DE4207235A1 - Daemmaterial sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dämmaterial mit hohem thermischem Isolationsvermögen mit einem Bin­ der als Komponente sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Dämmaterial aus unterschiedlichsten Stoffen und stofflichen Zusammensetzungen sind allgemein be­ kannt und werden in verschiedensten Formen, u. a. als Platten und Schüttgut auf dem Markt angeboten. Ausgehend von der grundlegenden physikalischen Er­ kenntnis, daß Gase das höchste Wärmeisolationsver­ mögen aufweisen, ist man bestrebt, in der der ther­ mischen Isolation dienenden Dämmschicht einen mög­ lichst hohen Volumenanteil an Gas einzuschließen. Im Falle der Verwendung von Schüttgut erfolgt der Gaseinschluß in den Zwischenräumen und bei den Dämmplatten werden durch Gaseinschlüsse erzeugte poröse Strukturen zum Entstehen gebracht. Aller­ dings müssen derartige Dämmplatten neben ihrem thermischen Isolationsvermögen im Hinblick auf ihre Tragfähigkeit gewissen Mindestanforderungen an Druckfestigkeit und Stabilität genügen. Zur Errei­ chung dieses Zieles wird mitunter der aus drei Schichten bestehende Sandwichaufbau bevorzugt.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Schaf­ fung eines in seinem Aufbau neuartigen Dämmaterials zur Aufgabe gemacht, das neben einem guten thermi­ schen Isolationsvermögen eine zufriedenstellende mechanische Festigkeit aufweist sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Material eine Schaumstruktur aufweist sowie Fasern von fadenförmiger Gestalt vorhanden sind, die von einer solchen Beschaffenheit sind, daß sich der Binder oberflächlich an den Fasern anlagert.

Das Dämmaterial, dessen geometrische Form und Ab­ messung im Rahmen der Erfindung grundsätzlich uner­ heblich ist, besteht zunächst aus Fasern fadenför­ miger Struktur, die aufgrund ihrer Materialeigen­ schaften an ihrer Oberfläche jedoch so beschaffen sind, daß sich der als zweite Komponente vorlie­ gende Binder anlagert. Diese Fähigkeit kann auf­ grund der geometrischen Gestalt der Faseroberfläche und/oder in der Wahl eines relativ zum Binder ein hohes Haftungsvermögen aufweisenden Fasermaterials zustandekommen. Das Ergebnis ist eine innige Ver­ bindung zwischen Faser und Binder. Einen zusätzli­ chen Beitrag zur Stabilität leisten die Fasern in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Faden­ länge. Das thermische Isolationsvermögen wird im wesentlichen durch die dem Binder durch Gasein­ schlüsse verliehene Schaumstruktur bewirkt. Im Ergebnis erhält man ein Produkt als Dämmaterial, das sich aus preisgünstigen Ausgangsmaterialien, die in Form von Abfallstoffen in großen Mengen zur Verfügung stehen, herstellen läßt, besonders gün­ stige thermische Isolationseigenschaft aufweist, aufgrund des geringen Gewichtes sich für den Ein­ satz im Leichtbau besonders anbietet und im Gegen­ satz zu manchen anderen Dämmaterialien, wie z. B. Styropor in Abhängigkeit von der gewählten Zusam­ mensetzung selbstverlöschend bis nicht brennbar.

Als Fasern, die die geforderte Eigenschaft der An­ lagerung des Binders besitzen, kommen mineralische Fasern, z. B. Glasfasern, Steinwolle, und/oder or­ ganische Fasern, z. B. Baumwolle, Zellulose und/oder synthetische Fasern in Form von Kunststof­ fasern in Betracht.

Als vor der Verarbeitung in dehydriertem Zustand vorliegender Binder sind zunächst die mineralischen Binder, vornehmlich dehydrierter Gips, Zement und die Silikate in Form von Calcium-, Alkalisilikate sowie darüber hinaus organische und/oder syntheti­ sche Binder zu nennen.

Viele der oben genannten Fasern und Binder sind Ab­ fallprodukte und stehen demzufolge in großen Mengen preisgünstig zur Verfügung.

Der Anteil der Luft nach der Verarbeitung in ausge­ härtetem Zustand beträgt vorzugsweise 20-80 Volu­ menprozent. Bei einem höheren Binderanteil erhält man im Falle der Verwendung von Gips als minerali­ schen Binder ein Produkt, das sich in seinen Eigen­ schaften den bekannten Gipsplatten annähert. Wird hingegen ein unter 20 Volumenprozent liegender An­ teil an Binder gewählt, treten gravierende Verluste an mechanischer Stabilität auf.

Eine bedeutende Ausführungsform besteht darin, daß das Dämmaterial in Form von Granulat hergestellt wird und demzufolge auch als Schüttgut einsetz- und verwendbar ist.

Neben der Wahl geeigneten Ausgangsmateriales in Form von Fasern und dehydriertem Binder ist für die Herstellung die Erzeugung der im wesentlichen der thermischen Isolation dienenden Schaumstruktur ent­ scheidend. Eines der Hauptanliegen vorliegender Er­ findung ist der Vorschlag eines Herstellungsverfah­ rens, durch den sich die oben genannten Produkte herstellen lassen. Es besteht darin, daß zunächst, d. h. im ersten Verfahrensschritt, eine Suspension aus den Fasern und aus Wasser durch einen Mischer in homogener Weise hergestellt wird, anschließend dieser Suspension der dehydrierte Binder, bei­ spielsweise in Form von Gips, zugemischt und schließlich dann in einer Druckmischkammer mit Koh­ lendioxyd (CO₂) oder einem anderen inerten Gas an­ gereichert wird. Hierdurch tritt in Abhängigkeit von den Verfahrensbedingungen in gewissem Umfang eine Lösung des Gases in der Suspension ein. An­ schließend wird das Gemisch unter Druckverhältnis­ sen, die im wesentlichen unter den in der Druckkam­ mer herrschenden liegen, zum Abbinden (Auskristal­ lisieren) gebracht. Für das Entstehen der schaum- oder porenartigen Struktur ist Voraussetzung, daß in der Druckmischkammer aufgrund des dort herr­ schenden Druckes das inerte Gas in der Flüssigkeit gelöst wird. Der Druck bestimmt den in die Flüssig­ keit in Lösung gehenden Anteil des Gases und daraus resultierend die Porosität, d. h. den Anteil an Po­ ren des später durch Aushärten erzeugten Dämm­ stoffs. Aufgrund der Druckreduzierung verringert sich der Grad maximaler Sättigung, so daß das in­ erte Gas (teilweise) aus dem Gemisch freigesetzt wird und während des parallel hierzu verlaufenden Bindevorganges die gewünschte Blasenstruktur aus­ bildet. Die Stabilität und Festigkeit des Materials entsteht allein durch das Abbinden und Auskristal­ lisieren des Binders. Die Beeinflussung der Struk­ tur des Schaummaterials, insbesondere den Anteil der Poren pro Volumeneinheit bestimmt sich durch den von appliziertem Druck und Einwirkungsdauer ab­ hängigen Lösungsgrad des inerten Gases, die Festig­ keit aus der Struktur und Länge der Fäden sowie dem Mischungsverhältnis des Binders zum Faseranteil. Des weiteren bestimmt die Arbeitstemperatur die Re­ aktion, d. h. das Abbinden sowie die Löslichkeit des inerten Gases. Häufig wird die abschließende Not­ wendigkeit zur Beseitigung des nach Aufnahme des Kristallwassers noch verbleibenden Suspensionswas­ sers mit Hilfe eines Trocknungsvorganges bestehen. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht zunächst darin, daß es - abgesehen von der Notwendigkeit der Verwendung eines Druckbehälters - nicht unver­ gleichbar dem der Herstellung von Gipsplatten ist. Es ist deshalb ohne Schwierigkeiten und großen Auf­ wand preisgünstig durchführbar. Der Anteil der Po­ ren und damit das thermische Isolationsvermögen so­ wie andererseits die Festigkeit in mechanischer Hinsicht lassen sich in weiten Grenzen durch ent­ sprechende Änderungen der Herstellungsparameter einstellen, ändern und optimieren. Eine weitere Einflußnahme ist durch die Beigabe von Zuschlags­ stoffen, beispielsweise in Form organischer Binde­ mittel durch Verändern von Struktur, Form und Länge der Fasern, die Verwendung unterschiedlicher Dehy­ drierungsstufen des Binders sowie die Verweilzeit möglich und damit das Endprodukt veränder- und be­ einflußbar. Das Dämmaterial weist neben einem ge­ ringen Raumgewicht ein hohes thermisches Isolati­ onsvermögen auf.

Im Rahmen der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist grundsätzlich unerheblich, auf wel­ che Art und Weise das Auskristallisieren bzw. Ab­ binden des Gemisches unter niedrigerem Druck er­ folgt. Eine Möglichkeit besteht in der Einbringung des Gemisches in eine Form, wo es entsprechend der Gestalt aushärtet und eine dementsprechende Form der Oberfläche aufweist.

Eine alternative Möglichkeit besteht in der Her­ stellung von Granulat, wozu das Gemisch in einem Trockenturm versprüht wird und bei entsprechender Einstellung der Arbeitsparameter in Granulatform aushärtet und abbindet. Für Anwendungszwecke, in denen keine mechanische Festigkeit und Druckbela­ stung verlangt wird, ist die Anwendung von Schütt­ gut in Form von Granulat im Hinblick auf das hohe Dämmvermögen als empfehlenswert anzusehen.

Eine alternative Möglichkeit besteht darin, das Ge­ misch in Form und nach Art eines Verputzes auf eine Oberfläche aufzubringen, auszuformen und zu glätten und dann das Abbinden abzuwarten. Im Ergebnis er­ hält man einen mechanisch festen und thermisch hoch isolierenden Verputz.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der kontinuier­ lichen Extrusion des Gemisches durch eine in Trans­ portrichtung sich verbreiternde Düse, so daß beim Passieren der Querschnittserweiterung das Abbinden aufgrund der Druckverringerung zu erfolgen hat. Nach dem Austrocknen erfolgt das Abschneiden auf Endlänge. Dabei bestimmt die Form des Querschnitts Abmessung und Gestalt des Endprodukts. Das Aus­ trocknen kann mit Hilfe eines Bandtrockners er­ folgen.

In einer Weiterbildung des Verfahrens empfiehlt sich der Einsatz von Benetzungsmitteln, durch die eine gleichmäßige und homogene Verteilung der Fa­ sern im Wasser und folglich im Gemisch erleichtert und gefördert wird. Ähnliche Wirkungen zeigen die Beigabe geringer Mengen an organischem Kleber.

Die Herstellungsverfahren lassen sich dadurch we­ sentlich vereinfachen, daß als Ausgangsmaterial nicht Fasern in reinem bzw. gereinigtem Zustand sondern weiterverarbeitete und verunreinigte Formen eingesetzt werden. In konkreter Anwendung auf Zel­ lulose erlaubt die Erfindung den Einsatz von Altpa­ pier als besonders preisgünstiges Ausgangsmaterial, das trotz der vorhandenen Verunreinigungen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Beeinträchtigung vorzunehmen gestattet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert ist.

Sie zeigt in schematisch gehaltener Darstellung eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Kernstück der Anlage ist eine Druckmischkammer (1), die über ein Ventil (2) mit einem Druckgasbehälter (3) im Sinne einer Beaufschlagung in Verbindung ge­ bracht werden kann. Die Eingabe des Ausgangsmateri­ als (Faser, Binder) erfolgt über eine Zellschleuse (4) und der Druck im Inneren der Kammer wird durch das Manometer (5) angezeigt. Im Inneren befindet sich durch die Füllstandshöhe (6) angedeutet das aus Fasern, Binder sowie Wasser bestehende Gemisch, das über einen Mischflügel (7) möglichst homogen verteilt und benetzt wird.

Das entsprechend vorbereitete Gemisch wird über eine der Druckverminderung dienende Drossel (8) in eine Form (9) eingegeben, wo unter Freisetzung des bislang gelösten inerten Gases ein Abbinden und Aushärten des zunächst flüssigen Gemisches erfolgt, so daß aufgrund der Freisetzung eine Blasen- oder Porenstruktur entsteht, wobei das Suspensionswasser entweder im Bindematerial als Kristallwasser einge­ schlossen oder in einem anschließenden Trocknungs­ vorgang als Restwasser verdunstet wird. Die äußere Gestalt des hierbei entstehenden Festkörpers wird durch die der Form (9) bestimmt.

Im Ergebnis erhält man ein Dämmaterial, das ausge­ hend von billigen und in großen Mengen zur Verfü­ gung stehenden Ausgangsstoffen die Herstellung ei­ nes Materials erlaubt, welches ein hohes thermi­ sches Isolationsvermögen mit hinreichend hoher me­ chanischer Stabilität und Druckfestigkeit verbin­ det.

Claims (13)

1. Dämmaterial mit hohem thermischem Isolationsver­ mögen mit einem Binder als Komponente, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material eine Schaumstruktur aufweist sowie Fasern von fadenförmiger Gestalt vorhanden sind, die von einer solchen Beschaffen­ heit sind, daß sich der Binder oberflächlich an den Fasern anlagert.

2. Dämmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Binder ein mineralischer Binder, also beispielsweise Gips und/oder Zement und/oder Silikat (Calcium-, Alkali-) und/oder organischer und/oder synthetischer Binder ist.

3. Dämmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Faser eine mineralische Fa­ ser, z. B. Glasfaser, Steinwolle und/oder eine orga­ nische Faser, z. B. Baumwolle, Zellulose und/oder synthetische Faser, z. B. Kunststoffaser ist.

4. Dämmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Gasanteil von 20 bis 80 Volumenprozent.

5. Dämmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Granulatform.

6. Verfahren zur Herstellung des Dämmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5 unter Verwendung von Binder, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern zunächst mit Wasser vermengt, das Bindemittel in dehydriertem Zustand beigegeben und in einer Druck­ mischkammer (1) in Gegenwart eines inerten Gases, z. B. CO₂ homogen gemischt und schließlich das Ge­ misch bei einem unterhalb dem in der Druckmischkam­ mer (1) herrschenden Druckes zum Abbinden gebracht wird, wobei häufig eine abschließende Trocknung er­ folgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gemisch zum Abbinden in eine Form (9) eingebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gemisch in einem Trockenturm versprüht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gemisch vor dem Abbinden als Isolier­ putz aufgetragen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gemisch während des Abbindens durch eine sich in ihrem Querschnitt in Transportrichtung erweiternde Düse kontinuierlich zu extrudieren und auszutrocknen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Gemisches ein auf die Fasern wirkendes Benetzungs­ mittel eingebracht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch die Beigabe eines organischen Bindemittels.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Zellulose in Form von Altpapier beigegeben wird.