Izolacja aerożelem – właściwości, zastosowanie, cena

W ostatnich latach obserwuje się wyraźny trend minimalizowania zużycia energii cieplnej w budynkach, a tym samym zaostrzania wymagań związanych z izolacją termiczną i minimalizacji strat ciepła. Poszukuje się zatem najbardziej efektywnego materiału izolacyjnego, który jednocześnie maksymalnie ograniczy powierzchnię użytkową czy wysokość pomieszczenia.

Aerożele – historia

Ludzie znają aerożele w postaci proszku lub pyłu od 1931 roku. Jego wynalazca, amerykański chemik Samuel S. Kistler, sprzedał produkcję tego materiału firmie Monsanto w 1940 roku, uzyskując licencję na technologię. Dwa lata później rozpoczęto produkcję aerożeli, których oryginalna nazwa brzmiała Santocel, który jest dodatkiem do powłok matujących oraz składnikiem past do zębów i kosmetyków.

Sproszkowany aerożel jest również używany do wzmacniania opon, jako materiał zagęszczający i wypełniający oraz do izolacji skafandrów kosmicznych astronautów. W latach pięćdziesiątych i wczesnych sześćdziesiątych, naukowcy byli w stanie określić wyjątkowe właściwości termoizolacyjne aerożeli, a następnie przyznali firmie Johns-Manville Corporation patent na materiały termoizolacyjne na bazie aerożeli silikonowych.

Aerożele – produkcja

Aerożele są zwykle produkowane na bazie krzemionki, chociaż ostatnio zastosowano również nanorurki węglowe i grafen. Istnieją również aerożele na bazie zeolitu i aluminoksanu, ale najczęściej stosowanym aerożelem jest krzemionka. Początkowo czysta krzemionka jest topiona w nadkrytycznej atmosferze dwutlenku węgla, a następnie stopniowo uwalniane jest ciśnienie, aby ją przedmuchać. Obecnie dominują metody chemiczne, co skutkuje powstawaniem aerożeli krzemionkowych w postaci piany.

Aerożel – właściwości i rodzaje

Aerożel charakteryzuje się doskonałymi parametrami termoizolacyjnymi, co jest spowodowane dużą ilością porów i strukturą materiału. Dzieje się tak, ponieważ powietrze przechodzące przez szkielet krzemionkowy jest ograniczone. Do 99,8% objętości mogą stanowić dziury, ale jednocześnie są one tak małe, że zminimalizowane są skutki konwekcji i promieniowania. Ważne jest to, że szkielet krzemionkowy sprawia, że jest to ciało stałe, a nie gaz. Bardzo charakterystyczną cechą aerożelu jest jego porowata struktura, podobna do naszyjnika z pereł o wielkości 1-5 nm. Te nanocząsteczki są odpowiedzialne za całą powierzchnię materiału.

Rodzaje:

• monolityczne,
• proszkowe,
• granulowe,
• cienkowarstwowe o o grubości najwyżej 100 nm.

Aerożele – właściwości

Aerożel charakteryzuje się doskonałymi parametrami termoizolacyjnymi, co jest spowodowane dużą ilością porów i strukturą materiału. Dzieje się tak, ponieważ powietrze przechodzące przez szkielet krzemionkowy jest ograniczone. Do 99,8% objętości mogą stanowić dziury, ale jednocześnie są one tak małe, że zminimalizowane są skutki konwekcji i promieniowania. Ważne jest, aby szkielet krzemionki był ciałem stałym, a nie gazem. Bardzo charakterystyczną cechą aerożelu jest jego porowata struktura, podobna do naszyjnika z pereł o wielkości 1-5 nm. Te nanocząsteczki są odpowiedzialne za całą powierzchnię materiału. W porównaniu z polimerami organicznymi o standardowej gęstości, jego przewodność cieplna jest 100 razy niższa. Mikrostruktura zmniejsza również prędkość propagacji fali dźwiękowej.

Aerożele – odporność ogniowa

Wszystkie swoje właściwości zachowuje w temperaturach do około 500°C, a jego temperatura topnienia wynosi 1200°C. Pod wpływem ognia nie uwalnia żadnych toksycznych substancji i nie spadnie. Pod tym względem posiada parametry zbliżone do wełny mineralnej, dzięki czemu oba materiały wykazują lepszą ognioodporność w porównaniu do styropianu. Warto zauważyć, że istnieje kilka odmian materiałów aerożelowych o różnej odporności ogniowej. Pierwszą cechą jest wysoka odporność na wysokie temperatury – Pyrogel, ale jest też taki, który nadaje się do ekstremalnie niskich temperatur (od -270°C – Kryogel i średniotemperaturowy – Spaceloft). W tym przypadku, w przeciwieństwie do polistyrenu pęczniejącego pod wpływem benzyny i ropy naftowej, aerożel jest tak samo odporny na związki mineralne jak wełna mineralna, ale nie na rozpuszczalniki organiczne.

Aerożele – cena

Aerożele ceny są zróżnicowane i zależne od wielu czynników. Maty aerożelowe o grubości 5 mm kosztują średnio około 150 zł za m2, natomiast za takie o grubości 10 mm trzeba zapłacić około 235 zł/m2.