Новые материалы для окон: утилизация отходов

В 

Как это ни смешно, но эпохи - по большому счету - обозначают по тем материалам, которые в это время были изобретены. Никто не знает, какие политические деятели были в железном или бронзовом веках, но то, что в это время появились железо и бронза - понимают все. Материалы, из которых изготавливали окна, как одно из наиболее сложных в технологическом плане изделий, следовали за изобретениями и модой.

Давайте в этой статье не будем вспоминать о бычьих пузырях и слюде - предтечах флоат-стекла и стеклопакетов - а поговорим о материале самих рам.

Практически до начала 19-го века все окна изготавливались из дерева. Это и понятно - дерево было наиболее распространенным материалом, который, к тому же, достаточно просто обрабатывался. Окна из дерева были доступны разным категориям жителей. Разница была только в породе дерева - или это палисандр, или дуб, или сосна. (Это, вероятно, покажется странным, но сегодня существует та же дифференциация - в престижных домах и квартирах устанавливают окна из красного дерева и дуба, в "хрущобах" - из недосушенной хвои, а иногда даже и из осины!). Во время первой индустриальной революции 17-18 веков научились изготавливать профилированную сталь. Практически сразу этот новомодный в то время материал был использован и для изготовления окон. Достаточно вспомнить CRYSTAL PALACE в Лондоне, конструкция которого изготовлена из черного металла. Было это и в России - Верхние торговые ряды (сегодняшний ГУМ), здание банка Рябушинского в комплексе Старого Гостинного Двора, много других.

После появления в 20-м веке пластмасс были разработаны уникальные - с точки зрения показателя цена-качество - окна с использованием поливинилхлоридного (ПВХ) профиля. Наши представления о необходимости экономии энергии (особенно после энергетического кризиса середины 70-х годов) трансформировались в разработку специальных деревянных профилей, алюминиевых профилей с терморазрывом и ряда других. В конце 20-го века ряд фирм предложил использовать в оконных профилях комбинации уже известных материалов, обеспечивая сочетание положительных свойств этих материалов. В частности, довольно большое распространение получили (формулировки комбинаций материалов, прнведенные ниже, несколько отличаются от тех, что рекомендованы в только, что изданном стандарте) :

- дерево-алюминиевые профили (довольно дешевая модификация обычных деревянных окон с наружными накладками из алюминия) - обеспечивается повышение эксплуатационных качеств деревянных профилей;
- алюмо-деревянные профили (существенно более дорогая конструкция, в которой используются деревянные внутренние накладки на стандартные алюминиевые рамы с терморазрывом) - обеспечиваются замечательные прочностные и эксплуатационные свойства окон, привычное для многих присутствие дерева в интерьере помещений;
- алюмо-стальные профили с терморазрывом ( мощный внутренний стальной профиль с наружными алюминиевыми накладками) - обеспечивается повышенное сопротивление возможным статическим и ветровым нагрузкам на светопрозрачные ограждающие конструкции;
- алюмо-ПВХ профили ( более дешевый аналог алюмо-деревянных окон) - обеспечиваются хорошие эксплуатационные и теплотехнические свойства, а также присутствие в интерьере ПВХ-профиля (специально для фанатов поливинилхлорида!).

Существуют и другие комбинации материалов, используемых для изготовления оконных рам, в частности, все большее распространение получают окна с профилем из стеклопластика.

С ростом объемов строительства увеличивалось и производство окон. Соответственно увеличивалось и количество отходов - к сожалению, нельзя использовать полностью профили и стекло. В настоящее время во всем мире выпускаются сотни миллионов квадратных метров светопрозрачных ограждающих конструкций в год. При средней оценке использования исходных материалов (в данном случае мы имеем в виду профили) при производстве окон в 90 процентов - а, поверьте, это совсем не плохой показатель - это миллионы кубометров отходов. Так, для изготовления одного квадратного метра окна современной конструкции необходимо переработать около полукубометра исходной древесины. Некоторое время эти отходы практически не использовались, однако, это - прямые потери производства, и ведущие производители окон под давлением экологических организаций, законов о защите окружающей среды и соответствующих - совсем не маленьких! - штрафов стали задумываться о необходимости утилизации некондиционных материалов. Так, для производства сайдинга, труб и других изделий, в которых нет строгих требований по цвету и качеству поверхности, стали использовать обрезки ПВХ-профилей. Отходы от производства деревянных окон использовали для снижения затрат на системы отопления, для сушки древесины. К счастью, и в России появились фирмы, занимающиеся сбором "оконных" отходов, хотя и горят по-прежнему костры во дворах деревообрабатывающих комбинатов, увеличивая опасность всемирного потепления.

В то же время стали появляться разработки, направленные на использование таких отходов в оконном же производстве. Вот в этом самом месте мы предлагаем вспомнить об эпиграфе к данной статье, повествующем о муках сумасшедшего и великого американского изобретателя Чарльза Гудийра в поисках дополнительных материалов для придания натуральному каучуку удобоваримых свойств. Действительно, переработка отходов от производства, например, ПВХ-окон также необычайно сложна и трудоемка. Необходимо обеспечить не только соблюдение всех экологических требований, но и получить продукт, пригодный для использования в окне - а требования к теплотехническим, прочностным, экологическим, эксплуатационным характеристикам окон в настоящее время необычайно высоки. В связи с этим и вопрос о том, что же смешивать, какую же "кашу варить" совсем не прост.

Первые опыты были связаны с использованием отходов древесины, смешанной с каким-либо связующим - по типу всем известных ДСП. По информации Ю.Александрова такие работы в 70-е годы проводились и в СССР. В то время пытались экструдировать или формовать опилки с наполнением в виде одной из разновидностей эпоксидных смол. К сожалению, получить нормальный продукт не удалось - в том числе и из-за крупного помола дерева, являвшегося основой смеси. По аналогичному пути в настоящее время идет группа специалистов Московского Института материаловедения и эффективных технологий под руководством д.х.н. академика М.Бикбау. Получаемые композиции могут быть профилированы, однако, толщина стенок профиля, по нашему мнению, все-таки слишком велика и не дает возможности для широкого использования сегодня предлагаемых ОАО "Московский ИМЭТ" материалов в оконном производстве, хотя характеристики материалов вполне приемлемы для использования в оконной индустрии.

Одним из наиболее продуктивных и перспективных направлений в использовании разнообразных отходов в оконном бизнесе оказалась совместная переработка обрезков ПВХ-профиля и некондиционного дерева. Такие работы в 80-90х годах проводились во многих странах, причем наиболее активно - в тех, где наиболее строги законы об охране окружающей среды (Финляндия, Швеция, Германия, Япония, США). Во всех этих странах были созданы соответствующие композиционные материалы, которые находят все более широкое применение в строительном комплексе.

В качестве примера в настоящей статье будет приведена более подробная информация об одной из таких разработок - американской.

По заданию одного из крупнейших в мире производителей деревянных окон (фирма "Andersen Windows", выпускающая около 4 500 000 окон в год, более подробная информация об этой фирме будет опубликована в одном из следующих номеров бюллетеня "ОД" в 2001 г.) в 1992-1999гг. проводились исследования, связанные с проблемой утилизации отходов производства деревянных окон, на которые было израсходовано более 50 млн.долларов.

Результатом разработки стало создание композитного материала "Файбрекс", состоящего из смеси отходов древесины и ПВХ в примерном соотношении 60% к 40%. Для исключения увлажнения, гниения, придания профилям необходимых прочностных и теплотехнических свойств и т.д. в смесь добавляется около 2% различных присадок. Основным достоинством данного материала (а получение именно такого материала и было заложено в задание на разработку) является то, что он экструдируется с помощью обычных экструдеров, а производство окон из него осуществляется на обычном комплекте оборудования для изготовления окон из ПВХ-профиля. Дополнительным элементом экструдеров является ламинатор, который сразу после формования профиля наносит на него декоративные покрытия любого цвета - к сожалению, экструдированная смесь обрезков ПВХ профилей и дерева выглядит недостаточно эстетично для потребителя. В то же время, ко-экструдирование придает материалу вполне законченный внешний вид и не вызывает нареканий со стороны заказчиков.

Кроме того, характеристики конечного продукта существенно лучше характеристик ПВХ профиля и, по заключению соответствующих американских служб, "Файбрекс" не содержит вредных для здоровья примесей и является негорючим материалом. В частности, температура возгорания профиля составляет 425 град.С, поглощение влаги - менее 0.9%, что значительно лучше, чем у дерева. Твердость (по Роквеллу) - 92, что лучше чем у дерева и пластика. Т.е. можно констатировать, что удалось создать материал, объединивший лучшие характеристики ПВХ и дерева, пригодный к массовому промышленному производству относительно недорогих энергоэффективных окон. Некоторые другие характеристики материала "Файбрекс" приведены в таблице, где также можно их сравнить с показателями наиболее используемых в оконном производстве материалов.

В 1999г. были проведены полномасштабные испытания материала и "Файбрекс" был запущен в производство. При этом следует отметить, что - помимо разработки собственно материала - была создана специальная развернутая система профилей, приспособленная для использования новых возможностей, предоставляемых новым композиционным материалом. Нам представляется, что наибольшие проблемы любого нового оконного материала связаны с тем, что предлагаемые в значительном количестве на современном оконном рынке композиты не отвечают требованиям производителей окон - и, в первую очередь, потому, что разработчиками материалов не отрабатываются технологические процессы производства окон. "Файбрекс" выгодно отличается в этом отношении от своих конкурентов - предварительно отработаны все вопросы.

В настоящее время фирмой "АНДЕРСЕН" создано специализированное предприятие по изготовлению окон из "Файбрекса", расположенное в штате Миннесота. Предприятие изготавливает сегодня около 800 окон в день. Это производство для нас - людей, видевших не один десяток современных заводов - представляется чуть-ли не идеалом. В этом производственном здании сконцентрированы все новейшие технологии производства окон. Должны сказать честно - мы испытывали чувство "белой зависти" осматривая этот завод.

Экструзия осуществляется на производственном подразделении фирмы "АСПЕН" с помощью 6 экструдеров. Сегодня стоимость профиля составляет около 110% от стоимости обычных ПВХ профилей, что связано с необходимостью возврата инвестированных средств, однако, по оценкам разработчиков в течение следующего года стоимость профиля будет уже ниже стоимости обычных ПВХ профилей. Кроме того, снижение стоимости окон из "Файбрекса" обеспечивается и в связи с большей прочностью исходных профилей - в окнах не требуется использование стальных усилителей, которые устанавливаются внутри всех ПВХ профилей. Для изготовления окон из "Файбрекса" применяется обычная оконная фурнитура.

В настоящее время фирма "АНДЕРСЕН" разрабатывает новые схемы распространения разработанного ей прогрессивного материала. В частности, "АНДЕРСЕН" ведет переговоры с фирмами из Канады, Мексики, Польши и Финляндии для организации опытного производства окон с использованием произведенного в Америке профиля "Файбрекс". В 2001г. фирма "АНДЕРСЕН" намеревается выбрать по одной фирме в вышеуказанных странах для организации производства окон с использованием импортируемого из США профиля. Окна должны устанавливаться в различных климатических зонах и пройти натурную проверку в этих регионах. Начиная с 2002г. (по нашим сведниям) предполагается начало массового производства профилей в различных регионах мира. Фирма "АНДЕРСЕН" зинтересована в том, чтобы одной из первых стран, где начнут изготовление окон и профилей из "Файбрекса" была Россия. АПРОК имеет полную информацию о всех характеристиках разработанных профилей и соответствующие договоренности с фирмой "АНДЕРСЕН" по распространению вышеописанной современной технологии на территории России и ряда стран СНГ.