Единственный вариант оптимального выбора любого строительного материала - это определение существующих недостатков. Преимущества всегда были и остаются у каждого материала, а вот недостатки - всегда разные, к тому же варьируются в зависимости от характеристик продукта.
Велось уже очень много разговоров про преимущество эковаты, но на недостатки долгое время закрывали глаза. Учитывая то, что в мире не существует идеальных материалов, эковата имеет ряд существенных недостатков.
Эковата, минусы которой описаны ниже — это наиболее современный и подходящий вариант для теплоизоляции помещений, поэтому все нижеперечисленные недостатки можно с легкостью нивелировать грамотным использованием данного материала.
Очень часто эковату оценивают не по её потенциальным возможностям, а по производителю, который выпускает её. Именно недобросовестные производители портят имидж данного материала.
Отсутствие единых норм и законодательно закрепленных требований к выпуску создает множество лазеек, которые используются для выпуска материала, не соответствующего заявленным характеристикам. Негативное влияние на противопожарные, изоляционные, антибактериальные и структурные свойства эковаты оказывает экономия на самых важных составляющих компонентах сырья - боратах.
Покуда эковата не будет подвергнута единой стандартизации, потребителям остается или приобретать товар наугад, или следовать таким рекомендациям при покупке целлюлозного утеплителя:
Эковата неплохой . Но не стоит останавливаться только на нем, есть и другие виды утеплителей.
Также эковата может стать утеплителем и для каркасного дома. А какого именно типа — выбирать Вам. Если Вам необходим каркасный дом для постоянного проживания, то поможет Вам в строительстве.
Невысокая прочность эковаты при сжатии является одним из ее существенных недостатков. Однако стоит помнить, что данный параметр появляется только в том случае, когда отсутствует настил и присутствует сухая засыпка перекрытий. Для того, чтобы данный недостаток не проявлял себя, необходимо перед процессом утепления сформировать небольшие площадки.
Малая жесткость не позволяет использовать эковату в качестве самостоятельно теплоизоляционного материала при стяжке пола. Единственное решение этой проблемы - предварительная установка ячеек небольшого размера.
Еще одним условным недостатком эковаты можно назвать небольшое наличие влаги в утеплителе во время нанесения его на поверхность клеевым методом. Возможно негативное воздействие влаги на утепляемую поверхность, поэтому перед проведением отделочных работ необходимо дать некоторое время для просушки слоя.
Одним из часто упоминаемых недостатков эковаты является усадка.
Следует учесть тот факт, что усадка образуется только при неправильной укладке - профессионалы всегда учитывают данную особенность эковаты и равномерно распределяют нагрузку.
Для того, чтобы не было усадки, нужно помнить два важных момента:
во-первых, полые перекрытия нужно заполнять с запасом, при этом вата должна немного утрамбовываться;
во-вторых, при открытом способе засыпки желательно формировать слой на 10% толще той ширины, которая планировалась изначально.
Для многих покупателей существенным недостатком является высокая стоимость продукции.
Поскольку без специальных навыков и инструментов невозможно провести укладку влажно-клеевым методом, часто приходится заказывать сопутствующие услуги специалистов. В таком случае цена поднимается в несколько раз.
Конечно, этот недостаток носит условный характер - при наличии опыта (или хотя бы минимальных теоретических познаний) можно самостоятельно провести идеальную укладку.
Целлюлозный утеплитель не обладает идеальными противопожарными показателями. И это вполне закономерно, поскольку она является продуктом древесного происхождения. Тем не менее, эковата при воздействии высоких температур всего лишь тлеет, не допуская распространение огня.
Это все недостатки, которые имеются у целлюлозного утеплителя. Читатель может заметить сам, что большинство из них носит номинальный характер. При правильном выборе можно выбрать продукцию такого качества, которая будет отвечать всем заявленным свойствам. А при наличии минимального опыта работы с данным материалом, монтаж эковаты производится очень легко.
Стоит отметить, что эковата в большей степени подходит для утепления деревянных домов. Если Вы строите дом из пеноблока, то рекомендуем использовать пенопласт. не составит труда, если следовать инструкции.
Если все-таки Вы уже решились на строительство деревянного дома, то предлагаем рассмотреть, в качестве утеплителя такой материал как опилки. Но, конечно он не сравнится с эковатой.
А если Вы только подумываете о возведении деревянного дома, но не знаете какой выбрать, то поможет определится, какой лучше построить — каркасный или брусовый дом.
Современное частное строительство все больше склоняется к принципам энергоэффективности, сегодня практически ни один дом не строится без применения теплоизоляционных материалов. Учитывая огромный выбор, предоставляемый производителями утеплителей, подобрать подходящий по всем параметрам изолятор не представляет сложности. Однако зачастую во главу угла ставится цена вопроса, и тогда круг поисков резко сужается. Как вариант – наши умельцы экономят на монтаже, самостоятельно выполняя доступные операции, а некоторые предпочитают экономить и на самих утеплителях. Конечно, создать в домашних условиях установку для производства минеральной ваты, ПСБ и ЭППС невозможно, а вот освоить кустарное изготовление эковаты – вполне реально. Пока это единичные случаи, но, как и во всем, лиха беда начало, умельцы FORUMHOUSE начинают, остальные присоединятся.
В этом материале рассмотрим:
Эковатой называют целлюлозный утеплитель, представляющий собой рыхлую, неоднородную массу, получаемую путем переработки макулатуры и отходов бумажной промышленности.
Доля целлюлозного волокна в материале составляет около 80 %, остальное приходится на антисептики и антипирены, обычно это производные борной кислоты.
Добавки в массу вводят в середине производственного цикла, после первичного измельчения, и уже с ними она отправляется на окончательную переработку в волокно. Это гарантирует равномерное распределение химикатов в массе. Высказывается мнение, что эти вещества могут быть опасны для здоровья, но ввиду их нелетучести и содержания в материале в рамках ПДК (предельно допустимое количество), определяемого санитарными нормами, при соблюдении технологии монтажа они не выделяются во внешнюю среду.
Если для нашей страны эковата относительно новый утеплитель, то в европейских странах она применяется с тридцатых годов прошлого века с легкой руки немецких разработчиков. Как и большинство остальных теплоизоляторов, целлюлозный не только минимально проводит тепло, но и хорошо гасит звук – слой толщиной всего 15 мм способен поглотить до 9 дБ. По коэффициенту теплопроводности эковата сопоставима с минеральной ватой, у нее этот показатель в пределах 0,037-0,042 Вт/(м·С), в зависимости от плотности массы. Для удобства хранения и транспортировки в процессе упаковки материал прессуют, его плотность варьируется в интервале 150-200 кг/м³.
При использовании массу необходимо распушить, она в несколько раз увеличивается в объеме, а плотность подбирается, исходя из сферы применения и способа нанесения.
Эковата плохо горит даже под прямым воздействием пламени, скорее тлеет и обугливается, по результатам испытаний ей присвоена вторая группа горючести – Г2 (умеренно горючая) и второй класс воспламеняемости – В2 (умеренно воспламеняемая). Так как, кроме целлюлозы и боратов, в ней нет химических добавок, то и по дымообразующей способности у нее второй класс – Д2 (умеренное дымообразование без выделения едких веществ).
Но эти свойства присущи целлюлозному утеплителю в целом, а будет ли конкретная марка соответствовать эталонным образцам, использованным при тестировании, зависит от производителя.
В любом случае, барьерным материалом эковата не считается, и если не применять ее в потенциально опасных зонах, даже при уменьшенном содержании антипиренов она останется эффективным теплоизолятором.
К достоинствам эковаты относят экологичность, так как применяемые при производстве антисептики и антипирены считаются условно безопасными. Однако и производители минеральной ваты заявляют об экологичности своей продукции, также уповая на соблюдение санитарных норм. Отсутствие швов, а, следовательно, и мостиков холода, позиционируемое как еще один плюс, нивелируется усадкой массы в процессе эксплуатации. Если при закладке не была учтена эта особенность материала (запас в 20 %), мостики появятся, просто в другом месте. Тем не менее, это доступный утеплитель с хорошими физическими и эксплуатационными свойствами, который многие выбирают преимущественно из-за приемлемой цены.
Эковата применяется для утепления и звукоизоляции как промышленных и общественных объектов, так и частных домов – в перекрытиях, перегородках, ограждающих конструкциях и кровельных системах. Это один из популярнейших материалов при строительстве каркасных домов в Скандинавии. У нас он не настолько распространен, но многие самозастройщики выбирают эковату в качестве утеплителя.
Существует два основных способа монтажа:
В первом варианте распушенная масса засыпается в полости или задувается специальным агрегатом/самодельным приспособлением.
Во втором – масса смачивается водой или клеевым раствором и наносится на конструкцию посредством специальной установки.
Засыпной способ чаще всего применяется для утепления перекрытий, эковату равномерно распределяют между лагами, уплотняя до 35-45 кг/м³. Используют его и для заполнения стен в каркасном домостроении или в колодцевой кладке, но несколько реже, так как даже трамбовкой сложно добиться желаемой плотности в 60-65 кг/м³.
В стены и наклонные плоскости эковату чаще задувают с помощью профильного оборудования или кустарных установок на базе садовых пылесосов. Вкупе с послойным уплотнением получается слой достаточной плотности без опасности усадки и образования мостиков холода. Мокрый способ востребован при больших объемах, когда засыпка или задувка потребует слишком много сил и времени. Что касается эффективности того или иного способа, она в большей степени зависит от мастерства исполнителей и соблюдения технологии.
Как уже было отмечено, эковату предпочитают другим утеплителям, как более доступный в финансовом плане материал, особенно, если засыпать/задувать самостоятельно. Один из наших умельцев решил пойти еще дальше и сэкономить не только на монтаже, но и на самом сырье.
wIsT-svb Участник FORUMHOUSE
Дом строю, не торопясь, финансами большими не владею, вот и решил замудрить станок по производству эковаты. Распишу подробно, как я к этому шел и до чего пришел. Работаю сам вахтами, время есть подумать, вот и начал мудрить.
Описание всех мытарств на пути к цели максимально подробное и объемистое, имеет смысл выбрать основные моменты.
Так как эковата - это измельченная до волокна макулатура с добавками гофрокартона и других тарных категорий, умелец решил собрать измельчитель. После изучения профильных тем в сети и на форуме и прикидок в Автокаде, идея оформилась в следующую конструкцию:
wIsT-svb Участник FORUMHOUSE
Я решил использовать вал отдельно от мотора, потому что необходимо развить максимальную скорость вращения ножа в бочке. Купил два японских закрытых подшипника, отвез токарю, доработать по чертежам, параллельно с валом заказал шкив на него в 3,5 раза меньше основного вала, чтобы в 3,5 раза увеличить скорость вращения ножа в самой установке.
Двигатель приобрел на одном из развалов, мощностью 4 кВт, с нужным количеством оборотов, осложнения возникли из-за отсутствия у умельца трехфазной сети, пришлось компенсировать запуском через конденсаторы. Емкостью стала железная бочка еще эпохи Страны Советов, выбрана ввиду толщины стенок, нож вырезал из металла толщиной 4 мм. После сборки последовала череда пробных пусков, чтобы сырье не выкидывало из бочки, пришлось наварить «юбку» на расстоянии около 5 см от ножа, а после придумать и крышку.
В результате получился агрегат, разделяющий сырье на волокна, но чтобы эта масса стала эковатой, необходимо внесение реагентов. Иначе в ней беспрепятственно будут развиваться микроорганизмы, и поселятся вредители. Однако эта проблема вполне решаема, все добавки есть в свободной продаже, высчитать пропорции - не самая большая из проблем, а у самой идеи большой потенциал.
Ogest Участник FORUMHOUSE
Тема нужная, набить рейку на дом, под неё задуть вату, а сверху вентфасад – выполнимо своими руками. Если еще и вату самому изготовить – совсем красота. Тем более, некоторая экономия на мембранах и грибках. Борная кислота и бура не очень дороги, а добавлять/смешивать можно попробовать в процессе измельчения. Возможно, имеет смысл использовать в качестве привода высокооборотный электроинструмент? Типа мощной болгарки или рубанок с измененным валом.
Более распространенный способ сэкономить на утеплении – самостоятельно засыпать/задуть эковату, так как и специальное оборудование, и услуги профессионалов значительно удорожают процесс. Что касается засыпки, то здесь основная сложность - распушить массу после заводской упаковки, чтобы получить нужный объем и плотность. Простейший способ – насадка «миксер», дрель/болгарка/перфоратор и ящик. Главный недостаток – трудоемкость и низкая производительность. Наши умельцы механизировали процесс.
turbomev Участник FORUMHOUSE
Используется насадка миксер для краски, длина 60 см, диаметр 100 мм, дрель крутит на максимальных оборотах. Насадки ломаются периодически, рвет лопасти, приходится восстанавливать. Скорость вполне устраивает, за три часа засыпал 2,5 куба ваты, так оперативно даже плитным базальтом не укладывал подобную площадь.
Простой тройник из 110-й ПВХ трубы, дрель закреплена к доске, чтобы не улетела, длинным подвесом для гипсокартона (перфорированная лента, которая гнется). Только раструб надо сделать, чтобы большими порциями загружать. Да и так за минуту полмешка переработал. Скорость зависит от того, как быстро будете загружать.
Себестоимость агрегата минимальна, если нужна большая производительность, реально придумать загрузочную воронку.
По мнению не только Fortunarai, но и других участников ветки, это отличная альтернатива не только ручному пушению, но и садовому пылесосу, если речь о небольших объемах, горизонтальных плоскостях и минимальных вложениях. Кроме того, в отличие от задувки, пыли от такой «мясорубки» практически нет, а при работе с перекрытиями это одно из основных неудобств даже при использовании защитных средств.
Итого: 200 кубов, от 9 тонн осталось 8 мешков, или 120 кг.
Aldobr обошелся без промежуточных процессов, но в основном перед задувкой вату пушат, вот для этого и пригодится устройство Fortunarai, если доработать его горловиной и приемником на выходе.
Если есть возможность обзавестись сырьем для эковаты бесплатно или по бросовой цене, то можно и измельчителем озадачиться, но и на самостоятельной задувке и механизированной засыпке реально сэкономить как силы, так и финансы – доказано нашими умельцами.
Пошаговый алгоритм с видео – в теме от wIsT-svb, об – в теме от turbomev, о достоинствах и недостатках целлюлозного утеплителя – на форуме, в теме « ». Еще об одном засыпном утеплителе – в статье Мастер-класс по утеплению эвокатой – в одном из наших видео.
Экологичная тепло-звукоизоляция на основе распушенного целлюлозного волокна.
Материал применяется для частного и профессионального строительства:
Утепление стен под гипсокартон
Утепление стен под сайдинг
Утепление слоистой кирпичной кладки
Утепление пола
Утепление чердачных перекрытий
Утепление мансарды
В состав Эковаты входят только натуральные компоненты, что делает её безопасной для здоровья человека и позволяет использовать для утепления жилых,
лечебных и учебных заведений.
Высокие теплоизоляционные характеристики (коэффициент теплопроводности Эковаты составляет 0,038-0,041 Вт/мК).
Высокие звукоизоляционные свойства.
Благодаря высоким показателям звукоизоляции (до 55дБ) материал используется для утепления концертных залов и студий звукозаписи.
Возможность ручного или механизированного заполнения материалом уже готовой конструкции стен и перегородок.
Эковата укладывается с помощью выдувной установки под давлением, что позволяет целлюлозным волокнам плотно заполнять всё пространство.
Данный тип укладки исключает образование швов и щелей, обеспечивая максимальную телоизоляционную способность.
Высокая пропускная способность.
Благодаря сочетанию показателей воздухопроницаемости и паропроницаемости материал способен без потери теплоизоляционных свойств поглощать влагу из воздуха
и затем равномерно выпускать ее, что делает его "дышащим" и регулирует микроклимат в помещении,
препятствуя образованию конденсата, обеспечивая тем самым дополнительный комфорт.
Биологическая безопасность.
Благодаря входящему в состав антисептику, материал препятствует распространению плесени и грибка, что делает его надежным и долговечным.
Благодаря обработке противопожарной присадкой "Антиперин" на стадии изготовления, материал является пожаробезопасным (не распространяет огонь и
не выделяет токсичных дымов при горении).
Безотходная технология и низкая цена, снижают капитальные вложения в строительство на 30%
А хорошие теплоизоляционные качества Эковаты означают экономию энергозатрат на отопление и охлаждение помещений
Легкость монтажа
Возможность укладки двумя способом как ручным, так и с помощью специальной установки.
Ручной способ (заполнение пространства для утепления Эковатой без помощи специальных установок)
Механизированный (засыпка материала с помощью специальной установки сухим или мокро-клеевым способом).
Исследования в области применения такого материала, как целлюлозный утеплитель, на 100% подтвердили его практичность и отличные звукоизоляционные свойства, как приятный бонус к теплоизоляции. Поэтому, сегодня производители взяли в оборот данную технологию, что привело к появлению множества брендов на рынке.
Теплоизоляция от Isofloc, Steico, EkoVilla, Termex, Isofiber, Ecowool конкурирует с дешевыми, но не менее практичными отечественными марками Эковата и Юнизол.
Впервые утеплитель из целлюлозы в нашей стране стал известен около 8-ми лет назад. Тогда рыхлый, легкий материал (состоящий на 4/5 из переработанного макулатурного волокна и на остальную часть из антисептиков и антипиренов) произвел сенсацию.
Важно!
Благодаря целлюлозной текстуре он получался легким и теплым, сохраняя нагретый воздух и не поддаваясь процессам гниения и распространения плесени (насекомых, грызунов и т.п.).
Существует несколько конкурентных преимуществ, которые отличают данный материал и позволяют сделать выбор в его пользу:
Благодаря природному строению целлюлозных волокон, это вещество надежно защищает стены не только от холода, но и от жары, является «дышащим», т.е. паропроницаемым, но при этом не задерживает влагу внутри себя. К другим преимуществам следует отнести простоту нанесения и полное отсутствие швов в изоляции.
Наносить его довольно легко: вдвоем за сутки, как показывает практика, им можно оклеить 60-80 кубометров стен.
Важно!
Уровень рН целлюлозы составляет от 7,8 до 8,3, а значит, он не вызывает процессов коррозионного характера при контакте с изоляцией и металлическими профилями.А вот и еще один любопытный факт в пользу материала: целлюлозный утеплитель обладает наивысшими звукоизоляционными свойствами среди всех аналогов. Что касается долговечности, срок службы вторичной целлюлозы составляет при наших климатических условиях 60-70 лет в среднем.
Технические свойства материала
Остается добавить несколько слов об эксплуатационных характеристиках, которые определят выбор в пользу данного утеплителя. Начнем с простой арифметики: допустим, вы применяете утеплитель рулонный или плитовой, который при укладке может давать образование межшовных пустот до 4%.
А это уже считается неэффективной работой, так как теплопроводность падает в 2 раза. С другой стороны, целлюлоза равномерно заполняет пространство под сайдингом, изолируя пустоты и закрывая стыки. Методика нанесения зачастую подразумевает напыление, как это показано на картинке. Хотя возможна и укладка.
Следует учитывать и свойства звукоизоляции, которые усиливаются ввиду того, что тонкое древесное волокно проникает во все пустоты. Так, например, если добавить к гипсокартону 12,5 мм в толщину 50 мм теплоизоляции, получаем снижение шума на 63 дБ.
И дальнейшее увеличение толщины на каждые 10 мм будет давать увеличение шумоизоляции на 4 дБ в среднем.
А вот и некоторые другие технические характеристики, которыми может похвастать утепление целлюлозой:
- Плотность материала колеблется от 35 до 65 кг на кубометр и зависит от области применения теплоизоляции, а также марки-производителя;
- Коэффициент теплопроводности, напомним, 0,036-0,040 Вт/мК и варьируется в зависимости от методики нанесения;
- По классу горючести большинство утеплителей проходят как Г2 – умеренно-горючие и В1 – трудновоспламеняемые вещества. Встречаются также Д2, согласно ГОСТ расшифровываются как вещества с малой дымообразующей способностью;
- Паропроницаемость материала составляет 0,3 мг/(м ч Па);
- Класс морозостойкости в среднем позволяет продержаться 80 лет.
Нанесение утеплителя собственноручно
Итак, мы пришли к выводу, что лучшим вариантом для теплоизоляции дома по многим параметрам, может стать рассматриваемый материал. Если знать, как рассчитать расход и вычислить площадь под изоляцию с учетом запаса, остается только выбрать технологию нанесения – укладка или напыление.
Отталкиваясь от выбранного метода, следует закупить целлюлозу для влажного нанесения, либо в сухом виде для укладки.
Преимущества первого варианта – напыления, исключают появление швов в конструкции и дают ровный, равномерный слой, который нетрудно нанести своими руками. Материал очень быстро и прочно схватывается с поверхностью и закрывает в себе, словно в коконе, электропроводку и коммуникации .
Что касается сухой укладки, она целесообразна при монтаже горизонтальных перекрытий. Неоспоримым преимуществом в любом случае выступает безотходность проведения работ и универсальность теплоизоляции в сцеплении с любым типом поверхности – от дерева и металла, до стекла, камня, кирпича и бетона.
Рассмотрим более подробно некоторые технологии нанесения.
Сухая укладка вручную
Эта методика подразумевает легкий технологический процесс, который позволяет обойтись без аренды специальной выдувной техники и выполнить ремонт при помощи одной-двух пар рабочих рук.
Необходимо подготовить емкость, в которую выкладывается утеплитель и при помощи дрели или строительного миксера распушивается. Затем на очищенную и подготовленную поверхность высыпают полученный состав. Этот подход идеален в устройстве напольной теплоизоляции.
Что касается стен, здесь придется подготовить каркас либо использовать готовую каркасную конструкцию, в рамках которой будет засыпаться и утрамбовываться слоями по 0,5м.
Сухая укладка с использованием техники
Выдувная пушка или оборудование применяется в профессиональном строительстве в работе с целлюлозной ватой. Такой подход хоть и подразумевает лишние затраты, окупает себя при работе с большими по площади сооружениями и поверхностями.
В особенности это важно в жилом многоэтажном строительстве для заполнения перекрытий между этажами и в цокольной части, наклонной кровли и полостей в стенах.
В процессе работы нагнетается в пушке и под давлением распыляется в пространстве, которое необходимо ею заполнить. Благодаря физическим свойствам расширения волокон, они проникают во все щели, даже в те, куда при ручной укладке физически невозможно достать.
Метод влажного нанесения
Подразумевает работу с вертикальными поверхностями там, где просто нельзя обойтись без клеевого сцепления. Для этого используют целлюлозу в плитах или рулонах, которая может накладываться в несколько слоев и внахлест, во избежание появления пропускающих холод швов.
Выделяющийся в процессе смачивания влагой лигнин в древесном волокне сам по себе является хорошим адгезивным веществом и обеспечивает сцепление с поверхностью. В результате эковата неплохо держится и образует достаточный по плотности слой. Обычно инструкция к партии подсказывает строителю, какой из способов укладки выбрать в его случае.
Нюансы утепления различных частей дома
Утепление стен
Термоизоляции основных несущих конструкций можно добиться при помощи применения целлюлозы как снаружи, под вентилируемыми фасадами, так и во внутренней отделке, под обшивкой из листовых материалов.
В любом случае, сперва к стенам следует прикрепить профили под последующие стеновые панели, а затем при помощи выбранной сухой или влажной методики наносить утеплитель. Кстати, в отличие от укладки, сухое напыление позволяет наносить теплоизоляцию под уже готовые панели через оставленные под эти цели отверстия.
В работе с отделкой фасадов следует учитывать теплоизоляционные свойства стенового материала. Экономия выходит по двум направлениям. Во-первых, снижаются расходы на фундамент, а во-вторых, на паробарьерную пленку, так как сам по себе утеплитель является дышащим. Цена строительства может быть сэкономлена почти на 30%!
Утепление кровли
В плане теплоизоляции эковата идеально подходит для устройства отапливаемых мансард и чердачных помещений, так как считается экологически чистой и не допускает утечки тепла. Для этих целей толщина материала должна достигать минимум 75 мм, оптимально – 100 мм.
Опять-таки, гидробарьер сверху устанавливать нужно, тогда, как от паробарьера изнутри помещения можно отказаться. Отдельного внимания заслуживает теплоизоляция чердачных перекрытий, а также утепление лоджии.
Утепление пола
Хорошим выбором станет легкий целлюлозный материал для межэтажных перекрытий и, соответственно, полов верхних этажей. Вдобавок повысится и звукоизоляция в помещении. Система теплого пола подразумевает укладку целлюлозы на первичную «черновую» стяжку, под которой, в свою очередь, прокладывается песчано-щебневая подушка.
Сделать эту процедуру можно двумя способами:
Первый – укладка вспушенного волокна вручную под напольное покрытие;
Второй – напыление с применением вдувной пушки через заранее оставленные в полу отверстия.
Выводы
Итак, вкратце мы познакомились с таким материалом, как целлюлозный утеплитель для теплоизоляции жилого дома. Преимущества его очевидны, особых недостатков не обнаружено. В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме, в частности, касательно самой популярной марки утеплителя Юнизол производства СНГ.
Изобретение относится к вспененному элементу с включенным в пеноматериал гидрофильным агентом, образованным из целлюлозы, причем вспененный элемент с введенной в него целлюлозой обладает способностью обратимо поглощать влагу, при этом целлюлоза образована структурным типом кристаллической модификации целлюлозы-II, и доля целлюлозы от полной массы пеноматериала выбирается в диапазоне от 0,1 вес.%, в частности, 5 вес.%, и до 10 вес.%, в частности 8,5 вес.% и содержание влаги во вспененном элементе, начиная с исходного значения влажности, соответствующего равновесной влажности относительно первой внешней атмосферы с первыми температурно-влажностными условиями с заданной температурой и относительной влажностью, повышается во время его применения во второй, измененной по сравнению с первой, внешней атмосфере со вторыми температурно-влажностными условиями с более высокой, по сравнению с первыми условиями, температурой и/или более высокой относительной влажностью, и влажность, поглощенная во время применения включенной во вспененный элемент целлюлозой-II, после применения во второй внешней атмосфере снова отдается в первую внешнюю атмосферу через промежуток времени в диапазоне от 1 часа и до 16 часов вплоть до нового достижения исходного значения влажности, соответствующего равновесной влажности относительно первой внешней атмосферы. Технический результат - вспененный элемент с улучшенным влагорегулированием. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 ил.
Изобретение относится к вспененному элементу с включенным в пеноматериал гидрофильным агентом, который образован из целлюлозы, причем вспененный элемент с введенной целлюлозой имеет способность обратимо поглощать влагу, как это описано в пунктах 1-3 формулы.
В настоящее время пеноматериалы используются или применяются во многих областях повседневной жизни. Во многих этих областях применения пеноматериалы контактируют с телом, чаще всего их разделяют только один или несколько промежуточных слоев ткани. Большинство таких пеноматериалов состоит из синтетических полимеров, таких как полиуретан (ПУ), полистирол (ПС), синтетический каучук и т.д., которые в принципе имеют недостаточную водопоглощающую способность. В частности, при длительном контакте с телом или же при напряженной деятельности, когда выделяется пот, из-за высокого количества невпитывающейся влаги создаются неприятные температуро-влажностные условия для тела. Поэтому для большинства применений требуется делать такие пеноматериалы гидрофильными.
Это, опять же, может достигаться самыми разными способами. Одна возможность состоит в том, как это описано, например, в документе DE 19930526 A, что уже пенную структуру мягкого пенополиуретана делают гидрофильной. Это осуществляют путем взаимодействия по меньшей мере одного полиизоцианата с по меньшей мере одним соединением, содержащим по меньшей мере два активных к изоцианату соединения, в присутствии сульфокислот, которые содержат одну или несколько гидроксильных групп и/или их солей и/или могут быть получены из полиалкиленгликолевых эфиров, инициированных одноатомными спиртами. Такие пеноматериалы применяются, например, в качестве губок для домашнего хозяйства или для гигиенических изделий.
Следующая возможность описана в документе DE 10116757 A1, где гидрофильный алифатический полиметановый пеноматериал с открытыми ячейками, с дополнительным собственным слоем целлюлозных волокон с введенным в него гидрогелем, применяется как аккумулирующее средство.
Из европейского патента EP 0793681 B1 или немецкого перевода DE 69510953 T2 стал известен способ получения мягких пенопластов, в котором используются так называемые суперпоглощающие полимеры (SAP), которые можно назвать также гидрогелями. При этом применяемые SAP предварительно смешиваются с форполимером, что делает этот способ очень простым для производителя пен. Такие SAP можно выбирать из SAP, привитых крахмалами или целлюлозой, с применением, например, акрилонитрила, акриловой кислоты или акриламида в качестве ненасыщенного мономера. Такие SAP продаются, например, фирмой Höchst/Cassella под наименованием SANWET IM7000.
В документе WO 96/31555 A2 описан пеноматериал с ячеистой структурой, причем пеноматериал опять же содержит суперпоглощающие полимеры (SAP). При этом SAP может быть образован из синтетического полимера или также из целлюлозы. Применяемый там пеноматериал используется для того, чтобы поглощать влагу или жидкости и удерживать их в пенной структуре.
Из документа WO 2007/135069 A1 стали известны обувные подошвы с водопоглощающими свойствами. При этом еще перед вспениванием синтетического материала добавляют водопоглощающие полимеры. Такие водопоглощающие полимеры обычно получают полимеризацией водного раствора мономера и факультативно последующим измельчением гидрогеля. Водопоглощающий полимер или образованный из него высушенный гидрогель после его получения предпочтительно размалывают и просеивают, причем здесь применяются частицы просеянного, высушенного гидрогеля с размерами предпочтительно ниже 1000 мкм и предпочтительно выше 10 мкм. Кроме того, дополнительно к гидрогелям перед вспениванием могут добавляться или вмешиваться наполнители, причем здесь в качестве органических наполнителей могут применяться, например, сажа, меламин, канифоль, а также целлюлозные волокна, полиамидные, полиакрилонитрильные, полиуретановые, полиэфирные волокна на основе ароматических и/или алифатических сложных эфиров дикарбоновых кислот и углеродные волокна. При этом для получения вспененного элемента все вещества вводятся в реакционную смесь отдельно друг от друга.
Известные в уровне техники пеноматериалы по своим свойствам выполняются так, чтобы они сохраняли и удерживали поглощенную ими влагу в течение длительного времени. Как это следует из WO 2007/135069 A1, впитанная влага, или поглощенная вода, снова полностью возвращается к исходному состоянию, что касается влажности окружающей атмосферы, только по истечении 24 часов.
Эта скорость отдачи является слишком медленной для нормального способа использования, как, например, матрасов, обувных подошв или сидений в транспортных средствах, которые непрерывно используются несколько часов подряд в день и поэтому имеют существенно меньше 24 часов времени для отдачи впитанной влаги. При этом можно говорить о так называемой равновесной влажности, причем это есть значение влажности, при котором пена находится в равновесии с влажностью, содержащейся в окружающей атмосфере.
Поэтому в основе настоящего изобретения стоит задача создать вспененный элемент, который для улучшения его влагорегулирования в отношении скорости отдачи влаги содержит материал, который, кроме того, прост в переработке при получении пены.
Эта задача изобретения решена отличительными признаками пункта 1 формулы. Преимущество, даваемое признаками пункта 1, состоит в том, что добавлением целлюлозы к пенной структуре достигается достаточно высокая способность впитывать влагу или жидкость, но при этом впитанная влажность или жидкость по окончании наполнения в результате пользования как можно быстрее отдается снова в окружающую атмосферу, так что снова достигается равновесная влажность. Таким образом, благодаря применению целлюлозы-II избегают материалов с волокнистой структурой, вследствие чего улучшается сыпучесть и предотвращается взаимное зацепление волокон. Длительность отдачи зависит от цели применения или назначения вспененного элемента, и равновесная влажность после использования, например как матраса, снова достигается самое позднее через 16 часов. В случае обувных подошв или стелек эта длительность должна устанавливаться еще меньшей. Поэтому в качестве гидрофильного агента добавляется определенное количество целлюлозы, которое вводится или вмешивается прямо при образовании пены в один из образующих пену компонентов. Благодаря целлюлозе достигается не только достаточная накопительная емкость, но и повторная быстрая отдача поглощенной влаги в окружающую среду. Благодаря добавленной фракции целлюлозы достигается то, что способность поглощать и отдавать влагу вспененным элементом можно легко подстраивать к самым разным случаям применения.
Независимо от этого, задача изобретения может быть решена также отличительными признаками пункта 2 формулы. Преимущество, даваемое признаками пункта 2, состоит в том, что добавлением целлюлозы в пенную структуру создается достаточно высокая способность поглощения влаги или жидкости, однако после наполнения в результате использования поглощенная влажность или жидкость как можно быстрее отдается снова в окружающую атмосферу, так что снова достигается равновесная влажность. В результате особой комбинации добавления целлюлозы-II и достигнутых при этом значений плотности получается очень высокое паро- или влагопоглощение. Благодаря высокому значению промежуточного хранения влаги или воды, которая поглощается во время использования вспененного элемента, можно гарантировать пользователю приятное чувство сухости при использовании. Таким образом, благодаря этому тело не контактирует напрямую с влагой.
Независимо от этого, задача изобретения может быть решена также отличительными признаками пункта 3. Преимущество, даваемое отличительными признаками пункта 3, состоит в том, что в результате добавления целлюлозы в пенную структуру создается достаточно высокая способность поглощать влагу или жидкость, однако после наполнения в результате использования поглощенная влага или жидкость как можно быстрее отдается снова в окружающую атмосферу, так что снова достигается равновесная влажность. В результате особой комбинации добавления целлюлозы-II и достигнутых при этом значений плотности получается очень высокое паро- или влагопоглощение.
Благодаря этому можно при хорошем удобстве в применении достичь быстрой отдачи влаги, впитанной вспененным элементом. Таким образом, и после высокого поглощения влаги уже через относительно короткий промежуток времени возможно повторное использование, и при этом возможно снова иметь в распоряжении равно сухой вспененный элемент.
Выгодна также следующая форма осуществления по п. 4, так как в зависимости от полученной пенной структуры пенопласта длину волокна можно подобрать так, чтобы можно было достичь оптимального переноса влаги как для быстрого поглощения, так и для быстрой отдачи после использования.
Далее, выгодно усовершенствование по п.5, поскольку так можно достичь еще более тонкого распределения целлюлозных частиц внутри пенной структуры и тем самым просто подстроить вспененный элемент к самым разным целям применения.
В результате усовершенствования по п.6 можно улучшить сыпучесть частиц. Благодаря не вполне гладкой и неправильной структуре поверхности это ведет к повышенной удельной поверхности, которая способствует отличным адсорбционным свойствам целлюлозных частиц.
Согласно другому варианту осуществления по п.7 создается возможность использовать такие частицы также при так называемом углекислотном вспенивании без того, чтобы при этом закупоривались мелкие отверстия в пластине форсунки.
Выгодно также усовершенствование по п.8, поскольку таким образом избегают сферической формы и создается нерегулярная поверхность без волокнистой бахромчатости или фибрилл. Тем самым избегают пылевидных образований, и достигается благоприятное распределение внутри пенной структуры.
В результате усовершенствования по п.9 можно обогащать целлюлозу или соединять ее с по меньшей мере одной дополнительной добавкой непосредственно при получении целлюлозы, и, таким образом, для введения в компонент реакции нужно учитывать только одну-единственную добавку.
Выгодно также усовершенствование по п.10, поскольку таким образом можно получить вспененный элемент, который может найти применение в самых разных областях применения.
Согласно усовершенствованию, какое описано в пункте 11, достигается еще лучший перенос влаги внутрь вспененного элемента.
Далее, использование вспененного элемента выгодно также для самых разных целей назначения, поскольку таким образом не только можно улучшить удобство в носке при использовании, но и существенно быстрее выполняется дальнейший цикл сушки. Это выгодно особенно для самых разных сидений, матрасов, а также в тех формах применения, при которых телом отдается влага.
Для лучшего понимания изобретения оно будет подробнее объяснено на следующих чертежах.
Показано, каждый раз в упрощенном виде:
фиг.1 - первый график, на котором для различных образцов с разным местом отбора проб показано влагопоглощение между двумя заданными температурно-влажностными условиями;
фиг.2 - второй график, который показывает различное влагопоглощение обычной пеной и пеной с введенными частицами целлюлозы;
фиг.3 - третий график, который показывает разную отдачу влаги обычной пеной и пеной с введенными частицами целлюлозы;
фиг.4 - гистограмма, которая показывает поглощение водяного пара обычным пенопластом и, в сравнении с этим, пенопластом с введенными частицами целлюлозы.
Для начала следует отметить, что в разных описанных формах осуществления одинаковые детали снабжены одинаковыми позициями для ссылок или одинаковыми обозначениями конструктивных элементов, причем раскрытия, содержащиеся во всем описании, могут быть перенесены по смыслу на одинаковые детали с одинаковыми позициями или одинаковыми обозначениями конструктивных элементов. Равным образом, и указания на место, выбранное в описании, как например сверху, снизу, сбоку и т.д., относятся к непосредственно описываемой, а также показанной фигуре и должны при изменении места переноситься по смыслу на новое место. Кроме того, отдельные признаки или комбинации признаков из показанных и описанных разных примеров осуществления могут представлять собой самостоятельные изобретательские решения или решения согласно изобретению.
Все указания на диапазон значений в настоящем описании следует понимать так, что они охватывают все без исключения подобласти диапазона, например если указано "от 1 до 10", следует понимать, что охватываются все поддиапазоны, исходя из нижней границы 1 и верхней границы 10, т.е. все подобласти, начинающиеся с нижней границы 1 или больше и заканчивающиеся верхней границей 10 или меньше, например от 1 до 1,7, или от 3,2 до 8,1 или от 5,5 до 10.
Сначала подробнее остановимся на вводимом в пенопласт, в частности в образованный из него вспененный элемент, гидрофильном агенте, который образован, например, из целлюлозы. Таким образом, вспененный элемент образован из пенопласта, а также из включенного в него гидрофильного агента. Пенопласт, со своей стороны, может быть образован из соответствующей смеси компонентов, способных вспениваться друг с другом, которые предпочтительно находятся в жидкой форме, как это уже достаточно известно.
Как уже было написано во введении, в WO 2007/135069 A1 помимо водопоглощающих полимеров в качестве дополнительного наполнителя добавляют целлюлозные волокна. Они должны в известных случаях улучшать механические свойства пеноматериала. Однако здесь было установлено, что добавление волокнистых добавок затрудняет переработку вспениваемой исходной смеси, так как изменяется ее текучесть. Например, волокнистые целлюлозные частицы, которые перед вспениванием вмешиваются, в частности, в полиольный компонент, сделали бы его более вязкотекучим, что затрудняет или даже делает невозможным смешение с другими компонентами, а именно с изоцианатом, в дозирующей головке установки по производству пены. Равным образом, может также стать более трудным распространение реакционной массы в результате растекания по конвейерной ленте установки по производству пены. Кроме того, волокнистые целлюлозные частицы могут также усиленно задерживаться как отложения в трубопроводах для подвода реакционной смеси.
Поэтому добавление волокнистых добавок возможно только в определенных границах. Чем меньше количественная доля волокнистых добавок, в частности коротких отрезков целлюлозных волокон, тем меньше также водопоглощающая способность, когда они добавляются к пеноматериалу. Так, уже при добавлении незначительного количества порошка из волокон целлюлозы следует ожидать повышения вязкости, в частности, полиольного компонента. Правда, такие смеси в принципе перерабатываются, но при обработке следует принимать во внимание изменившуюся вязкость.
Как известно, целлюлозу или произведенные из нее нити, волокна или порошки по большей части получают путем переработки и измельчения лигнина или также древесины и/или однолетних растений.
В зависимости от производственных затрат получают порошки различного качества (чистота, размер и т.п.). Общим для всех этих порошков является то, что они имеют волокнистую структуру, так как натуральная целлюлоза любого порядка величины имеет выраженную тенденцию образовывать такие волокнистые структуры. Также и МКЦ (микрокристаллическая целлюлоза), которая описывается как сферическая, состоит тем не менее из фрагментов кристаллических волокон.
В зависимости от микроструктуры различают разные структурные типы целлюлозы, в частности целлюлозу-I и целлюлозу-II. Разница между этими двумя структурными типами детально описана в специальной литературе и, кроме того, может быть установлена рентгенографически.
Преобладающая часть целлюлозного порошка состоит из целлюлозы-I. Получение и применение порошков целлюлозы-I защищено большим числом правовых норм. Ими защищены, например, также многие технические детали измельчения. Порошки целлюлозы-I имеют волокнистую природу, что не очень благоприятно для ряда применений или даже мешает им. Так, волокнистые порошки часто приводят к сцеплению волокон. С этим связана также ограниченная сыпучесть.
Целлюлозные порошки на основе целлюлозы-II в настоящее время практически отсутствуют на рынке. Такие целлюлозные порошки с подобной структурой можно получить или из раствора (главным образом вискоза), или измельчением продуктов из целлюлозы-II. Таким продуктом был бы, например, целлофан. Кроме того, такие тонкие порошки с размером зерна 10 мкм и ниже также доступны лишь в очень незначительных количествах.
Получение сферических, нефибриллярных целлюлозных частиц с размером в диапазоне от 1 мкм до 400 мкм можно осуществить, например, из раствора недериватизированной целлюлозы в смеси органического вещества и воды. При этом раствор в свободном течении охлаждают до его температуры затвердевания и затем застывший целлюлозный раствор измельчают. После этого растворитель вымывают и измельченные промытые частицы сушат. Дальнейшее измельчение проводится чаще всего с помощью мельницы.
Особенно выгодно, если уже в подготовленный раствор целлюлозы перед его охлаждением и последующим застыванием вводят по меньшей мере отдельные из называемых далее добавок. Эта добавка может быть выбрана из группы, содержащей пигменты, неорганические вещества, как например оксиды титана, в частности нестехиометрический диоксид титана, сульфат бария, ионообменник, полиэтилен, полипропилен, полиэфир, сажу, цеолиты, активированный уголь, полимерный суперабсорбер или огнезащитное средство. В таком случае они присутствуют в получаемых позднее целлюлозных частицах. При этом добавление может производиться в любой момент получения раствора, но в любом случае перед застыванием. При этом можно вводить от 1 вес.% до 200 вес.% добавок, в расчете на количество целлюлозы. Оказалось, что эти добавки при вымывании не удаляются, а остаются в целлюлозных частицах, также по существу сохраняют свою функцию. Так, например, при подмешивании активированного угля можно установить, что его активная поверхность, которую можно измерить, например, методом БЭТ, также полностью сохраняется в готовых частицах. Кроме того, в результате этого полностью доступны не только добавки, находящиеся на поверхности целлюлозных частиц, но и находящиеся внутри частиц. Это следует считать особенно экономически выгодным, так как в подготовленный раствор целлюлозы нужно добавлять лишь незначительное количество добавок.
Это имеет то преимущество, что в реакционную смесь для получения вспененного элемента добавляют только целлюлозные частицы с уже содержащимися в них функциональными добавками. При известном до сих пор раздельном добавлении всех добавок по отдельности в реакционную смесь здесь для расчета параметров пенообразования нужно учитывать только тип добавки. Благодаря этому можно избежать неконтролируемых колебаний свойств многих из этих различных добавок.
Итак, этим образом действий можно получить целлюлозный порошок, который состоит из частиц, имеющих структуру целлюлозы-II. Целлюлозный порошок имеет размер частиц в диапазоне с нижней границей 1 мкм и с верхней границей 400 мкм, при среднем размере частиц ×50 с нижней границей 4 мкм и с верхней границей 250 мкм, при унимодальном распределении частиц по размеру. Далее, целлюлозный порошок или частицы имеют приблизительно сферическую форму с дискретной поверхностью, причем степень кристалличности, определенная согласно методу Рамана, лежит в диапазоне с нижней границей 15% и с верхней границей 45%. Кроме того, частицы имеют удельную поверхность (адсорбция N 2 , БЭТ) с нижней границей 0,2 м 2 /г и с верхней границей 8 м 2 /г при насыпной плотности с нижней границей 250 г/л и верхней границей 750 г/л.
Структура целлюлозы-II достигается путем растворения и повторного осаждения целлюлозы, и настоящие частицы отличаются, в частности, от частиц, полученных из целлюлозы без этапа растворения.
На размер частиц в описанном выше диапазоне (нижняя граница 1 мкм и верхняя граница 400 мкм, распределение частиц, которое характеризуется значением ×50 с нижней границей 4 мкм, в частности 50 мкм, и с верхней границей 250 мкм, в частности 100 мкм) влияет, естественно, режим процесса измельчения путем размола. Тем не менее, в результате особого способа получения посредством застывания свободно текучего раствора целлюлозы и благодаря обусловленным этим механическим свойствам затвердевшей целлюлозной массы, этого распределения частиц можно достичь особенно легко. Раствор целлюлозы, застывающий под действием срезывающих нагрузок, имел бы при равных условиях измельчения другие, но, в частности, фибриллярные характеристики.
Форма применяемых частиц является приблизительно сферической. Эти частицы имеют соотношение осей (1:d) от 1 и до 2,5. Они имеют неправильную поверхность, однако в микроскоп не видно никакой волокноподобной бахромчатости или фибрилл. Таким образом, речь никоим образом не идет о сферах с гладкой поверхностью. Однако для рассматриваемых приложений такая форма была бы и не особенно благоприятной.
Также и насыпная плотность описываемых здесь целлюлозных порошков, которая лежит между нижней границей 250 г/л и верхней границей 750 г/л, заметно выше, чем плотность сопоставимых фибриллярных частиц, соответствующих уровню техники. Такая насыпная плотность имеет существенные технологические преимущества, так как она выражает также компактность описываемых здесь целлюлозных порошком и тем самым, наряду с прочим, лучшую сыпучесть, смешиваемость в различных средах и не являющуюся проблемой пригодность для хранения.
Резюмируя, еще раз подчеркнем, что частицы, полученные из целлюлозного порошка, благодаря своей сферической структуре имеют улучшенную сыпучесть и почти не обнаруживают структурновязкого поведения. Определение характеристик частиц посредством широко распространенных в промышленности приборов для определения гранулометрического размера благодаря сферической форме также является более простым и более содержательным. Не вполне гладкая и нерегулярная структура поверхности приводит к повышенной удельной поверхности, которая способствует еще лучшим адсорбционным свойствам порошка.
Независимо от этого было бы также возможно смешивать чистый целлюлозный порошок или образованные из него частицы с другими целлюлозными частицами, которые дополнительно содержали бы введенные добавки в количестве с нижней границей 1 вес.% и с верхней границей 200 вес.%, в расчете на количество целлюлозы. Отдельные из этих добавок снова могут выбираться из группы, содержащей пигменты, неорганические вещества, как например оксиды титана, в частности подстехиометрический диоксид титана, сульфат бария, ионообменник, полиэтилен, полипропилен, полиэфир, активированный уголь, полимерный суперабсорбер и огнезащитное средство.
В зависимости от применяемого способа вспенивания для получения пеноматериалов особенно выгодными показали себя, в частности при углекислотном вспенивании, сферические целлюлозные частицы по сравнению с известными волокнистыми целлюлозными частицами. При этом углекислотное вспенивание может проводиться, например, по способу Novaflex-Cardio или подобным способом, причем здесь применяются, в частности, мелкие отверстия в пластинах форсунки. Крупные и волокнистые частицы могли бы сразу же забить отверстия форсунки и создавать другие проблемы. Поэтому как раз при этом способе вспенивания особенно выгодна высокая степень дисперсности сферических целлюлозных частиц.
Теперь вспененный элемент согласно изобретению, соответственно способ получения вспененного элемента будут подробнее пояснены на нескольких примерах. Их следует рассматривать как возможные формы осуществления изобретения, причем изобретение никоим образом не ограничено объемом этих примеров.
Данные по влажности в вес.% относятся к массе или весу всего вспененного элемента (пенопласт, целлюлозные частицы и вода или влага).
Пример 1
Получаемый вспененный элемент может быть образован из пенопласта, как например мягкий пенополиуретан, причем здесь опять же могут найти применение самые разные возможности получения и способы. Такие пены чаще всего имеют структуру пены с открытыми ячейками. Это можно осуществить, например, на установке по производству пены "QFM" фирмы Hennecke, причем пеноматериал создается способом дозировки при высоком давлении в непрерывном процессе. Все необходимые компоненты точно дозируются посредством управляемого насоса с использованием компьютера и смешиваются по принципу мешалки. Один из этих компонентов в настоящем случае является полиолом, который был разбавлен описанными ранее целлюлозными частицами. Из-за добавления целлюлозных частиц в компонент реакции полиол необходимы дополнительно различные корректировки рецептуры, например, воды, катализаторов, стабилизаторов, а также TDI, чтобы по существу нейтрализовать влияние добавленного целлюлозного порошка на получение и достигаемые в последующем физические величины.
Была получена одна возможная согласно изобретению пена с 7,5 вес.% сферических целлюлозных частиц. Для этого сначала был получен сферический целлюлозный порошок, который позднее добавляли в один из компонентов реакции для получения пеноматериала. При этом количественная доля целлюлозы в расчете на полную массу пеноматериала, в частности пенопласта, может лежать в диапазоне с нижней границей 0,1 вес.%, в частности 5 вес.%, и верхней границей 10 вес.%, в частности 8,5 вес.%.
Пример 2 (сравнительный пример)
Для сравнения с примером 1 на этот раз из пенопласта получали вспененный элемент, который был получен без добавления целлюлозного порошка или целлюлозных частиц. Причем это может быть стандартная пена, HR-пена или вискозная пена, каждая из которых была получена по известной рецептуре и вспенена.
Сначала попытались установить, равномерно ли распределены по высоте добавленные целлюлозные частицы во всех слоях полученного вспененного элемента. Это проводили так, чтобы посредством водопоглощения пеноматериалом при нормальных условиях (20°C и 55% отн. вл.), а также при других стандартизованных температурно-влажностных условиях (23°C и 93% отн. вл.) измерить так называемую равновесную влажность. Для этого с трех разных высот пеноблока, полученного в примере 1, а также в примере 2, отбирались образцы одинакового размера и на каждом измерялось водопоглощение в обоих описанных ранее стандартизованных температурно-влажностных условиях. При этом 1,0 м означает верхний слой пеноблока, 0,5 м - средний слой и 0,0 м - нижний слой пеноматериала для отбора образцов из пенопласта с добавленными целлюлозными частицами. Полная высота блока составляла около 1 м. В качестве сравнения служил не содержащий целлюлозы пенопласт из примера 2.
Как видно из приведенных численных значений, пена, соединенная с целлюлозными частицами, как в нормальных условиях, так и в других стандартизованных температурно-влажностных условиях с равновесной влажностью тела, поглощает существенно больше влаги по сравнения с пеноматериалами, не содержащими целлюлозы. Разное место отбора проб (сверху, с середины, снизу) также показывает относительно хорошее соответствие результатов измерения, из чего можно сделать вывод о равномерном распределении целлюлозных частиц в полученном вспененном элементе.
Следующая таблица 2 показывает механические свойства обоих пеноматериалов согласно примеру 1 и примеру 2. Легко увидеть, что тип пеноматериала с включенными целлюлозными частицами имеет сравнимые механические свойства с пеноматериалом без добавления целлюлозных частиц. Это говорит о беспроблемных технологических свойствах компонентов реакции, в частности, когда в них добавлены сферические целлюлозные частицы.
| Таблица 2 | ||||
| Тип пены | ||||
| A | A | B | B | |
| Доля порошка (целлюлозные частицы) | 0% | 10% | 0% | 7,50% |
| Объемный вес | 33,0 кг/м 3 | 33,3 кг/м 3 | 38,5 кг/м 3 | 43,8 кг/м 3 |
| Напряжение при сжатии 40% | 3,5 кПа | 2,3 кПа | 2,7 кПа | 3,0 кПа |
| Эластичность | 48% | 36% | 55% | 50% |
| Прочность на разрыв | 140 кПа | 100 кПа | 115 кПа | 106 кПа |
| Удлинение | 190% | 160% | 220% | 190% |
| 6% | 50% | 6% | 9% |
Вспененный элемент без добавленных целлюлозных частиц должен для обоих указанных типов пены иметь следующие номинальные значения:
| Тип пены | ||||
| A | B | |||
| Объемный вес | 33,0 кг/м 3 | 38,5 кг/м 3 | ||
| Напряжение при сжатии 40% | 3,4 кПа | 2,7 кПа | ||
| Эластичность | >44% | >45% | ||
| Прочность на разрыв | >100 кПа | >100 кПа | ||
| Удлинение | >150% | >150% | ||
| Остаточная деформация при сжатии во влажном состоянии (22 ч/70% давл./50°C/95% отн. вл.) | <15% | <15% |
Средний объемный вес или плотность всего вспененного элемента лежат при этом в диапазоне с нижней границей 30 кг/м³ и с верхней границей 45 кг/м³.
На фиг.1 показана влажность пены (в процентах) для однотипных образов, но взятых из разных мест отбора из целого вспененного элемента, как это уже было описано ранее. При этом влажность пены в [%] отложена по ординате. Доля добавленного целлюлозного порошка или целлюлозных частиц составляет в этом примере 10 вес.%, а целлюлозные частицы опять же представляют собой вышеописанные сферические целлюлозные частицы. Эти отдельные разные отборы проб с и без добавления отложены по абсциссе.
Показанные кружками точки измерения влажности пены отдельных образцов представляют собой исходные значения, а точки измерения, изображенные квадратами, те же образцы, но через день после поглощения влаги. Более низкие исходные значения определены при описанных выше нормальных условиях, а другие нанесенные значения представляют собой влагопоглощение тех же образцов через 24 часа в других стандартизованных температурно-влажностных условиях (23°C и 93% отн. вл.). Сокращение отн. вл. означает относительную влажность воздуха, которая указана в %.
На фиг.2 показано изменение влагопоглощения в течение 48 часов, причем значения времени (t) отложены по абсциссе в [ч]. При этом исходное состояние образцов снова соответствует определенным выше нормальным условиям с 20°C и 55% отн. вл. Другие стандартизованные температурно-влажностные условия с 23°C и 93% отн. вл. должны показывать условия при пользовании, или климат тела, чтобы таким образом можно было установить промежуток времени для увеличения влажности пены в вес.%. Значения влажности пены отложены по ординате в [%].
Так, первая линия 1 на графике с изображенными кружками точками измерения показывает вспененный элемент с заданным размером образца согласно примеру 2 без добавления целлюлозных частиц или целлюлозного порошка.
Вторая линия 2 на графике с изображенными квадратами точками измерения показывает влажность пены элемента, в который было добавлено 7,5 вес.% целлюлозных частиц или целлюлозного порошка. Под целлюлозными частицами опять подразумеваются вышеописанные сферические целлюлозные частицы.
Ход влагопоглощения в течение 48 часов показывает, что равновесная влажность тела у "пены" в условиях "климата тела" достигается уже через короткое время. Так, отсюда можно понять, что пеноматериал с введенными целлюлозными частицами в течение 3 часов может поглотить вдвое больше влаги, чем пеноматериал согласно примеру 2 без добавления целлюлозных частиц.
Измеренные значения влагопоглощения были получены в результате выдерживания образцов пеноматериала объемом примерно 10 см³ в эксикаторе с регулируемой влажностью воздуха (пересыщенный раствор KNO 3 и 93% отн. вл.) после того, как образцы были высушены. Через определенные промежутки времени отдельные образцы вынимали из эксикатора и измеряли увеличение веса (=водопоглощение). Колебания влагопоглощения объясняются манипуляциями с образцами, а также небольшой неоднородностью образцов.
На фиг.3 показаны характеристики сушки вспененного элемента с введенными целлюлозными частицами согласно примеру 1 в сравнении с пеноматериалом из примера 2 без таких целлюлозных частиц. Для сравнения оба образца сначала выдерживали 24 часа в условиях "климата тела". Это снова означает 23°C и относительную влажность 93%. Значения влажности пены снова отложены по ординате в [%], а время (t) в [мин] отложено по абсциссе. Приведенные процентные значения влажности пены представляют собой весовые проценты в расчете на массу или вес всего вспененного элемента (пенопласт, целлюлозные частицы и вода или влажность).
Точки измерения, показанные кружками, снова относятся к вспененному элементу согласно примеру 2 без добавления целлюлозных частиц, причем на графике была нанесена соответствующая линия 3, показывающая отдачу влаги. Точки измерения, которые показаны квадратами, были получены на вспененном элементе с введенными целлюлозными частицами. Соответствующая следующая линия 4 на графике также показывает быструю отдачу влаги. Доля целлюлозных частиц снова составляла 7,5% вес.
Здесь ясно, что равновесная влажность 2% снова достигается через примерно 10 минут. Это значительно быстрее, чем у пеноматериала согласно уровню техники, у которого отдача сравнимого количества воды длится несколько часов.
Если теперь вспененный элемент с включенными целлюлозными частицами из кристаллической модификации целлюлозы-II выдержать 24 часа в условиях "климата тела" и затем привести в "нормальные условия", то в условиях "климата тела" он сначала поглощает влаги более 5 вес.%, и в течение периода времени 2 мин после приведения в "нормальные условия" влагосодержание снижается по меньшей мере на два (2) вес.%.
На фиг.4 показана гистограмма поглощения водяного пара "Fi" согласно Hohenstein, выраженная в [г/м 2 ], причем эти значения отложены по ординате.
Время, за которое произошло поглощение водяного пара при переходе от определенных выше нормальных условий (20°C и 55% отн. вл.) в также описанные выше стандартизованные температурно-влажностные условия (23°C и 93% отн. вл.) (условия применения или климат тела), для обоих определенных измеренных значений составило 3 (три) часа. Под образцами для испытаний всегда имеют в виду уже описанную ранее пену типа "B". Так, первый столбик 5 на гистограмме показывает тип пены "B" без добавления целлюлозы или целлюлозных частиц. Измеренное значение составляет здесь примерно 4,8 г/м 2 . Образец пены с включенной целлюлозой, напротив, имеет более высокое значение, примерно 10,4 г/м 2 , которое представлено на гистограмме другим столбиком 6. Таким образом, это другое значение превышает значение 5 г/м 2 по Hohenstein.
Вспененный элемент образован из пенопласта, причем в качестве предпочтительного пеноматериала применяется пенополиуретан. Как выше разъяснялось на отдельных графиках, для определения влагопоглощения исходят из так называемой равновесной влажности, которая показывает "нормальные условия" и имеет при 20°C относительную влажность 55%. Для моделирования использования были определены другие стандартизованные температурно-влажностные условия, которые имеют при 23°C относительную влажность 93%. Эти другие стандартизованные температурно-влажностные условия должны, например, иллюстрировать внесение влаги при пользовании из-за выделения пота телом живого организма, в частности человека. Для этого целлюлоза, включенная во вспененный элемент, должна после использования снова отдавать влагу, поглощенную при использовании, в течение времени в диапазоне с нижней границей 1 час и верхней границей 16 часов, и, таким образом, весь вспененный элемент должен принимать равновесную влажность относительно окружающей атмосферы. Это означает, что по окончании пользования целлюлоза очень быстро отдает запасенную в ней влагу в окружающую атмосферу и тем самым вызывается высыхание вспененного элемента.
Как уже упоминалось во введении, о равновесной влажности говорят тогда, когда вспененный элемент подвергается действию вышеописанных внешних атмосферных условий настолько долго, пока влагосодержание элемента (влажность пены) не придет в равновесие с влажностью, содержащейся во внешней атмосфере. После достижения равновесной влажности больше не происходит взаимного обмена влагой между вспененным элементом и окружающей элемент внешней атмосферой.
Так, вышеописанный метод испытаний может быть осуществлен, например, так, чтобы вспененный элемент выдерживать в первой внешней атмосфере с первыми температурно-влажностными условиями с заданной температурой и относительной влажностью воздуха, например 20°C и 55% отн. вл., до тех пор, пока не будет достигнута равновесная влажность с этой внешней атмосферой, и затем этот же вспененный элемент внести во вторую, измененную по сравнению с первой, или в другую внешнюю атмосферу. Эта вторая внешняя атмосфера имеет вторые температурно-влажностные условия с более высокой, по сравнению с первыми условиями, температурой и/или более высокой относительной влажностью воздуха, как например 23°C и 93% отн. вл. При этом влагосодержание пены повышается, причем влага поглощается находящейся в пеноматериале целлюлозой. Затем этот же вспененный элемент снова вносят в первую внешнюю атмосферу, причем тогда через заранее заданный промежуток времени, от 1 часа до 16 часов, снова достигается исходное значение влажности пены, соответствующее равновесной влажности относительно первой внешней атмосферы. Таким образом, за этот промежуток времени влага, впитанная ранее во второй внешней атмосфере, снова отдается целлюлозой во внешнюю атмосферу, и тем самым влажность снижается.
Приведенное здесь нижнее значение 1 час зависит от количества впитанной жидкости или влаги и может также лежать существенно ниже и составлять также всего несколько минут.
Независимо от описанных выше сферических целлюлозных частиц, возможно также, чтобы целлюлоза была образована в виде отрезков волокон с длиной волокна с нижней границей 0,1 мм и верхней границей 5 мм. Равным образом, было бы также возможно, чтобы целлюлоза была образована в виде измельченных волокон с размером частиц с нижней границей 50 мкм и верхней границей 0,5 мм.
Получаемый пеноматериал в зависимости от приложения имеет разные характеристики пеноматериала, которые отличаются самыми разными физическими свойствами.
Напряжение при 40%-ном сжатии может иметь нижнюю границу 1,0 кПа и верхнюю границу 10,0 кПа. Эластичность при испытании с падающим шариком может иметь значение с нижней границей 5% и с верхней границей 70%. Этот метод испытания проводится согласно стандарту EN ISO 8307 и при этом устанавливает высоту возврата и связанную с ней эластичность по отскоку.
Если под полученным вспененным элементом имеется в виду пеноматериал из полиуретана, в частности мягкий пенопласт, то он может быть получен как на основе TDI, так и на основе MDI. Но могут использоваться также и другие пеноматериалы, как например пенополиэтилен, пенополистирол, пенополикарбонат, вспененный ПВХ, пенополимид, пеносиликон, вспененный ПММА (полиметилметакрилат), пенорезина, которые образуют пенный скелет, внутрь которого может быть введена целлюлоза. В таком случае, в зависимости от выбранного пеноматериала, можно говорить о пенопласте или же о пенорезине, как например пенорезине из латекса. При этом высокое влагопоглощение получается независимо от исходной системы, а также от того, каким способом получен пеноматериал, так как способность обратимо поглощать влагу достигается введением или включением целлюлозы. Предпочтительно используются типы пенопласта с открытыми ячейками, которые делают возможным беспрепятственный воздухообмен с внешней атмосферой. Равным образом существенно равномерное распределение добавленной в пенную структуру целлюлозы, как это уже было описано при проводимых ранее экспериментах. Если никакой пенной структуры с открытыми ячейками не может быть, то ее можно создать путем известной целенаправленной дополнительной обработки.
Если в качестве исходного материала используется полиол как один из реакционных компонентов, тогда целлюлоза может добавляться в него перед вспениванием. Это добавление может проводиться вмешиванием или диспергированием целлюлозы способами, известными в данной области. В качестве полиола действуют спирты, которые необходимы для соответствующего типа пеноматериала и которые вводятся в рецептуру в необходимом количестве. Однако при составлении рецептуры следует учитывать также влагосодержание целлюлозных частиц.
Вспененный элемент может служить для создания отдельных синтетических изделий, причем синтетические изделия выбраны из группы, включающей матрасы, мебельную обивку и подушки.
Примеры осуществления показывают возможные варианты реализации вспененного элемента с включенным в пенопласт гидрофильным агентом, который образован из целлюлозы, причем в этом месте следует отметить, что изобретение не ограничено этими частными показанными вариантами реализации, но, напротив, возможны также различные комбинации отдельных вариантов реализации друг с другом, и эти возможности изменения на основе указаний о технологических действиях посредством настоящего изобретение лежат в сфере знаний специалистов, занятых в этой технической области. Таким образом, все мыслимые варианты реализации, которые возможны в результате комбинации отдельных деталей проиллюстрированных и описанных вариантов осуществления, подпадают в сферу защиты.
Задача, лежащая в основе самостоятельных изобретательских решений, может быть взята из описания.
Список позиций для ссылок
1. Вспененный элемент с включенным в пеноматериал гидрофильным агентом, образованным из целлюлозы, причем вспененный элемент с введенной в него целлюлозой обладает способностью обратимо поглощать влагу, отличающийся тем, что целлюлоза образована структурным типом кристаллической модификации целлюлозы-II, и доля целлюлозы от полной массы пеноматериала выбирается в диапазоне от 0,1 вес.%, в частности 5 вес.%, и до 10 вес.%, в частности 8,5 вес.%, и содержание влаги во вспененном элементе, начиная с исходного значения влажности, соответствующего равновесной влажности относительно первой внешней атмосферы с первыми температурно-влажностными условиями с заданной температурой и относительной влажностью, повышается во время его применения во второй, измененной по сравнению с первой, внешней атмосфере со вторыми температурно-влажностными условиями с более высокой, по сравнению с первыми условиями, температурой и/или более высокой относительной влажностью, и влажность, поглощенная во время применения включенной во вспененный элемент целлюлозой-II, после применения во второй внешней атмосфере снова отдается в первую внешнюю атмосферу через промежуток времени в диапазоне от 1 ч и до 16 ч вплоть до нового достижения исходного значения влажности, соответствующего равновесной влажности относительно первой внешней атмосфере.
2. Вспененный элемент по п.1, отличающийся тем, что вспененный элемент имеет плотность от 30 кг/м 3 и до 45 кг/м 3 и поглощение водяного пара - показатель Fi по Hohenstein - больше 5 г/м 2 .
3. Вспененный элемент по п.1, отличающийся тем, что вспененный элемент имеет объемный вес от 30 кг/м 3 и до 45 кг/м 3 , и содержание влаги во вспененном элементе, которое больше 5%, исходя из второй внешней атмосферы со вторыми температурно-климатическими условиями, после воздействия первой внешней атмосферы с первыми температурно-климатическими условиями (20°С и относительная влажность 55%) в течение 2 мин снижается по меньшей мере на 2%.
4. Вспененный элемент по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что целлюлоза-II находится в виде отрезков волокон с длиной волокна от 0,1 мм и до 5 мм.
5. Вспененный элемент по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что целлюлоза-II находится в виде измельченных волокон с размером частиц от 50 мкм и до 0,5 мм.
6. Вспененный элемент по п.1, отличающийся тем, что целлюлоза-II образована приблизительно сферическими целлюлозными частицами с дискретной поверхностью.
7. Вспененный элемент по п.2, отличающийся тем, что целлюлоза-II образована приблизительно сферическими целлюлозными частицами с дискретной поверхностью.
8. Вспененный элемент по п.3, отличающийся тем, что целлюлоза-II образована приблизительно сферическими целлюлозными частицами с дискретной поверхностью.
9. Вспененный элемент по одному из пп.6, 7 или 8, отличающийся тем, что приблизительно сферические целлюлозные частицы имеют размер от 1 мкм и до 400 мкм.
10. Вспененный элемент по одному из пп.6, 7 или 8, отличающийся тем, что приблизительно сферические целлюлозные частицы имеют отношение осей (1:d) от 1 и до 2,5.
11. Вспененный элемент по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что целлюлоза дополнительно содержит по меньшей мере одну из добавок из группы, содержащей пигменты, неорганические вещества, как оксид титана, нестехиометрический оксид титана, сульфат бария, ионообменник, полиэтилен, полипропилен, полиэфир, сажа, цеолиты, активированный уголь, полимерный суперабсорбер или огнезащитное средство.
12. Вспененный элемент по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что пеноматериал выбран из группы пенополиуретана (вспененный ПУ), пенополиэтилена, пенополистирола, пенополикарбоната, вспененного ПВХ, пенополиимида, пеносиликона, вспененного ПММА (полиметилметакрилата), пенорезины.
13. Вспененный элемент по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что пеноматериал имеет структуру пены с открытыми ячейками.
14. Применение вспененного элемента по одному из пп.1-13 для образования синтетических изделий, причем синтетические изделия выбраны из группы, содержащей матрасы, мебельную обивку, подушки.
