Styropian – definicja

Styropian jest potoczną nazwą spienionego polistyrenu. Wynaleziony w 1951 r. w Niemczech i nazwany został wówczas styropor. Nazwa „styropian” stosowana jest głównie w Polsce. Styropian jest porowatym tworzywem sztucznym, określanym również jako twarda pianka polistyrenowa. Podstawowym surowcem styropianu jest polistyren spienialny, niskoudarowy, otrzymywany przez polimeryzację perełkową styrenu (winylobenzenu) występującego w smole i innych produktach rozkładu substancji organicznych.

Styropian to śnieżnobiały, niewrażliwy na wilgoć materiał, który nie wydziela żadnych niebezpiecznych związków. Jest „monomateriałem” (tzn. składa się wyłącznie z materiału jednego typu, więc idealnie nadaje się do recyklingu (ang. Recycling). W przemyśle budowlanym styropian jest używany do izolacji wszelkiego rodzaju konstrukcji. Jego produkcja jest relatywnie energooszczędna, zaś dzięki swoim izolującym właściwościom,  styropian pozwala zaoszczędzić znaczną ilość energii. Izolacja styropianowa nie jest zagrożona przez grzyby, pleśnie i bakterie. Styropian sprawdził się w ciągu wielu lat jako materiał izolacyjny niewywołujący negatywnych skutków zdrowotnych i nie mający szkodliwego wpływu na środowisko. Jednak styropian jest  materiałem nieodpornym na działanie wielu rozpuszczalników organicznych (np. aceton czy rozpuszczalniki aromatyczne), olejów, smarów.
Inne nazwy, którymi określa się styropian to między innymi: POLISTYREN EKSPANDOWANY, POLISTYREN EKSTRADOWANY, POLISTYREN SPIENIONY, EPS, XPS.

Styropian- budowa
Styropian składa się z kuleczek, z których każda zawiera dziesiątki tysięcy zamkniętych komórek wypełnionych powietrzem. Powietrze w każdej z tych komórek nie ma możliwości przemieszczania się. A jak powszechnie wiadomo stacjonarne powietrze jest najlepszym izolatorem. To właśnie sprawia, że styropian świetnie nadaje się do izolacji. Powietrze stanowi nie mniej niż 98% objętości materiału jako całości. Innymi słowy- styropian ( płyta styropianowa)  zawiera w sobie tylko 2% surowca.

Styropian- proces powstawania
Styropian  otrzymuje się poprzez spienienie granulek polistyrenu zawierających porofor .
W procesie produkcyjnym kuleczki polistyrenu do spieniania są napełnione pentanem (czystym węglowodorem) stanowiącym czynniki spieniający i podgrzewane parą, co powoduje, że pentan przechodzi w stan lotny i rozpręża się.  Pod ciśnieniem kulki również rozszerzają się i powstają znane nam kuleczki styropianu, które zwiększyły swoje  rozmiary co najmniej 50- krotnie. Wewnątrz kuleczek znajduje się pianka polistyrenowa. Kuleczki styropianowe nabierają  wyraźnej sprężystości, dzięki czemu styropian jest lekkim i odpornym na ściskanie materiałem izolacyjnym. Wszystkie te kuleczki są  wtłaczane  do formy, sklejane za pomocą pary wodnej gdzie następuje ich zestalenie w monolityczny blok. Pomiędzy kuleczkami występują niewielkie pustki powietrzne, co uwidacznia się gdy przełamiemy styropian (ich ilość i wielkość zależy od gęstości materiału).  Standardowe płyty styropianowe powstają w wyniku pocięcia  bloku styropianu na płyty o wymaganej grubości.

Styropian- właściwości fizyczne
Wartości graniczne odmian o różnym przeznaczeniu, wytwarzanych wg różniących się technologii oraz podawane przez różne źródła i – różnych producentów:
-gęstość objętościowa (pozorna) 9-45 kg/m3 ,
-naprężenia ściskające przy 10-procentowym odkształceniu względnym (drenażowe) 60-700 kPa,
-wytrzymałość na rozciąganie siłą prostopadłą do powierzchni 50-200 kPa,
-wytrzymałość na ścinanie 50-200 kPa,
-moduł sprężystości 12 Y 10 3 -25 Y 10 3 kPa,
-sztywność dynamiczna (płyty do podłóg pływających) DLw = 27 dB,
-stabilność wymiarów w temp. 70 °C po 48 h 0,3-1,5%,
-współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej wzdłuż 80 Y 10 -6 K -1 , w poprzek 60 Y 10 -6 K -1 ,
-współczynnik przewodzenia ciepła w temp. 23 °C (lub średniej 10 °C) 0,021-0,045 W/mK
-chłonność wody po 24 h 1,2-1,8 (nawet 0,10)%,
-wskaźnik oporu dyfuzyjnego (zależn. od grub.) 80-200,
-graniczne wartości temperatury stosowania -50-+80 °C,
-utrata 90% wytrzymałości przy +80 °C,
-topi się w temp. ok.100 °C,
-palność trudno zapalny – samogasnący.
W zasadzie im styropian posiada mniejszą gęstość pozorną, tym ma mniejszą wytrzymałość mechaniczną (naprężenia ściskające) a większą ściśliwość oraz odwrotnie. Tę prawidłowość może zakłócić niewłaściwy przebieg spieniania polistyrenu. Wzrostowi gęstości pozornej towarzyszy spadek wartości współczynnika przewodzenia ciepła.

Styropian- właściwości chemiczne
Styropian jest oceniany jako materiał ekologiczny. Sprzyjają temu stosunkowo niska temperatura produkcji i niewielkie zużycie paliw, a w związku z tym ograniczona emisja spalin. Nie reaguje chemicznie z żadnym stałym materiałem budowlanym. Nie zawiera żadnych substancji szkodliwych dla zdrowia, jest dopuszczony jako materiał na opakowania żywności. Odporny na: wodę, roztwory soli, alkalia, kwasy (solny 35%, octowy do 50% i siarkowy do 95%, kwasy słabe (mlekowy, węglowy, humusowy), sole, nawozy, mleko, alkohole (metylowy i etylowy), olej silnikowy, fekalia.
Styropian nie jest odporny na działanie rozpuszczalników aromatycznych, olejów i smarów (szczegóły patrz “ostrzeżenia”); natomiast lepik asfaltowy na gorąco (do 120 °C) nie działa szkodliwie i może być stosowany.

Brak odporności lub słaba odporność na niektóre produkty chemiczne jak: bitumy do stosowania na zimno, bitumiczne masy szpachlowe z rozpuszczalnikami, produkty smołowe, oleje jadalne, parafinowy, napędowy, wazelina, rozpuszczalniki takie jak: aceton, eter, octan etylu, nitro, benzen, ksylol, rozpuszczalniki lakowe, trójchloroetylen, czterochlorometan, terpentyna, nasycone węglowodory alifatyczne, np. cykloheksan, benzyna apteczna i lakowa, paliwa gaźnikowe.
Należy też uwzględniać fakt, że styropian wprawdzie nie stanowi pożywienia dla gryzoni ani insektów, to jednak mogą one zagnieździć się w nim, w związku z czym w przypadku zagrożenia należy zastosować zabezpieczenie, np. z gęstej siatki ocynkowanej lub cięto-ciągnionej. Powierzchnie elementów styropianowych nie powinny być narażone na dłuższe (max. 8 tygodni) bezpośrednie działanie promieniowania ultrafioletowego (słońca) mogące powodować żółknięcie i kruchość.

Styropian -zastosowania
Styropian jest to stosunkowo tani materiał budowlany, powszechnie stosowanym do: izolacji termicznych i akustycznych ścian, podłóg i sufitów oraz dachów budynków;  odwadniania przegród budowlanych (drenażu), pustaków izolacyjno-szalunkowych, tzw. deskowań traconych, różnorodnych płyt warstwowych, tapet izolacyjnych.
W postaci „granulatu” bywa używany: do ścian szczelinowych (możliwość wdmuchiwania przez wywiercone otwory w puste przestrzenie docieplanych, istniejących ścian) oraz jako lekkie kruszywo do wypraw i betonów, do rozluźniania struktury gruntu w pracach ziemnych (ściany oporowe – tu również w postaci dużych bloków) i w ogrodownictwie.
Styropian znalazł również zastosowanie w innych dziedzinach. Jako materiał izolacji termicznej i akustycznej samochodów, przyczep, urządzeń cieplnych i chłodniczych, sprzętu sportowego oraz do tworzenie  najrozmaitszych opakowań (również artykułów spożywczych) chroniących przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Styropian- zalety
Styropian posiada wiele zalet, dzięki temu jest tak popularnym materiałem na rynku. Do podstawowych zalet styropianu należą:
-Styropian jest odpowiedzialny równocześnie za ochronę termiczną i akustyczną.
-Styropian posiada, w porównaniu z innymi materiałami, najniższą przewodność cieplną.
– Styropian posiada stosunkowo niską cenę, zarówno cenę materiału, jak i robocizny, w porównaniu z efektami stosowania.
– Szczególna lekkość przy sztywności własnej ułatwiającej mocowanie,
–  Styropian łatwo się transportuje  i składuje.
–  Łatwa i bezpieczna obróbka mechaniczna.
-łatwość wbudowywania w obiekty nowe, jak i już istniejące (termorenowacja, wyciszanie) różnymi metodami (lekko-suchą niezależnie od warunków atmosferycznych),
– możliwość stosowania do dachów, ścian i stropów o różnych konstrukcjach,
– łatwość formowania dowolnych kształtów,
– liczne odmiany do wyboru w konkretnych warunkach,
–  jest nieszkodliwy dla zdrowia: nie drażni skóry ani dróg oddechowych, nie powoduje alergii, jest czysty i przyjemny w dotyku, obojętny dla otoczenia,
– dobrze znosi drgania i przemieszczenia podłoża oraz stosunkowo duże obciążenia mechaniczne,
– wykazuje ograniczone odkształcenia przy obciążeniach długotrwałych,
–  jest odporny na zawilgocenie (hydrofobowy), nie wchłania wilgoci, pod jej wpływem nie traci właściwości izolacyjnych, nie podciąga wody kapilarnie,
–  umożliwia ograniczenie dyfuzji pary wodnej,
– nie ulega gniciu i butwieniu,
– jest odporny na pleśń, grzyby i bakterie,
-nadaje się do tworzenia lekkich warstw drenażowych (spec. płyty),
– nie starzeje się,
–  Styropian zachowuje stabilność kształtu i właściwości do około 35 lat.
–  odpady są ponownie wykorzystywane w produkcji, rozdrobnione i wywożone na wysypiska, przyczyniają się do napowietrzania oraz przyspieszania rozkładu śmieci.
Do uzyskiwania wyżej wymienionych zalet, należy odpowiednio dobrać styropian oraz prawidłowo go zamocować.
Styropian- ostrzeżenia
Mimo uznania, że styropian jest materiałem trudno zapalnym, i dzięki dodaniu specjalnych substancji samogasnący (nierozprzestrzeniający ognia), w obcym płomieniu styropian pali się. Dawniej twierdzono, że przy spalaniu polistyrenu zawsze powstają substancje trujące. Obecnie jednak styropian posiada odmiany samogasnące, które traktuje się jako nie wydzielające gazów spalinowych o dużej toksyczności. Niemniej istnieją polskie przepisy przeciwpożarowe gdzie styropian jest ograniczony w stosowaniu ociepleń ścian do 11 kondygnacyjnych budynków istniejących (wzniesionych przed 1998 r.) oraz dla wyższych istniejących i nowo wznoszonych – do wysokości 25 m.

dopuszczalne wysokości stosowania styropianu
 
Reakcja na ogień
Aby styropian mógł zostać dopuszczony w budownictwie jako materiał izolacyjny (w obszarze Unii Europejskiej), należy przeprowadzić badania jego palności zgodnie z normą EN 13501-1. Styropiany posiadające Euroklasę E są dopuszczane do zastosowań w budownictwie jako tzw. samogasnące.
W zależności od stopnia spienienia uzyskuje się styropiany o różnej gęstości. Styropiany o małej gęstości są słabe mechanicznie i łatwo ulegają zgnieceniu, o większej są twardsze i umożliwiają poprawne izolowanie niektórych elementów konstrukcyjnych narażonych na duże obciążenie (np. dachy, podłogi, elementy do formowania ścian, stropów żelbetowych).
Styropian stosowany jest często w budownictwie (można stosować odmianę o klasie reakcji na ogień E), jako lekki (od ok. 10 – do ponad 40 kg/m3) materiał termoizolacyjny oraz jest wykorzystywany jako np. rdzeń izolacyjno-konstrukcyjny przy produkcji budowlanych płyt warstwowych. Jest również stosowany, po odpowiedniej obróbce mechanicznej, jako materiał do wykonywania izolacji akustycznej – spełnia to zadanie jedynie w przypadku tłumienia dźwięków uderzeniowych.
Przy innej technologii produkcji z polistyrenu, otrzymuje się polistyren ekstrudowany (XPS) o odmiennych właściwościach fizyko-mechanicznych.

Styropian a ocieplenie
W momencie gdy zastanawiamy się nad sposobem ocieplenia mieszkania, warto wziąć pod uwagę styropian. Jego właściwości umożliwiają zapewnienie skutecznej ochrony przed zimnem. Styropian jest tworzywem przyjaznym środowisku. Jest odporny na niskie temperatury, lekki i tani. Montaż elementów styropianowych jest stosunkowo łatwy. Dzięki dużej różnorodności na rynku możemy zakupić materiał o odpowiedniej grubości, jakości, kolorze. Decydując się na styropian warto pamiętać także o tym, że jest on bardzo bezpiecznym materiałem izolacyjnym, nie pyli i nie powoduje uczuleń u człowieka. To może mieć znaczenie zwłaszcza, jeśli jesteśmy alergikami.
Obecnie ocenia się, że w Polsce do termoizolacji stosuje się w 80-90% przypadkach styropian.
Bloki styropianowe „spoimy” ze ścianą za pomocą klejów. W sklepach, hurtowniach i składach budowlanych dostępna jest cała gama specjalistycznych klejów budowlanych. Zasadniczo dzielimy je na proszkowe- które wymagają przygotowania przed bezpośrednim zastosowaniem oraz kleje w postaci gotowej masy. Coraz bardziej powszechne w użyciu stają się te drugie, ponieważ dzięki nim możemy zaoszczędzić czas, a ich trwałość jest znacznie lepsza.


 Autor:
inż. arch. Zuzanna Knaperek