SZILLAT, Holger (Rudolf-Diesel-Straße 1, Burghausen, 84489, DE)
| Patentansprüche 1. Wärmedämm-Pulvermischung, die eine Schüttdichte nach DIN ISO 697 und EN ISO 60 von 20 - 60 g/1 aufweist und die mindestens eine Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche nach DIN ISO 9277 von 130 - 1200 m2/g und mit einem D(50) -Wert unter 60 m und mindestens ein Fasermaterial mit einem Faserdurchmesser von 1 - 50 μηι enthält. 2. Wärmedämm-Pulvermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kieselsäure eine pyrogene Kieselsäure ist . 3. Wärmedämm-Pulvermischung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens 15 Gew.-% einer hydrophoben Kieselsäure mit einem Kohlenstoff-Anteil von mindestens 1 Gew.- % enthält. 4. Wärmedämm-Pulvermischung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Hydrophobierungsmittel aus der Reihe Silikonharz, Fluorcarbonverbindung und Kohlenstoff in einer Menge von 1 - 30 Gew.-% aufweist. 5. Wärmedämm-Pulvermischung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen IR-Trüber enthält. 6. Wärmedämm-Pulvermischung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schüttdichte nach DIN ISO 697 und EN ISO 60 von 20 - 40 g/1 aufweist. 7. Wärmedämm-Pulvermischung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie geschäumte oder geblähte Pulver enthält Menge . 8. Wärmedämm-Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie verschiedene Schüttschichten aufweist. 9. Wärmedämm-Formkörper aus einer Wärmedämm-Pulvermischung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schüttdichte nach DIN ISO 697 und EN ISO 60 von 70 - 350 g/1 aufweist. 10. Wärmedämm-Formkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Dichte von 70 - 120 g/1 aufweist. 11. Wärmedämm-Formkörper nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Leitfähigkeit von 12 - 35 mW/mK gemessen nach EN 12667, EN 1946-3 und ISO 8301 aufweist. 12. Wärmedämm-Formkörper Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Leitfähigkeit von 12 - 24 mW/mK gemessen nach EN 12667, EN 1946-3 und ISO 8301 aufweist. 13. Wärmedämm-Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er eine hohe Hydrophobie und eine geringe Wasseraufnähme nach DIN EN 12087 aufweist. 14. Wärmedämmung mit Schichtaufbau, dadurch gekennzeichnet, dass sie 2 bis 20 zusammenhängende Dämmschichtlagen aufweist, wobei davon mindestens eine konventionelle Dämmschichtlage aus der Gruppe - Schüttung eines geschäumten oder geblähten anorganischen Materials, wie Perlite, Vermiculit, Blähton oder Blähglimmer, die durch einen Binder zusammengehalten wird - Organische Dämmstoffplatte , wie geschäumtes Polystyrol, Neopor, Resol oder Polyurethan - Dämmstoff latte aus anorganischem, porösem Dämmmaterial, wie pyrogener Kieselsäure, versetzt mit IR- rübungsmittel und Glasfaser - Faservlies mit oder ohne Imprägnierung mit Kieselsäure, ausgewählt wird und die Wärmedämmung mit Schichtaufbau mindestens eine neue Dämmschichtlage gemäß einem Wärmedämm- Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12 aufweist. 15. Wärmedämmung mit Schichtaufbau nach Anspruch 14, wobei die Dicke der Schichten von 0,5 mm bis 15 cm reicht. 16. Wärmedämmung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Vakuumisolationspanel (VIP) und aufgrund ihrer Hydrophobie in Bauhohlsteinen, mehrschaligen Bausteinen, zweischaligen Mauerwerken und WärmedämmstoffVerbundsystem (WDVS) eingesetzt wird. 17. Verfahren zur Herstellung der Wärmedämm-Pulvermischung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche nach DIN ISO 9277 von 130 - 1200 m2 und mindestens ein Fasermaterial mit einem Faserdurchmesser von 1 - 50 pm unter hohen Scherkräften gemischt werden. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kieselsäure intensiv vordispergiert wird. 19. Verfahren nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Mischschritt in folgende Schritte unterteilt: Intensivmischen von Faser und einem Anteil Kieselsäure, Intensivhinzumischen der restlichen Kieselsäure und der restlichen Komponenten (ggf. unter Kühlung zur Vermeidung der Verflüssigung von Komponenten) . 20. Verfahren nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Mischschritt in folgende Schritte unterteilt: Intensivmischen von Faser und IR-Trübungsmittel , Intensivhinzumischen der Kieselsäure und der restlichen Komponenten (ggf. unter Kühlung zur Vermeidung der Verflüssigung von Komponenten) . 21. Verfahren nach Anspruch 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Schritt geschäumte oder geblähte Pulver schonend hinzu gemischt werden. 22. Verfahren nach Anspruch 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Mischen noch ein Verdichtungsschritt mittels Pressen erfolgt. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor oder direkt nach dem Pressen eine Temperaturerhöhung erfolgt und der letzte Verfahrensschritt eine Abkühlung auf Raumtemperatur ist. 24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Formkörper mit einem hydrophob wirkenden Reagenz besprüht oder in ein solches getaucht wird. |
Die Erfindung betrifft eine Wärmedämm-Pulvermischung und ein Verfahren zur ihrer Herstellung.
Die Wärmedämmung zur Einsparung von Energie hat im Rahmen des Bewusstwerdens für nachhaltige Entwicklung und der Verteuerung von Energien einen hohen Stellenwert erhalten. Der Wärmedämmung kommt vor dem Hintergrund steigender Energiepreise bei knapper werdenden Ressourcen, dem Streben nach einer Reduzierung des
C02 -Ausstosses , der Notwendigkeit nachhaltiger Reduzierung des Energiebedarfes sowie auch zukünftig noch steigenden
Anforderungen an den Wärme- und Kälteschutz eine immer höhere Bedeutung zu. Diese steigenden Anforderungen an eine
Optimierung des Wärmedämmschutzes gelten im gleichen Maß sowohl bei Gebäuden, z.B. für Neubauten oder für Bauten im Bestand, als auch für Kälteisolierungen im mobilen, logistischen und im stationären Bereich. Baustoffe wie Stahl, Beton, Ziegelwerk und Glas, aber auch
Natursteine sind relativ gute Wärmeleiter, so dass die daraus errichteten Außenwände von Gebäuden bei kalter Witterung sehr schnell die Wärme von der Innenseite an die Außenseite abgeben. Die Entwicklung zielt daher zum einen auf eine Verbesserung der Isolationseigenschaften durch Steigerung der Porosität dieser Baustoffmaterialien, wie z.B. bei Beton und Ziegelwerk, und zum anderen auf eine Verkleidung der Außenwände mit
Wärmedämmstoffmaterialien ab.
Die heute vornehmlich verwendeten Wärmedämm- bzw. Isolierstoffe sind Materialien mit geringer Wärmeleistung. Gebräuchlich sind: Organische Wärmedämmstoffe: Geschäumte Kunststoffe wie
Polystyrol, Neopor, Polyurethan; Holzfaserwerkstoff wie
Holzwolle und Kork; pflanzliche oder tierische Fasern wie z.B. Hanf, Flachs, Wolle. Anorganische Wärraedämmstoffe: Mineral- und Glaswolle; Schaumglas in Plattenform; Kalzium-Silikat- und Gipsplatten; mineralische Schäume wie Porenbeton, Bimsstein, Perlite und Vermiculite .
Diese aufgeführten herkömmlichen Wärmedämmstoffe werden
vornehmlich in Form von geschäumten oder verpressten Platten und Formkörpern eingesetzt. So ist z.B. möglich, Polyurethane und Polystyrole direkt in die Hohlräume der Bausteine
einzuschäumen (DE8504737) oder nach DE10229856 als Maßplatten einzuführen. Nach DE10217548 ist diese Technologie auch mit Mineralwollzuschnitten möglich.
Alle diese Dämmungsausführungen haben für die heute geforderten hohen Ansprüche eine zu geringe Wärmedämmungseffektivität. Die Wärmeleitzahlen liegen durchgehend über 0,030 W/mK, haben daher einen hohen Raumbedarf und sind unter anderem in der
Wärmedämmung nicht nachhaltig stabil .
Weitere Nachteile sind:
• Zu hohe Feuchtigkeitsaufnahme und Empfindlichkeit
gegenüber Wasser.
• Zeit-und kostenaufwendige Anbringung an die Fassade (z.B.
Kleben, Dübeln, Schrauben, Anbringen von Trägersystemen usw. ; hierbei sind Wärmebrücken zum Teil vorprogrammiert) .
• Zusätzliche Verbundschichten z.B. zur Haftung von
Verputzen .
• Bei organischen Isolierschichten kommt die Brennbarkeit hinzu . Sehr gute Isolierwirkung zeigen sogenannte
Vakuumisolationspaneele, kurz VIP genannt. Mit einer
Wärmeleitfähgikeit von etwa 0,004 bis 0,008 W/mK (je nach
Kernmaterial und Unterdruck) weisen die Vakuumisolationspaneele eine 8 bis 25 mal bessere Wärmedämmwirkung wie konventionelle Wärmedämmsysteme auf. Sie ermöglichen daher schlanke
Konstruktionen mit optimaler Wärmedämmung, die sowohl im Baubereich als auch im Haushaltsgeräte-, Kühl- und
Logistikbereich eingesetzt werden können.
Vakuumisolationspaneele auf Basis poröser Wärmedämmstoffe, Polyurethanschaumplatten und gepresster Fasern als Kernmaterial mit Verbundfolien (z.B. Aluminiumverbundfolien bzw. sog.
Metallisierten) sind im allgemein bekannt und hinlänglich beschrieben (vgl. hierzu VIP-Bau.de) .
Die VIP-Technologie weist aber folgende Nachteile auf:
Wenn diese evakuierten Paneele durch Beschädigungen belüftet werden, so bedeutet dies das Ende der sehr guten Wärmedämmung. Die Isolierwirkung entspricht dann nur mehr der der
eingesetzten Kernmaterialien.
Die Lebensdauer ist durch die Diffusion von Gasen durch die Barriere bzw. Hülle in die Vakuumpaneele zeitlich begrenzt. Für den Bausektor gelten speziell noch folgende Nachteile:
• Durch die notwendigen, nahezu gasundurchlässigen Barrieren sind die Paneele nicht atmungsaktiv.
• Handling und Verarbeitbarkeit vor Ort insbesondere auf
Baustellen sind schwierig bzw. nicht möglich.
• Aufgrund des Aufbaus der Folien ist eine Diffusion von
Umgebungsgasen (hauptsächlich Stickstoff, Sauerstoff, C02 und Wasserdampf) immer gegeben. Eine längere Lebensdauer ist somit nicht gegeben und vielmehr endlich.
· Vakuumisolationspaneele sind, verglichen mit herkömmlichen
Dämmstoffmaterialien, sehr teuer.
Niedrige Wärmeleitzahlen weisen poröse Wärmedämmstoffe z.B. auf Basis von pyrogener Kieselsäure auf (0,018 - 0,024 W/mK) .
Pyrogene Kieselsäuren werden durch Flammenhydrolyse von
flüchtigen Siliziumverbindungen wie z.B. organischen und anorganischen Chlorsilanen hergestellt. Diese so hergestellten pyrogenen Kieselsäuren weisen eine hohe poröse Struktur auf und sind hydrophil. Die Nachteile dieser porösen Wärmedämmstoffe auf Basis
pyrogener Kieselsäuren sind:
• Hohe Feuchtigkeitsaufnahme, damit steigende
Wärmeleitzahlen und somit Nachlassen der
Wärmedämmeigenschaften.
• Im Bausektor kann dies zusätzlich zu Schimmelbildung
führen .
• Bei Verwendung in Vakuumpaneelen kann durch die
Feuchtigkeitsaufnahme ein Energietransport über
Wassermoleküle stattfinden, welcher die Wärmeleitfähigkeit des Systems negativ beeinflussen kann. Auf der warmen Seite verdampfen Wassermoleküle, die auf der kalten Seite kondensieren. Dadurch werden große Energiemengen
transportiert und somit die Wärmeleitfähigkeit des Systems angehoben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Probleme des Standes der Technik zu lösen, insbesondere die Eigenschaften von Wärmedämmstoffen wesentlich zu verbessern. Das konkrete Ziel der Erfindung ist eine kostengünstige, atmungsaktive, mechanisch stabile und hochwirksame Wärmedämmung mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme .
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist eine Wärmedämm- Pulvermischung, die eine Schüttdichte nach DIN ISO 697 und EN ISO 60 von 20 - 60 g/1 aufweist und die mindestens eine Kieselsäure mit einer BET- Oberfläche nach DIN ISO 9277 von vorzugsweise 130 - 1200 m 2 /g bevorzugt 150 - 1000 m 2 /g, besonders bevorzugt 200 - 600 m 2 /g und mit einem D(50)-Wert vorzugsweise unter 60 μηι bevorzugt unter 30 μτη, besonders bevorzugt unter 15 μηα und mindestens ein Fasermaterial mit einem Faserdurchmesser von vorzugsweise 1 - 50 μπι enthält. Bei der Kieselsäure handelt es sich vorzugsweise um Fällungskieselsäure, Kieselsäure mit Aerogelstruktur und bevorzugt pyrogene Kieselsäure. Die erfindungsgemäße Wärmedämm-Pulvermischung weist
vorzugsweise mindestens 15 Gew.-% bevorzugt mindestens 20 Gew.- %, besonders bevorzugt mindestens 25 Gew.-% vorzugsweise einer hydrophoben Kieselsäure mit einem Kohlenstoff-Anteil von vorzugsweise mindestens 1 Gew.-% bevorzugt mindestens 4 Gew. - %., besonders bevorzugt mindestens 7 Gew.-% auf.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Wärmedämm- Pulvermischung mindestens ein Hydrophobierungsmittel aus der Reihe Silikonharz, Fluorcarbonverbindung und Kohlenstoff in einer Menge von vorzugsweise 0,5 - 50 Gew. -%, bevorzugt 1 - 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 - 15 Gew.-% auf.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Wärmedämm- Pulvermischung einen IR-Trüber auf.
Die erfindungsgemäße Wärmedämm-Pulvermischung weist eine
Schüttdichte nach DIN ISO 697 und EN ISO 60 von vorzugsweise 2 - 150 g/1, bevorzugt 20 - 90 g/1, besonders bevorzugt 20 - 60, ganz besonders bevorzugt 20 - 40 g/1 auf.
Vorzugsweise weist die Wärmedämm-Pulvermischung geschäumte oder geblähte Pulver auf in Menge von bis zu 60 Gew.%, bevorzugt bis zu 50 Gew.%, besonders bevorzugt bis zu 40 Gew.% auf. Bei den geschäumten oder geblähten Pulvern handelt es sich vorzugsweise um geblähten Perlit, ein Aluminiumsilikat, Blähglimmer
(Vermiculit) , Blähton, Keramikschaum, der meist aus
Aluminiumoxyd und schaumbildenen Bestandteilen hergestellt wird, Silikatschaum, der meist aus Quarzmehl, Kalkhydrat,
Zement, Wasser und Schäummittel hergestellt wird, Gipsschaum, Schaumglas, Blähglas (ein Baustoff aus recyceltem Altglas ) , geschäumtes Polystyrol [Je nach Herstellungsart wird zwischen dem normal weißen und eher grobporigen EPS, z. B. Styropor (BASF), und dem feinporigeren XPS, z. B. Styrodur (BASF, Farbe grün) , Austrotherm XPS (Farbe rosa) oder Styrofoam (Dow
Chemical, Farbe blau) , sowie Neopor (ein weiterentwickelter
Schaumstoff auf Basis von Schaumpolystyrol) unterschieden.] und Resol -Hartschäum, bevorzugt geblähter Perlit, Blähglimmer, Schaumglas, geschäumtes Polystyrol und Resol -Hartschaum, besonders bevorzugt geblähter Perlit, geschäumtes Polystyrol und Resol -Hartschaum.
Die Aufgabe wird bevorzugt durch eine Wärmedämmung mit
Schichtaufbau erreicht, wobei Schichten aus konventionellen Wärmedämmstoffen (im weiteren Verlauf als konventionelle
Dämmschichten bezeichnet) mit Schichten aus neuen
Wärmedämmstoffformulierungen (im weiteren Verlauf als neue Dämmschichten bezeichnet) kombiniert werden. Den Schichtaufbau zeichnet ein guter Zusammenhalt aller Komponenten und Schichten und eine mechanische Bearbeitbarkeit bei gleichzeitig geringer Dichte aus. Die hohe Wärmedämm- Performance des Schichtaufbaus stellt ein weiteres Charakteristikum dar und rundet das
Eigenschaftspektrum der neuen Wärmedämmung ab. Auf den Einsatz von zwischen den Schichten befindlichen Klebern, die die
Wärmeleitfähigkeit erhöhen würden, kann verzichtet werden.
Als konventionelle Wärmedämmschichten kommen vorzugsweise in Frage :
Schüttung eines geschäumten oder geblähten anorganischen Materials, wie vorzugsweise Perlite, Vermiculit, Blähton oder Blähglimmer, der durch einen Binder zusammengehalten wird.
- Organische Dämmstoffplatte, wie vorzugsweise geschäumtes Polystyrol, Neopor, Resol oder Polyurethan.
- Dämmstoffplatte aus anorganischem, porösem Dämmmaterial, wie vorzugsweise pyrogener Kieselsäure, versetzt vorzugsweise mit IR-Trübungsmittel und Glasfaser. - Faservlies oder Fasermatte mit oder ohne Imprägnierung mit Kieselsäure .
Diesem konventionellen Dämmstoff kommt in erster Linie die Aufgabe zu, eine chemische Verträglichkeit mit konventionellen Elementen einer Wärmedämmfassade, wie einem Dämmziegel, oder mit einem Klebemörtel und Putz eines Wärmedämmverbundsystems sicher zu stellen. Hierdurch wird auch eine ausreichende Stabilität gegen
Witterungseinflüsse, wie Schlagregen, erreicht. Es reicht jedoch nicht aus, dass einzelne Komponenten gegen Schlagregen resistent sind, da Dämmstoffe am Bau gegebenenfalls beliebig auf ein für das individuelle zu dämmende Gebäude passendes Maß zugeschnitten werden. Damit kann eine zwischen den
konventionellen Dämmstoffen befindliche neue
Wärmedämmstoffformulierung mit Funktion einer Kerndämmung partiell gegen Witterungseinflüsse freigelegt werden kann. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn es sich bei der
Hauptkomponente der Kerndämmung um Kieselsäure handelt.
Kieselsäure hat im unbehandelten Zustand eine hohe Affinität zu Feuchte. Der Mechanismus der Feuchteaufnahme gestaltet sich, wie folgt: In einem ersten Schritt wird die Feuchte
physisorbiert . Die Physisorption von Wasser auf den
Silanolgruppen der Kieselsäure ist bei Raumtemperatur
reversibel. In einem zweiten Schritt erfolgt die Chemisorption von Feuchte. Dieser Schritt ist bei Raumtemperatur
irreversibel. Bei signifikantem Feuchteeintrag kann die
Struktur der Kieselsäure zerstört werden. Man spricht von einem Kollaps der Struktur, der mit einer drastischen Erhöhung
Wärmeleitfähigkeit des Dämmmaterials verbunden ist.
Dies stellt besondere Anforderungen an sämtliche Schichten der neuen Wärmedämmsystems . Eine ausgeprägte Hydrophobie ist in allen Schichten zwingend erforderlich. Schichten zwischen den konventionellen Dämmschichten werden im folgenden als neue Dämmschichten bezeichnet und sind gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein
Pulver aus der Reihe pyrogene Kieselsäure, Fällungskieselsäure und Kieselsäure mit Aerogelstruktur enthalten. Die BET-
Oberfläche dieser Kieselsäuren liegt vorzugsweise zwischen 130 m 2 /g und 1200 m2/g. Die Kieselsäure-Pulver können auch
kombiniert eingesetzt werden. Der Gewichtsanteil der
Kieselsäuren in der neuen Dämmschicht beträgt vorzugsweise 30 - 99 Gew. %, bevorzugt 50 - 97 Gew. %, ganz besonders bevorzugt 60 - 95 Gew. %. Ohne Oberflächenbehandlung spricht man von einer hydrophilen Kieselsäure.
Ein Teil der Kieselsäuren in der neuen Wärmedämm-PulVermischung und der neuen Dämmschicht ist bevorzugt oberflächenmodifiziert. Die Oberflächenbehandlung kann auf der Kieselsäure adsorbiert sein oder kann partiell oder vollständig mit den Silanolgruppen der Kieselsäure reagiert haben. Eine bevorzugte
Oberflächenbehandlung enthält vorzugsweise Hexamethyldisilazan, Polydimethylsiloxan (PDMS) oder Alkylsilane. Besonders
bevorzugt führt die Oberflächenbehandlung zu einem Kohlenstoff- Anteil von mindestens 4 Gew.-% in der Kieselsäure. Im Fall einer Oberflächenbehandlung spricht man von einer hydrophoben Kieselsäure. Es können auch Kombinationen aus hydrophilen und hydrophoben Kieselsäuren zum Einsatz kommen. Das
Mengenverhältnis aus hydrophoben Kieselsäuren und hydrophilen Kieselsäuren beträgt vorzugsweise in Gew.-% mindestens 1 zu 4.5, bevorzugt mindestens 1 zu 4. Der Anteil an hydrophober Kieselsäure in der neuen Dämmschicht beträgt mindestens 15 Gew.-%. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der hydrophoben Kieselsäure um eine hydrophobe pyrogene
Kieselsäure .
Ferner enthalten die neuen Wärmedämm-Pulvermischung und die neuen Dämmschichten vorzugsweise mindestens ein Fasermaterial. Hier kommen z.B. vorzugsweise Glaswolle, Steinwolle, Basaltwolle, Schlackenwolle, keramische Fasern, Kohlefasern, Silica-Fasern, Cellulosefasern, Textilfasern und
Kunststo ffasern, wie Polypropylen-, Polyamid- oder
Polyesterfasern, in Frage. Das Fasermaterial kann auch
oberflächenmodifiziert sein, z.B. kann sie eine organische Schlichte oder eine andere Modifizierung, wie
Polydimethysiloxan (PDMS) , enthalten. Ein bevorzugter
Faserdurchmesser liegt bei vorzugsweise 0,1 μτη bis 200 μπι, besonders bevorzugt bei 1 - 50 μιη, ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 10 μιη, wobei die Länge vorzugsweise 1-25 mm, bevorzugt 3 - 10 mm beträgt . Die Fasermaterial-Menge beträgt vorzugsweise 0,5 - 20 Gew. %, bevorzugt 1-10 Gew. %, ganz besonders bevorzugt 2-6%.
Bevorzugte Fasersorten sind Glasfasern, Silica-Fasern und Cellulosefasern . Besonders bevorzugt sind Cellulosefasern .
Die dritte Komponente der neuen Wärmedämm-Pulvermischung und der neuen Dämmschicht ist vorzugsweise ein hydrophobierendes Pulver, gekennzeichnet dadurch, dass es bei wärmer gleich -30 °C noch fest ist. Geeignet sind Pulver mit hydrophober Wirkung gegenüber Wasser, z.B. vorzugsweise Silikonharze (z.B.
Polymethylsiloxane oder Polyalkylphenylsiloxane und deren
Copolymerisate mit Alkyd- , Acryl- oder Polyesterharzen oder Polyethern) , Polyfluorcarbonverbindungen, Acrylharze, oligomere Siloxane, Organosilane , Kieselsäureester oder Silikate mit hydrophobierenden Zusätzen, Siliconate, Stearate, Paraffine, Fettsäuren, Fettsäureester, Wachsester, Ceresine, Bitumen, Alkydharze, Acrylat-Copolymere (z.B. auch Organosilicium- Acrylat-Copolymere) , Styrol-Copolymere (z.B. Butadien-Styrol- Copolymere oder carboxylierte Butadien-Styrol-Copolymere) , Polyvinylacetat , Polyvinylpropionat , Polystyrolacrylate ,
Vinylchlorid-Copolymere , Vinylacetat-Copolymere ,
Vinylterpolymere, Polyolefine, Ethylen-Copolymere , Propylen- Copolymere, thermoplastische Polymere und Polymerblends (z.B. aus Polyethylen oder Polypropylen und Ethylen/Vinylacetat- oder Ethylen/Acrylat-Copolymeren, gegebenenfalls Silan-vernetzt zur Erhöhung der Erweichungstemperatur) und Kohlenstoff. Die genannten Hydrophobierungsmittel können einzeln oder in
Kombination eingesetzt werden. Um einen Festkörper in Form eines Pulvers zu erhalten, ist es bei manchen der genannten Hydrophobierungsmittel, wie oligomere Siloxane und Organosilane , erforderlich, dass diese auf bis zu -30 °C abgekühlt werden. Bevorzugte Hydrophobierungsmittel unter den genannten sind vorzugsweise Silikonharze, Polyfluorcarbonverbindungen,
Acrylharze, Stearate, Wachsester, Alkydharze, Acrylat- Copolymere, Polyvinylacetat , Vinylchlorid-Copolymere,
Vinylacetat-Copolymere und Vinylterpolymere und Kohlenstoff. Besonders bevorzugt sind Silikonharze,
Polyfluorcarbonverbindungen und Kohlenstoff. Unter den
Silikonharzen, Polyfluorcarbonverbindungen und Kohlenstoff sind bevorzugt Polyalkylsiliconharze , Polyphenylsiliconharze ,
Polytetrafluorethylene (PTFE) , Tetrafluoroethylen
Perfluoromethylvinylether Copolymer (MFA) ,
Perfluorethylenpropylen (FEP) , Perfluoralkoxy-Polymere (PFA) , Copolymere aus Ethen und Tetrafluorethen mit der Formel ~CH 2 - CH 2 -CF 2 -CF 2 ~ (ETFE) , Copolymere von Ethylen, Tetrafluoroethylen und Hexafluoropropylen (EFEP) , Polyvinylfluorid (PVF) ,
Polyvinylidenfluoride (PVDF) , Polychlortrifluorethylene (PCTFE) und Graphit.
Bei den Polyfluorcarbonverbindungen sind besonders bevorzugt PTFE und PVDF.
Die hydrophobierenden Pulver haben eine Korngröße von
vorzugsweise kleiner 1 mm, bevorzugt kleiner 500 μπι, besonders bevorzugt kleiner 200 μπι, ganz besonders bevorzugt kleiner 80 μπι . Bevorzugt liegt der Erweichungspunkt des hydrophobierenden Pulvers zwischen vorzugsweise -30°C und 600°C, bevorzugt zwischen 20°C und 450°C, besonders bevorzugt zwischen 40°C und 370°C. Die Pulver können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Die Menge des hydrophobierenden Pulvers in der neuen
Dämmschicht beträgt vorzugsweise 0,5 - 50 Gew. %, bevorzugt 1 - 30 Gew. %, besonders bevorzugt 2-15 Gew. %.
Vorzugsweise wird der neuen Wärmedämm-Pulvermischung und der neuen Dämmschicht noch ein IR-Trübungsmittel hinzu gesetzt. In
Frage kommen z.B. C, Sic, Ilmenit, Zirkonsilikat , Eisenoxid, TiC>2, ZrC>2, Manganoxid, Eisentitanat . Die Korngröße dieser
Pulver liegt vorzugsweise zwischen 100 nm und 100 μηα, bevorzugt zwischen 0,5 μπι und 15 μπι, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 μπκ Die Menge beträgt vorzugsweise 1 - 40 Gew.-%, bevorzugt 2 - 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 - 8 Gew.-%.
Der neuen Wärmedämm-Pulvermischung und neuen Dämmschicht können vorzugsweise weitere Oxide hinzugesetzt werden, die auch hydrophobiert sein können. Einsetzbar sind u.a. vorzugsweise
Erdalkalioxide, Silikate, spezielle Schichtsilikate, und
Kieselsäuren. Hierunter fallen vorzugsweise verschiedene, synthetisch hergestellte Modifikationen von Siliziumdioxid wie z.B. Lichtbogenkieselsäuren, Kieselsäuren aus
Rückstandsverbrennungsanlagen und Silica Fume, aber auch
Kieselsäuren, die durch Auslaugen von Silikaten wie
Calziumsilikat , Magnesiumsilikat und Mischsilikaten wie z.B.
Olivin (Magensium-Eisensilikat) mit Säuren hergestellt werden. Ferner kommen zum Einsatz natürlich vorkommende S1O2 -haltige Verbindungen wie Diatomerden und Kieselgure. Je nach Bedarf können feinteilige Metalloxide wie Aluminiumoxid, Titandioxid, Eisenoxid zugesetzt werden. Die eingesetzte Menge kann bis zu 50 Gew.-% betragen. Ein weiterer Zusatz der neuen Wärmedämm-Pulvermischung und neuen Dämmschicht kann aus vorzugsweise einem oder mehreren geschäumten oder geblähten Pulvern bestehen, wie vorzugsweise Perlite, Vermiculit, Blähton, Blähglimmer, Polystyrol, Neopor oder Polyurethan. Um eine geringe Dichte zu erzielen, erfolgt das Aufschäumen vorzugsweise nach der Formgebung der neuen Dämmstoffformulierung. Die eingesetzte Menge kann bis zu 60 Gew.-% betragen.
Zur Erreichung einer geringen Dichte können auch vorzugsweise klassische Porenbildner, wie vorzugsweise Cellulose und deren Derivate, zum Einsatz kommen.
Die Dichte der neuen Dämmschicht kann vorzugsweise zwischen 30 und 500 g/1 betragen. Im Sinne der Wirtschaftlichkeit der Dämmung ist es zielführend, möglichst geringe Dichten
einzusetzen. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die neue Dämmschicht auch bei geringer Dichte eine hohe Festigkeit aufweist. Eine bevorzugte Dichte im Sinne der Erfindung beträgt vorzugsweise zwischen 30 und 150 g/1, besonders bevorzugt zwischen 70 und 120 g/1.
Eine weitere Besonderheit ist, dass im Unterschied zu
bisherigen Erfahrungen trotz der geringen Dichte keine
Abstriche in der Wärmedämmeffizienz gemacht werden müssen. Es ist z.B. bekannt, dass Dämmungen auf Basis von pyrogener
Kieselsäure mit zunehmender Dichte eine geringere
Wärmeleitfähigkeit aufweisen, weil der Beitrag der Gasleitung aufgrund von kleineren Poren abnimmt. So kann die Wärmedämmung bis zu einer Dichte von vorzugsweise ca. 250 g/1 verbessert werden. Oberhalb von vorzugsweise 250 g/1 nimmt die
Wärmeleitung aufgrund des steigenden Anteils an
Festkörperleitung wieder leicht zu.
Im vorliegenden Fall der neuen Dämmschicht werden die
niedrigsten Wärmeleitfähigkeitswerte sogar bei einer geringen Dichte von 60 bis 120 g/1 erreicht. Die erreichbaren Werte liegen bei dieser Dichte zwischen 12 und 24 mW/mK. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Wärmedämm-Pulvermischung, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens eine Kieselsäure mit einer BET- Oberfläche nach DIN ISO 9277 von 130 - 1200 m 2 , die intensiv vordispergiert wurde und einen D (50) -Wert unter 60 μιη aufweist und mindestens ein Fasermaterial mit einem Faserdurchmesser von 1 - 50 μτη unter hohen Scherkräften gemischt werden. Das
erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung neuer
Dämmschichten, die in Form von Wärmedämmstoffmischungen oder von durch einen Pressvorgang verdichteten
Wärmedämmstoffmischungen als Wärmedämm-Formkörper vorliegen können. Die neuen Dämmschichten werden durch intensives Vermischen der Pulver hergestellt. Hierbei entstehen neue Dämmstoffmischungen . Sie können danach vorzugsweise durch einen Pressvorgang zu einem Formkörper verdichtet werden. Nach dem Pressen kann eine Temperaturerhöhung folgen. Diese führt nach dem Erkalten zu einer Verfestigung der Dämmstoffmischungen und Formkörper. Der Zusammenhalt von mehreren Dämmschichten wird erreicht durch mechanisches Verhaken der Fasern untereinander und mit den anderen Dämmschichten beim Verpressen sowie durch Erweichen bzw. Verflüssigen des Hydrophobierungsmittels mittels
Temperaturerhöhung, was eine Benetzung der Grenzflächen der Schichten und der Oberflächen der Pulver und Formkörper zur Folge hat, und Verfestigung des Hydrophobierungsmittels nach Temperaturerniedrigung . Die Herstellung der neuen Wärmedämmstoffmischungen kann
generell in diversen Misch- und Dispergieraggregaten
stattfinden. Bevorzugt kommen jedoch hochscherende Geräte zur Anwendung . Hierbei ist nicht zwingend notwendig, aber vorteilhaft, erst die Kieselsäure vorzudispergieren / zu desagglomerieren und dann mit den restlichen Komponenten hochscherend zu dispergieren .
Eine bevorzugte Prozedur sieht vor, erst die Kieselsäure vorzudispergieren / zu desagglomerieren, dann die Gesamtmenge an Fasern zuerst mit einem Teil der Kieselsäure als eine Art Masterbatch vorzumischen, um damit ein vollständiges
Aufschließen der Fasern zu gewährleisten. Bevorzugt enthält der Masterbatch Faser und Kieselsäure maximal im Verhältnis 1 : 10, besonders bevorzugt maximal 1 : 5. Nach dem Faseraufschluss erfolgt die Zugabe der restlichen Kieselsäure und der
restlichen Komponenten, bis auf das hydrophobierende Pulver.
Alternativ kann der Masterbatch auch die Gesamtmenge IR- Trübungsmittel und Faser enthalten. Nach intensiver
Dispergierung wird die vordispergierte Kieselsäure hinzugegeben und intensiv eingemischt. Zum Schluß erfolgt die Einmischung der restlichen Komponenten, bis auf das Hydrophobiermittel . Als letztes in der Mischabfolge geschieht die Zugabe der hydrophoben Pulver. Hierbei kann es notwendig sein, die
Mischung und das Hydrophobierungsmittel zu kühlen, damit das Hydrophobierungsmittel als Feststoff untergemischt werden kann. Da beim Mischen Energie frei wird, muss die Kühltemperatur gegebenenfalls sehr niedrig sein, damit das
Hydrophobierungsmittel fest bleibt und unter hoher Scherung intensiv untergemischt werden kann.
Nach Beendigung des Mischprozesses kann die Schüttdichte der Mischung je nach Art und Menge der Komponenten vorzugsweise zwischen 20 - 150 g/1, bevorzugt 20 - 90 g/1, besonders
bevorzugt 20 - 60 g/1 und ganz besonders bevorzugt 20 - 40 g/1 betragen . Um eine hohe Homogenität und eine so niedrige Schüttdichte der Mischung, wie vorzugsweise 20 - 40 g/1, zu erreichen, sind besonders hohe Scherkräfte nötig. Die Scherrate beim Mischen liegt dabei vorzugsweise über 10 m/s, bevorzugt über 20 m/s, besonders bevorzugt über 28 m/s, ganz besonders bevorzugt über 50 m/s. Geeignet sind Geräte, wie Dissolver, Planetendissolver , Zyklonmischer, Fluidmischer, Mahlsichter und andere Rotor- Stator-Systeme .
Ziel der hohen Scherung ist eine hohe Desagglomeration der Kieselsäure bei der Vordispergierung und ein optimaler
Aufschluss der Fasern sowie eine äußerst homogene Vermischung aller Pulver im weiteren Dispergierverlauf .
Nach Desagglomeration liegt der D (50) -Wert der Kieselsäure vorzugsweise unter 60 μπι, bevorzugt unter 30 μτη und besonders bevorzugt unter 15 μπι. Der D( 95) -Wert der Kieselsäure liegt vorzugsweise unter 150 μπ, bevorzugt unter 90 μπι und besonders bevorzugt unter 25 μτη. Die niedrigsten Werte werden mittels Mahlsichter unter Verwendung eines Rotors erreicht. Für die hochscherende Dispergierung der Mischung werden
Dissolver, Planetendissolver, Zyklonmischer und Rotor-Stator- Systeme eingesetzt. Die sehr homogene Vermischung der Pulver führt zu einer optimalen Festigkeit der resultierenden
Dämmplatte und zu einer besonders niedrigen Wärmeleitfähigkeit .
Das Hydrophobierungsmittel kann bei Bedarf vor Einsatz für die Herstellung der Dämmmischung mittels Mahlung oder Cryo-Mahlung auf eine möglichst geringe Korngröße gemahlen werden. In einer besonderen Ausführung wird die beschriebene Mischung noch mit ein oder mehreren geschäumten oder geblähten Pulvern, wie Perlite, Vermiculit, Blähton, Blähglimmer, Polystyrol, Neopor oder Polyurethan, vermischt. Vorzugsweise werden die geschäumten oder geblähten Pulver zur beschriebenen Mischung hinzugegeben. Da die geblähten oder geschäumten Pulver bei Scherung fragil sind, muss das Pulver schonend zugemischt werden. Hierfür kommen verschiedenste Geräte in Frage, wie Paddelmischer, Vrieco-Nauta-Mischer, Beba-Mischer, Ekato- Mischer. Entscheidend für die Qualität sind die Vermeidung des Korn-Einklemmens (z.B. zwischen den Werkzeugen oder zwischen Behälter und Werkzeug) und die geringe Scherrate. Die Scherrate liegt unter 5 m/s, bevorzugt unter 2 m/s, besonders bevorzugt unter 1 m/s.
Die Rieselfähigkeit der resultierenden porösen Mischung ist sehr gut, so dass sie auch problemlos und homogen zu Platten verpresst und auch z.B. in die Hohlräume von Hohlbausteinen eingefüllt und verpresst werden kann.
Das hydrophobierende Pulver kann thermisch nachbehandelt werden. Durch die thermische Behandlung oberhalb des
Schmelzpunktes wird die Fließgrenze des Pulvers überschritten und eine Filmbildung und eine noch feinere Verteilung innerhalb des Dämmstoffes erreicht. Nach dem Erstarren beobachtet man eine signifikante zusätzliche Verfestigung des Dämmstoffes. Die Kombination aus Faser und hydrophobierendem Pulver verleiht der finalen DämmstoffSchicht eine sehr hohe Festigkeit. Die
thermische Nachbehandlung kann vor oder nach dem Pressen erfolgen . Aus der Dämmmischung kann zur weiteren Verfestigung durch einen Pressvorgang ein Wärmedämm-Formkörper erzeugt werden. Hierfür wird die Dämmmischung in einem oder mehreren Schritten in die Kavität eines Presswerkzeugs gefüllt und mittels Pressstempel verdichtet. Die resultierende Dichte kann vorzugsweise zwischen 30 und 500 g/1, bevorzugt zwischen 70 und 350 g/1, besonders bevorzugt zwischen 80 und 250 g/1 betragen. In einer speziellen Ausführung liegt die Dichte zwischen 180 und 250 g/1.
Der Formkörper kann zusätzlich durch Tauchen oder Sprühen behandelt werden. Hierbei kommt vorzugsweise ein bei
Raumtemperatur flüssiges, hydrophob wirkendes Reagenz zum Einsatz, wie vorzugsweise Silikonöl, Alkylsilan oder Hexamethyldisilazan. Besonders bevorzugt ist Silikonöl.
Die neue Dämmschicht als Formkörper oder als Pulvermischung hat eine hohe thermische Isolierwirkung. Die erreichte
Wärmeleitfähigkeit liegt vorzugsweise zwischen 12 - 35 mW/mK, bevorzugt 12 - 24 mW/mK, besonders bevorzugt zwischen 12 - 20 mW/mK . Die Stärke der neuen Dämmschicht liegt zwischen 0,5 mm und 15 cm .
Die neue Dämmschicht kann mit konventionellen Dämmschichten zu einer Wärmedämmung kombiniert werden. Die Zahl der Schichtlagen kann dabei vorzugsweise zwischen 2-30, bevorzugt zwischen 2-15 und ganz besonders bevorzugt zwischen 3-10 betragen.
Vorzugsweise sind die neuen und konventionellen Dämmschichten alternierend angeordnet. Die Schichtanordnung kann durch
Kombination von fertigen Dämmschichten entstehen. In diesem Fall sorgt das zu tempernde Hydrophobierpulver für den
Zusammenhalt in und zwischen den Schichten. Die
Schichtanordnung kann aber auch durch Schüttung von
verschiedenen Mischungen (auch hier sind alternierende
Anordnungen von neuen und konventionellen Mischungen bevorzugt) und nachträgliches Pressen und Tempern entstehen. Der
Zusammenhalt dieser Schichten ist durch mechanisches Verhaken über die Glasfaser und durch das an der Grenzfläche der
Schichten wirkende Hydrophobierpulver gewährleistet. In einer speziellen Ausführung können die Dämmschichten oder die
Schüttungen durch PU-Schaum, Haftschäume, Haftvermittler oder Klebstoffe miteinander verbunden werden. In einer weiteren speziellen Ausführung wird der Zusammenhalt durch eine Hülle realisiert. Hierbei kann es sich um eine Folie oder eine Vlies halten. Vorzugsweise ist die Folie bzw. das Vlies niedrig wärmeleitend. In einer besonderen Ausführung wird nur die neue Wärmedämmung ohne Kombination mit konventionellen Dämmschichten eingesetzt.
In einer weiteren besonderen Ausführung kann das
hydrophobierende Pulver der neuen Dämmschicht auch weggelassen werden, wenn mindestens eine Kieselsäure des gewählten
Kieselsäuregemisches oder / und das IR-Trübungsmittel bereits hydrophob ist. Aus den Dämmschichten können Formkörper unterschiedlicher
Geometrie und Größe gemacht werden, z.B. Ringe, Scheiben und Platten. Bevorzugt sind Platten, die erfindungsgemäß in folgenden Dämmsystemen zum Einsatz kommen als :
Dämmung in Bauhohlsteinen
Kerndämmung bei mehrschaligen Bausteinen
Kerndämmung für Vakuumisolationsplatten (VIP)
Kerndämmung für WärmedämmstoffVerbundsysteme (WDVS)
Dämmung bei zweischaligen Mauerwerken Im Fall der Vakuumisolationspaneele (VIP) wird durch
Evakuierung der noch in den nanoskaligen Hohlräumen vorhandenen Restgase auf moderate Unterdrücke unter 100 mbar (vorzugsweise 0.01 - 10 mbar), die Wärmeleitfähigkeit durch Unterdrückung der Konvektion / Gasleitung noch einmal auf Werte von 1 - 10 mW/mK reduziert.
Die vorher eingevliesten mikroporösen Dämmplatten werden in eine vakuumdichte Umhüllung gebracht. Diese vakuumdichten Umhüllungen können sogenannte Aluminiumverbundfolien,
metallisierte Folien sein oder vorzugsweise eine metallische Umhüllung auf Basis von vorzugsweise Edelstahl oder Weßblech bzw. Kunststoffen, vorzugsweise Polypropylen. Die metallischen Umhüllungen weisen vorzugsweise eine koextrudierte Beschichtung auf Basis eines Polyolefinterpolymers mit einer hervorragenden Haftung zum Metall und guten Barriereeigenschaften gegenüber Luft und Wasserdampf auf . Nach Einbringung des mikroporösen Wärmedämmkerns in die
Folienbeutel werden die Dämmplatten in eine Vakuumkammer eingebracht und auf den vorgesehenen Enddruck evakuiert. Die in Folienbeutel eingebrachten mikroporösen Wärmedämmstoffplatten werden in der Vakuumkammer verschweißt.
Bei der metallischen Umhüllung wird nach Einbringung des mikroporösen Dämmkerns in die untere Metallschale und
Evakuierung in der Vakuumkammer ein Deckel passgenau auf die untere Schale aufgepresst. Beide Metallteile (untere Schale und Deckel) sind vorzugsweise mit einer koextrudierten
Polyolefinschicht beschichtet (Dicke vorzugsweise zwischen 0,05 - 0,5 mm), bevorzugt 0,2-0,4 mm, um Wärmebrücken durch direkten Metalkontakt zu vermeiden.
Als Thermoplast wird vorzugsweise ein Polypropylen/Polyethylen- Acrylat Terpolymer eingesetzt, welcher hervorragende Adhäsion zum Metall und gute Barriereeigenschaften aufweist.
Die so hergestellten VIP's haben somit eine diffusionsdichte Umhüllung, sind gegen Verletzung unempfindlich und sind somit prädestiniert für den Einsatz im Baubereich.
Zur Vermeidung von Wärmebrücken durch die metallische
Umhüllung, speziell bei kleinen Dimensionen, werden
vorzugsweise mechanisch stabile Umhüllungen auf Basis PP bzw. PP/PVDC Verbundsystemen verwendet, in welche auf die gesamte Ober-/Unterfläche eine gasundurchlässige Aluminiumverbundfolie einlaminiert wird, wobei nur die äußere Umrandung aus reinem PP/PVDC besteht.
Die neuen Wärmedämmschichtsysteme können im evakuierten und nicht evakuierten Zustand (VIP) vorzugsweise in verschiedenen Wärmeisolationsanwendungen eingesetzt werden. Eine bevorzugte Anwendung liegt im Baubereich. Die erfindungsgemäße Dämmung ist zur Altbausanierung sowie für den Neubau geeignet, z.B. vorzugsweise für Fußboden- und Dachisolierung sowie für die Fassadeninnen- wie -außendämmung . Dabei kann das neue
Dämmsystem vorzugsweise direkt, als Kernmaterial eines
Mauerwerks, als Teil eines Wärmedämmverbundsystems (WDVS) oder mit einer Metall- oder KunststoffUmhüllung eingesetzt werden.
Geht es um Wärmedämmverbundsysteme, werden zur Stabilisierung der Paneele dieselben vorzugsweise mit Umhüllungen versehen, die aus einem Press-, Walz-, Extrusions- Schaum- oder
Faserwerkstoff bestehen, wobei der Kern sowohl unter
Normaldruck als auch unter Unterdruck gehalten werden kann. Die Umhüllung kann für Normalbedingungen ein- oder zweiflächig sein oder alle Flächen des Paneels umhüllen, kann aber auch
mehrschichtig gestaltet werden und kann an den verschiedenen Paneelseiten aus gleichem oder aus unterschiedlichem
Umhüllungsmaterial bestehen. Bei Unterdruckbedingungen umfasst naturgemäß die Umhüllung alle Flächen des Paneels.
Die verstärkende Umhüllung kann vorzugsweise bestehen aus:
Karton, Holz, Gipskarton, Schrumpffolien, die nach dem
Schrumpfprozess perforiert werden, diversen Kunststoffen, Vliesgeweben, Glasfaser verstärkten Kunststoffen (GFK)
vorzugsweise auf Basis von Polyesterharz, Epoxidharz oder
Polyamid.
Zur kraftschlüssigen Verbindung der Umhüllungen, vornehmlich bei Verbünden von mehreren Schichten, werden vorzugsweise
Kleber eingesetzt. Diese sind verzugsweise ausgewählt aus anorganischen Komponenten, wie Wassergläsern, Kieselsolen und Phosphaten, sowie aus organischen Verbindungen wie
Reaktionsharzen, Kunststoffdispersionen oder Thermoplasten.
Im Fall der WärmedämmstoffVerbundsysteme (WDVS) können die erfindungsgemäßen neuen Dämmstoffe aufgrund ihrer hohen
Hydrophobie auch direkt, also ohne Vakuum und Umhüllung eingesetzt werden. Typischerweise werden sie dann noch
vorzugsweise mit einer Armierungs- und einer Putzschicht versehen . Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Formkörper,
Bausteine, Bausysteme und Bauverbundsysteme, die die
erfindungsgemäßen Wärmedämmstoffe aufweisen, wobei diese
Formkörper, Bausteine, Bausysteme und Bauverbundsysteme aus den Wärmedämmstoffen teilweise oder vollständig bestehen.
Ein Einsatz der in der Erfindung oben beschriebenen hydrophoben porösen Wärmedämmstoffe findet erfindungsgemäß vorzugsweise in Bauhohlsteinen statt. Hohlbausteine sind Bauelemente, die einen oder mehrere
Hohlräume aufweisen. Sie können vorzugsweise aus anorganischen, keramischen Materialien, wie gebranntem Tongut (Ziegel) , Beton, Glas, Gips sowie Naturprodukten wie Naturstein, z.B.
Kalksandstein bestehen. Vorzugsweise kommen Hohlbausteine aus Ziegel, Beton und Leichtbeton zur Anwendung.
Ausführungsformen sind Wandbausteine, Bodenplatten,
Deckenelemente und Vorbauelemente. Es ist bekannt, dass die Hohlräume dieser Bauelemente mit porösem hohlraumstrukturierten Dämmmaterialien wie
Styroporschäum oder Perlite-Schaum gefüllt sein können
(DE3037409A1 und DE-OS2825508 ) . Diese Bauelemente werden als Hohlbausteine mit integrierter Wärmedämmung bezeichnet .
Hohlbausteine mit integrierter Wärmedämmung haben den Vorteil, dass der Ziegelhauscharakter bei der Bauausführung erhalten bleibt. Die Verwendung dieser Hohlbausteine mit integrierter
Wärmdämmung soll im Mauerwerk eine besonders hohe Wärmedämmung und eine günstige Wasserdampfdurchlässigkeit sowie kaum
Wasseraufnahme gewährleisten, zudem soll die Wärmespeicherung begünstigt werden. Die Dämmmaterialien in diesen Hohlblocksteinen mit integrierter Wärmedämmung können sowohl organischen wie anorganischen
Ursprungs sein.
An organischen Materialien werden als Isoliermaterial
geschäumte Polystyrolteilchen bevorzugt eingesetzt. Dabei sind die aufgeschäumten Kunststoff artikel oberflächlich unter
Freilassung von gasdurchlässigen Zwischenräumen miteinander verbunden und verankert . Die Herstellung erfolgt durch Füllung der Hohlräume mit einer Schüttung von Styrolgranulat und anschließender Aufschäumung mit heißen Gasen, vornehmlich Wasserdampf. Derartige
Isolierbausteine zeichnen sich durch eine verbesserte
Wärmedämmfähigkeit aus. Von Nachteil ist die Brennbarkeit der organischen Bestandteile dieser Bauelemente. Ebenso läßt die Wärmedämmfähigkeit durch die Aufnahme von Wasser/Feuchtigkeit mit der Zeit stark nach.
Als anorganische Materialien für Hohlbausteine mit integrierter Wärmedämmung kommen vorzugsweise geschäumte Perlite und
Vermiculite zum Einsatz. Bevorzugt werden geschäumte Perlite eingesetzt, die mit Bindemitteln wie wässrigen Dispersionen auf Basis Vinylacetat- und Acrylvinylacetat-Copolymeren abgebunden und verfestigt werden. Diese Füllungen weisen mit den
notwendigen Bindungsmitteln einen hohen Anteil an brennbaren
Komponenten auf, auch ist die resultierende Wärmedämmung nicht optimal .
Ein Abbindung und Verfestigung der Perlite kann vorzugsweise ebenfalls mit Alkaliwassergläsern als Bindemittel erfolgen.
Dieses Verfahren führt zu Kernmaterialien, die stark alkalisch, Wasser anziehend sind und zu Ausblühungen führen. Hinzu kommt, dass die schon von vornherein ungenügenden
Wärmedämmeigenschaften noch weiter herabgesetzt werden. Die Verwendung von Kieselsol als Bindemittel führt zu einem schlecht verfestigten Dämmmaterial mit hoher Wasseraufnahme und schlechten Wärmeisolationseigenschaften .
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der beschriebenen
hydrophoben porösen Wärmedämmstoffe in Hohlbausteinen werden die Wärmedämmeigenschaften dieser Steine wesentlich verbessert und nachhaltig auf hohem Niveau gehalten.
Erfindungsgemäß können die entsprechenden Wärmedämmstoffe zu maßgenauen Platten verpresst und in die Kammern der
Bauhohlsteine integriert werden, es kann aber auch die neue Mischung in die Kammern der Bausteine eingefüllt und mittels Presshilfen direkt in den Kammern verpresst werden. Alternativ können maßgenaue Platten aus zuvor hergestellten Großplatten herausgeschnitten und in die Bausteine integriert werden.
Ebenfalls möglich ist eine Fixierung der Platten in den
Hohlräumen mittels vorzugsweise Polyurethanschaum oder anderer Haftschäume bzw. Kleber. Desgleichen kann eine Umhüllung mit vorzugsweise
Vliesmaterialien, um z.B. eine mechanische Beeinflussung und somit auch ein Ausstauben der Wärmedämmung zu verhindern, vorgenommen werden. Um hierbei die Wirksamkeit der erreichbaren Wärmedämmungen im Verhältnis zur Wirtschaftlichkeit optimal zu nutzen, sind erfindungsgemäß effektive Kombinationen zwischen
hocheffizienter hydrophober poröser Wärmedämmung mit
herkömmlichen Wärmedämmsystemen mit geringeren
Wärmedämmwirkungen möglich. Desgleichen können, je nach Einsatz und Dämmvermögen einzelne oder mehrere Hohlkammern auch ohne Wärmedämmmaterialien versehen sein.
Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungen beispielhaft beschrieben:
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind, falls jeweils nicht anders angegeben, alle Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht und alle Prozentangaben sind auf das Gesamtgewicht bezogen, alle Temperaturen 20°C und alle Drücke bei der umgebenden Atmosphäre, also 900 bis 1100 hPal . Alle
Viskositäten werden bei 25 °C bestimmt.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Angaben von Teilen und Prozentsätzen, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Sofern nicht anders angegeben, werden die
folgenden Beispiele bei einem Druck der umgebenden Atmosphäre, also bei etwa 1000 hPa, und sofern nicht anders angegeben bei Raumtemperatur, also etwa 20°C bzw. einer Temperatur, die sich beim Zusammengeben der Reaktanden bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Heizung oder Kühlung einstellt, durchgeführt. Alle in den Beispielen angeführten Viskositätsangaben sollen sich auf eine Temperatur von 25 °C beziehen. Beispiel 1:
Komponenten :
Hydrophile pyrogene Kieselsäure mit BET-Oberfläche 300 m 2 /g: 88 Gew.%
Glasfaser (Länge 6 mm, Stärke 7 μπι) : 2 Gew.% SiC (D(50) = 5 μιη) : 4 Gew.% Silikonharz Polymethylsiloxan, mit der Kryomühle auf D(50) = 10 μτη gemahlen: 6 Gew.%
6.5 g Fasern, 15,2 g Sic und 50 g Kieselsäure wurden zum
Aufschluss der Fasern zunächst 3 min lang im Zyklonmischer bei 15000 UpM vorgemischt. Anschließend wurde der Rest der
Feststoffkomponenten (285,5 g Kieselsäure) zugegeben und weitere 2 min unter den gleichen Mischbedingungen gemischt. In diese Mischung wurden dann 22,8 g Silikonharz gegeben und eine weitere Minute gerührt.
238 g der fertigen Mischung wurde entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 120 g/1 resultiert. Dieser Formkörper wurde
anschließend 120 min bei 70°C erhitzt.
Beispiel 2:
Komponenten :
Hydrophile pyrogene Kieselsäure mit BET-Oberfläche 300 m2/g: 80 Gew. %
Glasfaser (Länge 6 mm, Stärke 7 m) : 4 Gew.%
SiC (D(50) = 5 μπι) : 4 Gew.%
Fluorcarbonverbindung PVDF (mit Kryomühle auf D(50) = 20 pm gemahlen): 12 Gew.%
14 g Fasern, 15 g Sic und 50 g Kieselsäure wurden zum
Aufschluss der Fasern zunächst 3 min lang im Zyklonmischer bei 15000 UpM vorgemischt. Anschließend wurde der Rest der
Feststoffkomponenten (255 g Kieselsäure) zugegeben und weitere 2 min unter den gleichen Mischbedingungen gemischt. In diese Mischung wurden dann 46 g PVDF- Pulver gegeben und eine weitere Minute gerührt .
238 g der fertigen Mischung wurde entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 120 g/1 resultiert. Dieser Formkörper wurde
anschließend 120 min bei 190°C erhitzt.
Beispiel 3:
Komponenten :
Hydrophile pyrogene Kieselsäure mit BET = 300 m2/g und
hydrophobe pyrogene Kieselsäure mit BET-Oberfläche 200 m2/g und 5% C-Anteil resultierend aus einer PDMS-Beschichtung : 63 + 27 Gew.%, respektive
Cellulosefaser (Länge 6 mm, Stärke 7 μτα) : 6 Gew.% Graphit -Pulver (D(50) = 4 m) : 4 Gew.%
Die hydrophile und hydrophobe Kieselsäure wurden zunächst im Mahlsichter (Rotor 7000 U/min, Sichter 6500 U/min)
aufgeschlossen, bis der D(50)- ert bei 10 μτη lag. Dann wurden die beiden Kieselsäuren, die Faser und das Graphitpulver 10 min lang im Zyklonmischer bei 15000 UpM gemischt.
200 g der fertigen Mischung wurde entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 100 g/1 resultiert.
Beispiel 4:
Komponenten : Hydrophile pyrogene Kieselsäure mit BET = 300 m2/g und
hydrophobe pyrogene Kieselsäure mit BET-Oberfläche 200 m2/g und 5% C-Anteil resultierend aus einer PDMS-Beschichtung : 63 + 27 Gew.%, respektive
Cellulosefaser (Länge 6 mm, Stärke 7 μκι) : 6 Gew.%
Graphit -Pulver (D(50) = 4 μνα) : 4 Gew.% Die hydrophile und hydrophobe Kieselsäure wurden zunächst im Mahlsichter (Rotor 7000 U/min, Sichter 6500 U/min)
aufgeschlossen, bis der D(50)-Wert bei 10 pm lag. Dann wurden die beiden Kieselsäuren, die Faser und das Graphitpulver 10 min lang im Zyklonmischer bei 15000 UpM gemischt.
400 g der fertigen Mischung wurde entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 190 g/1 resultiert. Beispiel 5:
Die Mischung aus Beispiel 1 wurde auf eine Dichte von 250 g/1 gebracht und für 20 s in ein Bad aus Silikonöl getaucht. Die getränkte Platte wurde danach 30 min bei 210°C im
Trockenschrank getempert.
Beispiel 6:
Für einen Mehrschichtaufbau wurden die Pulvermischung aus
Beispiel 3 (Mischung A) und hydrophober Perlit (0-1 Perlit der Fa. Knauf) (Mischung B) herangezogen. Abwechselnd wurden 3 cm Schüttungen der Mischung A und der Mischung B in die Kavität eines Presswerkzeuges eingebracht, bis insgesamt 16
Pulverschichten Vorlagen. Die Gesamtschüttung wurde auf eine Dichte von 120 g/1 gepresst. Beispiel 7:
Für einen Dreischichtaufbau wurde die Dämmplatte aus Beispiel 3 (allerdings mit den Abmessungen 245*245*50) mittig in einem Dämmziegel platziert. Die beiden ungefüllten Seiten wurden mit hydrophobem Perlit (0-1 Perlit der Fa. Knauf) aufgefüllt. Es wurde ein geschäumter 0-1 Perlit der Fa. Knauf eingesetzt, der mit einer wässrigen Dispersionen auf Basis von Vinylacetat- und Acrylvinylacetat-Copolymeren vermischt war. Ein Pressstempel verdichtete die Perlitschüttung auf 70 g/1. Zur Abbindung wurde der gefüllte Ziegel bei 140°C für 60 min temperiert.
Beispiel 8: Für einen Dreischichtaufbau wurde die Dämmplatte aus Beispiel 4 für 20 s in ein Bad aus Hexamethyldisilazan getaucht. Diese Platte wurde dann mittig zwischen 2 Platten aus expandiertem Polystyrol der Stärke 10 cm platziert. Das System wurde bei 60°C für 60 min temperiert und nach Abkühlen auf Raumtemperatur mit einem Glasfaservlies eingevliest. Die neue Dämmung eignete sich zum Einsatz in Wärmedämmverbundsystemen.
Beispiel 9: Die Dämmplatte aus Beispiel 4 wurde mittels Glasfaservlies eingefliest und in eine vakuumdichte Umhüllung aus
Aluminiumverbundfolien gebracht. Dann wurde auf einen Druck von 0.1 mbar evakuiert und verschweißt. Die Wärmeleitfähigkeit des resultierenden Vakuumisolationspanels beträgt 4 mW/mK.
Beispiel 10:
Komponenten : Hydrophile pyrogene Kieselsäure mit BET = 300 m2/g: 24 Gew.-% Hydrophobe pyrogene Kieselsäure mit BET-Oberflache 200 m2/g und 5% C-Anteil resultierend aus einer PDMS-Beschichtung : 27 Gew.%
Kieselsäure mit Aerogel- Struktur mit BET-Oberflache 500 m2/g: 39 Gew. -%
Cellulosefaser (Länge 6 mm, Stärke 7 μπι) : 6 Gew.%
Graphit -Pulver (D(50) = 4 μιη) : 4 Gew.%
Die Kieselsäuren wurden zunächst im Mahlsichter (Rotor 7000 U/min, Sichter 6500 U/min) aufgeschlossen, bis der D (50) -Wert bei 10 μχ lag. Dann wurden sie und die Faser zum Aufschluss der Fasern zunächst 6 min lang im Zyklonmischer bei 15000 UpM vorgemischt. Anschließend wurde das Graphit -Pulver zugegeben und weitere 2 min unter den gleichen Mischbedingungen gemischt.
400 g der fertigen Mischung wurde entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 200 g/1 resultiert.
Beispiel 11:
Komponenten :
Hydrophile pyrogene Kieselsäure mit BET = 300 m2/g und
hydrophobe pyrogene Kieselsäure mit BET-Oberfläche 200 m2/g und 5% C-Anteil resultierend aus einer PDMS-Beschichtung: 39 + 27 Gew.%, respektive
Cellulosefaser (Länge 6 mm, Stärke 7 μτη) : 6 Gew.% Graphit -Pulver (D(50) = 4 μηι) : 4 Gew.% Silica Fume (Schüttdichte 190 g/1, BET 30 m2/g) : 24 Gew.% Die hydrophile und hydrophobe Kieselsäure wurden zunächst im Mahlsichter (Rotor 7000 U/min, Sichter 6500 U/min)
aufgeschlossen, bis der D(50)- ert bei 10 μπι lag. Dann wurden sie und die Faser zum Aufschluss der Fasern zunächst 3 min lang im Zyklonmischer bei 15000 UpM vorgemischt. Anschließend wurden das Graphit -Pulver und Silica Fume zugegeben und weitere 2 min unter den gleichen Mischbedingungen gemischt.
200 g der fertigen Mischung wurde entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 100 g/1 resultiert.
Beispiel 12 : Ein Glasfaservlies von 0,5 cm Stärke wurde am Boden eines
Presswerkzeuges platziert. 400 g der Mischung aus Beispiel 4 wurden auf dieses Vlies gefüllt. Oberhlab der Mischung wurde ein weiteres Glasfaservlies von 0,5 cm Stärke platziert. Dieser Aufbau wurde zu einem Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 200 g/1 resultiert. Die neue Dämmung eignete sich zum Einsatz in Wärmedämmverbundsystemen.
Beispiel 13: Komponenten :
Hydrophile pyrogene Kieselsäure mit BET = 300 m2/g und
hydrophobe pyrogene Kieselsäure mit BET-Oberfläche 200 m2/g und 5% C-Anteil resultierend aus einer PDMS-Beschichtung: 63 + 27 Gew.%, respektive
Cellulosefaser (Länge 6 mm, Stärke 7 μτη) : 6 Gew.% Graphit -Pulver (D(50) = 4 xm) : 4 Gew.% Sämtliche Komponenten wurden 15 min lang im Dissolver bei 4000 UpM (entspricht einer Werkzeugumfangsgeschwindigkeit von 55 m/s) gemischt. 400 g der fertigen Mischung wurde entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 190 g/1 resultiert.
Beispiel 14:
500 g der Mischung aus Beispiel 13 wurden mit 500 g hydrophobem Perlit (0-1 Perlit der Fa. Knauf) 10 min bei einer Scherrate von 2 m/s im Vrieco-Nauta-Mischer vermischt. 200 g der fertigen Mischung wurde entnommen und zu einem Festkörper der Außenmasse 200*200*38 mm verpresst, so dass eine Dichte von 95 g/1 resultiert .
Tabelle Leitfähigkeiten
Mischung Dichte λ-Wert Hydrophobie
(g/D (mW/mK)
Beispiel 1 120 20,9 Wassertropfeneindringzeit s
Beispiel 2 120 19, 8 ja
Beispiel 3 100 18, 1 ja
Beispiel 4 190 17,3 ja
Beispiel 5 250 21,5 ja
Beispiel 6 120 30,2 ja
Beispiel 10 200 12,5 ja
Beispiel 11 100 22,2 ja
Beispiel 13 190 18, 3 ja
Beispiel 14 95 29,5 ja Bestimmung der Hydrophobie: Auftragen eines Wassertropfens auf eine Platte. Sinkt der Tropfen im Zeitraum von 1 h ein:
Hydrophobie nein; sinkt der Tropfen im Zeitraum von 1 h nicht ein: Hydrophobie ja.
Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit erfolgte nach EN 12667, EN 1946-3 und ISO 8301 mittels eines Messgerätes vom Typ Hesto Lambda Control HLC A60. Die Bestimmung der Schüttdichte wurde nach DIN ISO 697 und EN ISO 60 durchgeführt.
Die Bestimmung der BET-Oberfläche richtete sich nach DIN ISO 9277.
Für die Bestimmung der Korngrößen der Pulver nach ISO 13320-1 wurde ein Laserbeugungsgerät vom Typ Malvern Mastersizer verwendet. Der D (50) -Wert beschreibt die mittlere
Partikelgröße. D(95) bedeutet, dass 95% der Partikel kleiner sind als der angegebene Wert. D(50) bedeutet, dass 50% der Partikel kleiner sind als der angegebene Wert.
Die Umdrehungszahl von 15000 UpM im Zyklonmischer entspricht einer Werkzeugumfangsgeschwindigkeit von 70 m/s.