Poliuretan - materiał izolacyjny bliski ideałowi?

W obecnych czasach powszechnie stawia się na modernizację i prostotę. Trendy te nie ominęły także branży budowlano-remontowej, gdzie często wykorzystuje się prefabrykaty (m.in. w postaci płyt) ze względu na łatwość i szybkość ich montażu - dwie główne zalety tego typu produktów. Podobne tendencje są zauważalne również w branży izolacyjnej, gdzie dużą popularnością cieszą się rozwiązania sprawdzone, ekonomiczne, wydajne pod względem energetycznym i zarazem proste w zastosowaniu, jak np. pianki uszczelniające czy gotowe wyroby służące do ocieplania ścian, dachów, posadzek, fundamentów, instalacji itp. wykonane z poliuretanu. W tym miejscu należy zaznaczyć dynamiczny rozwój poliuretanowych izolacji natryskowych, które (mimo że są wykonywane na miejscu (in-situ), a nie na linii produkcyjnej) stale zwiększają swoje udziały rynkowe.

Poliuretany to substancje zaliczane do polimerów, powstające w wyniku reakcji chemicznej poliolu i izocyjanianu (pochodne ropy naftowej). Należą do związków łatwych w przetwarzaniu i przyjaznych w użytkowaniu. Reakcja chemiczna niezbędna do wytworzenia pianki izolacyjnej następuje w wyniku odpowiedniego zmieszania obu reagentów z substancjami pomocniczymi takimi jak katalizatory czy stabilizatory. Poliuretan zaczął być wykorzystywany na skalę przemysłową już w pierwszej połowie XX w. Jest uniwersalnym materiałem, powszechnie obecnym w naszym codziennym życiu.

Na temat praktycznego wykorzystania izolacji z poliuretanu w sektorze budowlanym rozmawiam z Maciejem Kubankiem, prezesem zarządu utworzonego w 2009 r. Polskiego Związku Producentów i Przetwórców Izolacji Poliuretanowych PUR i PIR ''SIPUR'', zrzeszającego obecnie 29 przedsiębiorstw produkcyjno-handlowo-usługowych.

Polski Związek Producentów i Przetwórców Izolacji Poliuretanowych PUR i PIR ''SIPUR'' istnieje już ponad 11 lat. Jakie były największe napotkane przez państwa do tej pory wyzwania organizacyjno-funkcjonalne?

Utworzenie Związku z pewnością nie było łatwym zadaniem. Pierwsze próby powołania krajowej reprezentacji branży poliuretanowej miały miejsce jeszcze w latach 90-tych, ale dopiero inicjatywa podjęta w roku 2009 doprowadziła do zarejestrowania naszej organizacji. Chociażby to pokazuje delikatność materii, z jaką mamy na co dzień do czynienia. W praktyce nakłada to na nas obowiązek wnikliwego analizowania, nie tylko pod kątem obowiązujących wymogów prawnych, ale także w szerszym kontekście proponowanych i podejmowanych przez ''SIPUR'' działań i inicjatyw. Wśród najważniejszych celów, jakie stawia przed sobą nasz Związek, jest oczywiście monitorowanie krajowych (i europejskich) działań i inicjatyw dotyczących kwestii legislacyjnych. Istotnym obszarem są także polskie i europejskie normy techniczne. Przedstawiciele ''SIPUR'' biorą udział w pracach normalizacyjnych 8 komitetów technicznych i podkomitetów Polskiego Komitetu Normalizacyjnego PKN, a nasi zagraniczni koledzy w podobnym charakterze działają w komitetach technicznych europejskiej organizacji standaryzacyjnej CEN. 

Utrzymujemy kontakty z krajowymi instytutami badawczymi i innymi agendami rządowymi oraz związkami i stowarzyszeniami reprezentującymi pokrewne branże. Wśród tematów którymi się zajmujemy jest także ochrona środowiska, efektywność energetyczna oraz strategie UE dotyczące szeroko pojętej branży tworzyw sztucznych. Oprócz wymienionych powyżej zagadnień o charakterze strategicznym prowadzimy także działania promocyjno-edukacyjne. Wystawiamy się regularnie na targach branżowych, sponsorujemy i bierzemy udział w konferencjach, seminariach, kongresach i warsztatach poświęconych budownictwu, izolacjom, kwestiom energetycznym, chemii, recyklingowi oraz wymogom prawnym dotyczącym budownictwa. Prowadzimy prezentacje pod hasłem ''Poliuretan izoluje lepiej'', które są dedykowane czynnym zawodowo inżynierom budowlanym oraz przyszłym profesjonalistom, tj. studentom politechnik i innych wyższych uczelni. Tego typu spotkania są dobrą okazją do roboczej rozmowy o budowie, rodzajach i technologiach wytwarzania produktów poliuretanowych, a także o najważniejszych cechach i zaletach wyrobów izolacyjnych z poliuretanu. Na wyższych uczelniach technicznych prowadzimy konkurs na najlepsze prace dyplomowe z wykorzystaniem poliuretanu jako izolacji cieplnej w budownictwie. 

Jakie zastosowanie w budownictwie ma poliuretan?

Obszar jego stosowania jest niezwykle szeroki. To właśnie poszerzanie zakresu aplikacji poliuretanu jest bardzo istotnym powodem wzrostu całej branży. Oprócz budownictwa jest on obecnie wykorzystywany także w przemyśle chłodniczym (lodówki, zamrażarki, lady), meblarskim (materace, krzesła, fotele), samochodowym (fotele, podgłówki, podłokietniki, kokpity), obuwniczym, materiałów ubraniowych, farbiarskim, klejowym, medycznym, a nawet w produkcji jachtów i promów kosmicznych. Najdłużej wytwarzanym i stosowanym w Polsce wyrobem budowlanym z poliuretanu są płyty warstwowe w okładzinach metalowych. Jeśli mnie pamięć nie myli, niedługo będzie to już 50 lat. Z tego powodu, a także dzięki swoim licznym zaletom, są one chyba najbardziej znanym i najbardziej popularnym w naszym kraju wyrobem poliuretanowym. 

W przypadku innych produktów izolacyjnych z tego materiału sytuacja jest trochę odmienna. Wynika to przede wszystkim ze zdecydowanie krótszego okresu ich stosowania w Polsce. Mam tu na myśli głównie płyty izolacyjne oraz izolacje techniczne (z okładzinami i bez). Wszystkie wymienione powyżej wyroby poliuretanowe są produkowane fabrycznie w przeciwieństwie do izolacji wytwarzanych in-situ (natryskiwanie i zalewanie). Dynamiczny rozwój poliuretanu natryskowego (i zalewowego) może być powodem do autentycznej dumy firm oferujących tę formę izolacji cieplnej. Mam tu na myśli zarówno producentów systemów i surowców przeznaczonych do wytwarzania izolacji z poliuretanu zamknięto- i otwartokomórkowego, jak i firmy aplikujące in-situ oba rodzaje izolacji. 

Podstawowym powodem, dla którego wyroby PUR i PIR cieszą się coraz większą popularnością w branży budowlanej jest niski współczynnik przewodzenia ciepła lambda. Wyroby poliuretanowe o budowie zamkniętokomórkowej mają lambdę niższą (lepszą) niż tradycyjne materiały izolacyjne. Sztywna pianka poliuretanowa jest odporna na działanie wilgoci oraz ma wysoką wytrzymałość na ściskanie mimo niskiego ciężaru właściwego, co jest istotne w przypadku izolacji. Ze względu na różnice pomiędzy parametrami wyrobów poliuretanowych wytwarzanych w różnych technologiach, gęstościach, kształtach, z dodatkami (okładziny) lub bez itp. należy pamiętać, aby do konkretnej aplikacji wybrać optymalny wyrób przeznaczony do danego zastosowania.

Na czym w takim razie polega różnica między materiałami PUR i PIR?

Poliizocyjanuran, znany po prostu jako PIR, posiada lepsze parametry ogniowe od standardowego poliuretanu PUR. Normy produktowe obejmują obie odmiany poliuretanu, a PIR to udoskonalona odmiana poliuretanu o zmodyfikowanej budowie, która jest efektem cyklotrimeryzacji grup izocyjanianowych. W jej wyniku następuje korzystna z punktu widzenia właściwości ogniowych modyfikacja budowy chemicznej poliuretanu, polegająca na wytworzeniu pierścieni izocyjanurowych określanych jako struktura PIR. Z tego właśnie względu stale rośnie udział wyrobów PIR w ogólnej liczbie izolacji poliuretanowych wytwarzanych na potrzeby budownictwa. 

Dodatkowo PUR i PIR cechuje odporność na grzyby, pleśń, rozpuszczalniki i kwasy. W przypadku natrysku poliuretanu zamkniętokomórkowego pojawia się dodatkowy efekt mechanicznego wzmocnienia izolowanej cieplnie struktury, a w przypadku natrysku otwartokomórkowego polepszenia właściwości akustycznych. 

Wspomina pan o izolacyjności cieplnej, która ma coraz większe znaczenie w budownictwie - zarówno w Polsce, jak i na świecie. Obecnie jednym z trendów jest konstrukcja domów pasywnych i tych o zwiększonej wydajności energetycznej. Jak rosnąca popularność tego typu obiektów oddziałuje na rynek wyrobów z poliuretanu?

Projektowanie i wznoszenie budynków wysoce efektywnych energetycznie to faktycznie rosnący w siłę trend, którego nie można lekceważyć. Również w Polsce powstaje coraz więcej obiektów o bardzo dobrej izolacyjności cieplnej, w tym także budynków pasywnych. Jest to w znacznej mierze zasługą architektów i przedsiębiorców budowlanych, ale wynika także z coraz wyższych oczekiwań użytkowników i właścicieli zainspirowanych popularnymi w Europie nowoczesnymi i tanimi w eksploatacji budynkami. W rezultacie stale rośnie popyt na wyroby izolacyjne, w tym także na te bardziej skuteczne od stosowanych tradycyjnie, czyli na poliuretan PUR i PIR.

Jakie są najpowszechniej wykorzystywane metody izolacji poliuretanem, jeśli chodzi o sektor budownictwa jednorodzinnego?

Wspominałem wcześniej o technologii natryskowej, która obejmuje pianki otwarto- i zamkniętokomórkowe. Głównym powodem różniących je parametrów jest inna gęstość. W przypadku pierwszego z wymienionych rodzajów natrysku wynosi ona zwykle od 8 do 12 kg/m3, zaś jeśli chodzi o drugi typ wartość ta jest co najmniej trzykrotnie wyższa. W piankach otwartokomórkowych (tych o niższej gęstości) czynnikiem izolującym jest przede wszystkim powietrze. Z kolei pianki sztywne mają lepsze parametry izolacyjne dzięki strukturze zamkniętych komórek, które są wypełnione gazem spieniającym o niskiej lambdzie. Oba typy pianek są często wykorzystywane do aplikacji in-situ. Dodatkowo technologie natryskowe cechuje bardzo dobra przyczepność do podłoża, szybka aplikacja, a także brak konieczności składowania dużych ilości wyrobów przed ich zamontowaniem, co może mieć miejsce w przypadku innych rodzajów izolacji. Trzeba pamiętać, że natrysk poliuretanu powinien być wykonany przez specjalistyczną firmę, której pracownicy zostali odpowiednio przeszkoleni, posiadają profesjonalny sprzęt do wytwarzania poliuretanu, stosują środki ochrony osobistej itp. W przypadku budynków jednorodzinnych należy także wspomnieć o płytach izolacyjnych, które mogą być z powodzeniem stosowane na dachy skośne, płaskie oraz ściany (od strony zewnętrznej i wewnętrznej) i posadzki, jak również do wykonywania izolacji technicznych z poliuretanu.

 jakie korzyści wiążą się z zastosowaniem poliuretanu w budownictwie przemysłowym? Czy popularność tego materiału jest równie duża w tym segmencie, jak w konstrukcji domów osób prywatnych?

Ze względu na ogromną popularność i długą historię w Polsce tzw. ''lekkiej obudowy'' z płyt warstwowych z poliuretanu, duża część hal (a dokładniej mówiąc, ich ścian) jest projektowana i wznoszona z wykorzystaniem tych właśnie wyrobów. Nieco inaczej wygląda sytuacja jeśli chodzi o płyty izolacyjne, które mogą być stosowane zarówno na ściany jak i na dachy (włącznie z dachami płaskimi), posadzki itp. Ich udział w rynku krajowym jest wciąż stosunkowo niski i z pewnością nie zadowala firm oferujących te wyroby. Jest to tym bardziej zastanawiające, że uwzględnione w projekcie konstrukcyjnym hali pozwalają one na zmniejszenie ciężaru i kosztu konstrukcji dachu, blachy trapezowej, obróbek i łączników. Wynika to zarówno z mniejszego ciężaru właściwego, jak i lepszej izolacyjności cieplnej, co skutkuje zastosowaniem izolacji o mniejszej grubości i mniejszym ciężarze. 

Czy z biegiem lat jakość izolacji poliuretanowej zmienia się na tyle, by wymiernie oddziaływać na przenikalność termiczną budynku?

Nie, zdecydowanie nie ma powodów do takich obaw. Faktycznie, wraz z upływem czasu gaz spieniający znajdujący się w zamkniętych komórkach poliuretanu jest częściowo zastępowany przez powietrze. Jest to jednak brane pod uwagę na etapie badań parametrów cieplnych wyrobów z poliuretanu, a podawana przez producenta w Deklaracji Właściwości Użytkowych (DWU/DoP) wartość współczynnika przewodzenia ciepła (lambda) obejmująca niezbędne dodatki te zmiany uwzględnia. Ta zawyżona (gorsza) wartość lambdy określa maksymalny poziom, do jakiego współczynnik przewodzenia ciepła będzie się zbliżał w długim okresie. I właśnie ta wartość (tzw. lambda deklarowana uwzględniająca starzenie) jest dla wyrobów z poliuretanu zamkniętokomórkowego lepsza (niższa) od lambdy tradycyjnych materiałów izolacyjnych. Ponieważ jest ona jedyną wersją współczynnika braną pod uwagę w obliczeniach projektantów, nie można powiedzieć że zmienia się w czasie. 

Wspominał pan wcześniej o izolacjach technicznych z poliuretanu. Czym się one charakteryzują?

Generalnie izolacje techniczne są stosowane w celu zminimalizowania strat powstających w wyniku przepływu ciepła bądź chłodu między składowanym lub transportowanym medium, a otoczeniem. Przykładem mogą być chociażby systemy przeznaczone do ogrzewania i chłodzenia, które dzięki wykorzystaniu izolacji cieplnej o odpowiedniej efektywności znacząco zmniejszają ilości ''traconej'' energii. Izolacje techniczne mogą także zabezpieczać instalacje przed kondensacją pary wodnej, a także chronić osoby przebywające w pobliżu instalacji przed negatywnymi skutkami zbyt wysokiej lub zbyt niskiej temperatury. 

Dzięki niskiemu współczynnikowi przewodzenia ciepła lambda izolacji technicznych z poliuretanu możliwe jest zastosowanie stosunkowo cienkiej warstwy, która będzie spełniała swoje zadanie równie efektywnie, jak grubsza warstwa wykonana z innego rodzaju materiału. Wykorzystanie izolacji z poliuretanu umożliwia także pozostawienie większej wolnej przestrzeni w bezpośrednim otoczeniu instalacji, a czasami jest wręcz jedynym sposobem zaizolowania ze względu na małą ilość wolnego miejsca. Dobór wyrobów izolacyjnych pod kątem konkretnego zastosowania nie powinien stanowić większego problemu, ponieważ na rynku istnieje szereg zróżnicowanych wariantów izolacji z poliuretanu (wymiary, kształty, otuliny, łupki, z płaszczem zewnętrznym np. z PVC lub aluminium, lub bez płaszcza). Płaszcz zewnętrzny stanowi dodatkową asekurację mechaniczną (odporność/wytrzymałość) oraz zwiększa bezpieczeństwo instalacji.

Jak pana zdaniem rysuje się przyszłość materiałów izolacyjnych?

Jestem przekonany, że z biegiem lat zapotrzebowanie na szeroko rozumianą energię będzie rosnąć. Tym samym będzie wzrastać także zapotrzebowanie na wyroby izolacyjne, szczególnie na te bardziej efektywne; tak więc z optymizmem patrzę na przyszłość całej naszej branży, mimo coraz większej liczby sygnałów o próbach dyskredytowania niektórych rodzajów materiałów izolacyjnych ze względu na parametry ogniowe. Dopóki w ramach przepisów projektanci będą mogli się kierować relacją cena/efektywność (price/performance ratio), czyli nie będą zmuszeni do ''wyboru'' danego typu materiału izolacyjnego ze względu na wymogi formalne, tak długo będę spokojny o przyszłość wyrobów z poliuretanu przeznaczonych do izolacji cieplnej w budownictwie.

Rozmawiała Agata Mojcner