DE102011108755A1 - Multifunktionelle Wandelemente - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen offenzelligen Schaum, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums teilweise oder vollständig mit einer bis zu 2 cm dicken Schicht (A) versehen ist, wobei die Schicht (A) aus einem Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaums, aus mindestens einem PCM (Phase Changing Material) und aus mindestens einem verfestigten polymeren Binder gebildet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen offenzelligen Schaum, wobei mindestens eine Seite des Formkörpers des offenzelligen Schaums teilweise oder vollständig modifiziert ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des auf einer Seite des Formkörpers modifizierten offenzelligen Schaumes sowie die Verwendung eines solchen offenzelligen Schaums, insbesondere als multifunktionelles Wand-, Decken- oder Raumelement.
  • EP-A 1 498 680 betrifft eine Thermospeichereinheit, die einen offenzelligen Schaumstoff auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensationsproduktes enthält, dessen Zellporen ganz oder teilweise mit einem fließfähigen Wärmeträger gefüllt sind. Als Wärmeträger wird ein Phase Change Material (PCM) verwendet. Um ein Herausfließen des Wärmeträgers zu verhindern, wird der offenzellige Schaumstoff der Thermospeichereinheit ummantelt, beispielsweise mit einer Folie aus Polyolefin.
  • In EP-B 0 672 524 wird ein Verfahren zur Herstellung von dimensionsstabilen Akustik-Bauteilen offenbart. Platten aus einem offenzelligen Duromer-Schaumstoff aus Melamin/Formaldehyd-Harz werden beidseitig mit dünnen, reißfesten Deckschichten kaschiert, wobei auf die Oberfläche der Schaumstoffplatten ein wässrige Bindemittelsuspension auf Basis von härtbaren Melamin-Harnstoff- oder Phenolharzen aufgebracht wird. Auf diese mit der wässrigen Bindemittelsuspension versehenen Oberfläche wird wiederum (beidseitig) eine Deckschicht aus Metallfolien, Kunststofffolien oder Faservliesen aufgelegt und der dabei erhaltende Verbund bei Temperaturen zwischen 50 und 250°C und Drücken von 2 bis 200 bar verpresst.
  • In EP-B 922 563 wird ein Verfahren zur Herstellung von Akustikbauteilen offenbart, bei dem Platten aus einem offenzelligen Melaminharz-Schaumstoff beidseitig mit dünnen, reißfesten Deckschichten kaschiert werden. Die beiden Deckschichten bestehen aus 0,1 bis 3 mm dicken Faservliesen, die einseitig mit einer Klebeschicht aus einem Melamin-, Acrylester- oder Polyvinylpropionat-Harz versehen sind, welche in einem Vorfertigungsschritt vollflächig, streifenförmig oder punktförmig mit einem Flächengewicht von 10 bis 100 g/m2 auf die Deckschicht aufgebracht werden.
  • WO 2008/095931 betrifft ein flüssigkeitgetränktes Schaumstoffteil, bestehend aus 0,5 bis 10 Vol.-% eines offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten und 90 bis 99,5 Vol.-% einer bei 25°C flüssigen Komponente. Als flüssige Komponenten eignen sich alte bei 25°C fließfähigen oder pastösen Stoffe, die sich gegenüber dem Aminoplasten inert verhalten, beispielsweise aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Wasser oder auch funktionale Flüssigkeiten wie beispielsweise eine wässrige Dispersion eines PCMs. Der offenzellige Schaumstoff ist also homogen (vollständig getränkt) mit der flüssigen Komponente beladen. Diese flüssigkeitgetränkten Schaumstoffformteile eignen sich beispielsweise zum simultanen Transport einer oder mehrerer flüssigen Komponenten ohne elektrische Energie, zur Energieabsorption von Geschossen, zur Gefriersprengung oder als latenter Wärmespeicher.
  • US-B 6,765,031 betrifft einen weiteren offenzelligen Schaum, der zu mindestens 80% in einer Zusammensetzung vorliegt und eine durchschnittliche Porengröße von 1–200 μm aufweist. Mindestens 80 Vol.-% des offenzelligen Schaums sind wiederum mit PCM belegt. Eine Ausführungsform des mikroporösen, offenzelligen Schaums umfasst neben dem PCM zusätzlich ein polymeres Verdickungsmittel, das beispielsweise ein Co-Polymer aus Styrol und Butadien sein kann. Alternativ können neben PCM auch Antioxidantien oder ein verflüssigtes Gas in den offenzelligen Schaum eingearbeitet sein. US-B 6,675,031 offenbart also offenzellige Schäume, deren Poren über den gesamten Volumenbereich des entsprechenden Formkörpers mit PCM belegt sind.
  • WO 2009/077616 betrifft ein Formteil herstellbar aus schaumfähiges Reaktivharz enthaltenden Trägermaterialien, die einem Druckverformungsschritt unterzogen werden. Diese Formteile können in Paneelen eingebaut werden. Die Formteile beziehungsweise die Paneelen werden im Fahrzeugbau oder als Brandschutzschicht verwendet. Als Trägermaterialien können auch offenzellige Schäume eingesetzt werden. Diese Formteile enthalten jedoch kein PCM sowie keinen polymeren Binder.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung von neuen offenzelligen Schäumen, die als multifunktionelle Bauteile, beispielsweise zur thermischen Isolation, zur Schallabsorption und/oder zur Raumklimawirkung eingesetzt werden können.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen offenzelligen Schaum, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums teilweise oder vollständig mit einer bis zu 2 cm dicken Schicht (A) versehen ist, wobei die Schicht (A) aus einem Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaums, aus mindestens einem PCM (Phase Changing Material) und aus mindestens einem verfestigten polymeren Binder gebildet wird.
  • Die erfindungsgemäßen offenzelligen Schäume zeichnen sich gegenüber den entsprechenden Schäumen, bei denen PCM über das gesamte oder nahezu das gesamte Porenvolumen verteilt ist, durch verbesserte Wärmeleitungseigenschaften aus. In den erfindungsgemäßen offenzelligen Schäumen ist also nur ein Teilbereich des Formkörpers des offenzelligen Schaums in den Poren mit PCM belegt, wobei die Ausmaße dieses Teilbereichs aufgrund der Schichtdickenangabe klar definiert sind. Dieser Teilbereich wird als Schicht (A) bezeichnet.
  • Durch die zusätzliche Anwesenheit eines verfestigten polymeren Binders wird das PCM in diesem Teilbereich des offenzelligen Schaums gehalten, ohne dass die Anwesenheit einer zusätzlichen Abdeckfolie erforderlich ist, um das etwaige Herauslaufen des verflüssigten PCMs zu verhindern. Der übrige Teil des Formkörpers, der nicht durch die Schicht (A) definiert ist, ist hingegen vollständig oder nahezu vollständig frei von PCM und dem verfestigten polymeren Binder.
  • Sofern das PCM auf einen bestimmten Teilbereich des Formkörpers des offenzelligen Schaumes, hier die Schicht (A), konzentriert wird, ist die PCM-Wirkung (Wärmespeicher) vorhanden, die Wärmediffusionswerte sind jedoch sehr kurz im Vergleich zur vollständigen Verteilung des PCM über das gesamte Volumen eines Formkörpers eines offenzelligen Schaumes. Die Wärmeisolation durch den offenzelligen Schaum bleibt somit in den nicht mit PCM beladenen Teilbereichen unverändert. Die erfindungsgemäßen offenzelligen Schäume haben somit gleichzeitig sowohl verbesserte Wärmeisolations- als auch verbesserte Wärmeleitungseigenschaften gegenüber entsprechenden Schäumen, die über keinen definierten, mit PCM-beladenen Teilbereich verfügen.
  • Die erfindungsgemäßen offenzelligen Schäume weisen den zusätzlichen Vorteil auf, dass das Eindringen von Flüssigkeit in die Poren des offenzelligen Schaums gesteuert werden kann. Sofern der Auftragungsort und/oder die Auftragungsrate der Flüssigkeit auf den offenzelligen Schaum kontrolliert wird, kann die Ausbreitung der Flüssigkeit auf einen bestimmten Teilbereich des Formkörpers des offenzelligen Schaums beschränkt werden. Flüssigkeiten können über einen bestimmten Zeitraum in den Poren gehalten werden, ohne dass sie sich nach unten oder lateral ausbreiten. Folglich ist es problemlos möglich, die erfindungsgemäßen offenzelligen Schäume derart auszugestalten, dass sich die Schicht (A) nicht vollständig über eine Seite des zugrundeliegenden Formkörpers des offenzelligen Schaums ausbreitet, sondern dass die Schicht (A) nur teilweise auf dieser Seite des Formkörpers des offenzelligen Schaums hergestellt wird.
  • Sofern nur ein Teilbereich der Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums zur Schicht (A) modifiziert wird, insbesondere bei einer lateralen Ausgestaltung der Schicht (A), hat dies den zusätzlichen Vorteil, dass die Schallabsorptionseigenschaften des zugrundeliegenden offenzelligen Schaums nur unwesentlich beeinträchtigt werden. Bis zu 90% der Oberfläche der Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums können dabei ohne Beeinträchtigung der Schallabsorptionseigenschaften zur Schicht (A) modifiziert werden im Vergleich zum unmodifizierten offenzelligen Schaum. Sofern die Schicht (A) auf der Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums lateral angeordnet ist, fungiert der erfindungsgemäße offenzellige Schaum als Lochplatte.
  • Nachfolgend werden der erfindungsgemäße offenzellige Schaum sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren dieses offenzelligen Schaums näher definiert.
  • Der offenzellige Schaum wird als Formkörper (Formteil) mit einer beliebigen Geometrie bereitgestellt, wie Platten mit glatten oder profilierten Oberflächen, Zylinder- oder Kegel-Formen oder freie Formen. Meist handelt es sich aber um Formkörper in Plattenform, bei denen die ersten Dimension (Länge) und die zweite Dimension (Breite) gleich oder verschieden sein können, in aller Regel sind die erste und die zweite Dimension jedoch deutlich größer als die dritte Dimension (Dicke) des Formkörpers. Geeignete Dimensionierungen einer solchen Platte sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise betragen sie 1 m auf 2 m, bei einer Dicke der Platte von einigen cm.
  • Die erfindungsgemäßen offenzelligen Schäume weisen mindestens eine Seite (S1) auf, vorzugsweise eine Seite (S1) auf. Prinzipiell kann jede Seite eines Formkörpers mit beliebiger Geometrie als Seite (S1) verwendet werden. Die Seite (S1) ist teilweise oder vollständig mit einer bis zu 2 cm dicken Schicht (A) versehen. Gegebenenfalls können auch 2 oder mehr Seiten eines Formkörpers teilweise oder vollständig mit einer solchen Schicht (A) versehen sein. Der Formkörper weist dann also 2 oder mehr Seiten (S1) auf, die sich hinsichtlich ihrer Geometrie bzw. Form unterscheiden können. Vorzugsweise wird in einem Formkörper mit beliebiger Geometrie diejenige Seite als Seite (S1) festgelegt, die eine möglichst große Oberfläche (bzw. Fläche) aufweist. Das Porenvolumen des offenzelligen Schaums bleibt dabei unberücksichtigt. Vorzugsweise wird unter dem Begriff „Seite (S1)” diejenige Fläche oder Seite verstanden, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch, beispielsweise als Wand-, Decken- oder Raumelement, dem Raum zugewandt ist. Beispiele für mögliche Geometrien der Formkörper sind im nachfolgenden Text in Verbindung mit 1 aufgeführt.
  • Offenzellige Schäume als solche sind dem Fachmann bekannt. Offenzellige Schäume werden auch als offenporige Schäume bezeichnet. Vorzugsweise sind die offenzelligen Schäume elastisch oder flexibel. Geeignete offenzellige Schäume sind Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukte, PIR (Polyisocyanurat), PU (Polyurethane), Polyimid-Schäume oder Schäume auf Basis anorganischer Materialien, zum Beispiel Alu-Phosphate, Silikate, carbonisierte Schäume oder keramisierte Schäume.
  • Vorzugsweise wird als offenzelliger Schaum ein Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukt verwendet. Solche Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukte sind kommerziell unter der Bezeichnung Basotect® (BASF SE Ludwigshafen, Deutschland) erhältlich. Diese Kondensationsprodukte sind beispielsweise in WO 2008/095931 oder WO 01/94436 beschrieben.
  • Die Schicht (A) umfasst neben einem Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaums mindestens ein PCM (Phase Changing Material). PCMs als solche sind dem Fachmann bekannt. Geeignete PCMs sind beispielsweise in WO 2008/095931 oder US-B 6,765,031 offenbart. PCMs haben vorzugsweise einen Schmelzpunkt Tm im Bereich von 20 bis 40°C. Gegebenenfalls können auch PCMs mit anderen Schmelzpunktbereichen verwendet werden. So können beispielsweise für Anwendungen im Fahrzeugbereich PCMs mit höheren Schmelzpunkten als 40°C eingesetzt werden. Weiterhin weisen die PCMs eine hohe Schmelzenthalpie auf. Normalerweise werden die PCMs in Form einer wässrigen Dispersion eingesetzt, vorzugsweise werden PCMs in mikroverkapselter Form (PCM-Kapseln) verwendet, gegebenenfalls können auch PCMs ohne Mikroverkapselung eingesetzt werden, beispielsweise PCM-Wachse.
  • Bevorzugte PCMs sind ein mikroverkapseltes Paraffingemisch oder ein mikroverkapseltes anorganisches Salz.
  • In der Regel beträgt der PCM-Anteil 20 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 90 Gew.-% in der Schicht (A), sofern das PCM als wässrige Dispersion eingesetzt wird. Bei Zugabe von PCMs in getrockneten Kapsel-Formulierungen zu einer flüssigen Binderpolymerformulierung können noch deutlich höhere PCM-Konzentrationen erzielt werden.
  • Weiterhin umfasst die Schicht (A) einen verfestigten polymeren Binder (Bindemittel). Geeignete polymere Binder sind in EP-B 0 672 524 beschrieben. Gegebenenfalls kann der Binder als Dispersion, vorzugsweise als Suspension eingesetzt werden; üblich sind Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von 40–50%. Gegebenenfalls können dem polymeren Binder auch Härter oder sonstige Verbindungen zugesetzt werden, beispielsweise organische oder anorganische Säuren wie Ameisensäure, Sulfonsäure, Phosphorsäure oder Hydrogenphosphate. Gegebenenfalls können dem polymeren Binder wärmeleitfähigkeitsverändernde Additive, wie metallische Pulver für das Wärmemanagement zugesetzt werden.
  • Geeignete polymere Binder sind härtbare Aminoplastharze wie Melamin-, Harnstoff- oder Phenolharze. Weiterhin geeignet sind Epoxid-, Polyester- oder Acrylharze oder Polymerdispersionen z. B. auf Basis von Acrylaten oder Polyurethanen sowie eventuell mit Zusätzen anorganischer Komponenten wie Silica. Bei den härtbaren Systemen werden Aminoplastharze verwendet. Es handelt sich hierbei um relativ niedermolekulare Polykondensationsprodukte aus NH-Gruppen aufweisenden Verbindungen mit Carbonylverbindungen. Beispiele geeigneter NH-Gruppen aufweisenden Verbindungen umfassen Harnstoff, Melamin, Urethane oder aromatische Amine. Bei den Carbonylverbindungen handelt es sich bevorzugt um Formaldehyd, es kann sich aber auch um höhere Aldehyde oder Ketone handeln. Auch veretherte Aminoplastharze können zur Verwendung kommen. Sie werden erhalten, indem man die OH-Gruppen von Aminoplastharzen ganz oder teilweise mit Alkoholen verethert. Geeignete Alkohole sind insbesondere aliphatische C1- bis C10-Monoalkohole sowie C1- bis C10-Dialkokole. Beispiele umfassen Methanol, Ethanol, Butanol, 1,2-Ethandiol oder 1,4-Butandiol.
  • Als härtbare Aminoplaste können bevorzugt Urethangruppen aufweisende veretherte Aminoplastharze eingesetzt werden. Diese sind erhältlich, indem man zum Verethern zumindest teilweise C1- bis C10-Dialkokole einsetzt oder mit Monoalkoholen veretherte Verbindungen nachträglich mit Dialkoholen umethert. Veretherte Aminoplastharze sind kommerziell erhältlich. Ebenso können vorzugsweise Phenolharze eingesetzt werden. Bei den Binderdispersionen werden vorzugsweise Dispersionen mit Polymerkomponenten von niedriger Glastemperatur verwendet.
  • Das Gewichtsverhältnis zwischen polymerem Bindemittel, insbesondere Aminoplastharze, und PCM-Kapseln (100%ig) liegt dabei zwischen m(Binder):m(PCM) gleich oder kleiner 0,4, bevorzugt kleiner 0,25, besonders bevorzugt kleiner 0,15 und ganz besonders bevorzugt kleiner 0,075.
  • Wie nachfolgend im Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen offenzelligen Schaums näher beschrieben, werden die polymeren Binder während des Herstellungsverfahrens des offenzelligen Schaums verfestigt. Durch die Verfestigung des polymeren Binders kann eine form- und zeitstabile Schicht (A) hergestellt werden, weil dadurch ein Herausfließen des in der Schicht (A) ebenfalls enthaltenen PCMs unterbunden wird.
  • Das Verhältnis zwischen polymerem Binder und PCM-Kapseln bei der Verwendung einer Polymerdispersion als Binder liegt dabei zweckmäßigerweise zwischen 0.05 und 0.5, bevorzugt unterhalb von 0.3.
  • Bevorzugt wird als polymerer Binder ein härtbares Melaminharz, Harnstoffharz oder Phenolharz oder eine Polymerdispersion verwendet.
  • Die Schicht (A) hat eine Dicke von bis zu 2 cm. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Schicht (A) 5 bis 15 mm. Bei der Schicht (A) handelt es sich also nicht um eine zusätzliche Schicht, die auf einen Formkörper eines offenzelligen Schaums aufgebracht wird, sondern die Schicht (A) wird erfindungsgemäß während des Herstellungsverfahrens auf mindestens einer Seite (S1) des zugrundeliegenden Formkörpers innerhalb des offenzelligen Schaums gebildet (das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird weiter unten im Text beschrieben). In anderen Worten ausgedrückt bedeutet das, dass ein Teil des ursprünglichen Formkörpers des offenzelligen Schaums in die Schicht (A) umgewandelt wird. Dabei kann die (mindestens) eine Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums teilweise oder vollständig mit der Schicht (A) versehen sein.
  • Vorzugsweise ist in den erfindungsgemäßen offenzelligen Schäumen die eine Seite (S1) des Formkörpers teilweise mit der Schicht (A) versehen. Vorzugsweise beträgt die Flächenabdeckung 20 bis 90%, mehr bevorzugt 50 bis 90%, insbesondere 60 bis 80% der Oberfläche der unbehandelten Seite (S1). Besonders bevorzugt weist die Schicht (A) eine laterale Strukturierung auf. Dies bedeutet, dass vorzugsweise die Randbereiche oder die randnahen Bereiche der Seite (S1) mit der Schicht (A) versehen sind, während hingegen der zentrale Bereich der Seite (S1) den offenzelligen Schaum in unveränderter Form aufweist. Beispielsweise kann die Schicht (A) auch spezielle Muster aufweisen oder die Schicht (A) setzt sich aus mehreren, gegebenenfalls miteinander verbundenen Teilen zusammen. Die Schicht (A) kann beispielsweise in runden bzw. ovalen, rechteckigen, quadratischen oder Linien-Strukturen ausgebildet sein.
  • Gegebenenfalls können einzelne Teilbereiche der Schicht (A) auch eine unterschiedliche Schichtdicke bzw. unterschiedliche Sättigungsgrade des Schaums mit PCM-Binder-Mischung aufweisen. Sinngemäßes gilt auch, sofern 2 oder mehr Seiten (S1) des Formkörpers mit einer Schicht (A) versehen sind. Die jeweilige Schicht (A) kann sich auch hinsichtlich ihrer Komponenten auf einer oder mehrerer Seiten (S1) des Formkörpers unterscheiden. Die maximale Schichtdicke von 2 cm stellt einen Mittelwert dar, der gegebenenfalls in einzelnen Teilbereichen der Schicht (A) geringfügig d. h. um 10 bis 20%, überschritten werden kann.
  • Die Dicke des nicht in die Schicht (A) umgewandelten Teils des Formkörpers des offenzelligen Schaums kann beliebig groß sein. Die Dicke dieses unveränderten Teils des Formkörpers kann einige Millimeter bis mehr als einen Meter betragen. Da vorzugsweise als Seite (S1) des eingesetzten Formkörpers eine Seite mit einer gleichmäßig großen Oberfläche verwendet wird und die verwendeten Formkörper der dritten Dimension (Dicke) vorzugsweise deutlich kleinere Werte aufweisen, beträgt die Dicke des Teiles des Formkörpers des offenzelligen Schaums, aus dem nicht die Schicht (A) entstanden ist (nachfolgend als Schicht (B) bezeichnet) vorzugsweise 1 bis 10 cm. Die Dicke der Schichten (A) und (B) im erfindungsgemäßen offenzelligen Schaum entspricht also der Gesamtdicke (dritte Dimension) des im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren als Edukt eingesetzten Formkörpers des offenzelligen Schaums.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform auf der Basis eines elastischen oder flexiblen offenzelligen Schaums ist der die Schicht (A) aufweisende Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaumes starrer im Vergleich zum restlichen Teil (Schicht B) des Formkörpers. in anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der unbehandelte Teil des als Edukt eingesetzten offenzelligen Schaums seine mechanischen Eigenschaften vollständig oder weitgehend beibehält.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der offenzellige Schaum mit einer weiteren Schicht ausgestattet sein. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Antidröhnschicht oder eine schallreflektierende Schicht. Vorzugsweise ist die Antidröhnschicht auf die Seite (S2) aufgebracht, die im Formkörper des offenzelligen Schaums der Seite (S1) gegenüberliegt. Diese zusätzliche Schicht kann vor oder nach der Herstellung von Schicht (A) im erfindungsgemäßen Verfahren auf den Formkörper des offenzelligen Schaumes aufgebracht werden. Gegebenenfalls können auch mehr als eine zusätzliche Schicht hintereinander beziehungsweise an verschiedene Bereiche des Formkörpers des offenzelligen Schaums angebracht werden.
  • Beispiele für Ausführungsformen der erfindungsgemäßen offenzelligen Schäume mit unterschiedlicher Geometrie sind in 1 abgebildet. Abbildung (1) zeigt den erfindungsgemäßen offenzelligen Schaum in einer Anwendung als Wandplatte, wobei zusätzlich eine Antidröhnschicht auf der Seite (S2) angebracht sein kann. Die Abbildungen (2) und (3) zeigen zylinderförmige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen offenzelligen Schäume, jeweils in Verwendung als Deckenelement, wobei alle dem Raum zugewandten Seiten teilweise mit einer Schicht (A) versehen sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der offenzellige Schaum auf der Seite des Formkörpers, auf der sich die Schicht (A) befindet, keine Ummantelung oder keine Deckschicht – beispielsweise in Form einer Folie aus Polyolefinen – auf.
  • Da das PCM durch den polymeren Binder fest mit dem offenzelligen Schaum verbunden ist, werden keine Abdeckungen oder Beschichtungen des offenzelligen Schaums benötigt. Trotzdem kann der erfindungsgemäße offenzellige Schaum ohne nennenswerte Verluste in seiner Funktionalität auch in Wand- oder Deckenelemente mit starren Ummantelungen integriert werden. Bei diesen Anwendungen ist es für die kalorische und akustische Funktionalität des offenzelligen Schaums vorteilhaft, wenn sich die mit der Schicht (A) modifizierte Seite hinter einer weitgehend offenen Lochplatte oder einer ähnlichen Konstruktion befindet, um so für Schallwellen und Wärmeaustausch mit der Luft zugänglich zu sein. Entsprechende Konstruktionen mit unmodifiziertem Schaum sind den Fachmann bekannt und Stand der Technik für schallschluckende Wand- und Deckenelemente.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen offenzelligen Schaums.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die nachfolgenden Schritte a) bis c), wobei
    • a) auf mindestens einer Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums in Teilbereichen oder der gesamten Seite ein Gemisch (B) aus mindestens einem PCM und mindestens einem polymeren Binder aufgebracht wird,
    • b) das Gemisch (B) bis zu einer maximalen Schichtdicke von 2 cm in einen Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaums eindringt,
    • c) worauf der im Gemisch (B) enthaltene polymere Binder unter Ausbildung der Schicht (A) verfestigt wird.
  • Vorzugsweise erfolgt die Verfestigung des polymeren Binders in Schritt c) durch reaktive Prozesse, Trocknen, Härten, Pressen und/oder Verfilmen.
  • Das Aufbringen des polymeren Binders gemäß Schritt a) kann nach allen dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen. Vorzugsweise wird in Schritt a) das Gemisch auf Teilbereiche der Seite (S1) aufgebracht, wobei
    • a1) Teilbereiche der Oberfläche der Seite (S1) abgeklebt werden und das Gemisch (B) auf die nicht abgeklebten Teilbereiche der Oberfläche der Seite (S1) aufgebracht wird, oder
    • a2) ein Spotterverfahren eingesetzt wird, bei dem örtlich definierte Mengen einer flüssigen Mischung aus PCM und polyermen Binder auf der Seite (S1) automatisiert abgesetzt werden oder
    • a3) ein Siebdruck- oder ein Masken-Verfahren eingesetzt wird.
  • Die Auftragungsmengen bei den beschriebenen Verfahren betragen dabei typischerweise zwischen 1 und 20 kg einer Zubereitung aus PCM, Polymerbinder und gegebenenfalls einer Trägerflüssigkeit (z. B. Wasser) pro m2. Die vorgenannten Verfahren gemäß a1) bis a3) als solche sind dem Fachmann bekannt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen offenzelligen Schaumes zur Wärmeisolierung, zur Schallabsorption, zur Schalldämpfung, zur Raumklimawirkung, als Decken- oder Wandelement, als frei stehendes Raumelement, in fest oder vorübergehend errichteten Gebäuden, im Kraftfahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffs- oder Flugzeugbau und/oder in der Raumfahrt. Vorzugsweise erfolgt die Verwendung des offenzelligen Schaumes als latenter Wärmespeicher und/oder multifunktionelles Decken-, Wand- und Raumelement. Die Verwendung im Kraftfahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffs- oder Flugzeugbau und/oder in der Raumfahrt ist insbesondere für die Ausführungsform geeignet, in der der erfindungsgemäße offenzellige Schaum auf der Seite (S2) einer Antidröhnschicht versehen ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen verdeutlicht.
  • Für die folgenden Beispiele wurde, soweit nicht anders vermerkt, ein offenzelliger Melamin/Formaldehyd-Schaumstoff mit einer Dichte von etwa 10 kg/m3 (Basotect® der BASF SE) eingesetzt.
  • Beispiel 1
  • Verfahren A:
  • Platten dieses Schaumstoffs von 3 cm Dicke werden mittels eines manuellen Tropf-Verfahrens oder eines Maskenverfahrens lateral strukturierte PCM-Schichten A aufgebracht. Hierzu kommen Gemische aus der wachsbasierten PCM-Dispersion Micronal DS 5000 X (42.8% Feststoffgehalt) sowie die PU-basierte Rinderdispersion Luphen D 259 U der BASF SE zum Einsatz. Das Mischungsverhältnis zwischen den beiden Dispersionen betrug 7:1.
  • Verfahren B:
  • In einer weiteren Versuchsserie wird mittels eines Maskenverfahrens ein Gemisch aus der PCM-Dispersion Micronal DS 5000 X (42.8% Feststoffgehalt) und einer mit NH4NO3 als Härter versehenen 70%igen Lösung des wasserlöslichen Harnstoff-Formaldehydleims Kauramin KMT 773 im Verhältnis von 10:1 auf Basotect aufgebracht. Dabei werden verschiedene Masken mit runden oder rechteckigen Strukturen mit Abmessungen im Bereich von einigen cm verwendet.
  • In beiden Fällen werden dabei Belegungsgrade der Platten von 50% bis über 80% erreicht, die in die Platten eingebrachten PCM-Mengen liegen in beiden Fällen bei bis zu. 3 kg/m2.
  • Schalldämmeigenschaft:
  • In der folgenden Tabelle sind die Schalldämm-Eigenschaften der vorgenannten Proben gemessen im Kundt'schen Rohr für Proben mit einer Fläche von 19.4 × 19.4 cm, Dicke 2.5 cm, Wandabstand 10 cm) mit unterschiedlichen Schichtdicken (A) zusammengestellt. Wie man der Tabelle entnehmen kann, sind bei Flächenbelegungen bis ca. 80% im Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 630 Hz durch die Aufbringung einer strukturierten PCM-Schicht Vorteile im Schalldämm-Vermögen gegenüber reinem Basotect zu erzielen. Bei noch höheren Belegungen sowie bei der homogen mit PCM modifizierten Probe verschiebt sich das Maximum der Schallabsorption zu deutlich niedrigeren Frequenzen hin, während die Absorption im höheren Frequenzbereich abnimmt. Tabelle 1: Schallabsorptionsgrade für verschiedene PCM-modifizierte Basotect®-Platten
    PCM-Beiegung Keine 50% Kreise 60% Kreise 79% Schlitze 87% Schlitze
    Auftragsmenge [kg/m2]/Verfahren 0 0.5/B 1/A 2.5/A 2.7/A
    Dicke Schicht A [mm] 0 3 5,5 8 8
    Frequenz [Hz]/Absarptionsgrad α
    50 0.1 0.18 0.22 0.13 0.16
    63 0.22 0.26 0.3 0.26 0.3
    80 0.23 0.26 0.27 0.29 0.34
    100 0.2 0.25 0.3 0.22 0.34
    125 0.18 0.28 0.38 0.46 0.3
    160 0.14 0.34 0.48 0.59 0.62
    200 0.22 0.45 0.59 0.71 0.81
    250 0.51 0.53 0.7 0.81 0.85
    315 0.7 0.73 0.88 0.87 0.85
    400 0.85 0.87 0.97 0.96 0.82
    500 0.87 0.95 1 0.9 0.79
    630 0.92 0.97 0.96 0.8 0.69
    800 0.93 0.92 0.87 0.7 0.61
    1000 0.83 0.8 0.73 0.58 0.51
    1250 0.62 0.5 0.59 0.47 0.42
    1600 0.6 0.6 0.87 0.77 0.65
    2000 0.89 0.87 0.82 0.55 0.48
    2500 0.83 0.68 0.69 0.55 0.54
  • Wärmeisolation
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß modifizierten Schaum-Materialien ist das gute Wärmeisolationsvermögen beim Einsatz als multifunktionale Wandplatte. Hierzu wurde an 3 cm dicken Platten mit einer PCM-Auftragungsmenge von 2.5 kg/m2 und einer Flächenbelegung von 79% (siehe Tabelle 1) eine Wärmeleitfähigkeit von 0.037 W/(mK) gemessen. Im Vergleich hierzu beträgt die Wärmeleitfähigkeit einer unmodifizierten Basotect-Platte 0.032 (W/mK). Die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der PCM-modifizierten Schicht liegt damit bei ca, 0,15 W/(mK). Wegen der geringen Schichtdicke von 5 mm ist die charakteristische Wärmediffusionszeit gleichzeitig wesentlich günstiger als in einem homogen mit PCM behandelten Schaum, der überdies auf Plattenskala ungünstigere Wärmeleitfähigkeiten aufweist als der erfindungsgemäße Schaum. Der für das Ansprechverhalten des PCMs relevante Wärmediffusionskoeffizient ist vom Verhältnis aus Wärmeleitfähigkeit- und Wärmekapazität abhängig. Dieses ändert sich bei einer Erhöhung der PCM-Beladung in erster Näherung nicht, da beide Größen weitgehend linear mit der PCM-Beladung zunehmen. Die Wärmediffusionszeit nimmt dann mit dem Quadrat der Dicke des PCM-haltigen Bereichs zu.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • WO 01/94436 [0019]

Claims (13)

  1. Offenzelliger Schaum, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums teilweise oder vollständig mit einer bis zu 2 cm dicken Schicht (A) versehen ist, wobei die Schicht (A) aus einem Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaums, aus mindestens einem PCM (Phase Changing Material) und aus mindestens einem verfestigten polymeren Binder gebildet wird.
  2. Offenzelliger Schaum gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offenzellige Schaum ein Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukt ist.
  3. Offenzelliger Schaum gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht (A) maximal 20 mm, bevorzugt 5 bis 15 mm beträgt.
  4. Offenzelliger Schaum gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite (S1) des Formkörpers teilweise mit der Schicht (A) versehen ist und die Flächenabdeckung 50 bis 90%, bevorzugt 60–80% der Oberfläche der Seite (S1) beträgt.
  5. Offenzelliger Schaum gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (A) eine laterale Strukturierung aufweist.
  6. Offenzelliger Schaum gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das PCM ein mikroverkapseltes Paraffingemisch oder ein mikroverkapseltes anorganisches Salz ist und/oder als polymerer Binder ein härtbares Melaminharz, Harnstoffharz oder Phenolharz oder eine Polymerdispersion verwendet wird.
  7. Offenzelliger Schaum gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der die Schicht (A) aufweisende Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaums starrer ist im Vergleich zum restlichen Teil des Formkörpers.
  8. Offenzelliger Schaum gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite (S2), die im Formkörper des offenzelligen Schaums der Seite (S1) gegenüberliegt, mit einer Antidröhnschicht versehen ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines offenzelligen Schaums gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a) auf mindestens einer Seite (S1) des Formkörpers des offenzelligen Schaums in Teilbereichen oder der gesamten Seite ein Gemisch (B) aus mindestens einem PCM und mindestens einem polymeren Binder aufgebracht wird, b) das Gemisch (B) bis zu einer maximaler Schichtdicke von 2 cm in einen Teil des Formkörpers des offenzelligen Schaums eindringt. c) worauf der im Gemisch (B) enthaltene polymere Binder unter Ausbildung der Schicht (A) verfestigt wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigung des polymeren Binders in Schritt c) durch reaktive Prozesse, Trocknen, Härten, Pressen und/oder Verfilmen erfolgt.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Gemisch (B) auf Teilbereiche der Seite (S1) aufgebracht wird, wobei a1) Teilbereiche der Oberfläche der Seite (S1) abgeklebt werden und das Gemisch (B) auf die nicht abgeklebten Teilbereiche der Oberfläche der Seite (51) aufgebracht wird, oder a2) ein Spotterverfahren eingesetzt wird, bei dem örtlich definierte Mengen einer flüssigen Mischung aus PCM und polymeren Binder auf der Seite (S1) automatisiert abgesetzt werden, oder a3) ein Siebdruck- oder ein Maskenverfahren eingesetzt wird.
  12. Verwendung eines offenzelligen Schaums gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Wärmeisolierung, zur Schallabsorption, zur Schalldämpfung, zur Raumklimawirkung, als Decken- oder Wandelement, als frei stehendes Raumelement in fest oder vorübergehend errichteten Gebäuden, im Kraftfahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffs- oder Flugzeugbau und/oder in der Raumfahrt.
  13. Verwendung gemäß Anspruch 12 als latenter Wärmespeicher und/oder multifunktionelles Decken-, Wand- und Raumelement.
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