DE102015117035B4

DE102015117035B4 - Verfahren zur Herstellung von porösen Kompositpartikeln, die Kompositpartikel, deren Verwendung sowie Dämmstoff und Baustofftrockenmischung mit den Kompositpartikeln

Info

Publication number: DE102015117035B4
Application number: DE102015117035.3A
Authority: DE
Inventors: Kurt Schümchen
Original assignee: INTERBRAN SYSTEMS AG
Current assignee: INTERBRAN SYSTEMS AG
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2035-10-08
Also published as: DE102015117035A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von porösen Kompositpartikeln für die Wärmedämmung, wobei auf einem porösen Trägermaterial und in den Poren des porösen Trägermaterials ein Silica-Aerogel gebildet wird, wobei das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus mineralischen Materialien, wobei das Aerogel mittels eines Sol-Gel-Verfahrens gebildet wird, wobei während der Bildung des Gels eine in situ-Hydrophobierung des Gels durchgeführt wird, wobei das Gel in Gegenwart des Hydrophobierungsmittels gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das gewichtsbezogene Verhältnis von Solpartikeln zu Hydrophobierungsmittel im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 3 variiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Dämmstoffe, insbesondere zur Wärmedämmung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung poröse Kompositpartikel, welche sich in hervorragender Weise zur Verwendung als Dämmstoffe bzw. in Dämmstoffen eignen.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der neuartigen porösen Kompositpartikeln sowie ihre Verwendung in Dämmstoffen und Wärmedämmungen, insbesondere in Wärmedämmungen von Gebäuden.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung Dämmstoffe und Wärmedämmungen, insbesondere Dämmputze sowie Einblas- und Schüttdämmungen, welche die erfindungsgemäßen Kompositpartikel enthalten.
Der Energieverbrauch von Gebäuden rückt aufgrund stetig steigender Energiepreise, eines geschärften Umweltbewusstseins und nicht zuletzt aufgrund gesetzgeberischer Maßnahmen, wie beispielsweise der Energiesparverordnung (EnEV), zunehmend in den Fokus von Immobilienbesitzern.
Um die Energieeffizienz von Gebäuden zu erhöhen, werden sowohl Neu- als auch Altbauten zunehmend mit einer Wärmedämmung ausgestattet. Die Dämmung von Neu- und Altbauten erfolgt dabei überwiegend durch eine sogenannte Außen- bzw. Fassadendämmung, d. h. die Außenseiten der Gebäude werden mit einer Wärmedämmung ausgerüstet.
Das Mittel der Wahl für derartige Außendämmungen sind derzeit Wärmedämmverbundsysteme (WDVS), welche aus einem plattenförmigen Dämmmaterial, einer außenseitig darauf angebrachten Armierungsschicht, bestehend aus einem Armierungsmörtel sowie einem Armierungsgewebe, und einem Oberputz, aufgebaut sind. Die Dämmplatten sind üblicherweise auf Basis von Kunststoffen, insbesondere Polystyrol-Hartschäumen (PS), wie beispielsweise Polystyrol-Partikelschaum (EPS), Polystyrol-Extruderschaum (XPS) oder auf Basis von Polyurethanhartschäumen (PUR), ausgebildet. Wärmedämmverbundsysteme auf Grundlage der vorgenannten Kunststoffdämmplatten besitzen unter Idealbedingungen hervorragende Dämmeigenschaften, haben jedoch den Nachteil, dass sie eine Dampfsperre bilden und Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk nicht an die Umgebung abgegeben werden kann, was in der Folge zur Bildung von Schimmel und Algen an und in der Gebäudefassade führt.
Darüber hinaus steigert die Feuchtigkeit die Wärmeleitfähigkeit des Dämmsystems, weshalb die theoretischen Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) gemäß EN ISO 6946 in der Praxis oftmals nicht erreicht werden. Weiterhin besitzen übliche Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) Dicken von 15 bis 20 cm, um eine ausreichende Wärmedämmung zu erreichen. Dies ist jedoch in der Regel mit einer ästhetischen Verschlechterung der Gebäudefassade verbunden, weshalb Dämmungen mit Wärmedämmverbundsystemen beispielsweise an historischen Gebäuden oftmals nicht in Betracht kommen. Erschwerend kommt hinzu, dass die erhebliche Zunahme der Fassadendicke durch das Wärmedämmverbundsystem in einem reduzierten Lichteinfall in das Innere des Gebäudes resultiert, was wiederum den Wohnkomfort deutlich mindert. Zwar werden in jüngster Zeit zunehmend Vakuumdämmplatten, sogenannte Vakuum-Isolationspaneele (VIP), eingesetzt, welche eine effektive Wärmedämmung mit Wärmedämmverbundsystemen einer Dicke von ca. 10 cm erlauben, jedoch weisen auch diese Wärmedämmverbundsysteme den entscheidenden Nachteil auf, dass sie nicht diffusionsoffen sind, d. h. Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk nicht an die Umgebung abgegeben werden kann.
Alternativ werden in geringem Ausmaß auch diffusionsoffene Dämmstoffe, insbesondere diffusionsoffene Wärmedämmverbundsysteme, beispielsweise auf Basis von Mineralwolle oder natürlichen organischen Fasern, wie Holz-, Kork-, Hanf- und Schilffasern, eingesetzt. Diesen Systemen fehlt jedoch oftmals die notwendige mechanische Stabilität und strukturelle Integrität, d. h. sie sind nicht formstabil, sondern müssen speziell verstärkt bzw. unterstützt werden. Darüber hinaus besitzen diese Systeme gegenüber Wärmedämmverbundsystemen auf Kunststoffbasis eine deutlich verringerte Dämmwirkung.
Sämtlichen organisch basierten Wärmedämmverbundsystemen, d. h. sowohl Wärmedämmverbundsystemen, welche auf organischen Polymeren basieren, als auch Wärmedämmverbundsystemen, welche auf biologischen Naturstoffen basieren, ist darüber hinaus gemein, dass sie brennbar sind und zur Verminderung der Brennbarkeit bzw. Entflammbarkeit üblicherweise mit brandhemmenden Chemikalien behandelt werden müssen. Diese weitere Behandlung der Dämmstoffe ist einerseits mit zusätzlichen Kosten verbunden und führt andererseits zu erhöhten Umweltbelastungen und Gesundheitsgefährdungen.
Durch Verwendung rein mineralisch basierter Materialien als Dämmstoff, wie beispielsweise Bims, Perlit und Vermiculit, insbesondere expandiertem Perlit und expandiertem Vermiculit, können eine Reihe der vorgenannten Nachteile vermieden oder zumindest abgeschwächt werden: So sind mineralisch basierte Dämmstoffe üblicherweise formstabil, diffusionsoffen und nicht brennbar. Sie besitzen jedoch insbesondere im Vergleich mit kunststoffbasierten Systemen den Nachteil, dass sie oftmals eine hohe Dichte aufweisen, was zu einem hohen Eigengewicht der Dämmung führt, und in ihren Wärmedämmeigenschaften nicht mit kunststoffbasierten Systemen konkurrieren können. Darüber hinaus sind mineralisch basierte Materialien oftmals derart hydrophil, dass sie vor Verwendung als Dämmstoff hydrophobiert werden müssen, um eine übermäßige Wasseraufnahme, welche Schimmel- und Algenbildung begünstigt, zu verhindern.
Mineralische Dämmstoffe werden oftmals in loser Schüttung, wie beispielsweise in Einblasdämmungen, oder auch in Dämmputzen zur Fassadensanierung verwendet. Dämmputze weisen im Allgemeinen mindestens ein Bindemittel sowie wärmedämmende Zuschläge auf. Sie sind üblicherweise diffusionsoffen ausgebildet, jedoch in ihrer Dämmwirkung sowie ihrer mechanischen Belastbarkeit Wärmedämmverbundsystemen deutlich unterlegen, was den Einsatz von Wärmedämmputzen auf wenige Anwendungsfälle, wie beispielsweise die Wärmedämmung von historischen Fassaden, beschränkt.
Angesichts der vielfältigen Möglichkeiten der Wärmedämmung mit jeweils erheblichen Nachteilen hat es im Stand der Technik nicht an Versuchen gefehlt, die vorhandenen Wärmedämmsysteme zur Wärmedämmung von Gebäuden zu verbessern:
So betrifft die DE 10 2012 101 931 A1 ein Fassadendämmsystem mit einer Unterkonstruktion in Holzständerbauweise und einer aus Mineralwollplatten gebildeten Dämmlage unter einer Putzschicht, wobei auf der Dämmlage ein Trägergewebe vorliegt, welches der Dämmung eine erhöhte mechanische Belastbarkeit verleihen soll.
Weiterhin betrifft die DE 10 2011 109 661 A1 eine Dämmstoffplatte sowie eine spezielle Anordnung mehrerer Dämmstoffplatten an einer Gebäudewand, welche mittels eines kapillaraktiven Klebstoffs zur Feuchtigkeitsregulierung verbunden sind.
Die WO 2007/090445 A1 betrifft eine Bauplatte, insbesondere zur Verwendung im Trockenbau, welche eine Matrix aus einem abgebundenen anorganischen Bindemittel aufweist, wobei in die Bindemittelmatrix Körner aus expandiertem hydrophobierten Perlit eingebracht sind.
Die DE 10 2007 042 000 A1 betrifft zweischalige Mauerwerke mit hydrophober, mikroporöser Wärmedämmung, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Schalen mit Paneelen aus hydrophoben, mikroporösen Wärmedämmstoffen aufgefüllt ist, die ohne Bindemittel verpresst werden und ohne Zusatz von Organosilanen hydrophobiert werden.
Die vorgenannten Systeme sind zwar geeignet, einzelne Aspekte gängiger Wärmedämmungen zumindest punktuell zu verbessern, ermöglichen jedoch nicht die prinzipiellen Nachteile gängiger Wärmedämmsysteme zu überkommen.
Darüber hinaus wird gleichsam versucht, die Effizienz von Wärmedämmsystemen durch Einsatz spezieller Materialien zu verbessern. Insbesondere wird versucht, Aerogele in Dämmstoffe bzw. Dämmstoffsysteme einzuarbeiten, um deutlich verbesserte Dämmstoffe zu erhalten. Aerogele sind hochporöse Festkörper, die zu mehr als 90 Vol.-% aus Poren bestehen und sich aufgrund dieser extrem hohen Porosität zumindest theoretisch in hervorragender Weise zur Wärmedämmung eignen. Sie besitzen Wärmeleitfähigkeitszahlen λ im Bereich von 0,012 bis 0,020 W/(mK). Die üblicherweise für Dämmzwecke eingesetzten Aerogele bestehen aus Siliciumdioxid bzw. kondensierter Kieselsäure und werden durch Sol-Gel-Verfahren aus Silikaten gewonnen. Neben guten Wärmedämmeigenschaften zeichnen sich Aerogele weiterhin durch eine gute Schallisolierung sowie Nichtbrennbarkeit aus. Bedingt durch die hohe Porosität besitzen Aerogele jedoch nur eine äußerst geringe mechanische Stabilität und werden bereits bei geringen Belastungen zerstört.
Aufgrund der guten Wärmedämmeigenschaften von insbesondere silikatbasierten Aerogelen sind trotzdem zahlreiche Versuche unternommen worden, Aerogele in Dämmstoffe einzubauen. Unter anderem wird Aerogel in Dämmplatten aus Steinwolle eingearbeitet; ein entsprechendes Produkt ist unter der Handelsbezeichnung Aerowolle^® kommerziell erhältlich.
Darüber hinaus wurden auch Versuche unternommen, Aerogele in Dämmputze einzuarbeiten, wobei sich jedoch speziell die maschinelle Verarbeitbarkeit, insbesondere der Auftrag des Dämmputzes mittels Putzmaschinen, als schwierig herausstellt, da die fragilen Aerogelpartikel bei der Aufbringung auf die Gebäudewand unter Druck üblicherweise zerstört werden.
Die DE 10 2011 119 029 A1 betrifft einen Dämmstoff zur Herstellung eines Dämmelementes, wobei der Dämmstoff Aerogelpartikel und wenigstens ein anorganisches bzw. organisches Bindemittel enthält. Der Bindemittelanteil soll weniger als 3 Vol.-%, bezogen auf das gesamte Volumen des Dämmstoffs, betragen und der Dämmstoff enthält weiterhin expandierte bzw. extrudierte Styrolpolymerisatpartikel.
Aber auch mit den vorgenannten Systemen ist es bislang nicht gelungen, die prinzipiellen Nachteile der Verwendung von Aerogelen, nämlich die geringere mechanische Belastbarkeit und die daraus folgende herabgesetzte Haltbarkeit sowie die in der Praxis deutlich reduzierte Dämmwirkung der Dämmstoffe entscheidend zu verbessern.
Die DE 11 70 855 A betrifft eine Wärmeisolation, insbesondere eine Pulver-in-Vakuum-Isolation, die gegenüber Druckänderungen wenig empfindlich ist, mittels einer losen unabgebundenen Masse zum Füllen eines evakuierten Isolierraumes mit einem anorganischen faserigen oder unterteilten Material niedriger Wärmeleitfähigkeit, wobei innerhalb der Hohlräume dieses Materials ein gepulvertes Material abweichender Zusammensetzung, welches aus feinverteilter Kieselerde oder Silika-Aerogel besteht, untergebracht ist.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung P. Kang und H. Yang, „Preparation of Aerogel-Modified Expanded Perlite and its Application in Heat Insulation Coating", in Advanced Materials Research, Vol. 668, 2013, Seiten 360 bis 364 betrifft die Herstellung von aerogelmodifiziertem expandierten Perlit durch Herstellung eines Aerogels in den Poren des expandierten Perlits. Das Aerogel wird auf Basis von Tetraethoxysilan hergestellt.
Die CN 102795826 A betrifft anorganische Kompositpartikel, welche ein Aerogel enthalten. Das Trägermaterial kann unter anderem ausgewählt werden aus expandiertem Perlit und das Aerogel wird auf dem Trägermaterial und in dem Trägermaterial durch ein Sol-Gel-Verfahren auf Basis von Wasserglas und Borsäure erhalten, wobei eine in situ-Hydrophobierung des Gels durchgeführt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Dämmstoffe, insbesondere Wärmedämmstoffsysteme zur Verfügung zu stellen, wobei die zuvor geschilderten, im Zusammenhang mit dem Stand der Technik auftretenden Probleme und Nachteile zumindest weitgehend vermieden oder aber wenigstens abgeschwächt werden sollen.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, aerogelbasierte Dämmstoffe bereitzustellen, welche mechanisch deutlich belastbarer sind als die bislang bekannten Systeme.
Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Dämmstoffe bzw. Dämmstoffsysteme bereitzustellen, welche sich in eine Vielzahl von bestehenden Wärmedämmsystemen einarbeiten lassen und die prinzipiellen Nachteile dieser bekannten Wärmedämmsysteme vermeiden oder zumindest abschwächen.
Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Wärmedämmeigenschaften bestehender Wärmedämmsysteme zu verbessern.
Die zuvor geschilderte Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren zur Herstellung von porösen Kompositpartikeln nach Anspruch 1 gelöst; weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspekts sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein poröses Kompositmaterial nach Anspruch 5; weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kompositmaterials sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Kompositpartikel nach Anspruch 10.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Dämmstoff nach Anspruch 11.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Baustofftrockemischung nach Anspruch 12.
Es versteht sich von selbst, dass Besonderheiten, Merkmale, Ausgestaltungen und Ausführungsformen sowie Vorteile oder dergleichen, welche nachfolgend - zu Zwecken der Vermeidung von unnötigen Wiederholungen - nur zu einem Erfindungsaspekt ausgeführt werden, selbstverständlich in Bezug auf die übrigen Erfindungsaspekte entsprechend gelten, ohne dass es einer ausdrücklichen Erwähnung bedarf.
Weiterhin versteht es sich von selbst, dass bei der nachfolgenden Angabe von Werten, Zahlen und Bereichen die diesbezüglichen Werte-, Zahlen- und Bereichsangaben nicht beschränkend zu verstehen sind; es versteht sich für den Fachmann vielmehr von selbst, dass einzelfallbedingt oder anwendungsbezogen von den angegebenen Bereichen bzw. Angaben abgewichen werden kann, ohne dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist.
Zudem gilt, dass alle im Folgenden genannten Werte- bzw. Parameterangaben oder dergleichen grundsätzlich mit genormten bzw. standardisierten oder explizit angegebenen Bestimmungsverfahren oder mit dem Fachmann auf diesem Gebiet an sich geläufigen Bestimmungsmethoden ermittelt bzw. bestimmt werden können.
Darüber hinaus versteht es sich von selbst, dass alle gewichts- oder mengenbezogenen Prozentangaben vom Fachmann derart ausgewählt werden, dass in der Summe 100 % resultieren; dies versteht sich jedoch von selbst.
Dies vorausgeschickt, wird im Folgenden die vorliegende Erfindung näher beschrieben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit poröse Kompositpartikel, insbesondere für die Wärmedämmung, erhältlich nach dem nachfolgend geschilderten erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend mindestens ein poröses Trägermaterial, wobei die Poren des porösen Trägermaterials mindestens ein Silica-Aerogel aufweisen, wobei das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus mineralischen-Materialien, wobei die Kompositpartikel absolute Partikelgrößen im Bereich von 0,5 bis 7 mm aufweisen und wobei die Kompositpartikel zumindest an ihrer äußeren Oberfläche hydrophobiert sind, wobei die Kompositpartikel in loser Schüttung eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,012 bis 0,040 W/(mK) aufweisen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Poren des porösen Trägermaterials mit einem Aerogel gefüllt sind. Auf diese Weise wird es möglich, einerseits die Dämmeigenschaften, insbesondere die Wärmedämmeigenschaften, des porösen Trägermaterials durch das Aerogel deutlich zu verbessern, andererseits wird das Aerogel in den Poren des porösen Trägermaterials effektiver vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor mechanischen Belastungen, geschützt.
Die Kompositpartikel nach der vorliegenden Erfindung zeichnen sich durch spezielle physikalische Eigenschaften aus: Ihre mechanischen Eigenschaften entsprechend weitgehend denen des porösen Trägermaterials, wohingegen die Wärmedämmeigenschaften der Kompositpartikel gegenüber dem porösen Trägermaterial deutlich verbessert sind.
Durch die erfindungsgemäßen porösen Kompositpartikel ist es möglich, diffusionsoffene Dämmstoffe zu erzeugen, welche einerseits ein nur geringes Schüttgewicht aufweisen und andererseits hervorragende Wärmedämmeigenschaften besitzen. Durch die Verwendung von mineralischen Trägermaterialien können die erfindungsgemäßen porösen Kompositpartikel darüber hinaus sogar nichtbrennbar ausgebildet sein, so dass eine Behandlung mit umweit- und gesundheitsgefährdenden Brandschutzmitteln vermieden werden kann.
Die porösen Kompositpartikel nach der Erfindung können einerseits in loser Schüttung verwendet werden, wobei sie bei Wahl geeigneter Partikelgrößen, welche eine dichte Schüttung ergeben, hervorragende Dämmeigenschaften aufweisen.
Gleichfalls ist es jedoch auch möglich, die erfindungsgemäßen porösen Kompositpartikel zur Herstellung von Wärmedämmverbundsystemen einzusetzen. Ein weiterer bevorzugter Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen porösen Kompositpartikel sind Dämmputze, in welchen sie zu deutlich verbesserten Wärmedämmeigenschaften führen. Übliche Wärmedämmputze, welche rein mineralisch basierte Dämmstoffe aufweisen, sind zwar mechanisch belastbar, besitzen jedoch oftmals eine nur unzureichende Wärmedämmung, während Dämmputze, denen Aerogel zugemischt wird, mechanisch nicht ausreichend belastbar sind und beispielsweise nicht maschinell auf Fassaden aufgebracht werden können. Die erfindungsgemäßen porösen Kompositpartikel können hingegen wie rein mineralisch basierte Dämmstoffe verwendet und verarbeitet werden.
Unter einem porösen Material sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Materialien zu verstehen, welche Poren, d. h. Hohlräume, aufweisen. Die Poren stehen entweder untereinander und mit der Umgebung in Verbindung, was als offene Poren bzw. Porosität bezeichnet wird, oder sind in sich geschlossen, was als geschlossene Poren bzw. Porosität bezeichnet wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind üblicherweise nur die offenen Poren mit Aerogel gefüllt.
Was die Größe der Kompositpartikel anbelangt, so kann diese naturgemäß in weiten Bereich variieren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kompositpartikel absolute Partikelgrößen im Bereich von 0,5 bis 7 mm, bevorzugt 1 bis 5 mm, besonders bevorzugt 1 bis 3 mm, aufweisen. Kompositpartikel mit den vorgenannten Partikelgrößen verfügen einerseits sowohl in Dämmputzen als auch in loser Schüttung über besonders gute Wärmedämmeigenschaften. Gleichfalls weisen Kompositpartikel, welche auf porösen mineralischen Trägermaterialien basieren, eine besonders gute mechanische Belastbarkeit im vorgenannten Partikelgrößenbereich auf.
Durch die Verwendung rein mineralisch basierter poröser Trägermaterialien besitzen Partikel mit den vorgenannten Partikelgrößen eine besonders hohe Stabilität und bilden Schüttungen, welche hervorragende Wärmedämmeigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäß weisen die Kompositpartikel im Rahmen der vorliegenden Erfindung in loser Schüttung eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,012 bis 0,040 W/(mK), insbesondere 0,015 bis 0,038 W/(mK), vorzugsweise 0,016 bis 0,0,35 W/(mK), bevorzugt 0,018 bis 0,032 W/(mK), besonders bevorzugt 0,020 bis 0,030 W/(mK), auf. Die erfindungsgemäßen porösen Kompositpartikel weisen somit im Vergleich zu rein mineralischen Dämmmaterialien mit bekannt guten Wärmedämmeigenschaften, wie beispielsweise expandiertem Perlit oder expandiertem Vermiculit, deutlich verbesserte Wärmedämmeigenschaften, d. h. eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit, auf.
Was nun die Schüttdichte der erfindungsgemäßen Kompositpartikel anbelangt, so kann diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung in weiten Bereichen variieren. Es wird jedoch bevorzugt, wenn die Kompositpartikel eine Schüttdichte im Bereich von 50 bis 150 kg/m³, insbesondere 60 bis 100 kg/m³, vorzugsweise 70 bis 80 kg/m³, aufweisen. Die porösen Kompositpartikel nach der Erfindung können somit einerseits in loser Schüttung als Dämmmaterialien verwendet werden, andererseits ist es jedoch auch möglich, die porösen Kompositpartikel nach der Erfindung in Dämmstoffe, wie beispielsweise Wärmedämmverbundsysteme oder Dämmputze einzuarbeiten, ohne dass das Gewicht der Dämmstoffsysteme stark ansteigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kompositpartikel zumindest an ihrer äußeren Oberfläche modifiziert, insbesondere hydrophobiert, sind. Durch eine Oberflächenmodifizierung, insbesondere eine Hydrophobierung, kann bei Verwendung rein mineralischer Trägermaterialien die Hydrophilie und somit die Aufnahme von Wasser durch das Trägermaterial begrenzt oder sogar vollständig vermieden werden. Insbesondere wird es in diesem Zusammenhang bevorzugt, wenn die Oberflächenmodifizierung, insbesondere Hydrophobierung, im Rahmen einer Oberflächenmodifizierung bzw. Hydrophobierung des Aerogels durchgeführt wird.
Unter einer Hydrophobierung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Änderung der Grenzflächeneigenschaften, insbesondere des porösen Trägermaterials und des Gelmaterials, speziell des vorzugsweise für die Aerogelherstellung verwendeten Hydrogels, zu verstehen, welche die Wechselwirkung der behandelten Oberfläche mit polaren Stoffen schwächt. Insbesondere ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer Hydrophobierung eine Oberflächenmodifizierung des porösen Trägermaterials und des Gels, insbesondere des Hydrogels, zu verstehen. Im Zuge der Hydrophobierung wird die Oberfläche des porösen Trägermaterials bzw. des Gels, insbesondere des Hydrogels, derart verändert, dass die Wechselwirkung zwischen der Oberfläche und polaren Stoffen, wie beispielsweise Alkoholen oder Wasser, minimiert wird.
Was nun die Oberflächenmodifizierung anbelangt, so können sämtliche aus dem Stand der Technik bekannte und geeignete Maßnahmen zum Einsatz kommen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden jedoch besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn die Oberflächenmodifizierung mittels Aerogelen, Phosphonaten, Sulfonaten, substituierten Aminen, Silanen, Polysiloxanen, Silikonaten, Carbonsäurederivaten, Ethoxylaten, Polyethern, insbesondere Silanen, Silikonaten und Polysiloxanen, vorzugsweise Silanen und Silikonaten, und/oder deren Mischungen erfolgt. Insbesondere durch eine Oberflächenmodifizierung mittels Silanen bzw. Silikonaten oder Polysiloxanen kann eine besonders effektive Hydrophobierung des porösen Trägermaterials erreicht werden.
Eine Oberflächenmodifizierung der porösen Trägermaterialien hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Staubentwicklung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Kompositpartikel deutlich reduziert, vorzugsweise vollständig unterdrückt wird. Dies gilt insbesondere bei Verwendung mineralisch basierter Trägermaterialien, welche üblicherweise zu starker Staubentwicklung neigen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es im Allgemeinen vorgesehen, dass das poröse Trägermaterial in Form von Partikeln vorliegt. Wenn bereits das poröse Trägermaterial in Partikelform vorliegt, kann eine möglichst gleichmäßige Befüllung der Poren des porösen Trägermaterials mit dem Aerogel erfolgen.
Wenn das Trägermaterial in Partikelform vorliegt, so hat es sich bewährt, wenn die Partikel des porösen Trägermaterials absolute Partikelgrößen im Bereich von 0,1 bis 13 mm, insbesondere 0,3 bis 8 mm, vorzugsweise 0,3 bis 5 mm, bevorzugt 0,5 bis 4 mm, besonders bevorzugt 0,5 bis 2 mm, aufweisen. Die Partikelgröße des porösen Trägermaterials ist somit vorzugsweise etwas geringer als die Partikelgröße der Kompositmaterials, d. h. das Aerogel befindet sich sowohl in den Poren des porösen Trägermaterials als auch auf dessen Oberfläche. Vorzugsweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein feinteiliges Trägermaterial verwendet, da so eine möglichst vollständige Durchdringung der Poren des porösen Trägermaterials mit den verwendeten Aerogelen bzw. deren Prekursoren möglich wird. Hierdurch werden die Dämmeigenschaften, insbesondere die Wärmeleitfähigkeiten, der Kompositpartikel entscheidend verbessert.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das poröse Trägermaterial Poren mit Porengrößen im Bereich von 0,05 µm bis 2 mm, insbesondere 0,1 µm bis 1 mm, vorzugsweise 0,5 µm bis 0,8 mm, bevorzugt 1 µm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 2 µm bis 0,2 mm, aufweist. Poren mit Größen in den vorgenannten Bereichen spielen insbesondere bei der Wärmeleitfähigkeit der Materialien eine große Rolle, weshalb es wichtig ist, dass gerade diese Poren mit Aerogel gefüllt sind. Darüber hinaus lassen sich insbesondere Poren der vorgenannten Porengrößen besonders leicht und effizient mit Aerogel befüllen. Poren mit geringen Porengrößen spielen jedoch für die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Materialien eine nur geringfügige Rolle. Größere Poren sollten hingegen möglichst nicht vorhanden sein, da sie die Stabilität der erfindungsgemäßen Kompositmaterialien verringern.
Üblicherweise wird bei Poren zwischen Mikroporen, Mesoporen und Makroporen unterschieden. Der Begriff der Mikroporen bezeichnet solche Poren mit Porendurchmessern bis zu 20 Å einschließlich, wohingegen der Begriff der Mesoporen solche Poren mit Porendurchmessern von 20 Å bis 50 Å einschließlich bezeichnet und der Begriff der Makroporen solche Poren mit Porendurchmessern > 50 Å bezeichnet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommt es somit vornehmlich auf die Makroporen des porösen Trägermaterials an. Das erfindungsgemäß eingesetzte poröse Trägermaterial kann und wird neben den Makroporen auch Mikro- und Mesoporen aufweisen, welche jedoch für die Wärmeleitfähigkeit und somit die Wärmedämmeigenschaften der Kompositpartikel nur eine untergeordnete Rolle spielen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das poröse Trägermaterial aus einer Vielzahl geeigneter Materialien ausgewählt sein. Es werden jedoch besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe von vulkanischem Gestein, Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Styropor, Tuff, Blähglimmer, Lavakies, Lavasand, Schaumkunststoffen und deren Mischungen.
Dabei hat es sich besonders bewährt, wenn das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus mineralischen bzw. silkatbasierten Materialien, insbesondere vulkanischem Gestein, Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Tuff, Blähglimmer, Lavakies, Lavasand, und deren Mischungen. Ganz besonders bevorzugt wird es in diesem Zusammenhang, wenn das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Tuff, Blähglimmer und deren Mischungen, wobei die besten Ergebnisse mit Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, und Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, vorzugsweise Perlit, besonders bevorzugt expandiertem Perlit, erhalten werden. Die mineralischen bzw. silikatbasierten Trägermaterialien besitzen eine hohe Kompatibilität zu den oftmals gleichfalls silikatbasierten Aerogelen und können mit diesen besonders beständige und dauerhafte Bindungen eingehen. Darüber hinaus verfügen insbesondere die expandierten bzw. geblähten mineralischen bzw. silikatbasierten Trägermaterialien über eine geringe Dichte, so dass sie problemlos in eine Vielzahl von Dämmmaterialien eingearbeitet werden können.
Vorzugsweise weisen die Kompositpartikel im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Brennbarkeit A1 oder A2 gemäß DIN 4102 auf. Die porösen Kompositpartikel der vorliegenden Erfindung sind somit vorzugsweise nichtbrennbar, was einen weiteren Vorteil gegenüber gebräuchlich organischen Dämmstoffen, seien sie natürlichen oder synthetischen Ursprungs, bedeutet. Insbesondere kann bei Verwendung mineralischer Trägermaterialien üblicherweise vollkommen auf eine Behandlung mit Brandschutzmitteln verzichtet werden.
Was das Aerogel anbelangt, welches im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um in die Poren des porösen Trägermaterials eingelagert zu werden, so kann nahezu jedes Aerogel verwendet werden. Es hat sich jedoch bewährt, wenn Silica-Aerogele eingesetzt werden, insbesondere da diese besonders gute und dauerhafte Bindungen zu den porösen Trägermaterialien, insbesondere Gesteinen mit Silkatanteil, aufbauen können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist das Aerogel üblicherweise eine Schüttdichte von 0,05 bis 0,30 g/cm³, insbesondere 0,08 bis 0,25 g/cm³, vorzugsweise 0,10 bis 0,22 g/cm³, bevorzugt 0,12 bis 0,20 g/cm³, auf.
Was den Porendurchmesser des verwendeten Aerogels anbelangt, so kann dieser naturgemäß in weiten Bereichen variieren. Es hat sich jedoch bewährt, wenn das Aerogel einen mittleren Porendurchmesser von 10 bis 300 nm, insbesondere 40 bis 250 nm, vorzugsweise 60 bis 220 nm, bevorzugt 100 bis 200 nm, besitzt. In diesem Zusammenhang kann es gleichfalls vorgesehen sein, dass das Aerogel einen mittleren Porendurchmesser von weniger als 300 nm, insbesondere weniger als 250 nm, vorzugsweise weniger als 220 nm, bevorzugt weniger als 200 nm, besitzt. Aerogele mit mittleren Porendurchmessern in den vorgenannten Bereichen besitzen besonders gute Wärmedämmeigenschaften und sind gleichzeitig ausreichend mechanisch stabil.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das Aerogel hydrophobiert ist. Es wird somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn sowohl das Aerogel als auch das poröse Trägermaterial bzw. das poröse Kompositmaterial hydrophobiert sind, um eine Wasseraufnahme möglichst zu vermeiden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Aerogel einen Kontaktwinkel mit Wasser von 100 bis 170°, insbesondere 130 bis 165°, vorzugsweise 140 bis 165°, auf.
Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn das Aerogel auf dem porösen Trägermaterial und/oder in den Poren des porösen Trägermaterials, vorzugsweise in den Poren des porösen Trägermaterials, gebildet wird. Durch eine Bildung des Aerogels auf bzw. in dem porösen Trägermaterial wird eine besonders gute Durchdringung der Poren des Trägermaterials mit dem Aerogel erreicht, wodurch einerseits die Wärmedämmeigenschaften der resultierenden Kompositpartikel optimiert werden und andererseits das in den Poren eingelagerte Aerogel optimal geschützt und besonders gut an die Oberfläche des porösen Trägermaterials gebunden ist.
In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn das Aerogel mittels eines Sol-Gel-Verfahrens erhalten wird. D. h. die erfindungsgemäßen Kompositpartikel sind erhältlich, indem ein Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung von Silica-Aerogelen in Gegenwart des porösen Trägermaterials durchgeführt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Herstellung des Aerogels eine in situ-Hydrophobierung erfolgt. Eine in situ-Hydrophobierung bei der Herstellung des Aerogels führt einerseits dazu, dass ein hydrophobiertes Aerogel erhalten wird, andererseits wird auch die Oberfläche des porösen Trägermaterials in nur einem Arbeitsgang gleichfalls hydrophobiert. Dies ist insbesondere bei Verwendung mineralisch basierter poröser Trägermaterialien, welche eine hohe Hydrophilie aufweisen, vorteilhaft.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Kompositpartikeln der zuvor beschriebenen Art zur Herstellung von Baumaterialien, insbesondere von Dämmmaterialien, wie Dämmputzen, Dämmplatten oder Wärmedämmverbundsystemen.
Die erfindungsgemäßen Kompositpartikel eignen sich in hervorragender Weise zum Einsatz in Dämmsystemen jeglicher Art und können dort insbesondere als Ersatz für Kunststoffe oder rein mineralisch basierte Dämmstoffe eingesetzt werden.
Für weitergehende Einzelheiten zu diesem Erfindungsaspekt kann auf die vorangehenden Ausführungen zu den erfindungsgemäßen Kompositpartikeln verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von porösen Kompositpartikeln, insbesondere für die Wärmedämmung, wobei auf einem porösen Trägermaterial und in den Poren eines porösen Trägermaterials, ein Silica-Aerogel gebildet wird, wobei das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus mineralischen Materialien, wobei das Aerogel mittels eines Sol-Gel-Verfahrens gebildet wird, wobei während der Bildung des Gels eine in situ-Hydrophobierung des Gels durchgeführt wird, wobei das Gel in Gegenwart des Hydrophobierungsmittels gebildet wird und wobei das gewichtsbezogene Verhältnis von Solpartikeln zu Hydrophobierungsmittel im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 3 variiert wird.
Wie zuvor bereits ausgeführt, erlaubt die Bildung bzw. Herstellung des Aerogels auf bzw. in dem porösen Trägermaterial eine besonders innige Verbindung zwischen Trägermaterial und Aerogel, welche mit besonders guten Wärmedämmeigenschaften der resultierenden Kompositpartikel einerseits und einem besonders guten Schutz des Aerogels andererseits einhergeht. Darüber hinaus wird durch die Bildung des Aerogels auf bzw. in dem porösen Trägermaterial auch eine möglichst weitgehende Durchdringung des porösen Trägermaterials mit dem Aerogel erreicht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Aerogel mittels eines Sol-Gel-Verfahrens gebildet wird.
Insbesondere durch die Synthese von Aerogelen nach dem Sol-Gel-Verfahren lässt sich eine nahezu vollständige Durchdringung des porösen Trägermaterials mit dem Aerogel erzielen.
Im Rahmen des Sol-Gel-Verfahrens werden Vorläufersubstanzen, sogenannte Prekursoren durch Solvolyse oder Hydrolyse in die entsprechenden Lösungen oder Dispersionen bzw. kolloidalen Lösungen, das sogenannte Sol, überführt. Aus dem Sol entstehen durch Polymerisationsreaktionen, insbesondere Kondensationsreaktionen, hochpolymere Makromoleküle, das sogenannte Gel. Wenn die Synthese in wässriger Phase stattfindet, werden das Sol und das Gel auch als Hydrosol und Hydrogel bezeichnet. Mit Sol-Gel-Verfahren sind insbesondere polymere Materialien auf Basis nichtmetallischer anorganischer sowie metallischer Materialien zugänglich. Durch Entfernung des Lösemittels aus dem Gel bzw. Hydrogel wird dann das Aerogel erhalten.
In diesem Zusammenhang kann es vorgesehen sein, dass zur Bildung des Aerogels das poröse Trägermaterial mit einem Sol, insbesondere einem Hydrosol, in Kontakt gebracht, insbesondere versetzt, wird, insbesondere nachdem die Bildung eines Gels aus dem Sol bereits begonnen hat.
Die Bildung des Gels aus dem Sol erfolgt, nachdem die Reaktionsbedingungen für eine Polymerisation entsprechend eingestellt worden sind, d. h. insbesondere bei Silica-Aerogelen der pH-Wert einer Silikatlösung im sauren Bereich eingestellt worden ist. Die Bildung des Gels aus dem Sol ist insbesondere bei Raumtemperatur oftmals ein relativ langwieriger Prozess mit geringer Reaktionsgeschwindigkeit, weshalb nach Einstellung der Kondensationsbedingungen für die Bildung des Gels bei Raumtemperatur mehrere Stunden verbleiben, um das Sol derart auf das poröse Trägermaterial einwirken zu lassen, dass das poröse Trägermaterial vollständig von dem Sol durchdrungen wird. Nach Erreichung einer vollständigen oder nahezu vollständigen Durchdringung des porösen Trägermaterials durch das Sol kann dann, beispielsweise durch Temperaturerhöhung, die Reaktionsgeschwindigkeit zur Bildung des Gels erhöht werden, so dass das gewünschte Endprodukt erhalten wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich bewährt, wenn das Sol zu einem Zeitpunkt mit dem porösen Trägermaterial in Kontakt gebracht wird, bei welchen das Sol nur noch zum Gel altern muss, d. h. nur noch die Polymerisationsreaktion vollzogen werden muss.
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das poröse Trägermaterial mit dem Hydrosol getränkt wird. Das Sol dringt folglich in sämtliche Poren, insbesondere in die Makroporen, des porösen Trägermaterials ein und füllt diese vollständig aus.
Gleichermaßen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn nach Inkontaktbringen bzw. Durchdringen des Trägermaterials mit dem Sol das Sol zu einem Gel umgesetzt wird. Dieser Prozess wird auch als „altern“ bezeichnet und beschreibt den Vorgang der Polymerisations- bzw. Kondensationsreaktionen der einzelnen Moleküle des Sols zu Makromolekülen.
Das erhaltene Gel, insbesondere Hydrogel, muss anschließend noch zum Aerogel getrocknet werden. Dies kann beispielsweise in einem Autoklaven unter überkritischen Bedingungen erfolgen. Auch ist die Überführung von Hydrogelen in Alkogele durch Lösemittelaustausch, insbesondere von Wasser gegen Alkohol, möglich, was eine Entfernung des Lösemittels unter schonenderen Bedingungen, jedoch gleichfalls im überkritischen Bereich, erlaubt. Auch das Ersetzen des Lösemittels bzw. der Lösemittelgemische durch Kohlendioxid und eine nachfolgende überkritische Trocknung ist möglich. Diese Varianten sind zwar alle technisch möglich, jedoch apparativ aufwendig und daher nicht kostengünstig durchführbar, weshalb sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung weniger bevorzugt sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, dass das Hydrogel hydrophobiert wird. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn das Hydrogel durch Behandlung, insbesondere chemische Reaktion, mit mindestens einem Hydrophobierungsmittel hydrophobiert wird. Eine Hydrophobierung des Aerogels ermöglicht einen Austausch von polaren Lösemitteln, insbesondere Wasser, gegen weniger polare Lösemittel, welche dann unter erhöhter Temperatur und/oder vermindertem Druck entfernt werden können, ohne dass eine Trocknung im überkritischen Bereich notwendig wäre. Darüber hinaus hat eine Hydrophobierung des Aerogels den weiteren Vorteil, dass durch die Poren des porösen Trägermaterials keine Feuchtigkeit, insbesondere kein flüssiges Wasser, in die Kompositpartikel einbringen kann. In diesem Zusammenhang wird es besonders bevorzugt, wenn die äußere Oberfläche des porösen Trägermaterials, welche nicht mit Aerogelen besetzt ist, gleichfalls hydrophobiert wird.
Erfindungsgemäß wird während der Bildung des Gels eine Hydrophobierung, insbesondere eine in situ-Hydrophobierung, des Gels durchgeführt. Eine in situ-Hydrophobierung des Gels ermöglicht es, die Oberfläche bzw. die Porenstruktur des Aerogels derart auszubilden, dass die Wechselwirkung mit polaren Stoffen, insbesondere Wasser, derart geschwächt wird, dass eine Entfernung dieser polaren Stoffe durch Erhitzen bzw. Verwendung von Vakuum möglich wird, ohne dass die Aerogel-Struktur zerstört wird. Dies ermöglicht es bei Auswahl geeigneter Hydrophobierungsmittel, die gesamte Aerogelsynthese in wässrigem Medium durchzuführen. Darüber hinaus wird durch eine in situ-Hydrophobierung des Aerogels auch eine gleichzeitige Hyrophobierung der Oberfläche des porösen Trägermaterials erreicht.
Durch eine Hydrophobierung kann - wie zuvor ausgeführt - die Wechselwirkung zwischen Oberflächen des Gels und polaren Stoffen, wie beispielsweise Alkoholen oder Wasser, derart geschwächt werden, dass bei Trocknung ein problemloses Entfernen des Löse- bzw. Dispersionsmittels möglich wird, ohne dass die Aerogel-Struktur zerstört wird. Dies ist ungewöhnlich, da insbesondere bei der Herstellung von Silica-Aerogelen, in der Regel ein langwieriger Lösemittelaustausch von Alkohol oder Wasser gegen unpolarere Lösemittel vorgenommen werden muss, um eine vollständige Entfernung der Löse- und Dispersionsmittel zu erzielen. Wird hingegen versucht, das Hydrogel zu trocknen, so wird die Porenstruktur des Gels durch die hohen Kapillarkräfte zerstört. Oftmals muss sogar das gewonnene Hydrogel durch Lösemittelaustausch mit Alkoholen erst in einen Alkogel überführt werden, ehe weitere Lösemittelwechsel durchgeführt werden können, welche schließlich zu einer Durchdringung der porösen Struktur des Gels mit Lösemitteln führen, die problemlos aus dem Gel entfernt werden können, so dass ein Aerogel erhalten wird. Durch eine in situ-Hydrophobierung bzw. eine Hydrophobierung während der Bildung des Gels wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine effiziente Hydrophobierung auch der inneren Grenz- bzw. Oberflächen, insbesondere der Poren, des Aerogels erreicht, so dass eine weitgehend zerstörungsfreie Entfernung von Wasser aus dem Porensystem des Aerogels möglich wird.
Erfindungsgemäß wird das Gel in Gegenwart des Hydrophobierungsmittels gebildet.
Besonders gute Ergebnisse werden dabei erhalten, wenn das Hydrophobierungsmittel ausgewählt ist aus Phosphonaten, Sulfonaten, substituierten Aminen, Silanen, Polysiloxanen, Silikonaten, Carbonsäurederivaten, Ethoxylaten, Polyethern, insbesondere Silanen, Polysiloxanen und Silikonaten, sowie deren Mischungen. Insbesondere bei Verwendung von Silanen, Silikonaten und Polysiloxanen, vorzugsweise Silanen und Silikonaten, als Hydrophobierungsmittel ist eine besonders gleichmäßige Einarbeitung in das sich bildende Gelmaterial, insbesondere in Silica-Hydrogele, möglich, wodurch eine wirkungsvolle Oberflächenmodifizierung sämtlicher, d. h. auch innerer, Oberflächen des Gels erreicht werden kann. Dieser Effekt ist insbesondere bei Silanen und Silikonaten besonders ausgeprägt. Darüber hinaus eignen sich Silane, Silikonate und Polysiloxane auch in hervorragender Weise zur Oberflächenmodifizierung, insbesondere Hydrophobierung, von mineralischen bzw. silikatbasierten porösen Trägermaterialien, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eingesetzt werden.
Wenn im Rahmen der vorliegenden ein Polysiloxan als Hydrophobierungsmittel verwendet wird, kann dessen chemische Natur in weiten Bereichen variieren. In diesem Zusammenhang wird es bevorzugt, wenn ein Polysiloxan mit reaktiven funktionellen Gruppen, insbesondere ausgewählt aus Hydroxyfunktionen, Aminen und/oder Carbonsäuren, eingesetzt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich insbesondere bewährt, wenn ein Polysiloxan mit einer gewichtsmittleren Molmasse M_w im Bereich von 250 bis 50.000 g/mol, insbesondere 300 bis 30.000 g/mol, vorzugsweise 400 bis 20.000 g/mol, bevorzugt 450 bis 10.000 g/mol, besonders bevorzugt 500 bis 5.000 g/mol, eingesetzt wird.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Silan als Hydrophobierungsmittel eingesetzt wird, so kann dessen chemische Natur gleichfalls in weiten Bereichen variieren. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn ein Silan der allgemeinen Formel I

R¹ _nSiR² _4-n (I)

mit

n	=	1 bis 3, insbesondere 1 oder 2, vorzugsweise 1;
R¹	=	C₁- bis C₃₀-Alkyl und/oder C₆- bis C₃₀-Aryl,
		insbesondere C₂- bis C₂₀-Alkyl und/oder C₆- bis C₂₀-Aryl,
		vorzugsweise C₃- bis C₂₀-Alkyl und/oder C₆- bis C₂₀-Aryl,
		bevorzugt C₄- bis C₁₅-Alkyl und/oder C₆- bis C₁₅-Aryl,
		besonders bevorzugt C₅- bis C₁₂-Alkyl und/oder C₆- bis C₁₂-Aryl,
		ganz besonders bevorzugt C₅- bis C₁₂-Alkyl; und
R²	=	Halogenid, insbesondere Chlorid, Bromid und/oder lodid,
		OX mit X	=	Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Polyether und/oder Carbonsäurederivat, insbesondere Alkyl, vorzugsweise C₁- bis C₈-Alkyl, bevorzugt C₂- bis C₄-Alkyl;

verwendet wird. Besonders bevorzugt wird es dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung wenn R² OX entspricht.

Für den Fall, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Silikonat als Hydrophobierungsmittel eingesetzt wird, so kann eine Vielzahl von Silikonaten verwendet werden. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn ein Silikonat der allgemeinen Formel II

HO-[Si(R)(OM)-O-]_nH (II)

mit

n	=	1 bis 6, insbesondere 1 bis 3, vorzugsweise 1;
R	=	C₁- bis C₁₀-Alkyl und/oder C₆- bis C₁₅-Aryl,
		insbesondere C₁- bis C₈-Alkyl und/oder C₆- bis C₁₂-Aryl,
		vorzugsweise C₁- bis C₆-Alkyl und/oder C₆- bis C₁₀-Aryl,
		bevorzugt C₁- bis C₄-Alkyl,
		besonders bevorzugt C₁- bis C₃-Alkyl; und
M	=	einwertiges Metall,
		insbesondere Alkalimetall, vorzugsweise Natrium oder Kalium;

verwendet wird. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn das Hydrophobierungsmittel ausgewählt ist aus Natriummethylsilikonat, Kaliummethylsilikonat, Natriumpropylsilikonat und Kaliumpropylsilikonat.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es darüber hinaus bevorzugt, wenn ein vorsichtiges Mischen zwischen dem porösen Trägermaterial und dem Sol unter geringer bis mittlerer Scherbeanspruchung stattfindet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Durchführung des Verfahrens nur ein Löse- oder Dispersionsmittel verwendet. Unter einem Löse- oder Dispersionsmittel sind dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung flüssige Medien zu verstehen, welche imstande sind, chemische Verbindungen, insbesondere Salze, zu lösen bzw. zu dispergieren. Lösemittel bewirken dabei eine Trennung einzelner Bestandteile chemischer Stoffe, d. h. die Stoffe werden auf molekularer Ebene in Einzelmoleküle bzw. in einzelne Bestandteile, wie beispielsweise Ionen, getrennt und dann in Lösung überführt, wobei die einzelnen Bestandteile dauerhaft separiert bleiben und makroskopisch und mikroskopisch als homogenes Einphasensystem wirken. Unter einer Dispersion ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Zweiphasengemisch zu verstehen, bei welchem eine erste Phase mit dem zu dispergierenden Stoff, die sogenannte diskontinuierliche Phase, in einer zweiten Phase, dem Dispersionsmittel bzw. der kontinuierlichen Phase, fein verteilt, insbesondere homogen verteilt, vorliegt. Der Übergang von Lösungen zu Dispersionen ist jedoch fließend, so können beispielsweise kolloidale Lösungen weder eindeutig den Lösungen noch den Dispersionen zugerechnet werden. Auch bei „Lösungen“ von hochpolymeren Makromolekülen ist nicht eindeutig bestimmbar, ob eine Lösung oder eine Dispersion vorliegt.
Die Verwendung nur eines Lösemittels im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfacht die Verfahrensführung ganz erheblich, da bei der Herstellung von Aerogelen, insbesondere von Silica-Aerogelen, oftmals mehrere Lösemittelwechsel vorgenommen werden müssen. Ein mehrmaliger Lösemittelwechsel führt einerseits zu einem verfahrenstechnisch erhöhten Aufwand, andererseits wird auch die Entsorgung der Lösemittelreste bzw. Dispersionsmittelreste deutlich erschwert, da diese oftmals getrennt gesammelt und entsorgt werden müssen.
Im Allgemeinen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Löse- oder Dispersionsmittel ein polares Löse- oder Dispersionsmittel, insbesondere ein polares protisches Löse- oder Dispersionsmittel, verwendet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich bewährt, wenn das Löse- oder Dispersionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe von Alkoholen, insbesondere C₁- bis C₈-Alkoholen, Aminen und Wasser, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol und Wasser, vorzugsweise Ethanol und Wasser. Besonders bevorzugt wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn das Löse- oder Dispersionsmittel Wasser ist. Ein Vorteil der Verwendung von Wasser ist, dass es weder giftig noch unter den Gesichtspunkten des Umweltschutzes bedenklich ist. Darüber hinaus ist Wasser nichtbrennbar und problemlos zu entsorgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von porösen Kompositmaterialien, insbesondere wie zuvor beschrieben, wobei

(a) in einem ersten Verfahrensschritt ein poröses Trägermaterial mit einem Sol, insbesondere einem Hydrosol, in Kontakt gebracht wird, insbesondere getränkt wird; und
(b) in einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt das Sol zu einem Gel, insbesondere einem Hydrogel, umgesetzt wird.

Auf diese besondere und bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die zuvor geschilderten Verfahrensparameter und Merkmale uneingeschränkt gleichermaßen angewendet werden, d. h. die zuvor beschriebenen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens können in uneingeschränkter Art und Weise auch für die geschilderte besondere Ausführungsform gelten.
Üblicherweise wird in einem vorbereitenden, den Verfahrensschritt (a) vorgelagerten, Verfahrensschritt mindestens ein Sol, insbesondere ein Hydrosol, hergestellt.
Im Allgemeinen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Sol aus einer Lösung oder Dispersion mindestens eines Prekursors hergestellt. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Lösung oder Dispersion den Prekursor in Mengen von 0,01 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,75 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die Lösung oder Dispersion, enthält. In den zuvor genannten Konzentrationsbereichen wird eine besonders gleichmäßige Polymerisation bzw. Kondensation der Solmoleküle bzw. -partikel erreicht, so dass ein besonders homogenes Gel, insbesondere Hydrogel, erhalten wird.
Das Sol, insbesondere das Hydrosol, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus einer Vielzahl von möglichen Prekusorverbindungen hergestellt werden. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn ein Hydrosol auf Basis von Monokieselsäure und/oder kolloidaler Kieselsäure aus einer Alkalisilikat-Lösung, insbesondere Natriumsilikat-Lösung, als Prekursor hergestellt wird.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Hydrosol aus einer Alkalisilikat-Lösung hergestellt wird, so hat es sich bewährt, wenn das Hydrosol durch Umsetzung der Alkalisilikat-Lösung mit Mineralsäuren, insbesondere Salzsäure, Salpetersäure und/oder Schwefelsäure, oder durch lonenaustausch, vorzugsweise durch lonenaustausch, hergestellt wird.
Besonders gute Ergebnisse werden in diesem Zusammenhang erhalten, wenn der lonenaustausch mit einem stark sauren Kationenaustauscherharz, insbesondere einem sulfonierten Polystyrolharz, vorzugsweise einem sulfonierten divinylbenzolvernetzten Polystyrolharz, durchgeführt wird. Die Verwendung von Ionenaustauschern, insbesondere auf Basis von sulfonierten divinylbenzolvernetzten Polystyrolharzen, führt zu besonders reinen Hydrosolen, welche nahezu frei sind von Salzen, insbesondere störenden Ionen, welche die Polymerisation des Aerogels behindern bzw. zu Fehlstellen im Gel führen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich bewährt, wenn das Sol nach seiner Herstellung einen pH-Wert im Bereich von 1 bis 6, insbesondere 2 bis 4, vorzugsweise 2 bis 3, aufweist. Gleichermaßen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung gute Ergebnisse erhalten, wenn das Sol einen pH-Wert von weniger als 6, insbesondere weniger als 4, insbesondere weniger als 3, aufweist. Mit den vorgenannten pH-Werten wird eine besonders homogene Verteilung von nach Möglichkeit niedermolekularen Solmolekülen bzw. -partikeln erzielt.
Darüber hinaus ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, wenn das Sol eine Leitfähigkeit bei 20 °C von höchstens 1.500 µS/cm, insbesondere höchstens 1.000 µS/cm, vorzugsweise höchstens 800 µS/cm, aufweist. Gleichfalls werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das Sol eine Leitfähigkeit bei 20°C im Bereich von 100 bis 1.500 µS/cm, insbesondere 200 bis 1.000 µS/cm, vorzugsweise 300 bis 800 µS/cm, aufweist. Geringe Leitfähigkeitswerte zeigen an, dass das Sol weitgehend frei ist von Ionen, insbesondere von Fremdionen, welche die anschließende Polymerisation bzw. Kondensation zum Gel negativ beeinflussen.
Üblicherweise wird Verfahrensschritt (a) bei Raumtemperatur oder in einem Temperaturbereich von 20 bis 30 °C durchgeführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der pH-Wert des Sols im Bereich von 3,5 bis 7, insbesondere 3,5 bis 6,5, vorzugsweise 4 bis 6, bevorzugt 4 bis 5 eingestellt. Im vorgenannten Bereich findet eine besonders gleichmäßige und kontrollierte Polymerisation bzw. Kondensation des Sols zum Gel, insbesondere von Silica-Hydrosolen zu Hydrogelen, statt. Was nun die Einstellung des pH-Wertes, insbesondere in Verfahrensschritt (a), anbelangt, so kann diese auf vielfältige Art und Weise erfolgen. Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch erhalten, wenn der pH-Wert durch Zugabe einer Base, insbesondere durch Zugabe von Natronlauge, Kalilauge und/oder wässriger Ammoniak-Lösung, vorzugsweise wässriger Ammoniak-Lösung, eingestellt wird. Die Verwendung von Ammoniak-Lösung hat insbesondere den Vorteil, dass die entstehenden Ammoniumionen die Polymerisation bzw. Kondensation des Sols zum Gel nicht negativ beeinflussen und darüber hinaus nicht in die Gelstruktur eingebaut werden, wie beispielsweise Natrium- oder Kaliumionen.
Gleichfalls kann es vorgesehen sein, dass der pH-Wert durch Zugabe von Säure, insbesondere einer Mineralsäure, vorzugsweise Salzsäure, eingestellt wird. Eine Einstellung des pH-Werts durch Zugabe von Säuren ist insbesondere kann insbesondere notwendig sein, wenn stark basische Hydrophobierungsmittel verwendet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, wenn in Verfahrensschritt (a) das Sol mit mindestens einem Hydrophobierungsmittel in Kontakt gebracht, insbesondere versetzt, wird.
Im Allgemeinen wird das Hydrophobierungsmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Form einer Lösung oder Dispersion, insbesondere einer wässrigen Lösung oder Dispersion, eingesetzt. Was in diesem Zusammenhang die Konzentration des Hydrophobierungsmittels in der Lösung oder Dispersion anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn die Lösung oder Dispersion das Hydrophobierungsmittel in Mengen von 1 bis 90 Gew.-%, insbesondere 10 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Lösung oder Dispersion des Hydrophobierungsmittels, enthält.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, dass das gewichtsbezogene Verhältnis von Solpartikeln zu Hydrophobierungsmittel im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 3 variiert wird. In den vorgenannten Verhältnissen werden besonders stabile Aerogele erhalten, welche durch Trocknen problemlos von Lösemittelresten bzw. Dispersionsmittelresten, insbesondere Wasser, befreit werden können. Unter Solpartikeln sind dabei die gelösten bzw. dispergierten Teilchen des Sols, insbesondere der Kieselsäure, zu verstehen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, wenn - insbesondere in Verfahrensschritt (a) - das Sol mit dem Hydrophobierungsmittel in Kontakt gebracht wird bevor das poröse Trägermaterial mit dem Sol in Kontakt gebracht wird. Es hat sich herausgestellt, dass beste Ergebnisse erzielt werden, wenn die Reaktionsmischung zur Herstellung des Gels, insbesondere des Hydrogels, soweit fertiggestellt ist, dass nur noch durch Temperaturerhöhung und Altern die Bildung des Gels abzuwarten bleibt, ehe das vorbereitete Sol mit dem porösen Trägermaterial in Kontakt gebracht wird.
Die Zugabe des Hydrophobierungsmittels zu dem Sol erfolgt vorzugsweise über mehrere Minuten unter leichter Scherbeanspruchung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es darüber hinaus bevorzugt, wenn - insbesondere in Verfahrensschritt (a) - die Einstellung des pH-Wertes erfolgt, nachdem das Sol mit dem Hydrophobierungsmittel in Kontakt gebracht wurde. In diesem Zusammenhang werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn die Einstellung des pH-Wertes 0,1 bis 60 min, vorzugsweise 0,5 bis 30 min, bevorzugt 0,5 bis 15 min, erfolgt, nachdem das Sol mit dem Hydrophobierungsmittel in Kontakt gebracht wurde. Durch eine Einstellung des pH-Wertes wird die Polymerisations- bzw. Kondensationsreaktion im Sol in Gang gesetzt.
Üblicherweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung - insbesondere in Verfahrensschritt (a) - das poröse Trägermaterial zu dem Sol gegeben, insbesondere unter Rühren. Es ist jedoch auch möglich, das Sol vorsichtig zu dem porösen Trägermaterial zuzugeben. Es wird jedoch bevorzugt, das poröse Trägermaterial langsam zu dem Sol zu geben.
Das gewichtsbezogene Verhältnis von porösem Trägermaterial zu Hydrosol liegt üblicherweise im Bereich von 5 : 1 bis 1 : 20, insbesondere 3 : 1 bis 1 : 15, vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 10, bevorzugt 1 : 1 bis 1 : 5.
Was nun die Dauer anbelangt, in welcher das Sol - insbesondere in Verfahrensschritt (a) - und das poröse Trägermaterial in Kontakt gebracht werden, so kann dieser Zeitraum in weiten Bereichen variieren. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn das Sol und das poröse Trägermaterial für mindestens 1 Stunde, insbesondere mindestens 2 Stunden, vorzugsweise mindestens 3 Stunden, bevorzugt mindestens 6 Stunden, in Kontakt gebracht werden. Gleichfalls hat es sich bewährt, wenn das Sol und das poröse Trägermaterial für höchstens 24 Stunden, insbesondere höchstens 18 Stunden, vorzugsweise höchstens 15 Stunden, bevorzugt höchstens 12 Stunden, in Kontakt gebracht werden. In diesem Zusammenhang kann es gleichfalls vorgesehen sein, dass das Sol und das poröse Trägermaterial für einen Zeitraum von 1 bis 24 Stunden, insbesondere 2 bis 18 Stunden, vorzugsweise 3 bis 15 Stunden, bevorzugt 6 bis 12 Stunden, in Kontakt gebracht werden. Die Dauer des Inkontaktbringens ist dabei unter anderem abhängig von der Art des verwendeten Hydrophobierungsmittels, der Korngröße des porösen Trägermaterials sowie der Porenstruktur, insbesondere der Porengrößenverteilung, der porösen Trägermaterials.
Wenn ein Inkontaktbringen des Sols und des porösen Trägermaterials in vorbeschriebenen Zeiträumen durchgeführt wird, so wird eine vollständige Durchdringung des porösen Trägermaterials mit dem Sol gewährleistet, was bei der anschließenden Gelbildung zu einer möglichst vollständigen Befüllung der Poren des porösen Trägermaterials mit Aerogel führt.
Was die Temperatur anbelangt, bei welcher - insbesondere in Verfahrensschritt (a) - das Sol und das poröse Trägermaterial in Kontakt gebracht werden, so kann diese naturgemäß in weiten Bereichen variieren. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn das Sol und das poröse Trägermaterial bei Raumtemperaturin Kontakt gebracht werden. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt wenn das Sol und das poröse Trägermaterial im Temperaturbereich von 15 bis 30 °C, insbesondere 20 bis 25 °C, in Kontakt gebracht weden.
Ein Inkontaktbringen des Sols und des porösen Trägermaterials bei Raumtemperatur hat den Vorteil, dass die Gelbildung nur sehr langsam voranschreitet, so dass das poröse Trägermaterial vollständig von dem Hydrosol durchdrungen werden kann. Eine zu rasche Gelbildung würde verhindern, dass das Sol bzw. Gel weit in die Poren eindringt bzw. auch kleinere Poren ausfüllt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es im Allgemeinen vorgesehen, dass in Verfahrensschritt (b) die Mischung auf Temperaturen im Bereich von 30 bis 90 °C, insbesondere 35 bis 85 °C, bevorzugt 40 bis 80 °C, besonders bevorzugt 50 bis 75 °C, besonders bevorzugt 60 bis 70 °C, erwärmt wird. Eine Erwärmung in Verfahrensschritt (b) ermöglicht eine rasche Gelbildung, insbesondere in den Poren des porösen Trägermaterials.
In diesem Zusammenhang kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Mischung für 1 bis 100 Stunden, insbesondere 5 bis 85 Stunden, vorzugsweise 10 bis 70 Stunden, bevorzugt 20 bis 60 Stunden, besonders bevorzugt 24 bis 48 Stunden, bei der erhöhten Temperatur gehalten wird. Gleichfalls ist es möglich, dass die Mischung für weniger als 100 Stunden, insbesondere weniger als 85 Stunden, vorzugsweise weniger als 70 Stunden, bevorzugt weniger als 60 Stunden, besonders bevorzugt weniger als 48 Stunden, bei der erhöhten Temperatur gehalten wird.
Die vorgenannten Reaktionsdauern reichen üblicherweise aus, um eine vollständige Umsetzung des Sols zum Gel zu erzielen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus üblicherweise vorgesehen, dass in einem auf den Verfahrensschritt (b) folgenden Verfahrensschritt (c) das in Verfahrensschritt (b) erhaltene Hydrogel zu einem Aerogel verarbeitet wird, insbesondere wobei die in Verfahrensschritt (b) erhaltenen ein Gel enthaltenden Partikel isoliert und anschließend getrocknet werden.
Was nun die Trocknung des Gels zu einem Aerogel anbelangt, so kann dieses - wie zuvor ausgeführt - auf vielfältige Art und Weise geschehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es jedoch bevorzugt, wenn die ein Hydrogel aufweisenden Partikel bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 200 °C, insbesondere 30 bis 150 °C, vorzugsweise 40 bis 120 °C, bevorzugt 50 bis 100 °C, getrocknet werden. Gleichfalls werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn die ein Hydrogel aufweisenden Partikel für eine Dauer von 8 bis 72 Stunden, insbesondere 12 bis 60 Stunden, vorzugsweise 24 bis 48 Stunden, getrocknet werden.
Mit den zuvor beschriebenen Verfahren ist es möglich, die erfindungsgemäßen Kompositpartikel zu erhalten.
Für weitergehende Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf die vorhergehenden Ausführungen zu den erfindungsgemäßen Kompositpartikeln und der erfindungsgemäßen Verwendung verwiesen werden, welche in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend gelten.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Dämmstoff, aufweisend Kompositpartikel wie zuvor beschrieben.
Für weitergehende Einzelheiten zu diesem Erfindungsaspekt kann auf die vorangehenden Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf den erfindungsgemäßen Dämmstoff entsprechend gelten.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Baustofftrockenmischung, welche die zuvor beschriebenen Kompositpartikel aufweist.
Für weitergehende Einzelheiten zu diesem Erfindungsaspekt kann auf die vorangehenden Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Baustofftrockenmischung entsprechend gelten.
Ausführungsbeispiele:
Herstellung von porösen Kompositpartikeln
Nachfolgend wird die Synthese der erfindungsgemäßen Kompositpartikel mit dem Verfahren nach der Erfindung beschrieben:

a) Herstellung eines Hydrosols Eine kommerziell erhältliche Natriumsilikat-Lösung wird mit deionisiertem Wasser auf ein Gehalt von ca. 5 Gew.-% Natriumsilikat, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, verdünnt und bei Raumtemperatur durch ein stark saures Kation-Austauscherharz auf Basis von sulfoniertem divinylbenzolvernetztem Polystyrol geleitet. Es wird eines Lösung mit einer Leitfähigkeit von ca. 800 µS/cm erhalten. Es hat somit ein nahezu vollständiger Austausch von Natrium gegen Protonen stattgefunden, so dass ein Hydrosol aus Kieselsäuremolekülen vorliegt.
b) Zugabe des Hydrophobierungsmittels Das Hydrosol wird bei Raumtemperatur mit einer Dispersion von 45 Gew.-% Hexyltriethoxysilan in Wasser versetzt. Hierbei wird ein gewichtsbezogenes Verhältnis von gelösten Solpartikeln, d. h. Ortho-Kieselsäure, zu Silan von 1 : 3 eingestellt. Der pH-Wert der resultierenden Dispersion wird anschließend mit wässriger Ammoniaklösung auf einen Wert von ca. 4,5 eingestellt.
c) Zugabe des porösen Trägermaterials Zu 400 g der unter b) erhaltenen Dispersion werden 50 g expandierter Perlit mit Korngrößen im Bereich von 0,5 bis 6 mm gegeben. Unter gelegentlichem Rühren wird das Gemisch 5 Stunden bei Raumtemperatur belassen, damit das Hydrosol die Porenstruktur des expandierten Pelits vollständig durchdringen kann.
d) Herstellung hydrogelhaltiger Kompositpartikel Die unter c) erhaltene Mischung wird für 24 Stunden auf eine Temperatur von 70 °C erwärmt, wobei sich in den Poren des expandierten Perlits eine pastöse Masse bildet, welche auch auf den Oberflächen der Perlitpartikel eine dünne Schicht bildet.
e) Herstellung von aerogelhaltigen Kompositpartikeln Die in d) erhaltenen hydrogelhaltigen Kompositpartikel werden mittels eines Siebes von überschüssiger Flüssigkeit getrennt. Die Partikel werden in einen Ofen überführt und dort für 42 Stunden bei einer Temperatur von 85 °C getrocknet. Hierdurch wird die Bildung von Aerogelstrukturen in den Poren des expandierten Perlits erzielt, während an der Oberfläche des expandierten Perlits keine Aerogelstrukturen gebildet werden, sondern vielmehr allein eine Hydrophobierungsschicht bzw. eine Schicht aus hydrophobierter Kieselsäure nachzuweisen ist.

Verwendung der porösen Kompositpartikel nach der Erfindung

Die erfindungsgemäßen porösen Kompositpartikel eignen sich in hervorragender Weise zur Verwendung in Dämmstoffen und Wärmedämmsystemen aller Art. Exemplarisch wird nachfolgend die Verwendung der erfindungsgemäßen porösen Kompositpartikel in einem Wärmedämmputz beschrieben.

Es wird ein Putzmörtel aus

hydraulischem Kalk	35 Gewichtsteile,
Weißzement	7 Gewichtsteile,
Kompositpartikeln (expandierter Perlit)	57 Gewichtsteile sowie
Additiven	1 Gewichtsteil

verwendet. Der Putzmörtel besitzt eine Schüttdichte von 250 kg/m³.

50 I des Putzmörtels werden mit 15 I Wasser angemacht, wobei 40 I Frischmörtel erhalten werden.
Nach Trocknung weist der Wärmedämmputz eine Wärmeleitfähigkeit von 0,035 W/(mK) auf.

Claims

Verfahren zur Herstellung von porösen Kompositpartikeln für die Wärmedämmung, wobei auf einem porösen Trägermaterial und in den Poren des porösen Trägermaterials ein Silica-Aerogel gebildet wird, wobei das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus mineralischen Materialien, wobei das Aerogel mittels eines Sol-Gel-Verfahrens gebildet wird, wobei während der Bildung des Gels eine in situ-Hydrophobierung des Gels durchgeführt wird, wobei das Gel in Gegenwart des Hydrophobierungsmittels gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das gewichtsbezogene Verhältnis von Solpartikeln zu Hydrophobierungsmittel im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 3 variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Aerogels das poröse Trägermaterial mit einem Sol, insbesondere einem Hydrosol, in Kontakt gebracht, insbesondere versetzt, wird, insbesondere nachdem die Bildung eines Gels aus dem Sol bereits begonnen hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrophobierungsmittel ausgewählt ist aus Phosphonaten, Sulfonaten, substituierten Aminen, Silanen, Polysiloxanen, Silikonaten, Carbonsäurederivaten, Ethoxylaten, Polyethern, insbesondere Silanen, Silikonaten und Polysiloxanen, vorzugsweise Silanen und Silikonaten, sowie deren Mischungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass (a) in einem ersten Verfahrensschritt ein poröses Trägermaterial mit einem Sol, insbesondere einem Hydrosol, in Kontakt gebracht wird, insbesondere getränkt wird; und (b) in einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt das Sol zu einem Gel, insbesondere einem Hydrogel, umgesetzt wird.
Poröse Kompositpartikel für die Wärmedämmung, erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend mindestens ein poröses Trägermaterial, wobei die Poren des porösen Trägermaterials mindestens ein Silica-Aerogel aufweisen, wobei das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus mineralischen Materialien, wobei die Kompositpartikel absolute Partikelgrößen im Bereich von 0,5 bis 7 mm aufweisen und wobei die Kompositpartikel zumindest an ihrer äußeren Oberfläche hydrophobiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositpartikel in loser Schüttung eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,012 bis 0,040 W/(mK) aufweisen.
Kompositpartikel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositpartikel absolute Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 5 mm, besonders bevorzugt 1 bis 3 mm, aufweisen und/oder dass die Kompositpartikel in loser Schüttung eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,015 bis 0,038 W/(mK), vorzugsweise 0,016 bis 0,0,35 W/(mK), bevorzugt 0,018 bis 0,032 W/(mK), besonders bevorzugt 0,020 bis 0,030 W/(mK), aufweisen.
Kompositpartikel nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophobierung mittels Aerogelen, Phosphonaten, Sulfonaten, substituierten Aminen, Silanen, Polysiloxanen, Silikonaten, Carbonsäurederivaten, Ethoxylaten, Polyethern, insbesondere Silanen, Silikonaten und Polysiloxanen, vorzugsweise Silanen und Silikonaten, und/oder deren Mischungen erfolgte.
Kompositpartikel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Trägermaterial in Form von Partikeln vorliegt, insbesondere wobei die Partikel des porösen Trägermaterials absolute Partikelgrößen im Bereich von 0,3 bis 5 mm, bevorzugt 0,5 bis 4 mm, besonders bevorzugt 0,5 bis 2 mm aufweisen.
Kompositpartikel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Trägermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe von vulkanischem Gestein, Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Tuff, Blähglimmer, Lavakies, Lavasand, und deren Mischungen, vorzugsweise Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Tuff, Blähglimmer und deren Mischungen, bevorzugt Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, und Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, besonders bevorzugt Perlit, insbesondere expandiertem Perlit.
Verwendung von Kompositpartikeln nach einem der Ansprüche 5 bis 9 zur Herstellung von Baumaterialien, insbesondere von Dämmmaterialien, wie Dämmputzen, Dämmplatten oder Wärmedämmverbundsystemen.
Dämmstoff, aufweisend Kompositpartikel nach einem der Ansprüche 5 bis 9.
Baustofftrockenmischung, aufweisend Kompositpartikel nach einem der Ansprüche 5 bis 9.