Пенопласты — характеристики свойства и виды пенопласта | ПластЭксперт
Общие свойства и характеристики пенопласта
Пенопласт. Основные понятия
Пенопласт – это разновидность композитного материала низкой плотности или пеноматериала, одним из компонентов которого является полимер, вторым компонентом – газ. Другими словами, пенопласт является наполненной газом пластической массой. Как правило, пенопласты, в отличие от поропластов, имеют строение в виде изолированных ячеек или отвердевших пен. Ячейки состоят из замкнутых полостей, которые не соединены между собой и в качестве разделителя имеют стенки полимерной матрицы. Отличие поропластов от пенопластов состоит в том, что первые обладают губчатой структурой (поры не изолированы). Система пор, связанных между собой, является главным признаком поропластов.
Отметим, что определение пенопластов и поропластов, данное выше, достаточно условно, т.к. во многих случаях в пенопласте значительное количество ячеек соединено между собой, а в поропласте может быть изолировано.
На сто процентов можно говорить об изоляции лишь в том случае, если материал состоит из отдельных вспененных гранул, например популярный в строительстве пенопласт пенополистирол. Точнее будет называть пенопластом любой наполненный газом пластик, который был произведен вспениванием изначально вязко-текучей или жидкой композиции полимера с дальнейшим отверждением последней.
Производство вспененных пластмасс
Выпуск пенопластов в промышленных условиях заключается в том, что газ распределяется в полимере, который в данном случае является полуфабрикатом. Это может быть расплав, раствор, расплаве, дисперсия, жидкий олигомер и т.д. Либо в процессе производства газ не добавляется, а создаются условия для самостоятельного выделения необходимого объема газа в массе полимерного связующего. Это может происходить непосредственно в ходе синтеза или модификации исходного полимера, яркий пример такого материала – пенопласт ППУ (пенополиуретан).
Технологический процесс получения пенопластов использует разнообразные способы достижения эффекта вспенивания, их можно разделить на следующие виды:
- нагнетание газа под давлением в полимерную систему;
- добавление в полимерную систему химических агентов порофоров или газообразователей, которые при определенных условиях разлагаются с выделением газообразных соединений;
- добавление веществ, которые выделяют газ в ходе химической реакции между собой или с другими компонентами системы;
- перемешивание при помощи механических устройств в присутствии пенообразователей или так называемое «барботирование»;
- введение в полимерную матрицу легко испаряющихся жидкостей, создающих газовую фазу при повышении температуры;
- другие реже используемые операции.
Различные способы получения вспененной структуры позволяют варьировать свойства готовой продукции в зависимости от исходного состава системы и условий отверждения композиции. В частности, можно получить пенопласт более открытой или замкнутой структурой, разной плотности, различных размеров ячеек и т.п.
Производство пенопласта
Машины и оборудование для производства пенопластов делится на типы, которые зависят от метода получения конечного материала и технических характеристик начального полимера, предназначенного для вспенивания.
Виды пенопласта по методу производства. Экструдированный пенопласт, чаще всего встречается полиэтилен, производят из полимера вспениванием в цилиндре экструдера, либо в элементах формующей оснастки. Пенополистирол или ПСВ производится в виде бисерных гранул, содержащих легкокипящий пентан, которые затем для вспенивания обрабатываются горячим паром непосредственно в форме.
Уже упомянутый выше пенополиуретан получают и перерабатывают в изделия методом впрыска двухкомпонентной смеси на специальных заливочных машинах под давлением.
Причем таким образом получают изделия и из мягкого (поролон) ППУ, и жесткого (изоляция труб, детали интерьера автомобиля), так называемого интегрального пенополиуретана. Компонентами для смеси являются полиол и изоцианат, реагирующие с выделением углекислого газа. Их химические особенности и соотношение при впрыске определяют свойства получаемых изделий. Смешение полиола и изоцианата из-за их высокой реакционной способности обычно происходит в головке высокого давления непосредственно перед впрыском в полость в формы.
Рис. 1 Мягкая мебель – основной рынок для эластичного ППУ (поролон).
Простейшие изделия из вспененных пластмасс можно получать и на стандартных машинах для переработки полимеров, например ТПА или экструзионных линиях. Для этого в состав композиции необходимо добавить специальные концентраты добавок веществ, разлагающихся в ходе техпроцесса, так называемых порофоров. Обычно при этом не достигается значительного вспенивания изделий, соответствующей экономии сырья и улучшения свойств готового продукта, однако на его поверхности могут появиться нежелательные следы выхода газа по полимерной массы – дефект «серебрения».
Строго говоря, при этом методе получается слегка подвспененная монолитная деталь, а не пенопласт в классическом понимании.
Детали из поропластов можно также выпускать путем вымывания растворимого наполнителя из пластиковой заготовки. Другой редкий способ заключается в спекании порошкообразных пластмасс, причем он подходит и для других материалов, например некоторых металлов. Также пенопласт можно получать при конденсационном структурообразовании, возможного в растворах полимеров. Родственные пенопластам материалы получаются добавлением в полимерную матрицу полых наполнителей, заполненных газом, в том числе микрокапсул различной природы. Таким образом производят газонаполненные пластмассы.
Полимеры, пригодные для вспенивания, и вспениватели
Большинство известных полимеров вполне можно наполнять газами, получая пенопласт. При этом крупнотоннажные пенопласты промышленность производит в основном на основе полистирола (вспененный полистирол, ПСВ), полиэтилена (вспененный ПЭ), поливинилхлорида (пеноПВХ), полиуретанов (ППУ), полипропилена (вспененный ПП).
Реже используются полиреактивные, как и ППУ, материал, например эпоксидные, карбамидные, фенольные смолы, а также кремнийорганические полимеры.
Главным образом, при вспенивании в промышленности применяются следующие газообразователи: имеющие в составе азот (азосоединения, нитросоединения, карбонат аммония и т.п.) и легкокипящие жидкости — изопентан, разновидности фреона, метиленхлорид.
Свойства изделий из пенопластов
Современная индустрия производит эластичные (мягкие) и жесткие (интегральные) пенопласты, имеющие ячейки размером 0,02—2 мм, максимум до 5 мм. Эти материалы обладают очень высокими теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами и очень низкой кажущейся плотностью (от 0,02 до 0,5 г/см2). Другие характеристики пенопластов, такие как механические и электрические свойства, газопроницаемость, водо- и химическая стойкость и т.п. зависят от химического состава и рецептуры изначальной полимерной системы и от метода производства и структуры изделия.
Детали из пенопласта, как правило, не нуждаются в дальнейшей постобработке. То есть количество отходов при производстве и эксплуатации таких изделий низкое. Этот факт вкупе с уже озвученными преимуществами делает пенопласт очень привлекательной для изготовителей изделий из пластиков.
Области применения пенопластовых изделий
Теплопроводность любых вспененных материалов очень низкая, что определяющих широкий спектр их применения в самых различных областях человеческой жизни.
Рис 2. Относительно новое применение пенопласта – одноразовые лотки для пищи.
Описываемые изделия широко применяются как утеплитель и звукоизоляционный материал в строительстве, теплоизоляции трубопроводов, в судостроении и самолётостроении, в машиностроении (изоляция холодильников и химических реакторов), автопроме и во многих других областях. Пенопласт применяют при производстве многослойных конструкций (сэндвич-панели), различных плавучих средств, изоляционных листов, амортизирующих прокладок.
Широчайшую популярность завоевал вспененный полистирол в разнообразной таре и упаковки, в том числе для бытовой техники и электроники, а также в виде лотков для пищевых продуктов. Огромный объем производства эластичного пенополиуретана необходим для выпуска мягкой мебели, матрацев и зимней одежды. Срок эксплуатации таких изделий может достигать десятков лет.
Структура и состав пенопласта — DAKO-GROUP
Когда речь идет об утеплении дома, первое, что приходит на ум — это пенопласт.
Пенопласт — представляет собой вспененные (ячеистые) пластические массы, другими словами газонаполненные пластмассы. Основной объём пенопласта занимает газ, поэтому плотность пенопласта существенно ниже, чем плотность его исходного сырья (полимера). Это обусловливает сравнительно высокие теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства материалов данного класса.
Любой теплоизоляционный материал содержит воздух, находящийся в порах.
Улучшенный показатель теплопроводности зависит от количества атмосферного воздуха, содержащегося в материале.
Чем его больше, тем меньше коэффициент теплопроводности.
Из чего делают пенопласт?
Пенопласт это общее название для всех вспененных ячеистых масс, существует несколько видов пенопласта, которые отличаются между собой полимером и сферой применения.
Виды пенопласта:
- полистирольные пенопласты;
- полиуретановые;
- поливинилхлоридные;
- полиэтиленовые пенопласты.
Полистирольный (пенополистирол).
Пенополистирол представляет собой не что иное, как множество пузырьков воздуха, заключенных в тоненькие оболочки из полистирола. Это один из самых распространенных видов пенопласта. Если вы собираетесь утеплить дом пенопластом, это именно тот вид, что вам нужно. Пенополистирол имеет прекрасные теплоизоляционные свойства. Исходным материалом для производства этого вида является полистирол.
Полистирол — продукт полимеризации стирола, термопластичный полимер линейной структуры.
Это довольно хрупкий и жесткий полимер, имеющий небольшую плотность.
Растворяется в ацетоне, бензине и некоторых других веществах. Он легко поддается формовке, покраске, механической обработке, склеиванию. Характеризуется малым водопоглощением. В структуре пенопласта взаимно распределены в пространстве полимер и газовая среда. Газообразная фаза при этом составляет не менее 50% (по объёму), а минимальный диаметр ячеек не превышает 0,02 мм. Ячейки воздуха разделены тонкими плёнками полимерного материала. Сочетание твёрдой и газообразной фаз определяют специфичность свойств пенопластов.
Полиуретановые пенопласты.
Этот вид пенопласта получается при взаимодействии полиэфира с диизоцианатом. Реакция сопровождается образованием двуокиси углерода, в результате чего происходит вспенивание массы. Полиуретановые пенопласты все шире применяются в обувной промышленности.
Поливинилхлоридные пенопласты.
Легкий материал на основе поливинилхлорида и газообразователя. Поливинилхлоридные пенопласты могут быть получены с изолированными (пенопласты) и с сообщающимися (поропласты) ячейками.
Полиэтиленовые пенопласты.
Наверняка вы уже догадываетесь, из чего делают пенопласт этой группы — из полиэтилена. Это полимер этилена — белая воскообразная масса. Листы же малой толщины, как правило, бесцветны, прозрачны.
Изготовление пенопласта.
Полистирольные гранулы вспенивают и обрабатывают горячим паром. Процедуру повторяют несколько раз, в результате чего значительно уменьшаются показатели плотности и веса материала. Подготовленную массу высушивают, чтобы удалить влагу. Процесс осуществляют на открытом воздухе в специальных сушильных ёмкостях. На этой стадии производства структура пенопласта приобретает окончательную форму. Размеры гранул находятся в пределах от 5 до 15 мм. Высушенным гранулам пенопласта придают соответствующую форму в виде плит. Прессование проводится на специальных установках или станках, которые «упаковывают» пенопласт и придают ему компактную форму.
Полистирол — Факты о химической безопасности
Обновлено 14 октября 2022 г.
Полистирол — это универсальный пластик, используемый для изготовления широкого спектра потребительских товаров. Он производится путем полимеризации стирола, строительного материала, используемого при производстве многих продуктов.
Ключевые моменты/обзор
В сочетании с различными красителями, добавками или другими пластиками полистирол используется для изготовления различных продуктов, включая бытовую технику, электронику, автомобильные детали, игрушки, садовые горшки и оборудование и многое другое.
Как твердый твердый пластик, он часто используется в продуктах, требующих прозрачности, таких как упаковка для пищевых продуктов и лабораторное оборудование.
Из полистирола также делают вспененный материал, называемый вспененным полистиролом (EPS) или экструдированным полистиролом (XPS), который ценится за свои изоляционные и амортизирующие свойства.
Пищевая упаковка содержит вещества, которые в очень малых количествах могут «мигрировать» в пищевые продукты или напитки.
FDA строго регламентирует упаковочные материалы для пищевых продуктов, включая полистирол, чтобы определить, что количество веществ, которые могут мигрировать, является безопасным.
Использование и преимущества
Полистирол в бытовой технике
Холодильники, кондиционеры, духовки, микроволновые печи, пылесосы, блендеры – эти и другие бытовые приборы часто изготавливаются из полистирола (твердого и пенопластового), поскольку он инертен (не вступает в реакцию с другими материалами), экономичен и продолжительный.
Полистирол в автомобилестроении
Полистирол (твердый и вспененный) используется для изготовления многих деталей автомобилей, включая ручки, приборные панели, отделку, энергопоглощающие дверные панели и звукопоглощающую пену. Пенополистирол также широко используется в детских защитных сиденьях.
Полистирол в электронике
Полистирол используется для изготовления корпусов и других деталей телевизоров, компьютеров и всех типов ИТ-оборудования, где важны сочетание формы, функциональности и эстетики.
Полистирол в сфере общественного питания
Полистироловая упаковка для пищевых продуктов, как правило, лучше изолирует, дольше сохраняет продукты свежими и стоит меньше, чем альтернативы.
Полистирол в изоляции
Легкий пенополистирол обеспечивает отличную теплоизоляцию во многих областях применения, таких как стены и кровля зданий, холодильники и морозильники, а также промышленные холодильные камеры. Утеплитель из полистирола инертен, долговечен и устойчив к воздействию воды.
Полистирол в медицине
Благодаря своей прозрачности и простоте стерилизации полистирол используется для широкого спектра медицинских применений, включая лотки для культур тканей, пробирки, чашки Петри, диагностические компоненты, корпуса для тестовых наборов и медицинские устройства.
Полистирол в упаковке
Полистирол (твердый и вспененный) широко используется для защиты потребительских товаров. Коробки для компакт-дисков и DVD-дисков, пенопластовая упаковка для арахиса для транспортировки, упаковка для пищевых продуктов, лотки для мяса/птицы и коробки для яиц обычно изготавливаются из полистирола для защиты от повреждений или порчи.
Часто задаваемые вопросы
Что говорят организации здравоохранения об упаковке для пищевых продуктов из полистирола?
Должностные лица органов здравоохранения поощряют использование санитарной одноразовой упаковки для пищевых продуктов (например, из полистирола) в соответствующих условиях. Одноразовая упаковка для общественного питания может помочь снизить заболеваемость пищевыми продуктами в домах, больницах, школах, домах престарелых, столовых и ресторанах.
Что регулирующие органы говорят о безопасности полистироловой упаковки для пищевых продуктов?
В США FDA строго регламентирует все материалы для упаковки пищевых продуктов, включая полистирол. FDA на протяжении десятилетий заявляло, что полистирол безопасен для использования в контакте с пищевыми продуктами. Европейская комиссия/Европейское управление по безопасности пищевых продуктов и другие регулирующие органы пришли к аналогичным выводам.
Что говорят ученые о безопасности пищевой упаковки из полистирола?
С 1999 по 2002 год международная экспертная группа из 12 человек, выбранная Гарвардским центром анализа рисков, провела всесторонний обзор потенциальных рисков для здоровья, связанных с воздействием стирола на рабочем месте и в окружающей среде.
Ученые рассмотрели все опубликованные данные о количестве стирола, попадающего в рацион из-за миграции из упаковки, контактирующей с пищевыми продуктами. Ученые пришли к выводу, что нет причин для беспокойства по поводу воздействия стирола из пищевых продуктов или полистирола, используемого в изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами, таких как упаковка и контейнеры для общественного питания.
Часто ли вещества из упаковки «мигрируют» в продукты питания?
Вся упаковка – стеклянная, алюминиевая, бумажная и пластиковая (например, полистирол) – содержит вещества, которые в очень малых количествах могут «мигрировать» в пищевые продукты или напитки. Это одна из причин, по которой Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в первую очередь регулирует упаковку пищевых продуктов — чтобы быть уверенным в том, что количество веществ, которые действительно могут мигрировать, является безопасным.
Данные испытаний, представленные в FDA, показали, что миграция стирола из полистироловых продуктов общественного питания является незначительной и, как ожидается, будет значительно ниже пределов безопасности, установленных самим FDA — в 10 000 раз меньше, чем допустимый уровень ежедневного потребления FDA.
Откуда берется стирол?
Стирол естественным образом встречается во многих пищевых продуктах и напитках. Его химическая структура похожа на коричный альдегид, химический компонент, который создает аромат корицы. Стирол также производится в качестве строительного материала для материалов, используемых для производства автомобилей, электроники, лодок, транспортных средств для отдыха, игрушек и бесчисленного множества других потребительских товаров.
Как люди могут контактировать со стиролом?
Люди могут вступать в контакт со стиролом из-за небольших количеств, которые могут присутствовать в воздухе (главным образом, из автомобильных выхлопов и сигаретного дыма), а также в пищевых продуктах и упаковке. Стирол естественным образом присутствует во многих продуктах, таких как корица, говядина, кофейные зерна, арахис, пшеница, овес, клубника и персики. Кроме того, FDA одобрило стирол в качестве пищевой добавки — его можно добавлять в небольших количествах в выпечку, замороженные молочные продукты, конфеты, желатины, пудинги и другие продукты питания.
Из чего сделан пенопласт?
Многие люди неправильно используют название STYROFOAM® для обозначения полистирола в сфере общественного питания; STYROFOAM® является зарегистрированной торговой маркой The Dow Chemical Company, относящейся к ее фирменным строительным материалам.
Для чего используется стирол?
Уже более 70 лет стирол используется в качестве химического строительного материала для изготовления материалов, используемых в широком спектре готовых потребительских товаров, таких как контейнеры для пищевых продуктов, резиновые шины, строительная изоляция, основа для ковров и корпуса лодок, доски для серфинга, кухонные столешницы, ванны и душевые кабины.
В чем разница между стиролом и полистиролом?
Разница в химии. Стирол — это жидкость, которую можно химически связать для создания полистирола, твердого пластика, обладающего различными свойствами. Полистирол используется для изготовления различных потребительских товаров, таких как контейнеры для пищевых продуктов, прокладки для транспортировки хрупкой электроники и изоляции.
Что такое экструдированный пенополистирол?
Экструдированный пенополистирол (XPS) представляет собой жесткую изоляцию, которая также состоит из полистирольного полимера, но производится методом экструзии. Этот тип изоляции может значительно снизить энергопотребление здания и помочь контролировать температуру в помещении.
Вернуться к началу
Пенополистирол, практичное и проблематичное создание
Окружающая среда
Достоинства и недостатки вечного изобретения.
Клэй Канслер | 31 июля 2018 г.
Компания Dow изобрела пенополистирол в 1941 году, заново открыв процесс, впервые запатентованный шведским изобретателем Карлом Мюнтерсом. Компания Dow купила права на метод Мантерса и начала производить легкий, водостойкий и плавучий материал, который идеально подходил для строительства доков и судов, а также для изоляции домов, офисов и курятников. В наши дни пенополистирол используется для строительной изоляции, известной как доска, и для поделок, таких как блоки из зеленого пенопласта, используемые флористами в цветочных композициях.
Хотя Пенополистирол стал универсальным для кофейных чашек, упаковки арахиса и многих других невзрачных предметов из пенополистирола, настоящий пенополистирол немного отличается. Произведенный путем экструзии, он прочнее, жестче и дороже, чем материал, используемый для изготовления тарелок и чашек. Эти предметы изготавливаются в процессе расширения, при котором маленькие шарики смолы нагреваются, а затем сжимаются, придавая желаемую форму. Этот двоюродный брат, основанный на расширении, прибыл в 1950-х годов и с течением времени был принят для бесчисленных применений из-за его свойств — прочный, но практически невесомый, недорогой, стерильный и химически стабильный.
Но у пенополистирола есть свои проблемы. Первоначально хлорфторуглероды, разрушающие озоновый слой, использовались для расширения гранул полистирола в пену, пока не поднялась тревога по поводу растущей дыры в озоновом слое. Со временем фреоны были заменены менее вредными газами, но на этом заботы об окружающей среде не закончились.
Основной материал пены, мономер стирола, является канцерогеном; Работники пластмассовой и резиновой промышленности, подвергшиеся воздействию непрореагировавшего мономера, чаще страдают некоторыми видами рака. Еще более проблематичным является то, что на биоразложение готового материала могут уйти тысячи лет, а возможно, и больше. С 2002 по 2015 год в мире было произведено около 316 миллионов метрических тонн полистирола, причем более половины выбрасывалось в течение года. И это не включает в себя многие другие виды пластика, которые выбрасываются — только в 2015 году их стоимость оценивается в 302 миллиона тонн — все это создает огромную проблему мусора, которая особенно влияет на океаны, где скапливаются материалы, и на морскую жизнь, которая потреблять плавающие кусочки. В ответ — и в отсутствие жизнеспособного метода переработки — Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Вашингтон, округ Колумбия, и многие другие муниципалитеты в Соединенных Штатах запретили одноразовые контейнеры из полистирола.
Что касается пенополистирола, который уже витает в воздухе, ученые нашли несколько новых решений.