Главная Продукция Про СтройМатериалы Публикации Недостатки полимерных теплоизоляционных материалов

Недостатки полимерных теплоизоляционных материалов

В последнее время в прессе и на бескрайних просторах Интернета идет интенсивная реклама полимерных теплоизоляционных материалов. Какие только свойства не описываются различными фирмами и авторами – и теплоизоляционные свойства почти как у вакуумной изоляции, и пожаробезопасность, и долговечность такая, что исследователи не доживают до окончания эксперимента, и если и выделяют что-нибудь полимеры в процессе эксплуатации, то только чистейший кислород или другие, в высшей степени полезные, компоненты. К сожалению, в серьезной научной литературе невозможно найти подтверждения большинству из указанных свойств. Сразу оговоримся – теплоизоляционные свойства у пенопластов очень неплохие (в момент испытаний после изготовления). Но на этом все достоинства и заканчиваются.

Чтобы понять это, рассмотрим свойства пенопластов с точки зрения физической химии. 

Недостатки полимерных теплоизоляционных материалов
В последнее время в прессе и на бескрайних просторах Интернета идет интенсивная реклама полимерных теплоизоляционных материалов. Какие только свойства не описываются различными фирмами и авторами – и теплоизоляционные свойства почти как у вакуумной изоляции, и пожаробезопасность, и долговечность такая, что исследователи не доживают до окончания эксперимента, и если и выделяют что-нибудь полимеры в процессе эксплуатации, то только чистейший кислород или другие, в высшей степени полезные, компоненты. К сожалению, в серьезной научной литературе невозможно найти подтверждения большинству из указанных свойств. Сразу оговоримся – теплоизоляционные свойства у пенопластов очень неплохие (в момент испытаний после изготовления). Но на этом все достоинства и заканчиваются. Чтоб понять это, рассмотрим свойства пенопластов с точки зрения физической химии. 
Прежде всего, по определению, пенопласты представляют из себя дисперсные полимерные системы. Поэтому неизбежно пенопласты не только являются органическими соединениями, но и имеют весьма высокую поверхность контакта поверхности с кислородом воздуха. Из курса химии известно, что возможность реакции определяется так называемой энергией Гиббса, а для любых реакций органических соединений с кислородом значение этой энергии будет отрицательным. Иными словами, если органическое соединение находится на воздухе, то оно будет неизбежно окисляться кислородом. Причем, так как пенопласты имеют максимально возможную поверхность, то и окисляться они будут с максимальной скоростью по сравнению с аналогичными, но монолитными - массивными - полимерами. Поэтому для любого пенопласта неизбежно следует предположить некое конечное и весьма ограниченное время эксплуатации, когда его эксплуатационные свойства будут еще в допустимых пределах. Естественно, что с ростом температуры скорость окисления будет только возрастать. Поэтому все пенопласты являются пожароопасными материалами. И, наконец, если пенопласты неизбежно окисляются даже при комнатных температурах, то продукты такого окисления негативно воздействуют на окружающую среду. Исходя из изложенного, все пенопласты неизбежно обладают тремя негативными эксплуатационными свойствами: недолговечностью, пожароопасностью и экологической небезопасностью. Рассмотрим эти свойства подробнее
Недолговечность.
Теоретически в вакууме, а лучше бы и при минимально возможной температуре, время жизни пенопластов как дисперсных полимерных структур было бы практически неограниченным. На практике же мы имеем всегда дело с воздушной средой, содержащей кислород, и с температурами, значительно отличающимися от абсолютного нуля. О принципиальной неизбежности этого процесса деструкции можно прочитать в классической Энциклопедии полимеров (Издательство Советская энциклопедия, статьи «Деструкция полимеров», «Атмосферостойкость», «Долговечность» и др.), где указаны основные химические механизмы и особенности деструкции полимеров. 
Вопросы окислительной деструкции полимеров рассматривались многими авторами. Отметим только наиболее интересные и полные работы. И.С. Филатов (Климатическая устойчивость полимерных материалов.- М.: Наука.– 1983.- 216 с.) не только приводит обширный экспериментальный материал по испытаниям различных полимеров в различных климатических условиях, но и подробно рассматривает механизмы окисления и деструкции большинства из обычно используемых полимеров. 
Павлов Н.Н. (Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях.- М.: Химия.- 1982.- 224 с.) систематизировал данные исследований советских и зарубежных исследователей в области старения полимерных материалов, рассмотрел влияние условий хранения и эксплуатации на изменение свойств полимеров различных классов. 
Помимо указанных монографий, рассматривающих системно фундаментальные теоретические вопросы, связанные со старением и деструкцией полимеров, в последние годы появились многочисленные публикации (например, статьи Ю.Д.Ясина; Е.А.Король; А.И.Ананьева, О.И.Лобова и др.), останавливающиеся на частных вопросах долговечности конкретных полимерных материалов. Весьма показательна в этом смысле диссертационная работа Ли А.В. (Долговечность энергоэффективных полимерсодержащих ограждающих конструкций.- Автореферат диссертации к.т.н.- Хабаровск, 2003). Разработанная на основе изучения эксплуатационного ресурса и естественного старения полимерных теплоизоляционных материалов методика позволяет определить долговечность энергоэффективных ограждающих конструкций в зависимости от климатических условий района строительства и конструкции рассматриваемого ограждения. На практических примерах пенопластов конкретных производителей показано, что долговечность ограждающих конструкций с использованием пенопластов варьируется от 13 до 43 лет
Пожароопасность.
Прежде всего, следует отметить, что в рекламе пенопластов авторы обычно, описывая данное свойство, несколько лукавят, утверждая, что какой-либо пенопласт не горит или самостоятельно затухает. Факт такого поведения пенопласта не говорит о пожарной безопасности данного материала. Дело в том, что официально классификация всех строительных материалов на пожарную опасность производится согласно стандартной методике в ходе которой учитывается убыль массы материала при нагревании на воздухе, а совсем не возможность самостоятельно гореть после удаления источника пламени. Поэтому по классификации на пожарную опасность ВСЕ пенопласты относятся к классу «Г», то есть горючих материалов. 
Теоретические вопросы термического разложения полимерных материалов подробно рассмотрены, например, в монографии С.Мадорского (Термическое разложение органических полимеров.- М.: Мир.- 1977.). На практике проблема пожарной опасности пенопластов рассматривается обычно с двух сторон: опасность собственно горения полимеров и опасность продуктов термического разложения и окисления материала. Например, в статье (Г.А.Васильев, В.В.Бояркина, С.В.Лапунова. Полимерные материалы и пожар. Журнал МОСТ, июль, 1999) утверждается, что основным поражающим фактором пожаров являются летучие продукты горения. Авторы пишут, что в среднем только 18% людей гибнет от ожогов, остальные - от отравления в сочетании с действием стресса, тепла и др. Имеются данные о том, что даже при сравнительно небольшом пожаре в помещении, насыщенном полимерными материалами, происходит быстрая гибель находящихся там людей главным образом от отравления ядовитыми летучими продуктами. 
Исследования Российского научно-исследовательского центра пожарной безопасности ВНИИПО МВД РФ однозначно говорят о высокой пожарной опасности полимерных материалов. Например, в приведенном отчете об испытаниях на пожарную опасность полистирольного пенопласта указано, что значение показателя токсичности образцов близко к граничному значению класса высокоопасных материалов. 
Эти известные в специальной литературе факты периодически находят отражение в конкретных примерах, отраженных в средствах массовой информации. Так, например, в газете «Местное время» г. Пермь (Н. Лерина. Качество безопасности.- №4, 2001, с.7) приводится пример пожара в жилом доме. Автор пишет: «Во время пожара погибла женщина. Парадокс ситуации в том, что возгорание произошло в квартире, расположенной двумя этажами выше. Причиной смерти стал токсичный дым полистирола».
В репортаже, прошедшем по Екатеринбургскому телевидению (Е. Савицкая. М. Попцов. Телекомпания АСВ, Екатеринбург, Пожар в строящемся доме) сказано, что «загорелось теплопокрытие из полистирола… Во время тушения пожара обнаружили трупы двух мужчин. Они лежали на два этажа выше источника огня с признаками удушения от дыма». Авторы утверждают, что «пожарных заинтересовал полистирольный утеплитель, который сгорел в большом количестве и вызвал этот черный удушающий дым». 
Экологическая опасность.
Вопросы экологической опасности пенопластов с теоретической точки зрения непосредственно вытекают из возможности их окислительной деструкции, чему, как уже указано выше, способствует высокая удельная поверхность пен и выделения в ходе этого процесса различных продуктов, преимущественно органического типа. 
Вопросам гигиены и токсикологии полимерных материалов вообще и пенопластов в частности посвящены монографии Гуричевой З.Г., Петровой Л.И. и др. (Санитарно-химический анализ пластмасс.- Л.: Химия.- 1977.- 277 с.); Данишевского С.Л. (Санитарно-химические методы исследований полимеризационных пластмасс.- М.: Химия.- 1969.- 128 с.); Бокова А.Н. (Гигиена и токсикология полимерных строительных материалов.- Ростов на Дону.- 1973). Все они обсуждают состав и количества выделяемых продуктов, но сам факт обязательного газовыделения из полимерных материалов вообще не ставится под сомнение. 
На практике необходимость тщательного экологического контроля нашла свое отражение в Методических Указаниях по санитарно-гигиеническому контролю полимерных материалов, предназначенных для применения в строительстве жилых и общественных зданий (Министерство здравоохранения СССР, утверждено зам. главного врача СССР В.Е. Ковшило, № 2158-80, 28 марта 1980 г.), где приведен перечень веществ, подлежащих обязательному определению при санитарно-химических исследованиях основных типов полимерных строительных материалов, включая пенопласты. 
В научной периодике данный вопрос также обсуждается. Например, Г.А. Васильев и В.В. Бояркина (Полимеры и среда обитания человека.- Журнал МОСТ.- февраль, 1999) утверждают, что «результаты предупредительно санитарного надзора за внедрением полимерных материалов, показывают, что многие химические соединения даже в минимальных количествах вызывают различные по течению и характеру действия (генетическое, токсическое, аллергенное, эмбриотоксическое, иммунодепрессивное и др.)». 
Ф.В. Илларионов (Об экологии жилища. Жилищное строительство.- №1.- 2002.- С.5-6) приводит примеры экологической опасности использования полимерных теплоизоляционных материалов, использованных при строительстве жилых зданий в Москве. 
В.И. Лудиков (Какие утеплители нам предлагают. Журнал МОСТ.- декабрь.- 1997) пишет, что из всех полимерных утеплителей при эксплуатации выделяются токсичные компоненты. 
Таким образом, имеющееся литература, как научно-технического, так и прикладного и даже публицистического характера, позволяет однозначно утверждать, что такие свойства пенопластов как недолговечность, пожарная опасность и экологическая небезопасность являются неотъемлемыми свойствами пенопластов, присущими им от природы. Этим свойствам в процессе эксплуатации пенопластов необходимо придавать повышенное внимание при планировании применения и использовании пенопластов.
Огнестойкость и пожарная безопасность совмещенных покрытий с основой из стального профилированного листа и утеплителями из пенополистирола. Рекомендации.
http://www.complexdoc.ru/ntdtext/538291
Недолговечность пористых полимерных материалов
http://www.penosteklo1.ru/penosteklo_questions.html#Q3020

К сожалению, в серьезной научной литературе невозможно найти подтверждения большинству из указанных свойств. Сразу оговоримся – теплоизоляционные свойства у пенопластов очень неплохие (в момент испытаний после изготовления). Но на этом все достоинства и заканчиваются. Чтоб понять это, рассмотрим свойства пенопластов с точки зрения физической химии. 

Прежде всего, по определению, пенопласты представляют из себя дисперсные полимерные системы. Поэтому неизбежно пенопласты не только являются органическими соединениями, но и имеют весьма высокую поверхность контакта поверхности с кислородом воздуха. Из курса химии известно, что возможность реакции определяется так называемой энергией Гиббса, а для любых реакций органических соединений с кислородом значение этой энергии будет отрицательным. Иными словами, если органическое соединение находится на воздухе, то оно будет неизбежно окисляться кислородом. Причем, так как пенопласты имеют максимально возможную поверхность, то и окисляться они будут с максимальной скоростью по сравнению с аналогичными, но монолитными - массивными - полимерами. Поэтому для любого пенопласта неизбежно следует предположить некое конечное и весьма ограниченное время эксплуатации, когда его эксплуатационные свойства будут еще в допустимых пределах. Естественно, что с ростом температуры скорость окисления будет только возрастать. Поэтому все пенопласты являются пожароопасными материалами. И, наконец, если пенопласты неизбежно окисляются даже при комнатных температурах, то продукты такого окисления негативно воздействуют на окружающую среду. Исходя из изложенного, все пенопласты неизбежно обладают тремя негативными эксплуатационными свойствами: недолговечностью, пожароопасностью и экологической небезопасностью. Рассмотрим эти свойства подробнее

Недолговечность

Теоретически в вакууме, а лучше бы и при минимально возможной температуре, время жизни пенопластов как дисперсных полимерных структур было бы практически неограниченным. На практике же мы имеем всегда дело с воздушной средой, содержащей кислород, и с температурами, значительно отличающимися от абсолютного нуля. О принципиальной неизбежности этого процесса деструкции можно прочитать в классической Энциклопедии полимеров (Издательство Советская энциклопедия, статьи «Деструкция полимеров», «Атмосферостойкость», «Долговечность» и др.), где указаны основные химические механизмы и особенности деструкции полимеров. 
Вопросы окислительной деструкции полимеров рассматривались многими авторами. Отметим только наиболее интересные и полные работы. И.С. Филатов (Климатическая устойчивость полимерных материалов.- М.: Наука.– 1983.- 216 с.) не только приводит обширный экспериментальный материал по испытаниям различных полимеров в различных климатических условиях, но и подробно рассматривает механизмы окисления и деструкции большинства из обычно используемых полимеров. 
Павлов Н.Н. (Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях.- М.: Химия.- 1982.- 224 с.) систематизировал данные исследований советских и зарубежных исследователей в области старения полимерных материалов, рассмотрел влияние условий хранения и эксплуатации на изменение свойств полимеров различных классов. 
Помимо указанных монографий, рассматривающих системно фундаментальные теоретические вопросы, связанные со старением и деструкцией полимеров, в последние годы появились многочисленные публикации (например, статьи Ю.Д.Ясина; Е.А.Король; А.И.Ананьева, О.И.Лобова и др.), останавливающиеся на частных вопросах долговечности конкретных полимерных материалов. Весьма показательна в этом смысле диссертационная работа Ли А.В. (Долговечность энергоэффективных полимерсодержащих ограждающих конструкций.- Автореферат диссертации к.т.н.- Хабаровск, 2003). Разработанная на основе изучения эксплуатационного ресурса и естественного старения полимерных теплоизоляционных материалов методика позволяет определить долговечность энергоэффективных ограждающих конструкций в зависимости от климатических условий района строительства и конструкции рассматриваемого ограждения. На практических примерах пенопластов конкретных производителей показано, что долговечность ограждающих конструкций с использованием пенопластов варьируется от 13 до 43 лет.

Пожароопасность

Прежде всего, следует отметить, что в рекламе пенопластов авторы обычно, описывая данное свойство, несколько лукавят, утверждая, что какой-либо пенопласт не горит или самостоятельно затухает. Факт такого поведения пенопласта не говорит о пожарной безопасности данного материала. Дело в том, что официально классификация всех строительных материалов на пожарную опасность производится согласно стандартной методике в ходе которой учитывается убыль массы материала при нагревании на воздухе, а совсем не возможность самостоятельно гореть после удаления источника пламени. Поэтому по классификации на пожарную опасность ВСЕ пенопласты относятся к классу «Г», то есть горючих материалов. 
Теоретические вопросы термического разложения полимерных материалов подробно рассмотрены, например, в монографии С.Мадорского (Термическое разложение органических полимеров.- М.: Мир.- 1977.). На практике проблема пожарной опасности пенопластов рассматривается обычно с двух сторон: опасность собственно горения полимеров и опасность продуктов термического разложения и окисления материала. Например, в статье (Г.А.Васильев, В.В.Бояркина, С.В.Лапунова. Полимерные материалы и пожар. Журнал МОСТ, июль, 1999) утверждается, что основным поражающим фактором пожаров являются летучие продукты горения. Авторы пишут, что в среднем только 18% людей гибнет от ожогов, остальные - от отравления в сочетании с действием стресса, тепла и др. Имеются данные о том, что даже при сравнительно небольшом пожаре в помещении, насыщенном полимерными материалами, происходит быстрая гибель находящихся там людей главным образом от отравления ядовитыми летучими продуктами. 
Исследования Российского научно-исследовательского центра пожарной безопасности ВНИИПО МВД РФ однозначно говорят о высокой пожарной опасности полимерных материалов. Например, в приведенном отчете об испытаниях на пожарную опасность полистирольного пенопласта указано, что значение показателя токсичности образцов близко к граничному значению класса высокоопасных материалов. 
Эти известные в специальной литературе факты периодически находят отражение в конкретных примерах, отраженных в средствах массовой информации. Так, например, в газете «Местное время» г. Пермь (Н. Лерина. Качество безопасности.- №4, 2001, с.7) приводится пример пожара в жилом доме. Автор пишет: «Во время пожара погибла женщина. Парадокс ситуации в том, что возгорание произошло в квартире, расположенной двумя этажами выше. Причиной смерти стал токсичный дым полистирола».

В репортаже, прошедшем по Екатеринбургскому телевидению (Е. Савицкая. М. Попцов. Телекомпания АСВ, Екатеринбург, Пожар в строящемся доме) сказано, что «загорелось теплопокрытие из полистирола… Во время тушения пожара обнаружили трупы двух мужчин. Они лежали на два этажа выше источника огня с признаками удушения от дыма». Авторы утверждают, что «пожарных заинтересовал полистирольный утеплитель, который сгорел в большом количестве и вызвал этот черный удушающий дым». 

Пенополистирол-пожар во ВладивостокеПенополистирол - пожар во Владивостоке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экологическая опасность

Вопросы экологической опасности пенопластов с теоретической точки зрения непосредственно вытекают из возможности их окислительной деструкции, чему, как уже указано выше, способствует высокая удельная поверхность пен и выделения в ходе этого процесса различных продуктов, преимущественно органического типа. 
Вопросам гигиены и токсикологии полимерных материалов вообще и пенопластов в частности посвящены монографии Гуричевой З.Г., Петровой Л.И. и др. (Санитарно-химический анализ пластмасс.- Л.: Химия.- 1977.- 277 с.); Данишевского С.Л. (Санитарно-химические методы исследований полимеризационных пластмасс.- М.: Химия.- 1969.- 128 с.); Бокова А.Н. (Гигиена и токсикология полимерных строительных материалов.- Ростов на Дону.- 1973). Все они обсуждают состав и количества выделяемых продуктов, но сам факт обязательного газовыделения из полимерных материалов вообще не ставится под сомнение. 
На практике необходимость тщательного экологического контроля нашла свое отражение в Методических Указаниях по санитарно-гигиеническому контролю полимерных материалов, предназначенных для применения в строительстве жилых и общественных зданий (Министерство здравоохранения СССР, утверждено зам. главного врача СССР В.Е. Ковшило, № 2158-80, 28 марта 1980 г.), где приведен перечень веществ, подлежащих обязательному определению при санитарно-химических исследованиях основных типов полимерных строительных материалов, включая пенопласты. 
В научной периодике данный вопрос также обсуждается. Например, Г.А. Васильев и В.В. Бояркина (Полимеры и среда обитания человека.- Журнал МОСТ.- февраль, 1999) утверждают, что «результаты предупредительно санитарного надзора за внедрением полимерных материалов, показывают, что многие химические соединения даже в минимальных количествах вызывают различные по течению и характеру действия (генетическое, токсическое, аллергенное, эмбриотоксическое, иммунодепрессивное и др.)». 
Ф.В. Илларионов (Об экологии жилища. Жилищное строительство.- №1.- 2002.- С.5-6) приводит примеры экологической опасности использования полимерных теплоизоляционных материалов, использованных при строительстве жилых зданий в Москве. 
В.И. Лудиков (Какие утеплители нам предлагают. Журнал МОСТ.- декабрь.- 1997) пишет, что из всех полимерных утеплителей при эксплуатации выделяются токсичные компоненты. 
Таким образом, имеющееся литература, как научно-технического, так и прикладного и даже публицистического характера, позволяет однозначно утверждать, что такие свойства пенопластов как недолговечность, пожарная опасность и экологическая небезопасность являются неотъемлемыми свойствами пенопластов, присущими им от природы. Этим свойствам в процессе эксплуатации пенопластов необходимо придавать повышенное внимание при планировании применения и использовании пенопластов.


Огнестойкость и пожарная безопасность совмещенных покрытий с основой из стального профилированного листа и утеплителями из пенополистирола. Рекомендации.

Недолговечность пористых полимерных материалов

Источник: Официальный сайт ЗАО "Пеноситал" (г. Пермь)