25 Maja 2020

Wyzwania branży poliuretanowej - współczynnik lambda.

Czym jest lambda i dlaczego jest tak istotna w branży termoizolacyjnej? Czy istnieje granica jej obniżenia?

Współczynnik przewodzenia ciepła, o którym tak dużo się mówi w branży termoizolacyjnej, oprócz tego, że jest właściwością fizyczną, stanowi o klasie materiału izolacyjnego, a to wpływa bezpośrednio na pozycję i cenę rynkową konkretnego produktu. I nic w tym dziwnego, w końcu o wartości izolacji powinna decydować właśnie zdolność danego wyrobu do ograniczenia strat ciepła. Pytanie, jak duża może być owa zdolność.


Współczynnik lambda a produkcja polioli

Przewodność cieplna pianki izolacyjnej zależy od przewodności mieszaniny gazów w komórkach poliuretanu i przewodności stałego polimeru oraz promieniowania cieplnego zachodzącego między komórkami.
Niemal każdy segment branży poliuretanowej walczy o obniżenie współczynnika przewodzenia ciepła gotowej przegrody poliuretanowej. Producenci polioli modyfikują matrycę polimerową w taki sposób, aby zwiększyć wpływ współczynnika lambda materiału budującego ścianę komórek na izolacyjność gotowej piany.


Współczynnik lambda a inne elementy systemu

Producenci stabilizatorów pracują zaś nad proporcją hydrofobowych łańcuchów do hydrofilowych głów cząsteczki silikonu, przyłączając do niego coraz bardziej złożone ugrupowania chemiczne tylko po to, aby modyfikować w odpowiedni sposób napięcie powierzchniowe i wpływać na budowę, wielkość i kształt tworzących się komórek, co ma bezpośrednie przełożenie na przewodnictwo gotowej piany.
Warto nadmienić, że stabilizatory silikonowe nie są jedynymi związkami powierzchniowo czynnymi, które stosuje się w systemach poliuretanowych w celu poprawy współczynnika przewodzenia ciepła. Są nimi także związki powierzchniowo czynne, których nie zaliczymy do grupy silikonowych – mowa tutaj głównie o alkoksylatach alkoholi i kwasów tłuszczowych. Można więc wyobrazić sobie ogrom możliwych kombinacji cząsteczek, które mają wpływ na kształtowanie komórek poliuretanu, a docelowo – na wartość współczynnika przewodzenia ciepła.

W tym miejscu nasuwa się pytanie: w jakim stopniu producenci stabilizatorów mogą regulować opisany wpływ za pomocą budowy cząsteczki? Wytwarzanie poliuretanu jest wypadkową wielu zjawisk fizykochemicznych. Należy tutaj uwzględnić mieszanie oraz wpływ ciśnienia i temperatury. Warto pamiętać o tym, że nie każde odkrycie w laboratorium generuje symetryczną zmianę podczas wielkoskalowej produkcji.


Co wpływa na przewodność cieplną pianki poliuretanowej?

W ogólnym założeniu promieniowanie cieplne jest obniżane przez zmniejszenie komórek, a przewodzenie ciepła w stałym polimerze obniża się przez zmniejszenie gęstości pianki. Jednakże to przede wszystkim przewodzenie mieszaniny gazów komórkowych stanowi o przewodności cieplnej pianki. Około 65-80% zdolności izolacyjnej pianki wynika z właściwości izolacyjnych mieszanki gazów komórkowych, podczas gdy rozmiar komórki i gęstość odpowiadają za nią łącznie w pozostałej części.


Przyszłość branży termoizolacyjnej

Czy istnieje gaz doskonały, którego przewodnictwo będzie na tyle niskie, że pozwoli na znaczące obniżenie przewodnictwa cieplnego poliuretanu? W tym miejscu warto zaznaczyć, że gaz ten musi dodatkowo zmieniać swój stan skupienia w zakresie temperatur, w którym tworzy się poliuretan.


Trzeba mieć na uwadze, że tylko ścisła korelacja pomiędzy trzema zjawiskami – promieniowaniem cieplnym, przewodnictwem gazów zamkniętych w komórkach i przewodnictwem ciała stałego, czyli w tym przypadku polimeru budującego ściany komórek – wygeneruje oczekiwany efekt w przewodnictwie cieplnym piany poliuretanowej. Wydaje się, że możliwych wariacji jest bardzo dużo.


W jakim stopniu jednak jesteśmy w stanie zmniejszyć rozmiar komórki czy obniżyć gęstość piany bez utraty innych ważnych właściwości fizykomechanicznych? Pamiętajmy, że fizyka tworzy w tym aspekcie ograniczenia. Czy jesteśmy więc w stanie podważyć jej istniejące prawa? Czy odkryjemy gaz o ekstremalnie niskim własnym przewodnictwie cieplnym, który będzie jednocześnie przyjazny dla środowiska i obojętny dla żywych organizmów? Podobno potrzeba jest matką wynalazków…

 

 


Autor: Monika Cybulska-Kucharska
Technolog

    

Absolwentka technologii chemicznej na Uniwersytecie Technologiczno-Przyrodniczym w Bydgoszczy. Technolog, który w swojej pracy kieruje się dewizą, że pokora i zdobywanie doświadczenia jest gwarancją sukcesu. Moja przygoda z rynkiem poliolowo-poliuretanowym trwa już niemal 8 lat! Aktywnie uczestniczę w wielu projektach mających na celu doskonalenie produktów firmy Purinova. Prywatnie amatorka podróży małych i dużych oraz entuzjastka układania puzzli.