Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper auf
Basis von Körnern
aus einem porösen,
mineralischen Material zur Verfügung
zu stellen, der die vorgenannten Nachteile bekannter Leichtbau-Platten
nicht aufweist, der sich also insbesondere durch eine gegenüber Zement-Leichtbau-Platten
erhöhte
Elastizität
und eine gegenüber Bauplatten
aus metallischen Hohlkugeln verbesserte Dämmeigenschaft auszeichnet.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung einen Formkörper
mit Körnern
aus einem porösen,
mineralischen Material und verfestigtem, organischen Klebstoff vor,
bei dem die Körner
an Kontaktstellen durch den Klebstoff miteinander verbunden sind.
Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich aus Körnern aus
einem porösen,
mineralischen Material ein „elastischer" Formkörper herstellen
lässt,
wenn die Körner
(nur) an einzelnen Kontaktstellen (also an Stellen, an denen benachbarte Körner in
Kontakt miteinander stehen) durch einen verfestigten, organischen
Klebstoff miteinander verbunden sind. Ferner beruht die Erfindung
auf der Erkenntnis, dass sich durch die Kombination von porösen, mineralischen
Hohlkugeln mit einem organischen Klebstoff ein Formkörper mit
hervorragenden Dämmeigenschaften
konfektionieren lässt.
Die
Bereiche zwischen benachbarten Körnern,
die nicht durch den Klebstoff miteinander verbunden sind (beziehungsweise
miteinander in Kontakt stehen), sind frei von Klebstoff. Diese Bereiche bilden
also Freiräume
(Poren, Zwickel) zwischen den Körnern.
Insgesamt
erhält
man dadurch ein (im Vergleich zu Zement-Leichtbau-Platten) elastisches, räumliches
Gerüst
aus porösen,
mineralischen Körnern,
die (nur) an (voneinander beabstandeten) Kontaktstellen miteinander
verbunden sind. Mit anderen Worten: Beim anmeldungsgemäßen Formkörper sind
benachbarte Körner über Klebstoff-Brücken miteinander
verbunden.
Die übrigen Oberflächenabschnitte
der Körner,
die nicht in Kontakt mit benachbarten Körnern stehen (also die Oberflächenabschnitte
der Körner, an denen
die Körner
nicht durch den Klebstoff mit benachbarten Körnern verbunden sind), können vollständig oder
zumindest abschnittsweise von dem Klebstoff umhüllt (bedeckt) sein. Dadurch
kann der Klebstoff als Hydrophobiermittel wirken, der ein Eindringen
von Feuchtigkeit in die Körner
behindert.
Ein
anmeldungsgemäßer Formkörper kann auf
unterschiedlichste Art und Weise verwendet werden, insbesondere
jedoch im Bausektor, wo er beispielsweise als Bauplatte konfektioniert
sein kann. Es kommen für
den anmeldungsgemäßen Formkörper auch
Anwendungen in anderen Bereichen in Frage, in denen dämmende,
formstabile, leichte und elastische Formkörper benötigt werden, beispielsweise
im Automobil-, Flugzeug- oder Schiffsbau.
Der
anmeldungsgemäße Formkörper weist gute
Wärme-
und Schalldämmeigenschaften
auf, so dass er als Dämmmaterial
eingesetzt werden kann. Aufgrund seiner hohen Formstabilität kann der
Formkörper
auch als tragendes Bauteil verwendet werden. Dazu kann der Formkörper zu
einem sogenannten Sandwichelement konfektioniert sein; bei einem
solchen Sandwichelement kann der Formkörper zwischen Profilplatten
(insbesondere Stahl-Profil-Blechen) angeordnet sein.
Die
Körner
aus einem porösen,
mineralischen Material können
beispielsweise wenigstens eines der folgenden, mineralischen Produkte
sein: geblähte
Perlite, geblähte
Vermiculite.
Andere
poröse
Körner,
die zwar anorganischer aber nicht mineralischer Natur sind, wie
beispielsweise keramische Körner,
könnten
zwar theoretisch auch als Körner
zur Erstellung eines anmeldungsgemäßen Formkörpers verwendet werden; insbesondere
die Dichte entsprechender Körner
ist jedoch höher,
so dass die Dämmeigenschaften
dieser Körner
schlechter sind als bei mineralischen Körnern. Auch sind keramische
Körner
aufwendiger herzustellen als mineralische Körner.
Insbesondere
können
beispielsweise geblähte
Perlite als poröse,
mineralische Körner
verwendet werden. Körner
aus geblähter
Perlite weisen ein geringes Gewicht (etwa 50 bis 80 kg/m3 Schüttgewicht)
bei einer gleichzeitig verhältnismäßig hohen Festigkeit
und Porosität
auf.
Aufgrund
des geringen Gewichtes von geblähter
Perlite ist der anmeldungsgemäße Formkörper mit
einer nur geringen Dichte herstellbar. Die mit der hohen Porosität einhergehende,
geringe Wärmeleitfähigkeit
der geblähten
Perlite führt
zu einer insgesamt guten Dämmeigenschaft
des Formkörpers.
Schließlich ist
geblähte
Perlite mit nur verhältnismäßig geringem
technischen Aufwand aus natürlicher
Perlite herstellbar.
Körner aus
geblähter
Perlite eignen sich daher hervorragend als Körner zur Konfektionierung eines
anmeldungsgemäßen Formkörpers.
Der
Anteil des Klebstoffes kann, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Körnern und
Klebstoff im Formkörper,
zum Beispiel 4 bis 50 Gew.-%, also beispielsweise auch 4 bis 20
Gew.-% oder auch 7 bis 13 Gew.-%, betragen.
Der
Anteil der porösen,
mineralischen Körner
kann, wiederum bezogen auf das Gesamtgewicht aus Körnern und
Klebstoff im Formkörper,
zum Beispiel 96 bis 50 Gew.-%, also beispielsweise auch 96 bis 80
Gew.-% oder auch 93 bis 87 Gew.-% betragen.
Insgesamt
ist der Klebstoff damit nur in verhältnismäßig geringen Gewichtsanteilen
im Formkörper
vorhanden. Dadurch können
die Eigenschaften des Formkörpers
wesentlich durch die Eigenschaften der porösen, mineralischen Körner bestimmt
sein. In Hinblick auf Körner
aus geblähter
Perlite bedeutet dies beispielsweise, dass sich die vorteilhaften
Eigenschaften der geblähten
Perlite-Körner,
wie zum Beispiel deren hohe Festigkeit und deren gute Dämmeigenschaften
bei ihrer gleichzeitig geringen Dichte, auf den Formkörper übertragen.
Bei
dem verfestigten, organischen Klebstoff kann es sich um einen angebundenen
Klebstoff handeln, der vollständig
aus thermoplastischem Kunststoff besteht oder zumindest zu wesentlichen
Anteilen. Entsprechende thermoplastische Kunststoffe können beispielsweise
aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe bestehen: Polyamid,
Polyethylen, Polyester, Polypropylen, Polyimid.
Thermoplastische
Kunststoffe haben neben dem Vorteil, dass sie verhältnismäßig billig
sind, insbesondere auch den Vorteil, dass sie elastisch abbinden
können
und die durch einen thermoplastischen Kunststoff als Klebstoff miteinander
verbundenen porösen,
mineralischen Körner
damit über
eine elastische Verbindungsstelle miteinander verbunden sind. Dies
führt zu
einer Elastizität
des Gesamtsystems aus den über
verfestigte, thermoplastische Kunststoffe miteinander verbundenen,
porösen,
mineralischen Körnern.
Ferner
haben thermoplastische Kunststoffe den Vorteil, dass sie eine sehr
umfangreiche Stoffgruppe mit jeweils verschiedenen Eigenschaften
darstellen. Durch geeignete Auswahl eines thermoplastischen Kunststoffes
als Klebstoff können
damit die Eigenschaften des Formkörpers individuell eingestellt
werden. Beispielsweise kann ein thermoplastischer Kunststoff so
ausgewählt
(oder eine Mischung aus verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen so
gemischt) werden, dass der thermoplastische Kunststoff beziehungsweise
die Mischung aus thermoplastischen Kunststoffen eine definierte
Schmelztemperatur und/oder eine definierte Elastizität aufweisen.
Entsprechend kann die Temperatur, bis zu der der Formkörper formstabil
ist beziehungsweise die Elastizität des Formkörpers in Abhängigkeit
des Klebstoffes eingestellt werden.
Soweit
der anmeldungsgemäße Formkörper auch
für Hochtemperaturanwendungen
eingesetzt werden soll, kann beispielsweise ein thermoplastischer
Kunststoff als Klebstoff gewählt
werden, der erst bei hohen Temperaturen schmilzt, beispielsweise
ein Polyimid.
Nach
einer Ausführungsform
können
die Körner
des anmeldungsgemäßen Formkörpers über einen
verfestigten Klebstoff miteinander verbunden sein, der aus einer
Mischung zum einen von thermoplastischem Kunststoff und zum anderen
aus Vernetzer besteht.
Vernetzer
bestehen aus Makromolekülen, die
durch Vernetzungsreaktionen zu polymeren Netzwerken verknüpft werden.
Die Vernetzungsreaktion kann beispielsweise durch ein für den entsprechenden
Vernetzer geeignetes Vernetzungsmittel oder durch eine geeignete
Temperaturbehandlung eingeleitet werden. Eine Vernetzungsreaktion
mittels Temperaturbehandlung wird eingeleitet, sobald eine für den Vernetzer
spezifische Aktivierungstemperatur überschritten wird.
Die
nach der Vernetzung der Vernetzer erhaltenen Kunststoffe werden
untergliedert in Duroplaste (engmaschig vernetzte Polymere) und
Elasomere (weitmaschig vernetzte Polymere). Sowohl Duroplaste als
auch Elastomere weisen eine hohe Formstabilität, insbesondere auch eine hohe
Wärme-Formstabilität auf. Auch
bei hohen Temperaturen verändern
sie ihre Form damit nicht oder nur unwesentlich.
Indem
anmeldungsgemäß thermoplastische Kunststoffe
und Vernetzer miteinander zu einem Klebstoff gemischt, gemeinsam über die
Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffes sowie die Aktivierungstemperatur
des Vernetzers erhitzt und gemeinsam (auf den Körnern) verfestigt werden, überträgt sich
die Wärme-Formstabilität und Elastizität der aus
den Vernetzern erhaltenen Kunststoffe (teilweise) auf die thermoplastischen
Kunststoffen und damit auf die verfestigte Klebstoff-Mischung insgesamt.
In der verfestigten Klebstoffmischung sind thermoplastische Kunststoffe
in die vernetzten Vernetzer eingebunden, so dass die verfestigte
Klebstoffmischung insgesamt ein vernetztes Polymer darstellt. Mit
anderen Worten: Durch die Verwendung eines Klebstoffes aus einer
Mischung aus einem Vernetzer und einem thermoplastischen Kunststoff
erhält
man (nach Verfestigung) einen Klebstoff, der die Eigenschaften eines
Duroplasten beziehungsweise eines Elastomers aufweist, wie insbesondere
deren hohe Formstabilität.
Dadurch kann die Formstabilität
(beziehungsweise der Erweichungspunkt) des verfestigten Klebstoffs
auf einen definierten Wert eingestellt werden kann.
Bevorzugt
wird dem thermoplastischen Kunststoff ein Vernetzer beigemischt,
der zu einem Duroplasten vernetzt. Besonders bevorzugt wird ein duroplastisch
vernetzender Vernetzer verwendet, dessen Vernetzungsreaktion durch
eine Temperaturbehandlung aktiviert wird, wobei die Aktivierungstemperatur
bevorzugt zwischen 100°C
und 200°C
liegt.
Nach
einer Ausführungsform
ist ein duroplastisch vernetzender Vernetzer vorgesehen, dessen
Aktivierungstemperatur über
der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegt, der
neben dem Vernetzer in der Klebstoffmischung vorhanden ist. Die
Aktivierungstemperatur kann bevorzugt mehr als 10°C, beispielsweise
zwischen 10°C
und 50°C über der
Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegen. Eine
entsprechende Klebstoffmischung hat einen äußerst vorteilhaften Effekt: Indem
die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs unter der
Aktivierungstemperatur des Vernetzers liegt, schmilzt der thermoplastische Kunststoff
bei einer Temperaturbehandlung auf, bevor die Aktivierungstemperatur
des Vernetzers erreicht ist. Dadurch können die Körner beispielsweise zunächst mit
dem thermoplastischen Kunststoff vorbeschichtet werden, ohne den
Vernetzer zu aktivieren (der Vernetzer wäre nach einer Vernetzungsreaktion
irreversibel vernetzt). Die entsprechend (durch den geschmolzenen
und wieder verfestigten thermoplastischen Kunststoff) vorbeschichteten
Körner
können
gelagert und/oder transportiert werden. Erst wenn die vorbeschichteten
Körner
endgültig
zum Formkörper
konfektioniert werden sollen, werden die Körner bis zur Aktivierungstemperatur
des Vernetzers erhitzt. Dabei schmilzt der (reversibel) verfestigte
thermoplastische Kunststoff wieder auf und verbindet sich mit dem
sich vernetzenden Vernetzer. Beider verfestigen anschließend und
verbinden die Körner zum
anmeldungsgemäßen Formkörper.
Soweit
der Formkörper
im Bausektor, beispielsweise als Bauplatte, eingesetzt wird, sollte
der Schmelzpunkt des thermoplastischen Kunststoffs in Klebstoff über 60°C liegen,
beispielsweise im Bereich zwischen 100°C bis 200°C, also beispielsweise auch im
Bereich zwischen 120°C
und 180°C.
Für andere
Anwendungen kann auch ein darüber
liegender Schmelzpunkt notwendig sein, beispielsweise im Bereich
zwischen 200°C
und 400°C, also
beispielsweise auch im Bereich zwischen 250°C und 350°C.
Die
Klebstoff-Mischung aus thermoplastischem Kunststoff und Vernetzer
kann beispielsweise einen Anteil von 70 bis 98 Gew.-% thermoplastischen Kunststoff,
also beispielsweise auch einen Anteil von 80 bis 98 Gew.-% oder
90 bis 98 Gew.-%, und einen Anteil von 30 bis 2 Gew.-% Vernetzer,
also beispielsweise auch einen Anteil von 20 bis 2 Gew.-% oder 10 bis
2 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Mischung,
betragen.
Der
Vernetzer kann beispielsweise wenigstens einen der folgenden Stoffe
enthalten: Epoxidharz, Isocyanat.
Im
verfestigten Klebstoff kann das Isocyanat zur Polyurethan vernetzt
sein.
Der
anmeldungsgemäße Formkörper kann eine äußerst geringe
Dichte aufweisen, beispielsweise eine Dichte zwischen 75 und 300
kg/m3, also beispielsweise auch eine Dichte
zwischen 90 und 120 kg/m3.
Trotz
dieser geringen Dichte und einem nur verhältnismäßig geringen Anteil an Klebstoff
kann der anmeldungsgemäße Formkörper eine
verhältnismäßig hohe
Zugfestigkeit, beispielsweise im Bereich von 10 bis 100 kPa aufweisen.
Erfindungsgemäß wurde
festgestellt, dass der Anteil des Klebstoffes im Formkörper unmittelbare
Auswirkungen auf die Zugfestigkeit des Formkörpers hat. Mit steigendem Klebstoff-Anteil
im Formkörper
nimmt die Festigkeit des Formkörpers
in der Regel zu. Gleichzeitig steigt mit steigendem Klebstoff-Anteil
in der Regel jedoch auch die Brennbarkeit sowie die Dichte des Formkörpers. Bei
einem Anteil von 4 bis 13 Gew.-% Klebstoff und einem Anteil von 96
bis 87 Gew.-% Körnern,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht aus Körnern und Klebstoff, wurden Zugfestigkeiten
des Formkörpers
im Bereich von 10 bis 25 kPa gemessen. Diese Festigkeit ist für die meisten
Anwendungen des Formkörpers
ausreichend. Gleichzeitig ist der Anteil an Klebstoff im Formkörper noch
so gering, dass der Formkörper
bei den vorgenannten Anteilen an Körnern und Klebstoff noch eine
geringe Dichte (im Bereich 75 bis 100 kg/m3)
und eine nur geringe Brennbarkeit (Brandschutzklasse A1) aufweist.
Neben
Körnern
aus einem porösen,
mineralischen Material und verfestigtem, organischen Klebstoff kann
der anmeldungsgemäße Formkörper noch weitere
Bestandteile aufweisen, beispielsweise wenigstens einen der folgenden
weiteren Bestandteile: Brandschutzmittel, Füllstoffe, Farbstoffe, Hydrophobierungsmittel.
Nach
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Freiräume
(Zwickel) zwischen den Körnern zumindest
teilweise mit einem weiteren Material gefüllt sind. Dieses Material kann
beispielsweise ein hochelastischer Kunststoff sein, der dem Formkörper zusätzliche
Stabilität
verleiht.
Ein
anmeldungsgemäßer Formkörper kann beispielsweise
wie folgt hergestellt werden.
Zunächst werden
die Körner
mit einem Klebstoff aus einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet.
Der Klebstoff kann nass, bevorzugt jedoch trocken (beispielsweise
in Pulverform) auf die Körner aufgetragen
werden.
Die
entsprechend vorbeschichteten Körner werden
in eine Form gegeben und dort durch einen Stempel gepresst. Nach
diesem Pressvorgang weist das Produkt eine Festigkeit (Grünstandsfestigkeit) auf,
die so hoch ist, dass das Produkt der Form entnommen und einem Ofen
zugeführt
werden kann.
Im
Ofen schmilzt der Klebstoff auf.
Nachdem
das Produkt dem Ofen wieder entnommen worden ist, verfestigt sich
der Klebstoff wiederum, so dass benachbarte Körner an ihren Kontaktstellen
durch den Klebstoff miteinander verbunden werden. Man erhält ein Ausführungsbeispiel
eines anmeldungsgemäßen Formkörpers.
Nach
einem alternativen Verfahren werden die Körner mit einer Klebstoff-Mischung aus einem thermoplastischen
Kunststoff und einem Vernetzer beschichtet, der wiederum nass, bevorzugt
jedoch trocken (beispielsweise in Pulverform) auf die Körner aufgetragen
wird.
Die
entsprechend beschichteten Körner
werden wie beim oben beschriebenen Verfahren gepresst und einem
Ofen zugeführt.
Im
Ofen wird eine Temperatur eingestellt, bei der nur der thermoplastische
Kunststoff in der Klebstoff-Mischung aufschmilzt, die Aktivierungstemperatur
des Vernetzers jedoch nicht erreicht wird.
Nach
Entnahme aus dem Ofen sind die Körner
durch den thermoplastischen Kunststoffanteil in der Klebstoff-Mischung
vorbeschichtet; der Vernetzer liegt in der Klebstoff-Mischung noch
unreagiert (unvernetzt) vor. Die Körner können dabei beispielsweise derart
vorbeschichtet sein, dass sie weiterhin rieselfähig sind.
Die
vorbeschichteten Körner
werden anschließend
gelagert und/oder an einen Einsatzort transportiert und erst zur
endgültigen
Konfektionierung eines Formkörpers
beziehungsweise am Einsatzort über
die Aktivierungstemperatur des Vernetzers erhitzt. Durch den anschließend verfestigten Klebstoff
sind die Körner
untereinander zum Formkörper
verbunden.
Selbstverständlich kann
die Klebstoff-Mischung beim vorgenannten Verfahren auch gleich beim
ersten Temperaturbehandlungsprozess über die Aktivierungstemperatur
erhitzt werden, so dass Körner
gleich dort zum Formkörper
verbunden werden.
Bei
den vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers ist
ein Klebstoff zu verwenden, bei dem der Schmelzpunkt des thermoplastischen
Kunststoffs und die Aktivierungstemperatur des Vernetzers unter
dem Schmelzpunkt der porösen,
mineralischen Körner
liegen (bei geblähter
Perlite also unter etwa 700°C).
Beispielsweise kann ein Klebstoff verwendet werden, bei dem die
Schmelztemperatur und die Aktivierungstemperatur im Bereich zwischen
100°C und
200°C liegt,
also beispielsweise auch im Bereich zwischen 130°C und 170°C.
Die
Beschichtung von porösen,
mineralischen Körnern
mit einem organischen Klebstoff, der unter der Temperatureinwirkung
aufschmelzbar und anschließend
wiederum verfestigbar ist, hat grundsätzlich den Vorteil, dass die
beschichteten Körner nicht
unmittelbar nach der Beschichtung mit dem Klebstoff zu einem Formkörper konfektioniert
werden müssen.
Vielmehr ist es möglich,
die beschichteten Körner
zunächst
beispielsweise zu lagern (oder beispielsweise an einem bestimmten
Einsatzort zu transportieren) und erst später beziehungsweise an ihrem
Einsatzort zu einem Formkörper
zu konfektionieren.
Die
mit dem Klebstoff beschichteten Körner müssen nicht zwangsläufig gepresst
werden, bevor der die Körner
umhüllende
Klebstoff aufgeschmolzen wird. Es kann beispielsweise auch vorgesehen
sein, die beschichteten Körner
auf eine Fläche
oder einen sonstigen Einsatzort auszubringen und dort bis zur Schmelztemperatur
des Klebstoffes zur erwärmen. Beispielsweise
kann vorgesehen sein, die beschichteten Körner auf einen Boden eines
Gebäudes
aufzubringen und sie dort, beispielsweise mittels eines Gasbrenners,
bis zur Schmelztemperatur des Klebstoffes zu erhitzen. Dadurch erhält man einen
anmeldungsgemäßen Formkörper, der
wie ein „Estrich" auf einen Boden
aufbringbar ist.
Weitere
Merkmale des Formkörpers
ergeben sich aus den sonstigen Anmeldungsunterlagen, insbesondere
den Ansprüchen
sowie der Figur.
Sämtliche
der vorgenannten Merkmale des anmeldungsgemäßen Formkörpers können beliebig miteinander kombiniert
werden.