بخشی از مقاله
چکیده
عایق تختهاي پلیاستایرن منبسط شده - EPS - از ویژگیهاي مناسبی براي کاربرد عایقکاري حرارتی در ساختمان برخوردار است. از مهمترین ویژگیهاي آن میتوان به خاصیت حرارتی خوب، هزینه مناسب، اثر متوسط رطوبت بر مقدار عایقکاري حرارتی، وزن کم و نسبت استحکام به وزن بسیار عالی، مقدار عایقکاري حرارتی نسبتاًثابت در طول زمان، قابلیت جذب ضربه، سمی نبودن، عدم ایجاد قارچ، عدم تراکم به وسیله ارتعاش و سهولت برش و شکل دادن اشاره نمود. معایب EPS شامل حساسیت به دماي بالا و مقاومت کم در مقابل آتشسوزي و انتشار شعله، غیرمقاوم بودن در برابر حلالها، چسبها و رنگها، دوام کم در برابر هوازدگی و اشعه UV و تجزیهناپذیري زیستی است.
کاربردهاي EPS در ساختمان شامل بامها - عایقکاري حرارتی بام تخت و عایقکاري حرارتی زیرشیروانی - ، کفها - عایقکاري حرارتی به عنوان عایق روي زمین، سامانههاي گرمایش از کف و عایق صوتی در کفهاي شناور براي جلوگیري از انتشار صداي کوبهاي - ، دیوارها - عایقکاري حرارتی دیوار از داخل به همراه صفحات روکشدار گچی، عایقکاري حرارتی بیرونی دیوار از جمله سامانههاي مرکب عایق حرارتی بیرونی یا ETICS، عایق حرارتی دیوار دوجداره به صورت تختهاي و فلهاي - ، مواد مغزه براي پنلهاي ساندویچی با پوسته فلزي یا تخته الیاف چوب - و قالبهاي بتن عایق حرارتی - ICF - و همچنین پیها - سامانههاي پی و سایر سامانههاي تشکیلدهنده فضاي خالی، قالبهاي بتن و کاربردهاي پی باربر - است.
در این مقاله تاریخچه، ساختار، انواع، روش تولید، خواص فیزیکی، حرارتی، رفتار در برابر آتش و تولید پلیاستایرن در جهان و ایران و برخی کاربردهاي آن در ساختمان شامل تخته عایق حرارتی بررسی میشود.
-1 مقدمه
اولین بار پلیاستایرن توسط ادوارد سایمون در سال 1839 کشف شد. وي نمیدانست چه ماده با ارزشی کشف کرده است. در واقع استایرن نخستین بار از صمغ برخی درختان جداسازي شد و پس از آن مشاهده شد که این ملکول خودبهخود به یک جامد صمغی شکل تبدیل میشود. در آن زمان یعنی حوالی سال 1840 کسی توجیه مناسبی براي این مشاهدات نداشت. به ویژه آن که ترکیب درصدهاي شیمیایی آن پس از جامد شدن تغییري نمیکرد. پس از کشف پدیده پلیمر شدن توسط هرمان اشتاودینگر در حدود یک قرن بعد، این ماده پلیاستایرن نامیده شد
تهیه تجاري منومر استایرن و پلیمریزاسیون آن به سال 1934 بر میگردد که کمپانی "داو" توانست استایرن را از فراوردههاي نفتی سنتز نماید و سپس آن را پلیمریزه کند. در همان زمان مشابه این فرآیند مراحل تکمیلی خود را در آلمان میگذراند. تجربیات به دست آمده از این محصول در زمان جنگ جهانی دوم موجب گردید تا در سالهاي بعد از جنگ، پلیاستایرن نه تنها به عنوان یک ماده گرانقیمت شناخته نشود، بلکه به عنوان یک پلاستیک گرمانرم، ارزان و با خواص خوب معرفی شود.
با طی گذر زمان و با انتشار تئوريهاي مختلف - از جمله تئوري هرمان اشتاودینگر در سال 1922 در مورد پلیمرها - ، در نهایت شرکت BASF در ابتداي سال 1950 فرایندي دو مرحلهاي را براي تولید فوم پلیاستایرن گسترش داد. در این فرآیند مرحله-ي اول شامل تهیه دانههاي حاوي توزیع یکنواخت عامل پفزا توسط روش پلیمریزاسیون سوسپانسیونی مونومر استایرن است. در مرحلهي دوم این ماده در داخل یک قالب فرایند میگردد. سهولت تولید محصول به هر شکل و اندازه از مزایاي این روش بوده که باعث توسعه آن شد. به این ترتیب این ماده اول بار در سال 1950 تولید گردید
استایرن به نامهاي وینیلبنزن، فنیلاتیلن و سینامن نیز شناخته میشود و داراي فرمول شیمیایی C6H5CH:CH2 است. استایرن مایعی روغنی، معطر و بیرنگ است. نقطهي جوش آن 145/2درجه سلسیوس و چگالی آن در 25 درجه سلسیوس 0/9045 g/cm3 میباشد .[5] این ماده در زمره پرمصرفترین مواد شیمیایی استاین. ترکیب عمدتاً از هیدروژنگیري از اتیلبنزن در 550-650 oC به دست میآید
پلیاستایرن منبسط شده - EPS - 1 مصالح پلاستیکی سلولی صلبی است که از قالبگیري دانههاي پلیاستایرن قابل انبساط یا یکی از کوپلیمرهاي آن، با ساختار سلولی بسته پر شده از هوا، ساخته میشود. در عایقکاري ساختمان به صورت تختههاي صلب - بریده شده، قالبگیري شده، یا به طور پیوسته فوم شده - با سطح مقطع مستطیل که در آن ضخامت به طور قابل توجهی کوچکتر از سایر ابعاد است، مورد استفاده قرار میگیرد
-2 ساختار فوم پلیاستایرن
ساختار فوم پلیاستایرن شامل سه جزء پلیمر، عامل انبساط و مواد افزودنی به شرح زیر است:
پلیمر: پلیاستایرن با وجود سادگی ساختمان شیمیاییاش داراي اشکال متفاوتی است و قابل کوپلیمر شدن با منومرهاي دیگر نیز میباشد. پلیاستایرن به کاررفته در دانههاي منبسط شونده معمولاًداراي وزن مولکولی بین 180 تا 270 هزار است. اگر پلیاستایرن با درصد کمی از پلیمرهاي دیگر مخلوط شود فوم حاصل میتواند داراي خواص جالب توجهی باشد. یک مثال اختلاط %5 پلیاتیلن با %95 پلیاستایرن انبساطی و اکسترود کردن مخلوط و فرونشاندن ذرات اکسترود شده و قالبگیري، تولید فومی میکند که مقاومت زیادي در برابر حلالها و عبور بخار آب دارد. در واقع یک پوشش پلیاتیلنی روي فوم تشکیل میشود.
-1-2 مواد منبسط کننده
مواد منبسطکننده اغلب پلیاستایرنهاي انبساطی، هیدروکربنهاي مشتقات نفتی با نقطه جوش در حوالی نقطه جوش پنتان است. پلیاستایرنهاي انبساطی نوعاً حاوي6/3 تا %7/3 پنتان میباشند. براي هر فرمولاسیونی یک مقدار بهینه از عامل انبساط که باعث فومشدگی کامل میشود وجود دارد. تنها یک انحراف کوچک از این مقدار باعث بیرون زدن مایع2، فروپاشی فوم و بزرگی بیش از حد سلولها میشود. با افزایش وزن مولکولی پلیمر مقدار مجاز عامل انبساط کاهش مییابد.
چندین عامل انبساط دیگر نیز به کار برده شدهاند که برخی از آنها مزایاي ویژهاي دارند. پلیاستایرن نئوپنتان - تترامتیلمتان، نقطه جوش 9/5 درجه سلسیوس - را به خوبی در خود نگه میدارد و فوم چگالی کم داراي سلولهاي بسیار ریز تولید میکند. ایزوپنتان - نقطه جوش 28 درجه سلسیوس - نیز سلولهاي ریزتري تولید میکند و علیرغم نقطه جوش پایینترش از نرمال-پنتان به طور موثرتري در پلیمر نگهداري میشود. مخلوط ایزوپنتان با نرمکنندههاي مناسب قابلیت انبساط را بدون افزایش خطر فروپاشی بهبود میبخشد
-2-2 مواد افزودنی
مواد افزودنی شامل موارد زیر است:
الف- مواد کندسوزکننده: فومهاي پلیاستایرن به سادگی در مجاورت شعله، آتش میگیرند. بنابراین، وقتی مقدار زیادي فوم در یک محل به کار میرود باید مادهي کندسوزکننده به آن اضافه شود. انواع کندسوز فومهاي پلیاستایرن در تماس با شعله آتش میگیرند ولی پس از برداشتن منبع اشتعال خودبهخود خاموش میشوند و تمایلی به توسعه آتش ندارند. عوامل کندسوزکننده مناسب پلیاستایرنهاي انبساطی معمولاً مخلوطی شامل ترکیبات آلیفاتیک بروم و یک پراکسید نسبتاً پایدار میباشند.
ب- مواد ضد کلوخهشدن: تمایل دانههاي پلیاستایرن انبساطی به چسبیدن به یکدیگر یا کلوخه شدن طی مرحله پیش انبساط مشکلی کاملاً شناخته شده است.با مرطوب کردن دانهها به همراه یا بدون عامل فعال سطحی، افزودن مواد روانکننده مانند استئارات روي و افزایش شدت همزدن در پیشمنبسطکننده این مشکل را کم و بیش حل میکنند. مواد افزودنی ویژهاي نیز وجود دارند که از کلوخه شدن جلوگیري میکنند
ج- مواد رنگزا: فرآیند دانههاي فرونشانده براي واردکردن رنگدانه یا رنگ به داخل پلیاستایرن انبساطی مناسب است.
د- مواد تنظیم کننده اندازه سلول: ذرات بسیار ریز چند نوع پلیمر به عنوان عوامل هستهگذار در جهت کاهش قطر سلول فوم پلیاستایرن از 0/51 تا 1/27 میلیمتر به کمتر از 0/051 تا 0/127 میلیمتر به کار رفتهاند. واکس کلردارشده یا پلیوینیل-پروپیونات حل شده در منومر استایرن براي این منظور به کار برده شده است. روشهاي مکانیکی نیز در کاهش اندازه سلول به کار برده شدهاند
-3 روش تولید فوم پلیاستایرن
-1-3 پیشانبساط با بخار
در سال 1956 اولین دستگاه پیشانبساط بخاري ساخته شد. چندین سازنده وسایل تجاري از این طرح استفاده کردهاند. در این دستگاه که در واقع یک مخزن عمودي داراي همزن میباشد دانهها به طور پیوسته منبسط شده و سپس خارج میشوند. علت استفاده از همزن کاهش جوش خوردگی دانهها به یکدیگر در خلال عملیات پیشانبساط است. دانههاي انبساطی از طریق یک ورودي ونتوري بخاري از پایین مخزن وارد آن میشوند
