Expandovaný polystyren je plynem plněný materiál získaný z polystyrenu a jeho derivátů a také z kopolymerů styrenu . Expandovaný polystyren je rozšířený typ polystyrenu , který se obvykle nazývá v každodenním životě. Obvyklá technologie výroby pěnového polystyrenu je spojena s počátečním plněním styrenových granulí plynem, který je rozpuštěn v polymerní hmotě. Následně se hmota zahřívá párou. Přitom dochází k mnohonásobnému zvětšení objemu počátečních granulí, dokud nezaberou celý blok a slinují dohromady. V tradiční polystyrenové pěně se k plnění granulí používá zemní plyn , který je vysoce rozpustný ve styrenu, v ohnivzdorných verzích pěnového polystyrenu jsou granule plněny oxidem uhličitým [1] . Existuje také technologie pro získávání vakuového pěnového polystyrenu, ve kterém není žádný z plynů.
První pěnový polystyren byl vyroben ve Francii v roce 1928 [2] . Průmyslová výroba pěnového polystyrenu začala v roce 1937 v Německu [3] . V SSSR byla výroba pěnového polystyrenu (třída PS-1) zvládnuta v roce 1939 [4] , třídy PS-2 a PS-4 - v roce 1946 [5] , třídy PSB - v roce 1958 [6] V roce 1961 v r. SSSR byla zvládnuta technologie výroby samozhášecího pěnového polystyrenu (PSB-S) [7] . Pro stavební účely se expandovaný polystyren značky PSB začal vyrábět v roce 1959 v závodě Mytishchi Stroyplastmass.
K výrobě pěnového polystyrenu se nejčastěji používá polystyren. Dalšími surovinami jsou polymonochlorstyren, polydichlorstyren a také kopolymery styrenu s dalšími monomery: akrylonitrilem a butadienem . Nadouvadly jsou nízkovroucí uhlovodíky ( pentan , isopentan , petrolether , dichlormethan ) nebo nadouvadla ( diaminobenzen , dusičnan amonný , azobisisobutyronitril ). Kromě toho desky z pěnového polystyrenu obsahují retardéry hoření (třída hořlavosti G1), barviva, změkčovadla a různá plniva.
Značná část výsledného pěnového polystyrenu se vyrábí napěněním materiálu parami nízkovroucích kapalin. K tomu se používá suspenzní polymerační proces v přítomnosti kapaliny, která je rozpustná v původním styrenu a nerozpustná v polystyrenu, jako je pentan, isopentan a jejich směsi. V tomto případě se tvoří granule, ve kterých je nízkovroucí kapalina rovnoměrně rozptýlena v polystyrenu. Dále jsou tyto granule vystaveny zahřívání párou, vodou nebo vzduchem, v důsledku čehož se výrazně zvětšují - 10-30krát. Výsledné odměrné granule se slinují za současného lisování výrobků.
Expandovaný polystyren, který byl získán napěněním nízkovroucí kapaliny, je materiál sestávající z jemnobuněčných granulí slinovaných dohromady. Uvnitř granulí expandovaného polystyrenu jsou mikropóry, mezi granulemi jsou dutiny. Mechanické vlastnosti materiálu jsou určeny jeho zdánlivou hustotou: čím je vyšší, tím je větší pevnost a tím nižší je absorpce vody, hygroskopicita, propustnost pro páry a vzduch.
Expandovaný polystyren se nejčastěji používá jako tepelně izolační a konstrukční materiál. Oblasti použití: stavebnictví, stavba automobilů a lodí, stavba letadel. Jako obalový a elektroizolační materiál se používá poměrně velké množství pěnového polystyrenu.
Expandovaný polystyren je schopen absorbovat vodu při přímém kontaktu [22] . Průnik vody přímo do plastu je menší než 0,25 mm za rok [23] , proto absorpce vody pěnovým polystyrenem závisí na jeho strukturních vlastnostech, hustotě, technologii výroby a délce doby nasycení vodou. Nasákavost extrudované polystyrenové pěny ani po 10 dnech pobytu ve vodě nepřesahuje 0,4 % (objemově), což vede k jejímu širokému použití jako ohřívače pro podzemní a podzemní stavby (silnice, základy) [24] .
Expandovaný polystyren je materiál s nízkou paropropustností [25] [26] .
GOST 15588-2014 stanoví paropropustnost nejméně 0,05 mg / mchPa. Ve skutečnosti záleží na hustotě pěnového polystyrenu. Expandovaný polystyren značky PSB-15 (PSB-S-15) má paropropustnost 0,035 mg/(m•h•Pa) a PSB-35 0,03 mg/(m•h•Pa). Ve většině případů to umožňuje tepelné konstrukci z ní odstranit vlhkost a vysušit ji v přítomnosti parotěsné membrány na straně místnosti, ale každý takový konkrétní model vyžaduje výpočet na tepelném kalkulátoru se simulací zvlhčování jako SmartCalc nebo jeho ekvivalent.
Navzdory tomu, že na pěnový polystyren nepůsobí houby, mikroorganismy a mechy, v některých případech jsou schopny na jeho povrchu vytvářet své kolonie [27] [28] [29] [30] .
Polystyren je schopen jíst a trávit moučné červy [31] [32] [33] .
Hmyz se může usadit v polystyrenové pěně, vybavit ptačí hnízda a hlodavce. Problém poškozování struktur pěnového polystyrenu hlodavci je předmětem mnoha studií. Podle výsledků testů pěnového polystyrenu na šedých krysách, domácích a polních myších bylo zjištěno:
Výsledky pokusů na potkanech a myších také ukázaly závislost na modifikaci pěnového polystyrenu, zejména extrudovaný pěnový polystyren je v menší míře poškozován hlodavci.
Jedním ze způsobů, jak zjistit trvanlivost pěnového polystyrenu, je střídavý ohřev na +40 °C, ochlazení na -40 °C a máčení ve vodě. Každý takový cyklus se rovná jednomu podmíněnému roku provozu. Tvrdí se, že trvanlivost výrobků vyrobených z pěnového polystyrenu podle této zkušební metody je minimálně 60 let [34] , 80 let [35] .
Expandovaný polystyren není příliš odolný vůči rozpouštědlům. Je snadno rozpustný v původním styrenu, aromatických uhlovodících ( benzen , toluen , xylen ), chlorovaných uhlovodících ( 1,2-dichlorethan , tetrachlormethan ), esterech , acetonu , sirouhlíku . Zároveň je nerozpustný v alkoholech , alifatických uhlovodících a etherech .
Vysokoteplotní fáze destrukce pěnového polystyrenu je dobře a důkladně prozkoumána. Začíná při +160 °C. Se zvýšením teploty na +200 °C začíná fáze tepelně-oxidační degradace. Nad +260 °C převládají procesy tepelné degradace a depolymerace. Vzhledem k tomu, že polymerační teplo polystyrenu a poly-'''α''-methylstyrenu je jedno z nejnižších ze všech polymerů, dominuje v jejich degradačních procesech depolymerace na výchozí monomer, styren [36] .
Modifikovaný pěnový polystyren se speciálními přísadami se liší stupněm vysokoteplotní destrukce podle certifikační třídy. Modifikované pěnové polystyreny, certifikované ve třídě G1, se vlivem vysokých teplot nerozpadají o více než 65 %. Třídy modifikovaných polystyrenových pěn jsou uvedeny v tabulce v části požární odolnosti.
Expandovaný polystyren, stejně jako některé jiné uhlovodíky, je schopen samooxidace na vzduchu za vzniku peroxidů. Reakce je doprovázena depolymerizací. Rychlost reakce je určena difúzí molekul kyslíku. Vzhledem k výrazně vyvinutému povrchu pěnového polystyrenu oxiduje rychleji než polystyren v bloku [37] . U polystyrenu ve formě hutných produktů působí teplotní faktor jako regulační počátek destrukce. Při nižších teplotách je teoreticky možná jeho destrukce, je sice možná v souladu se zákony termodynamiky polymeračních procesů, ale vzhledem k extrémně nízké plynové propustnosti polystyrenu se parciální tlak monomeru může měnit pouze na vnějším povrchu polystyrénu. produkt. V souladu s tím dochází při teplotě pod Tpred = 310 °C k depolymerizaci polystyrenu pouze z povrchu produktu a pro účely praktické aplikace ji lze zanedbat.
D. x. Sc., profesor katedry zpracování plastů Ruské chemické technické univerzity pojmenované po Mendělejevovi L. M. Kerberovi o uvolňování styrenu z moderního pěnového polystyrenu:
„Za normálních provozních podmínek styren nikdy neoxiduje. Oxiduje při mnohem vyšších teplotách. Depolymerace styrenu může skutečně probíhat při teplotách nad 320 stupňů, ale nelze vážně hovořit o uvolňování styrenu při provozu bloků z pěnového polystyrenu v rozmezí teplot od minus 40 do plus 70 °C. Ve vědecké literatuře existují důkazy, že při teplotách do +110 °C prakticky nedochází k oxidaci styrenu.“
Odborníci dále uvádějí, že pokles rázové houževnatosti materiálu při +65 °C nebyl pozorován v intervalu 5000 hodin a pokles rázové houževnatosti při +20 °C nebyl pozorován 10 let.
Toxická povaha styrenu a schopnost pěnového polystyrenu uvolňovat styren jsou evropskými odborníky považovány za neprokázané. Odborníci ze stavebního i chemického průmyslu buď samotnou možnost oxidace polystyrenu za normálních podmínek popírají, nebo poukazují na absenci precedentů, případně se odvolávají na jejich nedostatek informací o této problematice.
Navíc samotné nebezpečí styrenu je zpočátku často zveličováno. Podle rozsáhlých vědeckých studií provedených v roce 2010 v souvislosti s průchodem povinného postupu pro přeregistraci chemických látek v Evropské agentuře pro chemické látky v souladu s nařízením REACH byly učiněny následující závěry:
A co víc, uvědomte si, že styren se přirozeně vyskytuje v kávě, skořici, jahodách a sýrech.
Nepotvrzují se tedy hlavní obavy spojené se zvláštní toxicitou styrenu, který se údajně uvolňuje při použití pěnového polystyrenu [36].
Až do roku 2018 nebyly žádné důkazy o karcinogenitě styrenu nad rámec teoretických předpokladů, že chemické reakce zahrnující styren mohou teoreticky poškodit DNA. [38] U lidí vystavených styrenu však nebylo možné detekovat prakticky žádné mutace, a to ani v případě, že byl styren nalezen v lidské krvi. Pokusy na zvířatech s předávkováním styrenem tisíckrát prokázaly, že působí podobně jako hormon estrogen, a dokonce ani u zvířat nebyly karcinogenní účinky zřejmé. Jediný přímý důkaz o možném karcinogenním účinku styrenu na člověka byl získán v roce 2018, což vedlo WHO a Mezinárodní agenturu pro výzkum rakoviny (IARC) k překlasifikování styrenu z „pravděpodobně“ na „možná“ karcinogenní. Bylo studováno 73 036 pracovníků, kteří pracovali v přímém kontaktu se styrenem v chemické továrně. Normální počet myeloidní leukémie (vzácná forma leukémie ) je přibližně 10 lidí na tento počet lidí, bylo zjištěno 25 případů myeloidní leukémie. Na základě toho byly zavedeny nové normy pro práci se styrenem v chemických podnicích. Je třeba poznamenat, že běžné celoživotní riziko rakoviny je přibližně 20 %, v tomto případě se diskutuje o hypotetickém riziku rakoviny ve výši přibližně 0,01 % a týká se čistě pracovníků v chemickém průmyslu. [39] Pro domácí použití výrobků na bázi polystyrenu jsou emise více než 10 000krát nižší a neexistuje žádný důkaz nebo omezení pro použití výrobků z polystyrenu v domácím použití. Jak poznamenaly FDA a Cancer Council, mnohem důležitější pro snížení rizika rakoviny není hysterie kolem styrenu, ale vyhýbání se kouření, spálení, alkoholu a konzumaci nezdravých potravin. [40]
Neupravený pěnový polystyren (třída hořlavosti G4) je hořlavý materiál, který se může vznítit od plamene zápalek, hořáku, od jisker při svařování kyslíkem. Expandovaný polystyren se nezapálí kalcinovaným železným drátem, hořící cigaretou nebo jiskrami, které se vyskytují v místě oceli [41] . Expandovaný polystyren označuje syntetické materiály, které se vyznačují zvýšenou hořlavostí. Je schopen akumulovat energii z vnějšího zdroje tepla v povrchových vrstvách, šířit oheň a iniciovat zesílení požáru [42] .
Bod vzplanutí polystyrenu se pohybuje od 210°C do 440°C v závislosti na přísadách používaných výrobci [43] [44] . Teplota vznícení konkrétní modifikace pěnového polystyrenu se určuje podle certifikační třídy.
Při vznícení běžného pěnového polystyrenu (třída hořlavosti G4) se během krátké doby vyvine teplota 1200 °C [41] , při použití speciálních přísad (zpomalovačů hoření) lze teplotu hoření snížit podle třídy hoření (třída hořlavosti G3 ). Spalování polystyrenu probíhá za vzniku toxického kouře různého stupně a intenzity v závislosti na nečistotách přidaných do polystyrenu, aby se omezil vznik kouře. Emise kouře toxických látek je objemově 36krát větší než u dřeva.
Spalování běžné polystyrenové pěny (třída hořlavosti G4) je doprovázeno tvorbou toxických produktů: kyanovodíku , bromovodíku a tak dále [45] [46] .
Z těchto důvodů nemají výrobky z neupraveného pěnového polystyrenu (třída hořlavosti G4) osvědčení o schválení pro použití ve stavebních pracích.
Výrobci používají pěnový polystyren modifikovaný speciálními přísadami (zpomalovače hoření), díky nimž má materiál různé třídy pro vznícení, hořlavost a tvorbu kouře.
Při správné instalaci tedy v souladu s GOST 15588-2014 „Polystyrenové tepelně izolační desky. Specifikace“, pěnový polystyren nepředstavuje ohrožení požární bezpečnosti staveb. Ve stavebnictví je široce používána technologie „mokré fasády“ (WDVS, EIFS, ETICS), která zahrnuje použití pěnového polystyrenu jako topidla v plášti budovy.
Aby se snížilo nebezpečí požáru pěnového polystyrenu, přidávají se do něj zpomalovače hoření, když je přijat. Výsledný materiál se nazývá samozhášecí polystyrenová pěna (třída hořlavosti G3) a řada ruských výrobců jej označuje dodatečným písmenem „C“ na konci (například PSB-S) [47] .
1. května 2009 vstoupil v platnost nový federální zákon FZ-123 „Technické předpisy o požadavcích na požární bezpečnost“. Změnila se metodika stanovení skupiny hořlavosti hořlavých stavebních hmot. Konkrétně v článku 13 odst. 6 se objevil požadavek vylučující tvorbu kapek taveniny v materiálech se skupinou G1-G2 [48]
Vzhledem k tomu, že bod tání polystyrenu je cca 220°C, pak budou všechna topidla na bázi tohoto polymeru (včetně extrudované polystyrenové pěny) od 01.05.2009 zařazena do skupiny hořlavosti ne vyšší než G3.
Před vstupem federálního zákona 123 v platnost byla skupina tříd hořlavosti s přídavkem retardérů hoření charakterizována jako G1.
Snížení hořlavosti pěnového polystyrenu je ve většině případů dosaženo nahrazením hořlavého plynu pro „nafukování“ granulí oxidem uhličitým [49] .