PIR desky: vlastnosti a použití

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.

Jedná se o novou generaci tepelně izolačního materiálu, obdobu polyuretanové pěny s podobnou strukturou. Stavební výrobek je evropský vývoj, používaný v Americe a Evropě. Materiál si zaslouží pozornost díky svým jedinečným tepelně izolačním vlastnostem, včetně jedné z nejnižších hodnot tepelné vodivosti na světě.

Složení a výroba

Hlavní složkou pir izolačních desek je polyisokyanurát, blízký příbuzný polyuretanové pěny. Jedná se o porézní polymer, po vytvrzení se vytvoří tuhý rám, takže desky dobře drží tvar.

Nízká tepelná vodivost je zajištěna velkým množstvím uzavřených vzduchových pórů – 97%, rám zabírá pouze 3% objemu a hmotnosti.

Aby se zabránilo poškození struktury desky PIR během instalace a aby se chránily povrchy izolace, jsou izolovány různými materiály:

• Fólie, která odráží teplo. Izolace s fóliovými povrchy se používá při stavbě van a saun a pro ohrazení stěn, kde jsou instalována otopná tělesa.
• Polymerové fólie chrání desky mola před navlhnutím; tyto materiály se používají k izolaci suterénů, základů, soklů, stěn a střech.
• Kraftový papír nechrání materiál před vlhkostí, proto jsou pir-rohože v takovém obalu vhodné pro izolaci suchých místností a konstrukcí – stěn, podlah.

Desky TechnoNIKOL Pir lze nalézt v dalších provedeních povlaků:

• Sklolaminát pro izolaci v kombinaci s hydroizolací z PVC a bitumenových polymerů.
• Laminovaná fólie pro mechanické upevnění izolace k rámu.
• Bitumenizované sklolaminátové vlákno je určeno pro izolaci, mechanicky připevněné k rámu. Jedná se o levnější náhradu laminovaných foliových desek. Často se používá ve střešních systémech.

Технические характеристики

Vlastnosti tepelně izolačních desek pir od různých výrobců se mohou mírně lišit, ale jejich hodnoty by se měly přibližovat, protože výroba je založena na stejné technologii. Na ruském trhu jsou velmi žádané stavební výrobky firmy TechniNIKOL, která mezi prvními představila polyisokyanurátové izolace tuzemským inženýrům a řemeslníkům. Vzhledem k tomu, že materiálové vlastnosti výrobců jsou podobné, zvážíme vlastnosti pirových desek na příkladu produktů uvedené značky:

Pevnost v tlaku při 10% deformaci

*závisí na typu ochranného nátěru izolace.

Vlastnosti pir-desek

Tepelně izolační deska pir od TechnoNIKOL a dalších výrobců má vynikající výkonnostní vlastnosti:

• polyisokyanurátové izolační materiály nepodporují, ale spíše potlačují spalování;
• životnost izolace bez změny původních vlastností je 50 let a může výrazně přesáhnout záruční dobu;
• nepodléhá hnilobě, napadení škůdci a plísní;
• mechanická pevnost v tlaku je pro izolaci poměrně vysoká – po plných cyklech maximálního zatížení ztrácejí pevnost pouze o 0,5%;
• neabsorbuje vodu, což znamená, že při změně vlhkosti neztrácí své ochranné vlastnosti;
• nízká hmotnost snižuje zatížení nosných konstrukcí při výpočtu a konstrukci střešních systémů;
• desky nemění svůj objem a velikost, což znamená, že se švy časem neodtlakují a nevznikají studené mosty.

Jsou pir desky škodlivé? Předpokládá se, že polymery při spalování uvolňují toxické látky. Polyisokyanurát je materiál šetrný k životnímu prostředí a není toxický pro životní prostředí.

Samostatně o hořlavosti

Výrobce uvádí stupeň požární odolnosti pir-desek G1-G3 v závislosti na typu nátěru. Všechny materiály kromě fólie určitě shoří, což znamená, že ohni odolává pouze pěnový polymer. To potvrzují desítky provedených experimentů, jako ve videu:

Jak vidíte, ani dlouhodobé vystavení plynovému hořáku není schopno prorazit plamen ohně.

Existuje však další video online, které popisuje opačnou testovací zkušenost:

Proč došlo k požáru izolace? Je zřejmé, že polymer shořel a uvolnil oblak toxického kouře. Naštěstí experiment proběhl v připravených podmínkách. Jak bylo uvedeno na začátku videa, test simuloval izolaci pece. Pro tento jev můžeme uvést několik důvodů:

1. byly vytvořeny vyšší teploty, přesahující hodnoty vypočtené pro izolaci;
2. izolace je falešná.

Z toho vyplývá, že doporučujeme používat izolační desky pouze k určenému účelu a při nákupu si kvalitu kupovaného výrobku ověřit např. vyžádáním certifikátů shody s normou.

Porovnání pir desek s jinými izolačními materiály

Abychom jasně vyhodnotili kvalitu izolace na bázi polyisokyanurátu, uvádíme srovnávací tabulku, která ukazuje hlavní technické vlastnosti desek PIR a dalších oblíbených tepelně izolačních materiálů: