ресурс: Официальный сайт производителя пенополистирола Альфапор. — URL: https://alphapor.ru/production/ (дата обращения: 13.10.2022).

Для чего нужен пенополистирол

28.11.2022 1158

Пенополистирол (ППС/EPS) — экологически чистый материал из полимерного сырья, разновидность ячеистой пластмассы. Массово используется в быту и на производстве, но ключевое его применение — в строительстве в качестве теплоизоляционных плит и изделий. Пенополистирол производится на основе полистирола вспенивающегося (ПСВ) и не и­­­­­меет аналогов по соотношению «цена/качество».

Виды и способы производства пенополистирола

Существует два наиболее популярных типа полимерных теплоизоляционных материалов: вспененный полистирол (ППС, на мировом рынке — EPS, expanded polystyrene) и экструдированный полистирол (ЭППС, на мировом рынке — XPS, extruded polystyrene). В данной статье речь пойдёт в основном о вспененном полистироле.

Технология вспенивания состоит в:

  • Наполнении гранул полистирола пентаном (безвредным конденсатом природного газа). 

  • Подогревании их паром — при этом шарики полистирола увеличиваются в размерах до 50 раз.

  • Спекании вспененных гранул, придание формы готовому изделию в специальных блок-формах.

В результате простых физических процессов получается лёгкий, прочный материал с закрытой ячеистой структурой, плотность которого составляет 10–45 кг/м3 [1]. Его нарезают по стандартным или индивидуальным размерам в зависимости от пожеланий заказчика.

Наиболее выгодное решение по характеристикам «цена/качество» можно подобрать с использованием ППС разной плотности [1]. Чем ниже плотность материала, тем он дешевле.

Марки низкой плотности 10–15 кг/м3 используются для утепления в среднем слое ненагружаемых конструкций [1, 2].

  • Марки плотностью 13 и 16 кг/м3 с литерой Ф используются для утепления вертикальных ограждающих конструкций с наружными штукатурными слоями [1, 2].

  • Марки средней плотности 15–23 кг/м3 пригодны для умеренно нагружаемых поверхностей (плоские кровли, полы) [1, 2].

  • Плотные марки свыше 20кг/м3 выдерживают высокие нагрузки. Они применяются для эксплуатируемых полов и кровель, фундаментов, цокольных этажей, полов подвалов [1, 2].

Физические и химические свойства пенополистирола

Пенополистирол представляет собой материал белого цвета с жёсткой ячеистой структурой. На 98% он состоит из воздуха и на 2% — из полистирола [3]. Ему свойственны:

  • Влагостойкость. При взаимодействии с водой за 24 часа он впитывает не более 4% влаги [1].

  • Прочность. Пенополистирол имеет прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации не менее 40–250 кПА для разных марок [1].

  • Гибкость. Предел прочности при изгибе — не менее 60–350 кПА для разных марок [1].

  • Низкая теплопроводность [1].

Пенополистирол имеет низкую растворимость в воде и жирах. Растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, сероуглероде и кетонах [4]. В нормальных условиях химически стабилен [4].

Преимущества пенополистирола

Это податливый материал. Как правило, он не требует сложного обрабатывающего оборудования.

  • Малый вес помогает снизить затраты на транспортировку.

  • Низкая теплопроводность позволяет использовать пенополистирол в качестве эффективного утеплителя [5].

  • Отличные амортизирующие свойства ценятся в упаковочной промышленности.

  • Удобство в обработке и монтаже даёт широкие возможности применения в частном строительстве.

  • Биологически нейтральный пенопласт не представляет питательной ценности для грызунов, устойчив к грибку и плесени [5].

  • В процессе производства не задействуются токсичные или ядовитые вещества [6].

Качественный пенополистирол при соблюдении правил эксплуатации служит не менее 80 лет при температурах ±80 °С [5].

Пенополистирол для строительства изготавливают с использованием специальных добавок, антипиренов, повышающих его огнестойкость. Это позволяет ему затухать самопроизвольно максимум за 4 секунды в отсутствие источника открытого огня [1].

Способы обработки

Это податливый материал. Как правило, он не требует сложного обрабатывающего оборудования.

  • Пенополистирол можно клеить, резать и сверлить на станках и при помощи ручных инструментов. Это делает его популярным не только в промышленности, но и в быту.

  • При изготовлении сложных изделий используется лазерная 3D-резка или резка горячей струной с последующей обработкой поверхностей.

  • На готовые изделия из пенополистирола могут быть нанесены армирующие и декоративные покрытия, краски и лаки без растворителей, печать.

Вторичная переработка пенополистирола при помощи прессования, литья и экструзии позволяет получать изделия, не уступающие по качеству новым.

Область применения пенополистирола

Пенополистирол используют в следующих сферах:

  • Производство предметов интерьера.

  • Упаковка для мебельной промышленности.

  • Машиностроение (к примеру, создание расходуемых моделей для литья).

  • Водный транспорт (изготовление спасательных жилетов, а также плавучих элементов понтонов, пристаней, бакенов).

  • Производство тепло- и звукоизоляционных плит.

  • Изготовление интерьерного и фасадного декора.

  • Пчеловодство (изготовление ульев).

Также этот материал находит применение при создании рекламных конструкций, арт-объектов и театральных декораций.

Также этот материал находит применение при создании рекламных конструкций, арт-объектов и театральных декораций.

Список источников

  1. ГОСТ 15588-2014 «Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия» с изменениями №1 // URL:https://epsrussia.ru/uploads/docs/GOST_15588-2014_Plity_penopolystyrolnye_teploizoliac_Technicheskie_uslovia_s_Izmen_N-1_Oficial_izdanie.pdf (дата обращения: 02.11.2022).

  2. Alphapor.ru. Официальный сайт Альфапор. Пенополистирол — что такое хорошо и что такое плохо? — 13.09.2017. — URL:https://alphapor.ru/publications/penopolistirol-chto-takoe-khorosho-i-chto-takoe-plokho.php (дата обращения: 11.10.2022).

  3. Alphapor.ru. Официальный сайт Альфапор. Производственные мощности вспенивающегося пенополистирола ALPHAPOR запущены холдингом Сибур в 2010 году в Перми. — URL:https://alphapor.ru/production/ (дата обращения: 11.10.2022).

  4. Alphapor.ru. Официальный сайт Альфапор. Паспорт безопасности химической продукции. Полистирол вспенивающийся (ПСВ) «Альфапор». — URL:https://alphapor.ru/upload/iblock/991/99113bb4769e18400a0f78d25bb0d389.pdf (дата обращения: 11.10.2022).

  5. Epsrussia.ru. Официальный сайт Ассоциации производителей пенополистирола. Свойства пенополистирола. — URL:https://epsrussia.ru/penopolistirol/svojstva.php (дата обращения: 11.10.2022).

  6. Epsrussia.ru. Официальный сайт Ассоциации производителей пенополистирола. Экологическая и пожарная безопасность пенополистирола. — URL:https://epsrussia.ru/penopolistirol/ecologicheskaya-i-pogarnaya-bezopasnost.php (дата обращения: 11.10.2022).

Области применения пенополистирола

07.12.2022 4945

Пенополистирол (вспененный полистирол, ППС/EPS) — уникальный по спектру применения и соотношению «цена/качество» материал. Его используют как утеплитель, упаковку, отделочный материал и даже как средство воплощения художественных замыслов.

Массово применять пенополистирол начали в середине XX века [1], и новые возможности его использования открываются постоянно.

Строительство и дорожные работы

В строительстве основное применение пенополистирола — утеплитель для стен, полов, кровель. Выбирают его также для балконов и лоджий.

ГОСТ 15588-2014 регламентирует способ использования пенополистирола «в качестве среднего слоя строительной ограждающей конструкции» [2]. Это значит, что ППС изолируется от контакта с воздухом другими материалами. Температура изолированных поверхностей должна составлять не выше +80 °С [2]. С помощью энергоэффективных конструкций на основе пенополистирола можно значительно снизить энергопотери.

Пенополистирольные плиты применяются не только для домов, но и в дорожном строительстве для создания насыпей на слабых грунтах, в качестве теплоизоляционного материала на автомобильных, железных дорогах, взлётных полосах.

Используется материал и в метро — например, в московском метрополитене на станции «Боровское шоссе».

Упаковочная отрасль

Товары массового потребления. Высокие прочностные и амортизационные качества, лёгкость пенополистирола делают его идеальным материалом для упаковки. С его помощью можно сохранить в целости:

  • электронику и бытовую технику, в том числе крупногабаритную;
  • предметы интерьера, включая мебель;
  • изделия из стекла и фарфора.

Упаковка из пенополистирола защищает груз от вибраций, трясок и ударов, влажности, перепадов температур.

Пищевая продукция. Пенополистирол непривлекателен для микроорганизмов. В нём отсутствуют химические примеси. Эти качества, а также лёгкость и термоизолирующие свойства делают этот материал идеальным для пищевой упаковки и одноразовой посуды. В Европе с 2009 г. вспененный полистирол — единственный вид полистиролов, разрешённый к контакту с пищей [3].

Товары для системы здравоохранения. В медицине и фармацевтике — одних из самых требовательных отраслей — широко применяются ударопрочные контейнеры и сложные формы из пенополистирола. Дорогостоящие вакцины, препараты и даже донорские органы доставляются в идеальном состоянии прямо в кабинет врача. Безопасность этих жизненно необходимых объектов гарантирует упаковка из пенополистирола.

Машиностроение

В этой отрасли есть несколько направлений применения пенополистирола:

  • Литьё по газифицированным моделям [4]. Технология состоит в создании модели из пенополистирола, идентичной нужной детали, и в её выжигании расплавленным металлом в ходе операции литья.
  • Утепление в вагоностроении [5].
  • Упаковка.

Сельское хозяйство

Термоизолирующие свойства пенополистирола и отсутствие условий для размножения микроорганизмов на его поверхности ценят не только люди.

Пчеловодство. «Главное преимущество ульев из пенопласта — они сохраняют тепло. Это значит, что пчёлы меньше болеют, соответственно, не требуется никаких препаратов для их лечения. В деревянных ульях, чтобы спасти семью, пчеловоды вносят в улей всё, что только можно, — от антибиотиков до запрещённых боевых отравляющих веществ, чтобы бороться с болезнями, паразитами и т. д. А так как мёд и воск — это прекрасные абсорбенты, то всё, что мы поместим в улей, моментально оказывается в мёде. Раньше Россия была крупнейшим экспортером мёда в мире, сейчас наш мёд не покупает почти никто, любая проба показывает в нём наличие антибиотиков. С ульями из пенопласта этого не требуется, у нас природное, естественное развитие семьи», — комментирует свойства пенополистирола Николай Николаевич Смирнов, профессор СПбГАУ, пчеловод, генеральный директор группы компаний «Апирусс». И добавляет: «Толщина стенки улья из пенопласта эквивалентна 30 см сухой древесины, то есть не надо к улью строить специальный зимовник, а это дорогостоящее и тяжёлое сооружение. Такой улей лёгкий, его можно переносить, с ним легко работать. В этом улье пчёлы прекрасно зимуют, быстро развиваются и дают мёда в два раза больше, чем “в дровах”».

Садоводство. Пенополистирол используется для разрыхления почвы: он доступнее специальных наполнителей и качественного песка. Пенополистирольная крошка — превосходный материал, гарантирующий нужное состояние почвы и дыхание корней растений. Пенопластовые листы, оставшиеся от работ по теплоизоляции дома, можно использовать для сохранения роз и других кустовых цветов. Цветы предварительно связываются в пучок, на него надевается лист пенопласта с вырезанным отверстием. Просветы закрываются мелкими кусочками того же пенопласта. Если такой удобной упаковки не хватает на все розы, остальные закладываются отдельными кусочками. Свойства пенопласта помогают сохранять корни растений от промерзания и позволяют почве дышать.

Выращивание зелени по европейским технологиям. В тепличных условиях можно ежемесячно собирать урожай при посадке зелени в лотки из пенополистирола. Они многоразовые — это способствует сохранению окружающей среды.

Отделочные и художественные работы

Пенополистирол широко применяется для имитации лепнины в интерьере и наружной отделке зданий. Это обусловлено:

  • Однородностью материала [6]. Это качество позволяет добиться ровной поверхности реза и достичь высокого качества готовых изделий.
  • Малым весом готовых декоративных элементов. Они являются удачной альтернативой тяжёлым изделиям из гипса и бетона, которые дают лишнюю нагрузку на стены.

Изящные портики, капители колонн, оконные и дверные элементы из пенополистирола открывают пространство для разнообразных дизайнерских экспериментов.

Современные художники также охотно используют пенополистирол. Он лёгкий, гибкий, прочный, обладает достаточной теплостойкостью, хорошо пропускает свет, поддаётся обработке и окрашиванию. Доступность и возможность переработки [7] делают его идеальным материалом для творчества.

Список источников

  1. Alphapor.ru Официальный сайт производителя пенополистирола Альфапор. Всё об утеплении. — URL: https://alphapor.ru/all_of_warming/ (дата обращения: 11.10.2022).
  2. ГОСТ 15588-2014 «Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия» с изменениями №1 // URL: https://epsrussia.ru/uploads/docs/GOST_15588-2014_Plity_penopolystyrolnye_teploizoliac_Technicheskie_uslovia_s_Izmen_N-1_Oficial_izdanie.pdf (дата обращения: 11.10.2022).
  3. Epsrussia.ru. Официальный сайт Ассоциации производителей пенополистирола. Свойства пенополистирола. — URL: https://epsrussia.ru/penopolistirol/svojstva.php (дата обращения: 11.10.2022).
  4. Точное литьё. Технология, оборудование, экология // Оборудование Разработки Технологии. — № 7–9 (91–93). — Июль – сентябрь 2014. — с. 44. — URL: http://www.obo-rt.ru/arhiv/7-9-2014.pdf (дата обращения: 11.10.2022).
  5. ОСТ 301-05-202-92Е «Полистирол вспенивающийся. Технические условия». Приложение 3 // Журнал «Охрана труда». — URL: https://ohranatruda.ru/ot_biblio/norma/245058/ (дата обращения: 11.10.2022).
  6. Epsrussia.ru. Официальный сайт Ассоциации производителей пенополистирола. Как определить качество. — URL: https://epsrussia.ru/stroitelu/kak-opredelit-kachestvo.php (дата обращения: 11.10.2022).
  7. Пенополистирол. Тёплое дыхание вашего дома // Брошюра. — с. 5. — Официальный сайт Альфапор. — URL: https://alphapor.ru/broshuri/alfapor_a5_min.pdf (дата обращения: 11.10.2022).