DE3132279A1

DE3132279A1 - Verfahren zur thermischen isolierung

Info

Publication number: DE3132279A1
Application number: DE19813132279
Authority: DE
Inventors: John David Carshalton Surrey Harrison; John Allan Sale Cheshire Weightman
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1980-08-18
Filing date: 1981-08-14
Publication date: 1982-06-16
Also published as: IE51499B1; DK363481A; CA1184107A; BE889982A; DE3132279C2; GB2082595B; FR2488639B1; NL8103837A; FR2488639A1; GB2082595A; IE811861L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmeisolierung bei ζ» B. Baukonstruktionen beliebiger Art, bei denen die Wärmeleitfähigkeit zwischen voneinander entfernten Flächen, welche Luft einschließen, verringert werden soll» Dies kann durch Ausfüllen des Luftraumes zwischen solchen Flächen mit einem Material von geeigneten Wärmeleitfähigkeitseigenschaften geschehen. Im Falle von Baukonstruktionen aus Hohlmauern werden bekanntlich die Hohlräume mit Isoliermaterialien wie expandiertem Vermiculit, Gesteinswolle, zelligem Polystyrol oder Polyurethanschaumstoff ausgefüllt.

Expandierte Polystyrolkugeln haben eine zellige Struktur und sind daher im Prinzip gut geeignet für die Isolierung von Hohlräumen· Jedoch kann.aufgrund ihrer sehr geringen Schüttdichte und ihrer guten .Fließfähigkeitseigenschaften (freifließend) nur schwer sichergestellt werden, daß sie in den Hohlräumen zurückgehalten werden und nicht durch Fugen, Verbindungsstellen oder Fehlstellen in den Hohlwänden wieder austreten. Eine Lösung dieses Problems wird in der FR-OS 78 21 049 beschrieben. Danach werden die expandierten Polystyrol-

/2

1A-55 068 - 2f-

kugeln mit einem Bindemittel auf der Basis eines synthetischen Polymerlatex überzogen. Das Latex-Bindemittel hindert dann das Fließen der Polystyrolkugeln durch irgendwelche Öffnungen in den Hohlwänden.in einem solchen Ausmaß, daß das Ausströmen oder Durchschlüpfen gestoppt wird, bevor eine merkliche Menge an Kugeln ausgetreten ist.

Gemäß dieser älteren Arbeitsweise wird angegeben, daß der synthetische Polymerlatex, der als Bindemittel oder Binder Verwendung findet, eine beliebige kolloidale Suspension von Teilchen eines Polymerisats sein kann,, das durch Additionspolymerisation erhalten worden ist. Als geeignet werden Latices auf der Basis von beispielsweise Styrolbutadiencopolymerisaten, Acrylcopolymerisaten, Butadienacrylnitrilpolymerisaten, Vinylidenchloridcopplymerisaten, Butylkautschuk, Isopren oder, vorzugsweise Polymerisaten oder Copolymerisaten von Vinylalkansäureestern, wie Vinylacetat oder Vinylpropionat bezeichnet. Als bevorzugt werden Latices auf der Basis von Vinylacetatcopolymerisaten bezeichnet, insbesondere auf der Basis von Copolymerisaten aus Vinylacetat und höheren Estern wie Vinylcaproat, Vinyllaurat und Vinyl-<f,£ -di-

25 methyloctanoato

Jedoch findet bei der Hohlraumisolierung das Aus- ■ füllen der Hohlräume häufig im Freien und bei Umgebungstemperatur statt und wenn Latex-gebundene zellige Polymerisate hierfür verwendet werden, ist es wünschenswert, daß der.· Latexbinder bei niederen Umgebungstemperaturen" schnell abbindet bzw. fest wird oder aushärtet. Es wurde nun gefunden, daß dies dadurch- erreicht werden kann, daß der Latex eine minimale Filmbildungs-Temperatur (miniumum film forming temperature) -

/3

1A-55 068 - # -

nicht über.0 ⁰C aufweist» Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit. dem eine Wärmeisolierung zwischen einer Mehrzahl voneinander entfernter Flächen bewirkt sind, zwischen denen sich ein mit Luft gefüllter Hohlraum befindet und bei dem in diesen Hohlraum zellige Teilchen aus expandierten Polymerisaten und einem synthetischen Polymeriatexbinder eingebracht werden; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Latexbindemittel eine minimale Filmbildungstemperatur nicht über G ⁰C aufweist. Alle Latices, die diese Eigenschaft aufweisen, werden zu den vorteilhaften Ergebnissen der vorliegenden Erfindung führen; als besonders geeignet haben sich Latices auf der Basis von Copoly- merisaten aus Vinylacetat und Äthylen erwiesen, insbesondere solche Copolymerisate mit einem Gehalt an Äthyleneinheiten von mindestens 12 Gew.-#, bezogen auf das Copolymerisat.

Besonders geeignete zellige Polymerisatteilchen für das erfindungsgemäße Verfahren sind Perlen aus expandiertem Polystyrol, jedoch können auch alle anderen Arten von zelligen expandierten Polymerisaten Verwendung finden. Bekanntlich werden zellige Polystyrolteilchen zweckmäßigerweise aus expandierbaren Teilchen hergestellt, die in Form von Perlen oder Kugeln mittels Suspensions- oder Emulsionspolymerisationsverfahren erzeugt worden sind, wobei das Expandieroder Treibmittel, wie Pentan, während oder nach der Polymerisation darin eingeschlossen wird. Beim Erhitzen der expandierbaren Perlen oder Kugeln findet eine "Vorexpansion" statt, die zu den für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten zeliigen Polystyrolteilchen führt. Die Vorexpansion, eine bekannte Stufe

1A-55 068 · -Jf-

bei der Herstellung von zelligem Polystyrol,tunfaßt die Dampfbehandlung der expandierbaren·Kugeln oder Perlen, die zu einer Expansion von etwa dem 20- bis 30-fachen des ursprünglichen Volumens führt, so daß beim Abkühlen Luft in die einzelnen Zellen eindringt und den Innendruck bis auf Atmosphärendruck erhöht. Diese expandierten zelligen Polystyrolteilchen sind - kugelig geformt und weisen eine scheinbare Dichte in gerütteltem Zustand bzw. Zustand der dichten Kugelpackung (apparent, packed density) von beispielsweise 6 bis 100 g/l sowie gute Fließeigenschaften (freifließend) auf. Für das Ausfüllen von Hohlwänden liegt die Teilchengröße der Kugeln oder Perlen zweckmäßigerweise im Bereich von 1 bis 10 mm.und für diese Anwendung ist es außerdem wünschenswert, selbstverlöschende Sorten von Polystyrolkugeln zu.verwenden. Zu diesem Zweck sind eine Reihe von Zusätzen bekannt, beispielsweise bromierte oder chlorierte organische Verbindungenο

Vorteilhafterweise werden die zelligen Teilchen aus expandiertem Polymerisat mit Hilfe einer Mischpistole in den Hohlraum eingeführt, in der Ströme der Teilchen und des Latexbindemittels im gewünschten Verhältnis miteinander kombiniert werden und das erhaltene Gemisch durch die Düse der Mischpistole in den Hohlraum eingebracht wird. Eine derartige Mischpistole umfaßt zweckmäßigerweise ein Rohr oder eine ähnlihe Vorrichtung, so ausgelegt, daß sie mit einem Vorratsbehälter für die Teilchen, beispielsweise einem Aufgabetrichter verbunden werden kann, sowie darin eingefügt ein Hauptstrahlrohr, durch das Luft oder ein anderes Gas unter Druck eingeführt wird mit dem Zweck, die Teilchen entlang des Rohres aus dem Vor-

/5

1A-55 068 - ST -

ratsbehälter anzusaugen, sowie ein oder mehrere zusätzliche Strahlrohre, durch die das Latexbindemittel eingeführt wird. Eine spezielle bevorzugte Ausfürung einer solchen Mischpistole ist in der NL-OS 77 09 beschrieben.

Für die Ausfüllung von Hohlräumen wird die Latexmenge zweckmäßigerweise so bemessen, daß 5 bis 10 %, vorzugsweise 6 bis 8 % Latexfeststoffe vorhanden sind, bezogen auf das. Gewicht der Polymerisatteilchen. Der Feststoffgehalt des Latex selbst kann 10 bis 20 Gew. -% ausmachen, während das Gesamtgewichtsverhältnis von Polymerisatteilchen zu Latex üblicherweise im Bereich von 10:1 bis 10 : 10 liegt, für

15 diese Anwendungsarten.

Nachdem der Hohlraum in der erfindungsgemäßen "Weise gefüllt worden ist, läßt man die Füllung trocknen und abbinden bzw„ aushärten» Bei ausreichender Verdampfung des Wassers läuft das Polymerisat des Latex auf. den zelligen Polystyrolteilchen zusammen und wirkt als dauerhaftes Bindemittel. Nach dem Befeuchten der Polystyrolteilchen durch den Latex, vor dem Aushärten, ist das Freifließvermögen der -.. Teilchen etwas verringert, so daß die Kugeln daran gehindert werden,sich in unerwünscher Weise zu verteilen oder zu zerstreuen.

Die Abbinde- oder Aushärtzeit der Masse - üblicherweise 0,5 bis 3 Stunden - hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, wie Umgebungstemperatur und relative Feuchte, freier Luftdurchgang und Zusammensetzung und Menge des verwendeten Latex,, Bei den nach dem Stand der Technik verwendeten Polymer-Latex-Bindemitteln betrug die zum Aushärten benötigte Tempe-

/6

1A-55 068 - ? -

ratur üblicherweise mindestens 15 °C Dies konnte auf wenigstens 5 °C herabgesetzt werden durch Zugabe geringer Mengen, beispielsweise 1 bis 5 Gew.-% des Latex von Alkoholen mit hohem Molekulargewicht als Coalesziermittel, wobei geeignete Alkohole, Polyäthylenglykole, Polypropylenglykole und Esteralkohole sind. Hingegen wird bei Verwendung der erfindungsgemäßen Polymerlatices ein zufriedenstellendes schnelles Abbinden oder Aushärten bei so niedrigen Temperaturen wie 0 ⁰C erreicht, ohne daß ein Coalesziermittel bzw. Mittel zum Zusammenlaufen zugegeben werden muß. . " .

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Iso-1.5 lierung beliebiger Hohlräume, die durch mindestens zwei Flächen begrenzt werden. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Isolierung von Hohlräumen in vorhandenen Bauten, die eine Hohlwandkonstruktion einschließen _{ durch Einspritzen von zelligem Polymerisat und Bindemittel in den Hohlraum. Andere Anwendungen beziehen sich auf solche in Baukonstruktionen verwendeten Blöcke oder Bauteile, welche Hohlräume enthalten, damit ihr Gewicht verringert wird. Das Ver- . fahren der" Erfindung kann angewandt werden um solche Hohlräume auszufüllen und die Wärmeisoliereigenschaften des Produktes zu verstärken. Andere Anwendungsmöglichkeiten auch auf anderen Gebieten als dem Bauwesen liegen im Bereich des fachmännischen Könnens.

Das folgende Beispiel dient zur näheren Erläuterung der Erfindung.

1A-55 068 -JT-

Beispiel ·

Das Verhalten von zwei Polymer-Bindemitteln wurde beim Auffüllen von Hohlbausteinen mit Perlen aus expandiertem Polystyrol verglichene Bindemittel A war eine 25 %-ige (Gewicht/Gewicht) wässrige Lösung von "VeoVa" 10 ("VeoVa" ist ein Shell-Warenzeichen) enthaltend 4 % (Gewicht/Gewicht) Texanol. »VeoVa» 10 ist ein Vinylester der OC, oC-Dimethyloctansäure in einem Monomergewichtsverhältnis von 70 : 30 enthaltend 3. Gew.-% eines anionischeh Emujgators, mit einem Feststoff gehalt • von 17. GeWi-% und einem pH-Wert von 4 bis 4,5ο Texanol ist 2,2i4-Trimethylpentandiol-1,3-monoisobutyrat.

Bindemittel B war ein Vinylacetat-äthylencopolymerisat der Vinyl Products Ltd., das unter der Handelsbezeichnung "Vinamul" 3252 erhältlich ist. Die minimale Filmbildungstemperatur dieses Produktes betrug 0 ⁰C, sein Äthylengehalt 12 Gew.-%, der Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen 54 bis 56 % und der pH-Wert 4,5 bis 5,0.

Proben der Bindemittel A und B, von denen einige jeweils zwei Gefrier-Auftau-Zyklen unterworfen worden waren, wurden mit Wasser im Verhältnis 1 : 1 verdünnt. Einige der Proben wurden mit technischem vergälltem Alkohol modifiziert, 15 %, bezogen auf das Wassergewicht, um den Gefrierpunkt auf unter -6 ⁰C zu bringen (der vergällte Alkohol (IMS) und Wasser wurde vor der Zugabe zur Emulsion miteinander vorgemischt, um Eisbildung zu verhindern). Schließlich wurden Tests auch mit einigen Proben, die im Verhältnis 1:2 (Emulsion : Wasser) verdünnt worden waren, ausgeführt.

Alle Bindemittelproben wurden vor dem Gebrauch und dem Test durch ein Netz mit lichter Maschenweite

/8

1A-55 068 , -JgT- '

10

0,152 mm (100 mesh) filtriert und in den Fällen, in denen die Emulsion gefroren war, wurde in diesem Stadium ein mäßiger Anteil an gelartigen Stücken herausfiltriert. Die verdünnten Emulsionen wurden bei niederen Temperaturen bis zu 24 Stunden gehalten (konditioniert) bevor sie versprüht wurden (dies geschah in Übereinstimmung mit den Anforderungen des Versuchsprogramms, welches erfordert, daß die Temperaturen in täglichen Abständen gesenkt werden).

10 · .

Die Lufttemperatur im kalten Raum wurde mit Hilfe großer Fächer, die eine ständige Luftbewegung erzeugten, gleichmäßig gehalten. Die Sprühtests wurden bei Temperaturen von 5 ⁰C, 0 ⁰C und -5 ⁰C ausge-

15 führt. . '

Mit den Tests wurde bezweckt: .

(.i) die Füllung, d. h. die mit ·Klebemittel beschichteten Perlen (korrektes Verhältnis von 5 %_f bezogen auf ■ das Perlengewicht) in kleine Hohlwände, hergestellt aus Hohlblocksteinen, einzufüllen und das Trocknen und Gebundensein des Systems nach 18 Stunden zu bewertenf

(Xi) die Versprühbarkeit des Bindemittels zu bewerten und Blockierungen der Düse unter den unterschiedlichen Bedingungen festzustellen.

Die .Sprühtests wurden ausgeführt, indem die.abgekühlte Flüssigkeit aus dem Drucktopf durch die Leitung · für das Klebemittel zu dem Sprühstrahlrohr geführt wurde, das so gewählt war, daß sich eine hohe Fließgeschwindigkeit ergab. Das Sprühmuster (spray pattern) wurde regelmäßig beobachtet und der Strahlrohrfilter nach Beendigung untersucht.

/9

1A-55 068 ' -^- ' ·

Λ*

Die Bindefähigkeit wurde geprüft durch Ausfüllen von Hohlräumen, die zwischen kleinen Wänden konstruiert aus nicht verfugten Blöcken gebildet- worden waren. Die Blöcke waren 45,7 x 22,9 cm (18 χ 9 inch) groß und die Hohlräume entsprachen den Abmessungen von vier Blöcken und der durchschnittlichen Breite der Hohlwand. Man ließ die Füllungen über Nacht (etwa 18 Stunden) unter den Umgebungsbedingungen des kalten Raumes aushärten. (Die Konditionierausrüstung des kalten Raumes arbeitete mit Luftumwälzung (recirculating type) und erzeugte ohne Frischluftzufuhr ein hohes Ausmaß an Luftbewegung).

Die Füllungen waren so ausgelegt, daß sie einen Feststoffgehalt des Klebemittels von 5 % des Perlengewichtes aufwiesen. Die Spritz- oder Sprühvor-. richtung arbeitete mit einer Fließgeschwindigkeit der trockenen Kugeln von 1,7 kg je Minute unter Verwendung eines Materials der Sorte 55 (55 grade material), dessen Schüttgewicht im trockenen losen Zustand 16 kg je mP betrug. Die Fließgeschwindigkeiten des Klebemittels wurden auf 170/180 ml in 30 Sekunden für ein 1 : 1 verdünntes Klebemittel, auf 170 ml in 25 Sekunden für 1 : 1,5 Verdünnungen und auf .170 ml in 20 Sekunden für 1 : 2 Verdünnungen festgesetzt. .

(i) Stärke bzw. Festigkeit der Füllung.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Daten der ausgeführten Tests, mit denen die Festigkeitswerte der Füllungen bewertet wurden. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden entsprechend der Reihenfolge der relativen Bindefestigkeit bewertet und diese

35 Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

/10

1A-55 068

Die Ergebnisse in Tabelle 2 geben die relativen Festigkeiten nur zwischen den Proben an, die zur gleichen Zeit und unter den gleichen Bedingungen geprüft wurden und können nicht mit anderen Versuchs reihen verglichen werden. Die Umkehrungen der Ergebnisse für die Tests bei Raumtemperatur, ausgeführt an verschiedenen Tagen, geben an, daß nur geringe Unterschiede zwischen den Festigkeiten der Systeme vorhanden waren.

Diese Tests zeigen, daß bei Temperaturen bis zu -5 ⁰C zufriedenstellende Festigkeiten der Füllungen sowohl mit Bindemittel A wie auch mit Bindemittel B erzielt wurden und daß die Festigkeit mit der Zeit auf ein Maximum anstieg, daß aber bei tiefen Temperaturen stärkere Füllungen eher mit Bindemittel B als mit Bindemittel A erzielt wurden.

(ii) Sprühbe'ständigkeit.

20 .-

Tabelle 3 zeigt die Klebemittel, Verdünnungen, angewandten Modifizierungen und die Temperaturen, bei denen die Sprühtests ausgeführt wurden.

In allen Sprühstabilitätstest wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Es wurde weder eine Verstopfung der Filter, unzureichendes Sprühen noch ein schlechtes Sprühmuster beobachtet, ausgenommen Bindemittel B, welches - wenn mit vergälltem Alkohol modifiziert und 1 : 1 verdünnt - aufgrund Theologischer Probleme bei 0 C und bei -5 ⁰C sich schlecht versprühen ließ. Dieses Problem wurde jedoch völlig überwunden durch Verdünnen im Verhältnis 2 : 3 (Emulsion : Wasser). In keinem Fälle trat

/11

1A-55 068 - IT -

irgendeine Blockierung oder Verstopfung des Filters hinter der Sprühdüse auf. Dieses wurde nach jedem Versuch untersucht und es wurde in keinem Fall irgendetwas anderes festgestellt als gelegentlich Schmutz aus dem Sprühsystem.

folgen Tabellen 1 bis 3

/12

TABELLE 1: Untersuchung der Festigkeit von Füllungen in dem Hohlraum

■ Bindemittel

B

1

-5

5 %

V

5

: 2

-5

1

• NIL

1 :

2

Bindemittel

15 %

A **

IMS Gehalt.*

b

d

o'

d

vji

': 1

5

O

1 ι 1

Verdünnung
(Emulsion : Wasser)

1 : 1

A

d

f

0

h

5 O

Lufttemperatur ⁰C

A 5 0

d

f

A

k k

-5

Bezugszeichen
für Tabelle 2

b b b

k

VJi VJi

* IMS A **

vergällter Alkohol, techn.

Außen-Umgebungstemperatur (etwa 16 bis 21 ⁰C)

Bindemittel A enthält 4 % Texanol, bezogen auf das Emulsionsgewicht

Bindemittel B, verdünnt 1 : 1 .und modifiziert mit IMS ließ sich

bei 0 ⁰C und bei -5 ⁰C nicht versprühen; dies wurde durch Verdünnen

auf 2 : 3 (Emulsion : Wasser) überwunden»

co CD

■■ «· . ο «

1A-55 068

TABELLE 2: Relative Festigkeit für die in Tabelle 1 . aufgeführten Tests nach. Trocknen.während 18 Stunden bei der angegebenen Temperatur

Relative Festigkeit

tärkere Füllungen

schwächere Füllungen

Temperatur	Klebemittel-Bezugszeichen (sh. Tabelle 1)	d k	k d
Umgebung 5°C	b b,f	..d k	h d
Umgebung 0⁰C	k f	b d	k k
Umgebung -5⁰C	d d,b

/14

•ο ro 4

TABELLE 3: Klebmittel, Modifizierungen, Verdünnungen und Temperaturen der Sprüh-Stabiiitätstests

Bindemittel B

. 15*

Ja

5

0

-5

Nein

5

0

-5

-

Ja

0

Nein

■ ο

Bindemittel A *;

Nein

IPk

0

-5

Ja

0

-

0

IMS Gehalt

5 A
C.

0 A.

-5 A

5 A

0 A

-5 A

5

0 A

5

0 A

15*

5 A

0 A

-5 A

5

O A

Ja

0 A

Gefrier-Auftau-
Zyklen

♦♦

5 A

' 5 A

♦ ♦'.

5 A

5

Lufttemperatur
b. Versprühen

ν

5 A

Temperatur des
Sprühbehälters
⁰C

'auch verdünnt
•1:2
.(Emulsion: Wasser)

- Außen-Umgebungstemperatur (etwa. 18 bis 23 ⁰C) . ·

- Bindemittel A enthielt k,% .Texanol, bezogen auf das Emulsionsgewicht

.Tests '. ■ ■

- alle/wurden bei einer Verdünnung 1:1 durchgeführt; diese.Versuche wurden bei

einer Verdünnung 1 : 2 (Emulsion : Wasser) durchgeführt*

- Bindemittel B, verdünnt 1 : 1 und modifiziert mit IMS ließ sich bei O ⁰C und

bei -5 ⁰C nicht versprühen; dies wurde durch Verdünnen auf 2 : 3 (Emulsion ι Wasser) . überwunden.

VJI O OD

t|< « 1

CO

K) IS)

CO

Claims

NG. Gi KHAnu ruis (195 EUROPEAN PATENTATTORNEYS dtl.-chem.ur. η. freihekr von phc,,«,.^, DR.-ING. DIETER DEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-VCIRTSCH.-ING. RUTERT CT(M 1/ 1A-55 0.68 D-8000 MÜNCHEN Anm. i Shell Int. Schweigerstrasse 2 telefon: (083) 66 20 ji TELEGRAMM: PROTECTI'ATENT TELEX: 5 24070 Patentansprüche

1. Verfahren zur thermischen Isolierung, insbesondere bei Baukonstruktionen durch Einbringen von zelligen Teilchen aus einem expandiertem Polymerisat kombiniert mit einem Latex eines synthetischen PoIymerisats als Bindemittel in Hohlräume, dadurch gekennzeichnet, daß das Latexbindemittel eine minimale Filmbildungstemperatur von nicht mehr als O ⁰C aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Latexbindemittel ein Copolymerisat aus Vinylacetat und Äthylen ist.

3 ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Copolymerisat mindestens 12 Gew.-% Äthyleneinheiten enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das expandierte Polymerisat expandiertes Polystyrol ist.

/2

1A-55 068 ■ - 2 - ■ ;

5β Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zelligen Teilchen aus expandiertem Polymerisat mit Hilfe einer Mischpistole mit dem Latexbindemittel im gewünschten Verhältnis gemischt und in den Hohlraum eingebracht werden. -