Пластмассовая пена

Покупая в магазине телевизор, компьютер или микроволновую печку, мы не волнуемся о том, сумеем ли без потерь доставить покупку домой. Ив самом деле: после проверки продавец бережно укладывает прибор в коробку, ловко зажимая его со всех сторон легкими шуршащими пластинами белого цвета, с углублениями точно под габариты телевизора или монитора. В такой экипировке ему не страшны удары, резкие толчки и даже падения с небольшой высоты.

Это же обыкновенный пенопласт, скажете вы. Так ли он обыкновенен, этот замечательный материал, детище ХХ века, без которого сегодня трудно обойтись и в быту, и в технике, и на производстве? Превосходная способность держать тепло, гасить вибрацию и шумы сделала его незаменимым в строительстве зданий, в авиа-, судо- и автомобилестроении. Нет лучше материала для изоляции трубопроводов, холодильных установок и строительных панелей. Необычайная легкость — его удельный вес во много раз меньше, чем у дерева и натуральной пробки, — позволяет изготавливать из него разнообразные плавучие средства: от понтонных мостов до спасательных кругов и жилетов. Из пенопласта производят защитную ударопоглощающую упаковку для хрупких приборов и изделий бытовой техники. К тому же он прост в обработке: резать, пилить, сверлить его можно обычными инструментами «по дереву».

Иллюстрация Елены Станиковой

Из чего сделан сам пенопласт? Оказывается, то, что мы именуем пенопластом, — не одно вещество, а целая группа, из класса так называемых газонаполненных пластмасс. Это пластические материалы, состоящие из двух фаз: полимера и газообразного наполнителя, например воздуха или углекислого газа. Газ находится во множестве мельчайших ячеек или пор разной формы — сферической, эллипсоидной. Они могут быть замкнутыми, изолированными тончайшей пленкой полимера или же сообщаться друг с другом и с окружающим воздухом. Газонаполненные пластмассы с замкнуто-ячеистой структурой внешне похожи на застывшую пену и поэтому называются пенопластами, с открытопористой — поропластами. Есть еще сферопласты, или синтактические пены. Наполнитель в них — полые стеклянные или полимерные шарики. Поры в газонаполненных пластмассах занимают от 95 до 98% объема, и лишь 2—5% приходится на полимер. Поэтому все они необычайно легки и практически не проводят тепло.

Газонаполненным теоретически можно сделать почти любой синтетический или природный полимер. Широко используются пенополистирол, пенополиуретан и пенополиэтилен — соответственно на основе полистирола, полиуретана и полиэтилена.

Давайте поближе познакомимся с полистирольным пенопластом. В России он выпускается под марками «пеноплекс» и «экспол». Именно с ним мы встречаемся в магазине. Это белое, упругое, теплое на ощупь вещество, имеющее структуру слипшихся шариков. Для его получения нужен полуфабрикат, так называемый бисер — мелкие шарики полистирола диаметром около 1 мм с растворенным в них газообразователем. Бисер засыпают в жесткую форму и нагревают горячим паром (от 90 до 100°C). Внутри шариков начинает выделяться газ (продукт разложения изопентана). Он надувает, их как детские воздушные шары, так что объем увеличивается в 10–15 раз. Раздувшиеся шарики прилипают друг к другу и занимают весь объем формы. После охлаждения пенопласт готов. Его выпускают в виде плит или блоков толщиной от 1 до 16 см, которые легко режутся горячей проволокой.

Полистирольный пенопласт — отличный строительный материал: легкий, с уникальными теплоизоляционными свойствами. Плита толщиной в 10 см по теплоизоляции эквивалентна полуметровой стене из деревянного бруса или двухметровой из кирпича. Утепление фундаментов, полов и перекрытий, стен и крыш, теплоизоляция холодильных помещений, емкостей для перевозки замороженных продуктов и сухого льда — все это области применения пенопласта. Как теплоизолятор он практически не имеет срока годности: в Европе им впервые утеплили жилые дома более 50 лет назад, и он по-прежнему эффективно сберегает в них тепло.

У полистирольного пенопласта есть и другие достоинства: он не выделяет вредных для человека и окружающей среды веществ, поэтому разрешен для упаковки пищевых продуктов, практически не впитывает влагу и не набухает в воде, в нем не могут завестись плесень или грибок. К недостаткам пенопласта можно отнести нестойкость к некоторым химическим соединениям, например ацетону и скипидару. Плохо пенопласт переносит повышенные температуры — верхний предел его использования 90°C. Пенопласт — горючий материал. Поэтому в него вводят антипирены (греч. anti- против, руr — огонь) вещества, понижающие горючесть. Антипирены при нагревании разлагаются, выделяя пары или инертные газы, которые затрудняют воспламенение, а при непосредственном контакте с огнем образуют на поверхности плотную пленку, преграждающую доступ кислорода к материалу. В результате при удалении источника пламени горение прекращается. Такие материалы называются самозатухающими. Время затухания для пенопласта — около четырех секунд.

Пенополиуретан, больше известный под названием поролон, — поропласт с воздушным наполнителем, который занимает 98% его объема. Это эластичный, воздухопроницаемый (вспомним, что у всех поропластов поры не замкнуты), гигиеничный и безопасный для здоровья человека материал. Получают его из полиэфирного полимера с помощью диизоцианатов (вспенивающих веществ) и выпускают в виде лент или широких полотен. Поролон — хороший теплоизолятор, хотя и уступает пенопласту. Зато его можно использовать в более широких температурных пределах. Но есть у него и существенный недостаток: нестойкость к старению. После 10 лет эксплуатации поролон начинает крошиться.

Еще один поропласт — пенополиэтилен — сравнительно новый материал. Впервые он был получен в Японии в 1968 году. Сейчас он производится ив России под торговой маркой «изолон». Он эластичен и легок в обработке, незаменим при теплоизоляции сложных поверхностей, а также как вибропоглощающий и амортизирующий материал для мягкой мебели и сидений автомобилей.