CZ2019117A3

CZ2019117A3 - Prodyšný tepelně izolační plošný panel s protipožární ochranou

Info

Publication number: CZ2019117A3
Application number: CZ2019-117A
Authority: CZ
Inventors: Petr Louda; Totka Bakalova; Miroslav Frydrych; Miroslav Herclík; Štěpán Hýsek
Original assignee: Technická univerzita v Liberci
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-08-12
Also published as: CZ308423B6

Abstract

Řešení se týká skladby izolačních plošných panelů pro nosné i nenosné stavební konstrukce s integrovanou protipožární ochranou. Základ tepelně izolačního plošného panelu tvoří tepelně izolační jádro (4), které je jednak oboustranně opláštěno nalepenou nanovlákennou membránou (3) z polymerních nanovláken a jednak oboustranně opatřeno geopomymerní vrstvou (1) o měrné hmotnosti od 300 kg·mdo 1 000 kg·mve vrstvě od 5 mm do 15 mm. Mezi nanovlákennou membránu (3) a geopolymerní vrstvu (1) je alespoň z jedné strany tepelně izolačního plošného panelu fixována alespoň jedna plošná textilie (2) z čedičových, skleněných nebo uhlíkových mikrovláken o velikosti ok od 10 mm do 30 mm. Tepelně izolační jádro (4) obsahuje slisovanou a vytvrzenou směs skládající se z 5 % hmotnostních až 70 % hmotnostních plev obilovin, 5 % hmotnostních až 70 % hmotnostních polyuretanových částic a 5 % hmotnostních až 45 % hmotnostních jednosložkového polyuretanového lepidla vytvrzujícího vlhkostí.

Description

Prodyšný tepelně izolační plošný panel s protipožární ochranou

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká skladby plošných panelů pro nosné i nenosné stavební konstrukce. Řešení obsahuje lisované izolační jádro z tepelně izolačního materiálu opatřené oboustranně geopolymemí vrstvou, která zajišťuje pevnost a protipožární odolnost. Navrhovaný panel slouží jako tepelná izolace domu nebo jednotlivých místností, má nosnou nebo nenosnou funkci, má protipožární odolnost, je prostupný pro vodní páru a nepropustný pro vodu v kapalném skupenství.

Dosavadní stav techniky

V současné době se ve stavebnictví používají tepelné izolace z pěnových či vláknitých materiálů, a to jak z organických, tak anorganických látek. Existují prodyšné i neprodyšné izolační materiály, buď pro difúzně otevřené nebo difúzně uzavřené konstrukce. Izolační materiály s dostatečnou soudržností se využívají i v kombinaci s velkoplošnými materiály tak, aby byly vyrobeny sendvičové panely pro nosné účely. Za nosný a izolační panel zároveň se mohou považovat i panely z lepeného lamelového dřeva. Všechny nosné prvky, charakteristické svoji vyšší měrnou hmotností, zhoršují tepelně izolační charakteristiky konstrukce a mohou způsobovat i tepelné mosty.

Prodyšné tepelné izolace jsou charakteristické svojí nasáklivostí přijdou-li do styku s vodou, což následně velmi výrazné snižuje jejich tepelně izolační vlastnosti a může vést i ke zničení celého zateplení objektu. V současné době neexistuje tepelně izolační materiál prostupný pro molekuly vodní páry a zároveň nepropustný pro molekuly vody.

Obecnou nevýhodou tepelně izolačních materiálů je jejich hořlavost. Tuto vlastnost lze potlačit opláštěním izolace nehořlavým materiálem s dobrou požární odolností. Jedná se například o cementotřískové nebo cementovláknité desky s měrnou hmotností nad 1000 kg.m^-3 které svojí hmotností však zatěžují konstrukci a zvyšují tepelnou vodivost celého zateplovacího systému. Pro dosažení vyšší efektivity nosného tepelně izolačního panelu s nehořlavými vlastnostmi je nutné snížit objem i hmotnost nosných a nehořlavých prvku a to tak, aby zároveň nedošlo ke snížení pevnosti či protipožárních charakteristik celého systému.

Známá konstrukční řešení pro vytvořeni tepelně izolačních plošných panelů s protipožární ochranou jsou příkladně uvedena a popsána ve zveřejněné mezinárodní patentové přihlášce WO 03102319. Z tohoto dokumentuje známé vytvoření směsi pro formování panelů, která obsahuje materiál zpomalující hoření. Mletím a recyklací polymemích napěněných produktů se získávají částice, na které je aplikován povlak ohnivzdorného materiálu v tloušťce odpovídající požadovanému stupni ohnivzdomosti. Jako zdroj částic jsou použity výhodně zejména přírodní materiály jako jsou rýžové a obilné slupky nebo korkové granule, které tvoří jádro panelu.

Z dokumentu WO 9835811 je známé vytvoření směsi pro přípravu kompozitního stavebního materiálu, která obsahuje základní organický částicový materiál a pryskyřičné nebo cementové pojivo. Základní organický materiál může zahrnovat vrstvy semen kulturních rostlin jako jsou rýžové nebo obilné plevy, piliny nebo jiné vhodné organické odpadní produkty. Přidáním dalších činidel jsou zlepšeny izolační vlastnosti stavebního materiálu, zejména nehořlavost a nenasákavost vytvOrcncho panelu.

Dokument JP 2002/361612 popisuje vytvoření stavebního materiálu, který kromě bambusových částic může obsahovat i další částice organické hmoty. Jsou to zejména rýžové plevy nebo fazolové otruby, které jsou míchány s pryskyřičným pojivém pro vytvoření desky s dobrou

- 1 CZ 2019 - 117 A3 tepelnou a akustickou izolací.

Navrhované řešení podle vynálezu si klade za úkol vylepšit známé konstrukce plošných stavebních materiálů jako jsou tepelně izolační panely s protipožární ochranou.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je skladba nosné nebo nenosné stěny, tedy izolačního plošného panelu s protipožární ochranou, který obsahuje tepelně izolační jádro složené z 5 % hmotn. až 70 % hmotn. plev obilovin. 5 až 70 % hmotn. polyuretanové pěny ve formě částí a 5 % hmotn. až 45 % hmotn. jednosložkového pojivá vytvrzujícího vlhkostí. Podstata vynálezu spočívá v tom, že uvedené tepelně izolační jádro je oboustranně opláštěno nanovlákennou membránou z polymemích nanovláken, která zajišťuje propustnost pro vodní páru a nepropustnost pro vodu a dále oboustranně opláštěno geopolymemí vrstvou o měrné hmotnosti od 300 kg.m^-3 do 1000 kg.m^-3 v tloušťce od 5 mm do 15 mm, která zajišťuje protipožární vlastnosti a pevnost navrhované stěny. Membrána z nanovláken je umístěna mezi tepelně izolačním jádrem a vrstvou geopolymeru a neboje fixována v samotné geopolymemí vrstvě.

Pro zajištění větší pevnosti plošného panelu jev jeho tloušťce umístěna jedna až pět plošných textilií z čedičových, skleněných nebo uhlíkových mikrovláken o velikosti ok od 10 mm do 30 mm. Plošná textilie z mikrovláken je fixována na nanovlákenné membráně a podle zvoleného užití tepelně izolačního plošného panelu muže být obsažena na jedné straně tepelně izolačního plošného panelu nebo na obou stranách tepelně izolačního plošného panelu. V případě užití pěnové geopolymemí vrstvy je alespoň jedna plošná textilie z mikrovláken pevně ukotvena v napěněné geopolymemí vrstvě.

Ve výhodném provedení izolačního plošného panelu je měrná hmotnost tepelně izolačního jádra tohoto plošného panelu v rozmezí od 40 kg.m^-3 do 240 kg.m^-3 a tloušťka tepelně izolačního jádra v rozmezí od 20 mm do 200 mm.

Všechny hlavní komponenty tepelně izolačního plošného panelu tvoří sendvičový prvek. Nosný prvek a také protipožární prvek v sendvičovém panelu je redukován do jedné vrstvy, čímž je zvýšena efektivita celého tepelně izolačního panelu.

Objasnění výkresů

Konstrukce tepelně izolačních plošných panelů podle vynálezu je v příkladných provedení a schematicky ukázána na výkrese, na němž značí obr. 1 složení tepelně izolačního panelu pro svislé obvodové konstrukce pro nosné stavební účely, obr. 2 složení tepelně izolačního panelu ve svislých konstrukcích pro nenosné stavební účely, obr. 3 složení tepelně izolačního panelu jako obkladové desky ve svislých obvodových stavebních konstrukcích a obr. 4 složení tepelně izolačního panelu pro použití jako tepelné izolace ve stropech stavebních konstrukcí.

Příklady uskutečnění vynálezu

Následující příklady provedení vynálezu slouží k jeho objasnění, aniž by tím byl vynález, jakkoliv omezen.

Příklad 1

Podle obr. 1 tepelně izolační jádro 4 tepelně izolačního plošného panelu se skládá z lisovaných plev pšenice ozimé a recyklovaných částic polyuretanové pěny. Zastoupení plev v tepelně

-2CZ 2019 - 117 A3 izolačním jádru 4 je 40 % hmota., zastoupení recyklovaných částic polyuretanové pěny je 40 % hmota, a zastoupení lepidla je 20 % hmota. Tepelně izolační jádro 4 je opláštěné zobou stran nanovlákennou membránou 3 z polypropylenových vláken. Na takto opláštěném tepelně izolačním jádru 4 je z. obou stran nanesena geopolymemí vrstva 1 o měrné hmotnosti 300 kg.m^-3. V obou vrstvách geopolymeru se nachází ve třech vrstvách plošná textilie 2 z čedičových vláken o velikosti ok 10 mm pevně fixovaná v napěněných geopolymemích vrstvách 1.

Plošným lisováním bylo vyrobeno tepelně izolační jádro 4 tohoto tepelně izolačního sendvičového panelu o měrné hmotnosti 50 kg.m^-3 a o rozměrech 400 x 400 x 50 mm. Na to bylo odváženo 160 g recyklovaných polyuretanových částic a 171,2 g pšeničných plev naklimatizovaných na 7 % absolutní vlhkosti, tzn., že obsahovaly 160 g sušiny. Dále bylo odváženo 80 g jednosložkového polyuretanového lepidla vytvrzujícího vlhkostí. Za stálého míchání byla takto připravená lepicí směs vmíchávána do částic recyklovaného polyuretanu a plev. Směs s lepidlem byla rovnoměrně navrstvena do formy a byla lisována po dobu 60 minut při tlaku 4 kPa. Plošným lisováním materiálu připraveného uvedeným postupem a podle uvedených poměrů lze vyrobit desku i větších plošných rozměru, např. 2 800 x 1200 mm. Na takto připravené tepelně izolační jádro 4 bylo z obou stran naneseno polyuretanové lepidlo v množství 150 g.m’² a na takto připravený povrch byla nalepena nanovlákenná membrána 3 z polyuretanových nanovláken vyrobená elektrospiningem. Na takto opláštěné tepelné izolační jádro 4 byla z jedné strany ve třech vrstvách položena plošná textilie 2 ve formě tkaniny z čedičových mikrovláken o rozměru ok 10 mm a na ni byla nanesena geopolymemí vrstva 1, Geopolymer vytvořil vrstvu tlustou 10 mm a měl měrnou hmotnost 300 kg.m^-3. V důsledku napěňování geopolymeru je plošná textilie 2 pevně ukotvena ve vrstvě geopolymeru. Shodný způsob aplikace geopolymeru a plošné textilie 2 byl zvolen i na druhé straně tepelně izolačního panelu ve formě plošné desky.

Vyrobená plošná deska disponovala pevností v tahu kolmo k rovině desky 0,7 kPa. Naměřený součinitel tepelné vodivosti této vyrobené plošné desky byl roven hodnotě 0,05 W/mK, což je výrazně méně v porovnání se dřevem nebo pouze s geopolymerem. Při zatížení tohoto sendvičového izolačního plošného panelu vodním sloupcem o výšce 750 mm proteklo jeho plochou o 1 m² za 24 hodin 1,8 litru vody, což je výrazně méně v porovnání s jinými vláknitými tepelnými izolacemi. Sendvičový plošný panel také odolal působení požáru s pozvolným nárůstem teploty a o maximální teplotě 800 °C po dobu 810 vteřin.

Příklad 2

Na obr. 2 je konstrukce tepelně izolačního panelu pro nenosné stavební účely. Jeho tepelně izolační jádro 4 se skládá z lisovaných plev pšenice ozimé a recyklovaných částic polyuretanové pěny. Zastoupení plev v jádru je 5 % hmota., zastoupení recyklovaných částic polyuretanové pěny je 50 % hmota, a zastoupení lepidla je 45 % hmota. Tepelně izolační jádro 4 je opláštěné zobou stran nanovlákennou membránou 3 z polypropylenových vláken. Na takto opláštěném jádru je z obou stran nanesen geopolymer o měrné hmotnosti 300 kg m^-3. V obou vrstvách geopolymeru se nachází jedna vrstva plošné textilie 2 ve formě mikrovlákenné tkaniny z uhlíkových vláken o velikosti ok 30 mm. Plošná textilie 2 je pevně fixována v napěněných geopolymemích vrstvách L

Příklad 3

Tepelně izolační jádro 4 prodyšného tepelně izolačního sendvičového plošného panelu podle obr. 3 se skládá z lisovaných plev pšenice ozimé a recyklovaných částic polyuretanové pěny. Zastoupení plev v jádru je 50 % hmota., zastoupení recyklovaných částic polyuretanové pěny je 45 % hmota, a zastoupení lepidla je 5 % hmota. Izolační sendvičový plošný panel je vhodný jako obkladová deska pro vnitřní svislé konstrukce. Tepelně izolační jádro 4 je z obou stran opláštěno nanovlákennou membránou 3 z polymemích nanovláken. Na takto opláštěném tepelně izolačním jádru 4 je z obou jeho stran nanesena geopolymemí vrstva 1 o měrné hmotnosti 600 kg-m^-3. Na

-3 CZ 2019 - 117 A3 vnější straně izolačního sendvičového plošného panelu je pod geopolymemí vrstvou 1 fixována plošná textilie 2 ve formě tkaniny z uhlíkových vláken o velikosti ok 30 mm.

Příklad 4

Tepelně izolační jádro 4 izolačního sendvičového plošného panelu podle obr. 4 se skládá 7 lisovaných plev pšenice ozimé a recyklovaných částic polyuretanové pěny. Zastoupení plev v jádru je 70 % hmotn., zastoupení recyklovaných částic polyuretanové pěny je 20 % hmotn. a zastoupení lepidla je 10 % hmotn. Tepelně izolační jádro je opláštěné zobou stran nanovlákennou membránou 3 z polymemích nanovláken a na takto opláštěném jádru je z obou stran nanesena geopolymemí vrstva 1 o měrné hmotnosti 1000 kg m^-3 obou geopolymemích vrstvách 1 se nachází jedna vrstva plošné textilie 2 ve formě tkaniny ze skelných mikrovláken o velikosti ok 30 mm. Takto konstruovaný tepelně izolační plošný panel je vhodný pro tepelné izolace ve stropech staveb.

Průmyslová využitelnost

Předkládaný technický vynález nabízí řešení pro odpadní materiály jako jsou plevy obilovin, recyklovaná polyuretanová pěna, recyklované sklo či čedičová vlákna a lze je využít pro izolaci staveb v podobě buď nosného nebo i nenosného tepelně izolačního panelu s protipožární odolností, s propustností pro vodní páry a nepropustností vody v kapalném skupenství.

Claims

1. Prodyšný tepelně izolační plošný panel s protipožární ochranou, obsahující tepelně izolační jádro (4) tvořené slisovanou a vytvrzenou směsí obsahující 5 % hmotn. až 70 % hmotn. plev obilovin, 5 % hmotn. až 70 % hmotn. polyuretanových částic a 5 % hmotn. až 45 % hmotn. jednosložkového polyuretanového lepidla vytvrzujícího vlhkostí, vyznačující se tím, že tepelně izolační jádro (4) je jednak oboustranně opláštěno nalepenou nanovlákennou membránou (3) z polymemích nanovláken a jednak oboustranně opatřeno geopolymemí vrstvou (1) o měrné hmotnosti od 300 kg.m^-3 do 1000 kg.m^-3 ve vrstvě od 5 mm do 15 mm, přičemž mezi nanovlákennou membránu (3) a geopolymemí vrstvu (1) je alespoň z jedné strany tepelně izolačního plošného panelu fixována alespoň jedna plošná textilie (2) z čedičových, skleněných nebo uhlíkových mikrovláken o velikosti ok od 10 mm do 30 mm.

2. Prodyšný tepelně izolační plošný panel podle nároku 1, vyznačující se tím, že geopolymemí vrstva (1) je napěněna a alespoň jedna plošná textilie (2) z čedičových, skleněných nebo uhlíkových mikrovláken o velikosti ok od 10 mm do 30 mm je pevně ukotvena v geopolymemí vrstvě (1).