Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sandwichelementen, bestehend aus Metall-, Holz- oder Kunststoffdeckschichten und einer Kernschicht aus Kunststoffschaum, vorzugsweise Polyurethanschaumstoff.

Derartige Sandwichelemente werden in weiten Teilen der Technik, insbesondere als konstruktive Bauelemente mit Dämmwirkung gegen Wärme/Kälte und/oder Schall eingesetzt. Da Sandwichelemente häufig bei der Konstruktion von Gebäuden Verwendung finden, unterliegen sie strengen Zulassungsbestimmungen hinsichtlich der Statik und der Brandeigenschaften.

Als Kernschichtwerkstoff werden vorzugsweise Hartschäume auf Basis von Polyurethan (PU) eingesetzt. Kernschichten auf Basis von expandiertem Polystyrol (EPS) oder extrudiertem Polystyrol (XPS) oder Phenolharzen sind ebenfalls bekannt. Die Dichte des Schaumstoffes liegt üblicherweise bei ca. 50 bis 100 kg/m3. Als Mindestrohdichte zur Gewährleistung der statischen Festigkeitswerte wird als niedrigste Rohdichte des Schaumstoffes bislang 36 bis 38 kg/m3 vorgeschrieben. Ein weitere wesentliches Merkmal dieser Kemschichten ist deren Festigkeit, die als Druckspannungswerte gemessen wird, und deren Brandeigenschaften um gewisse Normstandards zu erreichen.

Die Herstellung der Sandwichelemente ist hinlänglich bekannt und kann im Wesentlichen auf zwei Arten erfolgen. Bei der sogenannten Füllbauweise werden die Deckschichten vorgelegt und der Hohlraum zwischen den Deckschichten mit dem Kunststoff z.B. einem Polyurethanschaum ausgeschäumt. Vorteil dieser Direktverschäumung ist, daß die Deckplatten mit der entstehenden Schaumstoffzwischenschicht automatisch verkleben. Nachteil dieses Verfahrens ist, daß bei Verwendung von PU- oder PU/PIR- Hartschaum, die Haftung der Deckschichten nur mit erhöhtem Energiebedarf gelöst werden kann und somit nur Schaumstoffe mit Rohdichten von 36 bis 48 kg/m3 verwendet werden können. Als PIR-Schaum wird ein PU-Schaum mit erhöhtem Isocyanatanteil bezeichnet. Bei der sogenannten Hüllbauweise wird eine vorgefertigte Kernschicht, bei-

spielsweise eine Mineralwollplatte oder eine Schaumstoffplatte, mit einem geeigneten Hüllmaterial aus Metall, Holz oder Kunststoff zum Beispiel durch Verkleben verbunden, wobei die gesamte Konstruktion z.B. in einer Presse unter Druck gesetzt wird oder in einem luftdichten Raum evakuiert wird, so daß der Luftdruck die Teile beim Abbinden des Klebers zusammenpreßt. Die EP 0771828 beschreibt die Herstellung von Sandwichelementen mittels der Hüllbauweise, wobei als Kernschicht ein PU-Schaumstoff verwendet wird, der eine Rohdichte von 50 bis 1500 kg/m3 besitzt und aus Polyurethan- und/oder Polyharnstoffabfällen gewonnen wird.

Sandwichelemente mit Mineralwollplatten als Kernschicht besitzen auf Grund ihrer optimalen Brandschutzeigenschaften breite Anwendungsmöglichkeiten, sind aber sehr aufwendig in ihrer Herstellung. Um die geforderten Druckspannungen zu erreichen müssen Mineralwollplattensegmente einzeln verklebt werden, wobei die Segmente so angeordnet werden, daß die Faserrichtung um 90° gedreht wird. Zur Erreichung der statischen Werte werden Mineralwollplatten mit einer Rohdichte von mindestens 100 kg/m3 eingesetzt.

Es ist ebenfalls bekannt, Sandwichplatten mit expandiertem Polystyrol (EPS) als Kernschicht herzustellen und einzusetzen. Die Rohdichte dieser Kernschichten liegt häufig im Bereich von 15 bis 20 kg/m3. Auch hier wird mittels Kleber der Verbund zwischen Kern- und Deckschicht hergestellt. Da EPS ein Kunststoffschaumstoff auf Basis eines Thermoplast darstellt, ist die Temperaturbelastung dieser Sandwichelemente auf etwa 80 bis 90 ⁰ C beschränkt. Das gleiche gilt für Sandwichelemente, die extrudiertes Polystyrol (XPS) als Kernschicht aufweisen.

Es bestand daher die Aufgabe, Sandwichelemente mit hohen Festigkeitswerten und guten Brandschutzeigenschaften bei niedriger Rohdichte des Kernmaterials, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Sandwichelemente, bereitzustellen.

Es wurde gefunden, daß bei der Nutzung der an sich bekannten Hüllbauweise, Sandwichelemente mit den geforderten anwendungsspezifischen Eigenschaften herstellbar sind, wenn vorgefertigte Schaumstoffplatten auf Basis duroplastischer Kunststoffe, beispielsweise PU-Schaumstoffplatten, PIR-Schaumstoffplatten und/oder PU/PIR- Schaumstoffplatten als Kernmaterial verwendet werden, wobei erfindungsgemäß Schaumstoffplatten mit einer Rohdichte von 10 bis 32 kg/m3 als Kernmaterial bzw. als Kernschicht verwendet werden. Durch die Möglichkeit der Vorfertigung der Schaumstoff- platten kann nunmehr das gesamte Spektrum der PU- und/oder PIR-Schaumstoffe eingesetzt werden. PU-Weichschaumstoff wird vorzugsweise zur Schalldämmung und PU/PIR-

Schaumstoff für den Anwendungsbereich Wärmedämmung mit erhöhtem Brandschutz eingesetzt.

Die Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff ist bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Als Ausgangsstoffe werden Polyol, Isocyanat, Zusatzstoffe und Treibmittel zur Reaktion gebracht. Als Treibmittel werden Treibmittel auf Basis von halogenierten, z.B. fluorierten Kohlenwasserstoffen , wie beispielsweise HFC 365mfc, HFC 245fa, HFC 134a, HFC 152a, HFC 227fa, E 245 oder chlorhaltigen Fluorkohlenwasserstoffen, z.B. HCFC 141b, HCFC 142b, HCFC123, HCFC 22 oder CFC 11 , CFC 12, CFC 113 , oder Kohlenwasserstoffen wie Pentan, Butan oder Cyclopentan, wobei auch Mischungen dieser Treibmittel untereinander geeignet sind, eingesetzt. Es sind Produkte mit exzellenten Brandschutzeigenschaften, insbesondere bei zusätzlicher Verwendung von bromierten Polyether-/Polyesterpolyolen wie beispielsweise IXOL B 251 , IXOL M 125 oder PHT-4-diol und/oder halogenierten, insbesondere bromierten Epoxiden herstellbar.

Die Schaumstoffplatten werden in bekannter Weise mittels kontinuierlich arbeitenden Blockfertigungsanlagen hergestellt und danach in Spaltanlagen auf die geforderten Maße gebracht.

Die Herstellung der Sandwichelemente erfolgt durch Verkleben der Kemschicht mit den entsprechenden Deckschichten. Die Deckschichten können beispielsweise aus Holz, Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Die vorgefertigte Schaumstoffplatte wird zwischen den Deckschichten angeordnet. Das kann in unterschiedlicher Weise erfolgen, z. B. indem die Schaumstoffplatte kontinuierlich in den Zwischenraum der beiden Deckschichten, einem sogenannten Doppelband, eingeführt wird. Es ist ebenfalls eine diskontinuierliche Arbeitsweise denkbar, wobei die vorgefertigte Schaumstoffplatte auf eine Deckschicht aufgelegt wird und mit der anderen Deckschicht abgedeckt wird. In beiden Fällen wird der Kleber auf die Unter- und auf die Oberseite der Schaumstoffplatte aufgebracht und der Verbund der Schichten miteinander durch Verkleben hergestellt. Gegebenenfalls kann das Verkleben der einzelnen Schichten miteinander durch Druckeinwirkung beschleunigt oder verbessert werden.

Als Kleber können in Abhängigkeit von der Art der Deckschichten oder des Einsatzgebietes alle geeigneten Klebemittel verwendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wurde ein Reaktionskleber auf Basis von PU- Rohstoffen verwendet. Es können sowohl Ein- oder Zwei- Komponenten Klebersystem (2K- oder 1 K-Kleber) verwendet werden. Zwei-Komponenten Kleber bestehen aus einer Polyolkomponente und einem geeigneten Isocyanat, z.B. Diphenylmethan-4,4'-Diisocyanat (MDl). Diese Kompo-

nenten werden im vorgegebenen Mischungsverhältnis in einer geeigneten Mischkammer miteinander vermischt und beispielsweise im Airless-Verfahren auf die zu verbindenden Oberflächen aufgetragen, wobei dann in einer exothermen Reaktion die Aushärtung erfolgt und somit der Verbund mit der Kernschicht sichergestellt wird.

In einer anderen Ausführungsform wurde ein bromhaltiger PU-Kleber mit verbessertem Flammschutz auf Basis von bromierten Polyether-/Polyester-Polyolen, wie weiter oben beschrieben, verwendet. Unter Verwendung derartiger Kleber wurden die Werte der Flammschutznorm erreicht, ohne daß die bislang üblicherweise verwendeten Füllstoffe dem Kleber zugesetzt werden mußten.

Es wurde gefunden, daß durch die Verwendung von vorgefertigten Schaumstoffplatten als Kernschicht Sandwichelemente herstellbar sind, die den gewünschten Anforderungen, z. B. bezüglich Festigkeit, Brandschutzeigenschaften und Dämmverhalten, gerecht werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Gewicht der Sandwichelemente verringert werden kann, da Schaumstoffplatten mit einer Rohdichte im Bereich von 10 bis 32 kg/m3, insbesondere im Bereich von 28 bis 32 kg/m3 als Kernmaterial verwendet werden. So ist es möglich, das Gewicht der Sandwichelemente um ca. 50 % zu verringern. Bedingt durch die Vorfertigung der Schaumstoffplatten ist es ebenfalls möglich, hoch- flammgeschützte Schaumstoffe als Kemschicht einzusetzen.

In einer weiteren Ausführungsform wurde ein PU-Schaum mit elastischen Eigenschaften und weitgehend offenzelliger Struktur (>85%) als Kernschicht für Bauelemente mit erhöhter Schalldämmung eingesetzt. Üblicherweise werden zur Schalldämmung Elemente mit einer einseitig gelochten Deckschicht eingesetzt.

Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung erläutern jedoch nicht in ihrem Umfang einschränken.

Beispiel 1:

In einer kontinuierlich arbeitenden Fertigungsanlage zur Herstellung von Sandwichelementen wurden die Deckschichten aus Stahl in Form eines Doppelbandes kontinuierlich in einem vorgegebenen Abstand zueinander zusammengebracht. In den Zwischenraum des Doppelbandes wurde kontinuierlich die vorgefertigte PU- Schaumstoffplatte eingebracht. Es wurde ein PU-Schaumstoff mit einer Rohdichte von 28 kg/m3 und einer Wärmeleitzahl von 23 mW/mK und einer M1 Qualität (EPIRADIATEUR Test) auf Basis eines hochbromiertenPolyetherpolyols (IXOL B 251) verwendet. Auf der Oberseite und

der Unterseite der Schaumstoffplatte wurde der Reaktionskleber auf Basis von PU- Rohstoffen aufgetragen. Als Kleber wurde ein Zwei-Komponenten-Kleber auf Basis von hochbromierten Polyetherpolyol (IXOL M125) benutzt. Die Kleberkomponenten wurden im vorgegebenen Mischungsverhältnis miteinander vermischt und auf die zu verbindenden Oberflächen aufgetragen. Die Verbindung der Deckschichten mit der Schaumstoffplatte erfolgte durch Verkleben unter Druckeinwirkung. Das Verkleben der Schichten miteinander erforderte keine zusätzliche Heizenergie, da die Aushärtung der Komponenten durch eine exotherme Reaktion erfolgt und somit der Verbund mit der Kernschicht sichergestellt wurde.