DE112012005789B4 - Baustoff mit mikroverkapseltem Phasenwechselmaterial, Herstellungsverfahren dafür und Verwendung des Baustoffs - Google Patents

Baustoff mit mikroverkapseltem Phasenwechselmaterial, Herstellungsverfahren dafür und Verwendung des Baustoffs Download PDF

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Abstract

Baustoff in Form- eines Baustoff-Zuschlagstoffs mit an der Außenfläche des Zuschlagstoffes fixierten Mikrokapseln in denen Phasenwechselmaterial verkapselt ist oder- eines Baustoff-Bindemittels, ausgewählt aus Zement und Gips, mit an der Außenfläche der Bindemittelteilchen fixierten Mikrokapseln in denen Phasenwechselmaterial verkapselt ist, wobei die Mikrokapseln mittels eines bei der Herstellung von PCM-Mikrokapseln verwendeten Polymer-Tensids oder mittels eines wasser- oder fettlöslichen Bindemittels an den Bindemittelteilchen fixiert sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Baustoff, der ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial enthält, sowie auf ein Herstellungsverfahren für diesen Baustoff, und insbesondere auf einen Baustoff, der ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial enthält, sowie auf ein Herstellungsverfahren für diesen Baustoff, das das Aufrechterhalten eines Zustands ermöglicht, bei dem mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien in kombinierten Baustoffen zur Verwendung beim Bau von Gebäuden, Straßen und Brücken einheitlich gemischt werden, indem mindestens zwei Arten von Baustoffen gemischt werden, von denen einer einen Baustoff enthält, bei dem ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial durch Anhaften und Fixieren des mikroverkapselten Phasenwechselmaterials an einer Außenfläche eines ausgewählten Baustoffs fixiert wird und daran anhaftet.
  • Stand der Technik
  • In der vorliegenden Erfindung wird als Baustoff ein einzelner Baustoffbestandteil bezeichnet, der für Bauarbeiten verwendet wird, wie Zement, Gips, Kies und Sand. Als Kombinationsbaustoff wird ein Material bezeichnet, das für Bauarbeiten verwendet wird, wie etwa Trockenmörtel, Fertigbeton, Beton, Mörtel, Gips(karton)platten, Gipsmörtel, Faserplatten, Magnesiumplatten und Zementplatten, die mit einer Kombination der Baustoffe ausgebildet sind.
  • Zum Bauen eines Hauses, zum Herstellen eines Straßenbelags oder zum Bauen einer Brücke werden Trockenmörtel, Fertigbeton, Beton und Asphalt als tyischer Kombinationsbaustoff verwendet und hitzebeständige und isolierende Platten wie etwa Gips(karton)platten, Gipsmörtel, sowie Magnesiumplatten, Faserplatten oder Zementplatten finden häufig in der Herstellung von Kombinationsbaustoffen Verwendung.
  • Als solcher Kombinationsbaustoff werden Baustoffe wie Sand, Zement, Zuschläge, Zusätze, Gips und Putz einzeln verwendet oder es wird ein Kombinationsbaustoff aus mindestens zwei Arten von Baustoffen verwendet, die durch Mischen in einem geeigneten Verhältnis kombiniert werden.
  • Trockenmörtel, einer der typischen Kombinationsbaustoffe, wird beim Bau des unteren Teils eines Hauses oder Gebäudes verwendet und zur Verwendung für Putzarbeiten oder Konstruktionsarbeiten sind viele Baustoffe wie Zement, Sand und andere Zusatzmittel durch Mischen und Verpacken erhältlich, und auf einer Baustelle kann der Trockenmörtel nur durch Mischen mit Wasser in einem vorgegebenen Verhältnis ganz einfach verwendet werden, und Fertigbeton und Beton werden mit Wasser und einem Baustoff gemischt, der mit Zement, Sand, Kies und einem Zusatzmittel ausgebildet ist und an die gewünschte Stelle gegossen.
  • Beim Bauen unter Verwendung eines Kombinationsbaustoffs wie etwa Trockenmörtel, Fertigbeton oder Beton ergibt sich beim vergossenen Mörtel und Beton, wenn eine Vielzahl von Baustoffen, aus denen Mörtel und Beton bestehen, trocken gemischt werden und Wasser mit der Vielzahl von Baustoffen gemischt wird, und wenn der Mörtel und Beton in fließfähigem Zustand an die gewünschte Stelle gegossen und gleichmäßig verteilt wird, beim natürlichen Trocknen und Abbinden eine ausreichende Festigkeit ohne das Auftreten von Rissen.
  • Heute werden weltweit Anstrengungen unternommen, um die globale Erwärmung aufgrund der Emission von Treibhausgasen (THG) wie Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) infolge der Aktivitäten des Menschen zu verhindern.
  • Deshalb wurde die Klimarahmenkonvention (United Nations Framework Convention On Climate Change, UNFCCC) im Jahr 1992 verabschiedet, und seitdem hat jedes Land eigene Gegenmaßnahmen und Verfahrensweisen festgelegt und bis heute laufend am Klimaschutz gearbeitet. Nachdem das Kyoto-Protokoll von 1997, das als besonderer Umsetzungsplan der UNFCCC vorgeschlagen wurde, bekanntgeben wurde, stieg das internationale Interesse an der Reduktion von Treibhausgasen noch weiter und es ist insbesondere bekannt, dass die Auswirkung von CO2, einem der Treibhausgase , das mit 55% die Hauptursache der Klimaveränderung ist, viel stärker ist als die Auswirkungen anderen Elemente, und dass deshalb Technologien zur Reduzierung von Treibhausgasen, v.a. die Senkung der CO2-Emissionen, als sehr wichtig angesehen werden.
  • Deshalb wurde sogar im Bereich Baustoffe im Hinblick auf Verfahren zur Senkung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen auf der Basis von effizienten Gerätesystemen eine Menge unternommen, um einen Baustoff und ein Bauverfahren zu entwickeln und so gelangen viele neue Technologien zur praktischen Anwendung.
  • Von diesen Technologien sind Materialien und Technologien zur Wärmespeicherung sehr effektiv und könnten als Technologie Beachtung finden. Daher wurde im Bereich Materialforschung ab den späten 80er Jahren des 20. Jahrhunderts immer mehr nach Anwendungsmöglichkeiten für ein Phasenwechselmaterial (nachfolgend „PCM“ genannt) geforscht; dabei handelt es sich um ein innovatives Material zur Temperaturangleichung, das eine Wärmespeicher- und Temperaturangleichungsfunktion erfüllt, jedoch ist in Südkorea diese Entwicklung noch nicht weit vorangeschritten.
  • Die meisten Technologien zur Senkung des Energieverbrauchs mittels PCM sind Technologien, die das äußere Element einer Konstruktion wie etwa das Außenmaterial eines Gebäudes betreffen. Bei den meisten dieser Technologien treten verschiedene Probleme beim Bau und bei der Instandhaltung auf, was wiederum bedeutet, dass sie hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit problematisch sind.
  • Ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines Trockenmörtels, der ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial enthält (nachfolgend PCM-Mikrokapseln), ist in dem koreanischen Patent Nr. 10-0602717 offengelegt.
  • In der herkömmlichen Technik werden die PCM-Mikrokapseln nach der Herstellung der pulverförmigen PCM-Mikrokapseln durch Trocknung mit Trockenmörtel gemischt und verwendet.
  • Wenn jedoch beim herkömmlichen Verfahren in Pulverform erzeugte PCM-Mikrokapseln mit Trockenmörtel oder Trockenbeton gemischt werden, steigen die mit Mörtel oder Beton gemischten PCM-Mikrokapseln während der Abbindezeit aufgrund des unterschiedlichen spezifischen Gewichts in eine obere Schicht auf und verteilen sich dort intensiv, und dadurch zeigt sich in einem gegossenen Boden das Phänomen, dass eine Schicht abblättert, und dass die Druckfestigkeit, Haftfestigkeit und Zugfestigkeit beeinträchtigt wird, und dass durch dieses Ungleichgewicht schwerwiegende Probleme durch Risse und Abbindewärme auftreten. Insbesondere beim Ausbilden einer horizontalen Fläche mit dem Eigengewicht des Trockenmörtels und beim Ausbilden einer flachen Grundfläche mit ausgezeichneter Haltbarkeit hat bei Trockenmörtel, der mit einer sehr großen Wassermenge gemischt wird, ein Phänomen dieser Art schwerwiegende Folgen.
  • Das liegt daran, weil im Beton der Zement eine Dichte von ca. 3,15 aufweist und Sand eine Dichte von ca. 2,6 aufweist, aber das spezifische Gewicht der PCM-Mikrokapseln ca. 0,8 bis 1,0 beträgt, und somit die PCM-Mikrokapseln während des Abbindens nach dem Vergießen in eine obere Schicht schwimmen bzw. aufsteigen und die nach oben gestiegenen PCM-Mikrokapseln eine Schicht in einem oberen Abschnitt bilden und somit die vorgenannten Probleme verursachen:
    • [15a] Aus der JP 2001 098 259 A ist ein Wärmespeichermaterial bekannt, das durch Aushärten einer Mischung aus Wasser, Zement und PCM-Mikrokapseln hergestellt wird und in Materialstücken von 1mm bis 1m geformt wird. Diese Materialstücke werden genutzt um ungenutzte Hohlräume in Gebäuden zu befüllen.
    • [15b] PCM-Mikrokapseln und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise aus der WO 2011/004006 A2 und aus der US 8 535 558 B2 bekannt.
    • [15c] Aus der WO 2007/019890 A1 ist ein Porenbetonstein bekannt, in den PCM-Mikrokapseln eingebunden sind.
  • Genaue Beschreibung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorgenannten Probleme getätigt und stellt einen Baustoff, der ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial umfasst, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung, mit dem Energie gespart, das Phänomen der Kondenswasserbildung reduziert, und die beim Abbinden von Beton auftretende Abbindewärme und das Aufsteigen der PCM-Mikrokapseln in eine obere Schicht des Mörtels oder Betons aufgrund seines spezifischen Gewichts nach dem Vergießen gesteuert werden können, so dass sie sich gleichmäßig verteilen, ohne eine Schicht zu bilden, und der Baustoff seinen gemischten Zustand beibehält, indem die PCM-Mikrokapseln in fließfähigem Zustand durch selektives Einspritzen und Umrühren von Zement, Putz oder einem Bindemittel in mindestens einen Baustoff eingespritzt wird, wobei so erreicht wird, dass sie vollständig miteinander in Kontakt gebracht und getrocknet werden, und dass die PCM-Mikrokapseln fest an einer Oberfläche des Baustoffs anhaften.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Baustoff, der ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial umfasst, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung, mit dem Probleme gelöst werden können, die möglicherweise aufgrund seines spezifischen Gewichts bei der Herstellung von Bauplatten auftreten, indem die PCM-Mikrokapseln in fließfähigem Zustand in mindestens ein Rohmaterial einer existierenden Platte eingespritzt wird, und indem selektiv Gips, Zement, Putz oder ein Bindemittel eingespritzt und umgerührt wird, wobei so erreicht wird, dass sie vollständig miteinander in Kontakt gebracht und getrocknet werden, und dass die PCM-Mikrokapseln fest an einer Oberfläche des Baustoffs anhaften, und durch vorherige Beschaffung verschiedener Plattenrohmaterialien, die ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial enthalten, dessen spezifisches Gewicht dem des existierenden Rohmaterials ähnelt, in einem Herstellungsverfahren für einen Kombinationsbaustoff aus verschiedenen Platten verwendet werden, und dies sogar in einem Herstellungsverfahren für einen Kombinationsbaustoff aus verschiedenen Platten, wie etwa Gipsplatten, Gipsmörtel, Magnesiumplatten und Zementplatten.
  • Technische Lösung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Baustoff in Form eines Baustoff-Zuschlagstoffs oder in Form eines aus Zement und Gips ausgewählten Baustoff-Bindemittels zur Verfügung gestellt, der ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial umfasst, wobei die PCM-Mikrokapseln an einer Außenfläche des jeweiligen Baustoffs fixiert werden und daran anhaften.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffs, der mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial enthält, folgende Schritte: Einspritzen von PCM-Mikrokapseln in fließfähigem Zustand in Kies und/oder Sand oder in Zement und/oder Gips; Mischen eines Bindemittels mit dem Kies und/oder Sand durch Rühren oder eines aus der Gruppe eines bei der Herstellung von PCM-Mikrokapseln verwendeten Polymer-Tensids oder eines wasser- oder fettlöslichen Bindemittels mit dem Zement und/oder Gips durch Rühren, und Trocknen der Mischung, derart, dass die PCR-Mikrokapseln an einer Außenfläche des Baustoff-Zuschlagstoffs oder des Zements und/oder Gipses fixiert werden.
  • Vorteilhafte Auswirkungen
  • Nach der vorliegenden Erfindung kann durch direktes Anhaften und Fixieren von PCM-Mikrokapseln an einer Außenfläche eines Baustoffs beim Gießen

Claims (10)

  1. Baustoff in Form - eines Baustoff-Zuschlagstoffs mit an der Außenfläche des Zuschlagstoffes fixierten Mikrokapseln in denen Phasenwechselmaterial verkapselt ist oder - eines Baustoff-Bindemittels, ausgewählt aus Zement und Gips, mit an der Außenfläche der Bindemittelteilchen fixierten Mikrokapseln in denen Phasenwechselmaterial verkapselt ist, wobei die Mikrokapseln mittels eines bei der Herstellung von PCM-Mikrokapseln verwendeten Polymer-Tensids oder mittels eines wasser- oder fettlöslichen Bindemittels an den Bindemittelteilchen fixiert sind.
  2. Baustoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an Zuschlagstoff in Form von Sand oder Kies Mikrokapseln fixiert sind.
  3. Baustoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wasser- oder fettlöslichen Bindemittel Epoxidharz, Phenolharz, Polyvinylacetat, Polyamid, Polyvinylalkohol oder Gummi ist.
  4. Verwendung eines Baustoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung eines Trockenmörtel, wobei die PCM-Microkapseln an der Außenfläche von Zement oder Sand fixiert werden.
  5. Verwendung eines Baustoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung von Beton, wobei die PCM-Microkapseln an der Außenfläche von Zement oder Zuschlagstoff fixiert werden.
  6. Verwendung eines Baustoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung einer Platte wobei die PCM-Microkapseln an der Außenfläche von Zement oder Zuschlagstoff fixiert werden.
  7. Verwendung eines Baustoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3 beim Mischen von Asphalt-Straßenbelag als Zuschlagstoff, wobei die PCM-Microkapseln an der Außenfläche von Zement, Gips oder Zuschlagstoff fixiert werden.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Baustoff-Zuschlagstoffs nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfasst: - Einspritzen von in Mikrokapseln verkapseltem Phasenwechselmaterial in fließfähigem Zustand in Kies und/oder Sand; - Mischen eines Bindemittels mit dem Kies und/oder Sand durch Rühren und Trocknen der Mischung derart, dass die Mikrokapseln an der Zuschlagstoffaußenfläche fixiert werden.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Baustoff-Bindemittels nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfasst: - Einspritzen von in Mikrokapseln verkapseltem Phasenwechselmaterial in fließfähigem Zustand in Zement und/oder Gips; - Mischen eines Bindemittels, ausgewählt aus der Gruppe eines bei der Herstellung von PCM-Mikrokapseln verwendeten Polymer-Tensids oder eines wasser- oder fettlöslichen Bindemittels, mit dem Zement und/oder Gips durch Rühren und Trocknen der Mischung derart, dass die Mikrokapseln an der Außenfläche des Zements und/oder Gipses fixiert werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen in einem Trockenofen in einem Temperaturbereich von 30 bis 500 °C erfolgt.
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