CZ306893B6

CZ306893B6 - Způsob výroby integrálních dílců na bázi lehčeného polystyrenu se zabudovanými funkčními a/nebo ozdobnými prvky

Info

Publication number: CZ306893B6
Application number: CZ2012-120A
Authority: CZ
Inventors: Petr Briš; Jiří Kuběna
Original assignee: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2017-08-30
Also published as: WO2013123919A1; CZ2012120A3

Abstract

Způsob výroby integrálních dílců spočívá v tom, že do formy se umístí ozdobné a/nebo funkční prvky, jejichž kontaktní plocha umístěná uvnitř formy se předem opatří adhezívním nánosem z kapalného prepolymeru na bázi polyesterů nebo polyéteruretanů, na bázi butadienu a styrénu, butadienu a akrylonitrilu, a/nebo prepolymeru na bázi jiných monomerů obsahujících koncové NCO skupiny v množství 0,7 až 3,0 hmotn. dílů, nejlépe 1,2 až 2,2 % hmotn. dílů na 100 hmotn. dílů prepolymeru; zbylý prostor formy se vyplní předpěněnými perličkami z lehčeného polystyrenu a na takto připravený polotovar se působí vodou ze syté vodní páry, čímž se z předpěněných perliček vytvoří báze z lehčeného polystyrenu a současně se působením vody na koncové NCO skupiny adhezívního nánosu z kapalného prepolymeru vytvoří na rozhraní báze a funkčního a/nebo ozdobného prvku pevný polymer. NCO skupiny prepolymeru se před nánosem na lepený povrch s výhodou maskují přídavkem amino- nebo nitrosloučenin, jako je například kaprolaktam, sekundární aminy, sloučeniny s fenolickým jádrem, případně přídavkem jiných maskovacích činidel schopných uvolňovat NCO skupiny při zvýšené teplotě.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby integrálních dílců na bázi lehčeného polystyrenu se zabudovanými funkčními a/nebo ozdobnými prvky. Řešení je určeno k využití především ve stavebnictví.

Dosavadní stav techniky

V současné době se bloků na bázi lehčeného polystyrenu široce využívá ve stavební výrobě. Zde mají nejširší použití pro klasickou formu zateplování starších panelových nebo i cihlových staveb s příliš nízkým tepelným odporem, to znamená s vysokými tepelnými ztrátami, což převedeno do praxe představuje zvýšené nároky na množství energie potřebné k zajištění dostatečného vytápění budov.

Dodatečné zateplování je poměrné pracnou záležitostí. Například pro zateplení 1 m² panelového domu se předpokládá spotřeba lidské práce cca 1,05 Nh, což se přibližuje pracnosti hrubé stavby pomocí železobetonových panelů. Rovněž spotřeba materiálů je relativně vysoká. Na zateplení 1 m² je sice zapotřebí jen cca 1,4 až 2,8 kg lehčeného polystyrenu ve formě desek (podle hustoty a tloušťky desky), ovšem další materiály tvoří 3 kg lepicí stěrky a cca 1,1 m² armovací sklotextilní síťoviny nebo tkaniny. Výše uvedená spotřeba je stanovena pro jednoduchou technologii lepení polystyrénové desky přímo na zateplovanou stěnu. Kvalitnější provedení využívá přikotveného roštu z dřevěných nebo hliníkových profilů a je podstatně pracnější.

Panelová výstavba se vyznačuje poměrně vysokou rychlostí realizace a relativně nízkou spotřebou lidské práce při vlastní výstavbě. Ovšem při výstavbě je vždy nutno využít těžké stavební techniky. Příprava panelů se realizovala mimo staveniště, což mělo mimo vlastní racionalizaci výroby polotovarů výhodu i v tom, že příprava polotovarů nebyla závislá na povětrnostních podmínkách. Ovšem takto vytvořené obytné prostory většinou již nesplňují současné požadavky na bydlení, a to jak z estetického hlediska, tak i z pohledu užitných vlastností, k nimž patří i zvuková a tepelná izolace stavby.

Zvýšené normativní i uživatelské požadavky na bydlení způsobily nárůst procenta zděných novostaveb. Při jejich realizaci se místo klasických cihel používá cihlových nebo betonových tvárnic, většinou děrovaných, případně pro zlepšení tepelného odporu vybavených izolační vložkou. Pracnost výstavby je cca 4 až 5 krát vyšší než u panelových staveb a rychlost realizace silně ovlivňují povětrnostní podmínky. Tepelný odpor zdivá při tloušťce stěny okolo 50 cm činí 2,7 až 2,9 m² K / W, což je na hranici doporučené hodnoty.

Ve srovnání se zděnými objekty je pracnost realizace podstatně nižší u výstavby budov metodou ztraceného bednění. V tomto případě se použijí duté tvárnice vyrobené z cementotřísky, které se na sebe poskládají, až vytvoří souvislou stěnu (bez malty). Spojení mezi tvárnicemi je realizováno pomocí kovových spon nebojsou tvárnice přímo vybaveny drážkami a zámky. Svislé dutiny se zalijí betonem. Pracnost technologie se ve srovnání s klasickým zděním sníží asi o jednu třetinu. Tepelný odpor je však i zde nízký - dosahuje hodnoty cca 1,9 m² K / W. Přiměřený tepelný odpor stěny samotné přitom ještě nezabezpečí dostatečnou tepelnou izolaci. U reálné stavby bude průměrná hodnota tepelného odporu nižší v důsledku ztrát prostřednictvím stavebních otvorů (dveře, okna). Index vzduchové neprůzvučnosti se u nich většinou pohybuje okolo 50 dB.

Poměrně vysoká pracnost a relativně dlouhá doba výstavby podnítila zájem o tzv. lehké stavby, které byly dosud využívány jako tzv. účelové stavby, hlavně v průmyslu a zemědělství, i pro účely bydlení. Princip výstavby je následující: vybudují se obvodové nosné dílce, které mohou být zděné, ze dřeva, případné oceli a na ně se připevní nosné rošty ze dřeva nebo z profilů na bázi ocelí příp. hliníku ve tvaru U nebo C. Nosné dílce nebo rošty jsou upraveny tak, aby zde mohly být umístěny vodo- nebo

- 1 CZ 306893 B6 elektroinstalační prvky. Následuje oplášťování deskami tvořícími vnější stěnu, uchycení izolační hmoty na bázi vláken nebo lehčených plastů a oplášťování vnitřní stěny. Konečnou úpravou je zatmelení spár, případně povrchová úprava stěn. Při vhodné volbě materiálové skladby může být životnost takové stavby 80 až 100 let, tepelný odpor nad 5 m² K / W a index zvukové neprůzvučnosti okolo 50 dB. Pracnost takové výstavby je asi 2 až 2,5 krát vyšší ve srovnání s panelovou. K výhodám patří i skutečnost, že není nutno použít ke stavbě těžkou techniku.

Pracnost výstavby tohoto typu by bylo možno ještě snížit použitím dílců, u nichž by obvodové desky a izolační jádro byly pevně spojeny, čímž by byl vytvořen lehký stavební panel. V případě, že by tento stavební panel obsahoval elementy umožňující vazbu panelů mezi sebou, pracnost výstavby by byla srovnatelná s klasickou výstavbou při použití železobetonových panelů. Výhodou těchto stavebních dílců je i možnost přenést montáž lehkých panelů mimo staveniště a tím do značné míry eliminovat vliv počasí při vlastní výstavbě.

I tento způsob má své nevýhody. Vlastní výroba panelů je poměrně pracnou záležitostí. Slepování jádra s dalšími elementy vyžaduje další strojní vybavení. Je technologicky obtížné vybavit tento panel trubkami pro zavedení elektro- případně vodoinstalace a jejich umístnění na povrch panelu určitě nepřispěje k estetice bydlení. Jistý problém nastává i při volbě lepidla. Přesné slepování velkých ploch tuhých materiálů může způsobovat technologické problémy z hlediska dosažení požadované přesnosti a nároky na lepený spoj v podobě tepelné odolnosti jsou poměrně vysoké (dostatečná pevnost i nad 50 °C).

Způsob výroby pěnového tvarovaného dílu s dekorační oblastí dle CZ/EP 1 695 807 zahrnuje eventuální použití vytvrditelného polymeru, mimo jiné kapalného polyuretanu, který zde slouží k pevnému spojení (přeplátovaný spoj) dekorační viditelné oblasti, tvořené měkkým materiálem, například usní, s nedekorační neviditelnou oblastí, tvořenou pevným materiálem. Tvarovaná nedekorační oblast slouží k zabudování dalších elementů do konečného výrobku, např. hodin do přístrojové desky automobilu. Teprve po vytvoření pevného spoje obou oblastí dojde k dalšímu kroku, kdy se dutina zaplní materiálem na bázi lehčeného polyuretanu. Způsob dle CZ/EP 1 695 807 je tedy v podstatě složen ze dvou popsaných kroků: 1) vytvoření pevného budoucího povrchu výrobku na bázi dekorační fólie a 2) vyplnění dutiny formy materiálem na bázi dvousložkového polyuretanového systému. Jde tedy o aditivní dvoufázový proces, jímž do výrobku nelze spolehlivě zabudovat nosné dílce, které by mohly být vystaveny vyššímu mechanickému namáhání.

Dokument CZ 289 516 popisuje hotový dílec vyrobený z kuliček expandovaného polypropylenu, který je povrchově aktivován teplem a na plastifikovanou vrstvu polymeru se následně přilisuje dekorační materiál. Hlavní nevýhoda tohoto postupu opět spočívá v počtu operací potřebných pro získání výrobku.

Řešení podle dokumentu CZ PV 2000-1608 je charakteristické tím, že dochází k vyplňování dutiny expandovanými polyolefinovými anebo polyfenyloxidovými kuličkami, které se účinkem horké páry navzájem spojí a do určité míry také přilnou k dekoračnímu povrchovému materiálu. Pevnost takto vytvořeného spoje je však poměrně nízká a je ještě dále snížena v důsledku molekulární vrstvičky vody vodní páry. Proto takto nelze vytvořit v jedné operaci pevný spoj mezi lehčenými perličkami plastu a dekoračním materiálem tvořícím povrch dílce. Pevnost spoje dostatečně nevzroste ani použitím nánosu termoplastického lepidla na rub dekoračního materiálu, neboť navazující technologický krok opět vytvoří dílčí překážku adheze v podobě vrstvičky vodní páry. Nízká adhezní pevnost tedy stejně jako u předchozí technologie neumožňuje u řešení dle CZ PV 2000-1608 spolehlivě zabudovat do lehčeného výrobku funkční (nosné) dílce. Za zmínku stojí dále i samotná skutečnost, že působení vodní páry v této technologii je do jisté míry kontraproduktivní.

O

Podstata vynálezu

Dosud uvedené nevýhody a nedostatky tvorby nebo spojování dílců u známých stavebních technologií do značné míry odstraňuje způsob výroby integrálních dílců na bázi lehčeného polystyrenu se zabudovanými funkčními a/nebo ozdobnými prvky podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že při výrobě báze z předpěněných perliček z lehčeného polystyrenu se do formy umístí funkční a/nebo ozdobné prvky, jejichž kontaktní plocha umístěná uvnitř formy se předem opatří adhezívním nánosem z kapalného prepolymeru na bázi polyesterů nebo polyéteruretanů, na bázi butadienu a styrénu, butadienu a akrylonitrilu, a/nebo prepolymeru na bázi jiných monomerů obsahujících koncové NCO skupiny v množství 0,7 až 3,0 hmotn. dílů, nejlépe 1,2 až 2,2 % hmotn. dílů na 100 hmotn. dílů prepolymeru; zbylý prostor formy se vyplní předpěněnými perličkami z lehčeného polystyrenu a na takto připravený polotovar se působí vodou ze syté vodní páry, čímž se z předpěněných perliček vytvoří báze z lehčeného polystyrenu a současně se působením vody na koncové NCO skupiny adhezívního nánosu z kapalného prepolymeru vytvoří na rozhraní báze a funkčního a/nebo ozdobného prvku pevný polymer.

NCO skupiny prepolymeru se před nánosem na lepený povrch s výhodou maskují přídavkem aminonebo nitrosloučenin, jako je například kaprolaktam, sekundární aminy, sloučeniny s fenolickým jádrem, případně přídavkem jiných maskovacích činidel schopných uvolňovat NCO skupiny při zvýšené teplotě.

Integrálním dílcem je s výhodou polystyrénový stavební panel a funkčními elementy jsou s výhodou obvodové desky nebo výztužné elementy v podobě sítí, prutů, trubek, dále také elementy pro elektronebo vodoinstalaci.

Povrch stěny formy může být částečně nebo úplně pokryt polymemí fólií, papírovou tapetou, dýhou, případně jiným funkčně a/nebo esteticky zušlechťujícím materiálem, tvořícím pak povrch integrálního dílce.

Množství nánosu kapalného prepolymeru v praxi činí 50 až 500 g / m², nejlépe 100 až 200 g / m². NCO skupina je schopna reakcí s vodou vytvořit pevný polymer podle rovnice:

- NCO + H₂O + OCN - =>, -NHCONH - + CO₂, nebo v případě skupiny maskované sloučeninou HX:

- NHCOX + H₂O + XOCNH - + teplota => - NHCONH- + CO₂ + 2HX.

Pro vytvrzování lepivého nánosu se využije sytá vodní pára, která se současně používá i k výrobě lehčeného polystyrénového bloku z předpěněných perliček o sypné hmotnosti 10 až 40 kg / m³, nejlépe 25 až 35 kg / m³.

Způsob výroby integrálních dílců podle vynálezu umožňuje vyrobit lehké stavební dílce (panely) na bázi lehčeného polystyrenu s integrálně zabudovanými funkčními, případně ozdobnými prvky mimo staveniště, přičemž pracnost výroby každého takového dílce je jen o málo vyšší než pracnost výroby vlastní lehčené báze. Zabudované prvky - obvodové desky, spojovací elementy, trubky pro vedení elektro- nebo vodoinstalace, případně vyztužení v podobě prutů, sítí apod. nebo i další elementy zlepšují funkčnost nebo estetiku stavebních integrálních dílců. Všechny tyto zabudované prvky jsou u integrálního dílce pevně spojeny s lehčenou bází. Pevnost vytvořeného spoje převyšuje strukturní pevnost lehčeného polystyrenu a jeho tepelná odolnost je okolo 140 °C. Tepelně izolační vlastnosti i zvuková neprůzvučnost zůstávají zachovány a pracnost výroby a rychlost realizace stavby z takových integrálních dílců bude srovnatelná s klasickou panelovou výstavbou, přičemž se stavba obejde bez použití těžké stavební techniky.

Výhodou řešení podle vynálezu je skutečnost, že spojování vnějších ploch lehčené báze s dalšími prvky i případné pevné zabudování elektro nebo vodoinstalačních trubek nebo jiných elementů do struk tury lehčené báze probíhá současně s výrobou této báze za použití jedné formy v jedné technologické operaci.

Případné úpravy formy slouží pouze pro fixaci funkčních a/nebo ozdobných prvků, které je potřeba zabudovat do struktury lehčené báze. To podstatně snižuje pracnost výroby i nároky na technické vybavení.

Použitím způsobu dle vynálezu lze získat širokou škálu provedení konečného integrálního dílce - stavebního panelu. Povrch jádra může být vyztužen síťovinou, například na bázi skleněných vláken. Vnitřní obvodová deska může být nahrazena tapetou apod.

Přestože hlavní oblastí využití vynálezu bude především výroba lehčených stavebních panelů, jeho praktická využitelnost je podstatně širší. Způsob podle vynálezu lze využít i při přípravě desek použitých k zateplení, které budou opatřeny lícovou vrstvou. Například při zateplení cihlových domků mohou být zateplovací desky pevně spojeny s polyesterovou fólií imitující kresbu cihlové stěny. Není vyloučeno ani využití technologie podle vynálezu při výrobě obalů s tvarovaným vnitřním jádrem.

Příklady uskutečnění vynálezu

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží dále uvedené příklady konkrétního provedení způsobu výroby podle vynálezu.

Příklad 1

Cementotřísková deska o tloušťce 12,5 mm opatřená lepicím nánosem kapalného butadienstyrénového kaučuku zakončeného NCO skupinami byla uložena na dno formy, přičemž lepicí nános směřoval do prostoru formy. Obsah NCO skupin u uvedeného kapalného kaučuku činil 1,8 %, množství nánosu bylo 150 g / m². Forma o hloubce 250 mm byla po stranách vybavena tryskami pro přívod syté páry. Do prostoru formy byla zafixována elektroizolační trubka s povrchem opatřeným nánosem stejného prepolymeru. Forma pak byla naplněna předpěněnými polystyrénovými perličkami o sypné hmotnosti 30 kg/m³. Na polystyrénovou náplň pak byla přiložena deska na bázi sádrokartonu o tloušťce 12 mm opatřená lepicím nánosem o hmotnosti 100 g / m²tak, aby nános směřoval do prostoru formy. Po uzavření formy byla do trysek přivedena sytá vodní pára. Jejím účinkem došlo ke změknutí polystyrénové hmoty, dopěnění perliček a jejich slepení za vytvoření pevné lehčené báze. Současně došlo i k pevnému spojení lehčené báze se zabudovanými funkčními prvky - obvodovými deskami i elektroinstalační trubkou. Tepelný odpor takto vytvořeného integrálního dílce se zabudovanými funkčními prvky (stavebního panelu) činí cca 6,5 m²K / W, index zvukové neprůzvučnosti je cca 51 dB. Použitím uvedeného stavebního panelu klesne pracnost stavebních prací o 30 až 50 %.

Příklad 2

Cementovláknitá deska na bázi skelných vláken o tloušťce 15 mm byla opatřena nánosem kapalného prepolymeru na bázi polyeteruretanu (obsah NCO skupin 2%) o plošné hmotnosti 150 g/m². NCO skupiny byly maskovány kaprolaktamem. Deska byla vložena do formy o hloubce 300 mm, opatřené po bočních stěnách tryskami pro přívod syté páry. Forma pak byla naplněna perličkami předpěněného polystyrenu o sypné hmotnosti 35 kg/m³. Na horní plochu náplně byla přiložena síťovina na bázi polyesterových vláken o hmotnosti 0,15 kg/m² a následně polyesterová fólie, obsahující na líci budoucí kresbu stěny a na rubu nános výše uvedeného prepolymeru o plošné hmotnosti 200 g/m². Po uzavření se do formy zavedla sytá pára. Tímto postupem byl získán integrální dílec (montážní panel), který má na líci povrchovou úpravu. Hodnota tepelného odporu u tohoto montážního panelu je kolem 6,2 m K/W a index vzduchové neprůzvučnosti cca 57 dB.

Λ

Průmyslová využitelnost

Způsob výroby integrálních dílců na bázi lehčeného polystyrenu se zabudovanými funkčními a/nebo ozdobnými prvky podle vynálezu nalezne uplatnění ve všech oblastech, kde je vyžadováno pevné spojení báze z lehčeného polystyrenu s dalšími prvky umístěnými na povrchu nebo ve struktuře lehčené báze. Přednostní oblastí využití je stavebnictví.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby integrálních dílců na bázi lehčeného polystyrenu se zabudovanými funkčními a/nebo ozdobnými prvky, vyznačující se tím, že při výrobě báze z předpěněných perliček z lehčeného polystyrenu se do formy umístí funkční a/nebo ozdobné prvky, jejichž kontaktní plocha umístěná uvnitř formy se předem opatří nánosem z kapalného prepolymeru na bázi polyesterů nebo polyéteruretanů, na bázi butadienu a styrénu, butadienu a akrylonitrilu, případně prepolymeru na bázi jiných monomerů zakončených NCO skupinou, v množství 0,7 až 3,0 hmotn. dílů, nejlépe 1,2 až 2,2 % hmotn. dílů na 100 hmotn. dílů prepolymeru, zbylý prostor formy se vyplní předpěněnými perličkami z lehčeného polystyrenu a na takto připravený polotovar se působí vodou ze syté vodní páry, čímž se z předpěněných perliček vytvoří báze z lehčeného polystyrenu a současně se působením vody na koncové NCO skupiny nánosu kapalného prepolymeru vytvoří na rozhraní báze a funkčního a/nebo ozdobného prvku pevný polymer.
2. Způsob výroby integrálních dílců na bázi lehčeného polystyrenu podle nároku 1, vyznačující se tím, že NCO skupiny se maskují přídavkem látek na bázi sloučenin s fenolickým jádrem, na bázi kaprolaktamu, sekundárních aminů, případně jiných sloučenin obsahujících kovové NCO skupiny.
3. Způsob výroby integrálních dílců podle nároku 1, vyznačující se tím, že povrch integrálního dílce se částečně nebo úplně pokryje polymerní fólií, papírovou tapetou, dýhou, případně jiným funkčně a/nebo esteticky zušlechťujícím materiálem.
4. Způsob výroby integrálních dílců podle nároku 1, vyznačující se tím, že integrálním dílcem je polystyrénový stavební panel a funkčními prvky jsou obvodové desky nebo výztužné elementy v podobě sítí, prutů, trubek, dále také elementy pro elektro- nebo vodoinstalaci.