Изделия из полистирола вспенивались без фреонов (CFC, HCFC, HFC) до тех пор, пока в конце 1950-х гг. XPS не стали вспенивать с добавлением фреона CFC-12 как «вечного», долговременного компонента, улучшающего теплотехнические характеристики XPS.

Было обнаружено, что скорость диффузии СFC-12 из плит XPS крайне низка. В то же время стало известно, что CFC-12 крайне негативно воздействует на озоновый слой Земли. В конце 1980-х гг. при вспенивании XPS фреон CFC-12 был заменен HCFC-142b, который эквивалентен CFC по теплотехническим показателям, однако менее вреден для озонового слоя.

Оказалось, что HCFC-142b обладает низким коэффициентом диффузии через пленку полистирола. Как следствие, плиты XPS, вспененные этим газом, демонстрируют такие же долгосрочные теплотехнические показатели, что и теплоизоляция, вспененная CFC-12 [1].

В настоящее время в развивающихся странах плиты из XPS производятся в основном с использованием HCFC-142b и HCFC-22 [2]. Эти же вспенивающие агенты пока (до 2010 г.) используются для производства плит XPS и в Северной Америке. В связи с запретом использования фреонов группы HCFC стали разрабатываться различные его заменители. Одним из лучших заменителей по долговременным теплотехническим показателям при производстве плит XPS оказался HFC-134a [3].

Группа фреонов HFC не содержит хлора. Они значительно менее опасны для озонового слоя и имеют незначительный период жизни в атмосфере. В Европе, где введен запрет на использование HCFC-агентов, для вспенивания XPS применяют либо углекислый газ (СО2) в чистом виде, либо СО2 в сочетании с углеводородами, спиртами и т.д. Использование СО2 для вспенивания – технически непростая задача, требующая существенных инвестиций в реконструкцию существующих производственных линий. Тем не менее, принимая во внимание мировую тенденцию к снижению выбросов фреонов, истощающих озоновый слой Земли, это направление считается очень перспективным.

В табл. 1 приведено сравнение основных ВА по воздействию на глобальное потепление. Потенциал глобального потепления (ПГП, или GWP) – коэффициент, который введен в Киотском протоколе (1997 г.). ПГП позволяет проводить равноценное сравнение различных парниковых газов с точки зрения их влияния на глобальное потепление и/или продолжительности их в атмосфере. За эталон принят углекислый газ: его ПГП равен единице.

Механизмы, отвечающие за теплопередачу в пластиковых пенах, в том числе в XPS, хорошо известны. По традиции принимается, что теплопроводность плит XPS складывается из четырех компонентов:

• теплопроводности твердой фазы материала (полистирола);
• теплопроводности газообразной фазы (ВА);
• передачи лучистой энергии;
• передачи тепла посредством конвекции.

В случае с XPS, где размер ячеек невелик (менее 2 мм), конвекционной составляющей можно пренебречь. В плитах XPS (как и в любом вспененном материале) теплопередача через теплопроводность твердой фазы и через излучение неизменны во времени. Только компонента, связанная с теплопроводностью газовой фазы, со временем изменяется как результат диффузии ВА из ячеек и встречной диффузии воздуха (кислорода и азота). Концентрация ВА, находящегося в плите XPS, определяется транспортными свойствами этого газа.

В табл. 2 приведены ключевые транспортные характеристики некоторых газов – проницаемость и эффективный коэффициент диффузии в полистироле [4]. Данные для этой таблицы получены в результате долговременных испытаний, поэтому они лучше отражают истинную диффузию ВА в течение очень длительного периода времени (десятки лет).