Pianki izolacyjne PIR w budownictwie

Technologie wykorzystujące PIR dzięki jego unikalnym właściwościom szybko zdobyły uznanie najpierw na rynku amerykańskim, a później rozprzestrzeniły się na świecie. Doszło przy tym do daleko idącej specjalizacji, gdzie wielkie koncerny zajęły się syntezą chemiczną systemów komponentów, konstruowaniem urządzeń i maszyn do produkcji PIR oraz ich dystrybucją, a jednostki wytwórcze – wytwarzaniem określonych produktów. Montaż pozostawiono firmom wykonawczym.

W 1987 r. powołano w USA i Kanadzie stowarzyszenie PIMA (Polyisocyanurate Insulation Manufacturers Association) skupiające wiodących na tamtejszym rynku producentów PIR. Związek ten z czasem uzyskał rangę międzynarodową.

Do Polski technologia wytwarzania PIR-u przywędrowała w latach 90. Niebawem również i w naszym kraju zaczęto wytwarzać systemy surowcowe do takich pianek.

Rodzime źródło tego surowca wkrótce zdynamizowało przetwórstwo poliuretanów w Polsce, a jednocześnie zwiększył się też asortyment produktów oraz podniosła ich jakość.  

Czym jest PIR?

PIR to skrót słowa „polyizocyjanurate” (polski odpowiednik: poliizocyjanuran), które jest nazwą piankowego materiału termoizolacyjnego należącego do rodziny poliuretanów.

Istotny jest w nim charakterystyczny szczegół w budowie chemicznej:

- obecność pierścieniowych poliizocyjanurowych wiązań chemicznych, będących wynikiem reakcji chemicznej zachodzącej między związkami zawierającymi grupy wodorotlenowe określanymi jako poliole (składnik A) a poliizocyjanianami (składnik B).

Takie wiązania między komponentami powstają w reakcji trimeryzacji tworzącej tzw. układy poliizocyjanuranowe stanowiące o szczególnych właściwościach użytkowych.

W wielu krajach zamiennie stosowane jest również określenie „polyiso foam” lub krótsze „polyiso”.

W Niemczech poliizocyjanuran znany jest również jako Polyiso-Schaum albo Polyiso-Hartschaum, ponieważ wyrób finalny ma strukturę sztywnej i twardej pianki.

Przez jakiś czas także i w Polsce mówiło się o Sztywnej Piance Poliuretanowej (SzPPU), ale to określenie nie jest precyzyjne, bo dotyczy zarówno poliuretanów, jak i poliizocyjanuranów. Optycznie bowiem niełatwo odróżnić PUR od PIR, ponieważ w klasycznych odmianach PUR również mogą być zawarte grupy izocyjanianów.

O tym, że PUR klasyfikowany jest jako PIR, decydują proporcje ilości izocyjanianu. W formulacji pianki PIR ten udział jest znacznie większy niż w piankach PUR, a nadmiar wchodzi w bezpośrednie reakcje chemiczne z poliolami, jednocześnie pełniąc rolę specyficznego katalizatora dającego wyjątkowość tej termoizolacji.

Uzyskiwany materiał cechują świetne właściwości fizykochemiczne:

- jest lekki (39,2 kg/m³), wytrzymały na ściskanie (150 kPa) i rozciąganie (170 kPa), zachowuje niezmienność liniową w dużym przedziale temperatur, nienasiąkliwość i, co bardzo istotne, charakteryzuje się znakomitymi wartościami izolacyjnymi (współczynnik przewodzenia ciepła λ = 0,0185 W/(m·K)).

Jednak najbardziej istotną cechą materiału jest zwiększenie bezpieczeństwa przeciwpożarowego, co przejawia się podwyższoną odpornością temperaturową i obniżeniem stopnia palności (retardant palenia).

Podczas gdy typowy łańcuch PUR termicznie rozkłada się w temperaturze ok. 200°C, to przy PIR wartość graniczna może przekroczyć nawet pułap 300°C.

W bezpośrednim kontakcie z ogniem i w takich warunkach termicznych na powierzchniach materiału wytwarza się zwęglana powłoka (zwęglina) skutecznie chroniąca struktury położone głębiej przed przenikaniem ognia, co podnosi stopień odporności ogniowej systemu.

Za dodatkową jego zaletę w warunkach pożaru uznaje się również ograniczenie stopnia zadymienia i uwalniania się środków mogących niszczyć warstwę ozonową i gazów cieplarnianych, co podnosi jego jakość ekologiczną.

Określone typy takich pianek spełniają wymagania wielu towarzystw ubezpieczeniowo-reasekuracyjnych, co ich użytkownikom przynosi wymierne oszczędności wynikające z niższych kosztów wystawianych polis.

Stowarzyszenie PIMA wskazuje na 10 zalet PIR:

• świetne właściwości izolacyjne (najniższy współczynnik przenikania ciepła λ wśród tworzyw piankowych) opcjonalnie pozwalające na stosowanie cieńszych grubości materiału
• wysoka oporność na przenikanie wilgoci i wody przez przegrodę
• duża odporność na większość rozpuszczalników powszechnie stosowanych w budownictwie
• stabilność wymiarowa w pełnym zakresie temperatur użytkowania
• znakomite rezultaty testów przeciwogniowych w konfrontacji z porównywalnymi materiałami
• zakres stosowania od –70°C do +140°C (krótkotrwale nawet do +170°C), a w warunkach pożarowych zapora ogniowa do wartości przekraczających pułap temperatury +300°C (pozytywne próby dla warunków kosmicznych przy temperaturach sięgających 1000°C – niepalna zwęglina odcinająca dostęp ognia do wewnątrz)
• znaczna oporność cieplna (ograniczone pobieranie ciepła – wydłużony czas jego kumulacji, także spowolnione jego oddawanie do otoczenia) – bufor termiczny
• w zastosowaniach na dachach i elewacjach podwyższona odporność na ogień zewnętrzny
• możliwość recyklingu
• wykluczenie jego oddziaływania na warstwę ozonową i ograniczenie emisji gazów cieplarnianych.

Z opisanych powodów materiał ten figuruje w rejestrach dopuszczonych do stosowania proekologicznych, ekosystemowych rozwiązań budowlanych (m.in. w amerykańskim projekcie Green Building).

Cenną zaletą tego materiału jest również właściwość przechwytywania i tłumienia dużych porcji energii kinetycznej, co umożliwia ich stosowanie w profilaktycznych systemach zabezpieczeń instalacji w sytuacjach krytycznych (np. przed wybuchami o znacznej sile rażenia, nagłymi uderzeniami itp.).

Typowe zastosowania

Pianki PIR z uwagi na większe koszty materiałowe i technologiczne są droższe niż pianki PUR. Ponadto są trudniejsze do uzyskiwania w warunkach in situ, ponieważ wymagają zachowania określonych procedur technologicznych i specjalistycznego sprzętu.

Nie ma więc potrzeby stosować ich w sytuacjach, w których mogą je zastąpić tańsze rozwiązania (np. przy izolacjach fundamentów, podłóg na gruncie, instalacji rurociągów podziemnych, izolacji obiektów odciętych od działania podwyższonej termiki czy ognia itp.).

Praktyczny zakres ich stosowania dotyczy sytuacji wymagających użycia materiału znoszącego temperatury wyższe niż dopuszczalne dla PUR, a także zachowania podwyższonych wymagań ochrony przeciwogniowej.

PIR daje się łączyć z rozmaitymi materiałami budowlanymi. W warunkach polskich najczęściej jego obecność jest spotykana w konstrukcyjno-izolacyjnych płytach warstwowych w okładzinach metalowych (elewacyjnych i dachowych) oraz jako okładziny i łubki na rurociągach i instalacjach systemów grzewczych, gdzie znakomicie chronią media przed stratami ciepła oraz przed uszkodzeniami przez ogień zewnętrzny i wysokie temperatury w warunkach pożarowych.

Oprócz powyższych zakresów stosowania stowarzyszenie PIMA wymienia następujące:

• twarde płyty dachowe PIR laminowane i nielaminowane (płaskie i trapezowe) do ociepleń połaci dachowych dachów płaskich i stromych stosowane pod pokrycia zewnętrzne, także w układach kompozytowych z innymi systemami izolacyjnymi (celulozowe izolacje termiczne, perlit) (fot.)
• elewacyjne jednostronne płyty warstwowe w nietypowych okładzinach (drewniane płyty typu OSB^₎, lekkie płyty włóknocementowe, folie, szkło itp.)
• twarde płyty cienkościenne PIR wykorzystywane do izolacji termicznej trójwarstwowych ścian szczelinowych, które umiejscawiane są w strefach pustych przestrzeni między sąsiadującymi warstwami muru. Uwzględnienie takich płyt już na etapie projektu pozwala również zmniejszyć szerokości szczelin oraz zwiększyć odporność muru na działanie ognia (rys.).

Budownictwo z wykorzystaniem PIR jako materiału izolacyjno-konstrukcyjnego jest dość popularne w USA. Najczęściej są to obiekty jednorodzinne wykonywane z gotowych elementów warstwowych zapewniających znakomitą izolację termiczną i szybki montaż (kilka tygodni).

Literatura

1. L. Żabski, J. Papiński, „Pianki poliuretanowo-izocyjanurowe PIR”, IZOLACJE, nr 10/2002, s. 66–67.
2. L. Żabski, J. Papiński, „Ekologiczne systemy poliuretanowe”, IZOLACJE, nr 4/2002, s. 58–61.
3. Materiały informacyjne firmy Prodex System oraz organizacji PIMA. 

Konsultacja naukowa: Piotr Owczarek - Prodex System, Józef Papiński - Alfa Systems

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!