KEMIJSKA struktura
DOBAVA in skladiščenje surovine
PREDELAVA
-Predekspanzija
-Vmesno staranje
-Končna sinterizacija
-Dimenzijska stabilizacija
-Razrez

PORABA ENERGIJE IN VODE
EKOLOŠKA OBREMNITE OKOLJA
NEVARNOSTI PRI UPORABI EPS materialov
TEHNIČNE KARAKTERISTIKE EPS materijalov
NOVE MOŽNOSTI UPORABE

STIROPOR je bil prvič predstavljen na DUSELDORFSKEM sejmu 1952 leta, samo dve leti po odkritju tega materijala v BASF laboratorijih .Že v sredini šestdesetih let je ta materijal dosegel svetovno distribucijo in je povpraševanje tržišča strmo naraščalo.

Za ohranitev in povečevanje tako visokega tržnega deleža vlagajo vsi proizvajalci še vedno veliko truda ter odkrivajo nove in nove možnosti uporabe. Večkrat je bilo na tržišču prisotno mnenje, da bodo drugi materijali, kot na primer poliuretanske pene, izrinili stiropor iz nekaterih tržnih segmentov. Vedno znova je dvig tehnološkega nivoja stiropora ohranil in povečal tržni delež. Trenutno ni videti nobenega materiala, ki bi iz stališča tehničnih karakteristik , stališča cene izdelka in vse pomembnejšega ekološkega stališča lahko ogrozil premoč in nadaljno rast ekspandiranih polistirenov.

Zelo niska poraba energije pri proizvodni in predelavi surovin.
Velik prihranek pri ogrevanju- za vsak kg EPS vgrajen v objekt prihranimo 4 kg naftnih derivatov!
Zelo niska specifična teža omogoča, da pri transportu ne prevažamo nepotrebnih balastov.
Velik prihranek v hladilništvu tudi življenska doba EPS izolacijskih panelov je veliko daljša, kot na primer poliuretanskih.
Popolno reciklirane - in sicer že v ekspandirani obliki ali pri predelavi nazaj v osnovni polimer brez ekološke škode.
Ekološko neškodljiva pretvorba v energijo! Na koncu živlenskega ciklusa ga brez škode lahko pretvorimo v energijo (10.000Kcal/kg kot naftni derivati) .Rezultati zgorevanja so CO₂ in voda.
Popolna nestrupenost izdelkov. Primerni za embalažo pri prehrambenih proizvodih.

EPS je sestavljen iz strukture milionov mikrocelic polnih zraka . Da bi to dosegli, moramo v osnovno surovino najprej natančno mikrodozirati pogonski plin PENTAN . Ob segrevanju polystirola nad mejo plastičnosti od 90-100⁰C, se oblikuje v mikrocelularno strukturo zaradi expanzije pogonskega plina pentana, ki je bil zajet. Ta majhna napihnjena žogica je osnova EPS materijalov.

EPS materijali se proizvajajo po procesu polimerizacije malih kroglic- perl. Na ta način dobimo mešanico zrn, ki vsebujejo pogonski plin pentan in imajo v premeru od 0,2mm do 3,0 mm. Granulacija, ki nastaja ni kontrolirana, ampak je razporeditev dimenzij po takoimenovani gausovi krivulji, kar v praksi pomeni, da je srednijh dimenzij (okrog 1,5mm) velika večina. Glede na namen uporabe se zrna separirajo v več dimenzijskih frakcij .

Ker se vsako zrno poveča volumensko za približno 50 krat, pogojuje debelina stene EPS izdelka velikost zrn .Če hočemo izdelati na primer embalažne izdelke tenkih sten, moramo izhajati iz najmanjših zrn. Obratno imajo velika zrna prednost, če hočemo ekspandirati lahke polistirene ( 10 ali celo 8 kg/m³), kjer bi radi še dodajali večjo količino regeneriranih zrn. Srednje granulacije(0.9-1,4mm) so največ v uporabi, ker je velikost kroglic po ekspanziji cca 3-4 mm, kar je primerno za veliko večino izdelkov in omogoča dokaj dobro uključitev regeneriranih kroglic ( brez škode toleriramo med 7 in 10% in tudi samougasivi dodatki pokrivajo ta procent).

Poleg osnovnega polimerja, se glede na specifične namene proizvajajo tudi zrna iz modificiranih polimerjev ali dodatno modificiranih obstoječih polimerjev, ki se vedno izpopolnjujejo v laboratorijih večine proizvajalcev.

EPS za blok forme. Relativno velik blok relativno nizke gostote režemo v plošče ali elemente . Glavni namen teh izdelkov je izolacija v gradbeništvu in hladilništvu . Separacije zrn so od 0,9-1,4mm ter 1,4-2,2mm.

EPS za tiskanje ambalaže, kjer zahtevamo stene med 5 in 10 mm . Separacije zrn 0,4-0,7 ter 0,7-0,9 mm.

EPS AE za blok forme in za preformirane izdelke (ambalaža) z aditivom za SAMOUGASLJIVOST (AUTOESTINGUSHING) po normi DIN 4102 (B1) in in z obnašanjem med gorjenjem po normi DIN 53483, sekcija 3, clasa F1. Presežek aditiva 10%.Aditivi so na bazi broma.

EPS, ki le predekspandiramo in potem uporabljamo v gradbeništvu kot polnilo za lahke malte in betone ali za dodatek glini pri proizvodnji lahke opeke.

EPS z znižano količino pogonskega plina (-40%).

EPS brez naknadnih dimenzijskih sprememb. Krčenje, ki se vedno pojavlja pri EPS izdelkih, ima pri nekaterih uporabah negativne posledice. Zato je potrebno za nekatere uporabe EPS izdelke starati celo do 60 dni pred končnim razrezom in uporabo. ENICHEM je razvil novo klaso H EPS surovin, ki bodo imeli absolutno dimenzijsko stabilnost takoj . Žal, je v sedanji fazi razvoja iz te klase polimerjev mogoče izdelovati izdelke do specifične gostote 25-20 kg/m³ torej ambalažne izdelke. Nova oznaka teh materialov je B klasa.

EPS surovino moramo skladiščiti v hladnem prostoru z največ 20 stopinjami celzijev zaradi omejevanja izgube pogonskega plina pentana .Pri teh pogojih je mogoče brez škode skladiščiti surovino do cca 30 dni . Iz istega razloga je treba skladiščiti surovino v naravno prezračevanem prostoru ( nadstrešnica ) ali prisilno prezračevalnem prostoru z enkratno izmenjavo zraka na uro v kolikor gre za zaprte prostore. Plin pentan je težji od zraka in je zato treba odprtine za zračenje postaviti nizko pri tleh.

Vprašanje: Kako skladiščiti surovino v poletnih mesecih.?

Zunanje temperature v poletnih mesecih presegajo tudi 30 ^oC. Pogoje skladiščenja je zato dokaj težko doseči v poletnih mesecih. V praksi se zato poslužujemo nadstrešnic obrnjenih proti severu in se trudimo imeti čimkrajši čas skladiščenja.Skaldiščenje surovine za poletne mesece priporočamo do dveh tednov. Delno se ta problem da rešiti s kovinsko hermetično embalažo (sodi), kar podaljša uporabnost surovine do 6 mesecev, vendar tudi možno podraži dobavo.

Ta proces danes izvajamo skoraj izključno s pomočjo vodne pare, ki služi kot vir toplote z delovno temperaturo med 80 in 110 ^oC. Drugi nosilci energije (kot na primer topli zrak ali vroča voda) nimajo v tej tehnološki predelavi ekonomskega pomena. Vodno paro najraje uporabljamo predvsem zaradi visoke energetske vsebnosti. Ob procesu kondenziranja (torej spremembe agregatnega stanja iz plinskega v tekoče) se sprošča 2186 KJ/kg ( 522 kcal/kg) pri konstantni temperaturi. Z nadaljnjim hlajenjem vode za vsako ^oC dobimo iz nje le še 4,18 KJ/kg. Ta energetski aspekt velja za vse nadaljnje predelave stiropora.

V primeru višjih temperatur ( nad 80 ^oC ) prihaja do mehčanja polimerja in zaradi povišanja tlaka pogonskega plina PENTANA do povečanja volumna in sicer do cca 50 krat osnovni volumen. Poleg tega vodna para prodira skozi stene veliko hitreje, kot na primer zrak ter zaradi tega aktivno sodeluje pri procesu ekspanzije znotraj zrn polistirena.

Zrna ekspandiramo v kroglice do mase od 10-30 kg/m³ za normalne izolacijske namene. Če rabimo še nižje specifične teže EPS, lahko ponovimo predekspanzijo in tako dosežemo do 8 kg/m³.

Za tiskanje ambalaže zrna ekspandiramo v kroglice med 15 in 30 kg/m³.

V kolikor rabimo večje specifične teže EPS, moramo vršiti predekspanzijo pod 100 ^oC, kar dosežemo z mešanjem pare in zraka.

Vprašanje: Ali obstajajo meje hitrosti ekspanzije?

So. In sicer obstaja neko razmerje ki ga je treba spoštovati med časom in gostoto ki jo želimo ustvariti. Čas bi namreč lahko krajšali z višanjem temperature ekspanzije ( v praksi višanje tlaka pare) toda ne moremo skrajšati časa brez posledic. Zgodi se namreč lahko to, da je površinska tempreatura zrna previsoka in se zaradi tega začne jo topiti celice in se debeli koža zrna. Takšnemu zrnu ponovno zraste temeratura nazaj in izdelki dobijo značilen izgled po lupini pomoranče.

- Zrna so kvalitetnejša ker se počasneje in enakomerneje ekspandirajo.
- Lahko delamo tudi z staro surovinoo kjer je izhlapelo dosti pentana
- V prihodnjosti bomo lahko dellali tudi z surovinami z malo pentana (nova Evropska Ekološka zakonodaja po letu 2000)

Med predekspanzijo prihaja do velikega povečanja volumena zrn surovine. Dobili smo kroglico zaprte celične strukture. Takoj po izhodu zrn iz prekspanderja pride do ohlajanja kroglic in kondezacije preostalega pentana in vodne pare v notranjosti, kar povzroči podtlak v kroglici. Zaradi tega so zrna mehansko nestabilna in jih je treba umiriti v dobro prezračevanih silosih, preden nadaljujemo z njihovo predelavo. Da bi preprečili deformacijo kroglic, mora biti transport od predekspanderja do silosov pravilen in delikaten. V praksi zato uporabljamo najraje kompresorje in injektorje. Transport z ventalatorji ni priporočljiv v kolikor zrna niso že prej nekoliko umirjena v postekspanzijski komori ali takoimenovani tekoči postelji . V tekočo posteljo, kjer se nahaja mešalec (ki kroglice premika in preprečuje njihovo zlepljenje) spuščamo kroglice in pod njimi vpihujemo zrak . Pri tem zrna pospešeno sušimo in ohladjamo ter jih pripravimo za transport do silosov.

Vprašanje: Kakšni so cevovodi za transport kroglic?

Vsekakor mora biti cevni sistem za transport kroglic na notranji strani narejen iz kvalitetne gladke pločevine z ovinki R=6D s primerno ozemljitvijo ter s premerom od 100 do 300 mm. V praksi se razmerje R=6D znižuje celo do R=4D pod to mejo pa obstaja resna nevarnost da se cevovod zabije.

1. Skozi membrano kroglice prodira zrak, kar mehansko stabilizira kroglico

2.Vlažnost, ki je v kroglici odhaja v okolico, kar olajša pretočnost zrn in dovoljuje polnjenje tudi kompleksnih oblik kalupov s kroglicami (embalaža).

3.Preostali pogonski plin zapušča kroglico. To je posebej pomembno za EPS izdelke visokih specifičnih gostot, kjer bi pri končni ekspanziji blok formi velikih dimezij (bočni presek blok forme je kar 5m²)prišlo previsokega tlaka. (Vsak bar na 5m² povzroči skupno silo na ohišju od 50 ton).

Čas umirjanja, potreben za to izenačevanje tlakov in delno zamenjavo pentana z zrakom v silosih je odvisen od:

1. Velikosti kroglice
2. Specifične gostote v kg/m³ (tu se vidi razlika, ki jo povzroča različna velikost zrn surovine)
3. Temperature skladiščenja
4. Relativne vlažnosti zraka.

Vprašanje: Koliko časa vmesno staramo kroglice?

Po tem času se proces izmenjave umiri. Po 24 urah je praktično nezaznavna nadaljna sprememba parametrov.

Maksimalni čas skladiščenja je odvisen od tehnologije pogojev proizvodnje, ampak ni priporočljivo prestopiti mejo 48 ur. Po tem času je namreč nadaljna ekspanzijska moč kroglice zelo znižana. Toda delno lahko to kompenziramo v nadaljni predelavi z zvišanjem tlaka pare.

vprašanje: Koliko časa moramo počakati, če predekspandiranje ponavlajmo?

V primeru večkratne ekspanzije je potrebno računati na vmesni čas med 5 in 8 urami po prvi fazi in 12 do 24 ur po drugi fazi.

Teoretično ne smemo prehitro ohladiti kroglice, ker sicer, kot smo že videli v notranjosti, nastaja podtlak in kroglica lahko kolapsira v samo sebe. Toda v praksi, glede na izkušnje vemo, da se celo v deželah kot je FINSKA, lahko silose postavi kar na odprtem. Kako je to mogoče? Preprosto zato, ker kroglice v današnjem času povsod najprej stabiliziramo takoj zraven predekspanderja v tekoči postelji, nakar jih transportiramo v zračnem curku v silos. Zračni curek je topel. Rezultat je ta, da se silos napolni z maso, ki je topla in to svojo toploto obdrži kar za nekaj ur, saj je materijal, ki ga skladiščimo, izolacijski. Torej se v praksi le zelo tenka plast kroglic po zunanjem obodu ohladi do zunanje temperature, pa še to se zgodi skozi čas, saj uhajajoča toplota iz notranjosti greje to zunanjo plast. Zato iz praktičnih rzkušenj vemo, da ni nikakršnih ovir za postavitev silosov na odprtem.

V tej točki tehnološkega postopka zvarimo posamezne kroglice v končni izdelek. Čeprav obstaja več različnih strojev, ki opravijo to funkcijo in so strogo namensko orientirani, imajo vsi nekatere skupne lastnosti. To je dovajanje energije razpršenim kroglicam, kar povzroči ponovno mehčanje polimerja, naraščanje tlaka preostanka pogonskega plina v notranjosti kroglice ter zaradi tega še eno ekspanzijo kroglice. Če se ta proces dogaja v mehansko omejeni komori (ki ima v stenah odprtine za prepustnost pare in plinov), naraščanje volumna ni mogoče. Ker se kroglice ne morejo odmikati in imajo na voljo le notranji volumen komore, ga zapolnijo popolnome ter ekspandirajo v prostor med sabo. Zaradi tega dobimo popolnoma zapolnjen prostor. Posamezne kroglice postanejo poliedrične ter se med seboj zvarijo. Temu postopku rečemo sintranje po analogiji izdelave kovinskih izdelkov iz prašnih delcev, kjer ravno tako posamezne delce med seboj sprešamo, dokler se ne zvarijo.

Ta postopek v osnovi delimo na proizvodnjo velikih blokov, ki jih potem režemo in na proizvodnji izdelkov v kalupih, ki imajo obliko končenga izdelka (ambalaža in nekateri specifični izdelko, kot na primer sanitarni kotlički za izplakovanje ali zaboji za skladiščenje frigo izdelkov).

NA blok formah za razrez pa je nekoliko druggače. Sodobne pokončne blok forme, opremljene z vakumskim podsklopom in z računalniškim krmiljenjem, zmorejo izdelati blok, ki je uporaben za razrez že po dveh dneh. Močno skrajšanje časa stabilizacije je doseženo z pomočjo alternativnega delovanja pare in vakuma ( do 60%) na obeh straneh bloka.To omogoča globoko in hitro penetracijo temperature v maso bloka (ko parimo) ali hladilno sušilnega efekta (ko vakumiramo) ter včasih celo hkratnega prekrivanja the dveh faz. V končnem delu ciklusa vakumiramo obe strani ter tako zelo pospešeno hladimo blok (saj z uparjenjem vlažnosti pri podtlaku ohlajamo predvsem jedro bloka in s tem ustavimo termodinamične procese, ki se tam še dogajajo), kar nam omogoči pospešitev ciklusa (sodobne blok forme delajo en blok povprečno pod 3 minute). Stranska efekta tega sta zniževanje vlažnosti in hitro izparevanje pentana. Torej dejansko tisto, kar se dogaja v naravnem procesu staranja bloka v prvih dnevih in tednih.

Na tem področju je TECNODINAMICA prevzela pomembno vlogo in izdeluje ter posodablja z sodobnim krmiljenjem starejše blok forme drugih prizvajalcev.

Velike prednosti sodobnih blok form TECNODINAMICE so tudi spremenljiva geometrija in sicer kar po dveh dimenzijah. To omogoča predelovalcem EPS, da izdelujejo bloke, ki so le minimalno večji od potrebnega. Čeprav v sodobni proizvodnji zberemo, sortiramo ter nazaj predelamo v izdelke ves prirez ali na splošno je energetsko gledano še vedno najbolje čim manj odpada ustvariti. Blok forme, ki jih danes izdeluje TECNODINAMICA, segajo od 2m³ pa vse do 8 m³ EPS v enem samem ciklusu. Gradnja, po principu premične zadne stene, omogoča izdelavo blokov v dimenzijah tipično od 0.9 do 1,3 m. S specijalnimi elementi pa lahko tudi pokončno dimenzijo reguliramo navzdol .

Drugi del stabilizacije bloka pa je vezan na dokončno izmenjavo plina pentana v zaprtih celicah (in vlažnosti, ki je tam prodrla med tehnološkimi postopki) z zrakom. Ta proces je eksponencijalno padajoči, kar pomeni, da se največji del tega procesa opravi v prvem dnevu. Z vsakim naslednjim dnevom hitrost sušenja in stabiliziranja dimezij pade.

Tudi to vprašanje je pogojeno z uporabo EPS izdelka. Embalažni izdelki morajo imeti le dovolj suho zunanjo povšino. Ob sodobnih avtomatih ki jih AMD proizvaja in so opremlejni z vakumskim podsklopom ki suši, stabilizira in hladi izdelke hkrati so izdelki uporabni takoj.

Naravno staranje lahko bistveno pospešimo tudi s povišano temperaturo . Tako ponekod zgradimo tudi posebne komore, kjer vzdržujemo temperaturo med 30 in 40 ^oC ter znižujemo vlažnost. Več o temu v “PORABA ENERGIJE IN VODE”

EPS bloke režemo s stroji, kjer z vročo napeto žico dejansko stopi ena količina materijla. Tradicionalno se je v ta namen uporabljala žica iz Cr.Ni jekel, ki je tudi sicer uporabna pri električnih grelcih. Ta material za rezilne žice za EPS ima kot osnovno hibo to, da se žice pod toplotno obremenitvijo raztegujejo. Da bi žica imela zadostno mehansko trdnost, moramo uprobljati dokaj debele žice. Z dožino potrebnega reza se problem še dodatno poslabša.

Za rezanje EPS materijalov uporabljajo sodobni stroji takoimenovane sintrane žice. To so specijale žice, ki so oplaščene z bakreno prevleko in ki se veliko manj raztegujejo. Rezultat tega je, da je potrebna minimalna debelina veliko nižja. Ker je debelina žice manjša, je tudi dejansko uničena količina EPS bistveno manjša. Žica namreč okoli sebe izreže še nekoliko večjo luknjo. Tako dejansko cel postopek povzroča manj odpada, daje boljšo površino rezanja in daje približno deset krat daljšo življensko dobo rezilne žice.

V praksi smo uporabljali CrNi ali cekas žice od cca 0.4mm do 2 mm, medtem, ko pri rezanju z oplaščenimi sintranimi žicami normalno uporabljamo dimenzije od 0.2 mm za kratke reze (cca 1-1.5m) do 0,4 ali 0.5mm debelo žico za reze tudi do 4 m dolžine. Edina cena, ki jo moramo pri temu plačati, je nujno pulsno krmiljenje dovedene energije v žico za njeno končno regulacijo temperature. Toda pri masovni proizvodnji tudi ta problem ni ovira in sodobni stroji imajo kartico s takoimenovanim rampa generatorjem ter zmorejo krmiliti na stotine žic brez problema. Tipičen 15 KVA transformator z 45-0-45 Voltnim izgodom in eno kartico lahko krmili tudi 200 metrov rezilnih sintranih žic .

Leader na evropskem tržišču strojev za rezanje EPS materijalov je TECNODINAMICA. Stroji vrhunske kvalitete (vsa vodila so kotalna in vsi premiki so računalniško vodeni ter mehansko izvedeni z vrhunskimi SKF vreteni z recirkulacijo kroglic). [iroka paleta strojev lahko zadovolji vse vrste rezanja od poceni masovnega kvalitetnega reza do zelo natančnega oscilirajočega reza. Kljub vrhunski kvaliteti je cena tovrstne opreme relativno niska. To je mogoče, ker je proizvodnja rezilnih strojev masovna ( letno večstotin strojev).

Vprašanje: Kako hitro lahko režemo stiropor?

Vprašanje : Ali je potrebna oscilacija žic?

Oscilacija žic je potrebna le pri izredno kvalitetnem razrezu za specijalne namene, kjer se dosega natančnost rezanja v desetinkah milimetra na meterskih dolžinah. Rezanje je v tem primeru zaradi natančnosti počasneje kot sicer običajno. Vzdolžno vodenje bloka mora biti tudi verižno s pozicijskimi iglami, da blok ne niha. Seveda mora biti EPS za to rezanje tudi primermo postaran. Cena takšnega končnega izdelka je visoka in na Italijanskem tržišču le nekatere zahtevne uporabe EPS izdelkov prenesejo to ceno .

Minimalne debeline plošč ki se jih da dosegati na sodbnih standardnih strojih TECNODINAMICE so pod 3 mm. Na specijalnih strojih pa še manj.

Toploto vročega kondensata, ki ga moramo ohladiti do primerne temperature zato da ga lahko s črpalko pošljemo nazaj v kotel, lahko koristno uporabimo za ogrevanje prostorov ali za ogrevanje komore v kateri pospešeno dimenzijsko staramo bloke .

Poraba vode za hlajenje je v primerjavi z starejšimi postrojenji zelo zmanjšana ker je večji del te funkcije prevzelo vakumsko postroenje. Vsekakor je danes nujno zastaviti hladilne sisteme z zaprtim tokokrogom in hlaadilnimi stolpi. Le tako si namreč lahko zagotovimo ekološko neoporečnost postrojenja. Ravno tako si v tovrstni instalaciji odpiramo možnosti za izkoriščanje dela energije ki jo je mogoče uporabiti za gretje tovarne, sušilnice, predgretje napojne vode kotla in vrsto drugih porabnikov ki lahko črpajo toploto v režimu 60- 30 stopinj celzija.

Poraba komprimiranega zraka je pri blok formi ni omembe vredna saj gre v glavnem pri sodobnih postrojenjih le za krmilno pnevmatiko . Večji porabnik je le predekspander. Potrebno je cca 2000-5000 litrov zraka na minuto (7bar). Zrak mora biti zelo dobro pripravljen . Zelo suh , razmaščen (pod 3 ppm) in filtriran (vsi delci nad 5 mikronov). V ta namen uporabljamo posebne hladilnike sušilce in keramične filtre. Za proizvodnjo primerne količine zraka je potrebno cca 20-30 kW el. Energije.

Za potrebe RIEX s.r.l. in poslovnih partnerjev sestavil dipl.ing. I. Pravica
©cpoyright - 1999-RIEX.NET® TRST 11.03.1997

Gor	URL: http://www.riex.net/stiropor - Layout, design & revisions © 1999-RIEX.NET . ENCODING-CE1250. First-Revised-09-1999 last rev.jan.2000 [1.12]