Полиизоцианурат (PIR) – қатаң жылу оқшаулау үшін қолданылатын термореактивті пластик. Құрамы, өндірісі, полиуретаннан (PUR) айырмашылықтары туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Термооқшаулауға көбінесе қолданылатын пластик түрі – полиизоцианурат (/p//ɒ//l//ɪ/,/aɪ//s//oʊ//s//aɪ/'/æ//nj//ʊər//eɪ//t/), сонымен қатар PIR, полиизо немесе ISO деп те аталады. Бұл термореактивті пластик, әдетте көбік түрінде жасалады және қатты жылу оқшаулау ретінде қолданылады. Оның бастапқы материалдары полиуретан (PUR) үшін қолданылатын материалдарға ұқсас, бірақ метилендифенилдиизоцианат (MDI) мөлшері жоғары, ал реакцияда полиэфирлі полиолдың орнына полиэстерлі полиол қолданылады. Соның нәтижесінде химиялық құрылымы айтарлықтай өзгеше болады, MDI-дегі изоцианат топтары изоцианурат топтарын түзету үшін тримеризацияланады, олар полиолдармен байланысып, күрделі полимерлік құрылымды құрайды.
Type of plastic typically used for thermal insulation
Polyisocyanurate (,/p//ɒ//l//ɪ/,/aɪ//s//oʊ//s//aɪ/'/æ//nj//ʊər//eɪ//t/), also referred to as PIR, polyiso, or ISO, is a thermoset plastic typically produced as a foam and used as rigid thermal insulation. The starting materials are similar to those used in polyurethane (PUR) except that the proportion of methylene diphenyl diisocyanate (MDI) is higher and a polyester derived polyol is used in the reaction instead of a polyether polyol. The resulting chemical structure is significantly different, with the isocyanate groups on the MDI trimerising to form isocyanurate groups which the polyols link together, giving a complex polymeric structure.
Өңдеу
(MDI) және полиолдың реакциясы PUR өндірісіне қажетті температурадан жоғары температурада жүзеге асады. Осы жоғары температурада және белгілі бір катализаторлардың қатысуымен MDI ең алдымен өзі-өзімен реакцияласып, қатты сақиналы молекула – реакциялық аралық өнім (триизоцианат изоцианурат қосылысы) түзеді. Қалған MDI және триизоцианат полиолмен реакцияласып, күрделі поли(уретан изоцианурат) полимерін құрайды (сондықтан PIR-ге балама ретінде PUI аббревиатурасы қолданылады), ол тиісті көбіктіргіш заттың қатысуымен көбіктеледі. Бұл изоцианурат полимері салыстырмалы түрде берік молекулалық құрылымға ие, себебі мықты химиялық байланыстардың, изоцианурат сақинасының және жоғары байланыс тығыздығының үйлесімі, олардың әрқайсысы полиуретандармен салыстырғанда артық қаттылыққа әсер етеді. Байланыстың артуы оларды бұзуды қиындатады, нәтижесінде PIR көбігі химиялық және жылулық тұрақтылығы жоғары: изоцианурат байланыстарының ыдырауы 200°C-тан жоғары температурада басталады, ал уретан үшін бұл көрсеткіш 100-110°C шамасында. PIR-дің MDI/полиол арақатынасы, сонымен қатар оның индексі (тек уретанды алу үшін изоцианат/полиол стехиометриясына сүйенгенде) 180-ден аспайды. PUR индекстері әдетте 100-ге жуық. Индекс артқан сайын материалдың қаттылығымен қатар, хруптығы да артады, бірақ бұл байланыс сызықтық емес. Өнімнің қолданылуына қарай, жоғары қаттылық, химиялық және/немесе жылулық тұрақтылық қажет болуы мүмкін. Сондықтан PIR өндірушілері бірдей тығыздыққа ие, бірақ әртүрлі индексті бірнеше өнім ұсынады, осылайша соңғы қолданудағы ең жақсы нәтижелерге қол жеткізеді.
The reaction of (MDI) and polyol takes place at higher temperatures compared with the reaction temperature for the manufacture of PUR. At these elevated temperatures and in the presence of specific catalysts, MDI will first react with itself, producing a stiff, ring molecule, which is a reactive intermediate (a tri isocyanate isocyanurate compound). Remaining MDI and the tri isocyanate react with polyol to form a complex poly(urethane isocyanurate) polymer (hence the use of the abbreviation PUI as an alternative to PIR), which is foamed in the presence of a suitable blowing agent. This isocyanurate polymer has a relatively strong molecular structure, because of the combination of strong chemical bonds, the ring structure of isocyanurate and high cross link density, each contributing to the greater stiffness than found in comparable polyurethanes. The greater bond strength also means these are more difficult to break, and as a result a PIR foam is chemically and thermally more stable: breakdown of isocyanurate bonds is reported to start above 200 °C, compared with urethane at 100 to 110 °C. PIR typically has an MDI/polyol ratio, also called its index (based on isocyanate/polyol stoichiometry to produce urethane alone), higher than 180. By comparison PUR indices are normally around 100. As the index increases material stiffness the brittleness also increases, although the correlation is not linear. Depending on the product application greater stiffness, chemical and/or thermal stability may be desirable. As such PIR manufacturers can offer multiple products with identical densities but different indices in an attempt to achieve optimal end use performance.
Қолданылуы
PIR көбік түрінде өндіріледі және қатты жылу оқшаулау ретінде қолданылады. Оның жылу өткізгіштігі периметрдің ауданына қатынасына байланысты, әдетте 0,023 Вт/(м·К) (0,16 БТЭ·ин/(сағ·фут²·°F)) шамасында болады. Таза рельефті алюминий фольгамен ламинатталған PIR көбік панельдері жылу, желдеткіш және кондиционерлеу жүйелерінде қолданылатын алдын ала оқшауланған құбырларды жасау үшін пайдаланылады. ПИР көбігінен жасалған сэндвич панельдер коррозиядан қорғалған, толқынды болат жабындармен жабыстырылған және кеңінен төбе оқшаулау және тік қабырғалар үшін қолданылады (мысалы, қоймалар, фабрикалар, кеңселер және т.б.). PIR көбіктерінің басқа да кең таралған қолданыстарына өнеркәсіптік және коммерциялық құбырларды оқшаулау, сондай-ақ кесу/механикалық өңдеу материалдары (экспандияланған полистирол және қатты полиуретан көбіктерімен бәсекелеседі) жатады. Ықшамдалудан туындайтын саңылаулар ғимараттың қаптамасын оқшаулаудың тиімділігін төмендетуі мүмкін. Өндіріс талаптары бойынша ықшамдалу 1%-дан аспауы керек (бұрын 2% болған). Тіпті ықшамдалу осы шектен айтарлықтай төмен болса да, әрбір панельдің шетіне түсетін саңылаулар оқшаулаудың тиімділігін азайтуы мүмкін, әсіресе панельдер бу/инфильтрация кедергісін қамтамасыз етеді деп есептелсе. Бірнеше қабаттар, аралас тігістері, кеме қабырғасы немесе тіл және ойық тігістер осы мәселелерді айтарлықтай азайтады. Изофорон диизоцианатының полиизоцианураттары акрилді полиолдар мен полиэфирлі полиолдарға негізделген полиуретан жабындарының дайындалуында қолданылады.
PIR is typically produced as a foam and used as rigid thermal insulation. Its thermal conductivity has a typical value of 0.023 W/(m·K) (0.16 BTU·in/(hr·ft2·°F)) depending on the perimeter:area ratio. PIR foam panels laminated with pure embossed aluminium foil are used for fabrication of pre insulated duct that is used for heating, ventilation and air conditioning systems. Prefabricated PIR sandwich panels are manufactured with corrosion protected, corrugated steel facings bonded to a core of PIR foam and used extensively as roofing insulation and vertical walls (e. g. for warehousing, factories, office buildings etc.). Other typical uses for PIR foams include industrial and commercial pipe insulation, and carving/machining media (competing with expanded polystyrene and rigid polyurethane foams). Effectiveness of the insulation of a building envelope can be compromised by gaps resulting from shrinkage of individual panels. Manufacturing criteria require that shrinkage be limited to less than 1% (previously 2%). Even when shrinkage is limited to substantially less than this limit, the resulting gaps around the perimeter of each panel can reduce insulation effectiveness, especially if the panels are assumed to provide a vapor/infiltration barrier. Multiple layers with staggered joints, ship lapped or tongue & groove joints greatly reduce these problems. Polyisocyanurates of isophorone diisocyanate are also used in the preparation of polyurethane coatings based on acrylic polyols and polyether polyols.
Денсаулыққа қауіп төндіретін факторлар
PIR оқшаулауын өндіру кезінде (мысалы, шаң түрінде) теріге, көзге және жоғарғы тыныс жолдарына механикалық тітіркену тудыруы мүмкін. Зерттеулерде тыныс алу ауруларының қаупінің статистикалық тұрғыдан айтарлықтай жоғарылағаны анықталған жоқ.
PIR insulation can be a mechanical irritant to skin, eyes, and upper respiratory system during fabrication (such as dust). No statistically significant increased risks of respiratory diseases have been found in studies.
Өрт қаупі
Кейде ПИР-дің отты баяулатушы немесе отты баяулатушы заттары бар деп айтылады, бірақ олар «кішкентай масштабтағы сынақтардың» нәтижелерін сипаттайды және «нақты өрт жағдайындағы [барлық] қауіптерді көрсетпейді»; өрттен туындайтын қауіптердің ауқымы отқа төзімділікті ғана емес, түрлі өрт сценарийлерінен пайда болатын уытты қосалқы өнімдердің көлемін де қамтиды. 2011 жылы Орталық Ланкашир университетінің Өрт және қауіптілік ғылымы орталығында оқшаулағыш материалдардың өртке қатысты уыттылығы зерттелген кезде ПИР және басқа да көп қолданылатын материалдар өрт қауіптілігінің кең ауқымын көрсететін, шынайы және кең ауқымды жағдайларда зерттелді. Осы зерттеуде өрттен көбінесе уытты өнімдерді жұту салдарынан адамдар қаза табатыны анықталды. Зерттеу барысында уытты өнімдердің шығарылу деңгейі, уыттылығы, уақыт бойынша шығарылу сипаттамасы және шығарылған дозалардың қауіптілігі жалыстағы, жалыссыз және нашар желдетілетін өрттердің әртүрлі жағдайларында бағаланды. Нәтижесінде, ПИР басқа зерттелген оқшаулағыш материалдарға қарағанда әдетте уытты өнімдердің жоғары деңгейін шығарады деген қорытындыға келді (ПИР > ПУР > ЕПС > ПХФ; сондай-ақ шыны және тас жүндері зерттелді). Атап айтқанда, сутегі цианиді ПИР (және ПУР) көбіктерінің өртке қатысты уыттылығына маңызды үлес қосатын фактор ретінде танылды. ПИР изоляциялық тақтасы (Saint-Gobain компаниясының құрамындағы Celotex компаниясының FR4000 және FR5000 өнімдері ретінде көрсетілген) Лондонның Гренфелл мұнарасын қайта жаңарту кезінде сыртқы жағына қолдану үшін, 100 мм және 150 мм қалыңдықтағы тік және көлденең жолақтар түрінде ұсынылды; кейіннен «Ипсуич фирмасы Celotex қайта жаңартуға изоляциялық материалдарды жеткізгенін растады». 2017 жылдың 14 маусымында ғимарат 15 минут ішінде төртінші қабаттан бастап 24-ші қабатқа дейін отқа оранды. Өрт бойынша жүргізілген қоғамдық сауалда Celotex қаптамасының материалы өрттің жылдам таралуына себеп болған негізгі факторлардың бірі екені анықталды, себебі олар құрылыс ережелерінде рұқсат етілгеннен әлдеқайда тез тұтанатын. Celotex қауіпсіздік сынақтарында қолданылған қаптама панельдеріне жасырын түрде отты баяулатушы материалдар қосып, реттеуші органдарды қаптаманың өртке төзімділігі туралы жаңылыстырды.
PIR is at times stated to be fire retardant, or contain fire retardants, but these describe the results of "small scale tests" and "do not reflect [all] hazards under real fire conditions"; the extent of hazards from fire include not just resistance to fire but the scope for toxic byproducts from different fire scenarios. A 2011 study of fire toxicity of insulating materials at the University of Central Lancashire's Centre for Fire and Hazard Science studied PIR and other commonly used materials under more realistic and wide ranging conditions representative of a wider range of fire hazard, observing that most fire deaths resulted from toxic product inhalation. The study evaluated the degree to which toxic products were released, looking at toxicity, time release profiles, and lethality of doses released, in a range of flaming, non flaming, and poorly ventilated fires, and concluded that PIR generally released a considerably higher level of toxic products than the other insulating materials studied (PIR > PUR > EPS > PHF; glass and stone wools also studied). In particular, hydrogen cyanide is recognised as a significant contributor to the fire toxicity of PIR (and PUR) foams. PIR insulation board (cited as the FR4000 and the FR5000 products of Celotex, a Saint Gobain company) was proposed to be used externally in the refurbishment of Grenfell Tower, London, with vertical and horizontal runs of 100 mm and 150 mm thickness respectively; subsequently "Ipswich firm Celotex confirmed it provided insulation materials for the refurbishment." On 14 June 2017 the block of flats, within 15 minutes, was enveloped in flames from the fourth floor to the top 24th floor. The public inquiry into the fire determined that the Celotex cladding material was one of the primary causes of the rapid spread of the fire, as they were much more flammable than permitted by building regulations. Celotex deceived regulators about the fire performance of the cladding by secretly adding fire retardant materials to the cladding panels that were used during safety testing.