Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

СОВРЕМЕННЫЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОРГАНИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ

Колосова А.С. 1 Пикалов Е.С. 1
1 ФГБОУ ВО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
В качестве теплоизоляционных применяют различные материалы и изделия с низким коэффициентом теплопроводности, который в большинстве случаев обеспечивается волокнистой или пористой структурой. При выборе материала учитываются физико-механические показатели, стойкость к внешним воздействиям различной природы (температура, вода, агрессивные вещества и т.д.), пожаробезопасность, экологичность и стоимость. В данной работе рассмотрены традиционные и перспективные теплоизоляционные материалы, в состав которых входят преимущественно органические вещества природного и синтетического происхождения. Приведены общая характеристика, разновидности, преимущества, недостатки и области применения утеплителей на основе измельченной древесины, древесной коры, различных видов травянистого сырья, синтетических полимеров, первичной и вторичной целлюлозы, торфа и материалов животного происхождения. Рассмотрены возможности применения перечисленных материалов для получения теплоизоляционных композиционных материалов и изделий на органических и неорганических связующих. Отдельно рассмотрены композиционные материалы, получаемые без дополнительного введения связующих, к которым относятся лигноуглеводные пластики, пьезотермопластики и подобные им материалы, а также углеродные материалы, получаемые в результате высокотемпературной обработки органической основы утеплителей. Представленная информация позволяет оценить разнообразие теплоизоляционных материалов на органической основе, преимущества и недостатки их применения для строительной и технической теплоизоляции.
теплоизоляционные материалы
измельченная древесина
древесные плиты
органобетоны
древесная кора
лигноуглеводные пластики
пьезотермопластики
газонаполненные полимеры
1. Колосова А.С., Пикалов Е.С. Современные эффективные теплоизоляционные материалы на неорганической основе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020. № 9. С. 64–75.
2. Павлычева Е.А., Пикалов Е.С. Современные энергоэффективные конструкционные и облицовочные строительные материалы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020. № 7. С. 76–87.
3. Колосова А.С., Пикалов Е.С. Современные эффективные теплоизоляционные материалы на древесной основе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2021. № 3. С. 66–77.
4. Торлова А.С., Виткалова И.А., Пикалов Е.С. Технологии производства, свойства и области применения композиций на основе фенолформальдегидных смол // Научное обозрение. Технические науки. 2017. № 2. С. 96–114.
5. Колосова А.С., Пикалов Е.С., Селиванов О.Г. Теплоизоляционный композиционный материал на основе древесных и полимерных отходов // Экология и промышленность России. 2020. № 2. С. 28–33.
6. Колосова А.С., Пикалов Е.С., Селиванов О.Г. Применение древесных отходов для получения теплоизоляционного композиционного материала на основе вторичного полимерного связующего // Экология промышленного производства. 2020. № 2. С. 6–10.
7. Клесов А.А. Древесно-полимерные композиты. СПб.: Научные основы и технологии. 2010. 756 с.
8. Стородубцева Т.Н., Аксомитный А.А., Кузнецов Д.С. Исследование теплофизических свойств древесного полимер-песчаного композиционного материала // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2018. Т. 6. № 7 (43). С. 142–145.
9. Пастори З., Горбачева Г.А., Санаев В.Г., Мохачине И.Р., Борчок З. Состояние и перспективы использования древесной коры // Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2020. № 5. С. 74–88.
10. Андрейчук Т. Теплоизоляция. Ч. III // Ватерпас. 2001. № 1–2. C. 118–121.
11. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие. Ростов н/Д.: Феникс, 2007. 268 с.
12. Давыденко Н.В., Бакатович А.А. Отходы сельскохозяйственной переработки в производстве теплоизоляционных материалов // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. 2009. № 12. С. 55–60.
13. Солдатов Д.А., Мингалеев Н.З., Петров А.Н., Абдрахманова Л.А., Хозин В.Г. Солома и изделия из соломы в строительстве // Научное обозрение. 2016. № 24. С. 8–11.
14. Базарнова Н.Г., Галочкин А.И., Крестьянников В.С. Влияние гидротермической обработки древесины на свойства древесных прессованных материалов // Химия растительного сырья. 1997. № 1. С. 11–16.
15. Савиновских А.В. Получение пластиков из древесных и растительных отходов в закрытых пресс-формах: дис. ... канд. техн. наук. Екатеринбург, 2016. 107 с.
16. Коротаев Э.И., Симонов В.И. Производство строительных материалов из древесных отходов. М.: Лесная промышленность, 1972. 144 с.
17. Шеина Т.В. Архитектурное материаловедение: учебное пособие. Ч. I. Самара: СамГТУ, 2011. 374 с.
18. Колосова А.С., Пикалов Е.С. Современные газонаполненные полимерные материалы и изделия // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020. № 10. С. 54–67.
19. Павлычева Е.А., Пикалов Е.С. Характеристика современных материалов для облицовки фасадов и цоколей зданий и сооружений // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020. № 4. С. 55–61.
20. Мирюк О.А. Ресурсосбережение технологии композиционных магнезиальных материалов // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 3–2. С. 28–30.
21. Трищенко И.В., Каклюгин А.В., Чижова Я.С. Преимущества производства и применения гипсополистиролбетонных стеновых камней // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2017. № 2. С. 57–74.
22. Бурдонов А.Е., Барахтенко В.В., Зелинская Е.В., Толмачева Н.А. Теплоизоляционный материал на основе термореактивных смол и отходов теплоэнергетики // Строительные материалы. 2015. № 1. С. 48–52.
23. Зарубина А.Н., Иванкин А.Н., Кулезнев А.С., Кочетков В.А. Целлюлоза и наноцеллюлоза. Обзор // Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2019. № 5. С. 116–125.
24. Wang P., Aliheidari N., Zhang X., Ameli A. Strong ultralight foams based on nanocrystalline cellulose for high-performance insulation. Carbohydrate Polymers. 2019. Vol. 218. P. 103–111.
25. Li T., Song J., Zhao X., Yang Z., Pastel G., Xu S., Jia C., Dai J., Chen C., Gong A., Jiang F., Yao Y., Fan T., Yang B., Wågberg L., Yang R., Hu L. Anisotropic, lightweight, strong, and super thermally insulating nanowood with naturally aligned nanocellulose. Science Advances. 2018. Vol. 4. Iss. 3. Article 3724.
26. Кашинская Т.Я., Журко М.А., Агейчик И.В. Возможности получения продукции строительного назначения на основе торфяного сырья // Природопользование. 2016. № 29. С. 179–187.
27. Волков Г.М. Машиностроительные материалы нового поколения: учебное пособие. М.: Инфра-М, 2018. 319 с.
28. Телесов А.Н., Телесов А.А., Телесов П.А. Способ получения теплоизоляционного огнезащитного строительного материала // Патент РФ № 2543845. Патентообладатели Телесов А.Н., Телесов А.А., Телесов П.А. 2015. Бюл. № 7.

Теплоизоляционные материалы являются одной из самых распространенных групп материалов и применяются для изготовления строительных конструкций, оборудования и трубопроводов совместно с конструкционными материалами, воспринимающими возникающие в процессе эксплуатации нагрузки за счет высокой прочности, и облицовочными материалами, защищающими теплоизоляционные и конструкционные материалы от внешних воздействий за счет стойкости к действию различных факторов (механических воздействий, агрессивных химических веществ, ультрафиолета и т.д.). В свою очередь, теплоизоляционные материалы за счет низкого коэффициента теплопроводности обеспечивают комфортный температурный режим, энергоэффективность зданий и технологических процессов при использовании в строительной и технической разновидностях теплоизоляции, а также при теплоизоляции транспортных средств: автомобилей, судов, самолетов и т.д.

В качестве теплоизоляционных применяются различные материалы и вещества, которые отличаются друг от друга не только коэффициентами теплопроводности, но также составом, структурой, стоимостью и такими свойствами, как прочность, плотность, водопоглощение, термостойкость, биологическая и химическая стойкости, долговечность, экологичность, пожаробезопасность и т.д. Наиболее общая классификация различает неорганические теплоизоляционные материалы, рассмотренные авторами ранее [1], и органические теплоизоляционные материалы.

Цель данной работы заключается в характеристике современных материалов, которые применяются для тепловой изоляции и состоят целиком или преимущественно из органических компонентов, в рассмотрении их особенностей, преимуществ и недостатков.

Теплоизоляция на основе древесного сырья

К древесным (деревянистым) растениям относятся деревья, кустарники и многолетние растения, у которых внутренние части ствола, ветвей и корневой системы образуют древесину в результате одревеснения растительных клеток за счет содержания в них большого количества лигнина, представляющего собой трехмерный фенольный полимер. В свою очередь, наружные части данных растений образуют древесную кору в результате опробковения при отмирании за счет содержания в них большого количества суберина, представляющего собой глицерид феллоновой кислоты. Для древесины и древесной коры характерны распространенность в природе, экологичность, химическая стойкость, легкость механической обработки, а древесина также характеризуется относительно высокими значениями прочности на сжатие и изгиб, однако в то же время для этих материалов характерны горючесть, анизотропия свойств и низкие значения влагостойкости, атмосферостойкости и биостойкости [2]. За счет волокнисто-пористой структуры древесины и полостей внутри отмерших клеток древесной коры данные материалы характеризуются легкостью, высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками при высоких значениях водопоглощения и гигроскопичности [2, 3]. Для теплоизоляции применяют измельченные древесину и древесную кору в виде щепы, стружки, опилок и древесной пыли, которые образуются в процессе рубки, колки, пиления, резания, шлифования и другой обработки древесного сырья. Перечисленные процессы применяют при лесозаготовке, лесопилении, деревообработке, а также для очистной, санитарной и других видов рубки, при измельчении крупнокусковых древесных отходов, пне-корневой древесины и т.д. При специальной переработке древесины также получают древесную шерсть, представляющую собой частицы толщиной 0,3–0,5 мм и длиной 200–530 мм, и древесные волокна (древесная целлюлоза, древесная эковата).

Щепа, стружка и опилки могут применяться в качестве насыпной теплоизоляции, для устройства которой к ним добавляют антисептики и антипирены, обеспечивают паро- и гидроизоляцию слоя утеплителя. Древесная вата может применяться в качестве задувной (надувной) теплоизоляции. Насыпная и задувная теплоизоляции характеризуются низкой теплопроводностью (0,06–0,095 Вт/(м·оС)), легкостью и низкой стоимостью, а к недостаткам относятся все характерные для древесины и коры недостатки, а также слеживание и уплотнение со временем, невозможность применения в контакте с сильно нагревающимися поверхностями и влажной атмосферой, привлекательность для грызунов и насекомых.

Измельченные древесина и кора также широко применяются как наполнители для получения композиционных материалов, в которых комбинируют преимущества наполнителей и связующих для получения высоких эксплуатационных показателей материалов и изделий. При высоком содержании связующих получают энергоэффективные конструкционные материалы, при более низком количестве связующих – конструкционно-теплоизоляционные, теплоизоляционно-отделочные и теплоизоляционные материалы и изделия. В качестве неорганических связующих для измельченной древесины наиболее широко применяют цемент, глину, известковые, гипсовые и магнезиальные вяжущие, смеси цемента с гипсом или известью. При добавлении небольшого количества данных связующих получают насыпную теплоизоляцию с уменьшенной усадкой, теплые штукатурки и теплые стяжки, а при добавлении связующего в количестве 50 % и более получают монолитные конструкции, блоки и плиты из органобетонов, в том числе арболита, на основе цемента, глинобетонов, ксилолитов на основе магнезиального вяжущего, гипсо-опилочные и гипсо-стружечные бетоны [3]. Для измельченной коры в качестве связующих используют гипс и быстротвердеющий цемент с получением королитов или обычный цемент с получением коробетонов. Получаемые конструкции и изделия отличаются сравнительно высокой прочностью, морозостойкостью и плотностью, воздухо- и паропроницаемостью, высоким водопоглощением, средними величинами тепло- и звукоизоляции, низкими значениями водостойкости и точности геометрии.

В качестве органических связующих наиболее широко применяют карбамидоформальдегидные, фенолоформальдегидные, меламиноформальдегидные, фурановые и изоцианатные смолы, на основе которых с добавлением гидрофобизаторов, антисептиков и антипиренов получают древесные плиты, которые в зависимости от вида древесного наполнителя подразделяют на древесностружечные (ДСтП), древесноволокнистые (ДВП) и др. [3, 4]. Для древесных плит характерны хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства при средних значениях прочности, ударной вязкости, водопоглощения, биостойкости и гигроскопичности, средняя горючесть, способность к тлению и наличие токсичных соединений в составе связующих. Карбоксиметилцеллюлоза в смеси с антипиреном и антисептиком применяется для получения опилочных гранул, применяемых для насыпной теплоизоляции, не дающей усадки, с повышенной биостойкостью и пониженной горючестью. Существуют разработки по получению теплоизоляционно-отделочных древесных плит на основе полистирола, которые получают путем растворения отходов пенополистирола в метиленхлориде, прессованием сырьевой смеси с последующей термообработкой изделий для удаления растворителя, конденсацией паров растворителя и его повторным использованием [5, 6]. На основе 15–50 % термопластичных связующих (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, акрилонитрилбутадиенстирол и полиамиды) и древесной муки могут быть получены древесно-полимерные композиты (ДПК) с высокой пластичностью сырьевой смеси, легкостью, водостойкостью, атмосферостойкостью, биостойкостью, низким водопоглощением, легкостью механической обработки, сравнительно высокой прочностью и хорошими теплоизоляционными свойствами изделий [7]. ДПК в настоящее время применяются в производстве корпусной мебели, дверных и оконных блоков, подоконников, террасных досок и сайдинга, однако проводятся исследования по возможности их применения и для теплоизоляции [5, 8]. Из измельченной коры с добавлением реактопластов, вторичного полиэтилена или водного экстракта из коры получают коропласты и древесно-корьевые плиты (ДКП) [4, 9, 10]. ДКП и другие изделия, получаемые с использованием древесной коры, отличаются высокими звуко- и теплоизоляционными свойствами, однако у них небольшая прочность и высокое водопоглощение, поэтому они применяются только для теплоизоляции и внутренней отделки.

В отдельную группу выделяют утеплители, получаемые на основе коры пробкового дуба: пробковые гранулы из отходов производства бутылочных пробок для насыпной теплоизоляции, теплоизоляционно-отделочного изделия из белого (чистого) агломерата в виде спрессованных пробковых гранул с добавлением связующего (органических клеев, желатина и др.) и пробкового шпона, а также теплые подложки из пробковых гранул на битумной или резиновой основах. Данные материалы отличаются легкостью, прочностью, эластичностью, упругостью, высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, химической инертностью, водо- и биостойкостью, простотой монтажа, но для них характерны высокая стоимость, остаточные деформации при продолжительном и сильном давлении, отсутствие виброизоляции.

Теплоизоляция на основе травянистого сырья

Травянистые растения в отличие от древесных растений имеют неодревесневшие (возможно частичное одревеснение или одревеснение при созревании) побеги, которые по завершению вегетационного периода полностью отмирают (однолетние растения) или отмирают только их надземные части (двухлетние и многолетние растения). Отсутствие одревеснения побегов объясняется меньшим по сравнению с древесными растениями количеством лигнина, что также является причиной меньших прочности и жесткости побегов. Для травянистого сырья, как правило, характерны низкие показатели биостойкости и водостойкости, высокая горючесть и привлекательность для насекомых. В то же время побеги травянистых растений являются широко распространенным и ежегодно возобновляемым сырьем низкой стоимости, обладают волокнисто-пористым строением и могут образовывать теплоизоляционный слой волокнистого строения. Для теплоизоляции в большинстве случаев используются следующие виды сырья на основе травянистых растений:

– Солома, которая является сельскохозяйственным отходом и представляет собой сухие стебли злаковых и бобовых зерновых культур, остающиеся после обмолота, а также стебли льна, конопли, джута, кенафа и др., освобожденные от листьев, соцветий и семян.

– Сено, которое представляет собой высушенные стебли и листья травянистых растений, скошенных в зеленом виде до достижения ими полной естественной зрелости.

– Костра́, которая является отходом процесса получения лубяных волокон при первичной обработке прядильных растений (лен, конопля, кенаф и др.) и представляет собой одревесневшие части стеблей.

– Пакля, которая также является отходом процесса получения лубяных волокон при первичной обработке прядильных растений и представляет собой грубое, короткое и спутанное волокно, загрязненное кострой.

– Лубяные волокна (льняные, джутовые и др.), являющиеся разновидностью целлюлозных волокон и получаемые в результате биологической (мочка) и механической (мятье, трепание, выделение луба) обработки соломы. Грубое лубяное волокно, получаемое из технической конопли, называют пенькой.

– Семенные волокна, развивающиеся из семян и покрывающие семена внутри стручков (хлопковые, капокские) или развивающиеся из шелухи внутри внешней оболочки кокосовых орехов (кокосовые).

– Лузга (шелуха), которая представляет собой отходы шелушения пшеницы, овса, гречихи, риса и других зерновых культур, подсолнечника и некоторых других растений.

К особым разновидностям теплоизоляционных материалов на основе травянистого сырья относятся сухие и зрелые стебли камыша, тростника и рогоза, которые выкашивают в осенне-зимний период, а также сухую морскую траву и подсушенный мох (мох-сфагнум, кукушкин лен). Стоит отметить, что преимуществами морской травы являются низкая горючесть за счет высокого содержания кремния и непривлекательность для грызунов и насекомых за счет содержания солей кальция и магния, а преимуществом мха является наличие природных антисептических веществ.

Солома, стебли камыша, тростника и рогоза за счет полой структуры отличаются легкостью и высокими теплоизоляционными свойствами. Для получения теплоизоляционных изделий их цельные стебли спрессовывают в соломитовые (соломенные) и камышитовые плиты (маты или щиты, которые в зависимости от расположения стеблей бывают продольными и поперечными) или блоки, а затем прошивают полипропиленовыми и полиамидными шнурами или оцинкованной проволокой. Для получения соломита и камышита также применяют запрессовывание стеблей в деревянные каркасы. Для защиты от внешних воздействий и повышения эстетических свойств на соломитовые плиты могут дополнительно пришиваться полотна из различных материалов (льна, войлока и др.), иногда их облицовывают декоративной бумагой или ламелями или наносят глиняное, известковое, глиняно-известковое или глиняно-цементное покрытие. Для повышения биостойкости соломит и камышит обрабатывают железным или медным купоросом и др. антисептиками. Соломит и камышит применяются для теплоизоляции или для возведения стен и перегородок при каркасном и бескаркасном (стены выкладывают из соломенных блоков, которые скрепляют вертикальными деревянными кольями, металлическими или пластиковыми штангами, цементом или глинобетоном) строительстве малоэтажных зданий. Разновидностью камышита являются камышито-пенополиуретановые панели, представляющие собой деревянный каркас, заполненный камышитом и под большим давлением залитый жестким пенополиуретаном, что позволяет объединить преимущества двух видов утеплителя и использовать данные панели в качестве конструкционно-теплоизоляционных.

Из льняной пакли и других отходов производства льняного волокна (отрепьев, очесов и т.д.), прошедших дополнительную механическую и химическую обработку, после раскладывания между двумя полосами водонепроницаемой бумаги и прошивки пряжей получают шевелин, представляющий собой рулонный материал для утепления стен и перекрытий. Сухую морскую траву плотно набивают в сетки из полиамидной нити с ячейками различной величины с получением сетчатых теплоизоляционных матов.

Сечку (мелко нарезанные и рубленые солому, сено, стебли камыша, тростника и рогоза), костру, лузгу и сухую морскую траву применяют в качестве засыпной теплоизоляции или в качестве наполнителя для получения следующих композиционных материалов:

– Органобетоны на цементных, известковых, гипсовых и магнезиальных вяжущих, в которых в качестве наполнителей отдельно или в смеси с измельченной древесиной применяют сечку, костру и лузгу с получением соломобетонов, костробетонов, лузгобетонов, камышебетонов и др. В ряде случаев для группы данных материалов применяют термины «арболит» и «ксилолит», однако, по мнению авторов данной статьи, эти термины больше подходят для материалов, полученных на основе измельченной древесины, так как термины происходят от фр. arbre – дерево и от греч. xýlon – срубленное дерево.

– Глиняно-соломенные (соломенно-глиняные) материалы, свойства и область применения которых зависят от соотношения глины и соломы в их составе. В качестве энергоэффективного конструкционного материала для производства блоков и кирпичей применяется тяжелый саман (глинобетон), в котором содержание соломенной сечки составляет около 20 %. Для повышения прочности в тяжелый саман также добавляют песок. Из 80 % ржаной соломенной сечки путем ее пропитки глиняным раствором получают легкий саман для теплоизоляции, в котором стебли покрыты слоем глины, являющейся связующим и защитным покрытием от огня и гниения. При содержании соломенной сечки от 60 до 90 % получают теплую глиняную штукатурку, в которую также добавляют песок. Наряду с соломенной сечкой для наполнения глины применяют костру, сечку из сена и камыша.

– Костроэмульбит (λ = 0,067 Вт/(м·оС)), получаемый из смеси костры льна, битумной эмульсии и технического лигносульфоната, который является эмульгатором и огнезащитным компонентом. Для повышения теплостойкости в состав также вводят перлитовый или керамзитовый песок. Плиты из данного материала применяют для теплоизоляции кровель и в качестве среднего слоя стеновых панелей в зданиях сельскохозяйственного назначения.

– Риплит (λ = 0,14–0,19 Вт/(м·оС)), представляющий собой вспененное полимерное связующее, наполненное рисовой соломой, и выпускаемый в виде плит для утепления кровли или в качестве заливочной композиции для производства трехслойных панелей [11].

– Жидкостекольная теплоизоляция, в которой наполнителями являются соломенная сечка (преимущественно ржаная), костра (например, льняная) или отходы переработки солодкового корня (шрот). Одним из названий для материала, состоящего из соломенной сечки и жидкого стекла, является соломат. Жидкостекольные материалы могут применяться в производстве теплоизоляционных плит с теплопроводностью 0,046–0,062 Вт/(м·оС) [12, 13].

Наряду с перечисленными связующими для получения теплоизоляционных плит из соломенной сечки могут применяться полиизоцианаты и карбамидоформальдегидные смолы, в том числе в смеси с жидким стеклом и возможностью вспенивания гибридного связующего [13]. Солома и рисовая шелуха, измельченные в муку, могут применяться в качестве наполнителей для получения композиционных материалов, являющихся альтернативой для ДПК.

Теплоизоляцию из лубяных и семенных волокон выпускают или из отдельных их видов (льняные утеплители, хлопковые утеплители и т.д.), или из смеси разных волокон (наиболее часто применяют смесь льна и джута). Для повышения огнестойкости их обрабатывают антипиренами. Данную группу утеплителей выпускают в виде рулонных матов (полотен), лент, плит и блоков. Маты и ленты подразделяют на тканые, к которым относятся иглопрошивные маты (иглопрошивной ватин), получаемые в результате прошивки слоя волокон полиамидной или хлопковой нитью, и нетканые: иглопробивные, получаемые в результате перепутывания волокон при возвратно-поступательном движении специальных игл (войлок, иглопробивной ватин), и термоскрепленные, получаемые при добавлении в состав 10–15 % полиэфирных волокон, которые скрепляются между собой при плавлении наружных слоев во время нагрева (бикомпонентное волокно). Иглопробивные и иглопрошивные материалы известны под торговыми названиями евролён, евроджут и т.д., а термоскрепленные материалы называют термохлопок, термолён, термоджут, лёнизол, джутизол и т.д. Блоки и плиты получают термоскреплением или при использовании крахмала в качестве связующего. Ленты применяют для местной теплоизоляции (заделке щелей и конопатки швов в строительных конструкциях), а маты, плиты и блоки применяют для теплоизоляции крыш, стен и перекрытий. Кроме того, вату из лубяных и семенных волокон и материалы на ее основе применяют в качестве утеплителя одежды.

Из сухой морской травы выпускают плиты (известны под торговыми названиями фитоизол и «КамкаС», λ = 0,067 Вт/(м·оС)), которые по аналогии с изделиями из лубяных волокон получают термоскреплением при использовании 15 % полиэфирных волокон или за счет применения органического силикона или казеинового клея в качестве связующего.

Паклю применяют как местный утеплитель для заделки щелей, конопатки оконных и дверных коробок, стен из бревен. Подсушенный мох применяют в качестве насыпной теплоизоляции в частном и индивидуальном строительстве, а также в качестве альтернативы пакле.

Теплоизоляция на лигноуглеводных связующих

Особую группу органических теплоизоляционных материалов и изделий на основе растительного сырья составляют утеплители, которые получают за счет содержащихся в древесных и травянистых растениях лигнина и полисахаридов, составляющих лигноуглеводный комплекс, без введения дополнительных связующих веществ. Получение материалов на лигноуглеводных связующих основано на том, что под действием температуры и давления при определенной влажности растительных волокон происходит деструкция лигноуглеводного комплекса в результате размягчения и частичной деполимеризации лигнина и частичного гидролиза полисахаридов, преимущественно гемицеллюлозы. Затем происходит поликонденсация с образованием новых лигноуглеводных комплексов, которые выступают связующим для целлюлозных волокон. Органические кислоты, образующиеся при разложении лигноуглеводного комплекса, и смоляные кислоты, содержащиеся в древесине, выступают катализаторами разложения лигноуглеводного комплекса.

Свойства материалов на лигноуглеводном связующем зависят от содержания лигнина и степени трансформации лигноуглеводного комплекса, которая в свою очередь определяется величинами давления и температуры. В наибольшем количестве лигнин содержится в древесине хвойных деревьев (23–50 %), несколько меньше его в древесине лиственных деревьев (14–24 %) и древесной коре (22–27 %), а наименьшее содержание лигнина характерно для соломы злаков (12–20 %). При этом у основания растения лигнина обычно содержится меньше, чем в средней и верхней частях побега. Давление в данном случае прикладывается для уплотнения и сближения целлюлозных волокон, для заполнения пространства между ними и клеточных стенок продуктами трансформации лигноуглеводного комплекса, что обеспечивает склеивание целлюлозных волокон, а повышенная температура ускоряет протекающие процессы и наряду с длительностью обработки обеспечивает более высокую степень трансформации с получением высокомолекулярных веществ с большим количеством сшивок, что обеспечивает нерастворимость, прочность и гидрофобность получаемого материала [14].

Наиболее распространенными изделиями данной группы материалов являются мягкие древесноволокнистые плиты (МДВП, древесноволокнистые маты), получаемые на основе древесной ваты хвойных пород деревьев или смеси из древесного волокна хвойных и лиственных пород с добавлением парафина для снижения водопоглощения. МДВП получают при помощи отлива водной эмульсии древесной ваты на сетку отливной машины с последующими сушкой полученного полотна (ковра) при температуре 130–160 °С и распилом на плиты. Для повышения прочности возможна подпрессовка полотна. Степень деструкции и трансформации лигноуглеводного комплекса в данном случае невелика, и скрепление древесных волокон происходит преимущественно за счет размягчения лигнина [3]. Следует отметить, что МДВП с торговыми названиями GUTEX и Steiko могут быть получены сухим способом, но в качестве связующих в них применяют 4 % полиуретановой смолы. МДВП применяются для строительной теплоизоляции, отличаются высокими значениями тепло-, звукоизоляции и водопоглощения, легкостью и эластичностью.

Другими материалами данной группы являются лигноуглеводные (реже их называют лигноуглеводородными) пластики, в том числе лигноуглеводные древесные пластики (ЛУДП), которые образуются при использовании лигноцеллюлозных частиц размером не более 0,5 мм, из которых формируют полотно с его последующими холодной подпрессовкой при давлении 1–1,5 МПа, горячим прессованием при давлении 1,5–5 МПа и температуре 160–180 °С. В отличие от МДВП, при производстве данных материалов происходит более полная трансформация лигноуглеводного комплекса, а за счет прессования достигается уплотнение изделий, которое повышает их физико-механические характеристики, однако у данных материалов ниже теплоизоляционные характеристики. Данные материалы выпускают в виде плит и изделий различной конфигурации [11]. К материалам на лигноуглеводных связующих также относятся пьезотермопластики (ПТП, лигнопласт, термодин), которые получают из измельченного растительного сырья в результате холодной подпрессовки полотна при давлении 2–2,5 МПа с последующим горячим прессованием при давлении 20–30 МПа и температуре 140–225 °С или в результате предварительного гидролиза (предгидролиз) измельченной древесины с размером частиц не более 4 мм при давлении 0,8–1 МПа и температуре 170–180 °С с последующими холодным прессованием при давлении 15 МПа и горячим прессованием при аналогичном давлении и температуре 160 °С. Предгидролиз проводится горячей водой или водяным паром, в том числе с добавлением минеральных кислот в качестве катализаторов. Для получения ПТП также может проводиться предварительная обработка путем желатинирования хлором, аммиаком, серной кислотой и др. или поликонденсацией с участием фурфурола, фенола, формальдегида, ацетона, щелочного или гидролизного лигнина и др. [15]. За счет высоких значений давления и температуры (название ПТП происходит от греч. piezō – давить и therme – тепло) при получении ПТП происходит глубокая деструкция и практически полная трансформация лигноуглеводного комплекса. В результате ПТП отличаются прочностью, сравнительно высокой плотностью и применяются для производства полов, дверей, отделочных и теплоизоляционных плит [11]. Для получения лигноуглеводных пластиков и ПТП могут использоваться древесина и кора хвойных и лиственных пород, льняная и конопляная костра, камыш, солома, стебли хлопчатника, льняные волокна, рисовая шелуха, макулатура, гидролизный лигнин и другое лигноцеллюлозное первичное и вторичное сырье.

К наиболее распространенным ЛУДП и ПТП относятся:

– LDF (Low Density Fiberboard, ЛДФ или низкоплотная ДВП), представляющий собой плитный материал, получаемый из древесных волокон сосен и эвкалиптов при высоких температуре и давлении. Применяется для производства мебели, элементов декора и отделочно-теплоизоляционных настенных панелей. Стоит отметить, что в начале XX в. в США выпускали тепло- и звукоизоляционные разновидности плит LDF и мазонита (masonite), который представляет собой ДВП высокой плотности на лигноуглеводном связующем.

– Вибролит, получаемый в результате тонкого измельчения древесины на вибромельнице, перемешивания массы с водой для получения шлама, перемешивания шлама с древесными частицами размером 0,5–2 мм и формированием из смеси полотна, которое обезвоживается, проходит холодную подпрессовку при давлении 0,8–1,2 МПа, горячее прессование при давлении 1,47–1,96 МПа и температуре 180–200 °С. Плиты подвергают закалке при температуре 120–160 °С для снижения водопоглощения и разбухания. Вибролит применяется в качестве конструкционно-отделочного и теплоизоляционного материала для настила черновых полов, устройства перегородок, в производстве дверей и стеновых панелей [16].

– Плиты из цельной коры, для получения которых с подсушенных для лесосплава стволов ели, пихты или лиственницы при помощи специальных инструментов снимаются листы коры. С листов удаляют все неровности (наплывы, остатки сучков и др.), шпаклюют и прессуют в плиты из 20 и более листов сначала на холодном прессе, а затем на горячем. При собирании листов в пакет их укладывают попарно гладкой стороной друг к другу, при необходимости для улучшения склеивания добавляют разогретый битум, а поверхность офактуривают густым известковым раствором. Плиты из цельной коры применяют в качестве теплоизоляционно-отделочных для обшивки стен, перегородок и для обустройства кровли [16].

– Черный пробковый агломерат (экспанзит) в отличие от белого агломерата получают из пробковой крошки с высокой влажностью в результате прессования при температуре 250–400 °С. Связующим в составе экспанзита одновременно являются и лигнин, и суберин [3], а в процессе производства происходят частичное обугливание пробковых гранул, что придает материалу черный цвет, и увеличение материала в объеме до 30 % за счет расширения паров воды и воздуха в порах пробки. Плиты из экспанзита применяются в строительной теплоизоляции, отличаются легкостью, высокими теплоизоляционными свойствами, пониженными величинами водопоглощения, гигроскопичности и горючести.

– Страмит (stramit, CAFboard или Compressed Agricultural Fiber Board), который представляет собой плитный материал, получаемый путем прессования соломы пшеницы, риса, овса, ячменя и ржи при высоких температуре и давлении. Поверхности плит при помощи жидкого натриевого стекла оклеивают крафт-бумагой, которую в ряде случаев пропитывают каменноугольным дегтем. Страмит отличается высокими звуко- и теплоизоляционными свойствами, относительно высокими значениями прочности и биостойкости. Страмит применяют в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала при создании перегородок и навесных потолков, теплоизоляционного слоя при деревянном каркасном строительстве и как средний слой в панельных системах из вторичной стали CAFquiet.

– Ортенкс, получаемый на основе костры льна и фосфогипса и представляющий собой теплоизоляционный материал с гибридным органоминеральным вяжущим. Гибридное вяжущее получают путем совместного помола фосфогипса и костры льна, при котором кислая среда фосфогипса способствует гидролизу гемицеллюлозы и интенсифицирует процессы деструкции лигнина и лигноуглеводного комплекса. При этом костра льна входит как в состав вяжущего, так и является заполнителем. Плиты выпускают путем распыления вяжущего на поверхность частиц заполнителя с последующим прессованием при просасывании через изделие горячего воздуха [11]. Ортенкс отличается средними для теплоизоляционных материалов значениями плотности, прочности и теплопроводности.

Недостатком лигноуглеводных пластиков и ПТП является длительность воздействия высоких значений давления и температуры для глубокой трансформации лигноуглеводного комплекса. В качестве альтернативного варианта деструкции лигноуглеводного комплекса возможно использование дереворазрушающих грибов (ксилотрофов), которые вырабатывают гидролитические и окислительные ферменты [17].

К теплоизоляционным материалам на лигноуглеводных связующих также можно отнести ДКП, в которых связующими являются концентраты лигносульфонатов, и лигноволокнистые плиты, которые наряду с измельченной древесиной, бумажной макулатурой или ткацкими отходами содержат до 50 % гидролизного лигнина.

Новым материалом на лигноуглеводном связующем является пенодревесина (древесная пена), получаемая из тонкоразмолотой до гелеобразного состояния древесины, которую перемешивают с катализатором отверждения, а затем добавляют специальный газ, формуют и высушивают полученную пенистую структуру. Пенодревесина отличается жесткостью, легкостью, влагостойкостью и теплоизоляционными свойствами, является альтернативой пенопластам и может применяться в производстве жестких плит и гибких матов для звуко- и теплоизоляции, а также в качестве упаковочного материала.

Полимерная теплоизоляция

Самыми распространенными материалами в данной группе и среди всех утеплителей на сегодняшний день являются газонаполненные полимерные материалы, структура которых состоит из повторяющихся в определенной последовательности газовых ячеек, ограниченных полимерными стенками, ребрами и называемых газоструктурными элементами (ГСЭ). Газонаполненные полимерные материалы могут быть получены на основе термопластов и реактопластов, пластмасс и эластомеров, а в зависимости от типа ГСЭ они подразделяются на ячеистые пенопласты (пенополимеры), состоящие преимущественно из изолированных ГСЭ, поропласты (порополимеры), структура которых представлена в основном взаимосвязанными между собой и окружающей средой ячейками, синтактных пенопластов, представляющих собой наполненные микросферами из различных материалов полимерные связующие, сотопластов, представляющих собой каркасные структуры из различных материалов в виде открытых с обоих торцов ячеек, которые пропитывают реактопластами, поропласты с капиллярными ГСЭ в структуре материала из полимерных волокон, а также пенопласты со смешанной структурой. Все газонаполненные полимеры отличаются высокими звуко- и теплоизоляционными свойствами, легкостью, сравнительно высокой химической стойкостью и биостойкостью, однако для них характерны невысокая термостойкость и явление старения полимерных связующих под действием окружающей среды. Данные материалы подробно рассмотрены авторами данной работы ранее [18] и применяются для строительной и технической теплоизоляции, в том числе в составе многослойных конструкционных и облицовочных изделий [2, 19]: сэндвич-панелей, термопанелей, термобруса, теплоблоков и др.

К полимерной теплоизоляции также можно отнести композиционные материалы на неорганических связующих, в которых гранулы пенополистирола применяются в качестве наполнителя: полистиролбетон (стиропорбетон) и неопорбетон (заполнителем является стиропор с частицами графита) на основе цементных и цементно-известковых вяжущих, теплая штукатурка на основе цементных, известковых и гипсовых вяжущих. Существуют разработки по получению полистиролбетона на основе магнезиальных и гипсовых вяжущих [20, 21]. Наличие гранул пенополистирола приводит к повышению звуко- и теплоизоляционных свойств, снижает водопоглощение и прочность, приводит к выделению токсичных продуктов при пожаре и возможности выгорания наполнителя. Полистиролбетоны применяются в качестве тепло- и звукоизоляционного материала строительных конструкций, а также для возведения несущих и ограждающих конструкций в малоэтажном строительстве.

Распространенными на сегодняшний день являются теплоизоляционные (энергосберегающие) краски, называемые также термокрасками и жидкой теплоизоляцией, которые представляют собой водно-акриловые или силиконовые смеси, наполненные керамическими микросферами или микросферами из других материалов (силиконовые, стеклянные и т.д.). Для повышения водостойкости и эластичности в акриловые термокраски добавляют бутадиен-стирольный латекс или силикон, для повышения звуко- и теплоизоляционных свойств в термокраски добавляют перлит, для увеличения прочности – стекловолокно или пеностекло, для повышения прочности и износостойкости – кварцевый песок, а в качестве белил используют оксиды титана и цинка. Термокраски отличаются водостойкостью, прочностью, химической стойкостью, биостойкостью, износостойкостью, хорошими тепло-, гидро- и пароизоляционными свойствами, удобством нанесения (вручную или напылением) на поверхности любой конфигурации при малой толщине покрытия. Недостатками термокрасок являются высокая стоимость и неэффективность при малой разнице температур между утепляемой поверхностью и окружающей средой. Энергосберегающие краски применяются преимущественно для технической теплоизоляции, но находят применение и в строительстве.

Другими композиционными полимерными утеплителями являются теплоизоляционные полимербетоны, в которых связующими являются эпоксидные, фурановые, карбамидоформальдегидные фенолформальдегидные или полиэфирные смолы в количестве до 10 %, а в качестве наполнителей применяются измельченная древесина (стружка, пробка), перлит или гранулы пенополистирола. Эти материалы в зависимости от количества наполнителя отличаются сравнительно высокой прочностью, морозостойкостью, абразивостойкостью и химической стойкостью при низких значениях теплопроводности и водопоглощения, а применяются для внутренних ограждающих конструкций [2]. Существуют разработки по получению строительного теплоизоляционного плитного материала, содержащего до 55 % золы уноса теплоэлектростанций, на модифицированном фенолформальдегидном связующем [22].

Прочая органическая теплоизоляция

Одним из достаточно распространенных видов насыпной и задувной органической теплоизоляции является целлюлозная эковата, получаемая из отходов картонно-бумажной промышленности (остатки и брак от производства гофротары, картонной продукции и печатных изданий) и макулатуры в результате измельчения с последующим сухим роспуском на вторичные целлюлозные волокна. Для получения эковаты к 80 % вторичных волокон добавляют 12 % борной кислоты в качестве антисептика и до 8 % тетрабората натрия в качестве антипирена. Целлюлозная эковата отличается высокими звуко- и теплоизоляционными свойствами, легкостью и низкой стоимостью, но для нее характерны высокое водопоглощение, горючесть, способность к тлению при контакте с сильно нагретыми поверхностями, оседание со временем, и эту эковату невозможно применять для бескаркасной самостоятельной теплоизоляции. Сходными свойствами и областью применения обладают нейлоновая вата, получаемая при переработке вторичного текстиля от утилизации автомобильных шин, и техническая вата, получаемая при переработке текстильных отходов производства и потребления. Волокна из текстильных отходов также применяют для получения пакли и в качестве наполнителей на основе полимерных связующих и цементных вяжущих для производства блоков и плит строительного назначения с низкой теплопроводностью.

К теплоизоляции на основе лигноцеллюлозы, в основном древесной целлюлозы, относится группа материалов, объединяемых под общим термином «наноцеллюлоза» [23]:

– Нанокристаллическая целлюлоза в виде стержнеобразных нитевидных кристаллов диаметром 2–50 нм и длиной 50–1160 нм со степенью кристалличности 54–88 %. Нанокристаллы целлюлозы выделяют в результате кислотного гидролиза аморфной составляющей целлюлозных волокон.

– Нанофибриллированная целлюлоза в виде нановолокон диаметром 5–20 нм и длиной до нескольким мкм, которые проявляют свойства псевдопластичного геля. Нановолокна получают при высокой скорости измельчения, больших температуре и давлении, а также в результате измельчения ультразвуком, кавитационно-гидродинамическим и др. методами.

– Бактериальная наноцеллюлоза, получаемая из низкомолекулярных полисахаридов, которые образуются при ферментации исходной целлюлозы бактериями в результате экстракции органическими растворителями.

Разновидности наноцеллюлозы применяются в производстве полимерных композиционных материалов, в том числе покрытий, а также для получения целлюлозных аэрогелей и пен в результате химической сшивки. Например, теплоизоляционная целлюлозная пена (λ = 0,027 Вт/(м·оС)) может быть получена при обработке древесины концентрированной кислотой в присутствии поливинилового спирта и сшивающего агента (1,2,3,4-бутантетракарбоксильной кислоты) с последующей лиофилизацией [24]. По сути, разновидностью наноцеллюлозы является материал, названный разработчиками нанодревесиной и получаемый из заготовки с продольным расположением древесных волокон в три этапа: кипячением в смеси гидроксида и сульфида натрия, удалением лигнина и большей части гемицеллюлозы при помощи пероксида водорода с сохранением структуры расположения волокон и лиофилизации [25]. Волокна нанодревесины упаковываются глюкановыми цепями, удерживаются при помощи межмолекулярных водородных связей и ван-дер-ваальсовых сил. Полученный материал отличается пористостью около 91 %, способностью отражать 95 % солнечной тепловой энергии и анизотропностью свойств – поперек волокон прочность и теплоизоляционные свойства существенно выше, а тепло может распространяться вдоль волокон, что исключает нагрев материала. Наноцеллюлозные материалы и изделия на их основе отличаются высокими значениями прочности, легкости, гибкости, теплоизоляционных свойств и способны к биодеградации, а их основными недостатками являются горючесть и в большинстве случаев сравнительно высокая стоимость и трудоемкость технологии получения. Изделия из наноцеллюлозы могут использоваться для строительной и трубной теплоизоляции.

Другим видом органических утеплителей является торфяная теплоизоляция, для получения которой применяют мало разложившийся (степень разложения 5–12 %) торф из мха-сфагнума в верхних слоях, волокна которого сохраняют эластичность. Для производства торфяных плит (торфоплит) торф измельчают на волокна с последующим перемешиванием волокнистой массы в воде с температурой 40–60 °С для размягчения волокон или сушкой до влажности 35–40 %. Затем волокнистую массу прессуют в формах при давлении 0,2–0,3 МПа, а полученные плиты подвергают термообработке для твердения и сушки при 90–150 °С. При подсушивании массы перед прессованием торфоплиты получаются более плотными и прочными. Связующие при производстве торфоплит не применяются, так как торф содержит собственные битуминозные вяжущие соединения, которые скрепляют волокна при нагреве. Для повышения эксплуатационных свойств в состав торфоплит вводят антипирены, антисептики и гидрофобизаторы. Торфяные утеплители характеризуются хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами (λ = 0,058–0,064 Вт/(м·оС)), легкостью, экологичностью, бактерицидностью, низкой прочностью, высокими значениями водопоглощения и гигроскопичности, низкой водостойкостью. Торфоплиты применяют для теплоизоляции стен, перекрытий, вагонов и холодильных установок, а изделия в форме скорлуп и сегментов используют для теплоизоляции трубопроводов. В качестве насыпной теплоизоляции и наполнителя для теплоизоляционных материалов применяются торфогранулы, поверхность которых может быть обработана жидким стеклом для повышения биостойкости и снижения горючести. К торфяной теплоизоляции также относятся торфокомпозиты, в которых торф может применяться как в качестве связующего, так и в качестве наполнителя. Для получения торфокомпозитов могут применяться верховой и низинный торф, а в качестве связующих могут применяться минеральные и битумные вяжущие, полимерные связующие и др. [26]. Наиболее распространенными торфокомпозитами являются торфодревесные материалы, в первую очередь торфоблоки (известны под торговым названием геокар), которые представляют собой торфяной утеплитель, наполненный измельченной древесиной, хвоей, соломенной сечкой или кострой [5], теплоизоляционные плиты торфоизол, в которых наполнителем является измельченная древесина, и гранулы торфозит, которые по свойствам сходны с керамзитом и могут выпускаться в чистом виде или содержать в качестве наполнителя опилки, костру и т.д. Для снижения хрупкости торфоблоков в их состав добавляют горючий сланец и наночастицы кремнезема. Наиболее распространенными материалами, наполненными торфогранулами, являются торфобетоны, торфосиликаты и торфогипсы на минеральных вяжущих для строительной теплоизоляции, а также битумоторфинит (содержит смесь торфогранул и перлита или вермикулита [26]) на битумном вяжущем для теплоизоляции трубопроводов.

К органическим утеплителям животного происхождения относятся материалы на основе пухо-перьевой смеси и шерсти. В качестве сырья для получения пухо-перьевой смеси используют пух (перо с мягким стержнем и слабым развитием опахала) и мелкое перо (длина стержня до 35 мм) водоплавающих птиц, так как их пух является более прочным, водостойким и упругим: гагачий пух, собираемый вручную из покинутых птицами гнезд, а также гусиный и утиный пух машинной ощипки, являющийся отходом птицеводства. Для получения шерстяных утеплителей используется шерсть домашних животных (преимущественно овчина, козья шерсть, кроличий пух), которая состригается, вычесывается или собирается при линьке, или отходы шерстяного и мехового производства. Пухо-перьевая смесь и шерстяные утеплители характеризуются высокими теплоизоляционными свойствами за счет волокнистой структуры, легкостью, но у них высокое водопоглощение, низкая биостойкость, в них могут развиваться насекомые. Кроме того, пухо-перьевая смесь характеризуется упругостью, долгим временем высыхания и аллергенностью. Пухо-перьевую смесь используют для утепления одежды и туристических спальных мешков, а шерстяные утеплители применяют для утепления одежды, в качестве насыпной теплоизоляции и для производства нетканых рулонных материалов (технический войлок): войлочных матов для тепло- и звукоизоляции в строительстве и войлочных лент для межвенцового утепления. В качестве добавок для шерстяных волокон используются полимерные волокна, льняная пакля, регенерированные волокна хлопка, джута и льна с получением иглопробивного или термоскрепленного термовойлока. Из смеси шерстяных и растительных волокон с добавлением отходов прядильного производства и крахмального клейстера получают так называемый строительный войлок для строительной и технической теплоизоляции. Возможно применение шерсти и соломенной сечки в качестве наполнителей для жидкостекольного связующего с получением теплоизоляционного материала (λ = 0,044–0,056 Вт/(м·оС)) [12].

К теплоизоляции на органической основе также можно отнести материалы и изделия, получаемые путем преобразования органического сырья и полуфабрикатов. Из нетканых и тканых материалов из полимерных волокон в результате обработки при 800–1000 °С в бескислородной среде получают углеродные (карбонизированные) войлок и ткани, которые в свою очередь могут быть обработаны в бескислородной среде при 2500–2700 °С с получением углеграфитных (графитированных) аналогов. Данные материалы отличаются легкостью, высокой пористостью (до 99 %), термостойкостью, хорошими теплоизоляционными свойствами и применяются в качестве технической теплоизоляции в химической и металлургической промышленности, в электротехнике. Низкая стойкость к окислительной среде у данных материалов может быть повышена путем нанесения на волокна защитных покрытий [27]. Существует разработка по карбонизации целлюлозной ваты или древесного волокна путем нагрева до 150–220 °С, перемешивания с молотым шламом карналитовых хлораторов, охлаждением до 40 °С для напыления, формования изделий или применения в качестве насыпной теплоизоляции с повышенными водостойкостью, огнестойкостью, легкостью и теплоизоляционными свойствами [28]. В результате высокотемпературного разложения газообразных и парообразных углеводородов на нагретой свыше 2000 °С инертной поверхности, чаще всего из конструкционного графита, может быть выделен пиролитический графит (пирографит) в виде плоских гексагональных слоев кристаллита (наноразмерный кристалл) графита с ярко выраженной анизотропией свойств. В направлении, перпендикулярном слоям кристаллита, пирографит обладает очень низкой теплопроводностью и менее высокой прочностью, а в направлении, параллельном слоям кристаллита, – наоборот. Для пирографита характерны высокие значения прочности и химической стойкости, хрупкость при низких температурах, повышение прочности и проявление пластичности при высоких температурах. Пирографит применяется в качестве покрытий и самонесущих деталей для высокотемпературной теплоизоляции и теплозащиты [27].

Заключение

Утеплители на органической основе отличаются большим разнообразием по составу и свойствам, могут быть получены из веществ только природного, преимущественно растительного, или только синтетического происхождения, либо из смеси натуральных и искусственных веществ. Некоторые теплоизоляционные материалы нельзя однозначно отнести к органическим, так как в их составе в достаточно большом количестве присутствуют неорганические вещества. Утеплители на органической основе широко применяются в строительстве, преимущественно для малоэтажного строительства жилых зданий, и в технической теплоизоляции при отсутствии высоких температур. Для данных материалов характерны наличие природных или синтетических полимерных соединений, горючесть, подверженность воздействию факторов окружающей среды и небольшая термостойкость. Для теплоизоляции на основе природных органических веществ характерны распространенность (для некоторых веществ распространенность локализована в отдельных регионах) и низкая стоимость сырья, средние теплоизоляционные свойства, экологичность, относительно невысокая прочность, низкая биостойкость и высокое водопоглощение, а утеплители на основе синтетических органических веществ характеризуются сравнительно высокой стоимостью, склонностью к деструкции под воздействием внешних факторов, легкостью нанесения (особенно для напыляемых композиций) на различные поверхности, более высокими значениями химической стойкости, теплоизоляционных и физико-механических показателей. Применение связующих с получением композиционных утеплителей позволяет повысить прочность и снизить водопоглощение, изолировать частицы наполнителя от внешнего воздействия, а в случае неорганических связующих снизить горючесть, но при этом у материалов снижаются теплоизоляционные свойства и повышается масса утеплителя. Однако правильный выбор соотношения наполнителя и связующего позволяет получить эффективные теплоизоляционные, теплоизоляционно-отделочные и конструкционно-теплоизоляционные материалы и изделия.


Библиографическая ссылка

Колосова А.С., Пикалов Е.С. СОВРЕМЕННЫЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОРГАНИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2021. – № 4. – С. 74-85;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13207 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674