Адаптивный к влаге паровой барьер, в частности для теплоизоляции зданий, и способ изготовления такого парового барьера - RU2542002C2

Описание

Изобретение относится к влагоадаптивному паровому барьеру согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к способу изготовления парового барьера.

Влагоадаптивные паровые барьеры характеризуются тем, что сопротивление парового барьера диффузии водяного пара изменяется в зависимости от относительной влажности воздуха, а именно так, что сопротивление диффузии водяного пара снижается с увеличением влажности в среде, окружающей паровой барьер. При этом сопротивление диффузии водяного пара обычно измеряют согласно DIN EN ISO 12572:2001.

Такие паровые барьеры используют главным образом для обеспечения воздухонепроницаемости зданий, а именно как правило, совместно с теплоизоляционными системами зданий. Для теплоизоляции зданий, в частности крыш, как правило, используют диффузионно-открытые подкровельные пленки, расположенные под кровлей, образованной, например, черепицей, под ними размещают теплоизолирующий слой, например из минеральной ваты, затем паровой барьер и под ним обшивку. При использовании парового барьера в основном преследуют две цели. Во-первых, необходимо обеспечить воздухонепроницаемость крыши, чтобы предотвратить проникновение холодного наружного воздуха во внутреннее пространство здания и выход теплого воздуха из внутренних помещений здания, за счет чего можно избежать потерь тепловой энергии и поступления с конвективными потоками влаги, которая может повредить строительные конструкции. Во-вторых, паровой барьер должен оказывать определенное блокирующее действие против диффузии водяного пара для предотвращения нежелательного поступления влаги в строительные конструкции.

Благодаря использованию так называемых влагоадаптивных паровых барьеров, которые, как правило, выполнены в виде пленок, вследствие влагоадаптивных характеристик таких пленок предотвращается проникновение влаги зимой, так как в зимних условиях с сухим воздухом паровой барьер по существу «закрывается». Когда летом, при более сильном тепловом излучении и при более влажных, по сравнению с зимой, условиях, влага выходит из деревянных конструкций, например крыши, пленка парового барьера реагирует вследствие сравнительно высокой влажности в среде, окружающей паровой барьер, так что паровой барьер, так сказать, «открывается» вследствие снижения сопротивления диффузии водяного пара и обеспечивает соответствующее просушивание.

В качестве материала для пленок влагоадаптивных паровых барьеров часто используют полиамид (см. публикацию DE 19514420 C1). У этой пленки сопротивление диффузии водяного пара уменьшается с увеличением средней влажности окружающей среды. При этом влагоадаптивные свойства этого известного пленочного парового барьера отрегулированы так, что паровой барьер при средней влажности окружающей атмосферы в диапазоне от 30 до 50% имеет сопротивление диффузии водяного пара (значение S_d), равное 2-5 м эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха, а при влажности окружающей среды в диапазоне от 60 до 80% сопротивление диффузии водяного пара (значение S_d) меньше 1 м. Вследствие этого паровой барьер такого рода зимой, когда обычно имеются сухие условия, и относительная влажность атмосферы, окружающей паровой барьер, по существу лежит в диапазоне от 30 до 50%, оказывает барьерный эффект, поскольку вследствие относительно высокого сопротивления диффузии водяного пара паровой барьер «закрывается», и через пленку может диффундировать лишь небольшое количество водяного пара. За счет этого предотвращается значительный выход влаги из внутреннего пространства зданий через пленку наружу, например в деревянные конструкции крыши здания и/или стены, где эта влага впоследствии может сконденсироваться и в конечном итоге привести к гниению и образованию плесени.

Во влажных условиях, которые обычно имеются в летние месяцы, напротив, вследствие снижения сопротивления диффузии проникновение влаги через барьер становится возможным. Следствием этого является то, что теперь влага может отводиться из деревянных конструкций, так что становится возможным их просушивание, что дает возможность избежать повреждений, в частности -повреждения деревянных конструкций.

Наконец, известны другие пленки для паровых барьеров с многослойной конфигурацией и с влагоадаптивными характеристиками (DE 202004019654 U1 или DE 10111319 A1), которые при относительной влажности окружающего воздуха в диапазоне от 30 до 50% обладают сопротивлением диффузии водяного пара (S_d), равным 5 м, и более эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха, а при относительной влажности воздуха в диапазоне от 60 до 80% - сопротивлением диффузии водяного пара (S_d), которое меньше 0,5 м эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха. У таких известных влагоадаптивных пленок для паровых барьеров график зависимости сопротивления диффузии водяного пара от средней или относительной влажности имеет S-образную форму с входящей ветвью, которая начинается от значений с большим сопротивлением диффузии водяного пара при низкой влажности, и выходящей ветвью с меньшими значениями сопротивления диффузии при более высокой влажности среды, окружающей паровой барьер.

Как известно, ход кривой зависимости сопротивления диффузии влагоадаптивного парового барьера от влажности можно описать формулой S_d=D×µ, где D означает толщину парового барьера, а µ - параметр парового барьера, зависящий от материала. Соответственно, возможно изменение влагоадаптивного характера парового барьера за счет соответствующего изменения толщины, при котором толщина пленки для парового барьера соответственно увеличивается или уменьшается, но форма S-образной кривой не изменяется, а происходит только сдвиг S-образной кривой вдоль оси ординат. При увеличении толщины парового барьера это может привести к соответствующему увеличению значения Sd как при сухих условиях зимой, так и при влажных условиях летом, так что в этом случае в летних условиях может произойти ухудшение свойств парового барьера вследствие снижения способности к просушиванию. Однако возможность уменьшения толщины пленки парового барьера, которая обычно лежит в диапазоне от 20 мкм до 80 мкм, ограничена из соображений прочности и стабильности.

Хотя известные пленки для паровых барьеров хорошо работают при нормальных условиях, в частности в сухих условиях окружающей среды, которые обычно существуют в офисах, и в нормальных условиях окружающей среды, которые обычно существуют в жилых зданиях, все же свойства известных пленок для паровых барьеров при повышенной нагрузке влагой, в частности при более холодных погодных условиях, довольно проблематичны. Повышенная нагрузка влагой существует, в частности, в таких помещениях, как фабрики-кухни, кафетерии и т.п., а также в жилых и офисных помещениях, в которых размещено много растений и/или аквариумов и т.п. Также повышенная нагрузка влагой существует в новостройках и в реконструируемых старых зданиях при выполнении штукатурных работ или укладки монолитных полов. Благодаря использованию современных строительных материалов и новых способов строительства такие строительные работы все чаще выполняют в холодное время года, в частности в месяцы с октября по март, то есть в такие периоды, когда влажность окружающей среды стабилизируется на относительно сухом уровне, а пленки паровых барьеров при таких нормальных условиях «закрываются». Однако при впитывании влаги, в частности при проведении строительных работ в холодное время года, в случае стандартных паровых барьеров вследствие повышающейся при этом влажности среды, окружающей пленку парового барьера, пленка «открывается» и происходит по существу беспрепятственный выход влаги через пленку парового барьера в деревянные конструкции, что при определенном объеме приобретает критическое значение и может привести к повреждению деревянной конструкции вследствие образования плесени и т.п.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить паровой барьер и способ изготовления парового барьера, которые обеспечили бы решение для ранее описанных условий, в частности в холодное время года, т.е. при высокой нагрузке влагой, по существу препятствовали бы критическому переносу влаги через пленку парового барьера.

Согласно настоящему изобретению эта задача решена за счет средств, указанных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения, тогда как частные варианты осуществления изобретения характеризуются признаками, содержащимися в зависимых пунктах формулы изобретения.

Паровой барьер согласно настоящему изобретению, предпочтительно выполненный в виде пленки, отличается тем, что пленка состоит из материала, который имеет трехчастный профиль зависимости S_d от влажности, а именно при средней относительной влажности воздуха, превышающей 75%, предпочтительно равной 70% и более, он имеет значение S_d менее 1 м эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха, предпочтительно менее 0,8 м, затем при меньшей средней влажности в диапазоне от 45 до 58%, предпочтительно в диапазоне от 40 до 58%, график S_d по существу имеет форму плато или близок к плато, причем в этом диапазоне нижнее значение S_d не меньше 2 м, а верхнее значение S_d не больше 5 м, а разность между фактическим верхним и нижним значениями S_d в этом диапазоне не превышает 1 м. При дальнейшем снижении влажности в диапазоне от 20 до 30%, предпочтительно от 20 до 35%, паровой барьер имеет значение S_d, которое по меньшей мере на 0,5 м превышает верхнее фактическое значение S_d в платообразной средней области.

Поэтому пленка парового барьера оказывает малое блокирующее действие, необходимое с точки зрения строительной физики, в области высоких значений средней влажности, превышающих 75%, в частности превышающих 70%, то есть она обеспечивает хорошую способность к просушиванию строительных конструкций летом. Кроме того, пленка парового барьера обладает такими свойствами, что при высоких нагрузках влагой в помещениях, в частности на фабриках-кухнях, в кафетериях и т.п. или во время строительных работ в холодное время года, она хотя и обеспечивает определенный перенос влаги, но этот перенос влаги снижен по сравнению со стандартными паровыми барьерами, так что в таких ситуациях удается избежать критического проникновения влаги в деревянные конструкции и т.п. При высокой нагрузке влагой пленка парового барьера «открывается» с увеличением влажности в указанном диапазоне от 45 до 58% или от 40 до 58%, но изменение значения S_d в этом диапазоне значений влажности происходит в меньшей степени по сравнению со стандартными пленками для паровых барьеров, так что в указанном диапазоне возникает определенная статическая фаза изменений значения S_d пленки парового барьера, то есть значения S_dпленки парового барьера в этом диапазоне изменяются лишь постепенно, и в принципе условия, связанные со значениями S_d, в этом диапазоне остаются по существу постоянными или приблизительно постоянными. График зависимости S_d от влажности в диапазоне от 45 до 58%, предпочтительно от 40 до 58%, предпочтительно имеет по существу форму «плато», то есть изменение значения S_d в этом диапазоне в течение длительного промежутка времени, определяемого повышенной влажностью, остается малым, так что, с одной стороны, сохраняется определенное желаемое барьерное действие пленки парового барьера, и одновременно при чрезмерном поступлении влаги возможна определенная диффузия влаги, без достижения критического объема перенесенной влаги, которое при таких нагрузках влагой имеет место в случае стандартных пленок для паровых барьеров.

Типичная форма графика зависимости значений S_d от влажности у стандартных пленок для паровых барьеров по существу является S-образной кривой; в отличие от этого, в случае пленки для парового барьера согласно настоящему изобретению форма графика предпочтительно имеет форму двойной S-образной кривой, причем выходящая ветвь S-образной кривой в «сухом» диапазоне совпадает с входящей ветвью S-образной кривой во «влажном» диапазоне, а в диапазоне значений влажности от 45 до 58% или от 40 до 58% ход кривой почти параллелен оси абсцисс или по существу имеет форму «плато», то есть происходит лишь небольшое изменение значений S_d. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в пределах области, по существу имеющей форму «плато», разность значений S_d, соответствующая разности значений S_d на входе, то есть при влажности, равной 45%, и на выходе, то есть при влажности, равной 58%, не превышает 0,6 м эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха, предпочтительно не превышает 0,4 м. Это означает, что значение S_d пленки парового барьера в этом диапазоне изменяется лишь постепенно, так что возникает определенная статическая фаза, во время которой пленка парового барьера еще в значительной мере оказывает блокирующее действие, однако возможен и определенный перенос влаги в рамках вышеуказанных параметров. Предпочтительно область «плато» графика зависимости значений S_d от влажности лежит в диапазоне от 3 до 5 м эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения материал, обеспечивающий влагоадаптивность парового барьера, представлен в виде одного слоя, который целиком состоит из этого материала, в отличие от стандартных пленок для паровых барьеров, влагоадаптивность которых обеспечивается несколькими слоями пленки для парового барьера, расположенными друг над другом.

Область «плато» графика значений S_d или описанная статическая фаза с малым изменением значений S_d в диапазоне значений влажности от 45 до 58% или от 40 до 58% обеспечивают посредством добавления вспомогательного вещества к основному материалу парового барьера, при этом содержание вспомогательного вещества составляет от 10 до 20 масс.% от массы остального материала пленки для парового барьера, предпочтительно от 15 до 20 масс.%. Основным материалом пленки для парового барьера предпочтительно является полиамид, тогда как в качестве предпочтительных вспомогательных веществ используют модифицированные полиолефины, в частности привитой сополимер полиэтилена. Такие привитые сополимеры полиэтилена предлагают различные производители. Особенно подходящими оказались типы, распространяемые компанией Du Pont под торговым названием Bynel®. Следующими предпочтительными вспомогательными веществами являются сополимеры полиэтилена и полиакриловой кислоты, которые также предлагаются различными производителями. Особенно подходящими оказались типы, распространяемые компанией Du Pont под торговым названием Surlyn®.

Слой, ответственный за влагоадаптивность пленки парового барьера, отличается однородной структурой слоя, которая в значительной мере обусловлена химическим смешиванием смеси из полиамида в виде гранулированного материала и вспомогательного вещества, также в виде гранулированного материала, посредством плавления смеси гранулированных материалов, после чего из этого расплава, содержащего полиамид и вспомогательное вещество, получают гранулированный материал, из которого впоследствии изготавливают пленку для парового барьера посредством экструзии или формования с раздувом. При этом предпочтительно, чтобы вспомогательное вещество содержалось в исходном гранулированном материале вспомогательного вещества в виде наночастиц.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения пленки для парового барьера с указанной влагоадаптивностью могут быть изготовлены с толщиной в диапазоне от 40 до 80 мкм, предпочтительно в диапазоне от 50 до 70 мкм. В объем изобретения входит то, что эта однослойная пленка для парового барьера с влагоадаптивными свойствами может быть дополнена подходящими дополнительными слоями, которые предназначены либо для повышения прочности пленки, либо для влияния на другие свойства пленки для парового барьера в зависимости от прикладной задачи.

Способ изготовления пленки для парового барьера согласно настоящему изобретению отличается тем, что из гранулированного материала, состоящего из полиамида, и вспомогательного вещества, также в виде гранулированного материала, в частности полиэтилена, образуют смесь посредством смешивания. Эту смесь, состоящую из сырьевых материалов в виде гранул в определенном соотношении, плавят в экструдере, при необходимости с добавлением других вспомогательных веществ, например средств, способствующих гомогенизации, с целью получения гомогенного расплава из вышеуказанных исходных веществ. Из гомогенного расплава получают гранулированную смесь. Эту гранулированную смесь в ходе независимой стадии способа посредством экструзии или формования с раздувом перерабатывают в однослойную пленку для парового барьера или монопленку согласно настоящему изобретению. Изготовленная таким образом пленка для парового барьера отличается в значительной степени однородной структурой. Альтернативно можно перерабатывать исходные вещества в подходящем экструдере прямо с получением соответствующей монопленки. Альтернативный способ предпочтителен с экономической точки зрения, поскольку он не требует предварительного компаундирования, однако в реальном производственном процессе трудно обеспечить необходимую гомогенизацию расплава в желаемой степени.

Монопленку, полученную таким способом, можно снабдить дополнительными слоями с использованием известного способа ламинирования, в частности для улучшения ее механических свойств. Эти дополнительные слои предпочтительно не оказывают влияния на влагоадаптивный характер пленки согласно настоящему изобретению, который определяет монопленка.

Соотношение полиамида и вспомогательного вещества в смеси регулируют в соответствии с желаемыми влагоадаптивными характеристиками. При этом в практических опытах было установлено, что в зависимости от конкретного вспомогательного вещества, которое добавляют к полиамидной основе, предпочтительно добавление вспомогательного вещества к полиамидной основе в количестве от 7 до 25%, причем как для достижения желаемых влагоадаптивных свойств согласно настоящему изобретению, так и с точки зрения технологичности пленки. Особо предпочтительно добавление вспомогательного вещества в количестве от 10 до 20%, в частности от 14 до 18%, причем очень хорошие результаты были получены при добавлении в количестве от 15 до 18%. В зависимости от вещества верхние границы добавления вспомогательного вещества лежат в диапазоне примерно от 20 до 25 масс.%, причем с учетом технологичности пленки согласно настоящему изобретению не следует превышать предельное значение, равное 25 масс.%, и технологичность пленки тем лучше, чем больше сдвинута верхняя граница диапазона вниз, в направлении 20% и ниже.

Далее описаны предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения на основании одного рисунка, который представляет собой схему графиков зависимости значений S_d от средней относительной влажности, то есть от влажности в среде, окружающей пленку парового барьера, для четырех пленок для парового барьера согласно настоящему изобретению.

Графики К1, К2, К3 и К4 относятся к четырем пленкам для парового барьера, которые являются однослойными и состоят из полиамида а) с вспомогательным веществом Bynel® 4157 в количестве, равном 20 масс.%, при толщине, равной 40 мкм (К1: 40 мкм/20%/В); б) с вспомогательным веществом Bynel в количестве, равном 15 масс.%, при толщине, равной 70 мкм (К2: 70 мкм/15%/В); в) с вспомогательным веществом Surlyn® 1605 в количестве, равном 18 масс.%, при толщине, равной 60 мкм (К3: 60 мкм/18%/S); или с вспомогательным веществом EVOH типа Н171 В (производства компании EVAL Europa) в количестве, равном 15 масс.%, при толщине, равной 50 мкм (К4: 50 мкм/15%/EVOH).

Что касается простоты изготовления, то верхние границы составляют примерно 22 масс.% для Bynel 4157, примерно 20 масс.% для Surlyn 1605 и примерно 20 масс.% для EVOH типа Н171В.

Влагоадаптивность парового барьера явно определена тремя участками, каждый из которых ограничивает прямоугольник. Начиная с влажности, равной 75%, идет прямоугольный участок I со значениями S_d менее 1 м эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха. В диапазоне значений влажности от 45 до 58% определены значения S_d в диапазоне от 2 до примерно 4,3 м эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха, что дает прямоугольник для участка II, внутри которого выделен второй прямоугольник, который отражает наибольшую разность значений эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха, равную 1 м, между фактическим нижним значением и фактическим верхним значением на участке II. Для низкой влажности (сухих условий) в диапазоне от 20 до 30% значения S_d пленки парового барьера лежат в диапазоне значений S_d, нижний предел которых находится по меньшей мере на 0,5 м выше верхнего фактического значения на участке 2, которое определяет заштрихованный прямоугольник III, открытый вверх.

Профиль влажности графика К определен точками измерений, распределенными по оси абсцисс, причем измерения проведены согласно DIN EN ISO 12572:2001. В сериях опытов было установлено, что для точного определения каждой отдельной точки измерения в переходной области, т.е. при крутом подъеме графика, у известных влагоадаптивных паровых барьеров с одинарной S-образной кривой при средних значениях влажности в диапазоне от примерно 35 до 65% необходимо установить лишь небольшой градиент между значениями влажности с обеих сторон парового барьера, на основании которого определяют среднюю влажность посредством усреднения. Слишком большие градиенты приводят к искажению результатов измерений, которое обнаруживается в виде слишком малых значений S_d. Обычно одно значение влажности задают с использованием соли или воды, значение влажности, с другой стороны, задают посредством настройки регулируемой климатической камеры.

В Таблице 1 приведены установленные значения влажности и результаты измерения для примеров осуществления изобретения К1, К2, К3 и К4.

Ход графиков К1, К2, К3 и К4 можно описать двойным S-профилем, причем выходящая ветвь графика в области низких значений влажности в пределах участка II переходит во входящую ветвь S-образной кривой на участке с большей влажностью, и в пределах участка II явно имеет место лишь постепенное уменьшение значений S_d, так что наступает своего рода статическая фаза и имеет место приближение к квазипостоянному ходу графика с платообразным характером; в пределах этого диапазона значений влажности значения S_d изменяются лишь постепенно, то есть тенденция к «открытию» пленки парового барьера на участке II соответственно снижается. Для подтверждения двойного S-образного хода графика в примере осуществления К4 были использованы дополнительные точки измерения при более низких значениях средней влажности, равных 14% или 21%.

Двойная S-образная кривая математически описывается следующим уравнением:

Параметры А1/А2 определяют расположение двух конкретных S-образных кривых между минимальным и максимальным значениям ординаты, параметры В1/В2 определяют расположение переходного участка, то есть крутизну S-образной кривой, параметры С1/С2 определяют положение точки перегиба S-образных кривых, D определяет нижнее пороговое значение.

С использованием способа наименьших квадратов для уравнения регрессии было получено следующее:

При подстановке получают 7 уравнений для определения параметров графика от А1 до D:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

Эта система уравнения не имеет замкнутого решения. Обычно ее решают итеративным способом с использованием подходящих начальных значений.

Для трех кривых К1, К2 и К3 получены как «наиболее точно соответствующие» следующие значения:

Как видно из примеров осуществления настоящего изобретения, на ход графика К, естественно, влияют толщина слоя и соответствующее добавление вспомогательного вещества, причем, как указано выше, предпочтительно использовать Bynel®, например Bynel® 4157, или Surlyn®, например Surlyn® 1605, или EVOH, например Н171В.

Пленки для парового барьера К1 и К2 были изготовлены из смеси гранулированных материалов, состоявшей из полиамида с добавлением примерно 15% или 20% Bynel® 4157, причем эту смесь гранулированных материалов плавили и из расплава снова получали гранулированный материал, состоявший из смеси полиамида и Bynel® 4157. Затем из этого гранулированного материала получали пленку для парового барьера с толщиной, равной 70 мкм или 40 мкм, посредством стандартной экструзии из экструдера. Изготовление пленки для парового барьера К3 осуществляли аналогичным способом с добавлением 18% Surlyn® 1605. Был получен продукт с толщиной, равной 60 мкм. Пленку для парового барьера К4 получали посредством смешивания полиамида с добавлением 15% EVOH Н171В в экструдере с подсоединенной щелевой форсункой. Был получен продукт с толщиной, равной 50 мкм.

Во всех примерах осуществления был использован Полиамид 6, а именно типа B40L (производства компании BASF).

Практические опыты показали, что пленки для парового барьера согласно настоящему изобретению, в частности во влажных условиях, которые имеют место во время строительных работ в новостройках или во время ремонтных работ, в критическом диапазоне значений влажности от 45% до 60% еще обеспечивают желаемое барьерное действие и лишь немного «открываются» в указанном диапазоне, так что в течение более длительного времени имеет место значительно более равномерный и не оказывающий вредного воздействия на деревянные конструкции перенос влаги через пленку парового барьера.

Реферат

Изобретение относится к влагоадаптивному паровому барьеру, применяемому в теплоизоляции зданий. Барьер состоит из материала, который при относительной влажности воздуха от 45 до 58% по существу имеет плато в диапазоне значений Sот 2 до 5 м эквивалентной диффузионной толщины слоя воздуха. Способ изготовления влагоадаптивного парового барьера включает смешивание гранулированного материала из полиамида с гранулированными материалами вспомогательных веществ, в частности - полимеров полиэтилена. Смесь плавят для химического смешивания и из расплава получают гранулированный материал, состоящий из смеси полиамида и вспомогательного вещества, из которого получают паровой барьер посредством экструзии или формования с раздувом. Изобретение позволяет препятствовать критическому переносу влаги через пленку парового барьера. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула