• anyagok
• tulajdonságok

Poliuretán hab gyártása, tulajdonságai és felhasználása

Fogalma

A poliuretán hőszigetelésesek kémiai úton, poliaddíciós eljárással előállított műanyaghabok, amelyek táblás kiszerelésben és szórt formában is alkalmazhatók. A táblás kiszerelésű termékek zárt cellás szerkezetűek, a szórt habok lehetnek nyitott és zárt cellaszerkezetűek is. A zárt cellás szórt poliuretán szigetelés tulajdonságainak köszönhetően egyaránt megoldást nyújt épületek víz- és hőszigetelésére.

Története

A poliaddíciót egy szerencsés véletlen folytán fedezte fel 1933-ban a brit Imperial Chemical Industries két labormérnöke, Reginald Oswald Gibson és Eric William Fawcett. Különféle szerves vegyületek reakcióit vizsgálták nagy hőmérsékleten és nagy nyomáson. Egy alkalommal etilént és benzaldehidet hoztak reakcióba egymással annak reményében, hogy egyfajta ketont hoznak létre. A reaktort bekapcsolva felejtették egész éjszakára, s másnap reggelre a reaktor tartályában egy fehér színű, viaszos, szilárd anyag képződött, amelyet ma polietilénnek nevezünk.

Ottó Bayer és a poliuretánhab

Módszerüket felhasználva 1937-ben a németországi Leverkusen városában állította elő a poluretánt Ottó Bayer az IG Farbenindustrie AG laboratóriumában kétértékű alkohol (diol), valamint poliizocianát felhasználásával. Az 1940-es évek elején meg is indult a poliuretán gyártása, azonban a második világháború kitörése és az alapanyag szűkössége lelassította a fejlesztéseket.

Csupán az 1950-es években indulhatott meg a poliuretánhab gyártása, amit hőszigetelő anyagként 1954-ben használtak először. Az első szigetelőlemezek még kasírozás nélkül készültek, így rossz alaktartásuk és vetemedésre való hajlamuk sok problémát okozott. Azonban az izocianát hozzáadásának, valamint a kasírozott szigetelőlemezek megjelenésének köszönhetően napjainkra széles körben elterjedt hőszigetelő anyaggá fejlődött.

Gyártása

A poliuretán egy karbamát- csoportokat tartalmazó poliaddíciós műanyag. Előállításához di- és poliizocianátokat és di- és poliolokat használnak, amelyek poliaddíciós reakciójában lineáris makromolekulájú anyagok keletkeznek. Ezek a triizocianátok vagy elágazó molekulájú glikolok térhálós szerkezetűek. Az izocianátcsoport hidroxilcsoporttal reagálva uretán- kötést hoz létre. Ha di-izocianát két vagy több hidroxilcsoportot tartalmazó vegyülettel reagál, akkor hosszú polimerláncok, poliuretánok keletkeznek.

A poliuretánhab a poliaddícióban akkor keletkezik, ha a reakcióelegy vizet és/vagy karbonsavakat is tartalmaz, mert ezek az izodanátokkal habosító hatású szén-dioxid lehasadása közben reagálnak.

A gyártás első lépése a folyékony halmazállapotú alapanyagok tárolása és adagolása, rozsdamentes acéltartályok segítségével. A tartályban lévő keverőlapátok folyamatosan mozgatják az anyagot, hogy folyékony maradjon. A tartály kivezető nyílásán lévő adagolószerkezet biztosítja, hogy mindig megfelelő mennyiségű reaktív anyagot lehessen kiszivattyúzni. A poliol és diizocianát aránya általában 1:2. Mivel a végtermék tulajdonságai nagyban függenek az alapanyagok arányától, így azt a gyártás során folyamatosan ellenőrzik.

Ezt követően az alapanyagokat csővezetéken egy hőcserélő berendezésbe engedik. A hőcserélő hőmérsékletét a reaktív hőmérsékletre állítják. A hőcserélőn keresztülhaladva lezajlik a polimerizációs folyamat, s a folyékony állapotú poliuretán egy adagolóvezetéken keresztül az adagolófejbe kerül.

A táblák előállítása során a végső megszilárdulásig a hab ragad, ezért a hőszigetelő táblák mindkét oldalukon kasírozással készülnek. Ez a felületi kasírozás lehet üvegfátyol vagy alufólia. Utóbbi előnyös abból a szempontból, hogy az anyag hőszigetelési értékét tovább javítja. Ezért hát a gyártás következő művelete a folyékony poliuretán kasírozó anyagra való felhordása. Ilyenkor az adagolófej alatt egy futószalag halad, amelyre előzetesen ráfektetik az alsó kasírozó réteget (pl. üvegfátyol, alumíniumfólia).

Miközben a kasírozó anyag elhalad az adagolófej alatt, a folyékony poliuretánt rápermetezik. A permetezés során a poliuretán találkozik a levegő szén-dioxidjával, amelynek hatására megduzzad. A szállítószalagon haladva az a kelt tésztához hasonlóan folyamatosan duzzad. Miután elkezdődött a habosodási folyamat, a felső kasírozó réteget görgők segítségével ráterítik. Ezt követően a merev habot egy egyengető görgősoron átengedik, amely ellenőrzi és beállítja a termék végleges vastagságát és alakját. A folyamat során a termék megszárad és eléri végleges szilárdságát.

A gyártás következő fázisában a terméket egy szállítószalag a vágóberendezéshez szállítja, ahol feldarabolják a kívánt méretre. Végső műveletként a késztermék csomagolása, szállítása és tárolása következik.

A PUR vagy PIR elnevezés az izocianát mennyiségétől függ. A hagyományos poliuretánhab az égés során nagy füstterheléssel jár, és a tüzet befelé vezeti. Ezzel szemben a PIR hab felületén oxidációs grafitszerkezet alakul ki, amely a tűzforrás kioltása után önmagában nem ég tovább. Továbbá az így elszenesedett felület a mélyebb rétegek égését is megakadályozza, gyakorlatilag az égés hatására bezár. Ez jelenti a két anyag közti alapvető különbséget.

A poliuretánhab-gyártás folyamata

Tulajdonságai

A) Poliuretán táblás hőszigetelések

Széleskörűen használható hőszigetelő anyag. Kiváló hőszigetelési tulajdonsága a cellák belsejébe zárt pentángáznak köszönhető, ez ugyanis a levegőnél kétszer jobb hőszigetelő képességű. Nagy mechanikai szilárdsága miatt nagyobb igénybevételek esetén is alkalmazható (pl. járható lapostetők, szarufák feletti magastető hőszigetelése). Zárt cellás sejtszerkezetének köszönhetően nedvességgel szemben ellenálló, vízfelvétele elhanyagolhatóan kicsi.

Időálló, alaktartó, akár évtizedeken keresztül megtartja méretét és műszaki jellemzőit. Kis térfogatsúlyának köszönhetően könnyen mozgatható, beépítése egyszerűen kivitelezhető, könnyen vágható, fúrható, kasírozható.

Ellenálló gombásodással, penészedéssel, rágcsálókkal és gyenge savakkal, ill. lúgokkal szemben. Biológiailag semleges, egészségre nem ártalmas, nem okoz allergiás panaszokat, és a beépítés során sem vált ki irritációt a bőrön és nyálkahártyán.

9.3. táblázat. A poliuretánhab táblás hőszigetelések fontosabb anyagtulajdonságai

9.4. táblázat. A szórt poliuretánhab hőszigetelések fontosabb anyagtulajdonságai

B) Szórt poliuretán hőszigetelések

Előnyös tulajdonságai a táblás hőszigetelésekkel megegyeznek, kiegészítve azzal, hogy a szórt poliuretánhab gyorsan kivitelezhető, a legtöbb felülethez jól tapad, tökéletes, hézagmentes szigetelés alakítható ki vele, ezzel jelentősen csökkenti a hőhidak hatását.

A nyitott cellás poliuretán kis sűrűsége és alacsony nyomószilárdsága miatt nem terhelhető hőszigetelés. Az anyagnak hőszigetelő és légszigetelő képessége is van, az épület teljes élettartama alatt biztosítja a légmozgás elleni szigetelést. Szinte teljesen kiküszöböli az üregekben keletkező konvekciós hőmozgást, így egyenletesebb hőmérsékletet nyújt az épület egészét tekintve. A szórással felvitt hőszigetelő anyag a felvitelt követően 1:100 arányban tágul. Ezáltal teljesen légmentesen záródó, víztaszító, mindenféle tökéletlen illesztésektől mentes hőszigetelő réteg képezhető az anyaggal.

A nyitott cellás poliuretánhabnak kiváló hangszigetelő tulajdonságai is vannak, amik előnyös tulajdonságainak, a dinamikai merevségnek, össze-nyomhatóságnak, ill. réskitöltésnek, légzárásnak köszönhetők. A zárt cellás poliuretánhab sejtszerkezete a nyitott habnál merevebb és sűrűbb, így jó hőszigetelő tulajdonsága mellett rendkívül ellenálló is. Vízszigetelő tulajdonságú és ellenáll a páradiffúzióval szemben is, mivel a szilárdulás közben keletkező cellákon a víz molekulái nem tudnak áthatolni, ezáltal tökéletes víztaszító anyag válik belőle.

Alkalmazása

A poliuretánhabot az építőiparban szigetelőlemezként és szórt hab formájában is felhasználják. A poliuretán habokat nagy mennyiségben használják párnák, szőnyegalátétek, kárpitozott bútorok, szivacsok előállítására, valamint csomagolóanyagként. Hőszigetelő anyagként az építőiparban szigetelőlemezként, ill. tömítőanyagként (pl. ablakkeret-tömítés) találkozhatunk vele. Felhasználják továbbá és hűtőgépek szigetelésére, valamint szőnyegek, padlóburkoló anyagok hátoldalaként.

A) Poliuretán táblás hőszigetelések

A poliuretán hőszigetelő táblák felhasználása rendkívül széles körű. Nagy nyomószilárdságuknak köszönhetően alkalmazhatók magastetők hőszigeteléseként szarufák felett, de akár szarufák között és alatt elhelyezett szigetelés is kialakítható. Lapostetők, födémek, padlók hőszigetelésére is alkalmas. Ezenfelül akár homlokzati hőszigetelési anyagként is felhasználható.

a) Magastetők hőszigetelése

Magastetők hőszigetelésére mindkét oldalán alufólia kasírozású lemezeket használnak. A kasírozás célja, hogy visszaverje a hősugárzást, amely télen a belső térből, nyáron a külső tér felől érkezik (pl. napsugárzás).

A magastetőknél alkalmazott PIR táblák készülhetnek kétoldali alumíniumfólia kasírozással. Felső oldalukon alátétfóliának megfelelő réteg található, amely megfelelő vízzáróságot biztosít. Ez a fedőréteg a beépítési körülményektől függően több típusú lehet. Alapesetben csak egy 10 cm-es sávban átlapolható és azok mentén öntapadó csíkkal ellátott csúszásgátló, páraáteresztő fedőfólia található rajta, ami megfelelő vízzáróságot biztosít tetőnk számára, így további fóliarétegek beépítésére nincs szükség.

Bachl tecta-PUR 022poliuretánhab hőszigetelő termék

Léteznek olyan, csúcstechnológiájú, páraáteresztő, alátétfólia kasírozású termékek, amelyek különlegesen széles (4 cm tartalékkal rendelkező), önragasztó varratú átlapolásait hideg- és meleg technológiával egyaránt hegeszteni lehet.

Fokozott vízzárósági követelmények esetén a PIR táblák felső oldali fedőrétege egy bitumenes lemez, ami még enyhe tető dőlésszög esetén is meggátolja a nedvesség bejutását a szerkezetbe. Extrém szélviszonyok esetében a teljes felületen leragasztott alátétfóliás termék a megoldás. A termék mindkét oldalán kasírozás található, amely vagy párazáró alumíniumfólia, vagy pedig üvegfátyol. Felső felületükön páraáteresztő, hőlégfúvóval ragasztható, csapóeső biztos fólia található. Léteznek belőle mindkét oldalán párazáró alumíniumfóliás termékek.

Mindegyik megoldás a külső síkon történő táblafektetésen alapul, azaz minden munkafázis a külső sík felől történik, ami a hőszigetelés fokozásán kívül további előnyökkel jár. Lehetőség nyílik a töredezett, hiányos tetőcserepek, tetőlécek javítása, cseréje, megfelelő átszellőztetett légréteg alakítható ki, biztosítható a tető légtömörsége és a teljes kivitelezés alatt megbontatlan a belső tér, vagyis a teljes felújítás időtartama alatt lakható marad az épület.

A hőszigetelő panelek nagy táblaméretének (2,50 m x 1,25 m), a felületfolytonos fektetésnek és az éleknél egymásba tolható nútféderes (csaphornyos) kialakításnak köszönhetően még az elemek fektetése is hőhidmentesen történik.

Szarufák feletti szigetelés készítésekor a belső oldalra párazáró fólia kerül. Az erre elhelyezett hőszigetelő lapok nútféderes kapcsolata hőhídmentes tetőszigetelést biztosít. A táblák csavarokkal rögzítendők, amelyek az ellenlécen és szigetelésen áthatolva a szarufába rögzülnek. Ezután a lécezésre már bármilyen tetőfedő anyag beépíthető. A magastető szigetelhető a szarufák között is, de ebben az esetben is ajánlott a szarufák feletti vékonyabb réteg elhelyezése a szarufa okozta hőhidak hatásának csökkentésére.

Bachl tecta-PUR HD-pluspoliuretánhab hőszigetelő termék

Felújításkor páraáteresztő kasírozású táblák teszik lehetővé a meglévő szerkezetben lévő nedvesség páravándorlását. Speciális termékek a PIR táblák alsó oldalára formára nyomott EPS-t, kőzetgyapotot, préselt faőrlemény lapot, farostlemezt vagy gipszkartont kasíroznak, amelyek fokozott hangszigetelést nyújtanak.

Léteznek nagy teljesítményű, kemény PIR hőszigetelő habból készült és mindkét oldalán (50 um) tiszta alumíniumréteggel bevont hőszigetelő lapok, amelyekbe 30 cm-enként 90 mm széles rétegelt lemezt süllyesztenek be. Jól alkalmazható a legkülönbözőbb kialakítású állókorcos fémfedések gazdaságos építésére, ugyanis ezen keresztül rögzíthető a PIR tábla a tetőszerkezethez, majd ehhez a fémlemez fedése.

b) Lapostetők hőszigetelése

A poliuretán hőszigetelő táblák kiválóan alkalmasak járható és nem járható lapostetők, valamint zöldtetők hőszigetelésére. Lapostetők esetében a hőszigetelés és a lejtésképzés kialakítása is megoldható poliuretán hőszigetelő táblákkal. A lejtést adó réteg kész elemeit csak le kell fektetni, ezzel idő és költség takarítható meg a monolit lejtéskialakításokkal szemben, ráadásul kis térfogatsúlyának köszönhetően jóval kisebb terhelést is jelent. Felújítások esetében is előnyös, mivel egyrészt nem jelentkezik jelentős többletteher, másrészt a nedves technológiák aránya is csökkenthető.

Amennyiben a hőszigetelés és a lejtésképzés is poliuretán táblákból készül, a lapostető hőszigetelő rendszert két rétegben fektetik. Ilyenkor az alsó réteg egy kasírozás nélkül lejtésképző elem, amelynek táblamérete általában 600 x 1250 mm, vastagsága 10-220 mm közt változik. Erre kerülnek kétoldali alumíniumfólia vagy üvegfátyol kasírozású, lépcsős vagy lapos élképzésű hőszigetelő táblák. Természetesen vannak nagy nyomószilárdságú, kasírozás nélküli hőszigetelő táblák is.

A lejtésképző elemek méretét a csapadékvíz elleni szigetelés lejtésének mértéke és az azt fogadó felület szilárdsága is befolyásolja. Minél nagyobb szilárdságú felületre kerül, annál csekélyebb lejtés engedhető meg. A poliuretán táblák nagy nyomószilárdsága és nagy táblaméretei lehetővé teszik az 1,68%-os tetőlejtést is. Gyengébb szilárdsági paraméterekkel rendelkező termékek esetén a 2%-nál kisebb lejtés magas kockázatot jelent.

Rögzíthető mechanikus módszerrel, ragasztással vagy leterheléssel is. A mechanikus rögzítés trapézlemezből készülő zárófödémek esetén, a ragasztás és a leterhelés vasbeton zárófödémeknél ajánlatos.

c) Homlokzatok, lábazatok hőszigetelése

Zárt cellás szerkezete miatt homlokzatok és talajjal érintkező szerkezetek hőszigetelésére is alkalmaznak a poliuretán hőszigetelő táblákat. Kétoldali speciális fátyol kasírozású, lapos vagy lépcsős élképzésű termékeket gyártanak lábazati és homlokzati hőszigetelés céljára, de nagyobb szilárdságú elemek akár talajjal érintkező falak (pl. pincefalak) hőszigetelésére is alkalmasak gyártó által meghatározott mélységig (általában 3-4 m). Léteznek speciális termékek, amelyekben 30 cm-enként 20 mm szélességben kiálló faléceket süllyesztenek. Ezek a közvetlenül dűbelezhető termékek kimondottan hátszellőztetett homlokzatburkolatok mögé kerülhetnek.

A poliuretán padlószerkezetek, födémek és pincemennyezetek szigetelésére is kiválóan alkalmas. Nagy nyomószilárdságuknak és rendkívül kis hővezetési tényezőjüknek köszönhetően kis szerkezetei vastagságban is kellő mértékű hőszigetelő értéket biztosítanak. A kétoldali alumíniumfólia kasírozású termékek különösen alkalmasak padlófűtés alatti szigetelésre, valamint pincefödémek szigetelésére. A kétoldali, speciális fátyol kasírozású, kisebb hőszigetelési teljesítményű termékek pincemennyezeten kívül padlószerkezetek esztrich alatti hőszigetelésére is alkalmasak.

B) Nagy nyomószilárdságú poliuretán termékek

Léteznek nagy testsűrűségű (550 kg/m³), szilárd keményhab alapú poliuretán termékek. Ugyan hőszigetelő értéke elmarad a hagyományos poliuretánhab termékekétől (0,07-0,10 W/m x K), de számos előnyös tulajdonsága előnyére válik. Nem öregszik, nem bomlik és rothadásálló. Még forró vízben is alaktartó marad, és ellenáll a folyékony nitrogénnek, lúgnak, oldószernek és egyéb habosító vegyszernek is.

Szinte bármilyen felületre jól ragasztható, különböző fedőrétegekkel kasírozható és vonható be, vegyszerálló, biológiai és épületökológiai szempontból semleges, újrahasznosítható. -50 °C és + 100 °C közti hőmérséklettartományban alkalmazható. Faipari megmunkáló gépekkel minden további nélkül pontosan marható, de akár vízsugárral is vágható, ragasztható minden szokványos ragasztórendszerrel.

Nagy nyomószilárdsága miatt kitűnően alkalmas szerkezeti elemek gyártására, válaszfalak készítésére vagy szendvicsszerkezetek középső rétegeként. Hő-hídmegszakító elemeket gyártanak tetőablakokhoz (pl. puren PDZ-V hőszigetelő ablaktok), attika falakhoz és felülvilágítókhoz. A normál síklemezek, lapostetők, magastetők és homlokzatok hőhídmentes csat-lakozásainál használhatók előnyösen.

C) Szórt poliuretánhab

A szórt poliuretánhab külső és belső terekben és felületeken egyaránt használható. Viszonylag nagy testsűrűsége és nyomószilárdsága kemény, lépésálló anyagot eredményez, amely a pillanatragasztó erejével és gyorsaságával ragad meg csaknem minden felületen. A legnagyobb előnye, hogy a szigetelőréteg rés-, hézagmentesen hordható fel, és a gyors megszilárdulás után felveszi a szigetelt objektum alakját.

A poliuretán szigetelőhab két folyékony halmazállapotú komponens kémiai reakciója folytán alakul ki, amit egy beállított keverési arány alapján egy mobil, nagy nyomású berendezéssel az adott helyszínen visznek fel a szigetelendő területre.

A nyersanyag cseppfolyós állapotban kerül a kivitelezés helyszínére. Az alapanyag környezetbarát gyantakomponens, megújuló növénytermesztésből származó szójaolaj, valamint újrahasznosított műanyag és ózonkárosító károsanyag-kibocsátással nem rendelkező duzzasztó hajtóanyag. A kivitelezés hordozható habszórókkal történik, nagyobb felületek is rövid idő alatt kezelhetők az eszközzel. A berendezés két tartályból áll, amelyben a két komponens található. Egy keverőfej a két komponenset megfelelő arányban összekeveri, majd az anyag a rugalmas tömlőbe kerül. Az egyenletes keveréshez a nyersanyagokat állandó hőmérsékleten kell tartani, ezért maga az eszköz és a tömlők is fűthetők.

A komponensek keverése során az anyag hő- és vegyi hatásoknak köszönhetően gázosodik, és ennek köszönhetően zárt sejtstruktúrájú anyagot hoznak létre. A kezdeti folyékony anyagból néhány másodperc alatt egy habréteg keletkezik, amelynek jellemző tulajdonsága a kötés- és hézagmentességen túl az, hogy egy finom hálós, zárt cellás réteget képez, mely hőfejlődés mellett percek alatt kikeményedik. Megszilárdult állapotban térfogata a folyékony fázishoz képest akár 40-szeresére is megnövekedhet.

a) Nyitott cellás, szórt poliuretánhab

Alkalmazása elsősorban fa vagy fémvázas könnyűszerkezetes családi házak, és egyéb rendeltetésű épületek tartóváz közötti hőszigetelésére alkalmas. Felhasználása történhet tetőtér beépítésnél a szarufák közötti hőszigetelés kialakításakor, ill. könnyű, szerelt válaszfalak hőszigetelésére is.

Magastetők szarufák közötti szigetelésekor közvetlenül a tetőfóliára és szarufákra szórható, belső felületen, majd ezután következhet a belső párazáró fólia és burkolat. A nyitott cellaszerkezet miatt a belső párazáró fólia és a külső páraáteresztő fólia elhagyhatatlan. A nyitott cellás poliuretánhab hőszigetelés hangszigetelő anyagként való felhasználása is jelentős.

b) Zárt cellás, szórt poliuretán hab

A zárt cellás, szórt poliuretánhab szinte bárhol alkalmazható. Mivel zárt cellás szerkezetű, ezért vízszigetelő anyagként is felhasználható. Különleges tulajdonsága, hogy párazáró hatású, így nem igényli párazáró rétegek beépítését sem.

Alkalmas a különböző szerelt jellegű és a hagyományos szerkezetek kül- és beltéri szigetelésére egyaránt. 3-5 cm vastagság felett párazáróvá válik, így kialakítható lábazati hőszigetelés, aljzatszigetelés, padlásfödém- és pinceszigetelés, szerelt homlokzatok hőszigetelése, de akár tartályok, csövek szigetelése is. Alkalmazható vakolat alatti hőszigetelés kialakítására is, de ebben az esetben a szórt technológiából adódó felületegyenetlenségekkel számolni kell. Ezt vakolóhálóra felhordott vastag vakolattal lehet kiküszöbölni.

A zárt cellás poliuretánhab szigetelés nagy nyomószilárdságának köszönhetően lapostetők szigetelésére is alkalmas. Ennek előnye, hogy maga a felhordott hab is beázás mentessé válik, tehát a víz elleni védelmet a hőszigetelés teljes vastagsága is biztosítja a vízszigetelő héj mellett. A hab UV-védelméről, eltakarásáról gondoskodni kell!

Gyakori felhasználási területe a felújítások során jelentkezik. Az anyag segítségével szokatlan magastető hőszigetelés is kialakítható. Az elkészült ácsszerkezetre rögtön a tetőlécezés és a fedés jön, fólia elhagyásával, majd alulról szórással kerül felhordásra a szigetelés. Tetőfelújítás esetén a héjazat és tetőfólia eltávolítása után kívülről, a lakótér érintetlenül hagyásával, a lakóteret határoló szerkezet hátoldalára szórással felhordható a szigetelés. Ezután a tetőfedő elemeket kell újra elhelyezni, a fólia elhagyható, a zárt cellás szerkezetű anyag ugyanis párazáró, vízhatlan.