пеноизол : История, анализ, выводы

Пеноизол : История, анализ, выводы
·Кратко
·Актуальность применения пенопластов в строительстве
·Динамика мирового потребления пенопластов
·Конкурентоспособность карбамидных пенопластов
·Динамика и объемы мирового потребления карбамидных пенопластов
·Производство и объемы потребления теплоизоляционных материалов в СССР и России
·Оценка перспективности применения карбамидных пенопластов в строительстве
·Усовершенствование карбамидного пенопласта - создание Пеноизола
·Опыт и перспективы применения Пеноизола
КРАТКО.
Значительная нехватка недорогих, эффективных, пожаробезопасных, долговечных, экологически
чистых теплоизоляционных материалов приводит к высокой потере теплоресурсов. Например, при
эксплуатации жилых и производственных зданий потери тепла составляют около 30% годового
потребления первичных топливно -энергетических ресурсов в России. Через стены жилых
помещений теряется до 45% тепла, через оконные и дверные проемы - 33%, через чердаки и
полы - 22% тепловой энергии.
Минстрой России внес серьезные изменения в СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника".
Теперь ученым, строителям надо совершить поистине переворот в области сооружения
ограждающих конструкций. Ведь их теплосопротивление нужно повысить в 2-6 раз. Решить эту
задачу можно благодаря появлению на рынке целой гаммы эффективных теплоизоляционных
материалов. Но большинство из них обладая высокими техническими характеристиками, остаются
не пригодными для широкого применения из-за высокой цены.
Исключением является современный высокоэффективный теплоизоляционный материал
ПЕНОИЗОЛ, относящийся к новому поколению карбамидных пожаробезопасных пенопластов.
ПЕНОИЗОЛ отвечает всем ужесточивщимся требованиям к теплоизоляционным материалам, и в
тоже время является самым дешевым утеплителем из всех представленных на российском рынке.
Установки для получения теплозвукоизоляторов путем вспенивания полимерных смол появились
на Западе около 50 лет назад. В России созданием аналогичной технологии занимались
сотрудники ВНИИПАВ (Всесоюзный научно-исследовательский институт поверхностно -активных
веществ) в 80-х годах теперь уже прошлого столетия. Поначалу пенопласты получаемые по этой
технологии использовались для тушения пожаров в штреках угольных шахт путем заливки в них
суфлеобразной массы. Затем был опыт применения этой технологии для маскировки военной
техники на местности при оперативном развертывании подразделений. В 1994 году был проведен
эксперимент по укрыву кормов и сенажа.
Применение карбамидных пенопластов в жилищном и промышленном строительстве стало
возможным с появлением нетоксичных полимерных смол, таких как ВПС-Г, КФМТ-15.
Так что же это за материал?
В соответствии с ГОСТом 16381-77 ПЕНОИЗОЛ по виду исходного сырья относится к
органическим ячеистым карбамидным пенопластам; по плотности - к группе материалов особо
низкой плотности (ОНП) (плотность 8-28 кг/куб.м), а по теплопроводности - к классу материалов
с низкой теплопроводностью (коэффициент теплопроводности от 0,03-0,04 Вт/мЧК), отличается
большой сопротивляемостью огню, стойкостью к действию микроорганизмов, доступностью сырья,
легкостью механической обработки, низкой ценой. Благодаря таким характеристикам,
карбамидный пенопласт (пеноизол) выгодно отличается от пенополистирола, в последнее время
повсеместно используемого в строительстве в качестве теплозвукоизолирующего материала.
Хорошие физико -технические и эксплуатационные характеристики Пеноизола обусловлены в
первую очередь содержанием в нем до 90% газовой фазы, химическим составом, соотношением
исходных компонентов, технологией и регламентом его производства.
1
Актуальность применения пенопластов в
строительстве
Примерно половина всей потребляемой в мире энергии идет, как известно, на отопление зданий и
сооружений. Вполне логично поэтому, что важной составной частью практически всех
национальных программ перспективного развития, ориентированных на всемирную экономию
топливно-энергетических ресурсов, является обеспечение максимально эффективной
теплоизоляции систем обогрева и ограждающих конструкций возводимых зданий и сооружений.
Последнее десятилетие XX века характеризуется резким ростом применения в строительстве
различного типа вспененных материалов (пенопластов), что позволяет значительно снизить массу
зданий, сократить транспортные и трудовые затраты на их возведение и, что в настоящее время
самое главное, ощутимо уменьшить расход энергии на отопление.
Если учесть, что плотность пенопластов в 6-10 раз меньше плотности минеральной ваты, в 4-8
раз минераловатных плит, в 25-50 раз - дерева, в 30-60 раз - кирпича и 100-200 раз - бетона и
железобетона, то можно представить эффективность их использования для увеличения
термического сопротивления и уменьшения массы ограждающих конструкций зданий и
сооружений. Поэтому не случайно мировой энергетический кризис середины 70-х годов заставил
многие строительные фирмы отказаться от традиционных минеральных утеплителей в пользу
более дорогих, но зато и более эффективных теплоизоляционных материалов - пенопластов.
Теплоизоляция строительных конструкций пенопластами позволяет повысить комфортность
проживания и значительно сократить расход энергии на обогрев помещений. Реализация
комплексных мероприятий по энергосбережению и увеличению теплозащитных свойств
строительных конструкций позволила к середине 90-х годов уменьшить расход энергии в
развитых странах в среднем на 40%. В Финляндии, например, годовой расход энергии на
отопление домов снизился от 74 до 40 кВтч на 1 м3 отапливаемого помещения.
Актуальность резкого увеличения объемов применения пенопластов в строительной практике
России предопределена нормативным повышением уровня теплозащиты ограждающих
конструкций зданий. Так, Минстрой Российской Федерации постановлениями №18-81 от 11
августа 1995 года и №18-8 от 19 января 1998 года утвердил и ввел в действие изменения №3 и 4
в СниП II-3 "Строительная теплотехника", обеспечивающие впервые в России существенное
увеличение уровня теплозащиты новых и реконструируемых зданий. Новые нормативы
обеспечивают поэтапное (с 1996 года и с 2000 года) снижение на 20 и 40% уровня
энергопотребления на отопление зданий по сравнению с существующими.
Основные изменения норм коснулись повышения уровня теплозащиты ограждающих конструкций
зданий и установления зависимости этого уровня от градусосуток отопительного периода (т.е. от
климатического района строительства).
Динамика мирового потребления пенопластов
Газонаполненные пластмассы (пенопласты) по виду применяемых смол и полимеров
подразделяются на:
•
•
•
•
•
полистирольные, изготовляемые из вспенивающего полистирола с добавкой или без
добавки антипирена;
фенольные, изготовляемые из резольных или новолачных фенолформальдегидных смол и
фенолспиртов;
полиуретановые, получаемые из полиэфиров и полиизоцианатов с добавкой антипирена;
поливинилхлоридные, изготовляемые из поливинилхлоридных смол;
карбамидные, изготовляемые из мочевиноформальдегидных смол.
Объем мирового потребления пенопластов в основном для целей строительства составил (млн. т):
в 1970 году - 2, в 1975 году - 3,5 и в 1980 году - 6. Шесть миллионов тонн - это 150-200
миллионов м3 различного типа пенопластов, имеющих разную плотность.
2
В наиболее развитой стране мира - США, по опубликованным данным, в 1985 году было
произведено: пенополиуретанов - 744 тыс. т.; пенополистирола - 363 тыс. т.; карбамидных
пенопластов - 750 тыс. т. В аналитическом обзоре фирмы "Predicasts Inc." сделан вывод, что
потребление пенопластов в США возросло к 1995 году на 77%, увеличиваясь примерно с 1,6
миллионов тонн в 1982 году до 2,8 миллионов т. в 1995 году.
Конкурентоспособность карбамидных
пенопластов
Особое место среди перечисленных типов вспененных материалов занимают карбамидные
пенопласты (КП) благодаря присущим им ценным свойствам. КП обладают высокими
теплоизолирующими свойствами, характеризуются наиболее низкой стоимостью, обусловленной
как дешевизной исходного сырья, так и возможностью использования водных растворов
мочевиноформальдегидных смол, являются трудносгораемым материалом и, что очень важно,
получаются на основе доступных товарных продуктов, которые производятся в достаточных
объемах во всех развитых в промышленном отношении странах.
Существенным моментом, повышающим конкурентоспособность КП с другими видами
пенопластов, является сравнительно низкий показатель его энергетического эквивалента,
который был предложен в ФРГ для сравнения энергоемкости производства отдельных
пенопластов на базе суммарной оценки затрат энергии на изготовление исходных материалов и
полупродуктов, входящих в состав композиций конечного продукта. Показатель конечного
эквивалента для КП равняется 480 МДж/кг против 2950 МДж/кг для пенополиуретана и 1360
МДж/кг для пенополистирола.
Динамика и объемы мирового потребления
карбамидных пенопластов
Потребление карбамидных пенопластов (КП) главным образом в строительстве составило в
Западной Европе и США в 1977 году соответственно 20-25 и 28,8 тыс. т. Предполагалось, что к
началу 80-х годов его производство возрастет до 50 и 40 тыс. тонн соответственно. Однако с 1981
года производство КП сильно сократилось по причине запрета, наложенного органами
здравоохранения США и Канады на применение его в строительстве. Несмотря на то, что запрет
был вскоре отменен, он сильно отразился на объемах производства и применения КП, так как из
2100 установок, производящих КП в США в начале 1980 года, в 1982 году действовало всего 180.
К 1985 году объемы потребления КП значительно возросли и составили более 700 тыс. т. в год.
Резкое временное сокращение производства КП в США и Канаде не повлияло на объемы его
потребления в ФРГ, так как фирмы "BASF" и "Chemie Wilhelm Bauer", являющиеся лидерами в
области прикладных и фундаментальных исследований в области химии и технологии КП,
постоянно улучшают его качество и ведут строгий контроль за соблюдением научно обоснованной
технологии получения и укладки КП способом заливки "на месте".
В Англии не было запрета на производство и применение КП, однако, его потребление в это
время несколько сократилось и составило в 1980-1982 годах 10-12 тыс. т.
Производство и объемы потребления
теплоизоляционных материалов в СССР и России
Чтобы понять особенности развития производства пенопластов в России необходимо проследить
за тенденцией выпуска газонаполненных пластмасс в СССР.
В СССР начиная с 1970 года, производство вспененных пластмасс растет примерно на 17,5% в
год. И хотя за десятилетие их производство возросло в 5 раз, еще более увеличился спрос и
поэтому дефицит потребности в теплоизоляционных пенопластах не уменьшился, а возрос. При
3
этом структура производства пенопластов в СССР была иная, чем в США. Так, основную долю в
производстве вспененных материалов занимали: пенополиуретаны - 31%; пенополистирол 31%; фенольные пенопласты - 32%. На долю карбамидных пенопластов приходилось не более
1%, что по объему составляло порядка 30-40 тыс. м3, или не более 1% того, что производили
США.
Таким образом, если к середине 80-х годов в развитых капиталистических странах стало
наблюдаться насыщение рынков сбыта пенопластами, то в СССР - отставание производства
вспененных материалов от их потребности.
После распада СССР и связанного с этим резкого падения объемов промышленного производства
в России, пришлось, по сути дела, вновь создавать предприятия, специализирующиеся на
выпуске теплоизоляционных материалов. В отечественном строительстве дефицит
теплоизоляционных материалов первоначально покрывался за счет импорта пенополистирольных
плит, а также изделий из минеральной ваты и стеклянного штапельного волокна. Хорошо
зарекомендовали себя экструдированный полистирол германского химического концерна "BASF
AG" (плиты зеленого цвета); изделия из полистирола американской фирмы "The Dow Chemical
Company" (плиты голубого цвета), а также стекловатные маты URSA концерна "PFLEIDERER",
Германия, Isover, Финляндия и минераловатные изделия Rockwool, Дания.
Однако, учитывая масштабность России, перевозка теплоизоляционных материалов на
значительные расстояния способна поднять их стоимость сверх пределов конкурентоспособности,
так как в связи с малой объемной массой теплоизоляционных материалов, перевозится в
основном воздух. Поэтому ведущие компании мира - производители теплоизоляции - стараются
продавать технологии или организовывать производство в странах - потребителях и по
возможности с использованием своих сырьевых фирменных полуфабрикатов. Так, под СанктПетербургом ОАО "Флайдерер-Чудово" налажено производство стекловатных матов и плит под
общим товарным названием URSA по немецкой технологии, а в г. Железнодорожный под Москвой
с 1999 года стали производить некоторые типы наиболее качественных изделий Rockwool из
минеральной ваты по датской технологии.
Анализируя состояние производства теплоизоляционных материалов в России в сравнении с
развитыми в промышленном отношении странами, можно сделать следующие выводы:
1. В структуре производства теплоизоляционных материалов характерно преобладание
изделий на основе минеральных и стеклянных волокон.
2. Дефицит наиболее эффективных по теплоизолирующей способности материалов на основе
синтетических полимеров в строительстве частично покрывается за счет импортных
пенопластов и вспененного экструдированного пенополистирола отечественного
производства.
3. Достаточное, удовлетворяющее требованиям рынка, производство и широкое применение в
качестве теплоизоляции полистирольных пенопластов в строительстве, сдерживается
дефицитом кондиционного и конкурентоспособного отечественного сырья.
4. Резкое отставание в производстве пенопластов может быть значительно снижено за счет
резкого увеличения применения карбамидных пенопластов, которые наиболее легки (их
кажущаяся плотность обычно не превышает 30 кг/м3) и в силу малой полимероемкости, а
также благодаря оптимальному балансу между качеством и ценой нередко наиболее
рентабельны при использовании в качестве теплоизоляционного материала в тех
назначениях, где он не выполняет несущей функции.
Оценка перспективности применения
карбамидных пенопластов в строительстве
Приведенные выше данные о состоянии производства и применения пенопластов в строительном
производстве в наиболее развитых странах и России дают четкое представление о том, что в
условиях кризиса экономики страны и острого дефицита денежных ресурсов рассчитывать на
производство значительных объемов достаточно дорогих исходных продуктов для получения
пенополиуретанов, пенополистирольных и даже фенольных пенопластов не приходится и
4
наиболее реальным путем удовлетворения нужд строительства в пенопластах является резкое
увеличение применения карбамидных пенопластов (КП).
Давайте попытаемся разобраться, почему именно КП не получили у нас такого распространения,
как в наиболее развитых странах. Для этого в первую очередь рассмотрим совокупность их
специфических свойств, определяющих достоинства и недостатки, и подвергнем объективной
оценке перспективность применения КП в качестве теплоизоляции.
•
•
•
Исходным сырьем для получения КП служит мочевиноформальдегидная смола - продукт
взаимодействия карбамида (мочевина) и формалина. Это самая дешевая из всех
существующих синтетических смол (ее стоимость 2750-3300 руб./т), и ее
крупномасштабное производство налажено в целом ряде регионов страны. Поэтому
относительная доступность и низкая цена является первым важным достоинством КП. Их
себестоимость с производством работ составит от 500 до 600 рублей за кубический метр,
что значительно ниже, чем у других пенопластов. Недостатком мочевиноформальдегидных
смол является малый гарантийный срок хранения (2-3 месяца), что создает определенные
трудности по их использованию в отдаленных районах страны.
КП - это практически единственный вид вспененных пластмасс, получаемых из водных
растворов смолы. Это позволяет регулировать объемную массу конечного продукта в
широчайших пределах от 3 до 70 кг/м3, что дает возможность, изменяя материалоемкость
изделия, достигать оптимального набора физико-механических свойств в зависимости от
целевого назначения. Например, для теплоизоляции бетона при зимнем бетонировании
достаточно объемной массы 5-6 кг/м3, для теплоизоляции полостей ограждающих
конструкций - 10-15 кг/м3, для изготовления плитного утеплителя - 8-28 кг/м3, для
теплоизоляции чердачных перекрытий и мансард - 15-30 кг/м3 и т.д. Это - второе важное
достоинство материала. В то же время каждый кубический метр свежеполученного
пенопласта должен при высыхании потерять от 2 до 50 кг воды. Такое уменьшение массы,
естественно, не может не сказаться на его формостабильности, и следствием сушки всегда
является объемная усадка от 2 до 15%. Это существенный недостаток при заполнении
жидкой пеной замкнутых полостей, поскольку приводит к образованию щелей по
периметру материала и возможному появлению "мостиков холода".
Недостатком также является выделение формальдегида при сушке, содержание которого в
воздухе строго регламентируется. Карбамидные пенопласты обладают при малой массе
очень низкой теплопроводностью (близкой к теплопроводности статического воздуха
(0,026 Вт/м°С) и звукопроводностью. В этом плане они превосходят все другие материалы
аналогичного назначения. В то же время карбамидный пенопласт - довольно хрупкий
материал, правда, обладающий иногда определенной эластичностью. Он не горит и не
поддерживает горение, относится к группе трудносгораемых. Таким образом, резервом
покрытия дефицита в эффективных теплоизоляционных материалах может явиться КП
только при условии улучшения его эксплуатационных характеристик.
Усовершенствование карбамидного пенопласта создание Пеноизола
Результаты более 20-летних экспериментальных и технологических исследований пенных систем,
стабилизированных отвердителем, позволили:
•
•
•
•
Существенно улучшить физико-механические свойства карбамидного пенопласта и создать
Существенно увеличить прочность карбамидных пенопластов за счет модификации рядом
добавок и наполнителей.
Разработать технологию производства теплоизоляционных работ, обеспечиваюшию
ликвидацию усадочных явлений, что позволило широко использовать карбамидный
пенопласт, нагнетая его в полость ограждающих конструкций в "жидком" состоянии.
Разработать и ввести в действие принципиально новые технологии и оборудование как для
производства теплоизоляционных работ непосредственно на месте применения, так и для
получения готовых изделий (плит, блоков, крошки), позволяющие вывести карбамидный
пенопласт как товар на принципиально более высокий уровень производства и продаж.
•
5
Таким образом, проведенный комплекс работ по созданию экологически безопасного нового
поколения карбамидного пенопласта позволил рекомендовать ПЕНОИЗОЛ для широкого
применения не только на территории Российской Федерации, но и стран CHГ в качестве
материала для тепловой изоляции в виде среднего слоя ограждающих конструкций в жилом и
промышленном строительстве.
Опыт и перспективы применения Пеноизола
Использование карбамидных пенопластов (КП) в качестве теплозвукоизоляции в строительстве
более или менее масштабно началось приблизительно с 1995г.
КП как заливались на месте в заранее подготовленные полости, так и изготавливались в виде
плит, блоков, крошки.
До последнего времени данное производство характеризовалось следующим:
В основном все применяемые КП изготавливались из простейших неусовершенствованных
компонентов по простейшей неусовершенствованной технологии, кустарным методом на
примитивном оборудовании.
Как следствие - низкое качество продукции (материал имеет усадку при сушке, материал
хрупкий, неоднородный и проч.), мизерные масштабы производства, высокая себестоимость
продукции из-за больших трудозатрат в процессе кустарного производства на примитивном
оборудовании.
Такой уровень развития производства не позволял КП стать материалом для широкого
применения в строительстве.
В итоге реализации результатов работы по усовершенствованию КП и технологии его
производства (см. раздел Усовершенствование карбамидного пенопласта) - ситуация
принципиально изменилась.
В универсальном справочнике застройщика "Теплый дом" (издательство "NORMA", М. 2000)
карбамидные пенопласты отмечены как хорошо зарекомендовавшие себя теплоизоляторы в
строительстве и в основном предназначены для устройства теплоизоляции в качестве среднего
слоя ограждающих конструкций.
Проведенный анализ опыта применения различных теплоизоляционных материалов в
строительстве показывает, что конструкция стен, утепленная Пеноизолом в 1,8 раза дешевле, чем
аналог с пенополистирольным утеплителем.
Систем утепления строительных конструкций значительно больше, чем разновидностей
пенопластов. При выборе теплоизоляционного материала для утепления конкретного объекта
(при новом строительстве или реконструкции) необходимо учитывать все свойства данного
материала в комплексе. Создание комфортных условий и эффективное энергосбережение
определяются не только видом тепловой изоляции (хотя это главное), но и способом компоновки
теплоизоляционного материала в конструкции в целом, а также системой отопления
По теплоизолирующей способности предпочтение будет отдаваться теплоизоляционным
материалам на основе синтетических полимеров (пенопластам), теплопроводность которых
близка к теплопроводности статического воздуха (0,026 Вт/м°С). Исходя из изложенного с
достаточной степенью достоверности можно полагать, что в XXI веке широкое применение в
области строительства получат пенопласты, отвечающие требованиям расчетной долговечности,
низкой теплопроводности, малой звукопроводимости, минимальной плотности (малый объемный
вес), малой энергоемкости изготовления, технологичности производства работ с ними,
оптимальной стоимости и эксплуатационной экономичности. Приоритетное направление развития
строительных теплоизоляционных материалов будет принадлежать энергосберегающим их видам,
что позволит создать комфортные условия работы и проживания.
6