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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
transluzenten Schaumstoffplatten mit optischen Fasern, bei dem man
eine Schaumstoffplatte mit einer Dicke von 10 bis 600 mm, die durchgehende
Löcher von einer Oberfläche der Platte zur anderen
Oberfläche der Platte mit einem Durchmesser von 0,05 bis
5 cm aufweist, als Matrix vorlegt und die durchgehenden Löcher
mit einem transluzenten Material verschließt. Weiter betrifft
die vorliegende Anmeldung eine transluzente Schaumstoffplatte mit
optischen Fasern, herstellbar nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren.
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Weitere
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Ansprüchen,
der Beschreibung und den Beispielen zu entnehmen. Es versteht sich,
dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden
Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes nicht
nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu
verlassen.
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Transluzente
Schaumstoffplatten mit optischen Fasern sind in
DE 10 2005 042 235 beschrieben.
So offenbart
DE 10 2005
042 235 Schaumstoffplatten, bestehend aus einem Polymerschaumstoff und
Lichtleitern. Durch die Anordnung der Lichtleitfasern in dem Formkörper,
kann Licht aus einer Lichtquelle von einer Seite des Formkörpers
auf eine andere beliebige Seitenfläche geleitet werden.
Vorzugsweise sind die Lichtleitfasern im wesentlichen parallel angeordnet
und die Enden treten in zwei gegenüber liegenden, im wesentlichen
parallelen Flächen ein bzw. aus. Bevorzugt sind die Formkörper quaderförmig
und weisen eine Dicke im Bereich von 10 bis 600 mm auf. Durch die
Lichtleitfasern kann Licht von einer Seite auf die andere Seite
der Platten geleitet werden. Durch die Anordnung der Lichtleitfasern
können auch Muster eingebracht werden. Solche Schaumstoffplatten
weisen sehr gute optische und akustische Eigenschaften auf, die
thermische Dämmeigenschaften können aber noch
weiter verbessert werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es daher, transluzente Schaumstoffplatten
mit optischen Fasern zu liefern, die verbesserte Wärmeisolationseigenschaften
aufweisen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine transluzente Schaumstoffplatte
mit optischen Fasern, die herstellbar ist durch ein Verfahren, bei
dem man eine Schaumstoffplatte mit einer Dicke von 10 bis 600 mm,
die durchgehende Löcher von einer Oberfläche der
Platte zur anderen Oberfläche der Platte mit einem Durchmesser
von 0,05 bis 5 cm aufweist, als Matrix vorlegt und die durchgehenden
Löcher mit einem transluzenten Material verschließt.
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Der
erfindungsgemäße Schaumstoff kann ebenfalls aus
einem Partikelschaumstoff, beispielsweise aus expandierbarem Polystyrol
(EPS) oder Polyolefin-Partikelschaumstoffen, beispielsweise aus expandiertem
Polypropylen (EPP) aufgebaut sein.
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Die
zum Verschweißen verwendeten Schaumstoffpartikel weisen üblicherweise
einen mittleren Durchmesser von 0,5 bis 8 mm, bevorzugt von 1 bis
6 mm auf.
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Des
weiteren kann die Matrix des Formkörpers aus einer Reaktivharzmischung
in Gegenwart eines Treibmittels hergestellt werden. Geeignete Reaktivharze
sind beispielsweise Epoxide-, Polyurethan- oder Melamin-Formaldehyd-Harze.
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Vorzugsweise
wird als Matrixmaterial ein Polyurethanschaumstoff, insbesondere
ein Polyurethanhartschaumstoff, eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung
werden unter Polyurethan-Schaumstoffen Schaumstoffe gemäß DIN
7726 verstanden. Die erfindungsgemäßen
Polyurethan-Hartschaumstoffe weisen eine Druckspannung bei 10% Stauchung
von größer gleich 80 kPa, bevorzugt größer
gleich 150 kPa, besonders bevorzugt größer gleich
180 kPa auf. Weiterhin verfügt der Polyurethan-Hartschaumstoff nach DIN
ISO 4590 über eine Geschlossenzelligkeit von größer
85%, bevorzugt größer 90%. Solche Schaumstoffe
sind bekannt und sind beispielsweise beschrieben im "Kunststoffhandbuch,
Band 7, Polyurethane", Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993,
Kapitel 6.
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Als
Treibmittel für das Matrixmaterial können beliebige
Treibmittel eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Treibmittel eingesetzt,
die üblicherweise bei der Herstellung von Polymeren Schaumstoffmaterialien
verwendet werden. So können für die Herstellung
von Polyurethanschaumstoffen beispielsweise chemisch wirkende Treibmittel
und/oder physikalisch wirkende Verbindungen eingesetzt werden. Unter
chemischen Treibmitteln, wie beispielsweise Wasser oder Ameisensäure,
versteht man Verbindungen, die durch Reaktion mit Isocyanat gasförmige
Produkte bilden. Unter physikalischen Treibmitteln versteht man
Verbindungen, die in den Einsatzstoffen der Polyurethan-Herstellung
gelöst oder emulgiert sind und unter den Bedingungen der
Polyurethanbildung verdampfen. Dabei handelt es sich beispielsweise
um Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, und andere
Verbindungen, wie zum Beispiel perfluorierte Alkane, wie Perfluorhexan,
Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Edelgase und Ether, wie Dialkylether,
Ester, Ketone und/oder Acetale, beispielsweise (cyclo)aliphatische
Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, Fluorkohlenwasserstoffe,
vorzugsweise mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Solkane® 365
mfc, Enovate® HFC 245fa, Trifluormethan, Difluormethan,
1,1,1,2-Tetrafluorethan, Difluorethan, 1,1,1,2,3,3,3,-Heptafluorpropan,
Tetraalkylsilane mit 1–3 Kohlenstoffatomen in den Seitenketten,
insbesondere Trimethylsilan, Alkylformiate, insbesondere Methylformiat
oder Gase, wie Kohlendioxid. Vorzugsweise werden Treibmittel verwendet,
die zu einer Füllung der Zellen mit einem Gas führen,
das eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft
besitzt, wie Wasser, CO2, Kohlenwasserstoffe
mit 1–8 Kohlenstoffatomen, insbesondere Cyclopentan, Aceton,
Kohlendioxid oder Edelgase wie Argon, Krypton, Xenon. Weitere Beispiele
hierfür finden sich z. B. im VDI Wärmeatlas. Die
Treibmitteln können einzeln oder in beliebigen Kombinationen
verwendet werden.
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Die
Dichte des Matrixmaterials ist vorzugsweise kleiner 1000 g/dm3, und beträgt besonders bevorzugt
10 bis 500 und insbesondere 15 bis 150 g/dm3.
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Das
Matrixmaterial kann beispielsweise in Form großer Blöcke
hergestellt werden und wird anschließend in meist quaderförmige
Platten mit einer Dicke von 10 bis 600 mm Dicke zerteilt. Alternative Herstellungen
erfolgen mit einem kontinuierlichem Doppelbandverfahren oder durch
einen diskontinuierlichen Prozess in einer geschlossenen Form. Diese
Herstellungsverfahren sind bekannt und sind beispielsweise beschrieben
im
"Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane",
Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993.
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Diese
Platten werden mit von der Oberseite der Platte zu deren Unterseite
durchgehenden Löchern versehen, beispielsweise durch Ausschneiden oder
Fräsen. Die Anzahl der Löcher richtet sich nach dem
gewünschten Verwendungszeck der fertigen transluzenten
Schaumstoffplatte. Sie hängt im wesentlichen von dem Transmissions-Koeffizient
des später die Löcher verschließenden
transluzenten Materials und dem von den Löchern bedeckten
Querschnitt ab. In der Regel beträgt der Anteil der Löcher 5
bis 90 Vol.-%, insbesondere 5 bis 50 Vol.-%, bezogen auf die transluzente
Schaumstoffplatte. Diese Löcher können linear
in jedem beliebigen Winkel, vorzugsweise von 20 bis 90°,
insbesondere von 45 bis 90° zur Oberfläche der
Platte, von einer Seite der Oberfläche zur anderen Oberfläche
der Platte führen. Es ist auch möglich, dass die
Löcher innerhalb der Platten nicht nur gerade verlaufen
sondern auch Winkel bilden bzw. kurvenförmig verlaufen
können.
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Alternativ
kann die Löcher enthaltende Matrix durch Herstellen des
Matrixmaterials in einer den späteren Löchern
entsprechende Platzhalter enthaltenden Form erfolgen. So kann ohne
Materialverlust durch Ausschneiden ein Matrixmaterial, enthaltend Löcher,
hergestellt werden.
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In
einem zweiten Schritt werden die Löcher mit einem transluzenten
Material, vorzugsweise einem Polymer, verschlossen. Vorzugsweise
handelt es sich dabei um ein thermoplastisches Polymer, das in flüssigem
Zustand in die Löcher des Matrixmaterials gefüllt
wird, wodurch die Löcher ganz oder teilweise mit dem transluzenten
Material gefüllt werden. Alternativ kann auch eine fließfähige
Reaktionsmischung zur Herstellung des transluzenten Materials in
die Löcher des Matrixmaterials gefüllt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Dicke der Schaumstoffplatten
kann es sich bei dem transluzenten Material prinzipiell um alle
Materialien handeln, die einen spektralen Transmis sionsgrad im Wellenlängenbereich
des sichtbaren Lichts >35%
aufweisen. Es kann sich beispielsweise um Polymethylmethacrylat,
Polystyrol, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polypropylen,
Celluloseacetat, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polysulfon
oder Polyurethan, beispielsweise um thermoplastisches Polyurethan
oder Polyurethangießelastomere, handeln. Vorzugsweise wird Polyurethan
eingesetzt, besonders bevorzugt sind Polyurethangiesselastomere.
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Bei
der Verwendung von Polyurethan als Matrixmaterial und thermoplastischem
Material bzw. Polyurethangiesselastomeren als transluzentem Material
besteht die gesamte transluzente Schaumstoffplatte aus Polyurethan,
wodurch ein Recycling nicht mehr benötigter Platten erleichtert
wird.
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Alternativ
wird eine Seite des Matrixmaterials, enthaltend die Löcher,
mit dem transluzenten Material beschichtet. Dabei können
die Löcher ganz oder nur teilweise mit dem transluzenten
Material gefüllt werden. Besonders bevorzugt wird das Marixmaterial
komplett von dem transluzenten Material umschlossen. Dadurch verbessert
sich die Wärmedämmung vor allem bei Verwendung
von Treibmitteln, die zu einer Füllung der Zellen mit einem
Gas führen, das eine bessere Wärmedämmung
aufweist als Luft, da durch das Umschließen des Matrixmaterials
mit dem transluzenten Material, das gleichzeitig als Diffusionsbarriere
wirkt, ein Verflüchtigen des Isolierenden Zellgases erschwert
wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Löcher
des Matrixmaterials verschlossen, in dem das Matrixmaterial mit
einer transparenten oder transluzenten Polymerfolie umhüllt
wird. Einer der Hauptvorteil der Folie ist, dass sie die Konvektion
von Luft durch die Löcher des Matrixmaterials verhindert
und sich dadurch die Wärmedämmung einer erfindungsgemäßen
Schaumstoffplatte verbessert. Als Folienmaterial eignen sich alle
zur Herstellung von Folien bekannten Materialien, z. B. Polyethylen,
Polypropylen, Polystyrol, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat,
Polymethylmethacrylat, Cellophan, Polybutyraldehyd, Polyvinylacetat.
Vorzugsweise werden aufgrund der hohen Lichtdurchlässigkeit,
der guten Diffusionsbarriereeigenschaften und des vorteilhaften
Brandverhaltens Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Polytetrafluorethylen
(PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), thermoplastische Copolymerisate
aus Tetrafluorethylen mit perfluorierten Vinylethern (PFA), Polychlortrifluorethylen (PCTFE)
oder Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP) eingesetzt.
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Aufgrund
ihrer Transluzenz, ihren guten Wärme- und Schalldämmeigenschaften
finden die erfindungsgemäßen Formkörper
insbesondere Anwendung in der Bauindustrie, beispielsweise als Wand-
oder Deckenplatten, Trennwände für Büros, Toiletten,
Hallen- oder Messestände. Sie können auch in Türen-
oder Fensterbereichen, Dächern, Decken, Tischplatten oder
Fußböden Verwendung finden. Des weiteren eignen
sie sich im Kraftfahrzeugbereich für Decken- oder Fensterbereiche.
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Besonders
geeignet sind die erfindungsgemäßen Formkörper
auch für Gewächshäuser oder Wintergärten.
Hierbei verwendet man besonders bevorzugt Sandwich-Panel mit einem
Kern aus dem transluzenten erfindungsgemäßen Formkörper
und einer Deckschicht aus beispielsweise Polymethylmethacrylat.
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Aufgrund
ihres geringen Gewichtes eignen sie sich insbesondere für
herabgehängte Decken.
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Beispiel:
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Zur
Erzeugung des transluzenten Polyurethans wird eine auf 45°C
temperierte Form der Dimension 400 × 700 × 90
mm verwendet. Eine Polyolkomponente bestehend aus 51 Tl. eines Polyetheralkohols
auf Basis Saccharose, Glycerin, Propylenoxid, Hydroxylzahl 490,
5 Tl. eines Polyetheralkohols auf Basis Ethylendiamin, Propylenoxid,
Hydroxylzahl 770, 4.5 Tl. Glycerin, 0.3 Tl. Dipropylenglykol, 20
Tl. Trischlorpropylphosphat, 5 Tl. Diethylethanphosphonat, 12.5
Tl. Ixol B251 (Solvay), 1.8 Tl. eines Gemischs aus Tegostab B8466
(Degussa) und Dabco DC5103 (Air Products), 3.1 Tl KX 315 (Elastogran GmbH),
2.6 Tl. Wasser und 6 Tl. n-Pentan wird vermischt und in den Vorratsbehälter
eines Hochdruckpuromaten® HD30
(Elastogran GmbH) gefüllt. 100 Teile dieser Mischung werden
mit 126 Teilen einer Mischung aus Diphenylmethandiisocyanat und Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat
mit einem NCO-Gehalt von 31 Gew.% und einer Viskosität
von 520 mPas (25°C) im Mischkopf des Puromaten bei einem
Druck von 150 bar vermischt und sofort in die offene oder geschlossene
Form eingegossen und zur Reaktion gebracht. Die offene Form wird
geschlossen, nach 6 Minuten wird entformt. Die Schaumstoffplatte
wird gelagert, um komplett ausreagieren und abkühlen zu
können. Der Schaumstoff hat eine Rohdichte von 40 g/l und
erfüllt B2 nach DIN 4102. Danach werden
Löcher durch die 90 mm dicke Seite des Schaumstoffs gebohrt.
Im nächsten Schritt wird ein PU-Gießelastomersystem
mit einer offenen Zeit von mehr als 2 Minuten verwendet. Hierzu
werden 63.7 Tl. eines Polyols aus Trimethylolpropan, Ethylenoxid mit
einer Hydroxyzahl von 860, 32 Tl. eines Polyols auf Basis Trimethylolpropan,
Propylenoxid und einer Hydroxyzahl von 160, 0.4 Tl. Tinuvin 101
(Ciba), 0.5 Tl. Tinuvin 765 (Ciba), Tinuvin 1130 (Ciba), 0.4 Tl.
Tinuvin 384-2 (Ciba), 0.75 Tl. Irganox 1135 (Ciba), 1.35 Tl Fomrez
UL28 (Crompton) vermischt und in den Vorratsbehälter eines
Hochdruckpuromaten eingefüllt. 100 Teile dieser Mischung
werden mit 222 Teilen Vestanat EP-U 2112 (Degussa) zur Reaktion
gebracht und in die offene Form gefüllt. Danach wird die mit
Kanälen versehene Hartschaumstoffplatte eingelegt. Durch
manuelles Drücken der Schaumstoffplatte in das Reaktionsgemisch
kann das Polyurethanreaktionsgemisch durch die Kanäle aufsteigen
und auch die Oberseite und die Seitenflächen der Hartschaumstoffplatte
umgießen. Danach wird die Form geschlossen und das System
ausreagieren lassen. Nach 30 Minuten kann der transluzente Schaumstoff mit
der allseitigen Beschichtung aus Gießelastomer entnommen
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005042235 [0003, 0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN 7726 [0009]
- - DIN ISO 4590 [0009]
- - "Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane”, Carl
Hanser Verlag, 3. Auflage 1993, Kapitel 6 [0009]
- - "Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane”, Carl
Hanser Verlag, 3. Auflage 1993 [0012]
- - DIN 4102 [0022]