DE19849135A1

DE19849135A1 - Verfahren zur Verbesserung der mechanischen und thermichen Eigenschaften eines Baustoffes und Baustoff

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Publication number: DE19849135A1
Application number: DE1998149135
Authority: DE
Original assignee: Ddc Planungs- Entwicklungs- und Management AG
Current assignee: UTI HOLDING + MANAGEMENT AG, 60487 FRANKFURT, DE
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften eines Baustoffes auf der Basis eines Polyurethan-Schaumstoffes, entstanden aus der Reaktion eines Polyols mit einem Isocyanat, in dem ein mineralischer Zuschlagstoff dem chemischen Ausgangsstoff des Schaumstoffes zugeführt wird. Als mineralischer Zuschlagstoff wird Schaumglas vor dem Aufschäumen einer Komponente dem chemischen Ausgangsstoff beigefügt. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Baustoff auf der Basis eines Polyurethan-Schaumstoffes, umfassend einen mineralischen Zuschlagstoff, der dem Polyurethan zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften zusetzbar ist. Als Zuschlagstoff wird Schaumglas verwendet. Der Baustoff wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Leichtbetonformmasse im Wohnungsbau verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften eines Baustoffes auf der Basis eines Polyurethan-Schaumstoffes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, entstanden aus der Reaktion eines Polyols mit einem Isocyanat, in dem ein mineralischer Zuschlagstoff dem chemischen Ausgangsstoff des Schaumstoffes zugeführt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Baustoff auf der Basis eines Polyurethan-Schaumstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6, umfassend einen mineralischen Zuschlagstoff, das dem Polyurethan zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften zusetzbar ist.

Ein Polyrethanschaum (PUR-Schaum) ohne Zusätze hat eine Rohdichte von 30-50 kg/m³ und eine Grenztemperaturbelastbarkeit von nur 130°C. Es bildet im aufgeschäumten Zustand ein geschlossenzelliger Hartschaumstoff, der zu Rauch- und Gasbildung neigt. Als Baustoft ist eine solches Material nur bedingt einsatzfähig. Polyurethan-Schaumstoffe enthalten Flammschutzmittel und entsprechen der Baustoffklasse B3 nach DIN 4102, Teil 1. Aus der Praxis ist bekannt, die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Polyurethan-Schaumstoffen durch mineralische Zuschlagstoffe zu verbessern.

EP-B-0341210 zeigt eine erhärtbare PUR-Mischung, die ein Füllstoff aus Mikrohohlkügelchen umfaßt. Zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften der Mischung besteht der Füllstoff aus Glashohlkügelchen, die einen Durchmesser von ca. 5-250 µm umfassen. Der gesamte Füllstoff umfaßt ca. 10-45% des Gewichtes der Polyuretan-Mischung. Die Herstellung solcher Mikrohohlkügelchen ist verfahrenstechnisch sehr aufwendig und kostenträchtig. Die hergestellte Mischung ist damit als Baustoff nicht geeignet.

DE-A-39 39 139 zeigt eine Thermo-Betonverbundmasse mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit für eine Betonheizung. Die Betonmasse besteht aus Zement, Gips, Kunstharz mit Füllstoffen wie Sand, Kies oder Splitt. Als wärmeleitfähigen Zusatz zu der Betonverbundmasse werden kleine Körper aus Silizium mit einem Zusatz von Eisen verwendet. Gegen chemische Zersetzung durch die Betonformmasse sind die kleinen Körper mit einer schützenden Schicht überzogen, das diese Verfahren teuer und aufwendig macht.

DE-A-29 13 958 zeigt eine glasfaserverstärkte, thermoplastische Harzzusammensetzung, die ein thermoplastisches Polyurethan umfaßt und einen Zusatz aus einer mit Epoxilan überzogenen Glasfaser besitzt. Die Glasfasern haben einen Durchmesser von ca. 50 µm. Das thermoplastische Polyurethan wird bei erhöhten Temperaturen mit den Glasfasern zusammen gemischt und zum Schäumen gebracht. Durch die Anordnung wird eine glasfaserverstärkte thermoplastische Harzzusammensetzung vorgesehen. Die Glasfaserteile sind mit einem Epoxilanmaterial überzogen. Bei Abnahme der Schichten des Epoxilan wird die Festigkeit des geformten Artikels reduziert.

DE-A-37 04 802 zeigt ein Verfahren zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften von PUR-Schaumstoffen. Zur Verbesserung der mechanischen und der thermischen Eigenschaften des PUR-Schaumstoffes wird den chemischen Ausgangsstoffen ein mineralischer Zuschlagstoff in Form von Gips, Zement, Gesteinsmehl oder Quarzsand zugegeben. Dieses Material wird durch Einrührung in den Stoff eingebracht.

EP-B-10404921 zeigt einen anorganischen Schaumstoffkörper bestehend aus einem zumindest teilweise, durch Erwärmen geschäumten und gehärteten Gemisch aus Alkali-Wasser-Glas und einem Füllstoff aus der Gruppe Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Ton, Erde, Zement, Gesteinsmehl und Graphit oder Gemische aus den Elementen. Der Schaumstoffkörper hat eine Rohdichte, die innerhalb des Bereiches von 50-500 kg/m³ liegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, für einen Baustoff auf der Basis eines Polyurethan-Schaumstoffen einen mineralischen Zuschlagstoff anzugeben, der in der Herstellung kostengünstig ist und als Baustoff verbesserte thermische und mechanische Eigenschaften aufweist.

Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 6 dadurch gelöst, daß als mineralischer Zuschlagstoff Schaumglas vor dem Aufschäumen einer Komponente dem chemischen Ausgangsstoff beigefügt wird.

Die erfindungsgemäße Mischung weist gegenüber herkömmlichen Polyurethan-Schaumstoffen mit mineralischen Zuschlag eine verbesserte Steifigkeit und Druckfestigkeit auf. Durch den Zuschlag ist die Mischung schwer entflammbar. Die Veränderung der mechanischen Eigenschaften und die Merkmale des Schaumstoffes hat auf das Aufschäumvolumen keinen Einfluß. Die Erhöhung der Festigkeitswerte und des Moduls des Schaumstoffes auf erheblich höhere Werte werden erreicht, ohne daß die übrigen typischen Merkmale und Eigenschaften der Schaumstoffe verändert wird.

Der erfindungsgemäße Zuschlagstoff Schaumglas ist preisgünstig und keine durch einen aufwendiges Herstellungsverfahren erzeugte Mikrofaser, sondern das Produkt aus einem einfachen Sinter- bzw. Aufschäumverfahren. Als Ausgangsmaterial für das Schaumglas kann Altglas verwendet werden, das durch Mahlen und Sintern, wobei es sich aufbläht, zu sogenanntem "Blähglas" umgewandelt wird. Das so gewonnene Blähgranulat besitzt eine weitgehend geschlossene Oberfläche und nimmt daher nur wenig Wasser auf. Es ist schadstoffrei und vollständig recycelbar. Das Schaumglas hat ein Schüttgewicht von 190 bis 300 g/l und ist damit erheblich leichter als Wasser. Die einzelnen Glaskörperchen haben eine rundliche Oberfläche und einen Durchmeser von ca 2 bis 4 mm und eine Druckfestigkeit von 12 bis 18 kN. (nach DIN 4226).

Das Schaumglas kann einem oder beiden der chemischen Ausgangsstoffe zugeführt werden und wird damit Bestandteil des Schaumstoffes. Da beide Ausgangsmaterialien des PUR-Schaumstoffes vor dem Aufschäumen flüssig sind, entsteht durch die Beimischung des ebenfalls flüssigen Glaschaummaterial eine homogen Flüssigkeit, die gut durchmischbar ist und nach dem Aufschäumen keine mechanischen Inhomogenitäten aufweist.

In einer Variante ist es auch vorteilhaft, daß das Schaumglas vor dem Aufschäumen dem chemischen Ausgangsstoff zugefügt wird. Hierzu werden zunächst die Poyrol- und die Isosyanat-Komponente miteinander vermischt und anschließend der Glasschaum der Mischung zugefügt.

Der aus dem Polyurethan-Schaumstoff gewonnene Baustoff kann vorteilhaft einer Formmasse aus Leichtbeton oder Gips zugeführt werden und zusammen mit dieser abhärten. Diese Materialkomposition ergibt einen Baustoff, der in vielfältiger Weise Verwendung finden kann. Als Außen- und Innenwandputz für Außenwände im Hausbau zeigt dieser Baustoff eine gute Verarbeitbarkeit und verbeserte thermische und mechanische Eigenschaften. Die in einer solchen Mischung beigefügte Menge des erfindungsgemäßen Schaumteils hat direkten Einfluß auf die Druckfestigkeit des Baustoffes. Je höher der Schaumglasanteil an der Mischung besteht, desto höher ist die Druckfestigkeit des abgebundenen Baustoffes.

Insbesondere bei der Herstellung eines Beton-Wandelementes für ein Gebäude ist der Baustoff sehr gut mit einer Formmassenmischung aus Beton oder Leichtbeton verarbeitbar. Der Baustoff wird als Füllmaterial zwischen Außen- und Innenschale eines solchen Wandelementes eingebracht und abgebunden.

Der Baustoffes kann entweder im Spritzverfahren oder als Hartschaum zwischen den Schalen eingebracht werden. Der Abbindevorgang kann auch zusammen mit der Abbindung den Betonschalen durchgeführt werden. Durch den Baustoff ist damit ein Wandelement herstellbar, das sogar als Außenwand für ein Gebäude Verwendung finden kann und das gegenüber herkömmmlichen Elementen in Bezug auf mechanische Festigkeit und Brandverhalten verbesserte Eigenschaften aufweist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Zeichnung sowie aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.

Die Zeichnung zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Wandelement 1, das als Außenwand 2 für ein nicht dargestelltes Gebäude Verwendung findet. Das Element hat an seiner horizontalen Seiten jeweils eine Innen- und Außenwandsschale 3, 4 aus einer geeigneten Betonformmasse 5, die den mechanischen und thermischen Eigenschaften für den Einsatz des Wandelementes 1 entspricht. Das Wandelement 1 ist Teil eines Fertighauses, das vorab in einer Fabrik hergestellt und zusammenmontiert wird. Die Innenwandschale 3 umfaßt nach innen eine Rigipsplatten, die auf die Innenwandschale 3 zusätzlich aufgelegt werden. Die Außenwandschale 4 umfaßt ledglich eine für diesen Zweck geeignete Betonformasse 6, die identisch oder abweichend von der Betonformmasse 5 der Innenschale 3 sein kann.

Zwischen der Innen- und Außenschale wird eine Schaumteil 6 eingeführt und zum Aufschäumen gebracht. Der Schaumteil 6 besteht aus Gewichtsanteilen des PUR-Schaum und einem Zuschlag aus Glaschaum.

Das erste Ausführungsbeispiel beinhaltet folgende Komponenten:

Polyolkomponente des PUR-Schaum	950 Gewichtseinheiten
Isocyanatkomponente des PUR-Schaumes	950 Gewichtseinheiten
Schaumglas (Liavan 3/4)	1000 Gewichtseinheiten

Der so gemischte Schaumteil wird mit einer Formmassenmischung vermischt und abgebunden. Die Formassenmischung besteht aus Leichtbeton, die zusammen mit dem Schaumteil, der im Spritzgußverfahren oder als Hartschaum eingebracht und abgebunden wird. Das fertig abgebundene Wandelement zeigt eine Dichte von 25,1 kg/m³ und eine Druckfestigkeit von 1,393 N/mm². Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Schaumteile modifiziert:

Polyolkomponente des PUR-Schaum	1100 Gewichtseinheiten
Isocyanatkomponente des PUR-Schaumes	1100 Gewichtseinheiten
Schaumglas (Liavan 3/4)	1800 Gewichtseinheiten

Als Formasse wird für die Innenwandschale Rigipsplatten und für die Außenwandschale eine geeignete Leichtbetonformmasse verwendet. Das Wandelement zeigt eine Dichte von 17,9 kg/m³ und eine Druckfestigkeit von 0,527 N/mm².

In einem dritten Ausführungsbeispiel werden die Komponenten des Schaumteils durch einen weiteren Zuschlagstoff in Form von Schlackestoffen erweitert.

Polyolkomponente des PUR-Schaum	900 Gewichtseinheiten
Isocyanatkomponente des PUR-Schaumes	900 Gewichtseinheiten
Schaumglas (Liavan 3/4)	500 Gewichtseinheiten
Schlackestoffe (Fermacell)	500 Gewichtseinheiten

Der in der Zusammensetzung durch die Zugabe von Schlackestoffen geänderte Schaumteil 6 wird ebenfalls für das Wandelement 1 vermischt und abgebunden. Als Formasse wird für die Innenwand- und Außenwandschale 3, 4 jeweils eine geeignete Leichtbetonformmasse verwendet. Der fertige Baustoff zeigte eine Dichte von 22, 1 kg/m³ und eine Druckfestigkeit von 1,010 N/mm².

Im Vergleich dazu besitzt ein Leichtbeton ohne mineralischen Schaumzuschlag eine Druckfestigkeit von 3-5 N/mm³ (Betonklasse LB 2 und Trockenrohdichte von 60 kg/m³).

Bezugszeichenliste

1

Wandelement

2

Außenwand

3

Innenwandschale

4

Außenwandschale

5

Betonformmasse

6

Schaumteil

7

Gipsplatte

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften eines Baustoffes auf der Basis eines Polyurethan- Schaumstoffes, entstanden aus der Reaktion eines Polyols mit einem Isocycanat, in dem ein mineralischer Zuschlagstoff dem chemischen Ausgangsstoff des Schaumstoffes zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als mineralischer Zuschlagstoff Schaumglas vor dem Aufschäumen einer Komponente dem chemischen Ausgangsstoff beigefügt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumglas dem Polyol vor dem Aufschäumen zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumglas dem Isocyanat zugefügt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumglas vor dem Aufschäumen dem chemischen Ausgangsstoff zugefügt wird.

5. Verfahen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Baustoff einer Formmasse (5) aus Leichtbeton zugeführt wird und zusammen mit dieser abhärtet.

6. Baustoff auf der Basis eines Polyurethan-Schaumstoff, umfassend einen mineralischer Zuschlagstoff, der dem Polyurethan zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften zusetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff Schaumglas umfaßt.

7. Baustoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumglas ein Granulat aus gesintertem und aufgeblähtem Altglas umfaßt.

8. Baustoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat kugelförmig ist und einem Durchmesser bis zu 5 mm aufweist.

9. Baustoff nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einer Formmasse (5) aus Leichtbeton oder Gips (7) zuführbar ist.

10. Wandelement für ein Gebäude, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Baustoff (3, 4, 6, 7) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 umfaßt.