Исследовательская работа натТему «Физические и химические свойства пенополистирола»

МБОУ Самарской основной общеобразовательной школы №2

Азовского района

Химия и экология

Исследовательская работа         

Тема «Физические и химические свойства

 пенополистирола»

                                                                                              Исполнитель:                                                                     

Новак Елена Васильевна,

                                                               учитель химии

МБОУ Самарской основной

общеобразовательной школы №2

Азовского района

Введение

Поддержание комфортных условий при эксплуатации зданий, построенных из традиционных строительных материалов, требует повышенного расхода топливных ресурсов, что в конечном итоге ухудшает экологическую обстановку. Особенно в крупных городах. Установлено, что суммарные теплопотери через стены, покрытия и окна составляет 70% от всех потерь тепла через ограждающие конструкции.

Данная тема заинтересовала трагедией, которая произошла в Перми 5 декабря 2009 года в клубе «Хромая лошадь». За десять лет эта история подзабылась. Но в сердцах людей осталась тяжелая рана.

И сегодняшним школьникам я обязательно рассказываю о страшной трагедии. Особенно, проводя инструктаж по технике безопасности перед зимними каникулами, в канун Нового года, подчеркиваю о том, что попадая в любое общественное место, необходимо посмотреть запасной выход и мысленно представить план эвакуации.

Мною был проведен обобщающий анализ статей, выступлений, СМИ, теоретического материала в области  раздела органической химии.

Предмет исследования: пенополистирол.

Объект исследования: физические и химические свойства пенополистирола, состав, получение и применение.

Актуальность заключается в том, что  Постановлением от 11.08.1995 года за №18-81 Минстрой России существенно повысил требуемый уровень термического сопротивления (сопротивления теплопередаче) ограждающих конструкций. При этом требуемое термическое сопротивление установлено независимо от применяемых материалов и конструктивных решений ограждении. И одним из наиболее перспективных направлений предупреждения теплопотерь и является использование пенопласта.

Проблемой является то, что пожар в пермском клубе "Хромая лошадь", в котором погибло 155 человек, напрямую связывают с пенополистиролом Пожарные говорят, что открытого огня было мало, либо вообще о нем не упоминают. Есть упоминания, что дым шёл между хворостом и пластиком, т.е. этим самым пенополистиролом. А также упоминали, что с потолка капала расплавленная жидкость. Может быть, ожоги от этой жидкости.
Медики установили, что у большинства людей сгорели органы дыхания внутри, т.е. произошел химический ожог.

Цель исследования состоит в раскрытии особенностей  физико-химических свойств пенополистирола, состава, получения и применения. Оптимальное педагогическое сопровождение процесса формирования у школьников основ безопасности собственной жизнедеятельности.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

1.Уточнить особенности физико-химических свойств пенополистирола.

2.Проанализировать научно- техническую литературу по данной теме.

4.Провести теоретические исследования по определению продуктов горения в условиях пожара.

В нашем исследовании основными методами анализа являются  аналитико-библиографический; описательный и сравнительный.

Материалом для исследования послужили:

-статьи в российских газетах;

-научно-техническая литература;

- телевизионные программы;

-Интернет-ресурс.

Теоретическая ценность работы заключается в раскрытии особенностей химических свойств пенополистирола в условиях пожара.

Практическая ценность исследования заключается в том, что полученные результаты могут быть применены молодежью в быту, т.е. при применении любого  строительного материала необходимо соблюдение правил установки, пожарной безопасности и качества сырья.

Гипотеза: индивидуальный подход может способствовать развитию познавательного интереса учащихся  к химической науке.

           Новизна:

 На основе содержательной, разнообразной развивающей деятельности педагога с детьми создаются условия для проявления детьми старшего школьного возраста  компетентности в области обеспечения пожарной безопасности, инициируется самостоятельность детей именно в осознанном, правильном поведении.

Исследовательская работа состоит из введения, результатов исследования, заключения, библиографии, включающей около 18 источников.

Результаты исследования

В СМИ сообщалось, что причиной гибели столь большого числа людей на пожаре в Перми стало использование в клубе « Хромая лошадь» в качестве звукоизолирующего материала пенополистирола, который при горении начал испаряться и выделять удушливый дым.

«Его горение сравнимо с напалмом, при возгорании огонь буквально лился сверху на людей»,- сообщил корреспондент ИТАР-ТАСС. При горении пенополистирол образует высокотоксичные вещества, такие как синильная кислота, оксиды азота. «Достаточно одного-двух  вздохов, чтобы человек погиб»,- подчеркнул он…

Как химик, считаю, что необходимо  следующим образом прокомментировать  эту заметку.

1.                 Пенополистирол используется  в строительстве, прежде всего, для теплоизоляции. При действии пламени пенополистирол загорается и начинает гореть как напалм, ведь пенополистирол  является главным компонентом напалмовых бомб, т.к. горящий плав полистирола  имеет температуру до 1150С.

2.                 При действии пламени пенополистирол не испаряется, а разлагается с выделением стирола, высокотоксичного вещества. Пары стирола раздражают слизистые оболочки; предельно допустимая концентрация их в воздухе 0,005 мг/дм³. Стирол  токсичен, средняя летальная доза составляет около 500-5000 мг/кг (для крыс).    

3.                 При горении и деструкции пенополистирола ни оксиды азота, ни синильная кислота не выделяются, так как полистирол атомов азота не содержит.

4.                  Помимо стирола в условиях пожара могут выделятся формальдегид, оксид углерода, диоксид углерода. формальдегид, оксид углерода, диоксид углерода.  Формальдегид токсичен, способен накапливаться в организме. Кроме общетоксичного, обладают раздражающим и нейротоксическим действием. Эффект зависит от молекулярной массы, чем она больше тем слабее раздражающее, но сильнее наркотическое действие, причём ненасыщенные альдегиды токсичнее насыщенных. Некоторые обладают канцерогенными свойствами.

          К факторам пожара относятся (в скобках указаны предельные значения): температура окружающей среды (70°C); интенсивность теплового излучения (500 Вт/м²); содержание оксида углерода (0,1% об.); содержание диоксида углерода (6,0% об.); содержание кислорода (менее 17% об.) и др. Оксид углерода (CO₂) – это вещество является продуктом неполного сгорания топлива, время его жизни в атмосфере составляет 2-4 месяца.  Присутствие оксида углерода в атмосферном воздухе не может ощущаться человеком по запаху, либо цвету. Оксид углерода считается вдыхаемым ядом, способным создавать дефицит кислорода в тканях тела, повышает количество сахара в крови. У здоровых людей этот эффект проявляется в уменьшении способности выносить физические нагрузки. Этот эффект зависит как от концентрации газа, так и от времени пребывания человека в загрязненной атмосфере. Однако физиологические и патологические изменения могут происходить лишь под воздействием очень больших доз. Оксид углерода не является накапливающимся ядом – процесс неблагоприятного воздействия на человека обратим, хроническое отравление оксидом углерода не может наступить в результате долговременного воздействия при относительно низких концентрациях порядка 2-10 ПДК_..

5.                 В воздухе была обнаружена синильная кислота, то это значит, что при отделке помещения использовали не только пенополистирол, но и пенополиуретан, при горении которого выделяется большой набор высокотоксичных летучих веществ, в т. ч. синильная кислота- HСN.

Синильная кислота (цианистоводородная кислота) — газ или бесцветная жидкость (г. кип. 25,6 °С, т. пл.— 13,3 °С, плотность 0,699), имеет запах горького миндаля, легко смешивается с водой и с рядом органических растворителей. При — 13,3 °С синильная кислота затвердевает, образуя волокнистую кристаллическую массу. Синильная кислота является слабой кислотой. Ее вытесняют из солей даже углекислота и слабые органические кислоты.

В свободном состоянии в природе синильная кислота не встречается. Она встречается в виде химических соединений, к числу которых относятся гликозиды (амигдалин, пруназин, дур-рин и др.). Амигдалин содержится в семенах горького миндаля, косточках персиков, абрикосов, слив, вишен, в листьях лавровишни и др. Этот гликозид под влиянием фермента эмульсина, а также под влиянием кислот разлагается на глюкозу, бензальдегид и синильную кислоту. Пруназин содержится в пенсильванской вишне, а дуррин — в просе. Синильная кислота может образовываться при горении целлулоида. Следы этой кислоты содержатся в табачном дыме.

Соли синильной кислоты (цианиды) легко гидролизуются d воде. При хранении водных растворов цианидов при доступе диоксида углерода они разлагаются:

KCN + H ₂ O + СО ₂ ---> HCN + КНСО ₃ KCN + 2H ₂ O ---> NH ₃ + НСООК

В водных растворах разлагаются не только цианиды, но и сама синильная кислота:

HCN + 2Н ₂О ---> HCOONH ₄.

 Действие на организм. Синильная кислота и ее соли очень ядовиты. По токсичности синильная кислота превосходит многие известные яды. Поэтому с синильной кислотой и ее солями следует обращаться очень осторожно. Следует помнить, что от прибавления сильных кислот к цианидам сразу же выделяется синильная кислота, которая может быть причиной тяжелых, а иногда и смертельных отравлений. Отравления могут давать и различные соединения синильной кислоты (хлорциан, бромциан и др.). Синильная кислота угнетает внутриклеточные железосодержащие дыхательные ферменты. При угнетении цитохромоксидазы синильной кислотой клетки организма не усваивают кислород, поступающий с кровью. В результате этого наступает клеточное кислородное голодание, несмотря на то, что кровь насыщенна кислородом. Цианиды также могут блокировать гемоглобин крови, нарушая его функции.

Синильная кислота может поступать в организм с вдыхаемым воздухом и частично через неповрежденную кожу, а цианиды — через пищевой канал.

6. Соотношение числа открытых и закрытых пор в структуре пенопласта определяет его физико-механические свойства, которые улучшаются с увеличением содержания закрытых ячеек (см. табл.1).

Таблица 1. Содержание открытых и закрытых пор в структуре поропластов

Наименование	Средняя плотность, кг/куб. м	Содержание в структуре, %
Пенополистирол	20	95,8	2,8	1,4
Пенополивинилхлорид	70	92,2	1,8	6,0
Пенополиуретан	50	94,4	1,0	4,6
Фенольный заливочный поропласт	40	1,3	96,3	2,4

Как видно из характеристик, представленных в таблице, пенополистирол является наиболее эффективным утеплителем из вспученных газонаполненных пластмасс.

7. Согласно Гост 15588-86 « Плиты полистирольные» пенополистирол обладает отличными противопожарными свойствами. Относится к группе сгораемых материалов Г2 , но содержит антипирен, способствующий самозатуханию. Количество выделяемой тепловой энергии при пожаре с участием ППС ниже, чем у древесины в 7 раз.

 Пенополистирол:

 - легкий синтетический материал;

-безопасен. Материал производится, используется и утилизируется без ущерба для окружающей среды и здоровья людей. Пенополистирол - это на 100% многократно используемый, наиболее чистый и безопасный теплоизоляционный материал;

-имеет хорошее тепловое сопротивление. Пенополистирол на 98% состоит из неподвижного воздуха, заключенного в его закрытой ячеистой структуре. Статический воздух, как известно, является самым лучшим природным теплоизолятором. Содержание полистиролового пластика в материале составляет всего 2% - такая комбинация и обеспечивает плитам ПСБ-С замечательные теплоизолирующие свойства. Причем теплоизолирующие свойства пенополистирол сохраняет как и во влажных условиях, так и при низких температурах. Звуконепроницаемость и ветрозащитное действие. При утеплении с помощью пенополистирольных плит ПСБ-С не нужна дополнительная ветрозащита;
         -влагостоек. Теплоизоляционные плиты ПСБ-С не гигроскопичны. Влагопоглощаемость пенополистирола существенно ниже, чем у минеральной ваты. Даже при длительном погружении в воду теплоизоляционные плиты ПСБ-С впитывают всего несколько процентов воды от своего объемного веса, это позволяет использовать их для утепления фундаментов при прямом контакте утеплителя с грунтом;

-высокая стойкость к нагрузкам. Кратковременная и долговременная стойкость к нагрузкам является одним из важнейших свойств пенополистирола. И она значительно выше, чем у минеральной ваты.

-сохраняет стабильные размеры. Утеплитель ПСБ-С остается стабильным в строительной конструкции, причем в течение всего срока эксплуатации строения: не садится, не уменьшается в размерах и не сдвигается в конструкции.

-долговечен. В течение всего срока жизни строения качество свойств утеплителя ПСБ-С не ухудшается. Минимальная влагопоглощаемость материала обеспечивает сохранение стойкости к нагрузкам и теплоизолирующую способность во влажных условиях. Пенополистирол не образует на своей поверхности питательной среды для роста микроорганизмов, не гниет, не плесневеет и не преет, является химически стойким.

-удобен в  использовании. Благодаря малому весу пенополистирольные плиты ПСБ-С удобны и легки в обращении, их легко можно нарезать на куски нужных размеров с помощью обычных инструментов. Для строителя крайне важным является тот факт, что используя в работе пенополистирол, не требуется применять средств защиты: он не ядовит, не имеет запаха, не выделяет пыль при обработке, не вызывает раздражения кожи.                  

-трудновоспламеняем. Все теплоизоляционные материалы ПСБ-С изготовлены из сырья, содержащего огнестойкий материал - антипирен, и соответствуют требованиям ГОСТа 15588-86.  Согласно данным, его возгорание происходит в открытом пламени с выделением копоти и образованием горящих падающих капель. Однако материал, модифицированный огнегасящими добавками (антипиренами), ведет себя по-другому. [6]

 Этот материал во время пожара сначала, находясь внутри строительной конструкции, он плавится, а затем дестругирует, т.е. переходит в газообразное состояние. Энергетическая доля пенополистирола в процессе горения - менее 2% от доли всех горючих веществ, участвующих в процессе горения строительного объекта.

Как видно из характеристик, пенополистирол является наиболее эффективным утеплителем из вспученных газонаполненных пластмасс.

На основании вышеизложенного, установлено, что наряду с положительными имеются и отрицательные  аспекты в использовании пенополистирола  в общественных помещениях.

Заключение

Пожар в пермском клубе "Хромая лошадь", в котором погибло 155 человек, может существенно отразиться на российском химическом рынке. Ряд регионов планирует ограничить или запретить использование одного из утеплительных материалов.

В результате исследования установлено, что пенополистирол, согласно

ГОСТ 15588-86:

-легкий синтетический материал;

-безопасен;

-влагостоек;

-имеет  хорошее тепловое сопротивление; 

-высокая стойкость к нагрузкам;

-сохраняет стабильные размеры;

-долговечен;

-удобен в  использовании;

-трудновоспламеняем, т.к. изготовлен из сырья, содержащего огнестойкий материал - антипирен, и соответствует требованиям ГОСТ 15588-86.

Проведя теоретические  исследования по определению продуктов горения в условиях пожара, установлено, что при действии пламени пенополистирол не испаряется, а разлагается с выделением стирола, токсичного вещества.

         При горении и деструкции пенополистирола ни оксиды азота, ни синильная кислота не выделяются, так как полистирол атомов азота не содержит.

Помимо стирола в условиях пожара могут выделятся формальдегид, оксид углерода, диоксид углерода. Присутствие оксида углерода в атмосферном воздухе не может ощущаться человеком по запаху, либо цвету. Оксид углерода считается вдыхаемым ядом, способным создавать дефицит кислорода в тканях тела, повышает количество сахара в крови. У здоровых людей этот эффект проявляется в уменьшении способности выносить физические нагрузки. Этот эффект зависит как от концентрации газа, так и от времени пребывания человека в загрязненной атмосфере. Однако физиологические и патологические изменения могут происходить лишь под воздействием очень больших доз. Оксид углерода не является накапливающимся ядом – процесс неблагоприятного воздействия на человека обратим, хроническое отравление оксидом углерода не может наступить в результате долговременного воздействия при относительно низких концентрациях, естественно, при высоких.

В воздухе была обнаружена синильная кислота, то это значит, что при отделке помещения использовали не только пенополистирол, но и пенополиуретан, при горении которого выделяется большой набор высокотоксичных летучих веществ, в т. ч. синильная кислота- HСN.

На основании вышеизложенного, установлено, что наряду с положительными имеются и отрицательные  аспекты в использовании пенополистирола  в общественных помещениях.

Поэтому, даже при правильном применении материала, с выполнением всех существующих правил эксплуатации и требований пожарной безопасности, на мой взгляд,  необходимо призадуматься о широком использовании его в строительстве для  общественных помещений.

Список источников литературы

1.Конструкционные материалы. Гл. ред. А.Т.Туманов т.1-М., «Советская Энциклопедия»,1964,408 с. С ил.

2.Конструкционные материалы. Гл. ред. А.Т.Туманов т.2-М., «Советская Энциклопедия»,1964,408 с. С ил.

3.Конструкционные материалы. Гл. ред. А.Т.Туманов т.3-М., «Советская Энциклопедия»,1964,408 с. С ил.

4. Моррисон Р., Бойд Р. «Органическая химия» М.:, Мир, 1974

5.Нейланд О.Я. «Органическая химия: Учеб. Для хим. спец. вузов» М.: Высшая школа, 1990

6.Плиты полистирольные. Гост 15588-86

7.Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. « Органическая химия» ч.1, М.: Изд-во МГУ, 1999

8.Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. « Органическая химия» ч.2, М.: Изд-во МГУ, 1999

9.Робертс Дж. «Основы органической химии» т.2 М.: Мир,1978

10.Робертс Дж. «Основы органической химии» т.2 М.: Мир,1978

11. Рудзитис Г.Е. Химия: Неор. химия. Орган. химия: Учебник для 9 класса образоват. учреждений./Г.Е.Рудзитис, Ф.Г.Фельдман.-9-е изд.-М.:Просвещение,2000

12.СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника"

13.Терней А. «Современная органическая химия» т.2 М.:Мир, 1981

14. Общая токсикология / под ред. А. О. Лойта. Спб.: ЭЛБИ-СПб., 2006

15.Цветков Л.А. Органическая химия. Учеб. для 10 кл.сред.шк.-25-е изд., перераб.- М.; Просвещение,1988

16.<a href=http://www.xumuk.ru/toxicchem/43.html>§, СИНИЛЬНАЯ КИСЛОТА</a

17. pps.v-s-d.ru/index_id_148.htm

18. http://slovari.yandex.ru/dict/

Краткое описание документа:

Поддержание комфортных условий при эксплуатации зданий, построенных из традиционных строительных материалов, требует повышенного расхода топливных ресурсов, что в конечном итоге ухудшает экологическую обстановку. Особенно в крупных городах. Установлено, что суммарные теплопотери через стены, покрытия и окна составляет 70% от всех потерь тепла через ограждающие конструкции.

Данная тема заинтересовала трагедией, которая произошла в Перми 5 декабря 2009 года в клубе «Хромая лошадь». За десять лет эта история стала забываться. Но в сердцах людей навсегда осталась тяжелая рана в сердце.

И сегодняшним школьникам я обязательно рассказываю о страшной трагедии. Особенно, проводя инструктаж по технике безопасности перед зимними каникулами, в канун Нового года, подчеркиваю о том, что попадая в любое общественное место, необходимо посмотреть запасной выход и мысленно представить план эвакуации.