Затраты на отопление наших домов в холодное время года очень значительны, а постоянно растущая стоимость энергоснабжения увеличивает эти затраты из года в год. Знаете ли вы, что в холодную погоду тепло буквально испаряется из вашего дома, а теплопотери не просто велики — они колоссальны! Сегодня большинство зданий в России, не защищенных изоляционными материалами, теряют около 600 гигакалорий тепла с каждого квадратного метра, в то время как в Германии или США с квадратного метра жилья расходуется всего 40 гигакалорий. Получается, что домовладельцы на самом деле платят за отопление улицы, а вовсе не за свои дома … Утепление стен здания снаружи плитами из пенополистирола может решить проблему теплопотерь — но все ли так просто с этим теплоизолятором?
История пенополистирола
Все началось в 1839 году, когда немецкий фармацевт Эдуард Симон, экспериментируя со стираксом (смолой Liquidambar orientalis), случайно получил стирол. Немного поэкспериментировав со своим открытием, фармацевт обнаружил, что полученное им маслянистое вещество конденсируется само по себе, превращаясь в подобие желе. Саймон не видел практической цели в открытии стирола — он назвал желеобразный стирол оксидом стирола и прекратил дальнейшие исследования.
В 1845 году стиролом заинтересовались химики Блайт и фон Хоффманн — англичанин и немец провели собственные исследования, обнаружив, что это вещество становится желеобразным без кислорода. Химики назвали полученный ими желеобразный стирол метастиролом. 21 год спустя французский химик Марселин Бертло дала точное название процессу уплотнения стирола — полимеризация.
В 1920-х годах немецкий химик Герман Штаудингер сделал эпохальное открытие — нагревание стирола вызывает цепную реакцию, в ходе которой образуются длинные цепочки макромолекул. Именно открытие Штаудингера привело к производству полимеров и пластмасс, за которое он получил Нобелевскую премию в 1953 году.
Первый синтез стирола был проведен исследователями американской компании «The Dow Chemical Company», промышленное производство полистирола одним из первых запустила компания «BASF» — в 1930 году ее инженеры разработали технологию получения полимеризованного стирола. В 1949 году компания получила патент на производство полистирольных шариков, вспененных пентаном — сама идея этого изобретения принадлежит инженеру-химику Фрицу Стасни. На основании этого патента в 1951 году BASF начинает промышленное производство теплоизолятора под торговой маркой Styropor, который выпускается до сих пор. Кстати, утепление квартир киев вы можете заказать на страницах специализированного сайта.
Технология производства пенополистирола
Сырьем для производства всех видов пенополистирольной изоляции является гранулированный полистирол, а для образования ячеек используется пенообразователь. В технологическом процессе получения пенополистирола существует несколько стадий:
- гранулы полистирола засыпают в бункер предварительного вспенивания, где они набухают и приобретают сферическую форму. Для получения теплоизолятора меньшей плотности операцию вспенивания повторяют несколько раз, каждый раз достигая все большего размера шарика, чтобы уменьшить фактический вес пенополистирола;
- Каждая операция вспенивания сопровождается помещением вспененных гранул в специальный бункер, где надутые полистирольные шарики хранятся от 12 до 24 часов. В течение этого периода давление внутри них стабилизируется, а при производстве методом суспензионной полимеризации их еще и сушат;
- после завершения заданного количества операций вспенивания и выдерживания периода выдержки шарики из пенополистирола помещают в формовочную установку, где под действием горячего пара формируется блок из пенополистирола. Зажатые в узкой форме, расширяющиеся под воздействием пара, вспененные гранулы прилипают друг к другу, сохраняя свою форму после охлаждения и извлечения из формы;
- на последнем этапе блоки из пенополистирола, часто имеющие внушительные размеры, должны быть разрезаны до заданных размеров. Но сначала блок из формовочной установки помещается на временное хранение, которое длится около 24 часов. Дело в том, что под воздействием пара пенополистирольный блок набирает избыточную влагу, и выполнить равномерную резку во влажном состоянии пенополистирола не получится, потому что избежать переломов не удастся. После высыхания пенополистирольный блок разрезается вертикально или горизонтально машинной пилой.
Существует два основных метода производства пенополистирола — суспензионная полимеризация и поляризация в массе. Технология суспензионной полимеризации основана на неспособности воды растворять виниловые полимеры. На стадии вспенивания гранулы стирола засыпают в автоклавные реакторы объемом до 50 м 3, заполненные деминерализованной водой с растворенными в ней инициатором полимеризации и стабилизатором эмульсии. Полимеризация происходит при постоянном давлении, с равномерным повышением температуры от начальных 40 до максимальных 130 oC — весь процесс занимает около 14 часов. Вспененный полимер извлекают из реактора вместе с водной суспензией, отделяют от него в центрифуге, затем промывают водой и подвергают стадии сушки. Основными преимуществами этой технологии являются постоянное перемешивание полимерных гранул внутри реактора во время полимеризации, эффективное распределение и отвод тепла, что приводит к значительному сроку хранения вспененного полимера.
Технология массовой полимеризации осуществляется по-другому — отсутствует вода, процесс полимеризации непрерывный и происходит при более высоких температурах. В серии смесителей-реакторов, соединенных последовательно друг с другом, при температуре от начальных 80 до конечных 220 oC происходит вспенивание гранул полистирола. Полимеризация считается состоявшейся и завершенной, если расплавлено от 80 до 90% исходного стирола. При создании вакуума в последнем реакторе колонного типа удаляют непрореагировавший стирол, затем в расплав вводят антипирены, красители, стабилизаторы и другие добавки, в результате чего полимер гранулируется. Непрореагировавший и восстановленный стирол используется для следующей заливки. Довести процесс полимеризации сырья до получения более 90% пенополистирола по этой технологии крайне сложно, поскольку скорость реакции довольно высока, и отсутствует возможность отвода тепла.