EA005691B1

EA005691B1 - Применение иономеров для уплотнения изоляционных материалов

Info

Publication number: EA005691B1
Application number: EA200300935A
Authority: EA
Inventors: Лотар Молль
Original assignee: Биологише Инсель Лотар Молль Гмбх И Ко. Кг
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2005-04-28
Also published as: WO2002070251A1; SK11102003A3; JP4125129B2; CZ20032269A3; SK287655B6; DK1372956T3; ES2305224T3; US7442659B2; EA200300935A1; DE50212148D1; PL362619A1; CA2439921A1; CZ302492B6; US20040072486A1; HUP0303492A3; US7914634B2; NZ528294A; EP1372956B1; US20080020143A1; PL205280B1

Abstract

Изобретение относится к применению иономеров в качестве пароизоляционных материалов для уплотнения изоляционных материалов.

Description

Данное изобретение касается применения иономеров для уплотнения изоляционных материалов. В частности, оно касается применения для названной цели слоистых материалов, которые содержат, по крайней мере, один слой иономеров, также изобретение касается самих слоистых материалов. В частности, изобретение относится к импрегнированным материалам плоской формы, которые содержат иономеры в качестве импрегнирующей смолы.

Применение изоляционных материалов, например, пенопластов и стекловаты, для значительной теплоизоляции зданий общеизвестно в многочисленных вариантах. В случае одного из наиболее распространенных вариантов изоляционные плиты толщиной примерно от 4 до 40 см крепят в стеновых конструкциях или на них, изоляционные плиты могут также крепиться под кровлей - между стропильными балками, под балками или на балках.

Однако изоляционные материалы сохраняют свою эффективность в полной мере лишь тогда, когда через них предотвращается воздухообмен, так как в противном случае вместе с воздухом, диффундирующим из отапливаемого помещения наружу, теряется значительное количество тепла. Летом, наоборот, теплый воздух, проникающий внутрь помещений, нагревает здание, в результате чего при наличии установки кондиционирования воздуха довольно значительно повышается потребление энергии кондиционером.

В связи с этим, прежде всего, напрашивается мысль, уплотнить теплоизоляционные материалы с помощью воздухонепроницаемого материала, например, полиэтиленовой или полихлорвиниловой пленки. Однако такой подход не оправдал себя, так как при этом практически неизбежно возникают повреждения в виде разрывов и дыр, в результате чего воздух попадает в изоляционный материал. После того как воздух охлаждается, влага, проникшая вместе с воздухом, конденсируется. Через некоторое время может накопиться значительное количество воды, которую посредством осушения удалить практически невозможно. Между тем, вода вызывает не только коррозионные повреждения, но и ухудшает эффект тепловой изоляции.

Также общеизвестно, что по этой причине предпочтение отдается таким изолирующим материалам, которые хотя и препятствуют диффузии воздуха и содержащегося в нем водяного пара, но не прекращают ее полностью, что делает возможной обратную диффузию водяного пара, то есть осушение изоляционного материала.

К таким материалам, которые называются паровыми барьерами и обычно используются в виде пленок или слоистых пластиков, относятся такие полимеры, как полиэтилен, полиамиды, сополимеры этилена и акриловой кислоты и сложный полиэфир в виде тонкого слоя. Более подробно данный вопрос освещен, например, в патентных документах ΌΕ-Ά 195 14 420 и 199 02 102.

Паровые барьеры в виде пленки или подходящего слоистого пластика обычно обладают тем преимуществом, что сопротивление этих материалов диффузии водяного пара зависит от относительной влажности воздуха. При небольшой относительной влажности воздуха это сопротивление выше, чем при высокой влажности. В результате облегчается высыхание влажного изоляционного материала на воздухе летом, когда воздух обычно бывает влажным. Так, коэффициент сопротивления диффузии водяного пара (коэффициент в случае пленки полиамид-6 толщиной 60 рм по стандарту ΌΙΝ 52615 при 30процентной относительной влажности воздуха составляет примерно 4,5 м, а при влажности 80% - только 0,5 м.

Коэффициент 8а соответствует толщине неподвижного слоя воздуха, диффузионное сопротивление которого имеет такую же величину, как и сопротивление испытуемого материала, в данном случае тонкой пленки полиамида-6. Этот коэффициент в соответствии со стандартом ΌΙΝ 52615 обычно определяется для сухого воздуха в диапазоне влажности воздуха от 0 до 50%, то есть в среднем при относительной влажности 25%, и для влажного воздуха в диапазоне влажности воздуха от 50 до 95%, то есть в среднем при относительной влажности 72,5%.

Однако к материалу для парового барьера предъявляются не только описанные требования в отношении диффузионных свойств, но и ряд других требований. Материал должен быть стабилен в термическом, химическом и механическом отношении, он должен легко обрабатываться. Кроме того, материал не должен вызывать опасений с точки зрения здоровья человека, он не должен заряжаться электростатическим электричеством, или заряжаться лишь в незначительной степени. Он должен быть совместим с другими материалами, прежде всего со слоистыми пластиками, чтобы не возникало декомпозиции слоистых пластиков. Материал должен быть безопасен с точки зрения охраны окружающей среды и не выделять высокотоксичных газов даже в случае пожара, которые могут, например, возникать из-за галогеновых соединений из антипиренов в форме диоксинов и фуранов, а также из-за полиамидов в форме соединений аммиака и полиэтановой цианисто-водородной кислоты. Не в последнюю очередь материал должен также быть экономичным.

При решении этой задачи было установлено, что иономеры превосходно подходят для уплотнения изоляционных материалов, кроме того, были изобретены новые слоистые пластики, в состав которых в качестве важного компонента входит, по крайней мере, один слой такого материала. Далее, были найдены весьма целесообразные разработки этого изобретения, которые описываются ниже.

- 1 005691

Согласно определению (см., например, Яотррк Сйет1е1ех1коп, Сеогд ТЫете Уег1ад, 9. ЛиДаде, 1990 - Рёмп, Химическая энциклопедия, изд. Георг Тиме, 9 издание, 1990 г.) иономеры - это статистические термопластичные сополимеры, состоящие из

a) одного моноолефина,

b) одной моноолефиновой ненасыщенной кислоты,

c) в случае необходимости также из других сомономеров для модификации химических и физических свойств этих сополимеров, причем

ά) кислотные группы этих сополимеров частично или полностью нейтрализуются неорганическими катионами.

Многие иономеры, а также способы их получения известны из специальной литературы. Ряд иономеров под названием 8ит1уп® (сурлин) фирмы ЭиРоШ (Дюпон), которые рекомендуются для упаковки и нанесения покрытий, продаются торговыми предприятиями. Подробности можно узнать из И8-Л 3 264 272, а также фирменных проспектов 8ит1уп® от января 2001 года.

В качестве сомономеров (а) можно использовать, в частности, этилен, пропилен и бут-1-ен, а также смеси этих соединений. Их доля в иономерах составляет, как правило, от 50 до 99 мол.%, предпочтительно от 80 до 90 мол.%.

Подходящими сомономерами (Ь), являются, прежде всего, метакриловая кислота, а также акриловая кислота, малеиновая кислота, ангидрид малеиновой кислоты и винилсульфоновая кислота с содержанием от 1 до 50 мол.%, предпочтительно от 10 до 20 мол.%.

Далее, в качестве сополимеров (с) можно использовать такие моноолефиновые ненасыщенные соединения как С|-С₄-эфир акриловой и метакриловой кислоты, а также стирол, винилацетат, винилпропионат, акриламид, матакриоамид, акрилонитрил и метакрилонитрил с содержанием до 10 мол.%. Выгоду с точки зрения механических и химических свойств пленок может принести даже незначительное количество таких бифункциональных мономеров как бутадиен, поскольку материал остается термопластичным.

Предпочтительными неорганическими катионами (ά) являются, прежде всего, катионы щелочных металлов, в частности лития, натрия и калия, а также таких щелочно-земельных металлов, как кальций и магний. Подходят также катионы цинка. Степень нейтрализации кислотных групп лежит в пределах от 0,5 до 100%, предпочтительно от 10 до 70%. Это соответствует содержанию металла в иономере в пределах примерно от 0,1 до 10 мас.%, предпочтительно от 1 до 5 мас.%.

Целям данного изобретения в особенности удовлетворяют иономеры, состоящие из а₁) от 50 до 99 мол. % этилена и Ь₁) от 1 до 50 мол.% метакриловой кислоты, причем άι) кислотные группы этих сополимеров нейтрализуются в пределах от 0,5 до 100%, предпочтительно в пределах от 10 до 70% катионами лития, натрия, магния, калия и/или цинка.

Эти иономеры обладают превосходными свойствами с точки зрения их применения и обработки. Кроме того, как было установлено изобретением, они соответствуют требованиям, предъявляемым к эффективным материалам для парового барьера. Это особенно относится к материалам типа сурлин с катионами натрия: типу 1605 и типам 8000 ряда, например 8120, 8140 и 8220. Коэффициент 8_ά для пленок их этих материалов при толщине 15 цм и относительной влажности 25% лежит пределах от 3 до 10 м, а при относительной влажности 72,5% - в пределах от 0,5 до 4 м, причем разность Δδ_ά 25/72,5, которая характеризует диффузионные свойства материала, составляет от 2 до 8 м.

Обычно значение Δκ_ά 25/72,5 повышается с увеличением полярности материала. При этом особенно высокие разностные значения характерны для иономеров с калием в качестве компонента (ά), так что уплотнения из таких материалов, изготовленные в соответствии с изобретением, удовлетворяют даже экстремальным требованиям, предъявляемым, например, к зданиям, построенным в местностях с горным климатом, для которого характерны сильные колебания температуры, в местностях с тропическим и субтропическим климатом, а также к конструкциям с плоской крышей или травяной кровлей.

Однако важным критерием эффективности паровых барьеров с изменяющимися в зависимости от влажности свойствами является не только значение Δκ_ά, но и отношение ί наибольшего значения сопротивления 8<1н к наименьшему значению сопротивления 8_άη. Таким образом, следует принимать во внимание не только способность паровых барьеров изменять свои свойства в зависимости от влажности, но и их производительность, т. е. количество диффундирующего пара т в единицу времени. Для соотношения между количеством диффундирующего пара т_ь и т_п соответственно при высоком и низком значении диффузионного сопротивления Уп, и 8,|_п действует обратно пропорциональная зависимость

Эта зависимость показывает, что количество пара, проникающего через материал в единицу времени, тем меньше, чем больше диффузионное сопротивление, и наоборот.

Принимая во внимание эффективность, значение Кд, при относительной влажности 25% должно быть в пределах от 1 до 20 м, предпочтительно в пределах от 1 до 4 м, а значение κ_άη - в пределах от 0,02 до 4, предпочтительно в пределах от 0,02 до 2, однако, эти значения должны значительно отличаться друг от друга, коэффициент ί должен быть >2, предпочтительно >5.

- 2 005691

Этому требованию удовлетворяют, прежде всего, иономеры, содержащие катионы калия.

Паровые барьеры с такими характеристиками не только меняют свои свойства, в зависимости от влажности, но и обеспечивают ускорение процессов высыхания.

Благодаря этому, например, в зимний период при относительной влажности от 25 до 50% в 1 м²изоляции, изготовленной из соответствующего изобретению пароизоляционного материала, за сутки проникает примерно 1-10 г влаги, в то время как в летний период при относительной влажности от 60 до 100% из конструкции может быть удалено до 300 г влаги.

Паровые барьеры с описанными свойствами и низким диффузионным сопротивлением, например, от 1,2 до 2,5 м при относительной влажности окружающего воздуха 25%, особенно подходят для крыш, и паровые барьеры с высоким диффузионным сопротивлением - для стеновых конструкций.

Само собой разумеется, для этого подходят также смеси различных иономеров, в частности, смеси иономеров с катионами калия и иономеров с катионами натрия, причем доля иономеров с катионами калия должна составлять от 9 до 95 мас.%, предпочтительно от 50 до 80 мас.%. Такие смеси не только обладают превосходными свойствами, они также без труда перерабатываются в слоистые и импрегнированные материалы.

Как было показано выше, химические и физические свойства используемых в соответствии с изобретением иономеров с помощью сомономеров (с) могут быть известным образом приведены в соответствие со специальными требованиями, например, в отношении совместимости с каркасными и несущими материалами, регулировки определенных значений 8а, а также в отношении гибкости, жесткости и прочности на разрыв.

Естественно, таких специальных практически применимых свойств можно достичь не только смешением иономеров между собой, но и смешением иономеров с другими полимерами, например, полиамидами, сложными полиэфирами, полиуретанами и полиолефинами. Оказалось, что для этого очень хорошо подходят, прежде всего, смеси с сополимерами из этилена и винилацетата, а также с сополимерами из этилена и бутилакрилата или этилена и акриловой кислоты, или этилена и метакриловой кислоты, или сополимеров на основе этиленакриловой кислоты, или этилена и метилакрилата, в каждом случае с полимерами, содержащими катионы натрия и, особенно, калия. В полимерных смесях доля мономеров предпочтительно должна составлять от 30 до 95 мас.%, предпочтительней от 50 до 80 мас.%.

В рассматриваемом случае иономерами также считаются смеси иономеров между собой, смеси иономеров с термопластами и, конечно, смеси, в состав которых входит более одного иономера и более одного полимера другого вида.

Используемые в соответствии с изобретением иономеры могут наноситься на теплоизоляционные материалы в форме водных дисперсий или наплавления, например, посредством многократного намазывания или напыления, это делается до тех пор, пока толщина возникающих таким образом слоев не достигнет 5-100, предпочтительно 10-30 рм. Однако этот способ следует использовать лишь в том случае, если поверхность детали неровная или сильно искривлена, в результате чего укладка пленки затрудняется, а также в том случае, если укладка пленки нежелательна с точки зрения дизайна, например, во внутренних помещениях.

В случае плоских или цилиндрических поверхностей можно использовать иономерные пленки, которые необходимо крепить к изоляционному материалу, как правило, с помощью контактного клея, так как очень тонкие пленки - толщина их обычно составляет от 5 до 100, предпочтительно от 10 до 30 рм сами по себе большей частью не обладают достаточной разрывной прочностью, чтобы их можно было свободно натягивать.

Поэтому в обычных случаях иономеры используются в виде самонесущих слоистых материалов, в которых один из слоев представляет собой пленку или слой иономера указанной толщины. Чтобы защитить этот важнейший с точки зрения изобретения слой от повреждений, которых вряд ли можно полностью избежать в процессе производства и укладки, его целесообразно заключить между другими слоями слоистого материала.

Эти слои, применение которых целесообразно главным образом по механическим основаниям и ввиду упрощения обращения с материалом, в принципе могут состоять из любого материала, который в слоистой форме обладает не большим значением 8_а, чем слой иономера.

К таким слоям в первую очередь относятся каркасные слои нетканого материала, ткани или решетки из таких инертных веществ, как полиэтилен, полипропилен, полиэфир, стекловолокно и вискоза. Во внимание принимаются также перфорированные пленки из полиэтилена, полипропилена и полиэфира. Высокая формоустойчивость в продольном и поперечном направлении достигается с помощью слоев бумаги.

Кроме того, эти слоистые материалы можно снабдить добавками, например, антипиренами, которыми пропитывают, к примеру, бумажные полотна.

Если не принимать во внимание слои иономера, соответствующие предмету данного изобретения, то следует заметить, что такие слоистые материалы, а также их производство, например, посредством склеивания, напыления или экструзии, общеизвестны в различных формах, поэтому приводить дальней

- 3 005691 шую информацию по этому поводу не стоит, тем более что переработка иономеров не представляет собой какой-либо особой проблемы.

Хорошо показали себя, например, слоистые материалы, имеющие следующую структуру (в каждом пункте указывается по порядку верхний слой, средний слой (или слои) и нижний слой):

1) бумага - 80-120 рм;

иономер - 10-20 рм;

бумага - 80-120 рм;

2) полиэтиленовый фильерный нетканый материал - 20-60 рм;

иономер - 10-20 рм;

полиэтиленовый фильерный нетканый материал - 20-60 рм;

3) вискозный нетканый материал - 20-60 рм;

иономер - 10-20 рм;

вискозный нетканый материал - 20-60 рм;

4) полиэфирный фильерный нетканый материал - 20-60 рм;

иономер - 10-20 рм;

полиэфирный фильерный нетканый материал - 20-60 рм;

5) Вышеназванные слоистые материалы (1)-(4), которые в качестве дополнительного среднего слоя для повышения прочности содержат нетканый материал или ткань из полиэфира, стекловолокна или полиэтилена.

Для использования при реализации изобретения также превосходно подходят такие слоистые импрегнированные материалы, в которых нетканый материал или ткань образует каркасный слой, а каркасный слой пропитан иономерной смолой. В качестве материала для каркасного слоя принимаются во внимание полиэтиленовые и полиамидные фильерные нетканые материалы, а также целлюлозосодержащие материалы, прежде всего бумага с высокой абсорбционной способностью. Эти импрегнированные материалы не только обладают положительными свойствами соответствующих слоистых материалов, их можно также производить весьма экономичным способом. Для этого всего лишь нужно пропитать расплавом иономера нетканый материал или ткань, после чего иономер, охлаждаясь, должен застыть.

Как и обычные слоистые материалы для уплотнения теплоизоляционных плит, которые подходят также для звукоизоляции, рассматриваемые в изобретении слоистые или импрегнированные материалы поставляются в рулонах. Стены из изоляционного материала оклеивают полотнами, а свободнонесущие плиты, которые устанавливаются под крышей горизонтально или наклонно, могут дополняться несколькими промежуточными опорами по шпренгельной схеме со слоистым или импрегнированным материалом, причем воздушный зазор между изоляционным материалом и паровым барьером изолирующего эффекта не ухудшает, при условии, что он уплотняется с боков. Возможно двустороннее уплотнение изоляционного материала, однако, как правило, оно не требуется.

Примеры

Согласно информационному материалу от января 2001 года в соответствии со стандартом ΌΙΝ 52615 при сухом и влажном воздухе были определены значения + пробных пленок толщиной 15 рм, изготовленных с использованием иономеров на основе этилена и метакриловой кислоты типа сурлин фирмы ΌπΡοηΐ. Иономеры содержали катионы натрия или калия. Содержание ионов металла определялось в соответствии со стандартом ΌΙΝ 38406-Е14.

Результаты представлены в следующей таблице:

Иономеры	Значение 5₄ [м] при относит, влажности воздуха Сухой воздух Влажный воздух	Δδά 25/72,5 (м)	ί³⁾
25%	72,5 %
Сурдин® 8150° Иа-тип, 2,2 масс.% Иа	5,5	1,4	4,1	3,9
Сурлин®8220° Ыа-тип 1,9 масс.% Иа	5,0	1,5	3,5	3,6
Сурлин®8945° Ыа-тип 1,8 масс.% N8	7,5	3,1	4,4	2,4
Химилан®МК154 2) К-тип 4,2 масс.% К	1,4	0,09	1,3	16

¹⁾ Иономер фирмы ЭиРопГ ²⁾ Иономер фирмы ЭиРоп! Мйзш Ре1госйеш1са18. ί=8ά25/8ά72,5.

- 4 005691

Результаты измерений непосредственно позволяют сделать заключение о том, что иономеры являются превосходным веществом для паровых барьеров.

Claims

1. Применение иономеров в качестве пароизоляционных материалов для изготовления паровых барьеров, выполненных в виде

а) пленки из иономеров, или

б) импрегнированного материала плоской формы из нетканого материала или ткани в качестве основы и иономера в качестве импрегнирующей смолы, или

в) самонесущего слоистого материала, который содержит по меньшей мере одну иономерную пленку или один иономерный слой.

2. Применение по п.1, где иономеры являются сополимерами, состоящими из от 50 до 99 мол.% этилена и от 1 до 50 мол.% метакриловой кислоты, кислотные группы которых на 0,5-100%, предпочтительно на 10-70%, нейтрализованы неорганическими катионами.

3. Применение иономеров по п.1 или 2, где неорганические катионы являются катионами лития, натрия, магния или цинка.

4. Применение иономеров по п.1 или 2, где неорганические катионы являются катионами калия.

5. Применение иономеров по пп.1-4 в виде слоистых материалов, включающих по меньшей мере один слой этих иономеров.

6. Применение иономеров по пп.1-5, где толщина слоя составляет от 5 до 100 рм.

7. Применение иономеров по пп.1-4 в составе импрегнированного материала, состоящего из каркасного материала и иономера, причем каркасным материалом является нетканый материал или ткань из полиэтиленовых, полипропиленовых или полиэфирных прядильных волокон, полиамида или бумаги.

8. Применение по любому из пп.1-4, где иономер имеет следующие значения сопротивления диффузии водяному пару:

при относительной влажности воздуха 25% сопротивление диффузии составляет от 1 до 20 м, предпочтительней от 4 до 20 м или от 1 до 4 м, и при относительной влажности воздуха 72,5% сопротивление диффузии составляет от 0,02 до 4 м.

9. Применение по п.8, где оба значения сопротивления диффузии отличаются друг от друга на коэффициент £ более 2, предпочтительней более 5.

10. Применение по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что полимеры образованы из смеси натриевых и/или калиевых иономеров с полиамидами, сложными полиэфирами, полиуретанами, полиолефинами, сополимерами из этилена и винилацетата, сополимерами из этилена и бутилакрилата, сополимерами из этилена и акриловой кислоты, сополимерами из этилена и метакриловой кислоты, сополимером этиленакриловой кислоты и(или) сополимерами из этилена и метилакрилата, причем доля иономеров предпочтительно составляет от 30 до 95 мас.%, предпочтительно от 50 до 80 мас.%.

11. Слоистые материалы, включающие по меньшей мере один средний слой из иономера, охарактеризованного в пп.1-6, причем один из внешних слоев выполняет функцию несущего слоя, а другой функцию защиты среднего слоя или также функцию несущего слоя.

12. Слоистые материалы по п.11, в которых оба внешних слоя состоят из бумаги, полиэтиленового, полипропиленового или полиэфирного фильерного нетканого материала или вискозного нетканого материала.

13. Слоистые материалы по п.11 или 12, содержащие дополнительный средний слой из нетканого материала, ткани или решетки из полиэфира, стекловолокон, полиэтилена или полипропилена.

14. Слоистые импрегнированные материалы, охарактеризованные в п.7.

15. Слоистые импрегнированные материалы по п.14, в которых количество иономеров составляет от 2 до 100 г/м².