применение ориентированного коллагенового ретикулярного поропласта в качестве теплоизолирующего, терморегулирующего и звукоизолирующего материала

Формула изобретения

Применение ориентированного коллагенового ретикулярного поропласта в качестве теплоизолирующего, терморегулирующего и звукоизолирующего материала.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемые технические решения относятся к ориентированному коллагеновому ретикулярному поропласту.

Коллагеновые ретикулярные поропласты представляют особый класс пористых полимерных материалов, газоструктурные элементы которых лишены граней, а полимерная фаза сосредоточена главным образом в ребрах их геометрически сложной структуры, см. например, А.А.Берлин, Ф.А.Шутов. "Химия и технология газанаполненных высокополимеров "Издательство "Наука", 1980 г., стр.177.

Ориентированный коллагенновый ретикулярный поропласт направленной структуры ранее известен не был, и как он сам, так и способ его получения описаны в заявке PCT/RU2007/000052, поданной одновременно с рассматриваемой.

Практическое применение ориентированных коллагенновых ретикулярных поропластов позволяет одновременно решить триединую задачу, а именно:

- обеспечить хорошую звукоизоляцию,

- обеспечить высокую теплоизоляцию,

- обеспечить поддержание влажности и температуры.

Материалы с совокупностью подобных свойств не известны.

Известно множество хороших тепло-звукоизоляторов (поролон, изовер, минеральная вата), которые могут рассматриваться как аналоги и которые упомянуты в тексте заявки.

Однако ни один из них не способен автоматически поддерживать влажность и температуру.

Именно эта способность и является отличительной чертой использования коллагенового поропласта. Терморегулирующие свойства коллагенового поропласта определяются его способностью обратимо сорбировать и десорбировать влагу из окружающей среды.

Именно в результате этого он оказывается способным поддерживать постоянную температуру и влажность в окружающем пространстве.

И дело здесь не только в составе поропласта, но и в его структуре. Открыто пористая, легко проницаемая ретикулярная структура обеспечивает высокую скорость массообмена ретикулярного поропласта с окружающей средой. А это является необходимым условием быстрой реакции на изменение влажности и температуры. Такое свойство коллагенового ретикулярного поропласта уникально.

Ориентированные коллагеновые ретикулярные поропласты имеют лучшие показатели звукопоглощения по сравнению с большинством известных материалов, применяющихся в качестве звукоизоляционных материалов в настоящее время. Подобные материалы могут быть получены методом криоструктурирования водных дисперсий коллагена. Желаемым техническим результатом применения предлагаемых решений является достижение лучших эксплуатационных свойств - звукоизолирующих, теплоизолирующих, терморегулирующих и расширение арсенала применяемых для этих целей материалов в строительстве, на транспорте, в аппаратуре различного назначения как стационарной, так и мобильной, а также в любых других сферах, где такие материалы могут быть востребованы.

Применение ретикулярных поропластов направленной (ориентированной) структуры в качестве теплоизолирующих материалов позволяет получить теплоизолирующие свойства на уровне или лучше применяющихся на данный момент теплоизолирующих материалов. В сочетании с хорошими звукоизолирующими свойствами это обеспечивает оптимальные эксплуатационные свойства при использовании в строительстве, машиностроении, на транспорте различного вида, в холодильной технике и т.п.

Коэффициент теплопроводности в (вт/м·К)

в сухом состоянии составляет:

для ретикулярных поропластов
направленной структуры	0,04
для поролона	0,05
для изовера	0,033

Применение ретикулярных поропластов направленной структуры в качестве терморегулирующих материалов обеспечивает лучшие терморегулирующие функции по сравнению с известными материалами.

Применение современных тепло-звукоизоляционных материалов создает ряд проблем, связанных прежде всего с резкими колебаниями температуры и влажности внутри изолируемого объекта (зданий и сооружений, автомобилей и поездов, а также других транспортных средств).

В подавляющем большинстве случаев эта проблема решается за счет создания сложных систем кондиционирования, требующих постоянного технического обслуживания и потребляющих значительное количество энергии. Как показывают оценки, стоимость энергозатрат, расходуемых на эти цели, составляет около 100 млрд. долларов в год.

Вместе с тем, проблема поддержания комфортной влажности и температуры может быть решена принципиально другим способом, а именно путем использования гигроскопичных тепло-звукоизоляционных материалов.

Хорошо известно, что в деревянном, глиняном или покрытом известковой штукатуркой доме создается исключительно комфортная обстановка, обусловленная способностью этих материалов обратимо сорбировать и десорбировать влагу, т.е. выполнять кондиционирующую или терморегулирующую функцию практически без затрат энергии.

Этот эффект широко использовался в течение столетий. В качестве примера можно привести Зимний дворец, в котором Растрелли в середине 18 века, используя подобные материалы для внутренней отделки здания, добился исключительного эффекта кондиционирования без применения каких-либо сложных технических устройств. Этот прием получил в дальнейшем название "эрмитажного" метода создания микроклимата.

Учитывая непрерывно возрастающую стоимость энергоресурсов, а также явное потепление климата, "эрмитажному" методу поддержания микроклимата несомненно принадлежит будущее.

Однако материалы, традиционно использовавшиеся для подобного типа кондиционирования, не обладают требуемыми тепло-звукоизоляционными свойствами, а также имеют относительно большой удельный вес.

Указанная проблема может быть эффективно решена путем применения пористых тепло-звукоизоляционных материалов направленной структуры на основе коллагена.

Эти материалы обладают низким коэффициентом теплопроводности, прекрасными звукопоглощающими и шумоизолирующими свойствами, а также высокой гигроскопичностью, достигающей в определенных условиях 100%.

Они способны поглощать значительное количество влаги воздуха и отдавать ее при повышении температуры. Испарение влаги вызывает естественное понижение температуры поверхности материала.

Так при испарении всего 50 г воды, содержащейся при нормальных условиях в 5 кв. метрах коллагенового материала, температура 10 куб. м воздуха снижается с 30 до 20 градусов.

Уникальность свойств материала состоит в том, что будучи хорошим тепло-звукоизолятором он обладает способностью обратимо связывать влагу, сохраняя при этом свои прочностные и другие физико-механические характеристики. Для подавляющего большинства современных строительных материалов гигроскопичность колеблется в интервале от 3 до 10%. Гигроскопичность обуславливает терморегулирующие (кондиционирующие) свойства материала. Например, впитав определенное количество влаги, он будет отдавать ее при повышении температуры окружающей среды, поддерживая, таким образом, ее постоянную влажность. Но кроме этого, испарение влаги будет вызывать охлаждение поверхности материала и тем самым снижать температуру окружающего пространства. Поскольку гигроскопичность материала превосходит известные почти на порядок, пределы такого своеобразного регулирования становятся весьма значительными. То есть материал будет поддерживать постоянный микроклимат значительно дольше и будет эффективным при значительных колебаниях температуры и влажности окружающей среды.

Применение ориентированных коллагеновых ретикулярных поропластов в качестве терморегулирующего материала позволяет получить значительно более ярко выраженный эффект терморегулирования по сравнению с эффектом терморегулирования, получаемым с применением используемых в настоящее время для постройки стационарных сооружений и транспортных средств материалов.

Применение коллагеновых ретикулярных поропластов направленной структуры (ориентированных коллагеновых ретикулярных поропластов) в качестве звукоизолирующего материала позволяет уменьшить толщину и соответственно вес звукоизолирующего слоя по сравнению со многими известными звукоизолирующими материалами при получении такого же снижения шума. Это особенно актуально при применении на транспорте, мобильной аппаратуре и в других местах, где габаритно-весовые показатели имеют значение. Более эффективное звукопоглощение ретикулярных поропластов направленной структуры позволяет достичь лучшего звукоизолирующего эффекта по сравнению с известными звукоизоляторами при такой же толщине и весе звукоизолирующего слоя. В свою очередь применение ретикулярных поропластов направленной структуры в качестве звукоизолирующего материала расширяет арсенал применяющихся звукоизолирующих материалов. Звукопоглощающие характеристики превосходят аналогичные показатели такого широко применяемого звукопоглощающего материала как минеральная вата. Например, при толщине всего 20 мм он по показателям звукопоглощения аналогичен слою минеральной ваты толщиной 40 мм.

Коэффициент звукопоглощения ретикулярных поропластов направленной структуры при толщине 20 мм монотонно возрастает от 0,4 до 0,8 при изменении частоты падающего звука от 500 до 4000 Гц.

Коэффициенты звукопоглощения образцов определялись методом акустического интерферометра при нормальном падении звуковой волны на поверхность образца. Полученные результаты, представленные на графиках фиг.1, свидетельствуют о высоких звукопоглощающих качествах материала. Количественные показатели материалов при толщине 20 мм практически совпадают с такими же показателями, характерными для изделий (плит) из минеральной ваты, но при толщине 40 мм. Реверберационные коэффициенты звукопоглощения, определяемые в звукомерных камерах с образцами общей площадью 10-12 м², в области низких и средних частот за счет явлений дифракции должны увеличиться в 1,6-1,7 раза по сравнению с нормальными коэффициентами.

Значения динамических модулей упругости, определенных в соответствии с методикой ГОСТ 16297-80 «Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний», представлены в таблице. Динамические характеристики образцов материала близки динамическим характеристикам мягких или полужестких минераловатных плит на синтетическом связующем и отвечают требованиям СНиП 23-03-2003 «Защита от шума».

Полученные расчетом значения величин снижения приведенного уровня ударного шума плавающими полами из сборных плит с поверхностной плотностью около 100 кг/м², уложенными по изоляционному слою из вспененной кожи толщиной 10 и 20 мм, представлены на графиках фиг.2. Расчетные индексы улучшения изоляции ударного шума материалом толщиной 10 и 20 мм составили соответственно 21 и 23 дБ. Испытанные образцы прокладок из вспененной кожи по своим акустическим показателям соответствуют требованиям СНиП 23-3-2003 и могут быть рекомендованы к применению в качестве звукоизоляционных прокладок в строительных конструкциях при устройстве плавающих полов, а также для виброизоляции инженерного оборудования зданий.