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Wärmedämmendes Verbundmaterial
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Die Erfindung betrifft ein wärmedämmendes Verbundmaterial, das mindestens
eine Schicht eines biegesteifen Dämm-Materials A mit geringer Warmedehnung und mindestens
eine Schicht eines zähen Dämm-Materials D enthält.
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Um Außenfassaden und Dächer von Wohngebäuden thermisch zu isolieren,
werden sie mit Wãrmedamm-Materialien verkleidet. Diese Materialien sollen folgende
Eigenschaften aufweisen: 1. gute Wärmedammwirkung, 2. hohe mechanische Festigkeit
und 3. niedrige Wärmeausdehnung.
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Normalerweise dehnen sich alle homogenen Materialien bei Erhöhung
der Temperatur aus, wobei als Kenngröße der Ausdehnung der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient
> = -i-- 1 dient. Wird dieses Bestreben von Materialien zur Ausdehnung innerhalb
von starren Baukonstruktionen behindert, so ergeben sich hohe Spannungen, die vor
allem bei starken Temperaturschwankungen zu Materialrissen fuhren können. Besonders
gefährdet sind Verbundmaterialien, bei denen die Einzeischichten verschieden große
Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.
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Dies ist zum Beispiel der Pall bei Dachbelägen aus organischen Schaumkunststoffen,
die mit Dachpappe verklebt sind oder bei Fassadenverkleidungen aus organischen Schaumkunststoffen,
die über ein Glasgelege verputzt sind. Organische Schaumkunststoffe zeichnen sich
zwar durch sehr gute Wärmedämmung aus, sie haben aber eine verhältnismäßig hohe
Wärmedehnung; der Wärmeausdehnungskoeffizient ch obliegt um eine bis zwei Zehnerpotenzen
höher als bei anorganischen Materialien.
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Anorganische Därrim-Materialien, wie z.B. gebundene Pineralfasern
haben zwar eine geringe Wärmedehnung, ihre mechanische Festigkeit ist jedoch für
viele Anwendungszwecke zu niedrig. So wird z.B. in Dachdämmbereich eine Begehbarkeit
gefordert, die einer hohen Biegefestigkeit gemäß DIN 53 423 entspricht. Es ist zwar
grundsätzlich möglich, Mineralfasermaterialien zu verdichten und dadurch ihre Festigkeit
zu erhöhen. Dies ist jedoch kostspielig, außerdem vermindert sich dabei auch die
Wärmedämmung.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Wärmedwmm-Material zu
entwickeln, bei dem die drei vorgenannten Forderungen möglichst weitgehend erfÜllt
sind.
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Es wurde gefunden, daß dies der Fall ist bei einem Verbundmaterial
aus mindestens zwei Schichten A und B folgender Zusammensetzung: A ist ein nach
DIN 7726 spröd-hartes Dämm-Material auf Basis von silikatischen Leitpartikeln, die
durch hochmolekulare organische Bindemittel untereinander verbunden sind, B ist
ein nach DIN 7726 weicher oder zäh-harter Wärmedämmstoff.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei silikatischen Leichtpartikeln,
insbesondere bei geblähtem Perlit, im Temperaturbereich zwischen etwa +100 und +9O0C
die Warmedehnung vernachlässigbar gering ist, während diese bei anderen Materialien
normalerweise mit steigender Temperatur zunimmt. Bis zu etwa 10°C beobachtet man
auch hier die übliche Ausdehnung, während oberhalb von etwa 90°C sogar eine Schrumpfung
eintritt. Diese vorteilhafte Eigenschaft der geringen Wärmedehnung überträgt sich
auch auf Dämm-Materialien, die auf Basis der silikatischen Leichtpartikel aufgebaut
sind, sowie auf das gesamte Verbundsystem.
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In dem erfindungsgemäßen Verbundsystem wird also die geringe Wãrmeausdehnung
und die Festigkeit durch den Dtmmstoff A bewirkt, während die Wärmedämmung weitgehend
durch das Dämm-Material B bedingt ist,
Die Begriffe spröd-hart und
zäh-hart bzw. weich sind durch die DIN 7726 definiert. Sie lassen sich durch ihr
Verformungsverhalten bei kurzzeitiger Druckbeanspruchung bei Raumtemperatur unterscheiden.
Bei genügend hoher Druckbeanspruchung tritt bei den zäh-harten Materialien eine
langsame, teilweise reversible Verformung, bei den spröd-harten Materialien dagegen
ein plötzlicher Zusammenbruch des Zellgefüges ein.
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Die Dämm-Materialien A enthalten als wesentlichen Bestandteil silikatische
Leitpartikel, vorzugsweise solche mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,05
bis 3 mm und einer Schüttdichte von 30 bis 150 g/l. Bevorzugt sind dabei geblähter
Perlit oder Vermiculit. Die Partikel sind miteinander verbunden durch hochmolekulare
organische Bindemittel, insbesondere durch temperaturbeständige Bindemittel mit
einer Dauergebrauchstemperatur nach DIN 53 446 von mehr als 1000C. Infrage kommen
Polymerisate, wie Acrylat- oder Butadien-Polymerisate und vor allem Polykondensate,
wie z.B. Polyesterimide, Polyamidimide, sowie vernetzte Melamin/ Formaldehyd- oder
Phenol/Formaldehyd-Kondensationsprodukte. Darüberhinaus können die Dämm-Materialien
A noch faserige oder körnige anorganische Zusatzstoffe, wie Glasfasern, Talkum oder
Gips enthalten. Die Dämm-Materialien A bestehen vorzugsweise aus einer Kernschicht
A1 aus 99 bis 60 Gew.% anorganischer Leichtpartikel, O bis 40 Gew.% der faserigen
oder körnigen Zusatzstoffe, sowie 1 bis 30 Gew.% des Bindemittels, sowie aus Deckschichten
A2, die für den Zusammenhalt und Stabilität der Schicht A verantwortlich sind. Die
Deckschichten bestehen vorzugsweise aus 96 bis 60 Ges.% eines feinkörnigen, wasserunlöslichen
mineralischen Füllstoffes, z.B. Talkum, Kaolin oder Glimmer, 2 bis 30 Gew.% anorganischer
oder organischer Fasern, wie z.B. Glasfasern, Stein- oder Mineralwolle, sowie 2
bis 30 Gew.% eines hochmolekularen organischen Bindemittels. Derartige DSmm-Materialien,
ihre Zusammensetzung und Herstellung, sind ausführlich in der deutschen Patentanmeldung
P 27 00 217 beschrieben, die Bestandteil der Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung
sein soll. Weitere bevorzugte Deckschichten A2 sind Verbundelemente aus einer Metallfolie
a und einem
Trãgermaterial b, die durch ein Bindemittel c miteinander
verbunden sind. Die Metallfolie soll eine Stärke zwischen 10 /um und 1 n aufweisen,
bevorzugt werden Aluminiumfolien eingesetzt. Das Trägermaterial b kann Papier oder
Pappe mit einem Flächengewicht zwischen 40 und 300 gtm2 oder ein Glasvlies mit dem
Flächengewicht von etwa 10 g/m2 sein. Das Bindemittel c kann sowohl anorganischer
Natur sein, wie Wasserglas; es kann aber auch ein organisches hochmolekulares Bindemittel
sein, z.B. ein Polykondensat. Die Menge des Bindemittels beträgt in allgemeinen
20 bis 120 gSm2.
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Das VErmed - Material B ist nach DIN 7726 als zEh-hart oder weich
definiert. Bevorzugt werden Mineralwolle oder Glasfasern verwendet, die durch übliche
Bindemittel, z.B. Phenol/Formaldehyd- und Melamin/Formaldehyd-Harze miteinander
verbunden sein können. Es können aber auch organische Schaumstoffe verwendet werden,
z.B.
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Polystyrol-Schaumstoffe oder Polyurethanschaumstoffe. Die WärmedännMaterialien
B weisen vorzugsweise Wärmeleitzahlen nach DIN 52 612 von 0,029 bis 0,0465 kcal/m.h.
C auf.
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Die Schichten A und B sind durch übliche Klebstoffe C miteinander
verbunden, beispielsweise durch anorganische Bindemittel, wie Wasserglas oder auch
durch organische Bindemittel, die wenig Lösungsmittel enthalten und schnell abbinden,
vorzugsweise mit Einkomponenten-Kontaktkleber auf Polyurethan-Basis. Auch wäßrige
Polyierisat-Dispersionen können zum Verkleben verwendet werden, z.B. solche auf
Basis von Polyvinylpyrrolidon oder Polyacrylaten, sowie waßrige Lösungen von Aminoplast-
und Phenoplast-Harzen.
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Die Dicke der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien und der Einzel
schichten kann je nach den gewÜnschten Eigenschaften in weiten Grenzen schwanken,
die Schicht A hat vorzugsweise eine Stärke vOn 5 mm bis 50 mm, insbesondere von
10 bis 25 mm; die Schicht B von 10 mm bis 100 mm, insbesondere von 30 bis 60 mm.
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Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf
das Gewicht.
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Beispiele Herstellung der Dämm-Materialien A 1. Die Dämmplatte besteht
gemäß Beispiel 1 der deutschen Patentanmeldung P 27 00 217 aus einer Kernschicht
auf Basis von 95 % geblähten Perlit und 5 S Polyesterimid-Bindemittel, und aus zwei
Deckschichten auf Basis von 90 S Talkum, 5 S Glasseide und 5 S eines Polyamidimid-Bindemittels.
Sie wurde hergestellt durch Yerpressen der trockenen Kernschicht mit einer pastösen
Masse der Deckschichten. Sie hat folgende Eigenschaften: Dicke: 5 cm Dichte: 160
gil Wärmeleitzahl: 0,045 kcal/m.h.°C Druckfestigkeit: 0,45 N/mm² nach DIN 53 421
Biegefestigkeit: 3,3 Nimm2 nach DIN 53 423 Wasseraufnahme (im Untertauchtest nach
24 Stunden): 25 Vol.% Zwischen +10 und +900C ist die Wärmedehnung vernachlässigbar
gering.
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2. Nach dem Beispiel 1 der deutschen Patentanmeldung wurde eine Dämmplatte
hergestellt, die statt 5 cm nur 2 cm dick ist.
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Eigeaschaften: Biegefestigkeit: 3,1 N/mm² Druckfestigkeit: 0,6 Nimm2
Dichte: 316 gil 3. Die Dämmplatte nach Beispiel 3 der deutschen Patentanmeldung
P 27 00 217 besteht aus einem Kern auf Basis von 90 S Perlit und 10 % eines modifizierten
Phenolharzes des Resoltyps, und Deckschichten aus 85 S Kaolin, 10 S Glasseide, sowie
5 % eines modifizierten Phenolharzes vom Resoltyp.
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Eigenschaften: Dichte: 160 g/l Wärneleitzahl: 0,045 kcal/m.h.0C
Druckfestigkeit:
0,43 N/mm2 Biegefestigkeit: 4,0 N/mm2 Wasseraufnahme: 27 Vor.% 4. 90 Teile geblähter
Perlit mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,7 mm und einer Schüttdichte
von etwa 60 gil werden mit 10 Teilen einer 50%igen wäßrigen Dispersion aus einem
Copolymerisat auf Basis Butylacrylat, Acrylnitril und Acrylsäure im Schwerkraftmischer
besprüht und innig vermischt. Das Gemisch wurde zu einer tafelförmigen Platte der
Stärke 50 mm mit einem Preßdruck von 0,3 N/mm2 verpreßt und anschließend bei einer
Temperatur von 150 0C getrocknet. Zur Erhöhung der Kantenstabilität und der Biegefestigkeit
wurde das Dämm-Material anschließend beidseitig mit einer Bewehrung versehen aus
einem Glasvlies mit 2 einem Flächengewicht von 6 g/m , welche durch ein Bindemittel
auf Basis mit einer Aluminiumfolie der Stärke 15 µm verklebt waren.
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Eigenschaften: Dichte: etwa 220 g/l Wärmeleitzahl: o,048 kcal/m.h.°C
Druckfestigkeit: o>6 Nimm2 Biegefestigkeit: 0,6 N/mm2 Wasseraufnahme: 25 Vol.%
5. Als Bindemittel-Vorkondensat wird ein etwa 70%iges wäßriges Phenolharz des Resoltyps,
welches aus 1 kNol Phenol und 1,6 kMol Formaldehyd erhalten wurde, eingesetzt. 83
% Perlit des mittleren Teilchendurchmessers 1 mm werden mit 17 £ Phenolharz besprüht
und in einem Schwerkraftmischer innig vermischt.
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Papier des Flächengewichts von etwa 150 gtm2 wird mit einer Aluminiumfolie
der Stärke von 15 um durch Wasserglas verklebt.
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Die Kernschicht wird zusammen mit beidseitig aufgelegten vorgefertigten
Deckschichten zu einer tafelförmigen Isolierplatte der Dichte 220 g/l verpreßt,
mittels Hochfrequenz auf 950C aufgeheizt und dabei sauer ausgehärtet.
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Eigenschaften: Wärmeleitzahl: 0,052 kcal/m.h.0C Druckfestigkeit:
0,8 N/mm2 Biegefestigkeit: 1,0 N/mm2 Wasseraufnahme: etwa 25 Vol.%.
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6. 17 Teile eines Phenolharz-Bindemittels werden mit 83 Teilen Perlit
in einem Schwerkraftmischer innig vermischt.
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Ein mit einem Harnstoffharz verfestigtes Glasvlies des Flächengewichts
10 g/m2 wird durch Wasserglas mit einer Aluminiumfolie der Stärke 15 /um verbunden.
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Die Herstellung des Verbund-Dämm-Materials wird analog Beispiel 3
durchgeführt.
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Eigenschaften: Wärmeleitzahl: 0,052 kcal/m.h.0C Druckfestigkeit:
0,8 N/mm2 Biegefestigkeit: 0,9 N/mm2 Wasseraufnahme: etwa 1 Vol.%
Herstellung
der Verbundmaterialien: 1. Die 2 cm starke Dämmplatte des Beispiels A 2 wird mittels
einer wäßrigen Polymerisatdispersion auf Basis Polyvinylpropionat mit einer 5 cm
starken zäh-harten Polystyroischaum-Platte B 1 verklebt.
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Eigenschaften: Biegefestig- Druckfestig- Dichte iErmeleitkeit keit
zahl N/mm2 Nlmm2 g/l kcal/m.h.OC Platte A 2 3,1 0,6 316 0,058 Platte B 1 1,45 0,1+
20 0,03 Verbund 6,0 0,1+ 0,037 Da die Platte nicht bricht, wurde die Druckspannung
bei 10 s Stauchung gemessen.
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Es resultiert ein Verbund-Dämmstoff mit geringer Wärmedehnung.
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2. Die 2 cm starke Dämmplatte A 2 wurde mit Hilfe von Wasserglas mit
einer 4 cm starken Glasfaserdämmplatte B 2 (mit Phenolharz gebunden) verklebt.
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Eigenschaften: Biegefestig- Druckfestig- Dichte Wärmeleitkeit keit
zahl N/mm2 N/mm2 g/l kcal/m.h.OC Platte A 2 3,1 0,6 316 0,058 Platte B 2 0,25 0,003+
90 0,035 Verbund 3,5 0,003+ 0,043 Druckspannung bei 10 % Stauchung Es resultierte
ein Verbund-Dämmstoff, der besonders im Temperaturbereich von +10 bis +90°C praktisch
keine Wärmedehnung aufweist.
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Statt der Dämmplatte A 2 können auch die Platte A 1 und A 3 bis A
6 mit den Dämmstoffen B 1 oder B 2 verklebt werden, wobei ähnliche vorteilhafte
Ergebnisse erhalten werden.