PL209846B1 - Aktywna przegroda zabezpieczająca powierzchnie niskotemperaturowych tworzyw termoizolacyjnych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest aktywna przegroda zabezpieczająca powierzchnie niskotemperaturowych tworzyw termoizolacyjnych. Przegrody takie mają zastosowanie w budownictwie lądowym, morskim, jednostkach transportowych morskich, lądowych i powietrznych wykorzystywane są one w szczególnoś ci do separacji warstwowej tworzyw palnych oraz jako separatory strumieni cieplnych.

Stan techniki

Znane są przegrody termoizolacyjne wykonane ze styropianu, poliuretanu oraz spienionych polimerów, które dostosowane są do pracy w niekorzystnym zakresie termicznym nieprzekraczającym temperaturę 200°C, które są złymi przewodnikami ciepła będąc przy tym tworzywami palnymi.

Znane są również izolacje cieplne wykonywane na elewacjach budynków, w ramach, których, na elewacjach nakleja się, a następnie powleka płyty z twardej pianki polistyrenowej lub płyty wytłaczane z pianki. Elewacje zabezpiecza się również przed zbyt szybkim wychłodzeniem za pomocą mat z włókna szklanego lub wełny mineralnej, które mocuje się na elewacji za pomocą kraty z łat i nakładanej później W okładziny chroniącej przed wpływami atmosferycznymi.

Polski opis patentowy nr 173032 ujawnia elewacyjną płytę termoizolacyjną która jest utworzona przez rozdrobnione odpady polistyrenowego tworzywa piankowego, powiązane klejem cementowym, przy czym ziarnistość tych odpadów wynosi od 2 do 15 mm, a gęstość surowa płyty termoizolacyjnej od 0,2 do 0,35 kg/l.

Niekorzystną cechą znanych systemów termoizolacyjnych, stosowanych do poprawy termoizolacyjnych właściwości elewacji, jest konieczność, po zamocowaniu tych systemów, ich pokrycia powierzchniowego, co z jednej strony zapobiega przenikaniu wilgoci do materiałów izolacyjnych, z drugiej zaś nadaje elewacji okazały wygląd zewnętrzny. Ponadto tak zwane okładziny elewacyjne o pełnej wartości termoizolacyjnej polistyrenu spienionego również wymagają powłoki ochronnej z kleju budowlanego z wkładką tkaninową, aby palna masa piankowa była z jednej strony zabezpieczona przed pożarem, z drugiej zaś przed promieniowaniem ultrafioletowym. Ponadto powłoka ochronna jest konieczna, aby odpierać z zewnątrz udary mechaniczne, stanowiąc przy tym podkład dla niezbędnej powłoki malarskiej.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P. 302963 znany jest również okładzinowy element budowlany, stosowany do ocieplania ścian zewnętrznych istniejących budynków o niewystarczającej izolacyjności ścian. Okładzinowy element budowlany stanowi styropianowa płyta połączona nierozłącznie warstwą kleju z siatką umieszczoną z jednej lub z obu stron płyty, posiadającą, co najmniej dwa wypusty. Boczne krawędzie płyty są płaskie lub mają korzystnie wykonane wcięcie tak, że w przekroju poprzecznym ma ono kształt zbliżony do litery Z, zaś na powierzchni płyty wokół jej boków niezaopatrzonych w wypusty są pasy korzystnie o szerokości większej niż szerokość wypustów zagłębione w licowej powierzchni płyty.

Patent (T84727 ujawnia sposób wytwarzania płyt termoizolacyjnych, przeznaczonych szczególnie pod przekrycia dachowe, który polega na tym, że płyta styropianowa pokrywana zostaje dwoma rodzajami kleju, klejem poliuretanowym i klejem syntetycznym szybkoschnącym, przy czym klej szybkoschnący jest nakładany na płytę na powierzchnię mniejszą niż 5% powierzchni płyty, po czym na tak przygotowaną płytę jest nakładana i dociskana wstęga papy asfaltowej nieco szersza niż szerokość płyty, a następnie wstęga papy zostaje przecinana tak, iż długość odcinków wstęgi papy jest nieco dłuższa niż długość płyty.

Polskie zgłoszenie patentowe P. 375854 ujawnia przegrody termoizolacyjne w postaci kompozycji reaktywnej do bezpośredniego nakładania na bazowe tworzywo termoizolacyjne lub w postaci warstwowego tworzywa rolowego z osnową włóknistą oraz sposób otrzymywania takich przegród. Przegroda termoizolacyjna opisana w tym zgłoszeniu posiada osnowę włóknistą w postaci tworzyw kordowych pokrytych spoiwami i/lub lepiszczami polimerowymi stanowiącymi kompozycję reaktywną składającą się ponadto z polimerów i prepolimerów; dyspersji i/lub lateksów i/lub krzemianów; rozdrobnionych krzemianów i/lub krzemionki; pęczniejącego grafitu; diamidu kwasu węglowego oraz korektorów i/lub inhibitorów i/lub stabilizatorów organicznych, korzystnie w postaci mieszaniny kwasu askorbinowego, kwasu szczawiowego i diamidu kwasu węglowego.

Znane są również przegrody termoizolacyjne ogniochronne, jednakże obarczone są one dużo większą przewodnością cieplną, co uniemożliwia ich samodzielne stosowanie, jako przegród termoizolacyjnych. Do grupy tej zalicza się tworzywa rolowe (warstwowe) w postaci szerokiego zakresu pap, kompozycje mineralne w postaci wełny, oraz porowate kształtki ceramiczne.

PL 209 846 B1

Z polskiego zgłoszenia patentowego P. 324307 znane są płyty izolacyjne, zwłaszcza do płaskich dachów, mające warstwę izolacyjną z wełny mineralnej, pokrywaną warstwą uszczelniającą zwłaszcza w postaci pasm z tworzywa sztucznego albo kauczuku, przy czym płyta izolacyjna ma warstwę spienialną w razie pożaru z odsunięciem elastycznej warstwy uszczelniającej względem warstwy izolacyjnej, znajdującą się pomiędzy warstwą izolacyjną i warstwą uszczelniającą.

Polskie zgłoszenie patentowe P.368105 ujawnia masę ogniochronną na bazie poliuretanów uzyskiwanych z polioli i izocyjanianów, z dodatkiem poroforów i perełek polistyrenu spienialnego, która zawiera modyfikatory w postaci węgla krystalicznego i diamidu kwasu węglowego w postaci sproszkowanej o uziarnieniu poniżej 0,063 mm, których udział w stosunku do ogólnej ilości składników bazowych poliuretanu wynosi odpowiednio 0,1-14% wagowych i 0,1-15% wagowych. Masa ta przeznaczona jest m.in. do wykonywania przegród przeciwpożarowych, kształtek i płyt ogniochronnych oraz okładzin ogniochronnych.

Dopuszczone przez Instytut Techniki Budowlanej do stosowania w budownictwie, zaporowe, warstwowe okładziny pęczniejące składają się z mieszaniny krzemianów sodu i potasu z dodatkiem plastyfikatorów, wypełniaczy i poroforów, przy czym nośnikiem tej mieszaniny jest osnowa włóknista w postaci tworzywa szklanego, nasycona lepiszczem z ż ywicy syntetycznej. W podwyż szonej temperaturze wywołanej pożarem, okładziny te pęcznieją tworząc drobnoporowatą masę o temperaturze topnienia powyżej 900°C.

Powszechnie znane są płyty termoizolacyjne złożone z trzech warstw, przy czym jedną z warstw zewnę trznych stanowi styropian, zaś drugą papa asfaltowa. Warstwę wewnę trzną maj ą c ą za zadanie trwałe połączenie warstw zewnętrznych, stanowi klej poliuretanowy. Płyty tego rodzaju wytwarzane są w taki sposób, że na jedną z powierzchni płyty styropianowej nakładana jest warstwa kleju, po czym do powierzchni tej dociskany jest odcinek wstęgi papy.

Pomimo tego, że łączenie tworzyw grupujących polimery i tworzywa rolowe typu papa jest teoretycznie możliwe, jednak przy znacznej przewodności cieplnej tworzyw rolowych, zastosowanie podległych spienionych polimerów jest nieskuteczne ze względu na przenikanie ciepła przekraczające granice odporności spienionych tworzyw polimerowych, szczególnie styropianu.

Cel wynalazku

Celem wynalazku jest opracowanie przegród termoizolacyjnych w postaci kompozycji reaktywnych do nakładania bezspoinowego bezpośrednio na żądaną powierzchnię, które to przegrody łączone są z tworzywami o dobrej izolacji termicznej, zabezpieczając w ten sposób przed strumieniami cieplnymi degradującymi warstwy podległe tworzyw termoizolacyjnych.

Istota wynalazku

Istotą wynalazku jest aktywna przegroda, zabezpieczająca powierzchnie niskotemperaturowych tworzyw służących do izolacji termicznej, takich jak styropian, drewno, poliuretan, przed działaniem strumienia cieplnego powodującego degradacje tych tworzyw, korzystnie w postaci kompozycji reaktywnej płynnej lub gęstopłynnej do bezpośredniego nakładania na bazowe tworzywo termoizolacyjne lub uprzednio na osnowę włóknistą kordową - składającej się z krzemionki i posiadającej opcjonalnie wypełniacze aktywne w postaci pęczniejącego grafitu, jak również posiadającej opcjonalnie przetworniki radiacyjne, sorbenty i desorbenty wody, która to przegroda, według wynalazku charakteryzuje się tym, że kompozycja reaktywna składa się ponadto z kompleksu krzemianowego w ilości od 10-100 części wagowych w stosunku do krzemianu sodowego; dyspersji i/lub emulsji silikonowych i/lub akrylowych i/lub akrylowe - silikonowych w ilościach od 0,5-35 części wagowych; wodnego roztworu krzemianu sodu w postaci zolu w ilości 5-70 części wagowych; tiosiarczanu w ilości 0,5-30 części wagowych oraz dioctanu glikolu etylenowego w ilości 7-18 części wagowych i kwasu octowego w ilości 0,5-4,5 części wagowych.

Według wynalazku kompleks krzemianowy użyty w aktywnej przegrodzie składa się z SiO2 w ilości 94,70%, Fe2O3 w ilości 0,43%, AI2O3 w ilości 0,46%, węgla w ilości 1,80%, CaO w ilości 0,20%, MgO w ilości 0,35%, H2O w ilości 0,30%.

Termin „kompozycja reaktywna” według wynalazku korzystnie oznacza mieszaninę kompleksu krzemianowego, dioctanu glikolu etylenowego, wody i kwasu octowego z dodatkiem krzemianu sodu, dyspersji i/lub emulsji silikonowych i/lub akrylowych i/lub akrylowe -silikonowych, tiosiarczanu oraz opcjonalnie pęczniejącego grafitu.

Zastosowanie tiosiarczanu w aktywnej przegrodzie według wynalazku umożliwia wprowadzanie do mieszaniny wody związanej międzykrystalicznie, która wydzielana jest w podwyższonej temperaturze (początkującej pożar), powodując reakcję endotermiczną i zaburzenie indeksu tlenowego.

PL 209 846 B1

Zastosowanie mieszaniny dioctanu glikolu etylenowego, wody i kwasu octowego w przegrodzie według wynalazku umożliwia kontrolowane sieciowanie w trakcie koagulacji krzemianu sodowego powodując jednorodność pozostałych komponentów.

Według wynalazku, aktywna przegroda, korzystnie w postaci kompozycji reaktywnej zabezpieczającej tworzywo termoizolacyjne, korzystnie styropian przed zapaleniem i utratą izolacyjności termicznej, dostosowana jest do stopniowego wzrostu własnej izolacyjności termicznej, podczas działania podwyższonej temperatury wywołanej np.; pożarem. W podwyższonej temperaturze, na skutek wydzielenia wody międzykrystalicznej z tiosiarczanu sodowego, odprowadzana jest pewna ilości ciepła z powierzchni aktywnej przegrody, oraz następuje aktywacja grafitu ekspandującego, dając początek budowy struktury termoizolacyjnej nadległej w stosunku do tworzywa termoizolacyjnego, korzystnie styropianu oraz budowy zasadniczej osnowy ceramicznej powstającej z reakcji termofizycznych krzemianu sodowego, dioctanu glikolu etylowego, kwasu octowego i kompleksu krzemianowego, tworząc porowatą przegrodę termoizolacyjną gdzie poroforem jest woda międzykrystaliczna pochodząca z tiosiarczanu sodu, krzemianu sodowego oraz aktywowanego grafitu.

Nieoczekiwanie okazało się, że obecność wodorotlenku sodowego w krzemianie sodu, stanowi katalizator spieniania grafitu ekspandującego i powoduje jego homogenizację z fazą ceramiczną powstałą na bazie krzemionki koloidalnej wydzielonej z krzemianu sodu w przypadku działania wysokiej temperatury na aktywną przegrodę.

Powstała w ten sposób homogeniczna porowata struktura ceramiczno-węglowa, stanowi nową warstwę termoizolacyjną o dużej odporności cieplnej zastępującą zdegradowany styropian przed działaniem i przenoszeniem ognia w trakcie pożaru, oraz przed topieniem się styropianu.

Odporność aktywnej przegrody według wynalazku, o strukturze ceramiczno-węglowej, na działanie strumienia cieplnego wynosi od 950-1300°C.

Ponadto aktywna przegroda według wynalazku, o kapilarach przelotowych stanowi filtr dla gazowych produktów rozkładu pirolitycznego styropianu, będących produktami palnymi, okludującymi w kapilarach z jednoczesnym wydzielaniem wę gla in statu nascendi powodują c wypeł nienie kapilar i uszczelnienie ich do poziomu integralnego. Nieoczekiwanie okazał o się w tym przypadku, iż rezystancja elektryczna struktury grafitowe krzemionkowej przegrody według wynalazku stanowi mostki adhezyjne dla frakcji węglowodorowej powstającej z rozkładu pirolitycznego styropianu eliminując ich zapłon w rejonach o sprzyjającym indeksie tlenowym w polu pożarowym.

Aktywną przegrodą według wynalazku w postaci kompozycji reaktywnej płynnej i/lub gęstopłynnej pokrywa się osnowę kordową włóknistą, którą następnie przykleja się za pomocą prepolimeru poliuretanowego zawierającego 25% grafitu ekspandowanego i 2% katalizatora chemicznego do powierzchni tworzywa bazowego. Tak powstałą warstwową przegrodę termoizolacyjną stosuje się do zabezpieczania powierzchni palnych, szczególnie termoizolacyjnych takich jak styropian i/lub poliuretan, przed utratą właściwości termoizolacyjnych.

Aktywną przegrodę według wynalazku w postaci kompozycji reaktywnej płynnej i/lub gęstopłynnej korzystnie nanosi się również bezpośrednio na powierzchnie bazowego tworzywa termoizolacyjnego np. styropianu i służy ona do zabezpieczania tego tworzywa przed działaniem strumienia cieplnego w zakresie przekraczającym temperaturę topienia i/lub temperaturę destrukcji tworzywa termoizolacyjnego.

Przedmiot według wynalazku przedstawiony jest bliżej w korzystnych przykładach wykonania. Przedstawionych przykładów wykonania nie należy, zatem w żadnym przypadku traktować, jako wyczerpujących i ograniczających prezentowany wynalazek, którego istota została scharakteryzowana w zastrzeż eniach patentowych.

P r z y k ł a d 1

Do mieszarki zaopatrzonej w mieszadło wprowadza się;

- wodny roztwór krzemianu sodu w iloś ci 100 części wagowych;

- dioctan glikolu etylenowego w iloś ci 8,5 części;

- kwas octowy w ilo ś ci 2,1 części wagowych;

- kompleks krzemianowy w ilości 60 części wagowych;

- grafit ekspandujący w ilości 15 części wagowych

Po ujednorodnieniu całości w temperaturze 20°C w czasie 5 minut, powstałą w ten sposób kompozycję nanosimy na osnowę włóknistą kordową którą po utwardzeniu chemicznym w czasie 2 godzin w temperaturze 20° C łączymy z powierzchnią tworzywa termoizolacyjnego, korzystnie styropianu za pomocą prepolimeru poliuretanowego zawierającego 25% grafitu ekspandowanego i 2%

PL 209 846 B1 katalizatora chemicznego. Tak zabezpieczone, warstwowe tworzywo nanosi się w znany sposób na powierzchnię przeznaczoną do zaizolowania.

P r z y k ł a d 2

Do mieszarki zaopatrzonej w mieszadło wprowadza się:

- wodny roztwór krzemianu sodu w iloś ci 100 części wagowych;

- dioctan glikolu etylenowego w iloś ci 8,5 części;

- kwas octowy w ilo ś ci 2,1 części wagowych;

- kompleks krzemianowy w iloś ci 60 części wagowych;

- grafit ekspandujący w ilości 15 części wagowych.

Po ujednorodnieniu całości w temperaturze 20°C w czasie 5 minut, powstałą kompozycję nanosimy bezpośrednio na powierzchnię tworzywa termoizolacyjnego, korzystnie styropianu. Tak zabezpieczone tworzywo nanosi się w znany sposób na powierzchnię przeznaczoną do zaizolowania.

P r z y k ł a d 3

Do mieszarki zaopatrzonej w mieszadło wprowadza się:

- wodny roztwór krzemianu sodu w iloś ci 100 części wagowych;

- dioctan glikolu etylenowego w iloś ci 8,5 części;

- kwas octowy w ilo ś ci 2,1 części wagowych;

- emulsję silikonową o 20% stężeniu oleju metylosilikonowego w iloś ci 2 części wagowych

- kompleks krzemianowy w ilości 65 części wagowych;

- grafit ekspandują cy w iloś ci 20 części wagowych;

- tiosiarczan sodu w iloś ci 5 części wagowych.

Po ujednorodnieniu całości w temperaturze 20°C w czasie 5 minut, powstałą w ten sposób kompozycję nanosimy na osnowę włóknistą kordową którą po utwardzeniu chemicznym w czasie 2 godzin w temperaturze 20°C łączymy z powierzchnią tworzywa termoizolacyjnego, korzystnie styropianu za pomocą prepolimeru poliuretanowego zawierającego 25% grafitu ekspandowanego i 2% katalizatora chemicznego. Tak zabezpieczone, warstwowe tworzywo nanosi się w znany sposób na powierzchnię przeznaczoną do zaizolowania.

P r z y k ł a d 4

Do mieszarki zaopatrzonej w mieszadło wprowadza się:

- wodny roztwór krzemianu sodu w iloś ci 100 części wagowych;

- dioctan glikolu etylenowego w iloś ci 8,5 części;

- kwas octowy w ilo ś ci 2,1 części wagowych;

- emulsję silikonową o 20% stężeniu oleju metylosilikonowego w iloś ci 2 części wagowych;

- kompleks krzemianowy w iloś ci 65 części wagowych;

- grafit ekspandujący w ilości 20 części wagowych;

- tiosiarczan sodu w iloś ci 5 części wagowych.

Po ujednorodnieniu całości w temperaturze 20°C w czasie 5 minut, powstałą kompozycję nanosimy bezpośrednio na powierzchnię tworzywa termoizolacyjnego, korzystnie styropianu. Tak zabezpieczone tworzywo nanosi się w znany sposób na powierzchnię przeznaczoną do zaizolowania.

P r z y k ł a d 5

Do mieszarki zaopatrzonej w mieszadło wprowadza się:

- wodny roztwór krzemianu sodu w iloś ci 100 części wagowych;

- dioctan glikolu etylenowego w iloś ci 8,5 części;

- kwas octowy w ilo ś ci 2,1 części wagowych;

- dyspersje akrylowe- silikonową o zawartości suchej masy 35% w iloś ci 2,5 części wagowych;

- kompleks krzemianowy w iloś ci 65 części wagowych;

- grafit ekspandujący w ilości 20 części wagowych;

- tiosiarczan sodu w ilości 5 części wagowych.

Po ujednorodnieniu całości w temperaturze 20°C w czasie 5 minut, powstałą w ten sposób kompozycję nanosimy na osnowę włóknistą kordową którą po utwardzeniu chemicznym w czasie 2 godzin w temperaturze 20°C łączymy z powierzchnią tworzywa termoizolacyjnego, korzystnie styropianu za pomocą prepolimeru poliuretanowego zawierającego 25% grafitu ekspandowanego i 2% katalizatora chemicznego. Tak zabezpieczone, warstwowe tworzywo nanosi się w znany sposób na powierzchnię przeznaczoną do zaizolowania.

P r z y k ł a d 6

- wodny roztwór krzemianu sodu w ilości 100 części wagowych;

PL 209 846 B1

- dioctan glikolu etylenowego w iloś ci 8,5 części;

- kwas octowy w ilo ś ci 2,1 części wagowych;

- dyspersje akrylowe- silikonową o zawartości suchej masy 35% w iloś ci 2,5 części wagowych;

- kompleks krzemianowy w iloś ci 65 części wagowych;

- grafit ekspandujący w ilości 20 części wagowych;

- tiosiarczan sodu w iloś ci 5 części wagowych.

Po ujednorodnieniu całości w temperaturze 20°C w czasie 5 minut, powstałą kompozycję nanosimy bezpośrednio na powierzchnię tworzywa termoizolacyjnego, korzystnie styropianu. Tak zabezpieczone tworzywo nanosi się w znany sposób na powierzchnię przeznaczoną do zaizolowania.

Aktywne przegrody według wynalazku posiadają jednocześnie właściwości ognioochronne i inhibicyjne w zakresie kinetyki destrukcji, zachodzącej w odniesieniu do indeksu tlenowego.

W zależ noś ci od przeznaczenia, aktywne przegrody wedł ug wynalazku, po połączeniu z tworzywem termoizolacyjnym i utwardzeniu termicznym i/lub chemicznym można pokryć od zewnętrznej strony warstwą hydrofobową i/lub dekoracyjną w postaci różnego rodzaju tynków, tapet, czy innych powłok dekoracyjnych.

Claims (3)

1. Aktywna przegroda, zabezpieczająca powierzchnie niskotemperaturowych tworzyw służących do izolacji termicznej, takich jak styropian, drewno, poliuretan, przed działaniem strumienia cieplnego powodującego degradacje tych tworzyw, korzystnie w postaci kompozycji reaktywnej, płynnej lub gęstopłynnej do bezpośredniego nakładania na bazowe tworzywo termoizolacyjne lub uprzednio na osnowę włóknistą kordową - składającej się z krzemionki i posiadającej opcjonalnie wypełniacze aktywne w postaci pęczniejącego grafitu, jak również posiadającej opcjonalnie przetworniki radiacyjne, sorbenty i desorbenty wody, znamienna tym, że kompozycja reaktywna składa się ponadto z kompleksu krzemianowego w ilości od 10-100 części wagowych w stosunku do krzemianu sodowego; dyspersji i/lub emulsji silikonowych i/lub akrylowych i/lub akrylowo - silikonowych w ilościach od 0,5-35 części wagowych; wodnego roztworu krzemianu sodu w postaci zolu w ilości 5-70 części wagowych; tiosiarczanu w ilości 0,5-30 części wagowych oraz dioctanu glikolu etylenowego w ilości 7-18 części wagowych i kwasu octowego w ilości 0,5-4,5 części wagowych.

2. Aktywna przegroda, według zastrz. 1, znamienna tym, że kompleks krzemianowy składa się z SiO2 w ilości 94,70%, Fe2O3 w ilości 0,43%, AI2O3 w ilości 0,46%, węgla w ilości 1,80%, CaO w ilości 0,20%, MgO w ilości 0,35%, H2O w ilości 0,30%.

3. Aktywna przegroda, według zastrz. 1, znamienna tym, że kompozycją reaktywną jest mieszanina kompleksu krzemianowego, dioctanu glikolu etylenowego, wody i kwasu octowego z dodatkiem krzemianu sodu, dyspersji i/lub emulsji silikonowych i/lub akrylowych i/lub akrylowo-silikonowych, tiosiarczanu oraz opcjonalnie pęczniejącego grafitu.