<Desc/Clms Page number 1>
Samengesteld isolerend materiaal en werkwijze voor het vervaardigen ervan.
Deze uitvinding heeft betrekking op een samengesteld isolerend materiaal, in het bijzonder een materiaal dat zowel geluidsisolerend als thermisch isolerend is, en dat een door een hydraulisch bindmiddel gebonden mengsel bevat van deeltjes van minstens een chemisch inerte, minerale en onbrandbare stof met vezels.
De meeste thermisch isolerende materialen zijn samengesteld uit verschuimde polymeren zoals polyurethaanschuim, wolachtige materialen zoals rotswol of natuurlijke vezels zoals houtvezels en asbest.
Kunststofschuimen zijn meestal brandbaar, toxisch en moeilijk recycleerbaar. Ook natuurlijke vezels zijn meestal brandbaar.
De geluidsisolerende eigenschappen van thermisch isolerende materialen zijn doorgaans slecht gezien de grote hoeveelheid lucht die hierin aanwezig is en gezien de lage massa van de vulstoffen die in deze isolatie gebruikt worden.
Bekende geluidsisolerende materialen zijn dan ook niet op basis van schuim maar op basis van vulstoffen gebonden met een hydraulisch bindmiddel.
Een dergelijk bekend geluidsisolerend materiaal van voornoemde soort is beschreven in de internationale
<Desc/Clms Page number 2>
octrooiaanvrage nr. 95/26323. Dit bekende materiaal bevat een mengsel van holle microsferen uit glas en eventueel glasvezels gebonden door cement.
Er wordt vermeld dat het isolerend materiaal waterdicht is maar, zoals alle materialen op basis van cement of andere hydraulische bindmiddelen is het microporeus en vertoont het dus een capillariteit.
Door de capillariteit zal het materiaal water opslorpen, waardoor zijn geluidsisolerende eigenschappen sterk verminderen.
De uitvinding heeft een isolerend materiaal als doel dat voornoemd nadeel niet vertoont en bijzonder goed zowel geluidsisolerend als warmte-isolerend is, geen vocht opneemt zodat het zijn isolerende eigenschappen behoudt en daarenboven niet toxisch is, onbrandbaar is en gemakkelijk recycleerbaar is.
Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat het isolatiemateriaal minstens een silicon bevat dat afgezet is in zijn poriën of capillairen en dat het materiaal waterafstotend maakt.
Dit silicon maakt niet enkel het materiaal waterafstotend maar heeft ook een dempend effect voor geluidsgolven.
Bij voorkeur bevat het isolerend materiaal ook een hoeveelheid silicaat of silica-materiaal dat een verbinding vormt tussen de deeltjes van de minerale stof.
<Desc/Clms Page number 3>
De minerale chemisch inerte stof kan een stof zijn of bevatten uit de groep gevormd door : perliet, vermiculiet en diatomeeénaarde, waarbij het perliet of vermiculiet bij voorkeur geëxpandeerd is, een soortelijk gewicht bezit dat
EMI3.1
3 lager is dan 1000 bijvoorbeeld tussen 30 tot 240 kg/m3, kg/m3, en een korrelgrootte bezit die tussen 0, 1 en 500 micrometer gelegen is.
Het gebruik van geëxpandeerd perliet in thermisch isolerend materiaal is bekend, maar het perliet is gebonden door kunststof.
Het mengsel kan meer dan een chemisch inerte stof bevatten en benevens voornoemde chemisch inerte stof ook een hoeveelheid synthetisch amorf siliciumdioxide poeder bevatten waarvan de deeltjesgrootte kleiner dan 20 micrometer is, bijvoorbeeld tussen 1 en 15 micrometer. Deze micro-poederdeeltjes zijn bij voorkeur gladde microsferen.
Deze micro-poederdeeltjes bevinden zich in de capillairen gevormd tussen de andere bestanddelen waardoor meerdere bijkomende capillairen worden gevormd en het volume van het totaal aan capillairen verkleint.
Een geschikt hydraulisch bindmiddel is cement, bijvoorbeeld witte Portlandcement, aluminiumcement, oxychloride cement, of andere.
<Desc/Clms Page number 4>
De vezels kunnen zowel minerale vezels zijn als polymeervezels of organische vezels of een mengsel van twee of meer van deze soorten.
Het isolerend materiaal kan van een versterking zijn voorzien, bijvoorbeeld een mat of weefsel van minerale vezels, in het bijzonder glasvezels, of van een open structuur die al dan niet dragend is, zoals een rooster, een honingraatstructuur of dergelijke.
De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze die bijzonder geschikt is voor het vervaardigen van een samengesteld isolerend materiaal zoals hiervoor beschreven.
De uitvinding heeft aldus betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een samengesteld isolerend materiaal dat zowel geluidsisolerend als thermisch isolerend is, waarbij men deeltjes van minstens een chemisch inerte, minerale en onbrandbare stof, vezels, een hydraulisch bindmiddel en water mengt, waarna men het mengsel laat uitharden, waarvan het kenmerkende erin bestaat dat men aan het mengsel, en bij voorkeur aan het water, een hoeveelheid silaan toevoegt.
Het silaan reageert met hydroxylgroepen om silanol te vormen dat door polycondensatie omgezet wordt in een silicon. Dit silicon zet zich tijdens het uitharden van het mengsel af in de capillairen die worden gevormd waardoor deze laatste waterafstotend worden.
Het silaan is bij voorkeur alkoxysilaan, bijvoorbeeld triethoxymethylsilaan.
<Desc/Clms Page number 5>
Ook een hoeveelheid silicaat kan worden toegevoegd.
Dit silicaat, bijvoorbeeld ortho-ethylsilicaat, reageert met water om silica te vormen die de losse structuur van de minerale stoffen verbindt en versterkt.
De volumeverhouding silaan tot silicaat ligt bij voorkeur tussen 1/20 en 20/1.
2 tot 10 vol. % van silaan en silicaat samen berekend op het totale volume van het mengsel kan worden toegevoegd.
Alhoewel minstens een deel van de minerale stoffen reeds op siliciumdioxide basis zijn, kan in een variante als een bijkomende chemisch inerte stof een hoeveelheid synthetisch amorf siliciumdioxide worden toegevoegd in de vorm van poeder waarvan de deeltjesgrootte kleiner dan 20 micrometer is, bijvoorbeeld tussen 1 en 15 micrometer. Deze micropoederdeeltjes zijn bij voorkeur gladde microsferen.
Dit amorf siliciumdioxide zal, zoals hoger vermeld, in de capillairen dringen.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een samengesteld isolerend materiaal en van een werkwijze voor het vervaardigen van een isolerend materiaal volgens de uitvinding beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekening die een grafiek weergeeft met de geluidsdemping in
<Desc/Clms Page number 6>
functie van de frequentie voor het materiaal volgens de uitvinding en een aantal bekende materialen.
Het samengesteld zowel warmte-isolerend als geluidsisolerend materiaal volgens de uitvinding bestaat in hoofdzaak uit een mengsel van deeltjes van minstens een chemisch inerte, minerale en onbrandbare stof uit de groep gevormd door perliet, vermiculiet en diatomeeënaarde, met isotropisch ermee vermengde vezels, welk mengsel gebonden is met een hydraulisch bindmiddel waarvan de microporiën of capillairen minstens een rubberachtig silicon bevatten.
De minerale stof die op basis van siliciumdioxide is, wordt min of meer gebonden door extra siliciumdioxide afkomstig van de reactie van silicaten met water.
In een variante bevinden zich in de capillairen gevormd tijdens het harden van het bindmiddel ook nog gladde microsferen met een grootte kleiner dan 20 micrometer, bij voorkeur tussen 1 en 15 micrometer, van amorf synthetisch siliciumdioxide.
Deze microsferen splitsen voornoemde capillairen in meerdere kleinere en verminderen het totale volume van de capillairen.
Perliet is een vulkanisch gesteente van de familie
EMI6.1
rheolieten en bezit ongeveer volgende samenstelling 74% Si02, 12, Fe203, 1% CaO, 1% MgO, 4, 3, % Na20 en 2,
<Desc/Clms Page number 7>
:Het perliet is bij voorkeur geëxpandeerd en bezit een
EMI7.1
3 soortelijk gewicht kleiner dan 1000 bij voorkeur kg/m3,tussen 30 en 240 kg/m3 en een korrelgrootte van 0, 1 tot 1000 J. m.
Vermiculiet is een mica-achtig onbrandbaar silicaat met als chemische formule : (Mg, Fe3+ Al)3 (OH)2/Al1, 25Si2, 75O10)Mg0, 33 (H2O).
Vermiculiet is bestand tegen water en bij hoge temperatuur sterk expandeerbaar. Het vermiculiet is bij voorkeur in geëxpandeerde vorm in het isolerend materiaal aanwezig.
Diatomeeënaarde of kiezelgoer is een poreus silica materiaal met een kleine densiteit.
Deze inerte minerale stoffen dienen als vulstof, doen het soortelijk gewicht sterk afnemen, tot bijvoorbeeld ongeveer 400 kg/m3 en houden geluidsgolven tegen.
De vezels zijn : - minerale vezels zoals glasvezels met een vezellengte tussen 0, 2 m en 20 mm en een diameter van 5 tot 2000 Mm, die de stijfheid en de buigweerstand verhogen.
- polymeervezels zoals bijvoorbeeld polypropyleen met een lengte tussen 1 mm en 50 mm en een diameter tussen 5 m en 2 mm, die de cohesie van het mengsel, de taaiheid, de weerstand tegen barsten en de bewerkbaarheid verhogen en een waterwerend effect hebben.
<Desc/Clms Page number 8>
- organische vezels zoals bijvoorbeeld cellulosevezels, met een lengte tussen 100 Mm en 10 mm en een dikte van 1 tot 2000 Am, die de thermische geleidbaarheid verminderen en de absorptie van geluidsschokgolven verhogen ; vooral katoenvezels hebben goede isolerende eigenschappen.
Twee of drie van deze soorten vezels zijn bij voorkeur gelijktijdig aanwezig in het mengsel en vooral de combinatie van de drie verschillende vezelsoorten verlaagt de thermische'geleidbaarheid en verhoogt de geluidsabsorptie. Toch kunnen voor bepaalde toepassingen een of twee van de drie groepen vezels worden weggelaten.
De volumeverhouding tussen de vezels van de drie groepen kan binnen zeer ruime marges variëren en een soort vezels kan het hoofdbestanddeel zijn van het mengsel van vezels.
Een geschikt hydraulisch bindmiddel is cement. Dit cement kan Portland cement zijn met een typische samenstelling van bijvoorbeeld 65% CaO, 5, 9% A1203, 18-27% Si02, 0, 6% Fe203, 1, 1% MgO en 0, 1% S03 ; aluminiumcement met bijvoorbeeld 39, 8% Fe203,32% CaO, 41, 6% Fe203, 5, 3% Si02, 1, 3% MgO en 0, 1% S03 ; of oxichloride cement MgCl2.
Ook andere cementen zijn mogelijk zoals hoogovencement, of kunstmatige cementen, in de meest uitgebreide zin van de term, die verkregen worden door het fijnmalen van klinkers die met name afkomstig zijn van het koken op hoge temperatuur van een mengsel van kalk en gips.
<Desc/Clms Page number 9>
Het hydraulisch bindmiddel kan ook gips zijn dat ontstaat uit het koken op lage temperatuur van natuurlijk gips gevolgd door een maling of kalk afkomstig van het uitgloeien van gecarboneerde natuursteen, zoals kalksteen.
De verhouding in volumes is 1 tot 20 delen mineraal chemisch inert materiaal en 0, 05 tot 10, delen vezels voor 1 deel hydraulisch bindmiddel.
Bij voorkeur bedraagt deze verhouding 1 tot 10 delen perliet, vermiculiet of diatomeeënaarde en 0, 1 tot 3 delen vezels voor 1 deel cement.
Het isolerend materiaal is bestand tegen temperaturen tot maximum 1000 C, afhankelijk van de samenstelling. Het bezit een lage warmtegeleidingscoëfficiënt van bijvoorbeeld 0, 039 W/ (m. K) maar ook een grote geluidsverzwakkingswaarde, van bijvoorbeeld 50 dB voor frequenties tussen 50 en 20000 Hz.
In het isolerend materiaal kan een kleine hoeveelheid polymeer zoals styreenacrylaat, styreenbutadieen of polyvinylacetaat toegevoegd zijn om de buigzaamheid van het materiaal te vergroten.
Na 12 uur onderdompeling in water is het isolerend materiaal maar amper 1% van het eigen gewicht toegenomen en is dus waterafwerend. Aangezien geen vocht wordt opgeslorpt zullen zijn isolerende eigenschappen niet veranderen in de tijd.
<Desc/Clms Page number 10>
De druksterkte bij 1000 uur belasting bedraagt meestal
EMI10.1
2 ongeveer 3 Om het hiervoor beschreven isolerend materiaal te vervaardigen, gaat men als volgt te werk : 0, 05 tot 10 volumedelen, en meer in het bijzonder 0, 1 tot 3 volumedelen van voornoemde vezels, hetzij een soort hetzij meerdere soorten vezels, worden isotropisch gemengd met 1 tot 20 volumedelen perliet, vermiculiet of diatomeeënaarde en met 1 volumedeel hydraulisch bindmiddel, in het bijzonder cement uit voornoemde reeks van cementen.
Aan dit mengsel worden voor een volumedeel hydraulisch bindmiddel 1 tot 10 volumedelen water toegevoegd waaraan 1 tot 10 vol. % silaan werd toegevoegd waarmee een hoeveelheid silicaat werd gemengd waarna men het geheel laat uitharden.
De volumeverhouding silaan tot silicaat ligt tussen 1/20 en 20/1.
Een geschikt silaan is een alkoxysilaan, in het bijzonder trioxymethylsilaan met de formule C7H1S03Si, waarvan de hydrolyse of reactie met OH-groepen silanol geeft dat dan door polycondensatie omgezet wordt in silicon dat zich afzet in de poriën of capillairen die bij het uitharden worden gevormd.
Het silicon is waterafwerend en geluidsschokgolf dempend en zorgt dus voor het waterafstotende effect van het isolerend materiaal.
<Desc/Clms Page number 11>
Indien als vezels onder meer organische vezels, bijvoorbeeld cellulosevezels zoals katoenvezels worden toegevoegd, heeft het silicon ook voor gevolg dat deze vezels niet gaan samenkitten bij de menging met de andere bestanddelen wat anders wel het geval zou zijn.
Een geschikt silicaat is ortho-ethylsilicaat met chemische structuur : Si (C2HsO) 4, waarvan de hierna weergegeven reactie met water silica (Si02) vormt die de losse structuur van de minerale stoffen die op basis van Si02 zijn, verbindt en versterkt.
(C2HsO) 4-Si +2 H20 Si02 + 4 C2HsOH Na het toevoegen van water vermengd met silaan en silicaat is het materiaal na enkele, bijvoorbeeld twee, dagen gehard en eventueel beloopbaar.
Aan voornoemde bestanddelen kunnen hulpstoffen worden toegevoegd zoals bijvoorbeeld kleurstoffen.
De verharding kan bijvoorbeeld worden versneld door het toevoegen van een versneller, bijvoorbeeld op basis van CaC12. De hoeveelheid versneller kan tussen 5 en 30 vol. % van het watervolume gelegen zijn.
Aan het mengsel wordt in een variante als bijkomende chemisch inerte, minerale en onbrandbare stof, een hoeveelheid synthetisch amorf siliciumdioxide toegevoegd in
<Desc/Clms Page number 12>
de vorm van gladde microsferen met een deeltjesgrootte die kleiner dan 20 micrometer is en bij voorkeur tussen 1 en 15 micrometer is.
De elasticiteitsmodulus, die normaal bijvoorbeeld 1000 nimf bedraagt, kan verlaagd worden door het toevoegen van een polymeer zoals styreenacrylaat, styreenbutadieen of polyvinylacetaat aan het materiaal, bijvoorbeeld tussen 1 en 20 vol. % van het volume water. Hierdoor vergroot de buigzaamheid van het uitgeharde materiaal.
Dit samengesteld materiaal kan onder vorm van voorgefabriceerde platen of dergelijke aangebracht worden, maar kan ook als een droog mengsel, waarbij het hydraulisch bindmiddel zich nog in poedervorm bevindt en nog niet uitgehard is, ter plaatse, na toevoeging van water, als een mortel in de gewenste vorm gegoten of gespoten worden bijvoorbeeld in een vorm voor het maken van platen of voorwerpen, tussen spouwmuren, of op een vloer of een ander vlak, enzovoort.
De treksterkte, de samendrukbaarheid, de buigweerstand en de adhesie kunnen worden verhoogd door het inbrengen in het materiaal van versterkingen of een soort wapening, in het bijzonder matten of weefsels van minerale vezels zoals glasmatten geweven met een maasgrootte van bijvoorbeeld 20 x 20 mm met bundels met een diameter van ongeveer 1 mm en bestaande uit een 40 tal vezeltjes met een dikte van 25 micrometer.
<Desc/Clms Page number 13>
Deze glasmatten kunnen onder spanning in het materiaal worden aangebracht, hetgeen nog de treksterkte en de weerstand tegen buigen doet toenemen.
Andere wapeningen zoals roosters of andere open structuren zijn mogelijk.
Voorwerpen vervaardigd uit dit materiaal kunnen al dan niet met een wapening zelfdragend zijn. Ze kunnen ook worden aangebracht op een open draagstructuur met bijvoorbeeld holtes die dan worden volgestort of volgespoten met voornoemd materiaal. Dergelijke draagstructuren zijn honingraatstructuren of roosterstructuren uit kunststof of metaal. Ze kunnen op zich of zelfdragend worden wanneer het erop of erin aangebrachte materiaal uithardt.
De vezels of het vezelmengsel verhogen de demping van de geluidstrillingen door de dispersie in de massa op een isotropische wijze, verhoogt de treksterkte, de elasticiteitsmodulus en de samendrukbaarheid. Ze verlagen daarentegen de wateropname, de lineaire uitzetting- coëfficiënt, de warmtegeleidingscoëfficiënt en het soortelijk gewicht.
Bij het ter plaatse toevoegen van water kan de juiste gewenste hoeveelheid aangemaakt worden zodanig dat er geen resten overblijven.
De uitvinding zal nader toegelicht worden aan de hand van enkele praktische samenstellingen, waarbij de delen volumedelen zijn.
<Desc/Clms Page number 14>
Samenstelling 1.
1, 0 deel cement 7, 0 delen perliet 1, 0 deel siliciumdioxide poeder 2, 0 delen cellulosevezels 4, 0 delen water met 2% volumedelen van een mengsel van gelijke volumes trioxymethylsilaan en ortho- ethylsilicaat.
Het materiaal is bijzonder geschikt voor warmte- en/of geluidsisolatie van muren en vloeren.
Samenstelling 2.
1, 0 deel cement 7, 0 delen perliet 3, 0 delen vezels 3, 0 delen water met 3% volumedelen van een mengsel van gelijke volumes trioxymethylsilaan en ortho- ethylsilicaat.
Deze samenstelling wordt voorzien van een glasvezelmat met maasgrootte 20 x 20 geweven met bundels van 100 vezels met een vezeldiameter van 25 micrometer.
Na het harden wordt een warmte- en geluidsisolerend element verkregen dat geschikt is als dakelement.
Samenstelling 3.
1, 0 deel cement
<Desc/Clms Page number 15>
7, 0 delen perliet 3, 0 delen cellulose vezels 0, 5 delen polypropyleen vezels 5, 0 delen water met 2% volumedelen en een mengsel van gelijke volumes trioxymethylsilaan en ortho- ethylsilicaat.
Met deze samenstelling werd een kubus van 12 x 12 x 12 cm gevormd waarin een tot in het midden gelegen opening werd aangebracht voor een staafmicrofoon die in deze opening werd geplaatst.
Daarna werd een luidspreker op 30 cm van deze kubus geplaatst en door middel van een ermee verbonden geluidsinstallatie werd via deze luidspreker muziek van een modern orkest met zeer gevarieerde frequentie uitgezonden.
Het door deze staafmicrofoon gemeten geluid is dus hetgeen doorheen een laag van 6 cm isolerend materiaal doordringt van het door de luidspreker uitgezonden geluid.
Met een fast fourier computer-analyseertoestel werden twintig stalen genomen van het signaal ontvangen door de staafmicrofoon en omgezet in numerieke waarden. De resultaten, dit is de demping in dBA bij verschillende frequenties, zijn door lijn 1 in grafiekvorm weergegeven in die hieraan toegevoegde figuur.
Ter vergeljking zijn in deze figuur door de lijnen 2 tot 5 op dezelfde manier gemeten waarden weergegeven voor respectievelijk cellenbeton, vezelplaat, zacht hout en polyurethaanschuim.
<Desc/Clms Page number 16>
Het is duidelijk dat de geluidsdemping van het materiaal volgens samenstelling 3 merkelijk beter is dan die van de andere materialen, en dit reeds vanaf de laagste tonen. In het meest voorkomende audiogebied tussen 50 Hz en 8000 Hz bereikt de demping gemiddeld ongeveer 40 dB.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringvormen doch dergelijk isolerend materiaal en dergelijke werkwijze voor het vervaardigen ervan kunnen in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.