Szigetelő hab

A szigetelő hab olyan habosított szerkezetű anyag, amelyet elsősorban épületek és ipari berendezések hő- és hangszigetelésére alkalmaznak. A hab pórusos szerkezete – amelyben a levegő vagy más gáz zárványokban helyezkedik el – alacsony hővezetési tényezőt (λ) és ezzel kiváló hőszigetelő képességet eredményez. A legszélesebb körben használt szigetelő hab a poliuretán hab (PUR/PIR), emellett elterjedt a polisztirol hab (EPS, XPS), a melamin hab és a fenol hab is.

Poliuretán szigetelő hab

Kémiai összetétel és gyártás

A poliuretán hab (angolul: polyurethane foam, rövidítve PUR vagy PU) poliizocianát és poliol reakciójából keletkezik. A reakció során felszabaduló szén-dioxid vagy adalékként adott fizikai habosítószer hozza létre a pórusos szerkezetet. Az anyag kémiai szerkezetét az izocianát-csoportok (–N=C=O) és a hidroxil-csoportok (–OH) közötti uretánkötések határozzák meg. A poliuretán habok hőre keményedő (termoset) polimernek számítanak: kikeményedés után a molekulák közötti kémiai kötések hő hatására sem oldódnak fel, az anyag nem olvasztható újra.

A gyártás két fő úton történik:

Üzemi (gyári) előállítás: táblák, panelok, csövek formájában préselve vagy öntve készülnek.
Helyszíni (in situ) felhordás: kétkomponensű rendszerben, magasnyomású szórógéppel viszik fel a felületre; az anyag a levegőn másodpercek alatt megköt és felhabosodik.^[1]

A PIR hab (poliizocianurát) a PUR egy módosított változata, amelyet magasabb izocianát-arány mellett állítanak elő. Tűzállósága és hőstabilitása jobb a standard PUR-nál.^[2]

Típusok

Nyitott cellás poliuretán hab

A nyitott cellás habban a sejtek falai részben vagy teljesen hiányoznak, így az anyag összefüggő, egymással érintkező légtereket tartalmaz. Zárt cellás változatával ellentétben a nyitott cellás PUR hab páraáteresztő, rugalmas és kiváló hangszigetelő. Főbb jellemzői:^[3]

Hővezetési tényező (λ): kb. 0,032–0,040 W/(m•K)^[4]
Sűrűség: kb. 8–15 kg/m³ (EN 1602 szerint)^[3]
Páraáteresztő, rugalmas, jó hangszigetelő
Nem vízálló
Felhasználás: beltéri tetőtér, szarufaköz, könnyűszerkezetes falak, padlásfödém

Zárt cellás poliuretán hab

A zárt cellás habban a sejtek egymástól elszigeteltek és gázzal (jellemzően szén-dioxiddal vagy fluorozott szénhidrogénnel) töltöttek. A zárt cellás frakció aránya meghaladja a 90%-ot, ami jobb hő- és nedvességállóságot biztosít a nyitott cellás változathoz képest.^[3] Főbb jellemzői:

Hővezetési tényező (λ): kb. 0,0198–0,0204 W/(m•K) jellemző, tágabb tartomány kb. 0,020–0,028 W/(m•K)^[4]
Sűrűség: kb. 30–60 kg/m³ (EN 1602 szerint)^[3]
Vízálló, párazáró, lépésálló, szerkezeterősítő hatású
Kültérre is alkalmas (UV-védő bevonattal)
Felhasználás: lapostető, pince, aljzat, lábazat, ipari és mezőgazdasági épületek

A zárt cellás hab hővezetési tényezője jelentősen alacsonyabb a nyitott cellásnál, ezért azonos hőátbocsátási ellenállás (R-érték) vékonyabb réteggel érhető el.

Tűzvédelmi tulajdonságok

A poliuretán hab éghető anyag. Magas hőmérséklet hatására a felszínén karbonizált réteg keletkezik, amely korlátozza az oxigén hozzáférését a belső rétegekhez; a gyújtóforrás eltávolítása után az anyag nem tartja fenn az égést.^[5] Tűzvédelmi adalékokkal (pl. foszfát alapú égésgátlók) az anyag önkioltóvá tehető.

Az Európai Unióban az építési termékek tűzvédelmi osztályozása az EN 13501-1 szabvány szerint történik.^[6] A PUR habok tűzvédelmi besorolása adalékoktól és rendszertől függ: önmagában jellemzően E osztály (megfelel az EN 13823 vizsgálaton), fejlett, pl. gipszkartonnal kombinált rendszerekben magasabb osztályok (D–B) is elérhetők.^[5] Épületekben szerkezeti alkalmazásnál tűzvédelmi borítás (pl. gipszkarton) javasolt.

Környezeti szempontok

A korábbi PUR habok gyártásához CFC (klórfluór-szénhidrogén) habosítószereket – különösen a CFC-11-et – alkalmaztak, amelyek az ózonréteg károsítói. Az 1987-es Montreali Egyezmény nyomán ezeket fokozatosan felváltották a HCFC, majd HFC alapú habosítószerek.^[7] A HCFC-141b volt a legelterjedtebb habosítószer Európában, amelyet szintén kivezettek a Montreali Egyezmény keretében.^[8]

A jelenlegi HFC habosítószereknek (pl. HFC-245fa) nincs ózonkárosítási potenciáljuk (ODP=0), azonban üvegházhatásuk jelentős. A 2016-os Kigali Módosítás keretében az HFC-k fokozatos kivonása is megkezdődött; az ipar egyre inkább a hidrofluoro-olefin (HFO) alapú habosítószerek felé mozdul, amelyek alacsony globális felmelegedési potenciállal (GWP) rendelkeznek.^[9]

A PUR hab nehezen újrahasznosítható; mechanikai aprítással töltőanyagként, kémiai lebontással (glikolízis, hidrolízis) alapanyagként hasznosítható újra.

Egyéb szigetelő habanyagok

Polisztirol hab (EPS és XPS)

Az expandált polisztirol (EPS, közismert nevén „hungarocell") és az extrudált polisztirol (XPS) szintén elterjedt szigetelőanyag. Az EPS λ-értéke kb. 0,031–0,040 W/(m•K), az XPS-é 0,029–0,038 W/(m•K). Mindkét anyag táblás formában kerül forgalomba; helyszíni szórással nem alkalmazható. Fő különbségük a PUR habhoz képest: illesztési hézagoknál hőhidak keletkezhetnek, és az anyag idővel kissé zsugorodhat.

Melamin hab

A melamin hab (pl. Basotect® márkanév, BASF) nyitott cellás, rendkívül könnyű és kiváló hangnyelő anyag. A BASF adatai szerint az anyag magas hőmérsékleten is stabil, alacsony tömegű, és kiemelkedő tűzállósággal rendelkezik – égésgátló adalék hozzáadása nélkül is.^[10] Hővezetési tényezője kb. 0,034–0,035 W/(m•K) (10 °C-on mérve).^[11] Fő alkalmazási területe az akusztikai szigetelés és a tűzvédelmi követelményeket teljesítő belső burkolat.

Fenol hab (PF hab)

A fenol-formaldehid alapú hab a PUR habhoz hasonló, illetve annál is kedvezőbb hővezetési tényezővel rendelkezhet $\left(\lambda \approx 0,018-0,023{\frac {\text{W}}{{\text{m}}\cdot {\text{K}}}}\right)$ ; tűzállósága és alacsony füstfejlesztése miatt ipari és kereskedelmi épületekben alkalmazzák. Brittebb, mint a PUR; ütésre törhet.

Összehasonlítás más szigetelőanyagokkal

Szigetelő habanyagok összehasonlítása (tájékoztató értékek)
Anyag	λ [W/(m·K)]	Sűrűség [kg/m³]	Vízállóság	Páraáteresztés	Tűzvédelmi osztály (EN 13501-1, tipikus)
Nyitott cellás PUR	0,032–0,040	8–15	Nem	Igen	E–D
Zárt cellás PUR	0,020–0,028	30–60	Igen	Nem	D–B
PIR	0,018–0,023	30–50	Igen	Nem	C–B
EPS	0,031–0,040	15–30	Részben	Részben	E
XPS	0,029–0,038	28–45	Igen	Nem	E–D
Melamin hab	0,034–0,035	8–11	Nem	Igen	B
Fenol hab	0,018–0,023	35–55	Részben	Nem	B–C
Kőzetgyapot	0,032–0,044	20–200	Nem	Igen	A1
Üveggyapot	0,030–0,044	10–80	Nem	Igen	A1

A táblázatban szereplő értékek tájékoztató jellegűek; a pontos értékek gyártónként és termékváltozatonként eltérhetnek.^[4]^[3]

Alkalmazási területek

Épületszerkezeti hőszigetelés

A szigetelő habokat épületekben az alábbi szerkezeti elemeknél alkalmazzák:

Tetőtér és szarufaköz: nyitott cellás PUR hab fából készült tetőszerkezetek belső oldalára, a szarufák közé fújva^[3]
Padlásfödém: vízszintes felületek hőszigetelése, ahol a nyitott cellás hab páraáteresztése előnyt jelent
Külső és belső falak: könnyűszerkezetes és vázas épületeknél a szerkezeti elemek közé fújva
Aljzat és padló: zárt cellás PUR hab lépésálló, vízálló tulajdonsága miatt padlófűtés alá vagy talajjal érintkező aljzatba is alkalmas^[3]
Pince és lábazat: zárt cellás hab véd a talajnedvesség és a fagykár ellen
Lapostető: zárt cellás PUR vagy PIR hab hő- és vízszigetelést egyszerre biztosít

Ipari és mezőgazdasági alkalmazások

Hűtőkamrák és hűtőjárművek falszerkezete (PIR/PUR szendvicspanel)
Csővezetékek és tartályok szigetelése
Ipari csarnokok és mezőgazdasági épületek héjazata (trapézlemez alá fújt zárt cellás hab)

Egyéb felhasználás

Szállítási csomagolás (EPS)
Hajóépítészet (zárt cellás PUR az úszóképesség növelésére)
Járműipar (hangszigetelés, üléshabok)
Akusztikai célú alkalmazások (melamin hab)^[12]

Egészségügyi és környezeti szempontok

A folyékony PUR alapanyagok (izocianátok) belélegezve irritálják a légutakat és allergiás reakciót válthatnak ki; a kivitelezés során légzésvédelem szükséges.^[13] A teljesen megkötött, kikeményedett hab egészségre ártalmatlan, szag- és pormentes.

Az EPS és XPS égésekor mérgező gázok keletkeznek; bontásnál és tűz esetén fokozott óvatosság szükséges.

Szabványok és jelölések

EN 13165: gyári gyártású merev poliuretán hab hőszigeteléssel kapcsolatos termékszabvány^[4]
EN 14315-1: helyszínen felhordott merev PUR hab termékszabvány^[4]
EN 13501-1: építési termékek tűzvédelmi osztályozása^[6]
EN 1602: szigetelőanyagok látszólagos sűrűségének mérési módszere^[3]
EN 12667 / EN 12664: hővezetési tényező mérési módszerei
λ (lambda): hővezetési tényező, mértékegysége W/(m•K); minél alacsonyabb, annál jobb a szigetelőképesség
R-érték: hőátbocsátási ellenállás, mértékegysége m²•K/W; a rétegvastagság és a λ hányadosa
ODP (Ozone Depletion Potential): ózonkárosítási potenciál; a jelenlegi HFO habosítószerek értéke nulla^[9]

Jegyzetek

↑ Open and closed cell polyurea foams – US Patent 9725897. image-ppubs.uspto.gov (PDF)
↑ Closed Cell Rigid Polyurethane Foams Based on Low Functionality Polyols. PMC/NCBI
1 2 3 4 5 6 7 8 Closed vs Open-Cell PU Foam Properties. Scribd
1 2 3 4 5 Closed Cell Rigid Polyurethane Foams Based on Low Functionality Polyols. PMC/NCBI
1 2 Is PUR foam flammable? PCC Group
1 2 Foam wall insulation system – US Patent 9617729. image-ppubs.uspto.gov (PDF)
↑ Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer. IISD
↑ UNEP Montreal Protocol: FTOC 2002 Assessment Report. ozone.unep.org (PDF)
1 2 Hydrofluorocarbons saved the ozone layer but are warming the earth. Penn State IEE
↑ Basotect – The versatile melamine resin foam. BASF (PDF)
↑ Melamine Foam product data. Gteek
↑ Basotect: BASF Melamine resin foam. BASF Plastics & Rubber
↑ Meeting the Fire Code with Continuous Foam Plastic Insulation. DuPont (PDF)

[1] Open and closed cell polyurea foams – US Patent 9725897. image-ppubs.uspto.gov (PDF)

[2] Closed Cell Rigid Polyurethane Foams Based on Low Functionality Polyols. PMC/NCBI

[spf-scribd-3] 1 2 3 4 5 6 7 8 Closed vs Open-Cell PU Foam Properties. Scribd

[ncbi-pur-4] 1 2 3 4 5 Closed Cell Rigid Polyurethane Foams Based on Low Functionality Polyols. PMC/NCBI

[flam-5] 1 2 Is PUR foam flammable? PCC Group

[foamwall-6] 1 2 Foam wall insulation system – US Patent 9617729. image-ppubs.uspto.gov (PDF)

[7] Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer. IISD

[8] UNEP Montreal Protocol: FTOC 2002 Assessment Report. ozone.unep.org (PDF)

[hfc-9] 1 2 Hydrofluorocarbons saved the ozone layer but are warming the earth. Penn State IEE

[10] Basotect – The versatile melamine resin foam. BASF (PDF)

[11] Melamine Foam product data. Gteek

[12] Basotect: BASF Melamine resin foam. BASF Plastics & Rubber

[13] Meeting the Fire Code with Continuous Foam Plastic Insulation. DuPont (PDF)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]