bio-poliole, sztywne pianki poliuretanowe, celuloza, powłoka termorefleksyjna, kompozyty warstwowe
bio-polyols, rigid polyurethane foams, cellulose, thermo-reflective coating, sandwich panels
W ramach rozprawy doktorskiej opracowano sposób otrzymywania termoizolacyjnych płyt warstwowych, składających się z rdzenia ze sztywnej pianki poliuretanowej (SPPUR) i okładzin w postaci powłok termorefleksyjnych na bazie żywicy akrylowej. Dokonano również oceny wpływu komponentów z surowców odnawialnych oraz rodzaju czynnika spieniającego na strukturę komórkową i wybrane właściwości fizyko-mechaniczne otrzymanych materiałów piankowych. Praca składa się z przeglądu literatury i części doświadczalnej. W części literaturowej przedstawiono dane o produkcji materiałów, przegląd materiałów termoizolacyjnych, charakterystykę SPPUR i powłok termorefleksyjnych oraz możliwe kierunki modyfikacji kompozycji poliuretanowych (PUR). W części doświadczalnej przedstawiono syntezę bio-polioli dwuetapową metodą epoksydacji oleju rzepakowego i otwarcia pierścieni epoksydowych z zastosowaniem dwóch czynników: 1-heksanolu i 1,6-heksanodiolu oraz charakterystykę otrzymanych bio-polioli. Opracowano serię materiałów piankowych poprzez zastąpienie poliolu petrochemicznego bio-poliolami w kompozycji PUR. Stwierdzono, że SPPUR w których do 40%mas. poliolu petrochemicznego zostanie zastąpione zsyntezowanymi bio-poliolami charakteryzują się właściwościami podobnymi jak w przypadku materiału referencyjnego. Przeprowadzono również modyfikację wybranych kompozycji PUR trzema rodzajami celulozy w ilościach do 3 php (g/100g poliolu). Opracowano receptury i otrzymano SPPUR z zastosowaniem poroforów fizycznych o aktualnie akceptowalnej charakterystyce z punktu widzenia wymagań dotyczących ochrony środowiska. Wszystkie wytworzone SPPUR charakteryzowały się gęstością pozorną wynoszącą ok. 40 kg/m3. Przeprowadzono badania struktury komórkowej oraz właściwości fizykomechanicznych, m.in., gęstości pozornej, współczynnika przewodzenia ciepła, właściwości mechanicznych oraz termicznych otrzymanych SPPUR. Stwierdzono, że zastosowanie bio-polioli w recepturze pianki korzystnie wpływa na strukturę komórkową oraz właściwości termoizolacyjne zmodyfikowanych pianek. Natomiast napełniacze celulozowe poprawiają wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie. Przeprowadzono badania właściwości mechanicznych SPPUR w różnych temperaturach, a uzyskane wyniki potwierdziły ich znaczną poprawę ze zmniejszeniem temperatury badania aż do temperatury ciekłego azotu. Wybrane SPPUR użyto jako rdzenie kompozytów warstwowych z okładzinami wykonanymi z trzech rodzajów powłok termorefleksyjnych bazowej, antykorozyjnej i samogasnącej. Badania otrzymanych kompozytów warstwowych wykazały, że zastosowanie powłok korzystnie wpływa na ich właściwości termoizolacyjne. Zastosowane powłoki termorefleksyjne mają dobrą adhezję do powierzchni SPPUR, która to adhezja zwiększa się pod wpływem krótkotrwałego schładzania ciekłym azotem.
The thesis developed a process of production of thermally insulating sandwich panels consisting of a rigid polyurethane foam (SPPUR) core and facings in the form of acrylic resin-based thermo-reflective coatings. In addition, the influence of renewable raw materials and the type of blowing agent on the cell structure and selected physical and mechanical properties of the resulting materials has been evaluated. The dissertation consists of a literature review and an experimental part. The literature section includes plastics manufacturing data, an overview of thermal insulation materials, SPPUR and thermo-reflective coating properties as well as possible polyurethane (PUR) modification routes. The experimental part presents the synthesis of bio-polyols by a two-step method of epoxidation of rapeseed oil and opening of epoxy rings using two opening agents: 1-hexanol and 1,6-hexanediol. In addition, bio-polyols were characterised. A range of foams have been developed by replacing petrochemical polyols with bio-polyols in a PUR system. It was found that SPPURs in which up to 40 wt.% of the petrochemical polyol was replaced by synthesized bio-polyols had similar properties to the reference material. Furthermore, selected PUR formulations were modified with three types of cellulose up to 3 php (per hundred polyol). Formulations were developed and SPPUR was obtained using physical blowing agents with currently acceptable environmental characteristics. The apparent density was approximately 40 kg/m3 for all SPPUR produced. The cellular structure, physical and mechanical properties including apparent density, thermal conductivity coefficient, mechanical and thermal properties of the SPPUR were investigated. The use of bio-polyols in the PUR formulation had a beneficial effect on the cell structure and thermal insulation properties of the modified foams. In addition, cellulose fillers improve compressive and tensile strength. Tests were carried out on the mechanical properties of SPPUR at different temperatures. Results confirmed their significant improvement as the test temperature was reduced to liquid nitrogen temperature. Selected SPPURs were used as cores of sandwich composites with facings of three types of thermo-reflective: base, anti-corrosion and self-extinguishing coatings. Tests of the resulting sandwich composites showed that the use of coatings has a beneficial effect on their thermal insulation properties. An above mentioned thermo-reflective coatings have good adhesion to the SPPUR surface, which is enhanced by short-term cooling with liquid nitrogen.
