DE102006018528A1

DE102006018528A1 - Dämmender geschäumter Werkstoff

Info

Publication number: DE102006018528A1
Application number: DE102006018528A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Wagner (FH); Jürgen Dr. Jager
Original assignee: DAW SE
Current assignee: DAW SE
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-11-08
Also published as: PL2010601T3; CN101426844A; CY1109705T1; UA91747C2; HRP20100018T1; ES2334949T3; NO20084888L; SI2010601T1; WO2007121928A1; PT2010601E; MD4017C2; MD4017B2; ATE448271T1; DK2010601T3; EP2010601A1; MEP40208A; MD20080263A; EP2010601B1; RS51159B; DE502007001975D1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen dämmenden geschäumten Werkstoff, der aus athermanen Materialien enthaltenden expandierbaren Styrolpolymerisatpartikeln gebildet ist. Der Werkstoff nach der Erfindung besteht dabei aus sog. Reflektorpartikeln und Absorberpartikeln. Der erfindungsgemäße Werkstoff ist insbesondere in Plattenform vorteilhaft für die Wärmedämmung und dementsprechend für Isolationszwecke an Gebäuden oder auch für andere Applikationen. Außerdem kann mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff eine verbesserte Schalldämmung erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen dämmenden geschäumten Werkstoff, der aus athermanen Materialien enthaltenden expandierbaren Styrolpolymerisatpartikeln gebildet ist. Der Werkstoff nach der Erfindung besteht dabei aus sog. Reflektorpartikeln und Absorberpartikeln. Der erfindungsgemäße Werkstoff ist insbesondere in Plattenform vorteilhaft für die Wärmedämmung und dementsprechend für Isolationszwecke an Gebäuden oder auch für andere Applikationen. Außerdem kann mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff eine verbesserte Schalldämmung erreicht werden.
Werkstoffe, die aus expandierbaren Styrolpolymerisatpartikeln gebildet werden, sind an sich nach dem Stand der Technik bekannt. Bei der Herstellung werden dabei expandierbare Partikel, die auch vorexpandiert sein können, innerhalb von so genannten Dampfkammern aufgeschäumt, wobei zumindest eine weitere Expansion der Partikel auftritt. Gleichzeitig tritt eine Verschweißung und Verklebung der entsprechend aufgeschäumten Partikel miteinander auf. Nach einer Abkühlung kann ein so hergestellter Werkstoff aus der Dampfkammer entnommen werden.
Häufig erfolgt die Herstellung solcher Werkstoffe auch innerhalb von Formen, die in den Dampfkammern eingesetzt werden können, so dass auch eine bestimmte Formgebung eines Körpers, der aus einem solchen Werkstoff hergestellt worden ist, erreicht werden kann.
Es werden auch größere Blöcke aus solchen Werkstoffen hergestellt. Diese großformatigen Blöcke können nachfolgend in dünnere Platten zerschnitten werden.
Ein wesentliches Bewertungskriterium für solche Styropor-Werkstoffe ist die physikalische Dichte, wobei mit erhöhten physikalischen Dichten auch eine erhöhte mechanische Festigkeit erreichbar ist, was neben der Bruch-, Druck- auch die Zugfestigkeit betrifft.
Daneben spielt die Wärmeleitfähigkeit eines solchen Werkstoffes eine wesentliche Rolle. Da die Wärmeleitfähigkeit dichteabhängig ist, führt eine Erhöhung der physikalischen Dichte des Werkstoffes zu einer Erniedrigung der Wärmeleitfähigkeit.
Aus Gründen der Materialeinsparung ist es angestrebt, dass Werkstoffe, insbesondere Platten, mit einer geringen Dichte hergestellt werden. Derartige Platten z.B. mit einer Dichte von 15 g/l weisen dann aber eine Wärmeleitfähigkeit auf, die nicht den Anforderungen der Wärmeleitfähigkeitsgruppe (WLG) 035 (nach DIN 18164) entspricht. Eine Einordnung eines Werk stoffes in diese Wärmeleitfähigkeitsgruppe (WLG) ist aber wünschenswert.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, hier durch Pigmentierung der expandierbaren Styrolpolymerisate eine Abhilfe zu schaffen. In der EP 0 981 574 B1 sind Graphitpartikel enthaltende expandierbare Styrolpolymerisate beschrieben. Diese Styrolpolymerisate, die Graphitpartikel in einer homogenen Verteilung enthalten, zeigen dann, wenn hieraus Schaumstoffe hergestellt werden, eine gute Wärmeisolierung. Nach der Lehre der EP 0 981 574 B1 weisen derartige Schaumstoffe bei einer Dichte von > 10 g/l eine Wärmeleitfähigkeit auf, die unter 35 [W/(mxK)] liegt.
Im praktischen Gebrauch hat es sich nun aber gezeigt, dass dann, wenn Platten aus diesem Werkstoff z.B. einer längeren Wärmeeinstrahlung ausgesetzt werden, eine unkontrollierte irreversible thermische Formveränderung erfolgen kann. Diese Formveränderung kann sich insbesondere dann ungünstig auswirken, wenn die Platten zur Wärmedämmung an der Außenfassade eingesetzt werden. Hierbei können sich dann an den Stossstellen Spalten zwischen den Platten bilden. Diese Spalten führen u. a. auch dazu, dass bei einem aufgebrachten Armierputz eine Rissbildung eintreten kann.
Ausgehend hiervon ist es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen dämmenden geschäumten Werkstoff zur Verfügung zu stellen, der in seinen physikalischen Eigenschaften insbesondere in Bezug auf Wärmeleitfähigkeit und Dichte im wesentlichen dem entspricht, wie er in der vorstehend erwähnten europäischen Patentschrift 0 981 547 B1 beschrieben ist, der aber andererseits unter thermischer Beanspruchung keine oder nur geringfügige Veränderungen in der Form aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem dämmenden geschäumten Werkstoff, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
Wesentliches Element der vorliegenden Erfindung ist es somit, dass der dämmende geschäumte Werkstoff sog. Reflektorpartikel und Absorberpartikel enthält. Die Reflektorpartikel sind dabei Styrolpolymerisatpartikel mit athermanen Materialien mit überwiegend reflektorischen Eigenschaften. Die Absorberpartikel sind Styrolpolymerisatpartikel mit athermanen Materialien mit überwiegend absorbierenden Eigenschaften. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass ein dämmender geschäumter Werkstoff, der die vorstehend beschriebenen Reflektor- und Absorberpartikel enthält, in Bezug auf seine thermischen Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf Formveränderungen, insbesondere gegenüber denen, die im Stand der Technik bekannt sind, überlegen ist. Insbesondere ist bei dem Werkstoff nach der Erfindung darauf hinzuweisen, dass mit dem dämmenden geschäumten Werkstoff nach der Erfindung die Wärmeleitfähigkeit so weit erniedrigt ist, dass sie den Anforderungen einer Wärmeleitfähigkeit < 0,035 [W/(mxK)] nach DIN EN 13163 Teil 1 genügt.
Unter dem Begriff „atherman" im Sinne der Erfindung werden dabei solche Materialien verstanden, die Wärme, und zwar insbesondere Infrarotstrahlung, absorbieren oder reflektieren – also nicht durchlässig sind für Infrarotstrahlen. Die athermanen Materialien können dabei vorzugsweise auf die vorgeschäumten Polystyrolschaumpartikel aufgebracht werden. Das kann auch dadurch geschehen, dass athermane Materialien auf der Oberfläche der Polystyrolschaumperlen angelagert werden, indem diese außenseitig mit den athermanen Materialien beschichtet oder benetzt werden. Erst anschließend findet eine Verschweißung der mit den athermanen Materialien versehenen und vorgeschäumten Polystyrolschaumpartikeln zum Werkstoff statt. Andererseits ist es aber auch möglich, dass athermane Materialien dem ungeschäumten Polystyrol zugeführt werden. Dies kann dadurch geschehen, dass das athermane Material als Additiv in das noch nicht aufgeschäumte Polystyrolgranulat eingebettet wird. Diese Einbettung des athermanen Materials in das noch nicht aufgeschäumte Material kann auch zusammen mit anderen Additiven und/oder Treibmitteln erfolgen. Im Endeffekt ist es somit gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die athermanen Materialien als Dotierung in den Partikeln selbst und/oder auf der Oberfläche des Partikels angeordnet sind.
Als athermane Materialien kommen infrarotabsorbierende Materialien in Frage, wie z.B. Metalloxide, Nicht-metalloxide, Metallpulver, Aluminiumpulver, Kohlenstoff, z.B. Ruß, Graphit, Diamant oder organische Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente. Die vorstehend genannten Materialien können sowohl jeweils alleine als auch in Kombination, d.h. in Form einer Mischung aus mehreren Materialien Verwendung finden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es dabei aber wesentlich, dass zwei Arten von Partikeln, nämlich Reflektorpartikel und Absorberpartikel im dämmenden geschäumten Werkstoff nach der Erfindung enthalten sind.
Die Reflektorpartikel der Erfindung weisen deshalb athermane Materialien mit Spiegelfunktion und/oder Glanz auf. Ein Beispiel hierfür sind Metallpulver.
Bei den Absorberpartikeln sind die athermanen Materialien so ausgewählt, dass hier im wesentlichen solche in Frage kommen, die dunkle und/oder matte Eigenschaften aufweisen, so dass eine möglichst hohe Absorption erreicht wird. Beispiele sind hierfür Ruß und Kohlenstoffpigmente.
Die Menge an athermanem Material muss dabei immer ausreichend sein, um die vorstehend beschriebene beabsichtigte Wirkung zu erhalten.
Der erfindungsgemäße Werkstoff weist dabei bevorzugt 10 bis 90 Gew.-% Absorberpartikel und 90 bis 10 Gew.-% Reflektorpartikel auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Werkstoff mindestens 30 Gew.-% Absorberpartikel enthält. Besonders gute Ergebnisse werden dann erreicht, wenn sowohl die Absorberpartikel wie auch die Reflektorpartikel in etwa in gleichen Verhältnissen, d.h. zu jeweils ca. 50 % im Werkstoff enthalten sind.
Der erfindungsgemäße Werkstoff kann in Form von Platten oder Blöcken ausgebildet sein und dementsprechend für dämmende Einsatzzwecke eingesetzt werden. Ein besonders bevorzugter Einsatz ist die Wärmedämmung und hier insbesondere die Wärmedämmung an Gebäuden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Absorberpartikel unregelmäßig im Werkstoff verteilt angeordnet sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Absorberpartikel bzw. die Reflektorpartikel in systematischer Form innerhalb des Werkstoffs anzuordnen.
In einer weiteren Alternative können bei einer systematischen Anordnung der Absorberpartikel in einer bestimmten Einfärbung auch Schichten gebildet werden, um eine lokale gezielte Beeinflussung der mechanischen und thermischen Eigenschaften des Werkstoffs erreichen zu können.
Eine solche Schicht kann beispielsweise mittig innerhalb eines plattenförmigen aus einem erfindungsgemäß hergestellten Werkstoff gebildeten Körpers angeordnet sein. Solche Schichten können auch Oberflächen analog wie Deckschichten, bilden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass auf derartige plattenförmigen Werkstoffen die wie vorstehend beschrieben, auch noch Haftvermittler für den weiteren Schichtaufbau aufgebracht sein.
Der erfindungsgemäße Werkstoff in Plattenform kann auch, da er u. a. auch für die Wärmedämmung vorgesehen ist, mit einer unterschiedlichen Kantenausbildung z.B. nach dem Nut-/Federprinzip versehen sein.
Überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, dass der Werkstoff nach der Erfindung z.B. bei einer Rohdichte von ca. 15 bis 17 g/l nicht nur eine Wärmeleitfähigkeit < 0,35 [W/(mxK)] erreicht, sondern dass dieser Werkstoff gleichzeitig keine oder nur unwesentliche Veränderungen auch unter einer längeren thermischen Beanspruchung aufweist. Der Werkstoff nach der vorliegenden Erfindung vereint somit die Vorteile des Werkstoffs der EP 0 981 575 B1 mit den günstigen Eigenschaften in Bezug auf die thermischen Formveränderungen wie sie von pigmentfreien, d.h. von Styropor schaumstoffen bekannt ist.
Durch die vorteilhaften thermischen und mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen geschäumten Werkstoffs wirken sich auch auftretende unterschiedliche Wärmeausdehnungen in reduzierter Form aus, so dass auch vermieden werden kann, dass in solchen Fugenbereichen Risse in solchen Beschichtungen oder Überzügen auftreten.

Claims

Dämmender, geschäumter Werkstoff, der aus athermanen Materialien enthaltenden expandierbaren Styrolpolymerisatpartikeln gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Reflektorpartikel, die Styrolpolymerisatpartikel mit athermanen Materialien mit überwiegend reflektorischen Eigenschaften enthalten, und Absorberpartikel, die Styrolpolymerisatpartikeln mit athermanen Materialien mit überwiegend absorbierenden Eigenschaften enthalten, gebildet ist.
Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die athermanen Materialien als Dotierung in den Partikel selbst und/oder auf der Oberfläche des Partikels angeordnet sind.
Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die athermanen Materialien aus Materialien ausgewählt sind, die Infrarotstrahlung absorbieren.
Werkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die athermanen Materialien ausgewählt sind aus Metalloxid, Nicht-Metalloxid, Metallpulver, Aluminiumpulver, Kohlenstoff, organische Farbstoffe und/oder Farbstoffpigmente.
Werkstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflek torpartikel athermane Materialien mit Spiegelfunktion und/oder Glanz enthalten.
Werkstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberpartikel athermane Materialien mit dunklen und/oder matten Eigenschaften enthalten.
Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus 10 bis 90 Gew.-% Absorberpartikel und 90 bis 10 Gew.-% Reflektorpartikel gebildet ist.
Werkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mindestens 30 Gew.-% Absorberpartikel gebildet ist.
Werkstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberpartikel unregelmäßig im Werkstoff angeordnet sind.
Werkstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberpartikel systematisch im Werkstoff angeordnet sind.
Werkstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberpartikel ein Muster bildend, angeordnet sind.
Werkstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberpartikel eine Schicht bilden.
Werkstoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Wärmeleitfähigkeit soweit erniedrigt ist, dass sie den Anforderungen der Wärmeleitfähigkeit < 0,035 [W/(mxK)] (nach DIN-EN 13163, Teil 1) genügt.
Werkstoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in Plattenform oder Blockform vorliegt.
Verwendung des Werkstoffes nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Wärmedämmung von Gebäuden und Gebäudeteilen.