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Verfahren zur Herstellung von Dämmplatten Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Dämmplatten mit hoher Feuerwiderstandsdauer für
Bau- und Isolierzwecke aus anorganischen Leichtpartikeln, die durch wäßrige Dispersionen
polymerer organischer Bindemittel miteinander verbunden werden.
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Baustoffe aus anorganischen Leichtpartikeln, wie Perlit und Vermiculit
oder Alkalisilikaten sind bekannt. Zum Verkleben der Partikel werden im allgemeinen
anorganische Bindemittel eingesetzt, wie Zement, Ton oder Kalk. Derartige Baustoffe
zeichnen sich zwar durch günstige brandtechnische Eigenschaften aus; ihre Dichte
ist jedoch im allgemeinen so hoch (zwischen 300 und 800 g/l), daß sie infolge ihrer
hohen Wärmeleitzahl-als Wärmedämmstoffe keinen großen Effekt haben. Bei Verringerung
der Bindemittelmenge erhält man zwar niedrigere Dichten, doch nimmt dann die mechanische
Festigkeit sehr stark ab. Durch Zusatz von pflanzlichen Fasern (DT-AS 1 239 609
oder DT-OS 2 123 509) wird zwar die Festigkeit verbessert, die Dämmstoffe sind jedoch
brandtechnisch ungünstig. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, organische Bindemittel,
wie Asphalt, Bitumen oder Stärke zu verwenden. Solche Baustoffe haben zwar ein gutes
Wärmeisolationsvermögen und im allgemeinen auch befriedigende mechanische Festigkeit,
da jedoch große Binde mitte lmengen notwendig sind, genügen sie nicht den Anforderungen
nach Nichtbrennbarkeit, die an Baustoffe gestellt werden, welche z.B. bei Hochhäusern,
Krankenhäusern oder öffentlichen Gebäuden als Wärmedämmstoffe verwendet werden sollen.
Beim Beflammen verkokeln die Bindemittel und entwickeln brennbare und toxische Gase.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Dämmplatten mit hoher Feuerwiderstandsdauer
und guter mechanischer Festigkeit zu entwickeln, die im Brandfall möglichst keine
brennbaren und toxischen Gase entwickeln. Die Dämmstoffe sollen ferner den Anforderungen
nach DIN 4102 für Baustoffe der Klassen B und W 90 genügen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Dämmplatten
mit hoher Feuerwiderstandsdauer und einer Dichte von 80 bis 230 g/l aus A) 99 bis
80 Gewichtsprozent anorganischer Leichtpartikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser
zwischen 0,05 und 3 mm und einer Schüttdichte zwischen 30 und 150 g/l, B) 0 bis
50 Gewichtsprozent faseriger oder körniger Zusatzstoffe, und C) 1 bis 25 Gewichtsprozent
eines organischen hochmolekularen Bindemittels auf Basis von Homo- oder Copolymerisaten
olefinisch ungesättigter Monomerer.
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Das Verfahren besteht aus folgenden Schritten: a) Leichtpartikel und
gegebenenfalls Zusatzstoffe werden mit einer 1- bis 50-gewichtsprozentigen wäßrigen
Dispersion des Bindemittels vermischt; b) das Wasser wird gegebenenfalls größtenteils
mechanisch entfernt; c) die feuchte Mischung wird zu Platten einer Dicke von 1 bis
25, vorzugsweise 2 bis 8 cm, gepreßt; d) die Platten werden vorzugsweise bei Temperaturen
zwischen 100 und 1500C getrocknet.
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Die erfindungsgemäßen Dämmstoffe sind nach DIN 4102 schwer entflammbar
und gehören damit der Baustoffklasse B1 an; sie weisen bei einer Dämmstoffdicke
von 5 cm und beidseitiger Beplankung mit 3 mm Asbestzement.eine hohe Feuerwiderstandsdauer
auf und gehören damit zur Widerstandsklasse W 90. Sie haben eine verhältnismäßig
niedrige Dichte, die zwischen 80 und 230, vorzugsweise
zwischen
120 und 180 g/l liegt; dadurch haben sie ein sehr gutes Wärmedämmvermögen.
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Die verwendeten anorganischen Leichtpartikel B1 haben einen mittleren
Teilchendurchmesser zwischen 0,05 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 und 2 mm.
Ihre Schüttdichte liegt zwischen 30 und 150, vorzugsweise zwischen 40 und 80 g/l.
Bevorzugt werden silikatische Materialien verwendet, wie wasserunlösliche Alkalisilikate
mit einem SiO2 zu Me20-Verhältnis von größer als 4,5 : 1 oder Silikate der 2. und
3. Hauptgruppe des Periodensystems.
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Besonders bevorzugt sind geblähter Perlit oder Vermiculit; geeignet
sind aber auch geblähtes Schaumglas, Flugasche oder geblähter Gips.
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Perlit ist ein hydraulisches Aluminiumsilikat, das sich von Rhyolith-Lava
ableitet. Es enthält im wesentlichen 70 bis 85 % SiO2, 12 bis 14 % Al203 und 2 bis
3 % Wasser. Vermiculit ist ein hydraulisches Magnesiumaluminiumsilikat mit unbestimmter
Struktur mit einem Gehalt von 8 bis 12 % MgO, 60 bis 65 % SiO2, 6 bis 12 % A1203
und 1 bis 4 % Wasser.
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Wenn gemahlener Perlit bei 900 bis 12500C oder Vermiculit bei 850
bis 10500C etwa 2 bis 10 Minuten lang erhitzt wird, so blähen sich die einzelnen
Körnchen, und ihr Volumen vergrößert sich ge nach Mineralqualität und Herkunft um
das 6- bis 20-Fache.
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Das aus geblähtem Perlit bestehende Material ist leicht und weist
geschlossene Zellen auf, während der geblähte Vermiculit eine plattenartige Struktur
besitzt.
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Die Dämmstoffe können gegebenenfalls bis zu 50 Gewichtsprozent faseriger
oder körniger Zusatzstoffe B enthalten. Fasrige Zusätze verbessern den Elastizitätsmodul
und die Biegefestigkeit der Baustoffe. Die Fasern sollen eine Länge von 2 mm bis
3 cm aufweisen. Bevorzugt sind Glasfasern, Stein- oder Mineralwolle sowie Cellulosefasern.
Körnige Zusätze verbessern die Festigkeit der Baustoffe. Die Körner sollen einen
Durchmesser von < 100/um aufweisen. Bevorzugt sind Talkum, Kieselgur, Tonmehl
oder Gips.
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In den erfindungsgemäßen Dämmstoffen sind die Partikel A und B durch
1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 10 Gewichgsprozent eines organischen, hochmolekularen
Bindemittels miteinander verbunden.
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Die obere Grenze der Bindemittelkonzentration ist dabei festgelegt
durch das gewünschte mechanische Niveau, den Preis und die erstrebte brandtechnische
Klassifizierung. Die untere Grenze der Bindemittelkonzentration ist durch das gewünschte
mechanische Eigenschaftsniveau gegeben.
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Bei der Herstellung der Dämmplatten werden die Bindemittel in Form
von wäßrigen Dispersionen eingesetzt, die gegebenenfalls übliche Dispergierstabilisatoren,
Vernetzungsmittel, Katalysatoren, Verlaufsmittel oder andere Zusatzstoffe in geringen
Mengen enthalten können.
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Gegenüber Lösungen in organischen Lösungsmitteln zeichnen sich wäßrige
Dispersionen durch Energieersparnis, Sicherheit in der Handhabung und Umweltfreundlichkeit
aus. Man erspart die kostspielige Lösungsmittelaufarbeitung und braucht nicht mit
brennbaren und toxischen Flüssigkeiten zu hantieren.
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In Frage kommen bevorzugt Homo- und Copolymerisate auf Basis folgender
monomerer olefinisch ungesättigter Verbindungen: Acrylnitril, Acrylsäure und Acrylate,
Methacrylsäure und Methacrylate, Acrylamide, Ffthacrylamide, Styrol, «-Methylstyrol,
Butadien, Äthylen, Propylen, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid,
Vinyläther, Vinylcarbazole, Vinylpyrrolidone, Vinylimidazole, Vinylmethylketone,
Maleinsäure und Derivate.
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Besonders gut geeignet sind Copolymerisate auf Basis von Acrylestern
und Vinylestern, insbesondere Copolymerisate aus Vinylpropionat und Vinylchlorid
oder Butylacrylat, Acrylnitril, Äthylhexylacrylat und wenig Acrylsäure.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Dämmplatten ist etwas verschieden,
je nachdem, ob sie faserige Zusatzstoffe enthalten oder nicht.
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Bei Dämmstoffen, die keine Fasern enthalten, werden die Leichtpartikel
mit einer etwa 1- bis 50-, vorzugsweise 2- bis 10-gewichtsprozentigen wäßrigen Dispersion
des Bindemittels besprüht, wobei die Partikel in üblichen Mischmaschinen in Bewegung
gehalten werden. Es ist ein besonderer-Vorteil der Verwendung von wäßrigen Bindemittelsystemen,
daß eine besonders feine und gleichmäßige Verteilung von Leichtpartikel und Bindemittel
erhalten wird. Das Produkt wird gegebenenfalls mechanisch von einem Teil des Wassers
befreit und dann im feuchten Zustand in üblichen Pressen bei Drücken von etwa 1
bis 10 kp/cm2 zu Platten gepreßt. Diese werden erst bei etwa 100 bis 1500C getrocknet.
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Bei Dämmstoffen, die Fasern enthalten, werden zunächst die Fasern
in Wasser, welches oberflächenaktive Stoffe als übliche Aufschlußmittel gelöst enthält,
unter Rühren aufgeschlämmt. Dazu werden dann die Binde mitte ldispersionen oder
-lösungen sowie die Leichtpartikel gegeben und kräftig vermischt. Auf einem in der
Papierindustrie üblichen Blattbildner wird der Großteil des Wassers abgesaugt. Nach
leichtem Anpressen wird die Platte getrocknet.
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Die erfindungsgemäßen Dämmstoffe können mit üblichen Deckschichten,
wie Asbestzement, Gipskarton, getränkten Glasvliesen oder Metallblechen, verklebt
und zu Sandwichelementen verarbeitet werden. Sie eignen sich zur Herstellung von
nichttragenden Wänden, Decken und Böden; sie können aber auch zur Beschichtung von
tragenden Wänden, Decken und Böden oder in Lager- oder Kühlhäusern als wärmeisolierende
und den Feuerdurchgang hemmende Schicht eingesetzt werden.
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Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf
das Gewicht.
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Beispiel 1 Zusammensetzung der Dämmplatte: 74 Teile Perlit der Schüttdichte
50 g/l, 20 Teile Steinwolle,
5 Teile wäßrige Polymerdispersion auf
Basis eines Copolymeristates aus Butylacrylat, Acrylnitril und Acrylsäure, 1 Teil
Faseraufschlußmittel auf Basis einer wäßrigen Lösung eines carboxylgruppenhaltigen
Polyacrylesters.
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Herstellung: Aus dem Faseraufschlußmittel wurde eine 0,5 %ige wäßrige
Lösung hergestellt. Hierin wurde die Steinwolle eingebracht und unter kräftigem
Rühren zu einer homogenen Aurschlämmung aufgeschlossen. Nach Zugabe der Polymerdispersion
sowie von Perlit wurde die Aufschlämmung auf einem in der Papierindustrie üblichen
Blattbildner scharf abgesaugt. Nach leichtem Anpressen auf eine Höhe von 5 cm wurde
der Formkörper bei etwa 1500C getrocknet.
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Die folgenden Eigenschaften beziehen sich auf eine Dämmplatte mit
der Dichte 100 g/l.
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Wärmeleitzahl c 0,04 kcal mhOC nach DIN 52 612 Druckfestigkeit - 1,2
kp/cm2 nach DIN 53 421 Biegefestigkeit >~ 2,0 kp/cm2 nach DIN 53 423 Die Platte
ist nicht kapillar und nicht wasserlöslich.
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Beispiel 2 Zusammensetzung und Aufbau der Dämmplatte: Kern: 95 Teile
Perlit der Schüttdichte 50 g/l, 5 Teile wäßrige Polymerdispersion auf Basis Polyvinylpropionat.
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Beschichtung: 0,1 m2 eines Glasfaservlieses des Flächengewichtes 30
g/m2 war getränkt mit einem Gemisch von 150 g Wasserglas (350 Be) und 20 g Kieselsäure.
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Herstellung: Die 50 %ige wäßrige Polymerdispersion wurde mit der 5-fachen
Menge Wasser verdünnt. Der Perlit wurde in einem Schwerkraftmischer
mit
dieser verdünnten Dispersion besprüht. Dieses erdfeuchte rieselfähige Gemisch wurde
zusammen mit den durchtränkten Glasvliesen als Deckschicht verpreßt und anschließend
getrocknet.
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Die folgenden Eigenschaften beziehen sich auf eine Dämmplatte der
Dichte 130 g/l: Wärmeleitzahl c 0,045 kmhac Druckfestigkeit -- 2,5 kp/cm2 Biegefestigkeit
N 2,0 kp/cm2 Die Platte ist nicht. wasserlöslich.
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Beispiel 3 Zusammensetzung der Dämmplatte: 95 Teile Perlit der Schüttdichte
50 g/l, 5 Teile Bindemittel auf Basis Styrol/maleinsäureanhydrid.
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Herstellung: siehe Beispiel 2 Das erdfeuchte, rieselfähige Gemisch
wurde zu einer Platte der Höhe 5 cm und der Dichte 170 g/l verpreßt und anschließend
auf Gewichtskonstanz getrocknet.
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Eigenschaften: Wärmeleitzahl 0,05 kcal mhoC Druckfestigkeit #4,5 kp/cm2
Biegefestigkeit rV 3,5 kp/cm2 Die Platte ist nicht kapillar und wasserunlöslich.
Die Wasseraufnahme im Untertauchtest beträgt weniger als 5 Volumenprozent.
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Beispiel 4 Zusammensetzung der Dämmplatte: 95 Teile Perlit der Schüttdichte
50 g/l, 5 Teile Polymerdispersion auf Basis Polyvinylpropionat, 2 Glasgelege des
Flächengewichtes 30 g/m2 und einer Maschenweite von ca. 5 m.
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Herstellung: siehe Beispiel 2 Beim Pressen der Platte wurde im unteren
und oberen Teil der Platte je ein Glasgelege zur Verstärkung eingebracht und anschließend
getrocknet.
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Die folgenden Eigenschaften beziehen sich auf eine Dämmplatte der
Dichte 150 g/l: Wärmeleitzahl ( 0,046 kcal mh°C Druckfestigkeit #3,0 kp/cm² Biegefestlgkeitx)
22,0 kp/cm² Die Platte ist nicht kapillar und wasserunlöslich.
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Die Probekörper der DIN 53 423 wurden linear um den Faktor 2,5 vergrößert.