Polyuretaanipohjaisen sandwichrakenteen palonkesto
Matinlauri, Henry (2020)
2020
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Degree Programme in Engineering and Natural Sciences, BSc (Tech)
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-06-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005275721
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005275721
Tiivistelmä
Rakennusteollisuudessa käytettävät niin sanotut sandwich-elementit ovat tutkimuksen ja kehityksen tarpeessa tiukentuneiden lainsäädäntöjen myötä ja pyrittäessä energian kulutuksen vähentämiseen. Jäykät solumuovit, kuten polyuretaani ja sen eri modifikaatiot (esimerkiksi polyisosyanuraatti) ovat tyypillisiä rakennusteollisuuden sandwich-elementtien ydinkerrosmateriaaleja. Palonkestävyyttä pidetään muoviydinkerroksellisten sandwich-elementtien haittapuolena verrattaessa epäorgaaniseen mineraalivillaeristeeseen. Toisaalta muoviydinkerroksen lämmönjohtavuus on epäorgaanista mineraalivillaa parempi. Elementtien palonkestävyyteen voidaan vaikuttaa ydinkerroksen koostumuksen ja lisäaineiden kautta.
Tässä kandidaatintyössä on tarkoitus selvittää kirjallisuustutkimuksen avulla ydinmateriaaliltaan polyuretaanipohjaisten sandwich-elementtien palonkestävyyttä ja löytää ratkaisuja, miten rakennusteollisuus voisi parantaa elementtien ydinmateriaalien palonkestävyyttä. Tutkimuskysymykset, joihin tämä tutkimus antaa vastauksia ovat seuraavat:
1. Polyuretaani eristemateriaalina sandwich-elementeissä
2. Polyuretaanin palo-ominaisuudet ja keinot niiden parantamiseen
Aluksi työssä perehdytään rakennuselementtien rakenteeseen ja vaatimuksiin Suomen rakennusmääräyskokelman mukaisesti. Seuraavassa luvussa selvitetään polyuretaanin kemiaa. Viimeisessä kappaleessa perehdytään palamiseen ja polyuretaanin palonestoaineisiin.
Työssä havaittiin, että palon aikana tulee erityisesti huomioida orgaanisen materiaalin savuntuotto ja pisaroiden muodostuminen. Polyuretaania valmistaessa on kiinnitettävä huomio isosyanaatin ja polyolin valintaan. Kemian kannalta oivalliseksi valinnaksi osoittautui korkean metyleenidifenyylidi-isosyanaatti (MDI) tai polymeerisen MDI:n arvon omaava isosyanaatti, joka sekoitetaan polyesteripohjaisen polyolin kanssa. Vaikka polyuretaanien palonestoaineiden lisääminen on haastavaa, oli kirjallisuudessa mainittu toimivina konsepteina muun muassa laajeneva grafiitti, pii- ja fosforipohjaiset palonestoaineet.
Tulosten perusteella voidaan pohtia millainen palonkestävyys ydinmateriaalilla tulisi olla. Esimerkiksi voisi analysoida materiaaleista vapautunutta energiamäärää, savukaasujen laatua ja pitoisuuksia. Löytyisikö ratkaisu kenties polyolien vaihtamisesta, jolloin tarvitsisi perehtyä paremmin polyolien kemiaan? Myös happipitoisuuden määritys ja tuhka-analyysi voisi olla ratkaisu selvittämään tarkemmin, miten testatun polyuretaanin koostumus olisi hyvä valinta. Vaikka palonkestävyydeltään löytyisi kirjallisuudesta hyviä vaihtoehtoja, aina ei ole tarpeeksi tarkkaa tietoa saatavilla siitä, että olisiko kyseinen materiaali sandwich-elementin kokonaisuuden kannalta järkevä valinta.
Tässä kandidaatintyössä on tarkoitus selvittää kirjallisuustutkimuksen avulla ydinmateriaaliltaan polyuretaanipohjaisten sandwich-elementtien palonkestävyyttä ja löytää ratkaisuja, miten rakennusteollisuus voisi parantaa elementtien ydinmateriaalien palonkestävyyttä. Tutkimuskysymykset, joihin tämä tutkimus antaa vastauksia ovat seuraavat:
1. Polyuretaani eristemateriaalina sandwich-elementeissä
2. Polyuretaanin palo-ominaisuudet ja keinot niiden parantamiseen
Aluksi työssä perehdytään rakennuselementtien rakenteeseen ja vaatimuksiin Suomen rakennusmääräyskokelman mukaisesti. Seuraavassa luvussa selvitetään polyuretaanin kemiaa. Viimeisessä kappaleessa perehdytään palamiseen ja polyuretaanin palonestoaineisiin.
Työssä havaittiin, että palon aikana tulee erityisesti huomioida orgaanisen materiaalin savuntuotto ja pisaroiden muodostuminen. Polyuretaania valmistaessa on kiinnitettävä huomio isosyanaatin ja polyolin valintaan. Kemian kannalta oivalliseksi valinnaksi osoittautui korkean metyleenidifenyylidi-isosyanaatti (MDI) tai polymeerisen MDI:n arvon omaava isosyanaatti, joka sekoitetaan polyesteripohjaisen polyolin kanssa. Vaikka polyuretaanien palonestoaineiden lisääminen on haastavaa, oli kirjallisuudessa mainittu toimivina konsepteina muun muassa laajeneva grafiitti, pii- ja fosforipohjaiset palonestoaineet.
Tulosten perusteella voidaan pohtia millainen palonkestävyys ydinmateriaalilla tulisi olla. Esimerkiksi voisi analysoida materiaaleista vapautunutta energiamäärää, savukaasujen laatua ja pitoisuuksia. Löytyisikö ratkaisu kenties polyolien vaihtamisesta, jolloin tarvitsisi perehtyä paremmin polyolien kemiaan? Myös happipitoisuuden määritys ja tuhka-analyysi voisi olla ratkaisu selvittämään tarkemmin, miten testatun polyuretaanin koostumus olisi hyvä valinta. Vaikka palonkestävyydeltään löytyisi kirjallisuudesta hyviä vaihtoehtoja, aina ei ole tarpeeksi tarkkaa tietoa saatavilla siitä, että olisiko kyseinen materiaali sandwich-elementin kokonaisuuden kannalta järkevä valinta.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8324]