Pianki poliuretanowe – właściwości i rodzaje

Oba materiały odznaczają się dobrymi własnościami termicznymi w dużym zakresie temperatury: od –200°C do +135°C - pianki PUR, od –200°C do +200°C - pianki PIR. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ40 wynosi odpowiednio średnio 0,026 W/(m·K) oraz 0,024 W/(m·K).

Najkorzystniejsza gęstość pozorna po utwardzeniu pianek sztywnych wynosi zwykle 35-50 kg/m³.

Pianki PUR i PIR są lekkie, a także odporne chemicznie i biologicznie. Przenoszą także stosunkowo duże obciążenia mechaniczne. Ich wadą jest mała izolacyjność akustyczna i słaba odporność na promieniowanie UV.

Pianka PIR wykazuje nieco lepsze właściwości izolacyjne, dużo lepszą odporność ogniową (niepalność) i lepszy opór dyfuzyjny niż pianka PUR. Z tego powodu materiał ten stopniowo wypiera sztywne pianki PUR.

Inną grupą pianek poliuretanowych są pianki półsztywne (w aerozolu) oraz pianki elastyczne PUF. Te z kolei nie charakteryzują się tak niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła jak pianka sztywna, choć również mogą być stosowane jako materiał termoizolacyjny.

Elastyczne pianki poliuretanowe mają podobne właściwości termoizolacyjne jak polistyren ekstrudowany XPS, półsztywne o niskiej rozprężności odpowiadają natomiast polistyrenom ekspandowanym EPS (λ_D =0,032-0,036 W/(m·K)).

Pianki półsztywne o wysokiej rozprężności charakteryzują się wyższymi wartościami współczynnika przewodzenia ciepła w porównaniu z piankami niskoprężnymi w aerozolu. Obecne na rynku pianki w aerozolu mają gęstością pozorną po utwardzeniu w granicach 18-26 kg/m³.

Pianka poliuretanowa - zastosowanie w budownictwie

Pianki poliuretanowe wykorzystywane są w budownictwie na wiele sposobów. Wynika to nie tylko z bardzo dobrych właściwości termoizolacyjnych i innych cech użytkowych, lecz także różnych metod aplikacji.

Pianki PUR mimo zasadniczej wady, jaką jest palność (w tym wydzielanie toksycznych gazów i dymu podczas spalania), są nadal stosowane na dużą skalę. Istnieją również pianki o podwyższonej trudnopalności, np. ognioochronne pianki w aerozolu do uszczelniania drzwi.

Powszechnie stosowanym materiałem uszczelniającym są półsztywne pianki poliuretanowe w aerozolu. Na rynku polskim dostępne są dwa rodzaje takich materiałów: standardowe (wężykowe) oraz pistoletowe.

Pianki z aplikatorem wężykowym spotyka się częściej (ich udział to ok. 2/3 sprzedaży pianek w aerozolu na rynku krajowym). Mają niższą cenę i nie wymagają specjalnego oprzyrządowania do aplikacji.

Rozróżnia się ponadto pianki letnie i pianki zimowe (niskotemperaturowe). Różnią się one głównie temperaturą pracy, co wynika ze składu chemicznego. Pianki letnie mają najczęściej zakres temperatury pracy od +5°C do +30°C, zimowe zaś - od 10°C do +30°C.

Ze względu na skład chemiczny wyróżnia się pianki jedno- i pianki dwukomponentowe. Pierwsze z nich wymagają wilgoci zawartej w powietrzu w procesie twardnienia. Dlatego przy stosowaniu pianki jednokomponentowej należy pamiętać, że minimalna wilgotność powietrza niezbędna do utwardzenia to 35%, a optymalna 60%. Przed nałożeniem zaleca się zwilżyć powierzchnię aplikacji i spryskać piankę na etapie twardnienia.

Pianki dwukomponentowe utwardzają się w wyniku reakcji chemicznej składników po wymieszaniu, bez udziału wilgoci z otoczenia.

Pianki w aerozolu dostępne są w opakowaniach ciśnieniowych o pojemnościach od 300 do 750 ml. W stosunku do objętości aerozolu w pojemniku zwiększają swoją objętość od 30 do 60 razy. Pojemniki ciśnieniowe zawierają oprócz składników stałych i poroforów gaz nośny - najczęściej propan-butan.

Pianki jednokomponentowe są piankami montażowo-uszczelniającymi, natomiast dwukomponentowe - typowymi piankami montażowymi.

Główne funkcje pianek w aerozolu to: montaż, izolacja, uszczelnienie, wygłuszenie, wypełnienie przestrzeni i klejenie. Zakłada się, że pianki uszczelniające wypełniają tylko małe przestrzenie w przegrodach budowlanych.

Materiałów tych używa się do uszczelnienia przestrzeni wokół stolarki okiennej i drzwiowej z drewna, PVC i aluminium, przejść instalacyjnych oraz szczelin i pęknięć w połączeniach elementów wbudowanych w ściany budynków.

Na rynku obecne są także jednokomponentowe niskoprężne kleje poliuretanowe do przyklejania płyt z polistyrenów EPS oraz XPS przed zastosowaniem łączników mechanicznych podczas ocieplania ścian budynków. Służą one również do szybkiego wypełniania szczelin między płytami materiału dociepleniowego, ponieważ mają niską wartość współczynnika przewodzenia ciepła [λ_D = 0,035 W/(m·K)].

Kleje i pianki stosowane są także do montażu parapetów, mocowania kasetonów i paneli ściennych, klejenia blach falistych i dachówek. Za pomocą klejów łączone są prefabrykowane elementy drewniane w konstrukcjach szkieletowych budynków.

Spotyka się dodatkowo pianki w aerozolu, stosowane zamiast zaprawy cementowej do wznoszenia ścian ze szlifowanych pustaków ceramicznych o gładkich powierzchniach docisku. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła jednokomponentowej zaprawy murarskiej w piance to λ_D = 0,036 W/(m·K).

Pianki półsztywne o małej prężności zalecane są także do wygłuszania i uszczelniania ścianek działowych, wanien i brodzików.

Piankami w aerozolu izoluje się elementy instalacji sanitarnych (sieci kanalizacyjnych, c.o. i c.w.u.) oraz montuje się instalacje elektryczne, uszczelnia złącza dachowe, ścienne i stropowe.

Pianki poliuretanowe - właściwości techniczne

W zależności od zastosowanych substratów, ich stosunku molowego, rodzaju, warunków syntezy, środków modyfikujących i katalizatorów otrzymuje się różne tworzywo poliuretanowe.

Pianka poliuretanowa jest rodzajem kompozytu zbudowanego z dwóch faz: ciągłej (którą stanowią polimery poliuretanowe) i rozproszonej (złożonej z gazów). Polimer stanowi o właściwościach mechanicznych, a gaz o właściwościach izolacyjnych.

Pianka PU jest materiałem o strukturze komórkowej. Grubość ścianki komórek w typowych piankach o małej gęstości wynosi ok. 0,5-1 mm. Dlatego też ok. 80% wag. polimeru znajduje się w żeberkach, a jedynie 20% wag. w ściankach komórek.

Poliuretan jest materiałem, w którym do spienienia i wypełnienia komórek porów zazwyczaj wykorzystywane są gazy o właściwościach termoizolacyjnych lepszych od powietrza.

W piankach poliuretanowych transport ciepła odbywa się wskutek przewodzenia gazów zamkniętych w komórkach pianki, przewodzenia matrycy poliuretanowej, promieniowania i konwekcji. Mówi się więc o zastępczym (zwanym również efektywnym, pozornym lub mierzonym) współczynniku przewodzenia ciepła ze względu na złożoność mechanizmu transportu ciepła w tych materiałach.

Poszczególne składowe nie są addytywne, dlatego jeśli analizuje się zastępczy współczynnik przewodzenia ciepła pianek PU, można mówić jedynie o szacowanych udziałach przenoszonego ciepła według określonego mechanizmu.

Właściwości termoizolacyjne pianek PU zależą od poroforu zastosowanego do spieniania, zawartości komórek zamkniętych oraz gęstości pozornej. W przekrojach pianek zauważalna jest także anizotropia gęstości. Na powierzchni pianki znajduje się warstwa naskórka o największej gęstości pozornej.

W kierunku rdzenia gęstość pianki wyraźnie maleje, co powoduje zmniejszenie wartości współczynnika przewodzenia ciepła. Gęstość pozorna standardowo wynosi 25-70 kg/m³ w piankach zamkniętokomórkowych i 10-12 kg/m³ w otwartokomórkowych.

Najmniejsze wartości współczynnika przewodzenia ciepła w sztywnych piankach PU uzyskiwane są dla gęstości pozornej na poziomie 25-35 kg/m³ przy rozmiarach porów rzędu nanometrów. Kształtowanie właściwości termoizolacyjnych pianek PU możliwe jest więc nie tylko przez właściwości poroforów.

Możliwe jest także wytwarzanie bardziej korzystnej struktury w procesie spieniania tak, aby pianka charakteryzowała się właściwą anizotropią i wielkością komórek przy występującym kierunku przepływu ciepła podczas jej eksploatacji. 

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!