Co je izolace pir?

Rozhlédněte se a přemýšlejte: z čeho se skládají předměty kolem vás? Budete se divit, ale mnohé z nich – polštáře na pohovku, světlý nábytek z IKEA, umělé štuky na stropě, tlumiče v podrážkách vašich oblíbených tenisek – jsou vyrobeny ve skutečnosti ze stejného materiálu – polyuretanové pěny. Vznikl ve 30. letech dvacátého století, za necelých 100 let zcela proměnil náš svět a zároveň neustále nachází nové oblasti použití. Dnes je vrcholem vývoje polyuretanové pěny komerčně vyráběný materiál s nevyslovitelným názvem „pěnový polyisokyanurát“, obvykle nazývaný PIR. Nyní stále více nahrazuje tradiční materiály ve stavebnictví a mnoha dalších oblastech života a v blízké budoucnosti se může stát dokonce hlavním materiálem na planetě. Čím je PIR jedinečný?

Dmitrij Školnikov
Diskutujte o tématu

Jak získat „materiál budoucnosti“

Dnes je PIR vrcholem technologického vývoje polyuretanové pěny, jednoho z nejuniverzálnějších a nejoblíbenějších polymerních materiálů, patřícího do kategorie termosetů plněných plynem a poprvé syntetizovaného asi před 60 lety. Jeho jedinečnost spočívá v tom, že změnou podílu dvou hlavních chemických látek zapojených do reakce (celkem se jedná o více než tucet činidel) je možné získat širokou škálu materiálů s různými fyzikálními vlastnostmi pro různé aplikací.

Výchozími materiály pro výrobu PIR a polyuretanové pěny jsou dnes petrochemické produkty – polymerní organické sloučeniny a vícesytné alkoholy. Alternativní možností je použití určitých druhů rostlinných olejů: ricinový, sójový, řepkový, slunečnicový atd. Takové suroviny jsou však mnohem dražší.

Syntéza a vlastnosti polyuretanové pěny

Polymerizační reakce je založena na interakci dvou klíčových činidel, nazývaných „složka A“ a „složka B“:

1. Složka A je polyol: vícemocný alkohol obsahující více než jednu hydroxylovou skupinu -OH. Do této skupiny chemických sloučenin patří zejména ethylenglykol, propylenglykol, glycerin, sorbitol atd.;
2. Složka B – polyisokyanát: organická sloučenina obsahující funkční skupinu –N=C=O. Zejména při výrobě polyuretanové pěny a PIR se používá polymer 4,4-methylendifenyldiisokyanát neboli pMDI, vyráběný společnostmi BASF, Covestro, Huntsman a Dow.

Reakci lze popsat jako reakci polyolu a diisacionátu za vzniku polyurethanu v přítomnosti katalyzátoru (obvykle aminové skupiny). Před reakcí se do směsi zavede pěnidlo, které nejprve vyplní porézní a poté hermeticky uzavřenou strukturu polyuretanu a přemění ji na materiál zvaný polyuretanová pěna.

Kromě uvedených činidel se na syntéze podílí přibližně 10-13 dalších látek: katalyzátory, stabilizátory a různé přísady ovlivňující konečné vlastnosti materiálu.

Téměř okamžitě po výrobě polyuretanové pěny si chemici všimli, že její vlastnosti závisí na délce řetězce plynem plněných mikrogranulí, která je zase určena poměrem polyolových a izokyanátových složek, jakož i funkčností a molekulovou hmotností polyolu. sám. Změnou tohoto poměru byly získány materiály s velmi rozdílnými vlastnostmi: od měkkých houbovitých (například pěnová pryž, moderní výplně matrací, některé druhy izolace pro oděvy atd.) až po tuhé pěny s vysokou hustotou používané ve stavebnictví jako izolace pro průmyslové chladničky a mrazničky, výplň do sendvičových panelů, pro izolaci potrubí a výrobu pevných deskových izolací.

PIR: vlastnosti a rozdíly

Pěnový polyisokyanurát byl poprvé syntetizován v 60. letech XNUMX. století. Technologie její výroby se liší od technologie výroby „klasické“ polyuretanové pěny. Především poměr složek A a B v reakční směsi.

Vladimir Shalimov, kandidát technických věd, vedoucí technické služby směru „Polymerové membrány a PIR v KMS“ ve společnosti TECHNONICOL: „V běžné polyuretanové pěně je to klasický poměr 1:1, tedy na jednu molekulu polyol existuje jedna molekula isokyanátu. Výsledkem reakce je molekula polymeru s lineární strukturou. Při syntéze polyisokyanurátové pěny tento poměr závisí na řadě faktorů (na molekulové hmotnosti a funkčnosti polyolu, na obsahu NCO skupin v isokyanátu a na jeho typu) a neměl by být menší než 1:2. V technologickém cyklu našeho podniku je to minimálně 1:3, to znamená, že na jednu molekulu polyolu připadají tři molekuly isokyanátu, z nichž dvě zůstávají volné. V tomto případě samotný proces probíhá při vyšší teplotě. V důsledku toho dochází k tzv. trimerizaci: volné NCO skupiny tvoří zvláště silné sloučeniny – trimery. Můžeme říci, že polyisokyanurátová pěna je trimerizovaný isokyanát. Vysoká pevnost chemických vazeb znesnadňuje zničení struktury polymeru, proto je polyisokyanurátová pěna chemicky a tepelně (včetně vystavení otevřenému plameni) stabilnějším materiálem: lámání isokyanurátových vazeb začíná při teplotách nad 200 °C, zatímco pro polyuretanovou pěnu – při cca 100 °C

Dalším podstatným rozdílem je použití jiných pěnidel. Do roku 2011 se při výrobě PIR používal freon-11 a po jeho zákazu se v rámci klimatických dohod začal používat pentan, plyn s nízkou tepelnou vodivostí patřící do skupiny nasycených uhlovodíků třídy alkanů. Po napěnění zůstává pentan utěsněn v uzavřených PIR buňkách (v izolačních deskách je navíc utěsněn parotěsnými výstelkami z hliníkové fólie), čímž je díky tomu dosaženo rekordně nízké tepelné vodivosti mezi komerčně vyráběnými tepelně izolačními materiály.

Vše začalo opravou bot

Stejně jako mnoho velkých objevů, které později změnily svět, byl vynález polyuretanové pěny náhodný. Německý chemik Otto Bayer pracoval ve 30. letech minulého století na vytvoření elastického materiálu pro opravy obuvi, konkrétně pro utěsnění prasklin v podrážkách. V tu chvíli si nikdo nepředstavoval, že technologie adiční polymerace diisokyanátů vyvinutá během tohoto výzkumu zahájí novou éru průmyslové výroby a že polymer získaný společností Bayer brzy nahradí pryž, ocel, dřevo, tradiční tepelnou izolaci a mnoho přírodních materiálů. .

Je zajímavé, že Otto Bayer pracoval pro Bayer AG řadu let, ale neměl žádný vztah k rodině jejích zakladatelů, protože byl prostě jejich jmenovec. Dá se však říci, že polyuretan a aspirin se skutečně objevily pod jednou střechou.

Šampion mezi polymery

Dnes se ve světě používá velké množství pěnových polymerů různého původu a složení. Téměř všechny však mají určité nevýhody, které omezují rozsah jejich použití. Důvodem je především dopad na životní prostředí a člověka.

Například jeden z nejlevnějších pěnových plastů – suspenzní polystyrenová pěna – se vyznačuje nízkou teplotní odolností. Již při +60-70 °C ztrácí materiál svou strukturu a začíná se rozkládat, přičemž se uvolňuje toxický plyn – styren a v případě požáru – dusivý kouř. Ve stavebnictví se proto takový pěnový polystyren nepoužívá k zateplení vnitřních prostor, ale používá se výhradně jako materiál pro vnější tepelnou izolaci základů a sklepů, dále jako izolace na omítkové fasády a ploché střechy průmyslových objektů. Odborníci jej důrazně nedoporučují používat například na zateplování balkonů a lodžií, které často provádějí majitelé bytů a nekvalifikovaní najatí stavebníci.

Polyuretanová pěna vyniká mezi polymerními materiály. To je vysvětleno nejen výjimečnou šíří jeho fyzikálních vlastností, ale také jeho téměř absolutní inertností vůči prostředí obklopujícímu člověka. Materiál je považován za hypoalergenní, bez zápachu a neuvolňuje těkavé sloučeniny. Jediným problémem dlouho zůstávala jeho schopnost udržet spalování. Jedním ze způsobů řešení tohoto problému bylo zavedení retardérů hoření do materiálu – speciálních protipožárních přísad, které umožňují tento problém eliminovat po dobu životnosti stanovenou výrobcem.

Skutečnou změnou hry však byl příchod PIR. Jeho speciální struktura se silnými zastřihovacími řetězy dodává materiálu nejen vynikající výkonnostní vlastnosti, ale také ho činí odolným vůči ohni. Při vystavení otevřenému plameni je povrch PIR desky pokrytý hustou uhlíkovou krustou, která zabraňuje dalšímu šíření plamene. A přestože podle klasifikace GOST nelze polyisokyanurátovou pěnu jako organický materiál klasifikovat jako nehořlavou, v praxi se stala skutečným bezpečnostním šampiónem mezi polymery.

Polyisokyanurátová (PIR) pěna je modifikovaná verze polyuretanové pěny vyrobená kombinací polyolu a isokyanurátu za přítomnosti nadouvadel. Polyisokyanurátové pěnové desky jsou navíc potaženy vrstvami kraftového papíru nebo fólie. Tuhý materiál s uzavřenou buněčnou strukturou má řadu výhod, které rozšiřují rozsah jeho použití a zvyšují jeho oblibu u spotřebitelů.

Polyisokyanurátová (PIR) pěna je termoplastický polymer se silnými molekulárními vazbami. Díky své speciální struktuře má materiál vynikající izolační vlastnosti. Vysoká tepelná odolnost a nízká tepelná vodivost činí z PIR panelů optimální volbu pro zateplení stavebních konstrukcí. Polymerní materiál se používá k izolaci předmětů vystavených vysokým teplotám a majících zvýšené požadavky na požární bezpečnost.

Tepelná izolace PIR neabsorbuje vlhkost, proto se často volí pro zateplení konstrukcí vystavených vlhkosti nebo kondenzaci. Vysoká pevnost v tlaku umožňuje použití izolačního materiálu PIR pro izolaci podlah, půdních podlah a základů. Rozsah použití PIR je omezený kvůli obložení, které je náchylné k poškození.

Polyisokyanurátová pěna je bezpečná pro zdraví i životní prostředí – nevylučuje škodlivé látky a nemá nepříjemný zápach.

Vlastnosti

Jednou z hlavních charakteristik PIR, které určují vlastnosti materiálu, je nízká tepelná vodivost. Díky své speciální struktuře PIR účinně zadržuje teplo a pomáhá udržovat požadovanou teplotu uvnitř místnosti. Vynikající tepelně izolační vlastnosti pomáhají vytvářet příjemné mikroklima a snižují náklady na vytápění a klimatizaci.

• Pevnost a lehkost – panely s nízkou hustotou jsou lehké a nevytvářejí dodatečné zatížení na krokvové systémy, základy a další konstrukce. Současně má materiál vysoké pevnostní charakteristiky: vydrží silné tlakové zatížení a často se používá jako izolační vrstva pod betonový potěr.
• Odolnost proti vlhkosti – PIR neabsorbuje vlhkost, proto nepodléhá hnilobě a destrukci. Plísně a plísně se netvoří na povrchu, stejně jako uvnitř materiálu. Díky odolnosti proti vlhkosti je PIR ideální volbou pro izolaci střech, sklepů a dalších míst, kde se může hromadit kondenzace a voda.
• Biologická neutralita – polyisokyanurátovou pěnovou izolaci nežerou hlodavci a hmyzí škůdci. Je odolný vůči škodlivým mikroorganismům a neničí ho UV záření.
• Odolnost vůči nepříznivým faktorům – PIR neztrácí své vlastnosti vlivem teplotních změn. Díky tomu jej lze používat v teplotním rozsahu od –50 ̊C do +80 ̊C. Materiál je navíc odolný vůči zásadám, kyselinám a dalším chemikáliím. Tato odolnost umožňuje použití materiálu v různých klimatických podmínkách a agresivním prostředí. Díky zvýšené stabilitě mají PIR materiály dlouhou životnost (až 50 let) a nevyžadují zvláštní péči.
• Požární bezpečnost. Třída hořlavosti polyisokyanurátové pěny je G2, což ukazuje na její střední požární odolnost při umístění uvnitř konstrukce. Materiál nepodporuje hoření a sám zhasne bez kontaktu se zdrojem otevřeného plamene.

Funkce aplikace

Pěnový polyisokyanurát je vhodný pro izolaci fasád, vnitřních stěn, střech, podlah obytných a komerčních budov a průmyslových objektů. Příčky, stropy a architektonické detaily jsou izolovány polymerovou hmotou. Vysoká pevnost a odolnost proti vlhkosti umožňuje použití polyisokyanurátové pěny i v podmínkách vysoké vlhkosti.

Jak vybrat ten správný

• hustota – která se pohybuje od 40 kg/m³ do 60 kg/m³;
• tepelná vodivost – od 0,016 W/m² (při teplotě –80 ̊C) do 0,029 (při teplotě +40 ̊C).