Možnosti úpravy přírodních izolací pro omezení vlhkosti a nasákavosti
Ve stavebnictví lze stále více pozorovat snahu využívat ekologické stavební materiály. Tento trend úzce souvisí se snížením energetické náročnosti budov a také se snižováním ekologické zátěže průmyslu vůči životnímu prostředí. Jednou z možností snížení energetické náročnosti budov je využití přírodních materiálů. Příspěvek je věnován studiu vlhkostního chování vláknitých tepelně izolačních materiálů na bázi vláken, modifikovaných chemickými přísadami, s cílem vylepšit jejich vlhkostní citlivost, případně i požární odolnost.
Úvod
Přírodní tepelně izolační materiály představují zajímavou alternativu k průmyslově vyráběným syntetickým izolacím. Obliba těchto materiálů v posledních letech roste, což je zapříčiněno jednak změnou v postoji chápání otázky dopadu výroby a užívání syntetických stavebních materiálů na životní prostředí a na zdraví osob, a dále celkovým pokrokem v oblasti technologií výroby izolačních materiálů na přírodní bázi. Současně vyráběné izolace na bázi přírodních vláken mohou plně konkurovat ve většině aplikací materiálům syntetickým, jako je například minerální vlna. Přes tyto skutečnosti však stále brání masovému užívání izolací na bázi přírodních vláken jejich vyšší vlhkostní citlivost, vysoká nasákavost a horší hodnota reakce na oheň (např. ve srovnání s minerální vlnou). Příspěvek je věnován části výzkumu, který byl zaměřený na modifikaci vlastností izolačních materiálů na bázi přírodních vláken v oblasti navlhavosti a nasákavosti, a to pomocí chemické úpravy vláken.
Experimentální část
V první části experimentálních prací byly připraveny roztoky retardérů hoření, které byly zvoleny na základě provedených rešerší [1, 2, 3], o daných koncentracích. Jednalo se o následující chemické látky:
- borax o koncentraci 1,25 %,
- kyselina boritá o koncentraci 1,25 %,
- uhličitan sodný (soda) o koncentraci 5,68 %.
Následně byly tyto roztoky aplikovány nástřikem na zkušební vzorky z přírodních vláken o rozměrech 200 × 200 mm. Zkušební vzorky pak byly vysušeny volně v laboratorních podmínkách. Poté bylo přistoupeno k samotnému testování zkušebních vzorků na reakci na oheň. Zkouška reakce na oheň byla prováděna dle ČSN EN ISO 11925 – 2: Zkoušení reakce na oheň – zápalnost stavebních výrobků vystavených přímému působení plamene – část 2: Zkouška malým zdrojem plamene. Zkušební vzorky o rozměrech 200 × 200 mm byly kondiciovány při teplotě (23 ± 2 °C) a relativní vlhkosti (50 ± 5 %) do ustálení hmotnosti. Následně byl zapálen malý hořák s plamenem do výšky 20 mm. Malý hořák byl skloněn pod úhlem 45° k jeho svislé ose a posouván vodorovně, až plamen dosáhl předem určený dotykový bod na zkušebním tělese, střed dolní hrany vzorku. V okamžiku prvního dotyku zkušebního tělesa plamenem byly zapnuty stopky a plamen se nechal působit 15 s. Poté byl malý hořák oddálen hladkým plynulým pohybem. Následně se provedl záznam, zda došlo k zapálení, do jaké vzdálenosti v mm dosáhla špička plamene nad místem působení plamene a čas, ve kterém k tomu případně došlo, zda byly přítomné plamenně hořící částice a celkové chování zkoušeného zkušebního tělesa.
V druhé části experimentálních prací byly připraveny roztoky hydrofobizačních přísad, které byly zvoleny na základě provedených rešerší [4, 5], o daných koncentracích. Jednalo se o následující chemické látky:
- hexadecyltrimethoxysilan (H6) o koncentraci 6 %,
- tris (2-methoxyethoxy) (vinyl) silan (T6) o koncentraci 6 %,
- vodní sklo (VS),
- methylsilikonát draselný (LUK) o koncentraci 4,76 %,
- směs organických rozpouštědel se speciálními přísadami (DR) o koncentraci 100 %,
- izopropylalkohol (TG) o koncentraci 100 %.
Obr. 1: Aplikace hydrofobizační přísady nástřikem
Obr. 2: Aplikace hydrofobizační přísady namáčením
Aplikace jednotlivých přípravků byla provedena namáčením nebo nástřikem. Další ošetření bylo provedeno pomocí sol-gel metody, vytvořením křemičitého solu z vodného roztoku sodného vodního skla s přídavkem HCl. Poměr sodné vodní sklo, destilovaná voda, HCl byl 1:8:1. Takto byly ošetřeny 2 vzorky, z nichž jeden byl navíc ošetřen hydrolyzovaným H6 (4 % hm.). Bylo také provedeno ošetření pouze roztokem sodného vodního skla v poměru sodného vodního skla k destilované vodě 1:8. Ošetřené zkušební vzorky se nechaly vysušit nejprve v laboratorním prostředí a následně byly dosušeny podle potřeby v sušárně.
Na zkušebních vzorcích byly poté provedeny následující laboratorní zkoušky: stanovení délky a šířky (ČSN EN 822), stanovení tloušťky (ČSN EN 823), stanovení objemové hmotnosti (ČSN EN 1602), stanovení krátkodobé nasákavosti (ČSN EN 1609), stanovení hydroskopické sorpční vlhkosti (ČSN EN ISO 12571). [6, 7, 8, 9, 10]
Vyhodnocení experimentálních měření
Reakce na oheň byla stanovena v souladu s ČSN EN ISO 11925 – 2. Při zkoušce malým plamenem bylo vyhodnocováno, zda došlo k zapálení vzorku, dále dosažená výška špičky plamene po 15 s nad místem působení plamene, zda byla přítomnost plamenně hořících částic a také celkové chování zkoušeného zkušebního tělesa po a během zkoušky.
| Vzorek | Špička plamene [mm] | Popis chování vzorků |
|---|---|---|
| Referenční | 170 | K zapálení došlo ihned, po odchýlení plamene zůstalo pár hořících částic, které prohořívaly dovnitř vzorku. |
| Vzorek 1 – Borax | 120 | K zapálení došlo, po odchýlení plamene zůstalo pár hořících, doutnajících částic, které během chvilky vyhasly, neprohořely dovnitř vzorku. |
| Vzorek 2 – H3BO3 | 135 | K zapálení došlo, po odchýlení plamene zůstalo pár hořících, doutnajících částic, které během chvilky vyhasly, neprohořely dovnitř vzorku. |
| Vzorek 3 – Soda | 105 | K zapálení došlo, po odchýlení plamene zůstalo pár hořících, doutnajících částic, které ihned vyhasly, neprohořely dovnitř vzorku. |
Obr. 3: Zkušební vzorek 3, ošetřený sodou, po zkoušce malým plamenem
Vzhledem k výsledkům zkoušky reakce na oheň, můžeme říct, že všechny protipožární prostředky pozitivně ovlivnily reakci na oheň. Všechny ošetřené vzorky jsme zařadili podle ČSN EN 13 501–1 do třídy reakce na oheň E. Na rozdíl od vzorku neošetřeného – referenčního, který byl zařazen do třídy reakce na oheň F. Jako nejúčinnější z pohledu výsledků zkoušky malým plamenem se jevil vzorek ošetřený roztokem uhličitanu sodného.
U vzorků s hydrofobizační úpravou bylo provedeno stanovení objemové hmotnosti dle ČSN EN 1602 na vzorcích o rozměrech 300 × 300 mm. Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce. Následně bylo provedeno stanovení rovnovážné sorpční vlhkosti u23,80 [%] v souladu s ČSN EN ISO 12571, kdy byly vzorky s hydrofobizační úpravou vystaveny účinkům prostředí s teplotou +23 °C a 80% relativní vlhkosti vzduchu. Dále bylo provedeno stanovení krátkodobé nasákavosti při částečném ponoření Wp [kg.m−2] dle ČSN EN 1609. Výsledky stanovení výše uvedených vlastností jsou uvedeny v tabulce 2 níže.
| Ozn. vzorku | ρa [kg.m−3] | u23,80 [%] | Wp [kg.m−2] |
|---|---|---|---|
| REF | 38 | 14,6 | 2,17 |
| H6 | 39 | 14,2 | 0,57 |
| T6 | 38 | 14,4 | 0,83 |
| LUK | 40 | 14,8 | 1,61 |
| DR | 29 | 11,8 | 0,72 |
| TG | 29 | 11,6 | 0,36 |
| VS | 38 | 17,9 | 1,71 |
| VS+HCl | 31 | 20,7 | 1,78 |
| VS+HCl+H6 | 31 | 21,4 | 1,69 |
Závěr
Vzhledem k výsledkům zkoušky reakce na oheň, můžeme říct, že všechny protipožární prostředky pozitivně ovlivnily reakci na oheň. Všechny ošetřené vzorky jsme zařadili podle ČSN EN 13 501–1 do třídy reakce na oheň E. Na rozdíl od vzorku neošetřeného, který byl zařazen do třídy reakce na oheň F. Jako nejúčinnější z pohledu výsledků zkoušky malým plamenem se jevil vzorek ošetřený roztokem uhličitanu sodného.
Na základě provedených experimentů v druhé části měření bylo zjištěno, že hydrofobizační úpravy výrazně ovlivnily nasákavost tepelně izolačních rohoží na bázi konopných vláken. Všechny ošetřené vzorky vykazovaly nižší hodnoty krátkodobých nasákavostí než vzorek neošetřený, REF. Hydrofobizační prostředky byly použity s cílem dosáhnout u izolací z přírodních vláken hodnot krátkodobé nasákavosti menších než 1 kg.m−2. Nejlepší hodnoty vykazovaly vzorky TG, H6, T6, DR. Nejnižší hodnota krátkodobé nasákavosti byla zjištěna u vzorku TG (Wp = 0,36 kg.m−2).
U vzorků ošetřených pomocí sol-gel metody se nepodařilo významného snížení nasákavosti dosáhnout.
Podle naměřených hodnot rovnovážných sorpčních vlhkostí při teplotě +23 °C a 80% relativní vlhkosti vzduchu lze konstatovat, že hydrofobizační úpravy výrazně nezlepšily navlhavost tepelně izolačních rohoží na bázi přírodních vláken. K mírnému snížení navlhavosti došlo pouze u vzorků TG a DR. Hmotnostní obsah vlhkosti u těchto vzorků dosahoval k 11,8 % a 11,6 %.
Tento příspěvek byl vypracován v rámci řešení projektů GA 13-21791S a Centra AdMaS (ref. č. CZ.1.05/2.1.00/03.0097).
Literatura
- [1] MERCIMEK H. Effect of chemicals and Binders on the Durability of Flame Retardant Treated Cotton Nonwovens: Master´s Thesis [online]. University of Tennessee, 2010. Cit. [20. 5. 2012]. Dostupné z: http://trace.tennessee.edu/utk_gradthes/647
- [2] JANOŠOVÁ M. Aditiva užívaná pro snížení hořlavosti styrenových kopolymerů: bakalářská práce [online]. Zlín, 2009. 69 s. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Fakulta technologická. Vedoucí bakalářské práce Ing. Alena Kalendová, Ph.D. Cit. [21. 5. 2012]. Dostupný z:
http://dspace.k.utb.cz/bitstream/handle/10563/10034/jano%C5%A1ov%C3%A1_2009_bp.pdf?sequence=1 - [3] PARK, Bong – Kuk, KIM Se – Ho. Fireproofing treatment method using water glass [online]. 29. 7. 2004. Cit. [24. 5. 2012]. Dostupný z: Vodní sklo jako retardér hoření
http://www.sumobrain.com/patents/wipo/Fireproofing-treatment-method-using-water/WO2004062815A1.pdf - [4] KUSHWAHA P. K., KUMAR R. Studies on Water Absorption of Bamboo – Polyester Composites: Effect of Silane Treatment of Mercerized Bamboo. Polymer – Plastic Technology and Engineering [online]. Vol 49, Issue 1, 22 December 2009, Pages 45–52, ISSN 0360-2559. Cit. [13. 5. 2012]. Dostupný z:
http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/03602550903283026 - [5] ERASMUS E., BARKHUYSEN F. A., Superhydrophobic cotton by fluorsilane modification. Indian Journal of Fibre & Textile Research [online]. Vol. 34, December 2009, Pages 377–379. ISSN 0975-1025. Cit. [13. 5. 2012]. Dostupný z: http://nopr.niscair.res.in/bitstream/123456789/6884/1/IJFTR%2034(4)%20377-379.pdf
- [6] ČSN EN 822. Tepelně izolační výrobky pro použití ve stavebnictví – Stanovení délky a šířky. Praha: ČNI, 8 s., 1996.
- [7] ČSN EN 823. Tepelně izolační výrobky pro použití ve stavebnictví – Stanovení tloušťky. Praha: ČNI, 16 s., 1996.
- [8] ČSN EN 1602. Tepelně izolační výrobky pro použití ve stavebnictví – Stanovení objemové hmotnosti. Praha: ČNI, 12 s., 1998.
- [9] ČSN EN 1609. Tepelně izolační výrobky pro použití ve stavebnictví – Stanovení krátkodobé nasákavosti při částečném ponoření. Praha: ČNI, 12 s., 1998.
- [10] ČSN EN ISO 12571. Tepelně vlhkostní vlastnosti stavebních materiálů a výrobků – Stanovení hydroskopických sorpčních vlastností. Praha: ČNI, 16 s., 2001.
It is presently in construction increasingly seen a return to natural materials. This trend is closely related with the ever increasing demands for improving the energy performance of buildings and also the reduction of environmental burden on the industry to the environment. During application of natural insulation materials, however, still face with two main disadvantages of these materials. It is their moisture sensitivity associated with a porous material structure, and then an adverse reaction to fire. The paper is devoted to the study of the moisture behavior of fibrous thermal insulation materials, fiber-based modified chemical additives in order to improve their moisture sensitivity.