Zastosowanie płyt PUR i PIR w systemach ociepleń ETICS

Poliuretany (PUR, PIR) to polimeryczne materiały chemoutwardzalne. Do celów izolacyjnych spienia się je substancjami o niskiej przewodności cieplnej, uzyskując strukturę komórkową, zawierającą ponad 90% komórek zamkniętych.

Sztywne pianki poliuretanowe wytwarzane są przez mieszanie, w kontrolowanych warunkach, dwóch składników organicznych. Utworzenie prawidłowej silnie usieciowanej struktury jest kluczowe dla osiągnięcia właściwych parametrów piany, drobnych zamkniętych komórek zawierających czynnik spieniający o niskiej przewodności cieplnej i odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej. Surowcami do produkcji poliuretanów są izocyjaniany i poliole:

• Izocyjaniany to związki zawierające grupę izocyjanianową, czyli −N=C=O, w której atomem wiążącym jest atom azotu. Wiążący atom azotu może przyłączać atomy metalu lub dowolne grupy organiczne.
• Poliole są natomiast alkoholami zawierającymi w swojej strukturze co najmniej dwie grupy hydroksylowe [2].

Surowce do produkcji poliuretanu, czyli izocyjaniany i poliole, są pochodnymi ropy naftowej. Są to komponenty ciekłe, które miesza się w procesie produkcji wraz z dodatkowymi składnikami, takimi jak katalizatory, środki spieniające i stabilizatory, inicjując jednocześnie reakcję chemiczną.

Wyróżnikiem poliuretanów w stosunku do innych polimerów jest występowanie ugrupowania uretanowego [−O−CO−NH−] w łańcuchu głównym.

Właściwości uzyskiwanego poliuretanu zależą od rodzaju składników i proporcji mieszaniny. Poprzez modyfikacje w tym zakresie można precyzyjnie regulować właściwości powstającego poliuretanu, przede wszystkim sztywność, elastyczność, a także właściwości ogniowe.

Pianki poliuretanowe uzyskuje się poprzez spienianie różnymi metodami.

• Jedną z metod jest spienianie za pomocą lotnych rozpuszczalników, które parują na skutek samorzutnego ogrzewania się układu w czasie reakcji, powodując powstawanie porów.
• Drugą metodą jest przepuszczanie przez reagującą mieszaninę gazów obojętnych, np. azotu, lub, co jest obecnie częściej stosowane, dodawanie wody, gdyż układy z wodą ulegają spienieniu całkowicie samorzutnie. Dodatek wody nie pozostaje obojętny na właściwości powstającego poliuretanu, gdyż zwiększa udział wiązań mocznikowych w reagującej masie [3].

Pianki poliuretanowe stosowane w ociepleniach produkowane są w dwóch podstawowych rodzajach jako:

• PUR, zwany potocznie poliuretanem,
• oraz PIR, zwany poliizocyjanuranem.

Oba materiały różnią się składem. W pianach PIR znajduje się dużo więcej izocyjanianu niż w pianach PUR. W ostatnim czasie z uwagi na różnice we właściwościach obu pianek rośnie zdecydowanie wykorzystanie PIR-u, który wypiera klasyczny poliuretan.

Pianki o większej zawartości izocyjanianu (PIR) charakteryzują się wyższą odpornością na działanie ognia. W przypadku PUR łańcuch chemiczny jest trwały do ok. 200°C, natomiast łańcuch PIR do 300°C. Skutkuje to większą odpornością PIR na działanie ognia, co zobrazowano na FOT 1-3.

Należy zwrócić uwagę, że pomimo widocznej różnicy w zachowaniu wobec ognia, oba materiały mają klasę reakcji na ogień E, podobnie jak styropian, którego próbkę przedstawiono w celach porównawczych z wynikami badań płyt PUR i PIR.

Zastosowanie materiałów izolacyjnych w systemie ETICS zgodnie z wymaganiami ETAG 004:2013 [4] warunkowane jest wyłącznie tym, że materiał powinien być objęty normą zharmonizowaną, europejską aprobatą techniczną lub europejską oceną techniczną. Jeśli chodzi o izolacyjne materiały piankowe, ETAG 004 nie wyróżnia w żaden sposób wymagań dla systemu ETICS - materiały te, jeśli są przeznaczone do mocowania mechanicznego, muszą jedynie spełniać wymagania w zakresie wytrzymałości na ścinanie i modułu sprężystości.

W celu oceny właściwości systemów ETICS z zastosowaniem płyt poliuretanowych w laboratorium ICiMB przeprowadzono badania podstawowych właściwości systemów ETICS z PUR i PIR oraz dla porównania systemu ze styropianem. Wyniki badań przedstawiono w TAB. 1 i TAB. 2 oraz na RYS. 1 i RYS. 2, a także na FOT 1-3 i FOT. 4-8.

Badania przyczepności do materiału izolacyjnego przeprowadzono dla płyt poliuretanowych gruntowanych i niegruntowanych, płyt poliizocyjanurowych z okładziną z welonu szklanego oraz bez okładziny, a także porównawczo dla podłoża ze styropianu ekspandowanego. Uzyskane wyniki przedstawiono graficznie na RYS. 1.

Nie wykazano różnicy pomiędzy wartościami przyczepności uzyskanymi dla kleju cementowego nałożonego na niegruntowaną i zagruntowaną płytę poliuretanową, a uzyskane wyniki znacznie przewyższają wymagania minimalnej przyczepności do izolacji cieplnej.

W przypadku płyt poliizocyjanurowych uzyskano wyraźnie niższe wartości przyczepności po 28 dniach w warunkach suchych, jednak również te wartości spełniają wymagania.

Należy zauważyć, że - jak się spodziewano w przypadku zastosowania płyty PIR w okładzinie z welonu szklanego - oderwanie nastąpiło od welonu szklanego, nie zaś w rdzeniu płyty, jak miało to miejsce w pozostałych przypadkach. Wartość siły niszczącej nadal spełnia wymagania określone przez ETAG 004:2013.

Próbki po badaniach przyczepności w warunkach laboratoryjnych wraz z uzyskanymi wynikami przedstawiono na FOT. 4-8.

Badanie udarności

Badania odporności na uderzenie ciałem twardym przeprowadzono na makietach systemu o analogicznym składzie, tj. takiej samej warstwie zbrojonej nakładanej w takiej samej grubości oraz odpowiednich warstwach wierzchnich składających się z gruntów oraz tynków o tym samym uziarnieniu i fakturze.

Materiał termoizolacyjny nie miał istotnego wpływu na odporność na uderzenie ciałem twardym. Różnice wykazano jedynie w zakresie stopnia zniszczenia (wielkość wgniecenia bądź obecność mikrospękań), natomiast zastosowanie trzech porównywanych materiałów izolacyjnych nie wpłynęło na zmianę kategorii w zakresie odporności na uderzenie.

Badanie wodochłonności

Badanie przeprowadzono na makietach systemu o analogicznym składzie tj. takiej samej warstwie zbrojonej nakładanej w takiej samej grubości oraz odpowiednich warstwach wierzchnich składających się z gruntów oraz tynków o tym samym uziarnieniu i fakturze.

Uzyskane wyniki przedstawiono graficznie na RYS. 2.

Wyniki uzyskane dla badanych układów wskazują, że w przypadku każdego tynku wartości wodochłonności są nieznacznie wyższe dla systemów z płytą PUR i porównywalne pomiędzy płytami PIR i EPS.

Badania reakcji na ogień

W TAB. 2 przedstawiono porównanie wyników uzyskanych w badaniu SBI dla układów z tynkiem silikonowym 3,0 mm i zastosowaniem jako materiału termoizolacyjnego płyt PUR, PIR i płyt EPS.

Zarówno system z poliizocyjanuranem, jak i polistyrenem uzyskały klasę reakcji na ogień B-s1,d0. W przypadku płyt poliuretanowych uzyskano bardzo wysokie wartości THR_600s, TSP_600s, odnoszące się odpowiedniodo całkowitej ilości wydzielonego ciepła oraz całkowitej ilości wydzielonego dymu w czasie 600 s od rozpoczęcia badania. Uzyskane wyniki umożliwiły sklasyfikowanie badanej próbki w klasie D,s3, d0, chociaż po zakończeniu badania obserwowano ciągłe spalanie płomieniowe materiału izolacyjnego pod warstwą wierzchnią systemu ETICS, co przedstawiono na FOT. 9-11.

Zachowanie porównywanych materiałów izolacyjnych wobec ognia dobrze obrazują również zdjęcia próbek po badaniu w zakresie rozprzestrzeniania ognia według PN-B-02867.

Na FOT. 12-14 przedstawiono próbki po rozcięciu warstwy wierzchniej systemu. W przypadku płyt PUR warstwa wierzchnia uległa całkowitemu samoistnemu rozerwaniu na skutek ciśnienia wywołanego przez powstające wewnątrz gazy wydzielające się podczas spalania (FOT. 14).

Podsumowanie

• Ocena właściwości systemów ociepleń ETICS według ETAG 004 pozwala na zastosowanie płyt PUR i PIR przy jednoczesnym zagwarantowaniu uzyskiwania porównywalnych właściwości użytkowych w stosunku do EPS. Wyjątek stanowią wyniki badań właściwości ogniowych, w przypadku których zastosowanie płyt PUR powoduje obniżenie klasy reakcji na ogień z B-s1, d0 do D-s3,d0.
• Badania w zakresie rozprzestrzeniania ognia przez ściany według polskiej normy PN-B-02867 potwierdzają znacznie gorszą odporności ogniową płyt PUR w stosunku do PIR i EPS.
• Zastosowanie płyt PUR w wielu konfiguracjach skutkuje uzyskaniem klasyfikacji systemu ETICS jako rozprzestrzeniających ogień. Zastosowanie tego materiału w obszarach podlegających wymaganiom w zakresie NRO wymaga więc ścisłego przestrzegania reżimu technologicznego w pracach w wykonawczych oraz zachowania bezwzględnie niezmienionego składu systemu w stosunku do zestawu, dla którego w badaniu uzyskano klasyfikację NRO.

Jednocześnie należy zaznaczyć, że płyty PIR wyróżniają się w tym zakresie zwiększoną odpornością również w porównaniu z EPS. Materiał ten w trakcie badań ogniowych według PN-B-02867 w systemie ETICS ulega wyłącznie powierzchniowemu zwęgleniu.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002 nr 75 poz. 690).
2. M.P. Stevens, "Wprowadzenie do chemii polimerów”" PWN, Warszawa 1983.
3. G. Woods, "Flexible Polyurethane Foams", Applied Science Publishers, New Jersey 1981.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!