DE202004007869U1

DE202004007869U1 - Geformtes Schalldämmmaterial

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Publication number: DE202004007869U1
Application number: DE200420007869
Authority: DE
Original assignee: IGV INSTITUT fur GETREIDEVERARBEITUNG GmbH
Current assignee: IGV INSTITUT fur GETREIDEVERARBEITUNG GmbH
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2014-05-12

Abstract

Geformtes Schalldämmmaterial, bestehend aus proteinhaltigen verschäumten Biopolymeren, Pflanzenfasern oder teilmineralisierte Pflanzenfasern und feinkörnigen anorganischen Zuschlagsstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper sowohl im Randbereich als auch im Inneren eine offenporige Struktur aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein geformtes Schalldämmmaterial, bestehend aus proteinhaltigen verschäumten Biopolymeren, Pflanzenfasern oder teilmineralisierte Pflanzenfasern und feinkörnigen anorganischen Zuschlagsstoffen.
Schalldämmende Materialien dienen zur akustischen Trennung von Räumlichkeiten.
Lärm ist eine der größten und gleichzeitig am meisten unterschätzten Umweltbelastungen für die Menschen. Infolge der zunehmenden Lärmbelastung der Bevölkerung entstehen der Volkswirtschaft enorme Folgekosten. Dabei spielt sowohl der Schutz gegen Lärm von außen als auch der Schallschutz innerhalb des Hauses eine wichtige Rolle. Durch die unterschiedliche Art der Schallausbreitung sind auch unterschiedliche Methoden zur Schalldämmung erforderlich. Luftschall kann vor allem durch die Verwendung von schweren, massiven Konstruktionen gedämmt werden. Für die Hausmodernisierung sind auch mehrschichtige Leichtbauwände geeignet. Körperschall kann am besten durch einen mehrschichtigen Wand- oder Deckenaufbau gedämmt werden. Dabei wechseln sich schwere Schichten mit leichten, elastischen Schichten ab.
Die Bedeutung der verwendeten Rohstoffe wird in Türen neben dem Flächengewicht durch deren Biegesteifigkeit bestimmt. Sie ist für die Grenzfrequenz bestimmend. Kleine Grenzfrequenzen, bedingt durch „biegeweiche" Materialien, hohes E lastizitätsmodul (E_dyn in MN/m²) sind für eine gute Schalldämmung die Voraussetzung.
Da die Bauelemente in ihrem Gewicht immer mehr minimiert werden, ist es notwendig, den Schallschutz auch über andere technologische Maßnahmen zu realisieren, die auf Werkstoffe mit geringerer Flächendichte basieren. Schalldämmung kann mit Schallschluckstoffen, Körperschalldämmstoffen bzw. Dämmstoffen erzielt werden.
Ein Weg, mit spezifisch relativ leichten Materialien Schall zu dämmen, ist der Aufbau von Schichten unterschiedlicher Materialien bzw. gleicher Materialien, aber mit unterschiedlicher Struktur in den betreffenden Bauelementen sowie das Vermeiden von Schallbrücken.

Speziell für die Schalldämmung von Türen, insbesondere für Schallschutztüren wurden Materialien entwickelt, die den Schall mehr auf Basis der Struktur als durch das Flächengewicht dämmen können. Die Möglichkeit dazu ist gegeben, da das Schalldämmmaß eines Bauelementes vom Aufbau der Konstruktion bestimmt wird. Dabei wird ein schalltechnisches Zusammenwirken der verschiedenen Türschichten erzielt. Außerdem wird es durch das Schalllängsdämmmaß der angrenzenden Bauelemente beeinflusst.

In JP 2003106066 und JP 11210341 wird dafür ein spezieller Türenaufbau beschrieben.

In US 4924969 wird der Aufbau einer mit Metall verkleideten Tür beschrieben. Bei den in EP 0513605 und DE 3531802 beschriebenen Türen wird neben dem Schallschutz besonderen Wert auf gute Stabilität und Sicherheit gelegt.

Weiterhin werden verschiedene synthetische (z. B. EP 1321554 A1 , EP 1347107 A1 ) und biopolymere Materialien beschrieben wie z. B. Baumwolle (CN 1143025), Hanf ( EP 1314705 A2 ), die für das Herstellen von Schallschutzplatten/-materialien verwendet werden.

In der DE 195 17 950 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Stoffgemischmasse zur Ausformung von Gegenständen wie Blumen- Saattöpfe, Pflanzplatten, Gärschalen, Verpackungsformkörper, Dämmplatten sowie Floristikmaterial beschrieben. Das Verfahren ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass proteinhaltige Rohstoffe mit Wasser verschäumt werden, wobei in dem Schaum faserige Pflanzenteile, Wasserglas und weitere feinkörnige Rohstoffe wie Kalke, Tone, Lehme sowie Kieselgur zugesetzt werden. Die entstehende Masse wird geformt und bei höherer Temperatur getrocknet. Im Ergebnis entstehen Formkörper mit geschlossenporiger, krustenartiger Oberfläche und einer Dichte zwischen 0,4 bis 0,5 g/ml. Die so hergestellten geformten Materialien wie z.B. Dämmplatten eignen sich bedingt zum Einsatz als Wärmedämmplatten. Für den Einsatz als Schalldämmmaterialien sind diese Platten eher nicht geeignet, was Schalldämmmessungen ergeben haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches zu verbauendes bzw. als Einlage für Türen zu verwendendes geformtes Schalldämmmaterial aus überwiegend biopolymeren Rohstoffen zu schaffen, das trotz einer relativ geringen spezifischen Dichte im Verbund mit den Türmaterialien eine hohe Schalldämmung bewirkt.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

So besteht das erfindungsgemäße geformte Schalldämmmaterial aus proteinhaltigen verschäumten Biopolymeren, Pflanzenfasern oder teilmineralisierten Pflanzenfasern und feinkörnigen anorganischen Zuschlagsstoffen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper sowohl im Randbereich als auch im Inneren eine offenporige Struktur aufweisen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält das Schalldämmmaterial mehrwertige, mit Wasser mischbare, einen Siedepunkt von über 150°C aufweisende Alkohole auf, wobei sich insbesondere der Gehalt an Glycerin vorteilhaft für physikalisch-mechanische Eigenschaften herausgestellt hat. So verbessert sich vorteilhafterweise die Biegefestigkeit der erfindungsgemäßen Schalldämmmaterialien.

In einer Weiterbildung sind in den geformten Schalldämmmaterialien grobkörnige synthetische oder natürliche Zuschlagsstoffe enthalten, wobei die Hauptmenge der grobkörnigen Zusätze eine Korngröße von ca. 0,5 bis 3 mm aufweist. Als Hauptmenge wird 60 bis 90 % der Gesamtmenge bezeichnet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als proteinhaltige verschäumte Biopolymere Getreidemehle, wie Roggenmehl mit einer Korngröße unter 0,5 mm enthalten.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass als Pflanzenfasern Fasern aus Holz, Hanf, Leinen, Palmenblättern, Schilf, Flachs oder Xylit als teilmineralisierte Pflanzenfaser enthalten sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind als feinkörnige anorganische Zuschlagsstoffe Kalke, Silikate, thermisch aktivierte Tone, Ziegelmehl oder Kaolin mit einer Korngröße unter 0,5 mm enthalten.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass als grobkörnige synthetische oder natürliche Zuschlagsstoffe Kork oder Elastomere, wie elastische Biopolymere enthalten sind.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämmmaterials sind

a. 15 bis 70 Gew% proteinhaltige verschäumte Biopolymere,
b. 10 bis 50 Gew% Pflanzenfasern oder teilmineralisierte Pflanzenfasern,
c. 1 bis 30 Gew% feinkörnige anorganische Zuschlagsstoffe,
d. 1 bis 70 Gew% grobkörnige synthetische oder natürliche Zuschlagsstoffe

enthalten.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das geformte Schalldämmmaterial 10 bis 60 Gew% mehrwertige, mit Wasser mischbare, einen Siedepunkt von über 150°C aufweisende Alkohole. Insbesondere hat sich der Zusatz von 10 bis 60 Gew% Glycerin als für die Biegefestigkeit des Materials vorteilhaft herausgestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schalldämmmaterialien besteht darin, dass wässrige Suspension, bestehend aus proteinhaltigen, verschäumten Biopolymeren und feinkörnigen anorganischen Zuschlagsstoffen hergestellt wird, diese Suspension verschäumt wird, und anschließend Pflanzenfasern und grobkörnige synthetische oder natürliche Zuschlagsstoffe zugemischt werden. Danach wird diese Masse geformt, getrocknet und die sich normalerweise ausbildende Oberflächenkruste mechanisch entfernt wird.

Ein weiteres Herstellungsverfahren betrifft die Zumischung grobkörniger synthetischer oder natürlicher Zuschlagsstoffe, wie beispielsweise Elastomere und eine ebenfalls mechanische Oberflächenbehandlung zur Entfernung der Oberflächenkruste der getrockneten Formkörper.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, der wässrigen Suspension vor dem Verschäumen mehrwertige, mit Wasser mischbare, einen Siedepunkt von über 150°C aufweisende Alkohole, wie Glycerin zuzusetzen. Die nach dem Trocknungsvorgang durchgeführte mechanische Oberflächenbehandlung dient der Herstellung einer offenporigen Struktur. Sie beseitigt die nach dem Trocknungsvorgang sich bildende Oberflächenkruste.

Das Schalldämmmaterial wird verwendet als Schalldämmplatte zum Einbau in Türen und Wänden, zur Trittschalldämmung und zur Geräuschdämmung an Maschinen.

Das spezifische Gewicht der erfindungsgemäßen Materialien liegt im Bereich von 150 bis 400 kg/m³. Die Fasern in dem Material liegen in keiner geordneten Struktur vor. Das Material wird nach seiner Herstellung oberflächenbehandelt. Dadurch wird eine offenporige Struktur der Oberfläche erzielt. Die Platte ist durch einen längenspezifischen Strömungswiderstand von.......... gekennzeichnet. Sie ist mechanisch stabil und durch eine charakteristische Elastizität gekennzeichnet.

Diese ist jedoch so beschaffen, dass sie beim Einbau des Materials in einen Rahmen und einer nachfolgenden Kaschierung der Oberfläche (z.B. Verkleben mit einer Folie und nachfolgendem Anpressen) nicht hinderlich ist.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass dieses Material in ein Bauelement, insbesondere in eine Tür eingebaut, trotz des geringen spezifischen Gewichtes zu einer guten Schalldämmung führt, die der konventioneller, spezifisch schwerer Materialien ähnlich ist. Die Inkooperation von Korkpartikeln und/oder Elastomerpartikeln erhöht diese Schalldämmung.

Der Einbau des erfindungsgemäßen Dämmmaterials in die Tür erfolgt als ein- oder mehrlagiges Sandwich.

Die Basis für das Verbundmaterial ist die Suspension des proteinhaltigen Biopolymers, wie z.B. Roggenmehl mit Wasser. Dieser Suspension können mineralische Additive wie Hydroxide, Silikate oder thermisch aktivierte Tone beigemischt werden.

Durch das mechanische Einbringen von Luft oder eines anderen Gases wird die spezifische Dichte der Suspension auf 150 bis 350 kg/m³ abgesenkt.

Der Feststoffanteil in dieser Suspension beträgt 20 bis 40 Gew%. Hydroxide wie z. B. Kalk unterstützen den Auflockerungsprozess, wodurch eine weitere Reduzierung der spezifischen Dichte erfolgt.

In einem darauffolgenden Prozessschritt werden Pflanzenfasern, insbesondere Holzfasern oder teilmineralisierte Holzfasern in die leichte Suspension eingemischt. Diese Pflanzenfasern sind gekennzeichnet durch Längen von bis zu 50 mm bei einer Dicke bis zu 2mm. Besonders geeignet sind Fasern, die eine raube Oberfläche aufweisen, da dies einen Verfilzungseffekt bewirkt. Zum Erzielen einer ungeordneten Struktur und von Inhomogenitäten des Materials können weiterhin Kork- und/oder Elastomergranulate dazu gemischt werden.

Das Stoffgemisch wird zu Platten definierter Abmessung oder zu einem kontinuierlichen endlosen Band geformt. Die Fixierung der Struktur erfolgt durch thermische Behandlung.

Diese erfolgt in einem ersten Abschnitt in einer gesättigten Dampfatmosphäre (Taupunkt ca. 100°C) bzw. unter Sattdampf, bei einer Temperatur von 140 bis 240 °C einer Dauer von ca. 60 bis 120 min. In einem zweiten Schritt wird in einer relativ trockenen Atmosphäre (Taupunkt ca. 80°C) bei einer Temperatur von 80 bis 200 °C der Verbundwerkstoff bis auf einen Feuchteanteil von 15 bis 2 % getrocknet.

Während dieser thermischen Behandlung geht der Stärkebestandteil des proteinhaltigen Biopolymers vom kristallinen in den amorphen Zustand über. Dabei werden die Stärkekörner zerstört und bilden mit dem vorhandenen Wasser eine wässrige Phase, die sich um die weiteren Bestandteile der Stoffmischung legt. Bei der nachfolgenden thermischen Behandlung wird das Wasser dem Stoffgemisch entzogen. Die darin enthaltenen Stoffe verfestigen sich und bilden im Komplex mit den übrigen Partikeln des Stoffgemisches die Struktur. Die mineralischen Bestandteile verfestigen diese Struktur durch z. B. das Ausbilden von Bindungen mit den biopolymeren Be standteilen (z.B. Kalk und Protein mittels Disulfidgruppen) oder durch die Einlagerung in diese Struktur. Die Verfestigung der silikatischen Bestandteile basiert auf der Ausbildung anorganischer, dreidimensionaler Netzwerke aus SiO₄-Tetraetern. Sie bilden quasi eine eigene feste Struktur.

Nach diesem Prozess liegt ein mechanisch stabiles Dämmmaterial in Form einer definierten Platte oder eines endlosen Bandes vor. Zum Herstellen der schalldämmenden Einlage für die Schallschutztür erfolgt ein Kalibrieren der Oberflächen der Platte durch Schleifen oder Fräsen sowie der Zuschnitt entsprechend der notwendigen Abmessungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für das Herstellen von Platten, die im Innenausbau (Hausbau) verwendet werden. Durch die Offenporigkeit des Materials ist es ebenfalls möglich, das Material für die Wasserretention als feuchtespeicherndes Material anzuwenden.

Anhand von mikroskopischen Aufnahmen wird deutlich gemacht, welche Wirkung die mechanische Oberflächenbehandlung hinsichtlich der Ausbildung einer auf die Gesamtplatte bezogene offenporige Struktur besitzt.

Es zeigen

1 eine mikroskopische Aufnahme der sich ausbildenden Oberflächenkruste nach dem Trocknungsvorgang,

2 die Entstehung einer offenporigen Struktur nach erfolgter mechanischer Oberflächenbehandlung,

3 die geschnittene Fläche einer Schalldämmplatte mit der verdichteten Oberflächenkruste, die erfindungsgemäß entfernt wird, um die überraschenden schalldämmenden Eigenschaften zu erzielen und

4 in einer Schnittdarstellung die eingelagerten grobkörnigen Zuschlagsstoffe, in diesem Falle Gummigranulat in die offenporige Struktur der Platte.

Die mikroskopischen Vergrößerungen von 1 bis 4 beträgt 6,5 mal.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Eine aus 46 Gew. % Roggenmehl, 35 Gew. % Holzfasern, 0,7 Gew. % Kalk, 19 Gew. % Kreide bestehende Schalldämmplatte wird auf die Seitenmaße 1845 mm × 720 mm mittels Formatkreissäge geschnitten. Durch eine Breitbandschleifmaschine wird eine Plattendicke von 11 mm oder 17mm eingestellt. Die Oberflächen der Platte werden geschliffen oder gehobelt, so dass eine glatte aber offenporige Oberfläche erzielt wird. Mittels konventioneller in der Türenindustrie vorhandener Technik werden 2 Platten mit einer Dicke von 17 mm oder 3 Platten mit einer Dicke von 11 mm in den vorgefertigten Türenrahmen eingelegt.
Konventionell wird die Tür durch das Verkleben mit jeweils einer Hartfaserplatte an der Ober- und Unterseite sowie Furnier fertiggestellt.
Das fertige Türblatt (1985 × 860 × 40 mm) hat ein Gewicht kleiner 30 kg und eine Schalldämmung größer gleich 38 dB.
Beispiel 2
Eine aus 26 Gew. % Roggenmehl, 17 Gew. % Holzfasern, 0,4 Gew. % Kalk, 57 Gew. % Gummi- oder Korkgranulat bestehende Platte wird auf die Seitenmaße 1845 mm × 720 mm mittels Formatkreissäge geschnitten. Durch eine Breitbandschleifmaschine wird eine Plattendicke von 11 mm oder 17mm eingestellt. Die Oberflächen der Platte werden geschliffen oder gehobelt, so dass eine glatte Oberfläche erzielt wird. Mittels konventioneller in der Türenindustrie vorhandener Technik werden 2 Platten mit einer Dicke von 17 mm oder 3 Platten mit einer Dicke von 11 mm in den vorgefertigten Türenrahmen eingelegt.
Konventionell wird die Tür durch das Verkleben mit jeweils einer Hartfaserplatte an der Ober- und Unterseite sowie Furnier fertiggestellt.
Das fertige Türblatt (1985 × 860 × 40 mm) hat ein Gewicht kleiner 35 kg und eine Schalldämmung größer gleich 39 dB.
Beispiel 3
Es wird eine Suspension aus 15 Gew. % Roggenmehl, 75 Gew. Wasser,1 Gew. % Kalk und 9 Gew. % thermisch aktivierten Ton hergestellt. Mittels konventioneller diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Technik wird die Suspension mit Luft beaufschlagt, so dass bei einem Feststoffgehalt von ca. 25 % eine spezifische Dichte von 190 bis 250 kg/m³ erzielt wird. In diese leichte Suspension werden 15 Gew. % Holzfasern eingemischt. An Stelle der Holzfasern können auch teilmineralisierte Holzfasern in Form von Xylit oder eine Mischung aus Holzfasern und teilmineralisierten Holfasern verwendet werden.
Das entstandene Stoffgemisch wird auf Blechen zu Platten oder zu einem endlosen Band definierter Abmessung geformt.
Die Fixierung der Struktur erfolgt durch thermische Behandlung.
Diese erfolgt in einem ersten Abschnitt in einer gesättigten Dampfatmosphäre (Taupunkt ca.100 °C) bzw. unter Sattdampf, bei einer Temperatur von 140 bis 240 °C einer Dauer von ca. 60 bis 120 min. In einem zweiten Schritt wird in einer relativ trockenen Atmosphäre (Taupunkt ca. 80 °C) bei einer Temperatur von 80 bis 200 °C der Verbundwerkstoff bis auf einen Feuchteanteil von 15 bis 2 % getrocknet. Nach dem Abkühlen werden Platten auf so zugeschnitten, dass eine Platte mit den Abmessungen 1845 mm × 720 mm entsteht. Mittels Breitbandschleifmaschine wird eine Plattendicke wahlweise von 11 mm, 17 mm oder eine anderen Stärke eingestellt.
Mit der Abarbeitung der Oberflächenkruste entsteht eine offenporige Struktur mit guten schalldämmenden Eigenschaften.
Beispiel 4
Es wird eine weitere Schalldämmplatte gemäß Beispiel 3 mit veränderter Rezeptur hergestellt, die sehr gute Biegefestigkeitswerte aufweist:
Glycerin/Ziegelmehl
Beispiel 5
Es wird eine weitere Schalldämmplatte gemäß Beispiel 3 mit veränderter Rezeptur hergestellt, die sehr gute Schalldämmeigenschaften aufweist:
Gummi
Beispiel 6
Es wird eine weitere Schalldämmplatte gemäß Beispiel 3 mit veränderter Rezeptur hergestellt, wobei die Suspension ausgezeichnete Verschäumungseigenschaften aufweist und die Platte neben der sehr guten Schalldämmung eine hervorragende Biegefestigkeit besitzt:
Glycerin/Mehl VC-1

Claims

Geformtes Schalldämmmaterial, bestehend aus proteinhaltigen verschäumten Biopolymeren, Pflanzenfasern oder teilmineralisierte Pflanzenfasern und feinkörnigen anorganischen Zuschlagsstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper sowohl im Randbereich als auch im Inneren eine offenporige Struktur aufweisen.
Geformtes Schalldämmmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrwertige, mit Wasser mischbare, einen Siedepunkt von über 150°C aufweisende Alkohole enthalten sind.
Geformtes Schalldämmmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Glycerin enthalten ist.
Geformtes Schalldämmmaterial nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass grobkörnige synthetische oder natürliche Zuschlagsstoffe enthalten sind, wobei die Hauptmenge eine Korngrösse von ca. 0,5 bis 3 mm aufweist.
Geformtes Schalldämmmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als proteinhaltiges verschäumtes Biopolymer Getreidemehle wie Roggenmehl mit einer Korngrösse unter 0,5 mm enthalten ist.
Geformtes Schalldämmmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Pflanzenfasern Fasern aus Holz, Hanf, Leinen, Palmenblättern, Schilf, Flachs oder Xylit als teilmineralisierte Pflanzenfaser enthalten sind.
Geformtes Schalldämmmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als feinkörnige anorganische Zuschlagsstoffe mit Korngrössen unter 0,5 mm wie Kalke, Silikate, thermisch aktivierte Tone, Ziegelmehl oder Kaolin enthalten sind.
Geformtes Schalldämmmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als grobkörnige synthetische oder natürliche Zuschlagsstoffe Kork oder Elastomere enthalten sind.
Geformtes Schalldämmmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a. 15 bis 70 Gew% proteinhaltige verschäumte Biopolymere, b. 10 bis 50 Gew% Pflanzenfasern oder teilmineralisierte Pflanzenfasern, c. 1 bis 30 Gew% feinkörnige anorganische Zuschlagsstoffe, d. 1 bis 70 Gew% grobkörnige synthetische oder natürliche Zuschlagsstoffe enthalten sind.
Geformtes Schalldämmmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass 10 bis 60 Gew% mehrwertige, mit Wasser mischbare, einen Siedepunkt von über 150°C aufweisende Alkohole enthalten sind.
Geschäumtes Schalldämmmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass 10 bis 60 Gew% Glycerin enthalten ist.