Tepelněizolační materiál na bázi vypěněného dřeva

S rostoucími požadavky na snižování energetické náročnosti budov se zvyšuje také význam environmentálních vlastností tepelněizolačních materiálů. Vedle vysoké tepelněizolační účinnosti se uplatňují požadavky na nízkou energetickou náročnost výroby, nízkou emisní stopu a zdravotní nezávadnost. Článek se zabývá vývojem tepelněizolačního materiálu z dezintegrovaného druhotného dřeva pocházejícího ze staveb. Jeho využití umožňuje zapojit zbytky nevyužitého či starého dřeva do procesu kaskádového využití materiálů. U nově vyvinutého materiálu byly stanoveny základní tepelněizolační charakteristiky, které umožňují posoudit jeho vlastnosti ve vztahu k požadavkům definovaným legislativou a technickými standardy.

Stavebnictví a provoz budov jsou zodpovědné za téměř 40 % celosvětových ročních emisí oxidu uhličitého. Proto je nezbytné emise snížit a dané odvětví dále transformovat [1]. Trendy v oblasti udržitelné architektury nabízejí řešení pro zmírnění uhlíkové stopy ve stavebnictví, přičemž se zaměřují i na stavební materiály včetně tepelněizolačních materiálů [2]. Tepelná izolace je klíčová pro udržení příjemné teploty v budovách a může výrazně snížit spotřebu energie na vytápění a chlazení, čímž se omezují emise skleníkových plynů. Ačkoli jsou tradiční izolační materiály účinné, jejich výroba často vyžaduje značné množství energie, vody a představuje výzvy z hlediska recyklace [3].

Vzhledem k vývoji cen energetických zdrojů jsou na celkovou energetickou bilanci obytných budov kladeny stále přísnější požadavky [4]. S tím souvisejí rostoucí nároky na vývoj nových typů skladeb obvodových plášťů a nových tepelněizolačních materiálů s optimálními parametry z hlediska mechanických vlastností, stavební fyziky, akustiky, požární odolnosti, trvanlivosti, zdravotní nezávadnosti, výrobních nákladů a ekologické odbouratelnosti [5]. Navzdory mnoha výhodám přírodních izolačních materiálů však spotřebitelé i odborníci ve stavebnictví stále čelí řadě překážek, k nimž patří technická omezení, nedostatek norem a předpisů či nedostatečné povědomí o potenciálu těchto materiálů. Přechod na přírodní izolace představuje nejen otázku udržitelnosti, ale i otázku budoucí ochrany životního prostředí [6]. Jde o krok, který se musí učinit, pokud budeme chtít dosáhnout cílů, jako je zmírnění nepříznivých dopadů na klima a zajištění udržitelného rozvoje [7].

Tepelněizolační materiál na bázi vypěněného dřeva nabízí řadu předností, díky nimž představuje inovativní a environmentálně šetrné řešení. Jeho nízká hmotnost souvisí s přítomností vzduchu ve struktuře, který je do ní vnesen během procesu vypěnění. Takto vytvořená struktura zároveň přispívá k příznivým tepelněizolačním vlastnostem materiálu.

PROCES VÝROBY MATERIÁLU NA BÁZI VYPĚNĚNÉHO DŘEVA

Vstupní surovinou pro výrobu materiálu na bázi vypěněného dřeva je druhotný materiál ze starého dřeva, nevyužitelný lignin anebo posklizňové zemědělské zbytky (obr. 1 a 2). Tento druhotný materiál lze rozmělnit na lignocelulózové vlákno nebo na velmi jemné částice připomínající moučku. Tím lze využít prakticky veškerou druhotnou dřevní hmotu ze zpracovatelského průmyslu.

 

obr.1 Druhotné dřevo jako vstupní surovina pro výrobu tepelněizolačního materiálu.    

obr.2 Zateplení objektu: b) systém využívající prvky Schöck Sconnex®

Částice jsou následně smíchány s vypěňovadlem. K tomuto účelu lze využít přírodní kultury kvasinek, přičemž proces musí být řízen tak, aby měly dostatek živin potřebných k produkci kypřicích plynů. Tento způsob vypěňování je však pomalý a výrobně náročný. Alternativou je použití syntetického vypěňovadla, například na bázi zásaditých kypřicích látek, mezi něž patří hydrogenuhličitan sodný. V tomto případě není k zahájení procesu vypěnění nutné dodávat tepelnou energii.

Obr. 3 – Materiál na bázi vypěněného dřeva.

Směs se vypěňuje ve formách, jejichž rozměry a tvar odpovídají požadované výsledné podobě materiálu (obr. 3). Vytvarované desky se následně suší ve velkoformátových sušárnách, čímž se odstraňuje přebytečná vlhkost a stabilizuje jejich struktura. Jako stabilizátor lze použít škrob, případně vodou ředitelný polyvinylacetát, který zvyšuje odolnost materiálu vůči vlhkosti. Nejvhodnějších vlastností je však dosaženo kombinací obou stabilizátorů.

Mechanické vlastnosti materiálu lze ovlivnit volbou typu a velikosti frakce částic, zatímco použitý typ vypěňovadla ovlivňuje jak mechanické, tak tepelněizolační vlastnosti. Volbou stabilizátoru a dalších aditiv lze dále upravovat nasákavost materiálu a jeho třídu reakce na oheň.

Výrobní proces materiálu na bázi vypěněného dřeva lze aplikovat na stávajících výrobních linkách určených pro výrobu expandovaného polystyrenu (EPS), aniž by byly nutné výrazné dodatečné investice do stávajících technologií.

CHARAKTERISTIKY MATERIÁLU

Experimentálním měřením byla stanovena základní charakteristika materiálu, součinitel teplené vodivosti λ (W.m–1. K–1). Použit byl přístroj typu TAURUS TLP 900-GS (TAURUS Instruments GmbH, Německo) (obr. 4), který pracuje na principu chráněných topných desek. Zásady návrhu metodického postupu, parametry zkušebního zařízení i základní požadavky, jež musí být splněny při laboratorním stanovení vlastností přenosu tepla u stavebních prvků, vycházejí z normy EN 12939 [8]. Vzorek desky o rozměrech stanovených normou EN 12667 [9] byl umístěn mezi teplou a studenou desku měřicí komory, přičemž na něj byla připevněna teplotní čidla. Následně byla komora uzavřena a spuštěn režim měření. Měření probíhalo po dobu 30 hodin, dokud teplota v profilu hustoty měřeného vzorku nedosáhla ustáleného stavu. V zařízení byly nastaveny parametry nezbytné pro měření součinitele prostupu tepla. Kvalita struktury vyrobených materiálů je kontrolována přístrojem CT Siemens Somatom Scope Power a software Syngo CT VC40 (Siemens Healthineers AG, Německo) (obr. 5).

Vyvinutý materiál na bázi vypěněného dřeva lze charakterizovat jako difuzně otevřený s výhodnými tepelněizolačními vlastnostmi. Protože je z přírodních materiálů na bázi dřeva nebo posklizňových zbytků, je bez modifikace vláken retardéry hoření řazen do třídy reakce na oheň „E“ (tabulka 1).

APLIKAČNÍ POTENCIÁL

Materiál na bázi vypěněného dřeva má potenciál pro využití jako tepelněizolační nebo akusticky izolační materiál, případně může plnit obě funkce současně. Uplatnění může nalézt například jako výplň sloupkové konstrukce obvodového pláště, v interiérových příčkách obytných dřevostaveb nebo při zateplení stěnových panelů z lepeného masivního dřeva.

 

Obr. 4 –  Stanovení součinitele teplené vodivosti na přístroji TAURUS TLP 900 GS.    

Obr. 5 – Kontrola kvality struktury materiálu na CT.

Materiál lze snadno opracovávat na formátovacím plotru, formátovací kotoučové pile i CNC obráběcím stroji. Další možností je jeho barevné tónování podle požadavků zákazníka. Přidáním barviva během výroby lze dosáhnout požadovaného barevného odstínu v celém průřezu materiálu, případně lze barevně upravit pouze jeho povrch.

Pro snížení nasákavosti lze materiál během výroby modifikovat hydrofobizačními prostředky, zatímco jeho třídu reakce na oheň lze zlepšit použitím vybraných retardérů hoření. Díky využití druhotného dřeva nebo posklizňových zbytků je materiál plně obnovitelný a nevykazuje negativní vliv na životní prostředí. Tyto vlastnosti rozšiřují možnosti jeho uplatnění také v interiéru, například ve formě dekorativních obkladů nebo akustických prvků (obr. 6). Technické řešení materiálu na bázi vypěněného dřeva je chráněno národním patentem a jednotným evropským patentem.

PODĚKOVÁNÍ

Výsledky prezentované v článku vznikly v rámci projektu „Vývoj a analýza tepelněizolačních materiálů na bázi celulózových vláken“, č. A-09-23, financováno Interní grantovou agenturou (IGA) a projektem „Komercializace výstupů FLD“ Fakulty lesnické a dřevařské České zemědělské univerzity v Praze a ve spolupráci se společností Ahrend.

POUŽITÁ LITERATURA

1. Sovacool, B. K., Griffiths, S., Kim, J., & Bazilian, M. (2021). Climate change and industrial F-gases: A critical and systematic review of developments, sociotechnical systems and policy options for reducing synthetic greenhouse gas emissions. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 141, 110759, doi: 10.1016/j.rser.202110759.
2. Ahmed Ali, K., Ahmad, M. I., & Yusup, Y. (2020). Issues, impacts, and mitigations of carbon dioxide emissions in the building sector. Sustainability, 12(18), 7427, doi: 10.3390/su12187427.
3. Yildiza, G., Durakovićb, B., & Abd Almisrebb, A. (2021). Performances study of natural and conventional building insulation materials. International Journal on Advanced Science, Engineering and Information Technology, 11(4), 1395-1404, doi: 10.18517/ijaseit.11.4.11139.
4. Wiprächtiger, M., Haupt, M., Heeren, N., Waser, E., & Hellweg, S. (2020). A framework for sustainable and circular system design: Development and application on thermal insulation materials. Resources, Conservation and Recycling, 154, 104631, doi: 10.1016/j.resconrec.2019.104631.
5. Cabral, M. R., & Blanchet, P. (2021). A state of the art
   of the overall energy efficiency of wood buildings – An overview and future possibilities. Materials, 14(8), 1848, doi: 10.3390/ma14081848.
6. Ulutaş, A., Balo, F., & Topal, A. (2023). Identifying the most efficient natural fibre for common commercial building insulation materials with an integrated PSI, MEREC, LOPCOW and MCRAT Model. Polymers, 15(6), 1500, doi: 10.3390/polym15061500.
7. Pescari, S., Merea, M., Pitroacă, A., & Vilceanu, C. B. (2022). A particular case of urban sustainability: Comparison study of the efficiency of multiple thermal insulations for buildings. Sustainability, 14(23), 16283,
   doi: 10.3390/su142316283.
8. EN 12939, Thermal performance of building materials and products – Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods – Thick products of high and medium thermal resistence. Comité Européen de Normalisation, 2025. [cit. 2026-09-22].
9. EN 12667, Thermal performance of building materials and products – Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods – Products of high and medium thermal resistence. Comité Européen de Normalisation, 2003. [cit. 2026-09-22].
10. ČSN EN 13501-1, Klasifikace stavebních výrobků a konstrukce staveb – Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň. Česká Agentura pro Standardizaci, 2019 [cit. 2026-09-22].
11. Ahrend a.s., Firemní materiály [cit. 2026-09-22].