Możliwości zastosowania pianek poliuretanowych do termoizolacji domów

Natryskowa pianka poliuretanowa (PUR) jest tworzywem sztucznym. Pianka sztywna składa się z komórek polimeru poliuretanowego otaczającego pęcherzyki gazu spieniającego, tzw. poroforu (np. dwutlenku węgla, CFC - tzw. freonów, HCFC, HFC).

Pianka elastyczna ma zaś budowę otwartokomórkową. Oznacza to, że pęcherzyki polimeru przenikają się wzajemnie i tworzą strukturę gąbczastą wypełnioną powietrzem. Polimer decyduje o właściwościach mechanicznych kompozytu, a gaz odpowiada za izolacyjność cieplną.

Ocieplenie poddasza - czym jest skuteczna izolacja >>

Pianki natryskowe są systemami dwukomponentowymi: powstają w wyniku połączenia ciekłych składników A i B. Składnik A to mieszanina polioli (poliestrów lub polieterów) i środków pomocniczych, składnik B natomiast to izocyjanian (np. TDI - diizocyjanian toluilenu lub MDI - diizocyjanian difenylometanu).

Bezpośrednio przed natryskiem składniki pianek mieszane są mechanicznie w odpowiedniej proporcji objętościowej. Z chemicznego punktu widzenia poliuretany otrzymuje się przez poliaddycję di- lub triizocyjanianów ze związkami zawierającymi wolne grupy wodorotlenowe typu polioli.

Do produkcji pianek elastycznych stosuje się mieszaniny polioli zawierające więcej składników dwufunkcyjnych, a do produkcji pianek sztywnych - większe dodatki polioli co najmniej trójfunkcyjnych.

Przeznaczenie pianek poliuretanowych

Przeznaczenie pianek PUR zależy ściśle od ich budowy. Pianki sztywne o strukturze zamkniętokomórkowej mogą być stosowane do wykonywania izolacji zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz.

Pianki, które aplikuje się od wewnętrznej strony przegrody (dachu, ściany, stropu, podłogi), nie wymagają powłoki chroniącej je przed wpływami czynników atmosferycznych. Inaczej jest w wypadku natrysku pianki na zewnątrz. Tu warstwy pianki poliuretanowej na zewnętrznych elementach obiektów budowlanych powinny być zabezpieczone wyrobami lakierowymi, które gwarantują uzyskanie długotrwałych pokryć.

Wynika to z braku odporności pianek na czynniki atmosferyczne, a w szczególności na promieniowanie ultrafioletowe (pianki ulegają degradacji, tracą właściwości termoizolacyjne i wytrzymałość mechaniczną).

Do ochrony poliuretanów stosuje się m.in. farby akrylowe, bitumiczne, ewentualnie z posypką piaskiem, farby poliuretanowe i silikonowe. Dzięki zabezpieczeniu pianek wymienionymi środkami materiały te mogą stanowić także warstwę wodochronną dachu.

W odróżnieniu od pianek sztywnych elastyczne pianki o budowie otwartokomórkowej mogą być stosowane tylko wewnątrz pomieszczeń. Nie mogą być ponadto poddawane obciążeniom oraz narażane na kontakt z wodą i działanie warunków atmosferycznych.

Parametry techniczne

Termoizolacyjne materiały natryskowe mają bardzo dobre właściwości termoizolacyjne dzięki powietrzu lub gazom zawartym w porach.

W tabeli przedstawiono porównanie wybranych parametrów technicznych tych materiałów na podstawie odpowiednich aprobat, instrukcji, artykułów i danych producentów.

Najlepsze wartości współczynnika przewodzenia ciepła mają sztywne pianki poliuretanowe, co oznacza, że są najlepszymi termoizolatorami. Różnica w stosunku do pozostałych materiałów jest niewielka.

Wynika ona z tego, że komórki pianki poliuretanowej nie są wypełnione powietrzem (tak jak w pozostałych izolacjach), lecz gazem o wyższych parametrach cieplnych niż powietrze. Niestety gazy te z upływem czasu mają skłonność do dyfuzji przez błony komórek, co powoduje wzrost wartości współczynnika λ.

Sztywne pianki poliuretanowe mają zastosowanie w konstrukcjach, w których są bezpośrednio obciążane. Badania wskazują, że materiały te mają na tyle dużą wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie, że mogą być poddawane obciążeniom. Elastyczne pianki poliuretanowe przenoszą natomiast tylko niewielkie naprężenia ściskające i rozciągające.

Paroprzepuszczalność pianek otwarto- i zamkniętokomórkowych jest skrajnie różna. Elastyczne pianki poliuretanowe to materiały otwarte na dyfuzję pary wodnej, sztywne pianki poliuretanowe ze względu na zamkniętokomórkową strukturę mają natomiast wysoki współczynnik oporu dyfuzyjnego, a więc stanowią barierę dla dyfuzji pary wodnej.

Właściwości ogniowe

Pianki poliuretanowe mają klasę reakcji na ogień E. Pod działaniem ognia pianki elastyczne miękną i topią się jak tworzywa termoplastyczne, pianki sztywne natomiast rozkładają się i pozostawiają po sobie tzw. zwęglinę, która ulega rozkładowi w temp. powyżej 400°C.

Podczas spalania pianki poliuretanowe wytwarzają ponadto duże ilości żółtego dymu o charakterystycznym zapachu. Produktami spalania są m.in. tlenek węgla i cyjanowodór, dlatego poliuretany zalicza się do materiałów toksycznych (klasyfikacje są różne i zależą od odmiany poliuretanu).

Właściwości akustyczne

Izolacje z otwartokomórkowej pianki poliuretanowej dzięki swojej strukturze mają znacznie lepszą zdolność tłumienia dźwięków powietrznych i uderzeniowych niż pianki sztywne. Dlatego natrysk z pianki otwartokomórkowej często stosowany jest jako izolacja akustyczna.

Dodatkowym atutem izolacji natryskowych jest ich bezspoinowość, co także wpływa na ich lepszą izolacyjność akustyczną.

Technologia i warunki natrysku

Natrysk pianki na izolowaną powierzchnię odbywa się bezpośrednio na budowie, z użyciem specjalistycznych agregatów wysokociśnieniowych. Dwie pompy pobierają osobno składniki A i B i transportują je do reaktora, w którym poliol i izocyjanian zostają podgrzane do temp. 30-50°C.

Następnie komponenty zostają wtłoczone oddzielnie, pod wysokim ciśnieniem do węży i komory natryskowej pistoletu. Zwolnienie spustu pistoletu powoduje zderzenie dwóch składników pod ciśnieniem 140 barów. Cząsteczki obu składników zostają wprawione w silne turbulencje, dzięki czemu w ułamku sekundy zostają wymieszane. Rozpylona na podłoże reaktywna chemicznie substancja szybko się spienia (zwiększa jednocześnie swoją objętość), a następnie twardnieje.

Sztywną piankę natryskową nanosi się w warstwach o grubości nieprzekraczającej 4 cm. Między nakładaniem kolejnych warstw należy odczekać 2-10 min, aby warstwa poprzednia się ochłodziła. Wszystkie warstwy należy aplikować w jednym dniu.

Piankę elastyczną natryskuje się zazwyczaj w jednej grubszej warstwie, dochodzącej do 18 cm. Aplikację pianki sztywnej na zewnątrz wykonuje się z zachowaniem odpowiednich warunków. Wilgotność powietrza nie powinna przekraczać 70%, ponieważ mogą wystąpić odspojenia pianki od podłoża i jej rozwarstwienia. Temperatura powietrza powinna wynosić od 10 do 30°C, temperatura podłoża natomiast od 10 do 60°C.

Nie należy natryskiwać pianki przy sile wiatru powyżej 30 km/h, a już przy 15 km/h powinno się stosować ekrany ochronne. Należy także uważać na samochody zaparkowane w pobliżu miejsca natrysku, ponieważ pył niesiony wiatrem może uszkodzić lakier.

Powierzchnie, na które nanosi się piankę, muszą być czyste i wolne od wilgoci, oleju, pyłu i innych środków zanieczyszczających. Przy większości podłoży zalecane jest stosowanie podkładów. Polepszają one przyczepność i zapobiegają korozji na powierzchni metali bez powłoki ochronnej. Również drewno i inne materiały porowate potrzebują podkładu, by wilgoć została odizolowana od poliuretanu.

Wpływ na zdrowie i środowisko

Pianki poliuretanowe po aplikacji są nieszkodliwe dla zdrowia i nie emitują żadnych szkodliwych substancji. Podczas pracy z nimi należy jednak zachować ostrożność. Izocyjaniany są bowiem bardzo toksyczne i wiążą ze związkami, które wchodzą w skład organizmów żywych, tj. z wodą, białkiem, kwasami itp. Najbardziej szkodliwe są wieloizocyjaniany małocząsteczkowe. Główne skutki ich działania na organizm człowieka to podrażnienia błon śluzowych dróg oddechowych, oczu i skóry.

Najczęstszymi objawami zatrucia są: łzawienie, zaczerwienienie oraz pieczenie spojówek, błon śluzowych nosa, drapanie w gardle, kaszel, duszność, ucisk za mostkiem i bóle w klatce piersiowej. Podczas wykonywania natrysków poliuretanowych wymagane jest stosowanie środków ochrony indywidualnej - ubrania i rękawic ochronnych oraz pełnej ochrony twarzy.

Dodatkowo wewnątrz budynków przeznaczonych dla ludzi po zastosowaniu pianki pomieszczenia powinny być wietrzone. Jeden z producentów podaje, że czas wietrzenia nie powinien być krótszy niż 14 dni. Po tym czasie pianki nie mają negatywnego wpływu na zdrowie człowieka.

W razie stosowania sztywnych pianek poliuretanowych należy również zwrócić uwagę na aspekt ochrony środowiska. Do produkcji niektórych pianek poliuretanowych stosuje się bowiem środki spieniające w postaci rozpuszczalników chlorowcopochodnych, najczęściej freonu. Podczas spieniania freon częściowo odparowuje i zagraża środowisku.

Ze względów ekologicznych niektórzy producenci stosują jako środek spieniający chlorek metylenu lub inne lotne związki. Podczas wyboru pianki poliuretanowej warto więc zwracać uwagę na to, czy producent deklaruje stosowanie bezfreonowych środków spieniających.