Σύνθετα Υλικά Πειραματική μελέτη βασικών χαρακτηριστικών θερμομονωτικών υλικών ευρείας χρήσης

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΦΥΣΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ "ΦΥΣΙΚΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΛΙΚΩΝ" Σύνθετα Υλικά Πειραματική μελέτη βασικών χαρακτηριστικών θερμομονωτικών υλικών ευρείας χρήσης ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΣΙΧΟΥΡΙΔΗΣ ΧΑΡΙΛΑΟΣ Επιβλέπων : ΧΑΡΙΤΩΝ ΠΟΛΑΤΟΓΛΟΥ Αν.Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Απρίλιος 2007

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται μερικές από τις ιδιότητες των θερμομονωτικών υλικών που χρησιμοποιούνται κυρίως σε καθημερινές οικοδομικές δραστηριότητες. Οι ιδιότητες των υλικών αυτών που μελετώνται και ποιοτικά αλλά και ποσοτικά είναι η θερμική αγωγιμότητα, η ελαστικότητα και η σκληρότητα. Για κάθε μία από τις παραπάνω ιδιότητες έγινε αρχικά μια πρωτότυπη εργαστηριακή διάταξη και ακολούθησε το στάδιο λήψης των πειραματικών δεδομένων με χρήση των ανωτέρω διατάξεων. Με την ολοκλήρωση αυτής της εργασίας θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον Αναπληρωτή καθηγητή του τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ κ. Χαρίτων Πολάτογλου για την εξαιρετική καθοδήγηση που μου προσέφερε καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διπλωματικής εργασίας καθώς επίσης και τις εταιρίες «Γ. Κ. ΡΙΖΑΚΟΣ ΑΒΕΤΕ» με έδρα το Καλοχώρι Θεσσαλονίκης και «FIBRAN A.E» με έδρα τη Θεσσαλονίκη για την προμήθεια δειγμάτων των μονωτικών υλικών καθώς και των αντίστοιχων φυλλαδίων των τεχνικών προδιαγραφών των υλικών χωρίς τη συμβολή των οποίων δεν θα ήταν δυνατή η πραγματοποίηση της διπλωματικής αυτής εργασίας. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω όλη την οικογένεια μου που μου στάθηκε στο κομμάτι αυτό της ζωής μου με την πολύτιμη ψυχολογική υποστήριξη που μου προσέφερε και τον ζεστό τρόπο που με χειρίστηκε κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής αυτής εργασίας. 2

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Τα θερμομονωτικά υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως σε όλες τις οικοδομικές και όχι μόνο κατασκευές και γίνεται μεγάλη προσπάθεια λόγω του έντονου ανταγωνισμού από πολλές εταιρίες η δημιουργία υλικών με ολοένα και περισσότερο βελτιούμενες ιδιότητες βασισμένες σε νανοδομές. Η εργασία αυτή περιλαμβάνει πέντε κεφάλαια: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αρχικά αναφορά στην περιγραφή της δομής καθώς και στον τρόπο παρασκευής του βασικού δομικού υλικού (πολυστυρένιο) των θερμομονωτικών υλικών. Κατόπιν ακολουθεί περιγραφή των ιδιοτήτων του και το ευρύ πεδίο των εφαρμογών στις οποίες συμμετέχει. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται τα εξωτερικά χαρακτηριστικά, οι τεχνικές ιδιότητες καθώς και οι εφαρμογές των μονωτικών υλικών που μελετήθηκαν με βάση τις πληροφορίες που αντλήθηκαν κυρίως από τα τεχνικά φυλλάδια των υλικών αλλά και από το διαδίκτυο. Στο τρίτο, τέταρτο κα πέπμπο κεφάλαιο γίνεται για κάθε μια ιδιότητα του θερμομονωτικού υλικού που μελετήθηκε, αρχικά μια θεωρητική ανάλυση και τρόπος υπολογισμού της τιμής της ιδιότητας, ακολουθεί η περιγραφή της αντίστοιχης κατασκευής της πρωτότυπης πειραματικής διάταξης καθώς και ο τρόπος λήψης των πειραματικών μετρήσεων και ακολουθεί η καταγραφή των πειραματικών μετρήσεων και κατόπιν η ανάλυσή τους προκειμένου να γίνει τελικά ο υπολογισμός των τιμών των ιδιοτήτων και η σύγκρισή τους με τις αντίστοιχες τιμές των τεχνικών φυλλαδίων. 3

ΑΒSTRACT The heat-insulating materials are widely used in all building constructions and not only. Because of a great competition between a variety of companies, there has been an effort to create materials which are based on improved properties and nanocostructures. The present dissertation includes five chapters: In the first chapter, there is reference on the description of the structure as well as on the preparation method of the basic constructing material (polysterene) and the heat-insulating materials. A description of its properties and the wide range of the applications it is used for follows. The second chapter refers to the external characteristics, the technical properties as well as the applications of the insulating materials which were studied based on the information drawn by relative leaflets by companies which produce them and by the internet. The third, fourth and fifth chapters begins with a theoretical analysis and an estimation method for each property of the heat-insulating material which was studied. They continue with a description of the relative construction of the original experimental structure as well as methods of receiving and recording experimental measurements followed by their analysis in order to estimate the properties and compare them with the corresponding ones which are included in the companies leaflets. 4

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο : ΆΜΟΡΦΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ - ΠΟΛΥΣΤΥΡΕΝΙΟ... 8 1.1 ΆΜΟΡΦΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ... 8 1.1.1 Δομή πολυμερών... 8 1.1.2. Κρυσταλλικότητα... 9 1.1.3. Παραλλαγές της συμπεριφοράς της πολυμερικής αλυσίδας... 9 1.1.4. Βαθμός κρυσταλλικότητας... 10 1.1.5. Κρυσταλλικότητα και θερμοκρασία... 11 1.1.6. Κρυσταλλικότητα και πλαστικοποιητές... 13 1.2. ΠΟΛΥΣΤΥΡΕΝΙΟ... 14 1.2.1. Γενικά στοιχεία... 14 1.2.2. Ανάλυση δομής πολυστυρενίου... 14 1.2.3. Παρασκευή πολυστυρενίου... 15 1.2.4. Εφαρμογές... 16 1.2.4.1 Εφαρμογές ελαστομερούς πολυστυρενίου -βουταδιενίου...18 1.2.4.2 Εφαρμογές διογκωμένης και εξηλασμένης πολυστερίνης...18 1.2.4.3.Η εξηλασμένη πολυστερίνη FB...22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο : ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ... 23 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 23 2.2. ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ... 24 2.2.1. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας:... 24 2.2.2.Ο Συντελεστής αντίστασης στη διάχυση υδρατμών (μ):... 25 2.2.3. Η μηχανική αντοχή:... 25 2.2.4. Η σταθερότητα στις διαστάσεις:... 25 2.2.5. Η Αντίσταση στη φωτιά:... 26 2.2.6. Το ειδικό βάρος:... 26 2.3. ΤΑ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΑ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ... 26 2.4 ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΚΑΝΕΙΣ ΝΑ ΒΡΕΙ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΑΓΟΡΑ... 26 2.4.1. Εξηλασμένη-Διογκωμένη πολυστερίνη.23 2.4.2. Πολυουρεθάνη... 27 2.4.3. Υαλοβάμβακας / πετροβάμβακας... 27 2.4.4. Περλίτης... 28 2.4.5. Το Ερακλίτ (Heraklith)... 28 2.4.6. Ο διογκωμένος φελλός... 29 2.5. ΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΔΟΚΙΜΙΑ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ... 30 2.5.1. ISOCOAT ΤΧ ΚΑΙ ISOCOAT BT... 30 2.5.2. ISOPLAK BT & ISOPLAK TX... 31 2.5.3. ΝEOPOR (ΓΡΑΦΙΤΟΥΧΑ ΠΟΛΥΣΤΕΡΙΝΗ )... 33 2.5.4. ISOLTETTO... 40 2.5.5. Λευκό Κοφτό Αυτοσβεννύμενο Διογκωμένο Πολυστυρένιο (EPS)... 42 2.5.6. Εξηλασμένη πολυστερίνη... 44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ... 48 3.1 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ... 48 3.1.1. Εισαγωγικά... 48 3.1.2 Μεταφορά Θερμότητας - Ορισμοί... 48 3.1.3 Μηχανισμοί μεταφοράς ενέργειας (θερμότητας)... 49 3.1.4. Μαθηματική έκφραση της θερμικής αγωγιμότητας... 50 3.1.4.1. Αγωγή θερμότητας-η γενική μορφή του Νόμου Fourier...50 3.1.4.2 Συναγωγή...55 3.1.4.3.Μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία...59 3.1.2 Θερμοφυσικές ιδιότητες της ύλης... 63 3.1.3 Η βασική εξίσωση αγωγιμότητας (εξίσωση διάχυσης θερμότητας)... 66 3.1.4. Μονοδιάστατη αγωγή θερμότητας σε μόνιμο θερμοκρασιακό πεδίο... 67 3.1.4.1 Αγωγή θερμότητας μέσα από τοίχο...67 3.1.5. Συμπερασματικά ως προς της θερμική αγωγιμότητα... 68 3.2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ... 72 3.2.1. Περιγραφή Πειραματικής Διάταξης... 72 3.3.2. Επεξήγηση λειτουργίας διάταξης... 75 5

3.3.3. Γενικά στοιχεία πειραματικού προσδιορισμού συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ... 76 3.3.4. Θερμομονωτικό υλικό NEOPOR... 77 3.3.4.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...77 3.3.4.2. Πειραματικές μετρήσεις...77 3.3.5. Θερμομονωτικό υλικό ΕΞΗΛΑΣΜΕΝΗ ΠΟΛΥΣΤΕΡΙΝΗ... 88 3.3.5.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...88 3.3.5.2.Πειραματικές μετρήσεις...88 3.3.6. Θερμομονωτικό υλικό ΕΞΗΛΑΣΜΕΝΗ ΠΟΛΥΣΤΕΡΙΝΗ (παλαιά)... 99 3.3.6.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...99 3.3.6.2.Πειραματικές μετρήσεις...99 3.3.7. Θερμομονωτικό υλικό ISOPLAK BT... 107 3.3.7.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...107 3.3.7.2. Πειραματικές μετρήσεις...107 3.3.8. Θερμομονωτικό υλικό ISOCOAT TX... 119 3.3.8.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...119 3.3.8.2. Πειραματικές μετρήσεις...119 3.3.9. Θερμομονωτικό υλικό ΕPS-Φελιζόλ ( λευκή διογκωμένη πολυστερίνη)... 131 3.3.9.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...131 3.3.9.2. Πειραματικές μετρήσεις...131 3.3.10. Θερμομονωτικό υλικό ISOLTETTO... 143 3.3.10.1 Βασικά Στοιχεία Υλικού...143 3.3.10.2. Πειραματικές μετρήσεις...143 3.4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΔΙΑΠΙΣΤΩΣΕΙΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ... 156 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ-ΕΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ.158 4.1 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ... 158 4.1.1. Εισαγωγικά... 158 4.1.1.1 Μελέτη του μέτρου ελαστικότητας Young E μέσω του φαινομένου της κάμψης...158 4.1.1.2. Μικροσκοπική ανάλυση εσωτερικών δυνάμεων...162 4.1.1.3.Παραδοχές της αντοχής των υλικών...163 4.1.2. Ροπή αδρανείας επιφάνειας... 165 4.1.2.1.Εισαγωγικά...165 4.1.2.2.Ροπή αδράνειας...165 4.1.2.3. Ροπή αδράνειας παραλληλογράμμου ως προς κεντροβαρικό άξονα....166 4.1.3. Γενική ανάλυση της κάμψης... 168 4.1.3.1. Εισαγωγικά...168 4.1.3.2. Ανάλυση κάμψης...169 4.1.3.3. Παραδοχές κάμψης...171 4.1.3.4. Μαθηματική ανάλυση κάμψης...172 4.1.4. Ακτίνα καμπυλότητας γωνία στροφής... 178 4.1.5. Διαφορική εξίσωση προβλήματος δοκού... 178 4.2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΚΑΜΨΗΣ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ... 183 4.2.1. Συνοπτικά θεωρητικά στοιχεία της κάμψης δοκού... 183 4.2.2. Ανάλυση Πειραματικής Διάταξης... 187 4.2.2.1. Σκοπός της δοκιμής...187 4.2.2.2. Περιγραφή Πειραματικής Διάταξης...189 4.2.2.3.Επεξήγηση λειτουργίας διάταξης...192 4.3.3. Πειραματική μελέτη κάμψης -Θερμομονωτικό υλικό NEOPOR... 195 4.3.3.1 Βασικά Στοιχεία Υλικού...195 4.3.3.2. Πειραματικές μετρήσεις...195 4.3.4. Θερμομονωτικό υλικό ΕΞΗΛΑΣΜΕΝΗ ΠΟΛΥΣΤΕΡΙΝΗ... 215 4.3.4.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...215 4.3.4.2. Πειραματικές μετρήσεις...215 4.3.5. Θερμομονωτικό υλικό ΕΞΗΛΑΣΜΕΝΗ ΠΟΛΥΣΤΕΡΙΝΗ (παλιά)... 240 4.3.5.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...240 4.3.5.2. Πειραματικές μετρήσεις...240 4.3.6. Θερμομονωτικό υλικό ISOCOAT TX... 255 4.3.6.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...255 4.3.6.2.Πειραματικές μετρήσεις...255 4.3.7. Θερμομονωτικό υλικό ISOLTETTO... 260 4.3.7.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...260 4.3.7.2. Πειραματικές μετρήσεις...260 4.3.8. Θερμομονωτικό υλικό ISOPLAK BT... 285 4.3.8.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...285 6

4.3.8.2.Πειραματικές μετρήσεις...285 4.3.9. Θερμομονωτικό υλικό EPS -ΦΕΛΙΖΟΛ... 310 4.3.9.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...310 4.3.9.1.Πειραματικές μετρήσεις...310 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο : ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ-ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ... 340 5.1 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ... 340 5.1.1. Εισαγωγικά... 340 5.1.1.1. Ορισμοί -έννοιες...340 Στατικές δοκιμές σκληρομέτρησης... 341 5.1.1.2. Μέθοδος Brinell...341 5.1.1.3.Μέθοδος Vickers...345 5.1.1.4 Μέθοδος Rockwell....346 Συσχέτιση των διαφόρων τιμών της σκληρότητας... 348 5.2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ... 351 5.2.1. Συνοπτικά θεωρητικά στοιχεία μέτρησης της σκληρότητας υλικών με τη μέθοδο Brinell... 351 5.2.2. Ανάλυση Πειραματικής Διάταξης... 352 5.2.2.1. Περιγραφή Πειραματικής Διάταξης...352 5.2.2.2. Ανάλυση πειραματικής διάταξης...353 5.2.2.3. Επεξήγηση λειτουργίας διάταξης...354 5.2.3. Πειραματική μελέτη σκληρότητας -Θερμομονωτικό υλικό ISOCOAT TX... 356 5.2.3.1 Βασικά Στοιχεία Υλικού...356 5.2.3.2 Πειραματικές μετρήσεις...356 5.2.4. Πειραματική μελέτη σκληρότητας -Θερμομονωτικό υλικό XPS Εξηλασμένη πολυστερίνη... 369 5.2.4.1 Βασικά Στοιχεία Υλικού...369 5.2.4.2.Πειραματικές μετρήσεις...369 5.2.5. Πειραματική μελέτη σκληρότητας -Θερμομονωτικό υλικό neopor... 382 5.2.5.1 Βασικά Στοιχεία Υλικού...382 5.2.5.2.Πειραματικές μετρήσεις...382 5.2.6. Πειραματική μελέτη σκληρότητας -Θερμομονωτικό υλικό XPS (Παλιά)... 395 5.2.6.1 Βασικά Στοιχεία Υλικού...395 5.2.6.2.Πειραματικές μετρήσεις...395 5.2.7. Πειραματική μελέτη σκληρότητας -Θερμομονωτικό υλικό ΕPS (ΦΕΛΙΖΟΛ)... 408 5.2.7.1 Βασικά Στοιχεία Υλικού...408 5.2.7.2.Πειραματικές μετρήσεις...408 5.2.8. Πειραματική μελέτη σκληρότητας -Θερμομονωτικό υλικό ISOLTETTO... 421 5.2.8.1. Βασικά Στοιχεία Υλικού...421 5.2.8.2.Πειραματικές μετρήσεις...421 5.2.9. Πειραματική μελέτη σκληρότητας -Θερμομονωτικό υλικό ISOPLAK BT... 434 5.2.9.1 Βασικά Στοιχεία Υλικού...434 5.2.9.2.Πειραματικές μετρήσεις...434 5.2.10. Συμπεράσματα - διαπιστώσεις...447 ΑΝΑΦΟΡΕΣ... 454 7

Κεφάλαιο 1 ο : Άμορφα πολυμερή - Πολυστυρένιο 1.1 Άμορφα πολυμερή 1.1.1 Δομή πολυμερών Σχήμα 1.1: Δομή πολυμερούς και συσχετισμός της με ιδιότητες και πεδία εφαρμογών του Η δομή πολυμερούς καθορίζεται από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά του: Σύσταση (Constitution). Στερεοταξική διευθέτηση/απεικόνιση (Configuration). Σχηματισμός/Διαμόρφωση (Conformation). Προσανατολισμός (Orientation). Κρυσταλλικότητα (Crystallinity). Η σύσταση και η στερεοταξική διευθέτηση αποτελούν τη χημική δομή, ενώ ο προσανατολισμός και η κρυσταλλικότητα καθορίζουν τη φυσική δομή του πολυμερούς. Ο σχηματισμός ευρίσκεται ανάμεσα στις δύο δομές, είναι συνέπεια της σύστασης και στερεοταξικής διευθέτησης και καθορίζει τον προσανατολισμό και την κρυσταλλικότητα της μακρομοριακής ένωσης. Η χημική δομή περιλαμβάνει τη δόμηση κάθε μακρομορίου χωριστά και επηρεάζει τη χημική του δραστικότητα, ενώ η φυσική δομή περιλαμβάνει τη δόμηση συγκροτημάτων μορίων και επηρεάζει τις ιδιότητες του κατασκευαστικού υλικού. Από κοινού τα δύο είδη δομής μαζί με την κινητικότητα των μελών της αλυσίδας και των μακρομορίων προσδιορίζουν τις ιδιότητες και τα πεδία εφαρμογών των πολυμερικών υλικών. 8

1.1.2. Κρυσταλλικότητα Τα στερεά πολυμερή μπορεί να έχουν υψηλό βαθμός τάξης στη διευθέτηση των μορίων ή η τάξη αυτή να ελλείπει. Στην πρώτη περίπτωση το πολυμερές είναι κρυσταλλικό (crystalline), ενώ στη δεύτερη περίπτωση χαρακτηρίζεται ως άμορφο (amorphous). Τα πολυμερικά υλικά έχουν την τάση να εκτείνονται τελείως σε ευθεία γραμμή. Τούτο, όμως, στην πράξη δεν είναι ο κανόνας, αντίθετα, ελάχιστα μόνο πολυμερή το επιτυγχάνουν, π.χ. το λίαν υψηλού μοριακού βάρους πολυαιθυλένιο (UHMWPA) και ορισμένα αραμίδια (Kevlar, Nomex, κλπ.). Τα πλείστα πολυμερή εκτείνονται σε μικρό διάστημα και στη συνέχεια αναδιπλώνονται (Σχ 2). Για παράδειγμα, στο πολυαιθυλένιο το ευθύγραμμο μήκος των αλυσίδων πριν την αναδίπλωση είναι της τάξης των 100 Å. Πέραν της ανωτέρω συμπεριφοράς τους, τα πολυμερή σχηματίζουν στοίβες τέτοιων αλυσίδων που καλούνται λαμέλες (lamella), βλ. Σχ. 3. Σχήμα 1.2: Αναδίπλωση πολυμερικής αλυσίδας Σχήμα 1. 3: Χαρακτηριστική λαμέλα πολυμερούς 1.1.3. Παραλλαγές της συμπεριφοράς της πολυμερικής αλυσίδας (α) Αρκετές φορές ένα τμήμα της αλυσίδας μπορεί να βρίσκεται μέσα στον κρύσταλλο και ένα άλλο τμήμα της έξω από αυτόν. Στην περίπτωση αυτή, η λαμέλα παρουσιάζει μη τακτική διάταξη με τμήματα των αλυσίδων να κρέμονται έξω από αυτή σε διάφορες κατευθύνσεις (Σχ. 1.4). (β) Είναι δυνατό, τμήματα των αλυσίδων που έχουν εξέλθει από τη λαμέλα να επανεισέρχονται σ αυτήν, αμέσως μετά την έξοδο τους ή αφού ήδη σημαντικό μήκος τους βρίσκεται εκτός λαμέλας. Στην πρώτη περίπτωση, η διάταξη της κρυσταλλικής πολυμερικής λαμέλας είναι γνωστή ως μοντέλο παρακείμενης επανεισόδου (adjacent re-entry model), ενώ στη δεύτερη ως μοντέλο διακόπτη (switchboard model), βλ. Σχ. 1.5. 9

Σχήμα 1.4 Σχήμα 1.5 1.1.4. Βαθμός κρυσταλλικότητας Τα κρυσταλλικά πολυμερή δεν είναι ποτέ ολοκρυσταλλικά. Αποτελούνται από κρυσταλλικές και άμορφες περιοχές. Η κρυσταλλική περιοχή περικλείεται στις λαμέλες, ενώ η άμορφη περιοχή βρίσκεται έξω από αυτές (Σχ.1.6). Ο βαθμός κρυσταλλικότητας εκφράζει το ποσοστό του κρυσταλλικού υλικού επί του συνόλου και προσδιορίζεται με ειδική πειραματική δοκιμή γνωστή ως differential scanning calorimetry. Σχήμα 1. 6: Περιοχές κρυστάλλωσης πολυμερούς Οι λαμέλες αναπτύσσονται από έναν κεντρικό πυρήνα όπως οι ακτίνες του τροχού ποδηλάτου, βλ. Σχ.1.7. Τα νημάτια τους αναπτύσσονται και στις τρεις διαστάσεις, με αποτέλεσμα να μοιάζουν περισσότερο με σφαίρες παρά με τροχούς, γιαυτό η όλη σύνθεση ονομάζεται σφαιρουλίτης (spherulite) και αποδίδεται χαρακτηριστική μικροδομή πολυμερούς, βλ.σχ.1.8. Σε δείγμα κρυσταλλικού πολυμερούς μάζας λίγων γραμμαρίων περιέχονται δισεκατομμύρια σφαιρουλιτών. Σχήμα 1. 7: Σχηματισμός σφαιρουλίτη Σχήμα 1.8: Μικροδομή σφαιρουλίτη πολυαιθυλενίου 10

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μία πολυμερική αλυσίδα μπορεί να ανήκει εν μέρει σε κρυσταλλική λαμέλα και εν μέρει σε άμορφη περιοχή, αλλά υπάρχει και η περίπτωση η αλυσίδα αυτή να διασχίζει την άμορφη περιοχή και να επανασυνδέεται με άλλη λαμέλλα. Οι αλυσίδες αυτές ονομάζονται μόρια ζεύξης (tie molecules). Η κρυσταλλική δομή εξασφαλίζει πιο ανθεκτικό πολυμερές, αλλά συγχρόνως το καθιστά ψαθυρό, με αποτέλεσμα τα πολύ κρυσταλλικά πολυμερή να μην επιδεικνύουν την κλαστική συμπεριφορά πλαστικού. Οι άμορφες περιοχές συντελούν στην αύξηση της ευκαμψίας του πολυμερούς. Συνεπώς, για την παραγωγή ινών (fibers), που είναι ουσιαστικά επιμήκεις κρύσταλλοι, πρέπει να προέρχονται από πολυμερές όσο το δυνατό πιο κρυσταλλικό. Στον Πίν. 1.1 δίνονται παραδείγματα πολυμερών με εξόχως κρυσταλλική και εξόχως άμορφη δομή, αντίστοιχα. Πίνακας 1.1 Εξόχως κρυσταλλικά πολυμερή Εξόχως άμορφα πολυμερή Πολυπροπυλένιο PΜΜΑ Συνδιοτακτικό πολυστυρένιο Ατακτικό πολυστυρένιο Nylon Πολυκαρβονικά Kevlar and Nomex (αμίδια) Πολυϊσοπρένιο Πολυκετόνες Πολυβουταδιένιο 1.1.5. Κρυσταλλικότητα και θερμοκρασία Κατά την απόψυξη τήγματος πολυμερούς, υφίσταται μια θερμοκρασιακή περιοχή όπου σημειώνεται στερεοποίηση του υλικού. Μπορεί να παρατηρηθούν οι εξής δύο περιπτώσεις (Σχ. 1.9): (α) Σχηματισμός κρυσταλλικού στερεού σκληρού και εύθραυστου ή ανθεκτικού ανάλογα με το μοριακό βάρος του πολυμερούς. (β)σχηματισμός άμορφου στερεού, η συμπεριφορά του οποίου εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχει μια χαρακτηριστική θερμοκρασία που ονομάζεται θερμοκρασία ή σημείο υαλώδους μετάπτωσης, Tg (glass transition temperature) και οριοθετεί δύο διαφορετικές συμπεριφορές για το άμορφο πολυμερές: Σχήμα 1.9: Απόψυξη τήγματος πολυμερών Σε Τ>Τg : To πολυμερές είναι μαλακό και εύκαμπτο και χαρακτηρίζεται από ιξωδοελαστική συμπεριφορά. Σε Τ<Τg : To πολυμερές γίνεται σκληρό και εύθραυστο (και 11

πολλές φορές διαφανές) και η συμπεριφορά του χαρακτηρίζεται ως υαλώδης κατάσταση. Στο σημείο υαλώδους μετάπτωσης παρατηρείται αλλαγή της κλίσης της καμπύλης μεταβολής του ειδικού όγκου (ή της προσδιδόμενης θερμότητας) με τη θερμοκρασία Δεδομένου ότι στα κρυσταλλικά πολυμερή συνυπάρχουν κρυσταλλική και άμορφη περιοχή, υφίσταται επίσης η έννοια της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης Tg, η οποία επηρεάζεται από τους ακόλουθους παράγοντες, βλ. κατωτέρω: Σχήμα 1.10: Επίδραση του βαθμού κρυστάλλωσης επί της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπρωσης Από το βαθμό κρυστάλλωσης: Αύξηση του βαθμού κρυστάλλωσης οδηγεί σε αύξηση της Tg, βλ. Σχ. 1.10. Από την ευκαμψία της κύριας αλυσίδας: Αύξηση της ευκαμψίας της πολυμερικής αλυσίδας οδηγεί σε μείωση της Tg, βλ. παραδείγματα Σχ. 1.11. Από της προστιθέμενες ομάδες (είδος και αριθμό) στην βασική αλυσίδα: Η προσθήκη έστω και μικρής ομάδας στη βασική αλυσίδα αυξάνει την Tg (Σχ. 1.12). Αύξηση του μήκους πλευρικής διακλάδωσης οδηγεί σε μείωση της Tg (Σχ. 1.13). Σχήμα 1.11: Επίδραση της ευκαμψίας της κύριας αλυσίδας επί της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης Σχήμα 1.12: Επίδραση της προθήκης ομάδας επί της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης 12

Σχήμα 1.13: Επίδραση της αύξησης του μήκους πλευρικής διακλάδωσης επί της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης 1.1.6. Κρυσταλλικότητα και πλαστικοποιητές Ο προορισμός του πλαστικοποιητή (plasticizer) είναι η μείωση της Tg. Πρόκειται για μικρό μόριο που παρεμβάλλεται μεταξύ των πολυμερικών αλυσίδων, με σκοπό να τις απομακρύνει μεταξύ τους και να τους εξασφαλίσει μεγαλύτερο ελεύθερο χώρο. Αποτέλεσμα αυτής της δράσης είναι η διευκόλυνση της μετακίνησης των αλυσίδων στις μικρότερες θερμοκρασίες. Με τον τρόπο αυτόν, η Tg του πολυμερούς μειώνεται δραστικά και η κατεργασιμότητα του αυξάνεται εντυπωσιακά. Συνήθεις πλαστικοποιητές παρουσιάζονται στο Σχ. 1.14. Σχήμα 1.14: Επίδραση της αύξησης του μήκους πλευρικής διακλάδωσης επί της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Η έντονη μυρωδιά στα καινούργια αυτοκίνητα οφείλεται στην εξάτμιση του πλαστικοποιητή από τα πλαστικά τμήματα στο εσωτερικό του αυτοκινήτου. Μετά από μακρό χρονικό διάστημα, αφού έχει προχωρήσει η εξάτμιση μεγάλου μέρους του πλαστικοποιητή, ο πίνακας οργάνων δεν θα είναι πλέον τόσο πλαστικός. Όταν δε η θερμοκρασία Tg του πολυμερούς κατασκευής του υπερβεί τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, μπορεί να παρατηρηθεί ακόμη και ψαθυρή θραύση του. 13

1.2. Πολυστυρένιο 1.2.1. Γενικά στοιχεία Στη συνέχεια, θα επιχειρηθεί σύντομη ανάλυση ενός τυπικού βινυλικού πολυμερούς, του πολυστυρενίου, με τύπο: Το πολυστυρένιο είναι ένα σχετικά φθηνό και σκληρό πλαστικό, και πιθανώς μόνο το πολυαιθυλένιο να είναι πιο ευρέως διαδεδομένο στην καθημερινή μας ζωή από ότι αυτό. Κατασκευαστικά είναι μια μακριά αλυσίδα από άνθρακα και υδρογόνα, με μια ομάδα φαινυλίου προσαρτημένη σε κάθε δεύτερο άτομο άνθρακα, όπως χαρακτηριστικά δείχνει η εικόνα (σχ.1.14). Πρόκειται δηλαδή για πολυμερές που είναι φτιαγμένο από πολυμερισμό μονομερών. Στην περίπτωση του πολυστυρένιου, έχουμε το μονομερές στυρένιο το οποίο και προσάπτεται κατά μήκος του άξονα του δεσμού μεταξύ άνθρακα και άνθρακα αντικαθιστώντας κάποιο από τα υδρογόνα και αυτό συμβαίνει για χιλιάδες άτομα. Έχει θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης Τ g = 100 0 C. Είναι άμορφο ακόμη και όταν υποστεί προσανατολισμό, και είναι αρκετά σκληρό υλικό. Ακόμη είναι διαλυτό σε αρωματικούς υδρογονάνθρακες, ανώτερες κετόνες και εστέρες. 1.2.2. Ανάλυση δομής πολυστυρενίου Η αναλυτική δομή της αλυσίδας πολυστυρενίου στο επίπεδο έχει ως εξής: Στην πραγματικότητα, όμως, τα άτομα άνθρακα δεν διατάσσονται σε ευθεία γραμμή και η ανθρακαλυσίδα έχει μορφή zig-zag, ενώ τα άτομα υδρογόνου και οι φαινολομάδες δεν βρίσκονται υπό ορθή γωνία και τείνουν να αποκλίνουν από την αλυσίδα, δηλ. έχουν τη μορφή.και πάλι η εικόνα δεν είναι η πραγματική. Οι φαινολομάδες δεν βρίσκονται στην ίδια πλευρά της πολυμερικής αλυσίδας. Για να αποτυπωθεί η πραγματικότητα, πρέπει να θεωρηθεί η κάτοψη της αλυσίδας, οπότε αποκαλύπτεται ότι οι φαινολομάδες μπορεί να βρίσκονται είτε στη δεξιά είτε στην αριστερή πλευρά της αλυσίδας. Οι δυνατές περιπτώσεις σχετικής διάταξης είναι οι εξής (Σχ. 1.14): Όλες οι φαινολομάδες ευρίσκονταιι στην ίδια πλευρά της αλυσίδας και το πολυμερές καλείται ισοτακτικό (isotactic). Οι φαινολομάδες κατέχουν κανονικά εναλλασσόμενες θέσεις και στις δύο πλευρές της αλυσίδας, το δε πολυμερές ονομάζεται συνδιοτακτικό (syndiotactic). Τέλος, οι συνδεδεμένες ομάδες διατάσσονται τυχαία και στις δύο πλευρές της αλυσίδας, οπότε μιλάμε για ατακτικό (atactic) πολυμερές. 14

Η δομή του πολυμερούς επηρεάζει σημαντικά την κρυσταλλικότητά του. Κανονική και τακτική δομή διευκολύνει την στοιβασία των αλυσίδων σε κρυστάλλους, ενώ η αντίθετη δομή δυσχεραίνει την κρυστάλλωση. Το συνδιοτακτικό πολυστυρένιο και το ατακτικό πολυστυρένιο (Σχ.1.15) έχουν διαφορετική στερεοταξική κανονικότητα. Στο συνδιοτακτικό πολυστυρένιο υφίσταται πολύ τακτική και κανονική δομή, με τις φαινολομάδες να εναλλάσσονται ομοιόμορφα εκατέρωθεν της βασικής αλυσίδας, διευκολύνοντας τη στοιβασία των αλυσίδων σε Σχήμα 1. 15: Είδη τακτικότητα κρυστάλλους. Άρα, είναι λογικό να αναμένεται μεγάλη κρυσταλλικότητα για το πολυμερές αυτό. Αντίθετα, δεν συμβαίνει ανάλογη τάξη στο ατακτικό πολυστυρένιο, προκαλώντας έτσι αντίθετη συμπεριφορά του υλικού (έντονα άμορφο υλικό). 1.2.3. Παρασκευή πολυστυρενίου Γενικά μπορούμε να πούμε ότι το πολυστυρένιο ή πολυστυρόλιο παρασκευάζεται με πολυμερισμό που ακολουθεί τον μηχανισμό των ελεύθερων ριζών. Παρακάτω παρουσιάζεται αυτός ο τρόπος παρασκευής του πολυστυρενίου από το στυρένιο. 1 ο Στάδιο: Η έναρξη συμβαίνει μόλις αρχίσει η αποσύνθεση του καταλύτη, με τη δημιουργία ενός μικρού αριθμού ριζών : R-R 2R. 2 ο Στάδιο: Η ρίζα που σχηματίζεται στο στάδιο 1 προστίθεται στο στυρένιο και δημιουργεί μια νέα άλκυλο ρίζα : R. + C 6 H 5 -CH=CH 2 R-CH-CH 2 C 6 H 5 15

3 ο Στάδιο: Η διάδοση του πολυμερισμού πραγματοποιείται, όταν η άλκυλο ρίζα που δημιουργείται στο στάδιο 2 προστίθεται σε ένα άλλο μόριο στυρενίου. Η επανάληψη αυτού του σταδίου προσθήκης ριζών κατά εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές «οικοδομεί» την πολυμερική αλυσίδα : R-CH-CH 2 + C 6 H 5 -CH=CH 2 R-CH-CH 2 -CH-CH 2 R-(CH-CH 2 ) ν -CH- CH 2 C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 4 ο Στάδιο: Ο τερματισμός της αλυσίδας επιτυγχάνεται τελικώς με μιαν αντίδραση, η οποία δεσμεύει τη ρίζα. Ο συνδυασμός ριζών αποτελεί μια πιθανή αντίδραση τερματισμού της αλυσιδωτής αντίδρασης : 2 R-(CH-CH 2 ) ν -CH- CH 2 R-(CH-CH 2 ) ν -CH-CH 2 -CH 2 -CH-(CH 2 -CH) ν -R C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 Επίσης μπορεί να παρασκευαστεί με γρήγορο κατιοντικό πολυμερισμό παρουσία AlCl 3 στους - 80 0 C, ενώ μπορεί να συμβεί ανιονικός πολυμερισμός παρουσία αλκαλικών μετάλλων ή και υδριδίων τους. Στο παρακάτω σύντομο σχήμα παρουσιάζεται ο πολυμερισμός των ελευθέρων ριζών από ένα μονομερές στυρένιο. Σχήμα 1.15: Παρασκευή πολυστυρένιου με την μέθοδο των ελευθέρων ριζών από μονομερές στυρένιο 1.2.4. Εφαρμογές Το πολυστυρένιο εμφανίζει πολύ ενδιαφέρουσες ιδιότητες. Καταρχήν είναι άχροο και διαφανές με σημείο τήξεως τους 90 0 C. Γίνεται ρευστό στους 140 0 C και μπορεί να μορφοποιηθεί με έκχυση ή εκβολή. Διαθέτει άριστες μονωτικές ιδιότητες, μεγάλη διηλεκτρική σταθερά και κατά συνέπεια άριστες ηλεκτρικές ιδιότητες, θαυμάσια ακαμψία και σταθερότητα διαστάσεων. Αυτές οι ιδιότητές του καθώς και η χαμηλή τιμή του το καθιστούν ιδανικό για ευρείες χρήσεις και επομένως βασικό υλικό στην αγορά των πλαστικών. Οικιακές εφαρμογές Χρησιμοποιείται ευρέως σε οικιακές εφαρμογές, κρεμάστρες ρούχων και προϊόντων για το μπάνιο, όπως ράφια, ντουλάπια και κρεμάστρες πετσετών. Επίσης το πολυστυρένιο χρησιμοποιείται ως υλικό κατασκευής ηλεκτρικών πινάκων, διακοσμητικών ειδών και βερνικιών. Επίσης τα περισσότερα παιχνίδια είναι φτιαγμένα από το υλικό αυτό καθώς και 16

διάφορα αντικείμενα που χρησιμοποιούμε για τον οικιακό μας εξοπλισμό καθώς και τα διάφανα και πλαστικά ποτήρια που πίνουμε νερό. Ηλεκτρικές εφαρμογές Λόγω των άριστων ηλεκτρικών ιδιοτήτων χρησιμοποιείται ευρέως στους ηλεκτρικούς διακόπτες και σε οικιακές ηλεκτρικές συσκευές. Το εξωτερικό περίβλημα των υπολογιστών και των τηλεοράσεων είναι κατά κανόνα φτιαγμένα από πολυστυρένιο. Εφαρμογές μόνωσης Επίσης, το πολυστυρένιο χρησιμοποιείται για συσκευασίες που εμφανίζουν μονωτικές ιδιότητες. Ιατρικές εφαρμογές Λόγω υψηλής διαφάνειας και σταθερότητας των διαστάσεών του είναι ιδανικό για ιατρικές εφαρμογές, όπως σε μπουκαλάκια δειγμάτων και σε δοκιμαστικούς σωλήνες κλπ. Αποστείρωση: Χρησιμοποιείται για αποστείρωση ιατρικών εργαλείων μιας χρήσης. Το πολυστυρένιο είναι από τα σταθερότερα πολυμερή όταν εκτίθεται στην ακτινοβολία αποστείρωσης (ακτίνες γ, δέσμη ηλεκτρονίων), λόγω της δομής του (οι δακτύλιοι βενζολίου παίζουν σημαντικό ρόλο στην διαδικασία αυτή). Εφαρμογές οπτικών Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή άθραυστου γυαλιού ασφαλείας το οποίο επειδή έχει μεγάλο δείκτη διάθλασης (περίπου: n = 1,6) χρησιμοποιείται ευρύτατα στην κατασκευή οπτικών οργάνων. Εφαρμογές συσκευασίας Είναι ένα πολύ ευπροσάρμοστο υλικό και χρησιμοποιείται σε εφαρμογές συσκευασίας. Παρουσιάζει υψηλή διαφάνεια, στιλπνότητα και σκληρότητα και θεωρείται ιδανικό για θήκες cd, κοσμημάτων και κασετών. Εφαρμογές ψύξης Το πολυστυρένιο τροποποιημένο χρησιμοποιείται σε εφαρμογές ψύξης, όπως συρτάρια ψυγείων, πόρτες, καλύμματα θηκών, πόρτες. Η ευκολία επεξεργασίας του το κάνει ιδανικό για την βιομηχανία ψύξης. Εφαρμογές στην βιομηχανία αυτοκινήτου Αρκετά μέρη ανταλλακτικά από το εσωτερικό των αυτοκινήτων είναι επίσης φτιαγμένα από πολυστυρένιο 17

Το πολυστυρένιο συνδυάζεται με πολλές άλλες ενώσεις και προκύπτουν νέα υλικά ευρείας εφαρμογής. Στην παρούσα εργασία θα αναφερθούν σύντομα οι εφαρμογές του ελαστομερούς πολυστυρενίου-βουταδιενίου και πολυστυρενίου-πεντανίου 1.2.4.1 Εφαρμογές ελαστομερούς πολυστυρενίου -βουταδιενίου Οι συνεχώς αυξανόμενες ανάγκες και απαιτήσεις για τη δημιουργία σύγχρονων υλικών ανάγκασαν τους επιστήμες να μελετήσουν τα ελαστομερή στυρενίου-βουταδιενίου που αποτελούν αναμφίβολα τον σπουδαιότερο αντιπρόσωπο των συνθετικών ελαστικών. Όταν λέμε ελαστομερή ή ελαστικά εννοούμε τα πολυμερή εκείνα που με την εφαρμογή μικρής εφελκυστικής δύναμης, δίνουν μεγάλη σχετικά αντιστρεπτή παραμόρφωση. Περισσότερα από 500 διαφορετικά είδη κυκλοφορούν στην αγορά, ενώ το 80% περίπου της συνολικής παραγωγής τους προορίζεται για τα ελαστικά αυτοκινήτων. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει σαν συστατικό σε υλικά που καλούμε «σκληρές γόμες» όπως για παράδειγμα για τις σόλες των παπουτσιών και τα λάστιχα των αυτοκινήτων. Είναι ένα είδος πολυμερούς το οποίο καλείται «χυτά πολυμερή».η κεντρική αλυσίδα του πολυμερούς αυτού είναι φτιαγμένη από τρία τμήματα. Στην αρχή και το τέλος υπάρχει μια μακριά αλυσίδα από πολυστυρένιο και στην μέση μια επίσης μακριά αλυσίδα από πολυβουταδιένιο. Μια εικόνα αυτού φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: Σχήμα 1.16: Ελαστομερές πολυστυρενίου-βουταδιενίου «Χυτό πολυμερές» (SBS Rubber). Ο παραπάνω συνδυασμός του πολυστυρένιου με το πολυβουταδιένιο, προσδίδει στα υλικά την πλαστική σκληρότητα λόγω του πρώτου και παράλληλα την ελαστικότητα λόγω του δεύτερου. 1.2.4.2 Εφαρμογές διογκωμένης και εξηλασμένης πολυστερίνης α. Διογκωμένη πολυστερίνη (EPS): Είναι ένα ελαφρύ, άκαμπτο, πλαστικό και αφρώδες, μονωτικό υλικό που παράγεται από συμπαγείς κόκκους πολυστυρενίου. Είναι ένα χημικώς καθαρό πολυμερές εξαιρετικά σταθερό στο χρόνο. 18

Παράγεται από την διάλυση πεντανίου στο πολυστυρένιο, το οποίο όταν θερμανθεί παράγει σφαιρίδια EPS. Η διαστολή επιτυγχάνεται λόγω των μικρών ποσοτήτων αερίου πεντανίου που απελευθερώνονται μέσα στο υλικό και σχηματίζονται ερμητικές κλειστές κυψέλες EPS που περιέχουν 98% αέρα. Αυτές οι κυψέλες καταλαμβάνουν περίπου 40 φορές τον όγκο της αρχικής σταγόνας πολυστερίνης. Τέλος τα σφαιρίδια EPS τοποθετούνται μέσα σε κατάλληλες φόρμες (καλούπια) στα οποία με την βοήθεια ατμού αποκτούν την μορφή έτοιμου ή ημιέτοιμου προϊόντος ανάλογα με την εφαρμογή για την οποία προορίζονται. Τα ημιέτοιμα προϊόντα (μπλοκ) υφίστανται παραιτέρω επεξεργασία σε ειδικά κοπτικά μηχανήματα. Που χρησιμοποιείται: Θερμομόνωση τοίχων και δομικών στοιχείων σε κτίρια: Βελτίωση της ενεργειακής ταυτότητας, συνολικά ανακτήσιμο σε εργασίες ανακαίνισης-κατεδάφισης παλαιών κτιρίων Θερμομόνωση δαπέδων Θερμομόνωση οροφών Αντισεισμική θωράκιση κατοικιών Σκυροδέτηση θεμελίων και δαπέδων υπογείου χωρίς την χρήση ξυλοτύπων- Οδοποιία γεφυροποιία Ελαφρά γεμίσματα στις κατασκευές- Διακόσμηση - Αγροτική βιομηχανία (σποριόφυτα) Συσκευασίες προστασία πολύτιμων αγαθών - Συσκευασίες τροφίμων 19

Πλεονεκτήματα χρήστη και περιβάλλοντος Πλεονεκτήματα χρήστη Άριστη θερμομόνωση: Αποτελείται από 98% αέρα κάτι που το κάνει άριστο θερμονωτικό υλικό. Αποδεδειγμένη ηχομόνωση: Απορροφά τον ήχο, τόσο τον ήχο προσκρούσεως στα πλωτά δάπεδα όσο και τον θόρυβο που μεταφέρεται δι αέρος. Ανθεκτικό στην υγρασία. Διάρκεια εφ όρου ζωής: Δεν γερνάει και δεν αποσυντίθεται. Ευέλικτες μηχανικές ιδιότητες: Εύκολα προσαρμόσιμο σε ιδιάζουσες εφαρμογές. Πολλαπλή χρησιμότητα: Μπορεί να κατασκευαστεί σε οποιοδήποτε σχήμα ή μέγεθος και συνεργάζεται με ευρεία ποικιλία υλικών. Οικονομικά συμφέρον: Προσφέρει την καλύτερη αναλογία τιμής/απόδοσης συγκρινόμενο με οποιοδήποτε άλλο μονωτικό υλικό. Εύκολη μεταφορά: Είναι ελαφρύ και δεν καταπονεί εργαζόμενους. Εύκολη τοποθέτηση. Επιβράδυνση σε περίπτωση πυρκαγιάς: Υπάρχουν δυο ειδών: Το κλασσικό και το αυτοσβενύμενο, το οποίο περιέχει επιβραδυντικά στοιχεία σε περίπτωση πυρκαγιάς. Ζητήματα υγείας: Δεν θέτει σε κίνδυνο την υγεία τόσο στην τοποθέτηση όσο και κατά την διάρκεια της χρήσης. Δεν γρατζουνά τα χέρια, ούτε ερεθίζει το δέρμα ή τις βλεννογόνους. Οι κανόνες των συνθηκών εργασίας δεν απαιτούν τη χρήση γαντιών ή μάσκας. Είναι βιολογικά αδρανές και δεν παράγει καμιά παθογενή σκόνη, ακόμα και μακροπρόθεσμα. Πλεονεκτήματα περιβάλλοντος Δεν είναι τοξικό και είναι εντελώς αδρανές. Δεν περιέχει χλωροφθοράνθακες ή υδροφθοράνθρακες και συνεπώς δεν βλάπτει το όζον. Δεν περιέχει κανένα οργανικό συστατικό και συνεπώς δεν υπάρχει κίνδυνος μυκητιάσεων ή μικροοργανισμών. Είναι ανακυκλώσιμο: Μπορεί να ανακυκλωθεί σε: Θερμόμετρα, φις ηλεκτρικού ρεύματος, θερμική μόνωση, αυγοθήκες, χάρακες, πλαίσια πινακίδων κυκλοφορίας, συσκευασία αφρού, φλιτζάνια και οικιακά σκεύη. 20

Συμπέρασμα Το EPS είναι ένα άριστο δομικό υλικό με: Εξαιρετικές μονονωτικές ιδιότητες Πολύ υψηλές μηχανικές αντοχές Απεριόριστη αντοχή στο χρόνο Εξαιρετικές αντισεισμικές ιδιότητες Και εφαρμόζεται παντού στην κατασκευαστική βιομηχανία. β. Εξηλασμένη πολυστερίνη (ΧPS): Η εξηλασμένη πολυστερίνη χρησιμοποιείται ευρέως στον οικοδομικό τομέα, υπό μορφή θερμομονωτικών πάνελ σε οροφές, δάπεδα και τοίχους. Ωστόσο, η παραδοσιακή χρήση της στην οικοδομική δεν αποτελεί το μοναδικό τομέα εφαρμογής. Οι σύνθετες λύσεις εξηλασμένης πολυστερίνης έχουν αναπτυχθεί για να ικανοποιούν τις ανάγκες ενός συνεχώς αυξανόμενου αριθμού πελατών σε εξειδικευμένους τομείς. Ως αποτελεσματικό μονωτικό υλικό, η ΧPS συμβάλλει σημαντικά στη διατήρηση της ενέργειας σε όλες τις χρήσεις και εφαρμογές της. Είναι ανακυκλώσιμο υλικό και υπό όλες τις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος μη βιοδιασπώμενο, συνεπώς η χρήση του δεν παρουσιάζει κανέναν κίνδυνο για το περιβάλλον. Τα προϊόντα πληρούν τις προδιαγραφές του κανονισμού UE EC/2037/2000 (29-06-2000). Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν ως πλωτά υλικά για την κατασκευή σχεδίων, πλεούμενων, σημαντήρων κλπ., δεδομένου ότι η εντελώς κλειστή κυψελοειδής δομή προσδίδει στην ΧPS ιδιαίτερα υψηλή ανθεκτικότητα στην απορρόφηση νερού. Οι εξαιρετικές θερμομονωτικές ιδιότητές της μαζί με τα πλεονεκτήματα που διασφαλίζει η κλειστή κυψελοειδής δομή του, συνετέλεσαν στην καθοριστική εξέλιξη του θερμομονωτικού υλικού. Οι πρώτες εφαρμογές πραγματοποιήθηκαν στον τομέα των μηχανημάτων ψύξης, κυρίως στην κατασκευή επιστρώσεων για ψυκτικούς θαλάμους, για θερμομονωτικά πάνελ και ψευδοροφές, καθώς επίσης και ως υλικό επένδυσης για τη μόνωση σωληνώσεων. Η χρήση των πλακών ΧPS ως ενδιάμεσου υλικού πλήρωσης στα πάνελ τύπου σάντουιτς, ξεκίνησε από το δεύτερο ήμισυ της δεκαετίας του 60. Όταν η ΧPS χρησιμοποιήθηκε ως θερμομονωτικός πυρήνας των πάνελ τύπου σάντουιτς, ανάμεσα σε δύο εξωτερικά φύλλα επικάλυψης από χάλυβα, αλουμίνιο, ξύλο ή άλλα είδη πλαστικών υλικών, είχαμε ως αποτέλεσμα πάνελ υψηλών μηχανικών επιδόσεων, μικρού βάρους και μεγάλης διάρκειας. Η υψηλή σχέση ανθεκτικότητας-βάρους διασφαλίζει πάνελ με πολύ υψηλές 21

επιδόσεις συγκριτικά με άλλα πάνελ που είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά μονωτικά υλικά. Χάρη στην εντελώς κλειστή και ομοιόμορφη κυψελοειδή δομή του η ΧPS παρουσιάζει εξαιρετικές ιδιότητες που καθιστούν το υλικό κατάλληλο για πάνελ τύπου σάντουιτς. Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι τα εξής: Εξαιρετική αντοχή στη σύνθλιψη (συμπίεση) Υψηλή ανθεκτικότητα στην απορρόφηση νερού Εξαιρετική αντοχή στη διάτμηση Χαμηλή θερμική αγωγιμότητα (που παραμένει σταθερή στο χρόνο) Εξαιρετική επιφάνεια επαφής Βαθμονομημένα πάχη με μικρές ανοχές Ομοιομορφία ογκομετρικής μάζας (πυκνότητα) Χαμηλή ογκομετρική μάζα Εξαιρετικά εύκολο στη χρήση του Η ΧPS, χάρη στις εξαιρετικές φυσικές-μηχανικές και θερμομονωτικές του ιδιότητες είναι δυνατό να καλύψει ευρύ φάσμα εφαρμογών: Πάνελ για επένδυση προσόψεων Πάνελ επικάλυψης Προκατασκευασμένες κατοικίες Τροχόσπιτα, caravans και motorhome (αυτοκινούμενα τροχόσπιτα) Πάνελ για τοίχους και πόρτες Πάνελ για ψυκτικές εφαρμογές Ψυκτικοί θάλαμοι μεταφορικών οχημάτων Μόνωση σωληνώσεων 1.2.4.3.Η εξηλασμένη πολυστερίνη FB Η υψηλή μηχανική αντοχή της XPS FB, η εξαιρετική μονωτική του ικανότητα και κυρίως η ανθεκτικότητά του στην υγρασία, το καθιστούν εδώ και περισσότερα από 20 χρόνια το πλέον κατάλληλο υλικό μονόστρωμης εξηλασμένης πολυστερίνης στις εφαρμογές μόνωσης σωληνώσεων για ψυχρά ύδατα και για ψυκτικές σωληνώσεις. Η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για μη εύθρυπτα υλικά, που κόβονται και τοποθετούνται εύκολα σε συνδυασμό με τα ειδικά χαρακτηριστικά της XPS FB (συμπεριφορά στη φωτιά κατά DIN 4102, κατηγορία B1, δύσκολα αναφλέξιμο υλικό), ώθησαν τους μηχανικούς να συνιστούν τη χρήση του στις βιομηχανίες ειδών τροφίμων, στις φαρμακευτικές βιομηχανίες, στην τεχνολογία κατασκευής ηλεκτρονικών στοιχείων και εξαρτημάτων και στον τομέα κλιματισμού των κτιρίων. 22

Κεφάλαιο 2 ο : Θερμομονωτικά υλικά 2.1. Εισαγωγή Το ανθρώπινο είδος (homo sapiens) κατά τη διάρκεια της ιστορίας και της εξέλιξής του, ανέπτυξε διάφορες στρατηγικές και τεχνικές για το ξεπέρασμα των δυσκολιών που δημιουργούσαν η ζέστη και το κρύο. Νομάδες στη αρχή, χωρικοί - καλλιεργητές στη συνέχεια, αστοί ιδιοκτήτες διαμερισμάτων πιο μετά, μέχρι τις αρχές του αιώνα μας, οι άνθρωποι ακολουθούσαν την εξής στρατηγική για το ξεπέρασμα του κρύου, στα σπίτια - κελύφη που κατασκεύαζαν: Θέρμαιναν μόνο ένα χώρο, με μια σόμπα ή ένα τζάκι. Εκεί περνούσαν τις περισσότερες ώρες τους και όταν ερχόταν η ώρα του ύπνου, όσοι δεν χωρούσαν να κοιμηθούν κοντά στην εστία ζέστης, χρησιμοποιούσαν διπλανά και μη θερμαινόμενα δωμάτια, στα οποία καλύπτονταν με βαριά μάλλινα ή δερμάτινα παπλώματα. Οι αγρότες είχαν και μια συμπληρωματική στρατηγική. Ενσωμάτωναν, συνήθως στη βορινή κάτοψη του σπιτιού τους, μια αποθήκη ή ένα στάβλο και έτσι δημιουργούσαν ένα χώρο ανάσχεσης σε επαφή με τον κύριο χώρο κατοικίας, που βοηθούσε στην επίτευξη καλύτερων συνθηκών θερμικής άνεσης. Οι τοίχοι των κτηρίων αυτών είχαν δε ικανοποιητικό πάχος (πολύ μεγαλύτερο των σημερινών), οπότε ο συντελεστής χρονικής υστέρησής τους, ήταν σαφώς καλύτερος από τους σημερινούς. Σ' ένα τοίχο πέτρινο των 60 και 80 εκατ. η ζέστη ή το κρύο, αντίστοιχα, "έμπαιναν" χοντρικά σε διπλάσιο ή τριπλάσιο χρόνο, σε σχέση με έναν σημερινό των 10 ή των 20 εκατ. τοίχο από τούβλα, με ελαφριά μόνωση! Η τακτική αντιμετώπισης της ζέστης ήταν περίπου αντίστοιχη και επιτυγχάνετο και με τη χρήση ιδιοκατασκευών (αιολικές καμινάδες, κάλαφ, σκίαστρα, στέγαστρα, πέργκολες κ.λ.π.) Όλα όμως ανατράπηκαν, πρώτα μετά το 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο, που οδήγησε εκατομμύρια ανθρώπους να συρρεύσουν στα μεγάλα αστικά κέντρα (για λόγους ασφαλείας) και να αναζητήσουν στέγη σε πολυώροφα (και συχνά κακοκτισμένα κτήρια!) και μετά, αμέσως μετά την πετρελαϊκή κρίση του 1973, που έβαλε, για πρώτη φορά στην αμέριμνη ανθρωπότητα, τα διλήμματα σχετικά με την εξοικονόμηση ενέργειας και την εξάντληση των πλουτοπαραγωγικών πόρων της γης. Στα 1974 εμφανίζονται, λοιπόν και οι πρώτοι κανονισμοί θερμομόνωσης στις Ευρωπαϊκές χώρες (Γαλλία, Γερμανία) με στόχο μέσα από την σωστή θερμομόνωση κτηρίων 23

την εξοικονόμησης ενέργειας. Στην Ελλάδα, η συζήτηση ξεκινάει το 1979 (χρονική υστέρηση 5 χρόνων, άρα καλά σχετικά!) και στις 04/07/1979 (ΦΕΚ 362) επιβάλλεται η θερμομόνωση όλων των νέων κτηρίων. Σταδιακά όμως, στα μέσα της δεκαετίας του 80, η Ευρώπη ανακαλύπτει, (μαζικά!!) και μια άλλη συνιστώσα πέρα από την θερμομόνωση, που είναι η Βιοκλιματική Αρχιτεκτονική. Αυτή μας διδάσκει, όχι μόνο να θερμομονώνουμε τα σπίτια, αλλά και να τα προσανατολίζουμε σωστά σε σχέση με τον ήλιο (χειμωνιάτικο και καλοκαιρινό) αλλά και με τους επικρατούντες ανέμους. Τέλος στα τέλη της δεκαετίας του 80, η Ευρώπη, βάζει και μιαν άλλη τελευταία συνιστώσα, που δεν είναι άλλη από την οικολογική δόμηση, που με απλά λόγια μας λέει, ότι: "τι νόημα έχει να εξοικονομήσουμε ενέργεια, όταν τα υλικά (θερμομονωτικά π.χ.) που χρησιμοποιούμε είναι καρκινογόνα για τους κατοίκους χρήστες ενός κτηρίου. 2.2. Θερμομονωτικά υλικά Βασικές ιδιότητες Καταρχάς ως θερμομονωτικά υλικά με βάση το Εθνικό Σύστημα Διαπίστευσης χαρακτηρίζονται τα υλικά που έχουν θερμική αντίσταση μεγαλύτερη από 0.1 m 2 K/w και πρακτικά έχουν μικρή θερμική αγωγιμότητα. Οι κυριότερες ιδιότητες των μονωτικών υλικών, οι οποίες συνήθως χρησιμεύουν ως απλά κριτήρια επιλογής τους στις διάφορες ηλεκτροθερμο-τεχνικές κατασκευές είναι: 2.2.1. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας: Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας δεν είναι σταθερό μέγεθος αλλά μια γραμμική συνάρτηση που αυξάνεται σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία. Συνήθως, χαρακτηρίζεται από μια μέση τιμή. Η θερμική αγωγιμότητα επηρεάζεται αρνητικά από την υγρασία, γεγονός που εξηγείται εύκολα αν σκεφτούμε ότι η θερμική αγωγιμότητα του νερού είναι 0,57 W/mk, δηλαδή πολύ μεγαλύτερη από αυτή του ακίνητου, ξηρού αέρα. Οι τιμές των συντελεστών θερμικής αγωγιμότητας που δίνονται από τις διάφορες εταιρείες ισχύουν συνήθως με μια ανοχή 5-10% ανάλογα με το είδος του υλικού. Η προσαύξηση αυτή λαμβάνει υπόψη της λάθη μετρήσεων και την ανομοιομορφία των περισσότερων μονωτικών. Στην πράξη, στις κατασκευές, τα θερμομονωτικά υλικά απορροφούν υγρασία παρά τη χρήση φράγματος υδρατμών. Επίσης λόγω των ιδιοτήτων τους και του τρόπου κατασκευής τους τα περισσότερα μονωτικά υλικά γερνάνε εξαιτίας μηχανικών αλληλεξαρτήσεων και θερμοκρασιακών αλλαγών. Έτσι αλλοιώνεται η αρχική ισορροπία των στερεών και των αέριων συστατικών. Παρά τις έρευνες που γίνονται στον τομέα αυτόν οι μηχανισμοί γήρανσης των 24

θερμομονωτικών υλικών παραμένουν σε μεγάλο άγνωστοι. Αυτό που είναι σίγουρο είναι ότι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας πάντοτε αυξάνεται και ποτέ δεν μειώνεται. 2.2.2.Ο Συντελεστής αντίστασης στη διάχυση υδρατμών (μ): Όπως ήδη αναφέρθηκε τα θερμομονωτικά υλικά πρέπει να είναι και να παραμείνουν στεγνά. Αυτό επιτυγχάνεται ευκολότερα όσο μεγαλύτερη αντίσταση παρουσιάζει ένα υλικό στη διάχυση υδρατμών και καθορίζεται από τον αδιάστατο συντελεστή αντίστασης στη διάχυση υδρατμών μ. Ο συντελεστής αυτός είναι σχετικό μέγεθος αδιάστατο και δίνει κατά πόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στη διάχυση υδρατμών ενός στρώματος του υλικού σε σχέση προς το στρώμα αέρα ίσου πάχους. Όσο μικρότερος λοιπόν είναι ο συντελεστής αυτός τόσο πιο ευαίσθητο είναι ένα υλικό στην υγρασία. 2.2.3. Η μηχανική αντοχή: Η μηχανική αντοχή που απαιτείται για μια κατασκευή προσδιορίζει το σύστημα θερμομόνωσης που θα χρησιμοποιηθεί. Έτσι υλικά με μεγάλη μηχανική αντοχή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αυτοφερόμενα, αλλά με μικρότερη αντοχή μπορούν να μπουν σε ένα φέρον πλέγμα και άλλα με πολύ μικρή ως υλικά πλήρωσης. Η αντοχή σε συμπίεση είναι ένα καθοριστικό μέγεθος στις θερμομονώσεις δαπέδων. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι σε πολλές περιπτώσεις είναι χρήσιμη και η γνώση των ενδιάμεσων παραμορφώσεων μέχρι τη θραύση από μερικές φορτίσεις, που δεν καταστρέφουν το υλικό αλλά μπορούν να δημιουργήσουν υπερβολικές καταπονήσεις σε φέρονται στοιχεία ή επενδύσεις. Σε πολλές περιπτώσεις χρειάζονται πληροφορίες για την αντοχή των υλικών σε κάμψη ή σε εφελκυσμό. Αυτό απαιτείται ιδιαίτερα σε εσωτερικές θερμομονώσεις ορόφων με μεγάλα ανοίγματα ή σε αυτοφερόμενες κατασκευές που καταπονούνται από τις καιρικές συνθήκες. 2.2.4. Η σταθερότητα στις διαστάσεις: Σε θερμομονωτικές πλάκες που κατασκευάζονται με θερμικές διεργασίες μπορούν να διαφοροποιηθούν οι ονομαστικές διαστάσεις κατά το στάδιο της ψύξης και η κατάσταση να επιδεινωθεί εξαιτίας της γήρανσης. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί με τεχνική γήρανση κατά τη φάση της παραγωγής έτσι ώστε να σταθεροποιηθούν οι διατάσεις. Μεγάλες θερμοκρασιακές μεταβολές έχουν ως αποτέλεσμα μια αξιόλογη γραμμική συρρίκνωση σε όλα τα στερεά μονωτικά υλικά. Τέλος ορισμένα θερμομονωτικά υλικά έχουν μεγάλους συντελεστές διαστολής, τους οποίους πρέπει να λάβει υπόψη του ο κατασκευαστής κατά την τοποθέτηση. Ακόμη πρέπει να ελέγχονται και οι ανοχές που μπορεί να εμφανίζουν οι διαστάσεις ώστε να ελέγχεται η συμπεριφορά τους. 25

2.2.5. Η Αντίσταση στη φωτιά: Η συμπεριφορά των θερμομονωτικών υλικών στη φωτιά μπορεί να έχει άμεσες οικονομικές επιπτώσεις. Γενικά παρά το αυξημένο κόστος τους, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο θερμομονωτικά υλικά που δεν αναφλέγονται ή τουλάχιστο δύσκολα ή μέτρια αναφλεγόμενα. Γενικά την καλύτερη συμπεριφορά στη φωτιά έχουν το αφρώδες γυαλί, τα ινώδη υλικά, ο περλίτης κλπ. 2.2.6. Το ειδικό βάρος: Το ειδικό βάρος αποτελεί μια ακόμη χρήσιμη ιδιότητα διότι ακόμη και στην ίδια κατηγορία υλικών μπορεί ένα ελαφρότερο υλικό να έχει χειρότερες θερμομονωτικές ιδιότητες από βαρύτερο επειδή έχει μεγαλύτερες και πυκνότερες κυψέλες. 2.3. Τα οικολογικά θερμομονωτικά υλικά Καταρχάς οικολογικά θεωρούνται εκείνα τα θερμομονωτικά υλικά, που καλύπτουν τα εξής κριτήρια: α) Δεν απαιτούν μεγάλη ενέργεια για την παραγωγή τους. β) Είναι ανακυκλώσιμα γ) Δεν μολύνουν το περιβάλλον κατά τη διάρκεια παραγωγής τους. δ) Δεν περιέχουν τοξικούς / καρκινογόνους ρύπους, επικίνδυνους για την υγεία του ανθρώπου και δεν εκλύουν τέτοιους ρύπους κατά τη διάρκεια εφαρμογής τους και μέχρι την καταστροφή τους. 2.4 Θερμομονωτικά υλικά που μπορεί κανείς να βρει στην ελληνική αγορά 2.4.1 Εξηλασμένη-Διογκωμένη πολυστερίνη Προέρχεται από μη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας (υδρογονάνθρακες) Γκρίζα ενέργεια (ενεργοβόρος η παραγωγή της) 450 KWh/μ3, έως 850 KWh/μ3 Μόλυνση: Διαφυγή τοξικών πτητικών αερίων στο περιβάλλον, όπως CFC (χλωροφθοράνθρακες) και πεντανίου (καταστρέφουν τη στοιβάδα του όζοντος και ενισχύουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Μη ανακυκλώσιμα Επιπτώσεις στην υγεία: 26

Διαφυγή στυρενίου στην ατμόσφαιρα (ουσία νευροτοξική, που ενοχοποιείται για καρκινογενέσεις). Σε περίπτωση φωτιάς, παραγωγή τοξικών βρωμιούχων αερίων, εξ αιτίας των ουσιών που περιέχει για την καθυστέρηση εκδήλωσης πυρκαγιάς. Ανάπτυξη ισχυρών ηλεκτροστατικών πεδίων. Καμία δυνατότητα διαπνοής του κτηρίου. 2.4.2. Πολυουρεθάνη Προέρχεται από μη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Γκρίζα ενέργεια: 1.000 KWh/μ3 έως και 1.200 KWh/μ3 Οι HCFC που αντικατέστησαν τα CFC ενοχοποιούνται επίσης για την καταστροφή της στοιβάδας του όζοντος Μη ανακυκλώσιμη Επιπτώσεις στην υγεία: Οι ισοκυανάτες που προέρχονται από μια σύνθετη διαδικασία παραγωγής με βάση το χλώριο, απελευθερώνουν στο περιβάλλον (εσωτερικό και εξωτερικό του κτηρίου) αμίνες, ουσίες ιδιαίτερα επικίνδυνες για τους ανθρώπους. Σε περίπτωση δε πυρκαγιάς παράγεται κυάνιο, ουσία φοβερά τοξική. Καμία δυνατότητα διαπνοής του κτηρίου. 2.4.3. Υαλοβάμβακας / πετροβάμβακας Μη ανανεώσιμα (εκτός της ύαλου) που προέρχονται όμως από υλικά σε αφθονία στη φύση (άμμος, βασάλτης κλπ). Γκρίζα ενέργεια: 150 KWh/μ3 έως 250 KWh/μ3. Κύρια μόλυνση: Μόνο στις μονάδες παραγωγής (λόγω του διοξειδίου του άνθρακα CO 2 ) και κατά τη διάρκεια της μεταφοράς τους. Επιπτώσεις στην υγεία: Το I.A.R.C. (διεθνές κέντρο για την έρευνα του καρκίνου) που υπάγεται στον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, τα κατατάσσει στα εν δυνάμει καρκινογόνα υλικά!! που επιδρούν στον άνθρωπο μέσω της αναπνευστικής οδού. Σε αντίθεση με τις ίνες αμιάντου, οι ίνες των υλικών αυτών δεν διαχωρίζονται κατά το μήκος τους, αλλά σπάνε κάθετα στη μάζα τους και σύμφωνα με το I.A.R.C. η επικινδυνότητά τους έγκειται στις διαστάσεις τους (μήκος ανώτερο των 5μ και διάμετρος μικρότερη των 3μ. Στη Γερμανία απαγορεύτηκε η χρήση τους σε δημόσια κτήρια και στα μικρότερα έργα επιτρέπεται μόνο όταν στεγανοποιηθούν απόλυτα!! 27

Το I.A.R.C. επισημαίνει επίσης τον κίνδυνο αναπνευστικών μολύνσεων, λαρυγγίτιδων, φαρυγγίτιδων κλπ σε χώρες όπου εφαρμόζονται αυτά τα υλικά. Ακόμη, οι συνδετικές ουσίες που χρησιμοποιούνται και που έχουν βάση τη φορμόλη και την ουρία, απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες τοξικής φορμαλδεΰδης. 2.4.4. Περλίτης Μη ανανεώσιμη πηγή, με μεγάλη όμως διαθεσιμότητα στη φύση. Γκρίζα ενέργεια: 230 KWh/μ3 Μερική ανακύκλωσή του. Επιπτώσεις στην υγεία: Ο περλίτης (ηφαιστειακής προέλευσης), δεν απελευθερώνει τοξικές ουσίες, κατά τη χρησιμοποίησή του. Προσοχή όμως στη χρησιμοποίησή του σε σύνθετες κατασκευές με σιλικόνες και πολυουρεθάνη!! Επίσης σε περίπτωση πυρκαγιάς δεν απελευθερώνει τοξικά αέρια. Γενικά προτείνεται σαν ένα καλό θερμομονωτικό υλικό. 2.4.5. Το Ερακλίτ (Heraklith) Αποδεκτό υλικό Ανανεώσιμο όσον αυτό το ξυλόμαλλο, λιγότερο για το μαγνησίτη. Γκρίζα ενέργεια: Απαιτεί λιγότερη (αλλά παρόλα αυτά αρκετή) ενέργεια για την παραγωγή του, μικρότερη πάντως, των άλλων υλικών. Σημαντικό η Ελλάδα είναι χώρα παραγωγός μαγνησίου!! Εύκολα ανακυκλώσιμο. Επιπτώσεις στην υγεία: Όλα τα υλικά στα οποία ανήκει και το Ερακλίτ δεν παρουσιάζουν προβλήματα για την υγεία των κατοίκων ενός κτηρίου. Καίγονται δύσκολα σε περίπτωση πυρκαγιάς και δεν απελευθερώνουν τοξικές ουσίες. Παρουσιάζουν μικρή, όμως αγωγιμότητα στα ηλεκτρικά πεδία, εξαιτίας του τσιμέντου (γι αυτό και επιμένω στις σωστές γειώσεις του οπλισμού του σκυροδέματος). Στην Ευρώπη βρίσκουμε 3 υλικά: το Heraklith, το Fibralith, και το Eco-lith. Στην Ελλάδα δυστυχώς έχουμε μόνο το πρώτο. 28

2.4.6. Ο διογκωμένος φελλός Ανανεώσιμη πηγή. Γκρίζα ενέργεια: Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας για την παραγωγή του 80 έως 90 KWh/m 3 Ανακυκλώσιμο, κατά 100%. Επιπτώσεις στην υγεία: Απόλυτα φιλικό και υγιεινό. Προσοχή όμως γιατί κάποιοι κατασκευαστές χρησιμοποιούν κατά την τοποθέτησή του, συνθετικές κόλλες, που περιέχουν φορμαλδεΰδη!! Γι αυτό να ζητάτε πάντα πιστοποιητικά σύμφωνα με τον σχετικό κανονισμό της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Δυστυχώς αρκετά πιο ακριβό, από άλλα υλικά. 29

2.5. Τα πειραματικά δοκίμια των θερμομονωτικών υλικών Τα θερμονωτικά υλικά που μελετήθηκαν στην παρούσα διπλωματική είναι: 1. ISOCOAT TX 2. ISOCOAT BT 3. ISOPLAK BT 4. ISOPLAK TX 5. NEOPOR 6. ISOLTETTO 7. ISOPOR 8. EΞΗΛΑΣΜΕΝΗ ΠΟΛΥΣΤΕΡΙΝΗ Αναλυτικά στοιχεία των παραπάνω θερμονωτικών υλικών. Τα στοιχεία για τα θερμονωτικά υλικά προέρχονται κυρίως από τα ενημερωτικά φυλλάδια που μας διατέθηκαν από τις εταιρίες από τις οποίες προμηθευτήκαμε τα υλικά. 2.5.1. ISOCOAT ΤΧ ΚΑΙ ISOCOAT BT Είναι σκληρές πλάκες Διογκωμένου πολυστυρενίου (ΕPS) με πατούρες για θερμομόνωση κτιρίων ΙSOCOAT TX : Θερμομονωτικές πλάκες από κοφτό διογκωμένο πολυστυρένιο με πατούρες για θερμομόνωση τοίχων ΙSOCOAT BT: Θερμομονωτικές πλάκες από κοφτό διογκωμένο πολυστυρένιο με πατούρες και αυλακώσεις για καλύτερη πρόσφυση στο μπετόν και τα κονιάματατα Στις παρακάτω εικόνες δίνονται εικόνες όπου φαίνεται η πρακτική χρήστη των μονωτικών υλικών ISOCOAT TX & ISOCOAT BT 30

Εικόνα 2.1 : Χρήση των μονωτικών υλικών ISOCOAT TX & ISOCOAT BT Πίνακας 2.1: Εξωτερικά χαρακτηριστικά ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΧΡΗΣΗ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΠΑΧΗ mm x mm mm ISOCOAT BT ΜΠΕΤΟΝ 2500 x 600 25-30-50 ISOCOAT TX ΤΟΙΧΟ 2500 x 600 20-30-40 Πίνακας 2.2: Πίνακας τεχνικών ιδιοτήτων Τύποι ΕΛΟΤ 450 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ EPS DIN ASTM ΜΟΝΑΔΑ Συντελεστής Θερμικής Αγωγιμότητας λ 52612 C177-72 Kcal/m 2 h o C 0,0274 Συντελεστής αντίστασης σε 53429 C355-64 36-56 διαπερατότητα υδρατμών Απορρόφηση νερού 53433 D2842-69 % όγκου 3,08 Αντοχή σε θλίψη σ ο 53421 D1621-73 Kg/cm 2 0,8-1,3 Αντοχή σε κάμψη σ β 53423 C203-58 Kg/cm 2 2,1-2,7 Αντοχή σε εφελκυσμό σ ζ 53430 D1623-59T Kg/cm 2 2,2-2,9 Αντοχή σε διάτμηση σ R 53422 D273-53 Kg/cm 2 5,2-7,0 Είναι 100% προϊόν ανακυκλώσιμο, απαλλαγμένο από CFC/H CFC/HFC Περιέχει μόνο αέρα και που συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας 2.5.2. ISOPLAK BT & ISOPLAK TX Πρόκειται για πρεσσαριστές πλάκες από διογκωμένο πολυστυρένιο χρώματος ανοικτού μπλε με πατούρες από όλες τις πλευρές. Είναι η μοναδική μονωτική πλάκα που φέρει ανάγλυφα τα τεχνικά της χαρακτηριστικά. Είναι προϊόντα 100% ανακυκλώσιμο και απαλλαγμένο από CFC/H CFC/HFC Οι πλάκες από διογκωμένο πολυστυρένιο ΙSOPLAK μας προσφέρουν Υψηλή θερμομονωτική απόδοση 31