Možnosti využití izolačních materiálů na bázi odpadních textilních vláken v podlahách
Zajistit ekologickou likvidaci a případnou recyklaci starého a poškozeného oblečení je v praxi poměrně problematické. Problémem při likvidaci textilního odpadu je skutečnost, že oděvní odpad je směsicí přírodních a syntetických vláken. Příspěvek se věnuje možnostem vývoje a výroby izolačních materiálů na bázi odpadních textilních vláken a jejich následného uplatnění v novodobých podlahových konstrukcích.
1. Úvodem
Kvalitní akusticko izolační materiály jsou základem kvalitních plovoucích podlah, jejichž význam je v posledních letech stále více důležitý především v oblasti občanské bytové výstavby, a to nejen v oblasti novostaveb, ale i v oblasti rekonstrukcí a tvorby bytových nástaveb a vestaveb stávajících konstrukcí.
Tato skutečnost je patrná i z postupného zpřísňování požadavků v oblasti neprůzvučnosti vodorovných dělících konstrukcí, ke kterému došlo naposledy v roce 2010 s revizí normy 730532 „Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků – Požadavky“.
V případě akusticko izolačních materiálů používaných v konstrukcích plovoucích podlah by měl izolant vykazovat nízkou hodnotu dynamické tuhosti (pro dobré akustické vlastnosti podlahy v oblasti kročejové neprůzvučnosti) a dále vysoké hodnoty zvukové pohltivosti ve frekvenčním spektru zvukoizolačního pásma (pro dobré akustické vlastnosti podlahy v oblasti vzduchové neprůzvučnosti).
2. Alternativní akusticko izolační materiály na bázi textilního odpadu
Zbytky oděvů a spotřebního zboží na textilní bázi tvoří nesnadno recyklovatelný odpad, který bývá v současné době spalován. Při vytřídění a rozvláknění odpadního textilu je možné získat velmi kvalitní druhotnou surovinu, která je využitelná při výrobě tepelně a akusticko izolačních materiálů velmi dobrých užitných vlastností. Příspěvek popisuje možnosti využití vláken získaných z odpadního textilu pro výrobu izolačních rohoží pojených bikomponentními vlákny. V daném případě se jednalo o odpadní bavlněná vlákna, která byla pojena bikomponentními polyesterovými vlákny v poměru 85:15.
Po homogenizaci směsi vláken byla při výrobě vytvořena izolační rohož, která byla za zvýšené teploty zhutněna v zapékací peci na požadovanou objemovou hmotnost a po ochlazení byla rozřezána do desek o rozměrech 1000 × 500 mm.
Byly vytvořeny tři typy vzorků, které se od sebe lišily objemovou hmotností:
- vzorek 1: objemová hmotnost cca 30 kg.m-3,
- vzorek 2: objemová hmotnost cca 40 kg.m-3,
- vzorek 3: objemová hmotnost cca 60 kg.m-3.
3. Vyhodnocení experimentů
Z vyrobených materiálů byly připraveny zkušební vzorky:
- o rozměru 200 × 200 mm pro stanovení fyzikálních vlastností,
- o rozměru 300 × 300 mm pro stanovení tepelně izolačních vlastností,
- kruhového tvaru o průměru 100 a 30 mm pro stanovení akustických a difúzních vlastností.
Na zkušebních vzorcích byla provedena série laboratorních měření, jejichž cílem bylo stanovení základních vlastností, které jsou významné z pohledu užití izolačních materiálů do konstrukcí plovoucích podlah. Bylo provedeno stanovení následujících vlastností:
- tloušťky (dle ČSN EN 12431),
- objemové hmotnosti (dle ČSN EN 1602),
- součinitele tepelné vodivosti (dle ČSN 707012, ČSN EN 12667, ISO 8301),
- činitele zvukové pohltivosti (dle ČSN ISO 10534),
- dynamické tuhosti (dle ČSN ISO 9052-1).
3.1 Stanovení fyzikálních vlastností
Z pohledu základních vlastností je klíčové především stanovení tloušťky a objemové hmotnosti, které se u izolačních materiálů provádí v souladu s ČSN EN 12431 a ČSN EN 1602. Stanovení tloušťky a objemové hmotnosti bylo provedeno na vzorcích o rozměrech 200 × 200 mm při normovém zatížení 250 Pa. Výsledky měření jsou zachyceny v následující tabulce:
| Označení vzorku | Tloušťka [mm] | Objemová hmotnost [kg.m-3] |
|---|---|---|
| Vzorek 1 | 55,54 | 35,83 |
| Vzorek 2 | 73,06 | 43,00 |
| Vzorek 3 | 45,74 | 65,05 |
Nejvyšší objemová hmotnost byla naměřena u vzorku č. 3 s tloušťkou 45,74 mm (65,05 kg.m-3), v daném případě byl při výrobě zkušebních vzorků použit největší stupeň zhutnění. Naopak nejnižší hodnota objemové hmotnosti byla zaznamenána u vzorku č. 1 s tloušťkou 55,54 mm (35,83 kg.m-3).
3.2 Stanovení tepelně izolačních vlastností
Tepelně izolační vlastnosti jsou u materiálů používaných do plovoucích podlah důležité především v případech, kdy se vodorovná dělící konstrukce nachází mezi dvěma prostory s odlišnou teplotou vnitřního prostředí, mezi prostředími s rozdílným způsobem vytápění nebo se jedná o podlahovou konstrukci přiléhající k zemině. Dále pak jsou tepelně izolační vlastnosti důležité, především u lehkých podlah, z pohledu tepelné jímavosti podlahové konstrukce.
Stanovení součinitele tepelné vodivosti bylo provedeno na zkušebních vzorcích 300 × 300 mm ve vysušeném stavu pomocí stacionární metody desky, a to při různých středních teplotách: −10, 0, +10, +20, +30 a +40 °C při teplotním spádu 10 K. Pro měření bylo použito přístroje Lambda 2300. Výsledky měření jsou uvedeny v následující tabulce a grafu:
| Označení vzorku | Tloušťka [mm] | Součinitel tepelné vodivosti [W.m-1.K-1] stanovený při různých středních teplotách | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -10 °C | 0 °C | +10 °C | +20 °C | +30 °C | +40 °C | ||
| Vzorek 1 | 55,54 | 0,0325 | 0,0340 | 0,0361 | 0,0382 | 0,0390 | 0,0398 |
| Vzorek 2 | 73,06 | 0,0328 | 0,0341 | 0,0359 | 0,0387 | 0,0403 | 0,0399 |
| Vzorek 3 | 45,74 | 0,0314 | 0,0326 | 0,0340 | 0,0352 | 0,0365 | 0,0376 |
Graf 1: Přehled naměřených hodnot součinitelů tepelné vodivosti u zkušebních vzorků v závislosti na teplotě
Zjištěné hodnoty tepelných vodivostí se pohybovaly v rozmezí od 0,0314 do 0,0398 W.m-1.K-1 v závislosti na teplotě a zkušebním vzorku. Při střední teplotě +10 °C byla nejpříznivější hodnota tepelné vodivosti zjištěna u vzorku č. 3 s nejvyšší hodnotou objemové hmotnosti a byla rovna 0,0340 W.m-1.K-1.
3.3 Stanovení akustických vlastností
Z pohledu akustických vlastností izolantů používaných v konstrukcích plovoucích podlah je dynamická tuhost, která je důležitá z pohledu kročejové neprůzvučnosti podlahy, jako celku. Dynamická tuhost byla zkoušena rezonanční metodou na vzorcích tvaru desky o rozměrech 200 × 200 mm dle citované ČSN ISO 9052-1. Z pohledu vzduchové neprůzvučnosti je dále důležitá znalost průběhu zvukové pohltivosti na zvukoizolačním frekvenčním rozsahu 100–5000 Hz. Hodnota činitele zvukové pohltivosti byla stanovena na kruhových vzorcích o průměru 100 a 30 mm dle ČSN ISO 10534 v třetinooktávových pásmech. Pro vzájemné porovnání naměřených hodnot byla výpočtově stanovena hodnota váženého činitele zvukové pohltivosti dle ČSN EN ISO 11654. Výsledky měření jsou uvedeny v následující tabulce a grafu:
| Označení vzorku | Dynamická tuhost [MPa.m-1] | Vážený činitel zvukové pohltivosti [-] |
|---|---|---|
| Vzorek 1 | 5,01 | 0,90 |
| Vzorek 2 | 5,51 | 0,90 |
| Vzorek 3 | 5,69 | 0,85 |
Graf 2: Průběh činitele zvukové pohltivosti u jednotlivých zkušebních vzorků v závislosti na frekvenci
Jak je patrné z výše uvedených výsledků, všechny zkušební vzorky vykazují vynikající vlastnosti v oblasti dynamické tuhosti (ve všech případech se jedná, dle klasifikace ČSN 73 0532, o dynamicky měkké materiály), tak i v oblasti zvukové pohltivosti. Akustické vlastnosti zkušebních vzorků byly v oblasti dynamické tuhosti prakticky srovnatelné, nicméně mírně lepších vlastnosti vykazoval vzorek č. 1 s nižší objemovou hmotností. V oblasti zvukové pohltivosti byla situace obdobná, všechny vzorky vykazovaly prakticky obdobné vlastnosti, nicméně vzorek č. 3 vykazoval vlastnosti mírně horší. Vzhledem k tomu, že zkušební vzorky nevykazovaly stejnou tloušťku, nelze naměřené hodnoty vzájemě srovnávat.
4. Závěr
Bylo provedeno stanovení základních fyzikálních, tepelně izolačních a akustických vlastností izolačních materiálů na bázi odpadních textilních vláken. Na základě dosažených výsledků lze tvrdit, že tyto materiály vykazují ve všech těchto oblastech velmi dobré vlastnosti a jsou plně srovnatelné s běžnými izolačními materiály na stavebním trhu.
| Vzorek č. | Tloušťka [mm] | Objemová hmotnost [kg.m-3] | Součinitel tepelné vodivosti* [W.m-1.K-1] | Dynamická tuhost [MPa.m-1] | Vážený činitel zvukové pohltivosti [-] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 55,54 | 35,83 | 0,0361 | 5,01 | 0,90 |
| 2 | 73,06 | 43,00 | 0,0359 | 5,51 | 0,90 |
| 3 | 45,74 | 65,05 | 0,0340 | 5,69 | 0,85 |
Poznámka: * Hodnota součinitele tepelné vodivosti při střední teplotě +10 °C
Hlavní předností těchto materiálů je velmi nízká hodnota dynamické tuhosti, která zaručuje, že plovoucí podlahy vyrobené s využitím těchto izolačních materiálů budou vykazovat (při správném návrhu a provedení) velmi dobré akustické vlastnosti. Dále je nutné vyzvednout i vysokou hodnotu zvukové pohltivosti, která je důležitá při použití těchto izolantů do lehkých vodorovných dělicích konstrukcí (např. u dřevěných stropů kombinovaných s lehkou plovoucí podlahou).
Dále pak lze vidět velký potenciál těchto materiálů z pohledu trvale udržitelného rozvoje v oblasti výroby kvalitních stavebních materiálů, kdy využitím odpadních techtilních vláken dochází k využití nesnadno likvidovatelného textilního odpadu a zároveň dochází k úsporám v oblasti čerpání neobnovitelných surovinových zdrojů.
Příspěvek vznikl za podpory projektu Specifického vysokoškolského výzkumu na VUT v Brně č. FAST-S-11-21.
Ensure environmentally friendly disposal and possible recycling of old and damaged clothing is quite problematic in practice. The problem with waste disposal of textiles is the fact that clothing is a waste mixture of natural and synthetic fibers. The paper deals with possibilities of development and production of insulation materials based on waste textile fibers and their subsequent application in modern floor construction.