Полистирол

   Введение новых требований по теплозащите зданий привело к широкому использованию различных теплоизоляционных материалов. Самую большую нишу занял наиболее распространённый в настоящее время теплоизоляционный материал – пенополистирол, являющийся одним из представителей класса пенопластов. Появилось в стране много предприятий, изготавливающих этот материал. Нередко его стали изготавливать кустарным образом. Пенополистирол стал применяться как для наружной теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, так и изнутри, и при использовании колодцевой и слоистой кладок. Все разновидности пенополистиролов – беспрессовый, прессовый, экструзионный – имеют одинаковый химический состав основного полимера – полистирола и могут различаться по химическому составу лишь добавками: порообразователями, пластификаторами, антипиренами и др. Как правило, при беспрессовом методе изготовления пенополистирольных плит имеем более низкую плотность получаемого теплоизоляционного материала, в среднем 17 кг/м3. При прессовом методе и методе экструзии пенополистирольные плиты имеют плотность 35-70 кг/м3. Широкое применение пенополистирола при теплоизоляции стен изнутри приводит к быстрому накоплению влаги между ограждающей конструкцией и утеплителем, к появлению плесневых грибов, а в дальнейшем к заболеванию проживающих в таких домах людей. Многочисленные жалобы в связи с образованием плесневых грибов инициировало отправку во все регионы письма (исх. № 24-10-4/367 от 5 марта 2003 г.) руководителя Главэкспертизы РФ следующего содержания: «…утепление наружных стен с внутренней стороны плитным или рулонным утеплителем категорически недопустимо, поскольку такие решения вызывают ускоренное разрушение ограждающих конструкций за счёт их полного промерзания и расширения микротрещин и швов, а также приводят к образованию конденсата и, соответственно, к замачиванию стен, полов, электропроводки, элементов отделки и самого утеплителя». Целью данной статьи является не исследование различных конструктивных решений с использованием пенополистирола, а ознакомление широкого круга читателей с результатами исследований свойств популярного в настоящее время утеплителя – пенополистирола, выполненных независимыми исследователями. Важно это ещё и потому, что в средствах массовой информации идёт интенсивная реклама пенополистирола. Какими только прекрасными качествами не характеризуется различными фирмами и авторами пенополистирол: и высочайшие теплоизоляционные свойства, и пожаробезопасность, и долговечность такая, что можно не беспокоиться 50-70 лет (а в одной рекламе 120 лет), и экологическая безопасность, как-будто пенополистирол выделяет в процессе эксплуатации чистейший кислород и другие полезные компоненты. К сожалению, в научной литературе невозможно найти подтверждение большинству из указанных свойств. Информация о свойствах пенополистирола уже много лет публикуется исследователями в научно-технических изданиях, обсуждается на «круглых столах». Эта правдивая информация нередко подтверждается и самими изготовителями пенополистирола. Однако, эти высказывания дополняются присказкой: «рядовой потребитель этого знать не должен». Главный недостаток пенополистирола – его слабая изученность, именно, как строительного материала. Принимать решение о возможности использования пенополистирола остаётся только за покупателем или заказчиком. Но они должны знать, что его может ждать в будущем при применении пенополистирола. Необходимо отметить, что теплоизоляционные свойства у пенополистирола очень неплохие в момент испытаний после его изготовления. Но на этом все достоинства и заканчиваются. У пенополистирола существуют три неотъемлемых отрицательных свойства, исходящих из его природы, к которым надо относиться просто осторожно, с пониманием этих процессов. Во-первых, это пожарная опасность. Во-вторых, это недолговечность. И в-третьих, это экологическая небезопасность. Эти свойства требуют дополнительных исследований. В рекламно-информационных публикациях, посвящённых пенополистиролу, их авторы, описывая пожарно-технические свойства этих материалов, в определённой мере лукавят, утверждая, что пенополистиролы определённых видов не горят или самостоятельно затухают. Однако, такое поведение этих материалов ещё не свидетельствует об их пожарной безопасности. Дело в том, что, согласно стандартной методике, главное при квалифицировании строительных материалов на пожарную опасность заключается в учёте убыли массы при нагревании на воздухе. Поэтому в соответствии с официальной классификацией стройматериалов по пожарной опасности все без исключения пенополистиролы относятся к классу горючих материалов. На практике проблема пожарной опасности пенополистиролов обычно рассматривается с двух точек зрения: опасности собственно горения материала и опасности продуктов термического разложения и окисления материала. Основным поражающим фактором пожаров являются летучие продукты горения: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, представленные на сайте www.aab.ru/sertif однозначно говорят о высокой пожарной опасности пенопластов. Например, в приведённом отчёте об испытаниях на пожарную опасность пенополистирола указано, что значение показателя токсичности образцов близко к граничному значению класса высокоопасных материалов. Эти известные в специальной литературе факты периодически материализуются во всех новых конкретных примерах, находящих отражение в средствах массовой информации. Например, в газете «Местное время» (Лерина Н. Качество безопасности. Пермь, № 4, 2001 г., 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 пенополистирола». В репортаже, показанном по Екатеринбургскому телевидению (Е. Савицкая, М. Попцов. Телекомпания АСВ. Пожар в строящемся доме), было сказано, что «загорелось теплопокрытие из пенополистирола… Во время 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 чёрный удушающий дым». Очевидно, одной из главных опасностей, возникающих при использовании пенополистирола при утеплении жилых зданий, является то, что это горючий материал, который имеет высокую токсичность и дымообразующую способность. Чтобы понять достоинства материала, необходимо рассмотреть свойства пенополистирола с точки зрения физической химии. Вот как характеризует эти свойства А. А. Кетов, профессор-химик Пермского технического университета, член экспертного совета областного Комитета по охране природы. «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 с кислородом воздуха. Из курса химии известно, что возможность реакции определяется энергией Гиббса. Иными словами, если органическое соединение находится на воздухе, то оно будет неизбежно окисляться кислородом. Причём, так как пенопласты неизбежно 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 ещё 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 следует, что все пенопласты неизбежно обладают тремя негативными эксплуатационными свойствами: недолговечностью, пожароопасностью и экологической небезопасностью». Пенополистирол в условиях естественной эксплуатации на воздухе (колебания температуры от минус 30 до плюс 30 С, отсутствия света и прямого попадания осадков) подвергается химическому взаимодействию с кислородом воздуха. При этом в окружающую среду выделяются бензол, толуол, этилбензол, а также ацетофенон, формальдегид, метиловый спирт. Кроме того, в окружающую среду, особенно в начальный период эксплуатации, выделяется стирол как следствие неполной полимеризации, так и продукты деполимеризации. Превышение концентрации над ПДК по данным ГУ «Республиканский научно-практический центр гигиены» (Республика Беларусь) только для стирола разных производителей при температуре 80 градусов составляет от 22 до 525 раз (!), при 20 градусов – от 3,5 до 66,5 раз (!). Парадокс в том, что с точки зрения теплофизики полимерные утеплители действительно самые эффективные теплоизоляторы. Это было бы бессмысленно отрицать. Но когда речь идет о жилье, о таком продукте строительного производства, с которым человеку предстоит общаться ежесуточно много часов в течение десятилетий – здесь одних, даже самых фантастических теплофизических свойств, слишком мало. Здесь главное – безопасность, долговечность, ремонтопригодность. А разве не должен знать каждый потребитель об изменении эксплуатационных свойств пенополистирола со временем, о деструкции пенополистирола? Не должен, а обязан! Он платит значительные суммы, чтобы купить квартиру, коттедж и надеется, что эта недвижимость послужит ему всю жизнь и передастся по наследству. Он должен знать, что согласно классической Энциклопедии полимеров происходит «деструкция полимеров – разрушение макромолекул под действием тепла, кислорода, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических и других факторов. В результате деструкции уменьшается молекулярная масса полимера, изменяется его строение, физические и механические свойства, полимер становится непригодным для практического использования». Таким образом, на воздухе при обычных температурах происходит обязательное изменение химического строения полимеров под воздействием кислорода воздуха, называемого окислительной деструкцией. Основной причиной допускаемых просчётов является отсутствие необходимой информации в научно-технической литературе о поведении пенополистирола в конструкциях и изменении его теплозащитных свойств во времени. Это подтверждается и широким диапазоном сроков службы, необоснованно установленных производителями в пределах от 15 до 60 лет на пенополистирол как материал, часто с одинаковыми физическими свойствами. При этом официально утверждённой методики определения долговечности пенополистирольных плит и ограждающих конструкций с его применением не существует. Основным препятствием в её разработке является неординарное поведение пенополистирола в условиях эксплуатации. Например, стабильность его теплофизических характеристик во времени в большой степени зависит от технологии изготовления и совместимости с другими строительными материалами в конструкциях стен и покрытий. Нельзя не учитывать и воздействия ряда случайных эксплуатационных факторов, ускоряющих естественный процесс деструкции пенополистирола. Даже поведение пенополистирола при пожаре значительно его отличает от других теплоизоляционных материалов. При ускорении окислительного или теплового процессов создаются возможности протекания разнообразных химических реакций в результате чего наблюдается резкое снижение физико-механических свойств не только пенополистирольных плит, но и прилегающих материалов. Хорошим примером этого процесса служат покрытия зданий и сооружений, в которых применяются гидроизоляционные материалы, несовместимые по своей химической основе с пенополистиролом. В условиях эксплуатации они выделяют летучие химические вещества.

   В результате разрушается не только теплоизоляционный материал, но и пароизоляционный ковёр. В этом случае предсказание срока службы пенополистирольных плит как теплоизоляционного материала из-за случайных факторов воздействия в наружном ограждении сильно затруднено. Прогноз долговечности пенополистирола, полученный по методам разных авторов, даёт разительное расхождение результатов – от 10-12 до 60-80 лет(!). Каких-либо доказательств в пользу больших сроков пока нет. А вот доказательств в пользу малых сроков – очень много. И их становится всё больше. Производители пенополистирола и те, кто способствует его широкому применению, хотят, чтобы потребитель не знал, что с этими утеплителями случаются непоправимые вещи. И поэтому их не заботит вопрос о защите потребителя, то есть жильцов таких домов, где утеплителем является пенополистирол. А учёные ставят вопрос именно так: есть опасность – надо разрабатывать меры по защите от неё. Вот тогда пенополистирол может стать действительно идеальным утеплителем. Выводы. По результатам экспертных исследований, экспертизы научно-технических источников и нормативных документов можно сделать следующие выводы:

  • В настоящее время для утепления ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий используются три основных разновидности пенополистирола: беспрессовый, прессовый и экструзионный. Все разновидности имеют одинаковый химический состав основного полимера – полистирола и могут различаться по химическому составу лишь добавками: порообразователями, пластификаторами, антипиренами и др.
  • Сведения о свойствах пенополистирола, приводимые в рекламных изданиях, часто сильно преувеличивают прогнозируемые сроки службы пенополистирола, не соответствуют реальной экологической и пожарной безопасности материала.
  • В настоящее время не существует общепризнанной методики прогноза долговечности пенополистирола, используемого в качестве утеплителя строительных объектов.
  • Свойства пенополистирола меняются от воздействия не контролируемых случайных факторов, и выбор данного материала в качестве утеплителя экономически не выгоден (при эксплуатации здания более 10 лет) и потенциально опасен. Физико-механические свойства пенополистирольных утеплителей – прочность, плотность, теплопроводность, водопоглощение, – зависят от способа производства и изменяются с течением времени под воздействием природных, технологических и эксплуатационных воздействий.
  • В настоящее время в научной литературе нет подтверждений большинства указываемых в рекламных материалах положительных свойств пенополистиролов.
  • Особенностью горения пенополистиролов является содержание в дыме ядовитых органических соединений. По заключению Российского научно-исследовательского центра пожарной безопасности ВНИИПО МВД РФ значение показателя токсичности образцов составляет (мг/г): СО-101, СО2-2343, стирол-59, бензол-2,6, толуол-165, что близко к граничному значению класса высокоопасных материалов.
  • Под действием естественной деструкции полимера неизбежно происходит закономерное разрушение структуры утеплителя, приводящее к потере им своих механических и теплозащитных свойств. Наличие деструкции и её продуктов является закономерным и неизбежным.
  • Преждевременное и даже катастрофическое старение пенополистирола может происходить под воздействием ряда факторов, к которым следует отнести:
    • отклонения температурно-влажностных параметров в технологии производства пенополистирола;
    • случайные контакты с органическими жидкостями, повсеместно используемыми при строительных работах – бензином, ацетоном, толуолом, олифой – при транспортировке, хранении и монтаже конструкций;
    • расположение утепляющего слоя в ограждающих конструкциях по отношению к расположению внешнего и внутреннего слоя, приводящее к быстрому переувлажнению утеплителя и потере им теплозащитных свойств;
    • разрушение структуры под воздействием так называемой тепловой волны, неизбежно распространяющейся по всей стене при локальных возгораниях в любой части зданий.
  • Независимо от условий производства, транспортировки, монтажа и эксплуатации пенополистирол выделяет в окружающую среду до 25 ядовитых соединений – продуктов деструкции полистирола, концентрация которых в производственных, жилых и других помещениях в отдельных случаях может существенно превышать установленные для этих веществ ПДК. Превышения концентрации над ПДК для стирола разных производителей при температуре 80°С составляют от 22 до 525 раз, при 20°С – от 3,5 до 66,5 раз; для формальдегида до 3,5 и 10 раз соответственно. Отмечается также превышение ПДК для ксилола – до 2.1 раза и для углеводородов до 4 раз при 80°С.
  • Необходимо к конструкциям, содержащим пенополистирол любого типа, предъявить жесткие требования по ремонтопригодности, установив, что применение пенополистирола в недоступных для его замены местах зданий недопустимо.
  • При повышении температуры выше допустимого предела 85-90 С° пенополистирол начинает выделять ряд токсичных веществ, которые в случае пожара могут оказаться опасными для жизни людей.
  • Продолжительность процессов деструкции пенополистирола занимает от года до двух десятков лет. Поэтому определить количество продуктов деструкции при современном уровне знаний процессов не представляется возможным.
  • На воздухе при обычных температурах происходит обязательное изменение химического строения полимеров под воздействием кислорода воздуха, т.е. происходит окислительная деструкция.
  • Огневые испытания показали, что самозатухающий пенополистирол ведёт себя в штукатурной системе утепления точно так же, как и обычный пенополистирол.
  • Необходимо полностью отказаться от применения пенополистирола плотностью ниже 40 кг/м3.
  • Необходимо запретить теплоизоляцию ограждающих конструкций с внутренней стороны (это часто делают дольщики с последующим покрытием гипсокартоном) плитами пенополистирола.

   Таким образом, имеющаяся литература как научно-технического, так и прикладного и даже публицистического характера, позволяет однозначно утверждать, что такие свойства пенополистирола как недолговечность, пожарная опасность и экологическая небезопасность являются неотъемлемыми свойствами пенопластов, присущих им от природы. Этими свойствами в процессе эксплуатации строительной конструкции с применением пенополистирола необходимо придавать повышенное внимание при планировании применения и использования пенополистиролов. Заказчик, потребитель должны знать об эксплуатационных свойствах самого распространённого теплоизоляционного материала – пенополистирольного пенопласта. Это даёт возможность любому человеку задуматься о дальнейшем применении пенополистирола в строительной конструкции и принять оптимальное для себя решение. В этом случае авторы будут удовлетворены тем, что право выбора использования пенополистирола остаётся за каждым из нас.


Авторы: Баталин Б.С. – эксперт Центра независимых судебных экспертиз РЭФ «ТЕХЭКО», д.т.н., профессор кафедры строительных материалов и специальных технологий Пермского государственного технического университета, действительный член МАНЭБ, действительный член РАЕ.


Евсеев Л.Д, – Член Экспертного Совета по тепло-звукоизоляционным материалам при Администрации Президента РФ, д.т.н., председатель Комиссии по энергосбережению в строительстве Российского общества инженеров строительства (Самарское отделение), член Комитета РСПП по техническому регулированию, стандартизации и оценке соответствия, советник РААСН, Почётный строитель.