Polystyren: Teplotní odolnost a vlastnosti ve stavebnictví

Polystyren je nejvíce používanou syntetickou izolací a jedním z nejpoužívanějších izolačních materiálů vůbec. Důvod je zřejmý - na jednu stranu vyniká svými tepelněizolačními vlastnostmi, na stranu druhou je cenově dostupný. Využívá se při zateplování nejen fasád, ale také střech, podlah, příček, soklů a dalších stavebních konstrukcí. Ve stavebnictví se polystyren úspěšně používá desítky let a od svého vzniku v polovině 20. století prošel velkým vývojem. Dnes na trhu narazíte na polystyreny vyráběné různými technologiemi a s rozličnými vlastnostmi.

Typy polystyrenu a jejich vlastnosti

Na trhu se dnes setkáváme s širokou škálou polystyrenových izolací, lišících se svými vlastnostmi v závislosti na výrobním procesu a specifickém složení. Orientace v této rozmanitosti může být pro laika složitá. Proto se v tomto článku zaměříme na dva nejrozšířenější typy polystyrenu - expandovaný (EPS) a extrudovaný (XPS) - a detailně rozebereme jejich vlastnosti, použití a klíčové rozdíly.

Expandovaný polystyren (EPS)

Expandovaný polystyren (EPS) se vyrábí vypěňováním pevných perlí zpěňovatelného polystyrenu působením syté vodní páry do bloků, které se následně řežou na jednotlivé desky. Během tohoto procesu zvětší perle svůj objem na dvaceti až padesátinásobek původního objemu a uvnitř každé perle vznikne velmi jemná buněčná struktura. Pěnový EPS polystyren vzniká polymerací styrenu. Vynikající tepelněizolační vlastnosti má díky svým buňkám, které obsahují vzduch. Samotný polystyren představuje jen cca 2 % objemu, zbytek tvoří vzduch. Kromě toho obsahuje také styrenové kopolymery a různé přísady (aditiva). Jeho vlastnosti jsou ovlivněny obsahem tzv. nadouvadel, nejčastěji pentanu.

Výhody EPS:

• Vynikající tepelná izolace: Nízký součinitel tepelné vodivosti λ (lambda) zajišťuje efektivní ochranu proti únikům tepla. Hodnota součinitele tepelné vodivosti EPS je však závislá na typu EPS. Tepelně technické vlastnosti pěnového polystyrenu jsou velmi dobré a lze konstatovat, že současně vyráběné typy pěnového polystyrenu mají výrazně lepší hodnoty součinitele tepelné vodivosti (λ), než tomu bylo v minulosti. Například pro EPS 100 S Stabil se dnes uvádí hodnota λ = 0,038 W/(m.K). Novějším typem pěnového polystyrenu je tzv. „šedý polystyren“, který má přibližně o 20-25% lepší izolační účinky než běžný polystyren. λ = zhruba 0,034 W / (m.K).
• Nízká hmotnost: Snadná manipulace a instalace, ideální pro kutily i profesionály. Velmi nízká hustota (objemová hmotnost) pohybující se v rozmezí 11 až 35 kg/m³, kdy nejčastěji bývá 18 kg/m³.
• Cenová dostupnost: EPS patří mezi nejdostupnější izolační materiály na trhu.
• Široká škála použití: Vhodný pro zateplení fasád, střech, podlah, stropů a příček.
• Recyklovatelnost: EPS je možné recyklovat a opětovně využít. EPS je s ohledem na své jednoduché chemické složení dobře recyklovatelný, a to hned několika metodami.
• Dobré mechanické vlastnosti: Pěnový polystyren vykazuje velkou tuhost v tangenciálním směru.

Nevýhody EPS:

• Omezená tepelná odolnost: Nevýhodou je jeho omezená tepelná odolnost (zhruba do 70 °C). Maximálně přípustné teploty pro použití pěnového polystyrenu závisejí stejně jako u všech termoplastů na době a na velikosti působících teplot. Bez dodatečného mechanického zatížení snese podle daných propozic od EPS ČR (na TZB-info) pěnový polystyren krátkodobé teploty do 100 °C. Pokud je mechanicky zatěžován, pak činí jeho dlouhodobá teplota pro použití v závislosti na objemové hmotnosti 75 °C až 80 °C. Čím je teplota vyšší, tím více se materiál stáhne.
• Nižší pevnost v tlaku: EPS je méně odolný vůči mechanickému namáhání a dlouhodobému zatížení ve srovnání s XPS.
• Vyšší nasákavost: V porovnání s XPS je EPS náchylnější k absorpci vlhkosti, což může snižovat jeho izolační schopnosti.
• Horší odolnost vůči organickým rozpouštědlům: EPS může být poškozen některými organickými rozpouštědly.
• Difúzně uzavřený materiál: Nedá se tedy použít ve všech typech konstrukcí (například není příliš vhodný pro starší domy s vyšší vlhkostí).

Typické použití EPS:

• Kontaktní zateplovací systémy (ETICS): EPS s různými povrchovými úpravami pro zateplení fasád. Fasádní pěnové polystyreny se používají pro vnější kontaktní zateplovací systémy - ETICS. Polystyrenové desky na fasády se označují písmenem F a vyrábí se v různých tloušťkách. Pro standardní izolaci fasády se obvykle používají polystyrenové desky o tloušťce 50-160 mm. U fasádního EPS polystyrenu se kladou vysoké nároky zejména na rozměrovou přesnost, aby byla možná pokládka bez mezer, a tedy bez vzniku tepelných mostů. Fasádní polystyren smí mít plošné rozměry max. 1000 x 500 mm. Na fasádní pěnový polystyren jsou tak kladeny větší požadavky na rozměrovou přesnost než na pěnový polystyren určený pro ploché střechy. Fasádní pěnový polystyren je proto také dražší.
• Zateplení šikmých střech: EPS desky se používají pro izolaci mezi krokvemi a pod krokvemi.
• Zateplení podlah: EPS desky se pokládají pod betonovou mazaninu pro tepelnou izolaci podlahy. Do podlah se používá nejčastěji EPS 100 Z (nebo speciální výrobky s větší pevností v tlaku, případně s větším útlumem kročejového hluku).
• Zateplení stropů a příček: EPS desky se používají pro zvukovou a tepelnou izolaci stropů a příček.
• Ploché střechy: Na ploché střechy se často používá EPS 100 S Stabil (u dvouvrstvé tepelné izolace i EPS 70 S Stabil jako spodní vrstva). Polystyren na ploché střechy (například EPS 100 S Stabil) je stabilizovaný stejně jako polystyren na fasádu.
• Terasy a střešní zahrady: Pro terasy a střešní zahrady se používá EPS 150 S Stabil či dokonce EPS 200 S Stabil.

Extrudovaný polystyren (XPS)

Extrudovaný polystyren (XPS) se vyrábí procesem extruze, při kterém se tavenina polystyrenu vytlačuje za současného přidávání nadouvadla. Na výrobu extrudovaného polystyrenu (XPS) se používá podobná surovina jako na EPS, rozdíl je ale v systému vypěňování. Na rozdíl od EPS se XPS vyrábí tzv. extruzí, tj. vytlačováním taveniny GPPS za současného sycení vypěňovadlem. Výsledkem je homogenní materiál s uzavřenou buněčnou strukturou, která mu propůjčuje vysokou pevnost v tlaku a odolnost vůči vlhkosti. Ačkoliv na první pohled vypadá stejně jako pěnový polystyren, odlišnosti lze spatřit v místě lomu, kdy XPS je na lomu hladký, kdežto pěnový polystyren má patrné jednotlivé buňky. Zároveň bývá často obarven například na růžovou nebo zelenou barvu.

Výhody XPS:

• Vysoká pevnost v tlaku: XPS je odolný vůči mechanickému namáhání a dlouhodobému zatížení. Tento materiál je výjimečný především díky své vysoké odolnosti proti tlakovému namáhání.
• Minimální nasákavost: Uzavřená buněčná struktura zaručuje vysokou odolnost vůči vlhkosti. Díky tomu se může bez problémů použít na izolaci soklu a dalších míst, kde je dlouhodobě schopen odolávat kontaktu s vodou. Nehrozí při něm například riziko nasákavosti, protože má uzavřené póry.
• Dlouhá životnost: XPS si zachovává své vlastnosti po mnoho let i v náročných podmínkách.
• Odolnost vůči mrazu: XPS odolává cyklickému zmrazování a rozmrazování bez ztráty vlastností.
• Lepší vlastnosti: Za extrudovaný polystyren si ve srovnání s pěnovým sice o něco připlatíte, poskytne vám ale lepší vlastnosti.
• Nízký součinitel tepelné vodivosti: λ = zhruba 0,030 W / (m.K).

Nevýhody XPS:

• Vyšší cena: XPS je obecně dražší než EPS.
• Nižší paropropustnost: XPS je méně prodyšný než EPS, což může v některých případech vyžadovat instalaci parozábrany.
• Nižší odolnost vůči UV záření: XPS je náchylný k degradaci vlivem UV záření, proto se nedoporučuje pro zateplení exponovaných ploch. Z toho důvodu se nepoužívá v místech, kde dochází ke kontaktu se slunečními paprsky.

Typické použití XPS:

• Zateplení soklů a základů: XPS je ideální pro zateplení částí budov v kontaktu se zemí a vlhkostí. Jeho další unikátní vlastností je téměř 100 % nenasákavost, díky čemuž je určen pro izolaci spodní stavby soklu a další místa s vyšší vlhkostí. Při izolování soklu je nutné používat pouze desky s mřížkovaným povrchem a rovnými hranami. Na hladkých deskách se neudrží omítka a jsou tedy vhodné pouze pro spodní stavbu. Ve fasádách se používá tento materiál pro izolaci soklu, hlubokých podzemních stěn, izolaci překladů a tepelných můstků.
• Zateplení plochých střech: XPS se používá v systémech s obráceným pořadím vrstev, kde je vystaven povětrnostním vlivům. Polystyreny vyráběné extruzí se využívají také jako tepelná izolace jednoplášťových střech s obráceným pořadím vrstev.
• Zateplení podlah s vysokým zatížením: XPS je vhodný pro podlahy s vysokým mechanickým namáháním, například v garážích nebo skladech. Uplatňuje se zejména jako tepelná izolace v přímém styku s vlhkostí (spodní stavba, inverzní ploché střechy) nebo izolace s vysokým zatížením (průmyslové podlahy, parkoviště, střešní terasy apod.).
• Zateplení bazénů a teras: XPS odolává vlhkosti a tlaku, proto je vhodný pro zateplení bazénů a teras.

Teplotní odolnost a rizika spojená s EPS

Historie se opakuje. Každý stavební materiál má své hraniční hodnoty použití. U expandovaného polystyrenu (EPS) je to zejména teplota, respektive změny teploty. Jako každý pěněný plast má tendenci měnit své geometrické vlastnosti, tedy zejména rozměry. Nevratné deformace jsou spojeny nejčastěji s vysokými teplotami, ale také s kvalitou výroby. Jedním z velkých momentů současné doby je sdílení informací, respektive celoživotní učení či celkově obecná kvalifikace. Paradoxem této situace je to, že nejúčinnější poučení bývá z chyb, pokud možno z chyb jiných.

Čtěte také: Dřevěná podlaha a správná podložka

Větší problém představují současné maximální teploty, které způsobují tepelné stárnutí všech materiálů a samozřejmě též degradaci hydroizolačních materiálů, kde se akceleruje stárnutí urychlenou evaporací změkčovadel ze syntetických fólií - zejména mPVC, ale i z asfaltových hydroizolací, kde se vypařují oleje obsažené v hmotě. Důsledkem je takzvaný krokodýling, tedy negativní signál životnosti hydroizolace. U tepelných izolací na bázi EPS vidím jako rizikovou oblast vysoké teploty kombinované s odrazem od světlých fasád.

Maximálně přípustné teploty pro použití pěnového polystyrenu závisejí stejně jako u všech termoplastů na době a na velikosti působících teplot. Bez dodatečného mechanického zatížení snese podle daných propozic od EPS ČR (na TZB-info) pěnový polystyren krátkodobé teploty do 100 °C. Vlivem nepatrné tepelné vodivosti polystyrenu zůstává hloubka průniku vysokých teplot relativně malá, což působí tím příznivěji, čím má EPS větší tloušťku. Pokud je mechanicky zatěžován, pak činí jeho dlouhodobá teplota pro použití v závislosti na objemové hmotnosti 75 °C až 80 °C.

Lokalizace místa, kde došlo k deformacím a evaporaci EPS, je dokumentovaná na předcházejících fotografiích. Jedná se o kombinaci odrazu a absenci větrání v místech, kde je povrch plochého střešního pláště extrémně namáhán. V rámci našich fakultních měření povrchových teplot hydroizolačních povlaků byly zjištěny teploty pohybující se v rozsahu 80 až 90 °C, které závisely zejména na barvě povrchu, u světlejších povrchů byly teploty nižší než u tmavých až černých povrchů - a to až o 10 °C. V případě kombinace, kdy je střešní plášť bez jakékoliv dodatečné ochrany zasypán kačírkem (praným říčním kamenivem), je dále dodatečně ohříván odrazem ze svislých vyšších konstrukcí. Dochází k tomu v místech, která nejsou dostatečně větraná, a může tedy dojít k případům, která jsou dokumentována na výše uvedených fotografiích.

Je potřeba upozornit ještě na další fyzikální vlastnost EPS, a tou je tepelná roztažnost EPS. Koeficient lineární tepelné roztažnosti EPS má hodnotu 0,05 až 0,07 mm/m.K. Znamená to, že například při rozdílu teplot 70°C dochází k prodloužení (nebo zkrácení) desky dlouhé 1 m až o 5 mm. Samozřejmě, že záleží také na teplotě, při které byly desky z EPS na střeše položeny. Proto by neměly být na provedení jednovrstvé tepelné izolace plochých střech používány desky dlouhé například 2 m, jejichž tepelná roztažnost je oproti metrovým deskám dvojnásobná. I z těchto důvodů by měly být desky z EPS v plochých střechách vždy uchyceny k podkladu lepením nebo přikotvením. Na plochých střechách se také setkáváme s namáháním tepelné izolace v tlaku, a to nejen od technologického zařízení umístěného na střeše, ale dnes stále častěji i od provozních souvrství, jako jsou terasy a střešní zahrady. Toto zatížení je však třeba kontrolovat a dle jeho působení navrhovat i pevnější typy EPS.

Životnost a údržba polystyrenové izolace

Polystyren patří mezi materiály s velmi dlouhou životností. V konstrukcích vydrží 30 až 50 let, často i déle, a po celou tuto dobu si zachovává své izolační i mechanické vlastnosti. Na přímém slunci bez ochrany může časem zkřehnout a změnit barvu, ale ve stavebních systémech je vždy zakrytý omítkou, fólií nebo jiným způsobem. Díky své stabilitě je ideální pro dlouhodobá řešení - i po desítkách let funguje stejně spolehlivě jako v den instalace.

Čtěte také: Dřevěný strop: jaká rozteč?

Podle metodického předpisu pro evropskou technickou certifikaci musí kontaktní zateplovací systémy v Evropské unii vykazovat životnost minimálně 25 let. Je třeba přiznat, že každý, kdo investoval do zateplení budovy, by si přál, aby zateplení vydrželo déle. Nejpoužívanějším materiálem pro zateplování budov je pěnový polystyren (EPS). Při laboratorních testech byla jeho životnost odhadnuta na 100 let. Tepelná izolace z kvalitního EPS proto poskytuje dobrý základ pro dosažení ještě delší životnosti izolace. Odborníci zároveň zdůrazňují, že při renovaci budov je důležité používat certifikovaný kontaktní zateplovací systém (ETICS).

V neposlední řadě je pro zachování funkčního zateplovacího systému nezbytná pravidelná údržba, která by měla být prováděna v intervalu 10 až 15 let. Údržba je nutná v případě degradace povrchové úpravy vlivem povětrnostních vlivů, mechanického poškození nebo znečištění povrchu. Při běžné údržbě se obvykle aplikují ochranné nátěry a v případě mechanického poškození se podle posouzení stavu provádějí opravy. Životnost izolace z pěnového polystyrenu EPS, která běžně přesahuje 50 let, lze prodloužit pravidelnou údržbou a kontrolami. Pěnový polystyren EPS při správné instalaci a ochraně v průběhu času „nebledne“ ani nedegraduje. Výzkum a praxe dokazují, že jeho vlastnosti zůstávají stabilní a neměnné po celou dobu životnosti budovy, která často přesahuje 50 a více let. Pěnový polystyren EPS chrání konstrukci budovy před deštěm, větrem, UV zářením a výkyvy teplot. Snižuje riziko vzniku trhlin v omítce, protože minimalizuje tepelnou roztažnost zdiva. Správně instalovaný ETICS výrazně prodlužuje životnost budovy tím, že chrání zdivo před vlhkostí, povětrnostními vlivy a mechanickým poškozením. Dobře zavedený systém ETICS může při dodržení všech technologických postupů a pravidelné údržbě vydržet více než 50 let. Životnost pěnového polystyrenu, který se v současnosti vyrábí, může být více než 70 let. Informace o tom, že polystyrenu postupně ubývá, jsou dnes již jen mýtem. Ne, polystyren nedegraduje a nemizí. Tento mýtus vznikl v minulosti, kdy se používala lepidla s organickými rozpouštědly, která mohla polystyren narušovat. Při správné aplikaci má polystyren dlouhou životnost - více než 50 let, což dokazují budovy zateplené v 50. letech 20. století.

Ochrana proti UV záření

Ano, pěnový polystyren EPS je třeba chránit před přímým UV zářením, protože dlouhodobé vystavení slunečnímu záření může způsobit degradaci povrchu a žloutnutí.

Charakteristiky polystyrenu

Standardní polystyren (GPPS) je tvrdý, křehký, čirý a průhledný polymer s vysokým leskem. Mezi hlavní přednosti standardního polystyrenu lze zařadit dobrou tvrdost, vynikající optické vlastnosti, mimořádnou průhlednost, malou nasákavost vody a velmi dobré elektrické a dielektrické vlastnosti.

HIPS (nárazu odolný, houževnatý polystyren) je kopolymer z butadien-styrenového kaučuku, který má nižší pevnost a tuhost, ale zvýšenou tažnost. Vlivem kaučukových částic je mléčně zakalený.

Čtěte také: Montáž dřevěné podlahy na topení

Jednou ze základních vlastností tepelně-izolačních materiálů je difuzní odpor (označuje se μ) a také to, že mají velmi malou schopnost vodit teplo. Tuto schopnost popisujeme prostřednictvím součinitele tepelné vodivosti, který se označuje písmenem λ (lambda).

Recyklace polystyrenu

Polystyren je rozšířeným plastovým materiálem s celou řadou forem a možností využití. Jeho specifikem jsou různé odpadové toky lišící se zejména způsobem sběru. Jelikož se polystyren používá také jako obalový materiál, končí odpad z něj i v obecních systémech. Odtud se předává k dalšímu zpracování a při splnění některých podmínek může být úspěšně recyklován, neboť dobrá recyklovatelnost je jednou z výhod tohoto materiálu.

Odpady z GPPS a HIPS obvykle končí ve žlutých kontejnerech na sběr plastů, odkud putují na dotřiďovací linky. Na ručních dotřiďovacích linkách se zpravidla nedotřiďují na úroveň samotného polymeru, ale většinou jsou součástí směsných plastů určených k regranulaci nebo intruzi do forem. Automatizované linky však dokážou PS snadno dotřídit jako samostatný materiál a nabízet ho k dalšímu využití.

Závažnou komplikací pro recyklaci EPS je přítomnost inhibitorů hoření ve fasádním pěnovém polystyrenu. Před rokem 2015 se běžně používal hexabromcyklododekan (HBCD, nebo též HBCDD), u něhož existuje silné podezření na karcinogenní vlastnosti a škodlivost pro životní prostředí, a proto bylo jeho používání zakázáno. Nicméně zejména ve starším fasádním polystyrenu, typicky v tom, který je doposud součástí opláštění budov, se stále vyskytuje. Zpracovatelé odpadního polystyrenu nemohou HBCD odstranit běžnými způsoby, a proto EPS, který jej obsahuje, nepřijímají.

Pro recyklaci ve výrobní technologii se odpadní EPS dodává volně ložený nebo mírně drcený. Recyklací EPS ve výrobní technologii se u nás zabývá většina výrobců EPS, ačkoli v řadě případů zpracovávají vlastní výrobní odpady. EPS lze regranulovat klasickými recyklačními postupy. Výsledným produktem je rPS granulát, jenž má vlastnosti a použití obdobné s GPPS. Pro regranulaci se EPS dodává obvykle drcený a za studena lisovaný do hranolů nebo tavený do ingotů, a to zejména z důvodu snižování přepravních nákladů. Výroba ingotů je technologicky náročnější a méně rozšířená, naopak drcení a lisování provádí celá řada svozových firem. EPS pro regranulaci musí být maximálně čistý, a to z důvodu citlivosti recyklační technologie zejména na přítomnost stavebních hmot. V ČR jsou provozovány technologie na regranulaci PS včetně EPS a XPS.

Výroba EPS drtí je v ČR poměrně rozšířená, avšak v západní Evropě téměř neznámá metoda, která není technologicky náročná. Pomocí drtičů se rozbije struktura EPS až na úroveň jednotlivých buněk (kuliček). Vzniklý materiál se používá pro stavebně izolační zásypy, foukané izolace nebo jako příměs do lehčených a izolačních betonů. K recyklaci se EPS dodává volně ložený, XPS se touto metodou nezpracovává. Zpracovatelské kapacity na EPS jsou v ČR dostatečné a dokážou pojmout veškerý vytříděný EPS. Je však třeba mít na paměti, že hlavním odbytištěm recyklovaného EPS je stavebnictví, které pravidelně prochází výkyvy stavební výroby.

Některé výrobky z EPS je nově zakázáno uvádět na trh na základě směrnice o jednorázových plastech (SUPD). Zákaz se však vztahuje jen na velmi malý okruh obalů, zejména balení potravin a nápojů určených k okamžité spotřebě, např. kelímky a termoobaly na jídlo.

Srovnání součinitele tepelné vodivosti (λ) různých izolačních materiálů

tags: #polystyren #teplotní #odolnost #vlastnosti

Oblíbené příspěvky:

• Komplexní přehled tmelů HORNBACH
• Porovnání italské zámkové a keramické dlažby
• Macura plovoucí podlaha
• Historie chrudimských truhlářů
• Detaily lepení šedého polystyrenu