Styropian, Styrodur i ich historia czyli " Opowiastki Pana Wiesia o izolacji w budownictwie" cz. 1

Styropian co to takiego naprawdę jest?

W przeciętnym rozumieniu, styropian jest tylko materiałem na opakowania do elektroniki i AGD oraz powszechnie stosowanym materiałem budowlanym, a w szczególności materiałem izolacyjnym, całkiem niedawno wprowadzonym do powszechnego stosowania.

Styropian to handlowa, potoczna nazwa polistyrenu. Polistyren jest przezroczystym, spienionym, białym, amorficznym lub częściowo krystalicznym, termoplastycznym tworzywem sztucznym. Ten amorficzny materiał jest powszechnie stosowanym, tanim (standardowym) tworzywem sztucznym, które znajduje zastosowanie w bardzo wielu dziedzinach życia codziennego, nie tylko w budownictwie.

Wszystko zaczyna się od styrenu.

Dla chemika polistyren jest syntetycznym, aromatycznym polimerem węglowodorowym wytwarzanym z monomeru znanego jako styren. Polistyren może występować w postaci stałej lub spienionej. Polistyren ogólnego zastosowania jest przezroczysty, twardy i kruchy. Jest to po prostu jedna z licznych, niedroga - w przeliczeniu na jednostkę wagi - sztuczna żywica. Jest słabą barierą dla tlenu i pary wodnej oraz ma stosunkowo niską temperaturę topnienia. Polistyren jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych, skala jego produkcji jest ogromna i wynosi kilka milionów ton rocznie. Polistyren może być naturalnie przezroczysty, ale prze dodanie niewielkiej ilości prostych barwników może mieć praktycznie dowolny kolor. Zastosowania obejmują niezliczone opakowania ochronne, dyski optyczne, pojemniki, pokrywki, butelki, tace, podkładki, kufle, sztućce jednorazowe, zabawki modele, itd., itd….

Polistyren - łatwość obróbki i  wysokie właściwości izolacyjne.

Jako polimer termoplastyczny, polistyren jest w ciałem stałym (szklistym) w temperaturze pokojowej, ale płynie, topi się, jeśli zostanie podgrzany powyżej około 100 °C, czyli temperatury przemiany fazowej. Po schłodzeniu ponownie staje się sztywny. Ta charakterystyka temperaturowa jest wykorzystywana do wytłaczania (jak w przypadku styropianu), a także do formowania i formowania próżniowego, ponieważ można go odlewać w formach z zachowaniem drobnych szczegółów.

Mimo tego, że zgodnie z zasadami obowiązującymi w nauce i jego naturalnym pochodzeniem (patrz niżej), to według norm ASTM (American Society for Testing and Materials, czyli Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów – międzynarodowa organizacja non-profit opracowująca normy, która jest jednym z największych na świecie tego typu stowarzyszeń niedochodowych) polistyren jest uważany za materiał nieulegający biodegradacji. Gromadzi się jako forma śmieci w środowisku zewnętrznym, zwłaszcza wzdłuż brzegów i dróg wodnych, zwłaszcza w postaci spienionej

Styropian EPS i Styrodur XPS -  polistyren w budownictwie.

Jako pianki stosuje się polistyren EPS (ekspandowany), znany głównie pod nazwą handlową Styropian lub Styropor. Jest on otrzymywany poprzez spienianie za pomocą pary wodnej granulek polistyrenu zawierających porofor (eter naftowy). Tworzą go zamknięte komórki o obłych kształtach, we wnętrzu, których znajduje się pianka polistyrenowa. Między komórkami występują puste przestrzenie, co widoczne jest na przełomie styropianu.

W budownictwie stosuje się również często polistyren XPS (ekstrudowany). Styropian XPS to inaczej mówiąc płyty wykonane z polistyrenu ekstrudowanego. Aby je wyprodukować, spienianie polistyrenu dokonuje się dopiero po wtłoczeniu jego granulek do specjalnych form o pożądanych wymiarach. Efekt jest taki, że w porównaniu ze standardowym styropianem EPS, przy produkcji którego spienianie granulatu rozpoczyna się już wcześniej, styropian XPS ma znacznie mniejszą porowatość i jest zdecydowanie bardziej jednolity. To zaś przekłada się na uzyskanie parametrów, pod względem których XPS uzyskuje przewagę nad EPS.

Styropian - historia. Jak go wynaleziono.

Polistyren został odkryty w 1839 r. przez Eduarda Simona, aptekarza z Berlina. Ze storaksu, żywicy śliwy orientalnej Liquidambar Orientalis, wydestylował on oleistą substancję, monomer, który nazwał styrolem. Kilka dni później Simon stwierdził, że styrol zgęstniał w galaretkę, którą nazwał tlenkiem styrolu ponieważ przypuszczał, że doszło do utlenienia. W 1845 r. urodzony na Jamajce chemik John Buddle Blyth oraz niemiecki chemik August Wilhelm von Hofmann wykazali, że ta sama przemiana styrolu zachodzi przy braku tlenu. Produkt nazwali "meta styrolem"; Analiza wykazała, że pod względem chemicznym jest on identyczny z 'tlenkiem styrolu’ Simona. W 1866 r. Marcellin Berthelot prawidłowo zidentyfikował powstawanie meta styrolu/tlenku styrolu ze styrolu jako proces polimeryzacji. Około 80 lat później, zgodnie z tezą niemieckiego chemika organicznego Hermanna Staudingera (1881-1965), zdano sobie sprawę, że ogrzewanie styrolu rozpoczyna reakcję łańcuchową, w wyniku której powstają makrocząsteczki. Doprowadziło to ostatecznie do nadania substancji jej obecnej nazwy - polistyren.

Firma I. G. Firma Farben rozpoczęła produkcję polistyrenu w Ludwigshafen około 1931 roku, mając nadzieję, że będzie on odpowiednim zamiennikiem dla cynkowych odlewów ciśnieniowych w wielu zastosowaniach. Sukces został osiągnięty, gdy opracowano zbiornik reaktora, który wytłaczał polistyren przez podgrzewaną rurę i frez, wytwarzając polistyren w formie granulatu.

Otis Ray McIntire (1918-1996), inżynier chemik z Dow Chemical, ponownie odkrył proces opatentowany po raz pierwszy przez szwedzkiego wynalazcę Carla Muntersa. Według Science History Institute, "Dow kupił prawa do metody Muntersa i rozpoczął produkcję lekkiego, wodoodpornego i bardzo lekkiego materiału, który wydawał się doskonale nadawać do budowy doków i jednostek pływających oraz do izolacji domów, biur i kurników." W 1944 r. styropian został opatentowany jako Styrofoam, stąd spolszczona nazwa styropian

Przed 1949 r. inżynier chemik Fritz Stastny (1908-1985) opracował swój najważniejszy wynalazek, styropian, jako nowatorski układ monomerów aromatycznych do polimeryzacji z niskowrzącymi węglowodorami alifatycznymi jako środkami porotwórczymi. Taki granulat okazał się łatwy i tani w masowej produkcji oraz do odpowiedniego spieniania i stał się w en sposób surowcem do formowania części lub wytłaczania arkuszy. BASF i Stastny złożyli wniosek o patent, który został wydany w 1949 roku. Proces formowania został zademonstrowany na targach Kunststoff Messe 1952 w Düsseldorfie. Produkt ten nosił nazwę Styropor, co jest do dziś niemieckojęzyczną nazwą potoczną i handlową.

Styropian - Pierwsze zastosowania w budownictwie.

Zatem można przyjąć, że styropian w technologii produkcji, sposobie przygotowania do zastosowania i samym montażu na budowie został wynaleziony i wdrożony do masowej produkcji przez niemiecką firmę BASF. Podobno przez przypadek, jak to często bywa w technologii, choć nikt nie wie, nas czym ten przypadek miał polegać. Nazwa Styropor i Styrodur jest zastrzeżonym znakiem towarowym firmy BASF.

Produkcja polistyrenu nie jest prosta i składa się z kilku etapów, które można podzielić na trzy główne fazy procesu: 1) wstępne spienianie parą wodną, 2) pośrednie magazynowanie, podczas którego następuje dyfuzja powietrza, oraz 3) spienianie w formie, które tworzy strukturę plastra miodu.

Styropianu użyto po raz pierwszy w Szwecji do produkcji kół ratunkowych. Ale dopiero około 1975 r. rozpoczęto jednak jego właściwe i powszechne stosowanie, praktycznie wszędzie. Styropian w ETICS pierwszy raz pojawił się na fasadach berlińskiego budynku mieszkalnego w 1957 roku, w Warszawie natomiast około roku 1970 r. Kontrola stanu tej pierwszej polskiej elewacji w ETICS wykonana przeszło 30 lat później potwierdziła, że wszystkie parametry ocieplenia zostały zachowane. Najbardziej znanym zastosowaniem polistyrenu jest materiał opakowaniowy do żywności, urządzeń elektrycznych oraz materiał wypełniający w opakowaniach. Mniej znane wśród przeciętnych konsumentów, a zdecydowanie ważniejsze z ekonomicznego punktu widzenia zastosowanie znajduje styropian jako materiał termoizolacyjny w budownictwie mieszkaniowym. Jest to tania i niezawodna izolacja cieplna, o doskonałej relacji ‘cena do efektu’. Poza tym polistyren jest stosowany w fotelikach dziecięcych, kierownicach, kołach ratunkowych, deskach surfingowych i innych produktach.

Budownictwo i opakowania stanowią największą część rynku styropianu. Opakowania wykonane z polistyrenu są znacznie lżejsze niż opakowania z innych materiałów izolujących od uderzeń. Ocieplenia i docieplenia styropianem oszczędzają naprawdę gigantyczne ilości energii. W porównaniu z innymi izolacyjnymi materiałami budowlanymi również do jego produkcji potrzeba znacznie mniej energii. To prawda, że z opakowań styropianowych i izolacji może wydzielać się pentan. Jednakże, ponieważ pentan jest cięższy od powietrza, nie powoduje efektu cieplarnianego, a dla zdrowia jest nieszkodliwy. Podczas utylizacji stare produkty styropianowe są spalane bez pozostawiania jakichkolwiek pozostałości stałe wymagające dodatkowej utylizacji. Można je również bez problemu dowolnie rozdrabniać, po czym ponownie formować. Dzisiaj ok. 70% produktów styropianowych jest wytwarzanych z materiału pochodzącego z recyklingu.

Styropian jest dzisiaj podstawowym materiałem termoizolacyjnym. Tak w wielkim przemyśle budowlanym, jak i w najdrobniejszych pracach budowlanych, kiedy trzeba ocieplić kawałek czegoś – najczęściej ścianę. O najważniejszych pozostałych materiałach izolacyjnych będzie można poczytać w kolejnym odcinku; „Co było (i jest – oczywiście – nadal) przed styropianem”. Zapraszamy do czytania.

Wróć do listy