EP3946858A1 - Kompositplatte, verfahren zu ihrer herstellung sowie verwendungen hiervon - Google Patents

Kompositplatte, verfahren zu ihrer herstellung sowie verwendungen hiervon

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Publication number
EP3946858A1
EP3946858A1 EP20715800.7A EP20715800A EP3946858A1 EP 3946858 A1 EP3946858 A1 EP 3946858A1 EP 20715800 A EP20715800 A EP 20715800A EP 3946858 A1 EP3946858 A1 EP 3946858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composite panel
weight
parts
rod
panel according
Prior art date
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Pending
Application number
EP20715800.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Konrad BURLON
Manfred DÖRING
Roland Klein
Lorenz BILGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3946858A1 publication Critical patent/EP3946858A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/02—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N9/00—Arrangements for fireproofing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N7/00—After-treatment, e.g. reducing swelling or shrinkage, surfacing; Protecting the edges of boards against access of humidity
    • B27N7/005—Coating boards, e.g. with a finishing or decorating layer

Definitions

  • the present invention relates to a composite panel which contains or consists of at least one bioba-based particulate or rod-shaped natural material (excluding wood), at least one thermosetting resin as a binder and at least one inorganic flame retardant.
  • the present invention relates to a method for producing a corresponding composite panel.
  • the present invention also indicates possible uses of the composite panel according to the invention.
  • Effective insulation materials for buildings are an essential part of modern construction to save energy when heating or cooling buildings in order to create a pleasant indoor climate in all climates and in all seasons.
  • the building is insulated, for example, by attaching panels with low thermal conductivity to the walls, roofs or floors of buildings.
  • the Insulation materials can either be attached to the outside or inside.
  • thermal insulation Another possibility for thermal insulation is to fill flea rooms with mats or bulk material with low thermal conductivity.
  • Mineral, petroleum-based or renewable raw materials are used as materials with low thermal conductivity for building insulation.
  • the mineral insulation materials include, for example, glass or rock wool, the production of which is energy-intensive.
  • Insulation materials made from fossil raw materials are mainly foamed plastics such as polystyrene (PS) in the form of panels made of particle foam (EPS) or extruded foam (XPS), which are of great importance on the insulation material market.
  • PS polystyrene
  • EPS particle foam
  • XPS extruded foam
  • Other foams used for this purpose are based on polyurethane, phenol-formaldehyde resin or polyethylene. The has a large market share among insulation materials
  • EPS Polystyrene particle foam
  • Polystyrene foam sheets consist of more than 95% air and still offer good stability with low density, ideal insulation properties and at the same time a low price. Another advantage of polystyrene foam panels is their ease of use, ease of integration into buildings and usability in composite thermal insulation systems.
  • a decisive criterion when evaluating a material that is to be used as an insulating material is its fire behavior.
  • a classification is carried out by DIN EN 13501-1: 2010. Flammability is required for approval in a wide range of applications.
  • Polystyrene foam is per se an easily flammable / combustible material to which a brominated polymer is added as a flame retardant. is set in order to achieve a classification as flame retardant. This ensures the wide use of polystyrene foam as an insulation material.
  • Bio-based insulation materials are described in scientific and patent literature and are also used in practice. Bio-based insulation materials are usually available as bulk or blown insulation, but there are certain reservations about settlement phenomena if they are not installed by a specialist company. Insulation panels made from renewable raw materials are also used, but they also have various disadvantages, such as too low pressure loads. Insulation materials made from renewable raw materials are also considered to be normally flammable (building material class E according to DIN EN 13501-1: 2010). It would therefore be advantageous to have insulating materials made from renewable raw materials available that are easy to handle, that is, available as sheet goods, have acceptable mechanical properties and at the same time are flame retardant.
  • bio-based base materials are described in the specialist literature for use as insulating material, most of which are side streams from forestry and agriculture. Examples of these are fibers from flax, hemp, jute, sisal, kenaf, miscanthur, grass, banana or coconut and straw from grain, rice, flax, hemp, corn or rapeseed or wood chips, coconut pulp, corn husks, peanut shells, pineapple leaves, sunflower stalks , Reeds, cattails, ba gasse, cotton stalks, bark, pecan shells, durian fruit pods, corn slivers, rice hulls, cork, olive pits or seaweed. Overviews of materials from Renewable raw materials that are suitable as insulating material are provided by C. Aciu and N. Corbirzan in ProEnvironment 6 (2013) 472 - 478, H. Wang, P.-C. Chiang, Y. Cai, C.
  • the natural substances described therein are used as insulation in various forms. Loose fibers or particles are introduced into hollow spaces as blown or bulk material. Furthermore, fibers or straw are also stuffed into cavities or frames by hand.
  • insulation panels made of natural fiber-based materials are also known commercially. Jute, flax, hemp, wood fibers as well as white grass are generally used to manufacture insulation boards, mats or fleeces without the use of a binding agent. Wood fiber systems that are suitable for use in thermal insulation composite systems (ETICS) are primarily considered to be pressure-resistant. ETICS-compatible materials can also be produced from hemp in a special process (http://www.caparol.de/im- specific / waermedaemmung / capatect-system-natur.html, accessed on March 27, 2017).
  • Pressed reed mats offer another option for a thermal insulation composite system, but are unsuitable for perimeter and core insulation (https://www.daemmen-und-sanieren.de/daemmung/daemmstoffe/scun, accessed on March 27, 2017).
  • cork granulate is formed into panels under pressure with the supply of steam at around 350 ° C.
  • the natural resin suberin escapes from the cells, causing the Expand cells.
  • the emerging resin binds the individual particles.
  • the insulation properties of natural cork are optimized by the expansion.
  • resin-rich cork is suitable for the manufacture of baking cork, so that the individual particles can be sufficiently connected to one another.
  • this is the so-called primary cork, i.e. the cork from the first peeling of the cork oak. Cork from later peeling periods or recycled cork cannot be used for this process.
  • Another way of producing panels from renewable raw materials that are suitable as insulating material is to bind particulate natural materials with an adhesive, resin or latex.
  • A. Paivaa, S. Pereiraa, A. polea, D. Cruza, H. Varumc and J. Pintoa describe in Energy and Buildings, 45 (2012) 274-279, for example, a board made from corncob meal for building insulation.
  • a wood glue not described in detail, is mentioned as a binder.
  • J. Khedari, S. Charoenvai, J. Hirunlabh in Building and Environment 38 (2003) 435 - 441 describe further plates, consisting of bio-based residue particles, here durian fruit peel. In this study, the particles are mixed with urea-formaldehyde, phenol-formaldehyde - or isocyanate-based adhesives bound.
  • S. Tangjuank describes in Int.
  • DE 2457345 A1 discloses a material made of cork surface-coated with sand and cement which is used in connection with a binding agent, e.g. Mortar, plaster of paris or synthetic resin can be processed into a component with low density and good heat and sound insulating properties.
  • a binding agent e.g. Mortar, plaster of paris or synthetic resin
  • mineral materials such as expanded clay, perlite or calcium silicates are also known from nature as insulation materials. As a rule, they are used as bulk goods. Flat thermal insulation systems are also made from perlite and calcium silicates in particular are used in mineral insulation boards. Fumed silica is currently used as an insulating material in vacuum insulation panels (VIPs). VIPs offer very good insulation te with low structural strengths. However, they are difficult to process, if the vacuum barrier is violated, the insulation performance drops significantly (DE 10 2012 224 201 A1).
  • insulation materials made from renewable raw materials are considered combustible (fire protection class E according to DIN EN 13501-1: 2010).
  • fire protection class E according to DIN EN 13501-1: 2010.
  • cellulose fibers or wood wool boards some of which are classified as flame-retardant, they are all classified as E normally flammable
  • EP 2 721 121 B1 describes, for example, waste paper which, with various mixtures of different flame retardants from the group consisting of aluminum hydroxide, ammonium sulfate, sodium sulfate, monoammonium phosphate, diammonium phosphate, triammonium phosphate, ammonium polyphosphate, aluminum sulfate,
  • Trisodium phosphate, calcium hydroxide and magnesium hydroxide is added.
  • the object of the present invention was therefore to offer a composite panel which does not have the disadvantages indicated above, i.e. meets the requirements for modern, efficient insulation materials with regard to density, thermal conductivity and fire behavior, is self-supporting and is not limited to a class of bio-based raw materials with insulation properties, but can generally be implemented with a wide variety of renewable raw materials and has the potential to be recyclable.
  • the present invention thus relates in a first aspect to a composite panel containing or consisting of
  • thermoset hardened synthetic resin as a binder and at least one inorganic flame retardant.
  • a natural substance in the context of the invention is to be understood as a material that is obtained from a plant, an animal, an alga or a fungus or a part thereof.
  • wood is excluded, so that in particular wood-based composite panels, such as chipboard, OSB, etc., are not included in the subject matter of the invention.
  • the at least one natural substance can be replaced on a subordinate scale by wood chips, such as those used for the production of chipboard (e.g. flat pressed boards, coarse chipboard, etc.).
  • chipboard e.g. flat pressed boards, coarse chipboard, etc.
  • the possible inclusion of wood chips does not qualify the composite panel according to the present invention as a wood-based panel according to the current standards, such as e.g. DIN EN 312, DIN EN 14755 and DIN EN 13986.
  • the composite panel according to the invention thus always contains at least one natural substance different from wood and can additionally contain wood-based materials, but in minor amounts.
  • Particulate natural substances are particles from the natural substance which are spherical or comparable in shape and have an aspect ratio between 1 and 5, the smallest length expansion in all spatial directions preferably being at least 2 mm. The greatest linear expansion in all spatial directions should preferably not exceed 40 mm.
  • the natural substance particles can either occur naturally in this form or be brought into this form by a processing step, such as grinding, cutting, threshing, expanding by heating, etc.
  • natural material sticks are understood to be those which have grown in stick form and can be shortened in length by a processing step, such as chopping, cutting, threshing, etc.
  • the length of the rods must be at least 5 mm, the width preferably at least 2 mm. With a double crochet, however, the length is always greater than the width.
  • the composite panel according to the invention is therefore extremely advantageous from an ecological point of view.
  • the composite panel according to the invention is characterized by a low weight, but at the same time a low thermal conductivity.
  • the composite panel is classified as flame-retardant, so that it is particularly suitable as an insulation material in the construction sector or as a building material.
  • particulate natural substances in particular those which contain cavities
  • the panels made from them have lower densities than those made from fibers or natural materials in the form of chips or whose particle size is well below a millimeter, i.e. are in powder-like form. Similar thermal conductivities can be achieved here, as with panels made of fibers or natural materials in the form of chips.
  • the present invention offers two essential advantages.
  • lower component densities can be achieved than by using fibrous materials.
  • the stable plates obtained with smaller amounts of binding agent, when using particulate and / or rod-shaped natural substances.
  • the panels can also be produced extremely economically.
  • the composite panel according to the present invention can be based on bio-based particulate natural substances alone, or rod-shaped natural substances alone. Mixtures or combinations of particulate or rod-shaped natural substances are also possible.
  • a preferred embodiment provides that the particle size of the at least one bio-based particulate natural substance is at least 2 mm, preferably 2 to 40 mm, particularly preferably 2 to 25 mm.
  • the rod length of the at least one bio-based rod-shaped natural substance is preferably greater than 2 mm, more preferably 5 to 100 mm, particularly preferably 10 to 75 mm.
  • the size fractions of particulate or rod-shaped natural substances that can preferably be used for the purposes of the present invention can be obtained by classification processes known from the prior art, in particular by sieve classification.
  • the at least one bio-based particulate natural substance is preferably selected from the group consisting of cork meal, corncob meal, nutshells (for example peanut shells), nutshell meal, bark granules, fruit kernels, cereal husks, corn husks, crushed pineapple leaves, olive kernels, pecan shells and shredded rice shells, shredded rice as well as mixtures thereof.
  • the at least one bio-based rod-shaped natural substance is preferably selected from the group consisting of sunflower stalks, reeds, cattails, cotton stalks and straw from cereals, rice, flax, hemp, corn or rapeseed and mixtures thereof.
  • the above-mentioned exemplary rod-shaped natural substances can be used as received if the length is suitable; If necessary, it is necessary to shorten the respective rod-shaped natural substances by a suitable process, such as chopping, cutting, threshing, etc. to a desired or suitable length.
  • the at least one bio-based particulate or rod-shaped natural substance is porous.
  • Porous natural substances include, in particular, cork meal, peanut shells, sunflower stalks, pineapple leaves, bark granules, flax straw and hemp.
  • the at least one binder is selected from the group consisting of aqueous phenol-formaldehyde resins, urea-formaldehyde resins, acrylate resins, alkyd resins, melamine-formaldehyde resins, lignin-formaldehyde resins, and tannin Urotropine resins, or 100% systems such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, polyurethanes, furan resins, powder resins; as well as mixtures thereof.
  • the at least one flame retardant is particularly preferably selected from the group consisting of inorganic substances, such as aluminum hydroxide (ATH), magnesium hydroxide (MDH), aluminum oxide hydroxide (AOH), ammonium phosphate, such as ammonium polyphosphate (APP) or ammonium diphosphate, but also sheet silicates , such as montmorillionite, kaolinite, talc, mixed-valent hydroxides (LDH; English: Layered double hydroxides) and organic salts such as melamine derivatives, for example melamine polyphosphate or melamine cyanurate, and expandable graphite and mixtures thereof.
  • ATH aluminum hydroxide
  • MDH magnesium hydroxide
  • AOH aluminum oxide hydroxide
  • ammonium phosphate such as ammonium polyphosphate (APP) or ammonium diphosphate
  • sheet silicates such as montmorillionite, kaolinite, talc, mixed-valent hydroxides (LDH; English: Layered double hydroxides)
  • the composite panel according to the invention consists of the aforementioned material components, the composite panel no longer contains any further constituent parts. However, it is also possible for the composite panel according to the invention to have further constituents such as fillers, pigments, dyes, biocides, etc.
  • the composite panel according to the invention can be surface-coated.
  • the surface coating can be designed as a paper or veneer coating, for example.
  • Preferred thicknesses of the composite plate according to the invention range between 5 to 250 mm, preferably from 10 to 150 mm, particularly preferably from 50 to 120 mm.
  • the composite panel according to the invention is characterized in particular by a low bulk density.
  • the density of the composite panels dictate preferably below half 250 kg / m 3 .
  • the composite panel according to the invention has a high insulating capacity.
  • the thermal conductivity, measured in accordance with EN 12667: 2001, is preferably a maximum of 50 mW / mK, preferably from 30 to 45 mW / mK.
  • the composite panel according to the invention can therefore preferably be classified as flame-retardant in accordance with DIN EN 13501-1: 2010.
  • the composite panel can contain small amounts of wood chips.
  • the present invention relates to a method for producing a composite panel described above, in which
  • At least one bio-based particulate or rod-shaped natural material whereby wood is excluded as a natural material
  • thermosetting synthetic resin as a binder and at least one inorganic flame retardant
  • the composite panel being formed.
  • the shaping process comprises heating the mixture to temperatures of 80 to 200 ° C., preferably 100 to 180 ° C., particularly preferably from 120 to 150 ° C., preferably over a period of 10 s to 90 min, more preferably 3 minutes to 60 minutes, particularly preferably 5 minutes to 40 minutes.
  • the heating takes place by applying saturated steam, hot air, microwaves and / or infrared radiation to the mixture.
  • the shaping process can comprise pressing the mixture, wherein the pressing can be carried out in particular on a continuously operating press.
  • B. cutting shavings, chips, wood shavings, sawdust or wooden strands are replaced. It is also possible to add at least one additive to the mixture, in particular one additive selected from the group consisting of fillers, particles and biocides.
  • the present invention relates to the use of the composite panel according to the invention as a thermal insulation material in general and in particular in composite thermal insulation systems for facade insulation, as a building material, as impact sound insulation, as sound insulation.
  • Expanded cork granulate 100 parts by weight of expanded cork granulate are placed in a beaker. Expanded cork granulate is obtained from baked cork residues by regranulating. (http://www.materialarchiv.ch/detail/1866/Daemmkork- expanded # / detail / 1866 / daemmkork-expanded, accessed March 28, 2019). The particle size of the expanded cork is 2 - 10 mm. Beforehand, 21.5 parts by weight of a melamine-formaldehyde resin (MF) with a solids content of 67% are finely dispersed with 21.5 parts by weight of aluminum trihydrate (ATH). The mixture is added to the cork granulate and mixed thoroughly.
  • MF melamine-formaldehyde resin
  • ATH aluminum trihydrate
  • Example 1 according to the invention shows the optimized variant with a pure natural substance.
  • Lower amounts of binder and thus a lower density are possible here than in comparative example 1.
  • an insulation board was made from a material that is used in a similar form in DE 10 2016 121 590 A1.
  • the amount of resin used was chosen so that a dimensionally stable plate is produced which lies in a density range described by DE 10 2016 121 590 A1. Surprisingly, the thermal conductivity remains almost unaffected.
  • an insulation board according to the invention was produced with a mixture of cork granules and straw instead of the wood shavings.
  • a mixture of natural substances 100 parts by weight of a mixture of natural substances are placed in a beaker.
  • the mixture consists of 75 parts of expanded cork granulate with a particle size of 2 - 10 mm and 25 parts of rapeseed straw with a rod length of 2 to 50 mm.
  • 50 parts by weight of a melamine-formaldehyde resin (MF) are finely dispersed with 20 parts by weight of aluminum trihydrate (ATH).
  • MF melamine-formaldehyde resin
  • ATH aluminum trihydrate
  • the mixture is added to the natural product mixture and mixed thoroughly.
  • 2600 ml of the mixture are placed in a 240 ⁇ 240 ⁇ 40 mm frame mold and at a temperature of 130 ° C. for 40 minutes to a height of 34 mm compacted. After demolding, a stable test specimen with a density of 135 kg / m 3 is obtained.
  • the board according to the invention has a significantly lower density.
  • Example 3 shows the possibility of changing the flame retardant and the lower proportion of Ammonium polyphosphate to slightly lower the density and thermal conductivity compared to Example 1 according to the invention.
  • the mixture consists of 72 parts of expanded cork granulate with a particle size of 2 - 10 mm and 28 parts of rapeseed straw with a stick length of 2 to 50 mm. Before this, 21.5 parts by weight of a melamine-formaldehyde resin (MF) are finely dispersed with 10 parts by weight of ammonium polyphosphate (APP). The mixture is added to the natural product mixture and mixed thoroughly. Then 2600 ml of the mixture are placed in a 240 ⁇ 240 ⁇ 40 mm frame and compacted at a temperature of 130 ° C. for 40 minutes to a height of 34 mm. After demolding, a stable test specimen with a density of 141 kg / m 3 is obtained.
  • MF melamine-formaldehyde resin
  • APP ammonium polyphosphate
  • the thermal conductivity of lamda-10 is 42.11 mW / (m K).
  • He inventive example 4 shows the possibility of replacing part of the cork granules with straw. Density and thermal conductivity remain within the same framework as in inventive examples 1 and 2, well below the values for comparative example 1
  • particulate natural product granulates and rod-shaped natural materials can be bound to composite panels in which the natural materials are protected from fire by the flame-retardant resin matrix in the event of fire.
  • the composite panels remain dimensionally stable and burning components do not drip off them. Due to the dispersion of the flame retardants in the resin binder and the subsequent fine distribution on the granules, the flame retardant can be ideally distributed in the composite panels. This means that combustible natural materials can be safely used in insulation materials. Due to the high proportion of renewable raw materials, a low energy requirement and carbon dioxide emissions can be achieved during production.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft, eine Kompositplatte, die mindestens einen biobasierten partikulären oder Stäbchen förmigen Naturstoff (exklusive Holz), mindestens ein duroplastisch ausgehärtetes Harz als Bindemittel sowie mindestens ein anorganisches Flammschutzmittel enthält oder hieraus besteht. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Kompositplatte. Die vorliegende Erfindung gibt ebenso Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Kompositplatte an.

Description

Kompositplatte, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Verwendungen hiervon
Die vorliegende Erfindung betrifft, eine Kompositplatte, die mindestens einen bioba sierten partikulären oder Stäbchen förmigen Naturstoff (exklusive Holz), mindestens ein duroplastisch ausgehärtetes Harz als Bindemittel sowie mindestens ein anorgani sches Flammschutzmittel enthält oder hieraus besteht. Zudem betrifft die vorliegen de Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Kompositplatte. Die vorliegende Erfindung gibt ebenso Verwendungsmöglichkeiten der erfindungs gemäßen Kompositplatte an.
Effektive Dämmstoffe für Gebäude sind ein essentieller Bestandteil des modernen Bauwesens zur Energieeinsparung beim Heizen oder Kühlen von Gebäuden, um in allen Klimazonen und zu allen Jahreszeiten ein angenehmes Raumklima zu schaffen. Die Gebäudedämmung erfolgt dabei zum Beispiel durch Anbringen von Platten mit geringer Wärmeleitfähigkeit an Wänden, Dächern oder Böden von Gebäuden. Die Dämmstoffe können dabei entweder an der Außen- oder Innenseite angebracht wer den.
Eine andere Möglichkeit zur Wärmedämmung besteht im Füllen von Flohlräumen mit Matten oder Schüttgut mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Als Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit zur Gebäudedämmung werden mineralische, erdölbasierte oder solche aus nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt.
Einen Spezialfall stellen metallische Werkstoffe dar, die in der Lage sind, Wärme zu reflektieren. Auf Grund ihres hohen Preises besitzen diese jedoch nur einen geringen Marktanteil.
Zu den mineralischen Dämmstoffen zählen beispielsweise Glas- oder Steinwolle, de ren Herstellung energieaufwändig ist. Bei Dämmstoffen aus fossilen Rohstoffen han delt es sich überwiegend um geschäumte Kunststoffe wie Polystyrol(PS) in Form von Platten aus Partikelschaum (EPS) oder extrudiertem Schaum (XPS), die eine große Bedeutung auf dem Dämm Stoff markt haben. Andere zu diesem Zweck eingesetzte Schaumstoffe basieren auf Polyurethan, Phenol-Formaldehyd Harz oder auch Polye thylen. Einen großen Marktanteil unter den Dämmstoffen hat der
Polystyrolpartikelschaum (EPS) auf Grund seiner vielfältigen Vorteile.
Polystyrolschaumplatten bestehen zu über 95 % aus Luft und bieten trotzdem gute Stabilität bei niedriger Dichte, idealen Dämmeigenschaften und gleichzeitig geringem Preis. Weiterhin vorteilhaft an Polystyrolschaumplatten ist deren einfache Handha bung, gute Gebäudeintegrierbarkeit und Verwendbarkeit in Wärmedämmverbund systemen.
Ein entscheidendes Kriterium bei der Bewertung eines Materials, das als Dämmstoff eingesetzt werden soll, ist sein Brandverhalten. Eine Klassifizierung nimmt DIN EN 13501-1:2010 vor. Für die Zulassung in einem breiten Einsatzgebiet ist eine schwere Entflammbarkeit notwendig. Polystyrolschaum ist per se ein leicht entflammba res/brennbares Material, dem ein bromiertes Polymer als Flammschutzmittel zuge- setzt wird, um eine Einstufung als schwer entflammbar zu erreichen. Damit wird der breite Einsatz von Polystyrolschaum als Isolationsmaterial sichergestellt.
Allerdings sind EPS-Dämmplatten als komplett erdölbasierte Bauteile nicht zielfüh rend im Sinne eines nachhaltigen, ressourcen- und umweltbewussten Umgangs mit Rohstoffen. Die Nachteile erdölbasierter Produkte beispielsweise bezüglich Rohstoff verknappung oder C02-Freisetzung sowie Entsorgungsproblematiken sind hinlänglich bekannt. Aus diesem Grund ist der Einsatz von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen als Ersatz für traditionelle Dämmstoffe von großem Interesse und ist zu nehmend gefragt.
Biobasierte Dämmstoffe sind in der wissenschaftlichen und Patentliteratur beschrie ben sowie auch in der Praxis eingesetzt. Meist sind biobasierte Dämmmaterialien als Schütt- bzw. Einblasdämmung verfügbar, bei denen jedoch gewisse Vorbehalte ge genüber Setzungserscheinungen bestehen, wenn die Einbringung nicht von einem Fachbetrieb ausgeführt wird. Dämmstoffplatten aus nachwachsenden Rohstoffen werden ebenfalls eingesetzt, weisen jedoch auch verschiedene Nachteile, wie z.B. zu geringe Druckbelastbarkeiten auf. Weiterhin gelten Dämmstoffe aus nachwachsen den Rohstoffen als normal entflammbar (Baustoffklasse E nach DIN EN 13501- 1:2010). Es wäre demnach vorteilhaft, Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen zur Verfügung zu haben, die einfach in der Handhabung, also als Plattenware verfüg bar wären, akzeptable mechanische Eigenschaften aufweisen und gleichzeitig schwer entflammbar sind.
Für den Einsatz als Dämmstoff sind zahlreiche biobasierte Basismaterialien in der Fachliteratur beschrieben, bei denen es sich überwiegend um Seitenströme der Forst- und Landwirtschaft handelt. Beispiele hierfür sind Fasern aus Flachs, Hanf, Jute, Sisal, Kenaf, Miscanthur, Gras, Banane oder Kokos sowie Stroh von Getreide, Reis, Flachs, Hanf, Mais oder Raps oder auch Holzspäne, Kokosnussmark, Maisspel zen, Erdnussschalen, Ananasblätter, Sonnenblumenstängel, Schilf, Rohrkolben, Ba gasse, Baumwollstängel, Rinde, Pecannussschalen, Durianfruchtschalen, Maisspin deln, Reishüllen, Kork, Olivenkerne oder Seegras. Überblicke über Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, die als Dämmstoff geignet sind, liefern z.B. C. Aciu und N. Corbirzan in ProEnvironment 6 (2013) 472 - 478, H. Wang, P.-C. Chiang, Y. Cai, C.
Li, X. Wang, T.-L. Chen, S. Wei und Q. Huang in Sustainability 10 (2018), 3331, S.
Liuzzi, S. Sanarica und P. Stefanizzi in Energy Procedia 126 (2017) 242-249, L. Liu, H.
Li, A. Lazzaretto, G. Manente, C. Tong, Q. Liu, N. Li in Renewable and Sustainable En ergy Reviews 69 (2017) 912-932, P.S. Dhivar, A.R. Patil in IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering special issue„6th National Conference on Recent Developments In Mechanical Engineering- 2017"Vol. 6, 53-61, C. Jivrajani in International Journal of Advance Engineering and Research Development 4, (2017) oder F. Asdrubali, F.
D'Alessandro, S. Schiavoni in Sustainable Materials and Technologies 4 (2015) 1-17.
Die darin beschriebenen Naturstoffe werden in unterschiedlicher Form als Dämm stoff eingesetzt. Lose Fasern oder Partikel werden als Einblas- oder Schüttgut in Hohl räume eingebracht. Weiterhin werden Fasern oder Stroh auch in Hohlräume oder Rahmen händisch gestopft. Daneben sind handelsüblich auch Dämmplatten aus na turfaserbasierten Materialien bekannt. Jute, Flachs, Hanf, Holzfasern aber auch Wie sengras werden zur Herstellung von Dämmplatten, -matten oder Vliesen in der Regel ohne die Verwendung eines Bindemittels eingesetzt. Als druckbelastbar gelten pri mär Holzfasersysteme, die für die Verwendung in Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) geeignet sind. Aus Hanf können in einem speziellen Verfahren ebenfalls WDVS-fähige Materialien hergestellt werden (http://www.caparol.de/im- fokus/waermedaemmung/capatect-system-natur.html, abgerufen am 27.03.2017).
Gepresste Schilfmatten bieten eine weitere Möglichkeit für ein Wärmedämmver bundsystem, sind allerdings für Perimeter- und Kerndämmungen ungeeignet (https://www.daemmen-und-sanieren.de/daemmung/daemmstoffe/schilf, abgeru fen am 27.03.2017).
Die Herstellung von Platten aus Kork stellt dabei einen Spezialfall dar. Beim soge nannten Backkork wird Korkgranulat unter Zufuhr von ca. 350 °C heißem Wasser dampf unter Druck zu Platten geformt. Bei den während dieses Vorgangs herrschen den Temperaturen tritt das natürliche Harz Suberin aus den Zellen aus, wodurch die Zellen expandieren. Das austretende Harz bindet dabei die einzelnen Partikel. Die Dämmeigenschaften des Naturkorks werden durch die Expansion optimiert. Zur Her stellung von Backkork ist allerdings nur harzreicher Kork geeignet, so dass die einzel nen Partikel hinreichend miteinander verbunden werden können. In der Regel han delt es sich dabei um den sogenannten Primärkork, also den Kork aus der ersten Schälung der Korkeiche. Kork aus späteren Schälperioden oder rezyklierter Kork kann für dieses Verfahren nicht eingesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Platten aus nachwachsenden Rohstof fen, die als Dämmstoff geeignet sind, ist das Binden partikulärer Naturstoffe mit ei nem Klebstoff, Harz oder Latex. A. Paivaa, S. Pereiraa, A. Säa, D. Cruza, H. Varumc und J. Pintoa beschreiben in Energy and Buildings, 45 (2012) 274-279 beispielsweise eine aus Maisspindelschrot hergestellte Platte zur Gebäudedämmung. Als Binder wird ein nicht näher beschriebener Holzleim genannt. Weitere Platten, bestehend aus biobasierten Reststoffpartikeln, hier Durianfruchtschalen, beschreiben J. Khedari, S. Charoenvai, J. Hirunlabh in Building and Environment 38 (2003) 435 - 441. In dieser Studie werden die Partikel mit Harnstoff-Formaldehyd-, Phenol-Formaldehyd- oder Isocyanat-basierten Klebstoffen gebunden. Weiterhin beschreibt S. Tangjuank in Int.
J. Phys. Sei. 6 (2011), 4528-4532 die Fertigung von Platten aus Ananasblätter partikeln, die mit Naturkautschuklatex gebunden werden.
DE 2457345 Al offenbart ein Material aus mit Sand und Zement oberflächenbe schichtetem Kork das in Zusammenhang mit einer Bindemittelmasse, wie z.B. Mörtel, Gips oder Kunstharz zu einem Bauteil mit geringer Dichte und guten wärme- und schallisolierenden Eigenschaften verarbeitet werden kann.
Neben den naturfaserbasierten Dämmstoffen sind auch mineralische Materialien, wie Blähton, Perlit oder Calcium-Silikate als Dämmstoffe aus der Natur bekannt. In der Regel finden sie als Schüttgut Anwendung. Aus Perlit werden ebenfalls flächige Wärmedämmsysteme hergestellt und vor allem Calcium-Silikate werden in Mineral dämmplatten eingesetzt. Aktuell wird pyrogene Kieselsäure in Vakuum- Isolationspaneelen (VIPs) als Dämmstoff eingesetzt. VIPs bieten sehr gute Dämmwer- te bei geringen Aufbaustärken. Sie sind allerdings schwierig zu Verarbeiten, wenn die Vakuumbarierre verletzt wird, sinkt die Dämmleistung signifikant (DE 10 2012 224 201 Al).
Mineralische Dämmstoffe haben den großen Vorteil nicht brennbar zu sein. Nachtei lig ist allerdings eindeutig die aufwendige Entsorgung, da sie unverrottbar sind. Eine nötige Deponierung kann nicht im Sinne einer zukunftsweisenden Kreislaufwirtschaft sein.
Generell gelten Dämmmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen als brennbar (Brandschutzklasse E nach DIN EN 13501-1:2010). Bis auf vereinzelte Ausnahmen bei Cellulosefasern oder Holzwollplatten, die teilweise die Einstufung schwer entflamm bar erreichen, erfolgt durchweg die Einstufung in E normal entflammbar
(http://www.oekologisch-bauen.info/baustoffe/naturdaemmstoffe/, abgerufen am 27.03.2017).
Zur Reduzierung der Entflammbarkeit werden biobasierten Stoffen, die als Dämmma terial Verwendung finden können, Flammschutzmittel zugesetzt. EP 2 721 121 Bl beschreibt beispielsweise Altpapier, das mit verschiedenen Mischungen unterschied licher Flammschutzmitteln aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumhydroxid, Am moniumsulfat, Natriumsulfat, Monoammoniumphosphat, Diammoniumphosphat, Triammoniumphosphat, Ammoniumpolyphosphat, Aluminiumsulfat,
Trinatriumphosphat, Calciumhydroxid und Magnesiumhydroxid versetzt wird.
Ebenso wird in US 4182681 Altpapier mit einer Mischung aus verschiedenen Flamm schutzmitteln imprägniert, um das Brandverhalten zu reduzieren. In beiden Fällen werden jedoch keine Dämmstoffplatten hergestellt, sondern die flammgeschützte Cellulose als loser Füllstoff zur Wärmedämmung in Flohlräumen eingesetzt. Eine flammgeschützte Holzfaserplatte dagegen offenbart DE 10 2016 121 590 Al. Hier werden Holzfasern mit einem Flammschutzmittel versehen und entweder in einem Nass- oder Trockenverfahren zu Platten weiterverarbeitet. Optional wird ein Bindemittel zur Erhöhung der Festigkeit zugegeben. Weder in der Beschreibung noch in den Ansprüchen sind genaue Mengenangaben über die Zusammensetzungen an gegeben. Die einzigen Komponenten die alle dort beanspruchten Dämmstoffplatten enthalten, sind Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen und Flammschutzmittel, während die anderen Komponenten optional sind. Dieses Verfahren beschränkt sich auf die Verwendung von Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen, vorzugsweise aus Holz als einziges Basismaterial mit Dämmeigenschaften. Im Hinblick auf eine global funktionierende Bioökonomie ist jedoch der breite Einsatz unterschiedlichster Bio rohstoffe anstrebenswert.
Die anderen am Markt erhältlichen Systeme sind eher für Zwischensparren oder Gefachdämmungen geeignet, weniger für WDVS.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Kompositplatte anzubieten, die oben angegebene Nachteile nicht aufweist, d.h. die Anforderungen an moderne effiziente Dämmstoffe im Hinblick auf Dichte, Wärmeleitfähigkeit und Brandverhal ten erfüllt, selbsttragend und dabei nicht nur auf eine Klasse biobasierter Rohstoffe mit Dämmeigenschaften beschränkt ist, sondern generell mit verschiedensten nach wachsenden Rohstoffen realisierbar ist sowie das Potential einer Rezyklierbarkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird bezüglich einer Kompositplatte gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bezüglich eines Verfahrens zu deren Herstellung mit den Merk malen des Patentanspruchs 14 sowie bezüglich Verwendungsmöglichkeiten mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Die vorliegende Erfindung betrifft somit in einem ersten Aspekt eine Kompositplatte, enthaltend oder bestehend aus
mindestens einem biobasierten partikulären oder stäbchenförmiger Naturstoff, wo bei Holz als Naturstoff ausgeschlossen ist,
mindestens ein duroplastisch ausgehärtetes Kunstharz als Bindemittel sowie mindestens einem anorganischen Flammschutzmittel.
Unter einem Naturstoff im Sinne der Erfindung ist ein Material zu verstehen, dass aus einer Pflanze, einem Tier, einer Alge oder einem Pilz oder einem Teil davon gewon nen wird. Bei den Naturstoffen ist jedoch Holz ausgeschlossen, so dass insbesondere auf Holz basierende Kompositplatten, wie beispielsweise Spanplatten, OSB etc. nicht zum erfindungsgemäßen Gegenstand zu zählen sind. Ggf. kann der mindestens eine Naturstoff in untergeordnetem Maßstab durch Holzspäne, wie sie für die Herstellung von Spanplatten (z.B. Flachpressplatten, Grobspanplatten etc.) eingesetzt werden können, ersetzt werden. Das eventuelle Einbeziehen von Holzspänen qualifiziert die Kompositplatte gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch nicht als Holzwerkstoff platte nach den hierfür gängigen Normen, wie z.B. DIN EN 312, DIN EN 14755 und DIN EN 13986.
Die erfindungsgemäße Kompositplatte enthält somit immer mindestens einen von Holz verschiedenen Naturstoff und kann zusätzlich - jedoch in untergeordneten Mengen - holzbasierte Materialien enthalten.
Als partikuläre Naturstoffe werden Teilchen aus dem Naturstoff bezeichnet, die von kugelförmiger oder vergleichbarer Gestalt sind, und ein Aspektverhältnis zwischen 1 und 5 aufweisen, wobei vorzugsweise die kleinste Längenausdehnung in allen Raum richtung mindestens 2 mm beträgt. Die größte Längenausdehnung in allen Raumrich tungen soll vorzugsweise 40 mm nicht überschreiten. Die Naturstoffpartikel können entweder in dieser Gestalt natürlich Vorkommen oder durch einen Verarbeitungs schritt, wie z.B. Mahlen, Schneiden, Dreschen, Expandieren durch Erhitzen, etc. in diese Gestalt gebracht werden. Unter Naturstoffstäbchen im Sinne dieser Erfindung versteht man solche, die in Stäb chenform gewachsen sind und durch einen Verarbeitungsschritt, wie z.B. Häckseln, Schneiden, Dreschen, etc. in ihrer Länge gekürzt sein können. Die Länge der Stäbchen muss mindestens 5 mm betragen, die Breite bevorzugt mindestens 2 mm. Bei einem Stäbchen ist jedoch stets die Länge größer als die Breite.
Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass die zuvor genannte Kombina tion von Materialien zu einer Kompositplatte führt, die im Wesentlichen auf zumeist als Abfallstoffen angesehenen Rohstoffen basiert. Im Vergleich zu Kompositplatten, die auf eigens für diesen Zweck hergestellten Rohstoffen basieren ist die erfindungs gemäße Kompositplatte somit ökologisch äußerst vorteilhaft. Die erfindungsgemäße Kompositplatte zeichnet sich durch ein geringes Gewicht, gleichzeitig jedoch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Darüber hinaus ist die Kompositplatte als schwer entflammbar zu klassifizieren, sodass sie sich insbesondere als Isolationsmaterial im Baubereich oder als Baumaterial eignet.
Überraschenderweise wurde zudem gefunden, dass die Verwendung von partikulä ren Naturstoffen, insbesondere solche, die Hohlräume enthalten besonders geeignet sind. Die daraus hergestellten Platten weisen geringere Dichten auf, als solche, die aus Fasern oder spanförmigen Naturstoffen hergestellt werden oder deren Partikelg röße deutlich unter einem Millimeter liegt, also in pulverartiger Form vorliegen. Da bei können analoge Wärmeleitfähigkeiten erzielt werden, wie bei Platten aus Fasern oder spanförmigen Naturstoffen.
Insbesondere im Vergleich zu oben beschriebenem Patent DE 10 2016 121 590 Al bietet die vorliegende Erfindung zwei wesentliche Vorteile. Durch den Einsatz von partikulären oder Stäbchen förmigen Naturstoffen oder Mischungen aus partikulären und Stäbchen förmigen Naturstoffen können zum einen niedrigere Bauteildichten realisiert werden als durch den Einsatz von faserigen Materialien. Zum anderen wer- den mit geringeren Bindungsmittelmengen stabile Platten erhalten, bei der Verwen dung partikulärer und/oder Stäbchen förmiger Naturstoffe.
Die Platten lassen sich zudem äußerst wirtschaftlich hersteilen.
Die Kompositplatte gemäß der vorliegenden Erfindung kann einerseits auf biobasier ten partikulären Naturstoffen alleine, oder auch stäbchenförmigen Naturstoffen al leine beruhen. Ebenso sind Mischungen bzw. Kombinationen aus partikulären oder stäbchenförmigen Naturstoffen möglich.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Partikelgröße des mindestens einen biobasierten partikulären Naturstoffs mindestens 2 mm, bevorzugt 2 bis 40 mm, besonders bevorzugt 2 bis 25 mm beträgt.
Für den Fall, dass stäbchenförmige Naturstoffe bei der Kompositplatte verwendet werden, ist die Stäbchenlänge des mindestens einen biobasierten stäbchenförmigen Naturstoffs bevorzugt größer 2 mm, weiter bevorzugt 5 bis 100 mm, besonders be vorzugt 10 bis 75 mm.
Die, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bevorzugt einsetzbaren Größenfrak tionen an partikulären oder stäbchenförmigen Naturstoffen können dabei durch aus dem Stand der Technik bekannte Klassierungsverfahren, insbesondere durch Sieb klassierung erhalten werden.
Bevorzugt ist der mindestens eine biobasierte partikuläre Naturstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Korkschrot, Maisspindelschrot, Nussschalen (z.B. Erdnuss schalen), Nussschalenschrot, Rindengranulat, Fruchtkernen, Getreidespelzen, Mais spelzen, zerkleinerten Ananasblättern, Pecannussschalen und-schrot, zerkleinerten Durianfruchtschalen, Reishüllen, Olivenkerne sowie Mischungen hiervon. Der mindestens eine biobasierte stäbchenförmige Naturstoff ist bevorzugt ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus Sonnenblumenstängel, Schilf, Rohrkolben, Baumwollstängeln sowie Stroh von Getreide, Reis, Flachs, Hanf, Mais oder Raps so wie Mischungen hiervon. Die zuvor genannten beispielhaften stäbchenförmigen Na turstoffen können bei geeigneter Länge wie erhalten eingesetzt werden; gegebenen falls ist es notwendig, die jeweiligen stäbchenförmige Naturstoffe durch ein geeigne tes Verfahren, wie beispielsweise Häckseln, Schneiden, Dreschen etc. auf eine ge wünschte bzw. geeignete Länge zu kürzen.
Vorteilhaft ist ferner, wenn der mindestens eine biobasierte partikuläre oder stäb chenförmige Naturstoff porös ist. Zu den porösen Naturstoffen sind insbesondere Korkschrot, Erdnussschalen, Sonnenblumenstängel, Ananasblätter, Rindengranulat, Stroh von Flachs und Hanf zu zählen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das mindestens eine Bin demittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus wässrigen Phenol- Formaldehyd-Harzen, Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Acrylatharzen, Alkydharzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen, Lignin-Formaldehyd-Harzen, Tannin-Urotropinharzen, oder 100%-Systemen wie Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Polyurethane, Furanharze, Pulverharze; sowie Mischungen hiervon.
Besonders bevorzugt ist das mindestens eine Flammschutzmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Substanzen, wie Aluminiumhydroxid (ATH), Magnesiumhydroxid (MDH), Aluminium-Oxid-Hydroxid (AOH), Ammoniumphospha te, wie z.B. Ammoniumpolyphosphat (APP) oder Ammoniumdiphosphat aber auch Schichtsilikate, wie Montmorillionit, Kaolinit, Talk, gemischtvalente Hydroxide (LDH; engl.: Layered double hydroxides) und organischen Salzen, wie Melaminderivate, z.B. Melaminpolyphosphat oder Melamincyanurat, und Blähgraphit sowie Mischungen hiervon. Eine weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kompositplatte sieht vor, dass sie bezogen auf 100 Gew.-Teile des mindestens einen biobasierten partikulären oder stäbchenförmigen Naturstoffs,
5 bis 200 Gew.-Teile, bevorzugt 10 bis 100 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 12 bis 70 Gew.-Teile des mindestens einen Bindemittels sowie
2 bis 100 Gew.-Teile, bevorzugt 5 bis 60 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-Teile des mindestens einen anorganischen Flammschutzmittels
enthält oder hieraus besteht.
Für den Fall, dass die erfindungsgemäße Kompositplatte aus den zuvor genannten Materialkomponenten besteht, enthält die Kompositplatte keine weiteren Bestand teile mehr. Ebenso ist es jedoch möglich, dass die erfindungsgemäße Kompositplatte weitere Bestandteile, die beispielsweise Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Biozide, etc. aufweist.
Ebenso ist die Möglichkeit gegeben, dass die erfindungsgemäße Kompositplatte oberflächenbeschichtet sein kann. Die Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise als Papier- oder Furnier-Beschichtung ausgebildet sein.
Bevorzugte Dicken der erfindungsgemäßen Kompositplatte bewegen dabei zwischen 5 bis 250 mm, bevorzugt von 10 bis 150 mm, besonders bevorzugt von 50 bis 120 mm.
Die erfindungsgemäße Kompositplatte zeichnet sich insbesondere durch eine geringe Rohdichte aus. Die Dichte der Messen Kompositplatte diktieren bei bevorzugt unter halb 250 kg/m3. Zudem weist die erfindungsgemäße Kompositplatte ein hohes Isolationsvermögen auf. Die Wärmeleitfähigkeit, gemessen gemäß EN 12667:2001 beträgt vorzugsweise maximal 50 mW/mK, bevorzugt von 30 bis 45 mW/mK.
Durch die erfindungsgemäße Materialkombination, die der Kompositplatten gemäß der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, weist diese ebenso ein hervorragendes Brandschutzverhalten auf. Die erfindungsgemäße Kompositplatte ist daher bevorzugt gemäß DIN EN 13501-1:2010 als schwer entflammbar klassifizierbar.
Wie bereits eingangs erwähnt kann die Kompositplatte in untergeordneten Mengen Holzspäne beinhalten. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass maximal 20 Gew.-%, bevorzugt maximal 15 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 10 Gew.-%, be sonders bevorzugt maximal 5 Gew.-% der Gesamtmenge des mindestens einen bio basierten partikulären oder stäbchenförmiger Naturstoffs bzw. der Kombination aus partikulären und stäbchenförmigen Naturstoffen durch Holzspäne, wie z. B. Schneid späne, Schlagspäne, Hobelspäne, Sägespäne oder Holzstrands ersetzt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer voranstehend beschriebenen Kompositplatte, bei dem
mindestens ein biobasierter partikulärer oder stäbchenförmiger Naturstoff, wobei Holz als Naturstoff ausgeschlossen ist,
mindestens ein duroplastisch aushärtendes Kunstharz als Bindemittel sowie mindestens ein anorganisches Flammschutzmittel
vermischt und die Mischung anschließend einem formgebenden Verfahren unterzo gen wird, wobei die Kompositplatte entsteht.
Die für die Zwecke der Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Terminologie ist hierbei identisch mit der weiter oben im Zusammenhang der vorlie genden Erfindung vorgestellten Kompositplatte. Bevorzugt werden hierbei bezogen auf 100 Gew. -Teile des mindestens einen bioba sierten partikulären oder stäbchenförmigen Naturstoffs,
5 bis 200 Gew.-Teile, bevorzugt 10 bis 100 Gew. -Teile, besonders bevorzugt 12 bis 70 Gew.-Teile des mindestens einen Bindemittels sowie
2 bis 100 Gew.-Teile, bevorzugt 5 bis 60 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-Teile des mindestens einem anorganischen Flammschutzmittels
eingesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das formgebende Verfahren ein Erwärmen der Mischung auf Temperaturen von 80 bis 200 °C, bevorzugt 100 bis 180 °C, besonders bevorzugt von 120 bis 150 °C, bevorzugt über einen Zeitraum von 10 s bis 90 min, weiter bevorzugt 3 min bis 60 min, besonders bevorzugt 5 min bis 40 min.
Vorteilhaft ist ferner, dass das Erwärmen durch Beaufschlagung der Mischung mittels Sattdampf, durch Heißluft, Mikrowellen und/oder Infrarotstrahlung erfolgt.
Insbesondere kann das formgebende Verfahren ein Verpressen der Mischung umfas sen, wobei das Verpressen insbesondere auf einer kontinuierlich arbeitenden Presse durchgeführt werden kann.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können in der Mischung ggf. maximal 20 Gew.- %, bevorzugt maximal 15 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 10 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 5 Gew.-% der Gesamtmenge des mindestens einen biobasierten partikulären oder stäbchenförmiger Naturstoffs bzw. der Kombination aus partikulä ren und stäbchenförmigen Naturstoffen durch Holzspäne, wie z. B. Schneidspäne, Schlagspäne, Hobelspäne, Sägespäne oder Holzstrands ersetzt werden. Ebenso ist es möglich, der Mischung mindestens ein Additiv, insbesondere ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen, Pgmenten und Bioziden zuzu setzen.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Kompositplatte als thermisches Isolationsmaterial allgemein und im Besonderen in Wärmedämmverbundsystemen zur Fassadendämmung, als Baumaterial, als Tritt schalldämmung, als Schalldämmung.
Die vorliegende Erfindung der nachfolgenden Beispiele näher ausgeführt, ohne die Erfindung auf die speziellen Ausführungsform zu beschränken.
Erfindungsgemäßes Beispiel 1:
In ein Becherglas werden 100 Gewichtsanteile von expandiertem Korkgranulat gege ben. Expandiertes Korkgranulat wird aus Backkorkresten durch Regranulieren ge wonnen. (http://www.materialarchiv.ch/detail/1866/Daemmkork- expandiert#/detail/1866/daemmkork-expandiert, abgerufen 28. März 2019). Die Partikelgröße des expandierten Korks beträgt 2 - 10 mm. Zuvor werden 21,5 Ge wichtsanteile eines Melamin-Formaldehyd-Harzes (MF) mit einem Feststoffgehalt von 67 % mit 21,5 Gewichtsanteilen Aluminiumtrihydrat (ATH) fein dispergiert. Die Mischung wird zum Korkgranulat gegeben und gründlich vermischt. Anschließend werden 2600 ml der Mischung in eine 240 x 240 x 40 mm Rahmenform gegeben und bei einer Temperatur von 130 °C für 40 min auf eine Höhe von 34 mm kompaktiert. Nach Entformen wird ein stabiler Prüfkörper mit einer Dichte von 143 Kg/m3 erhal ten. Die Wärmeleitfähigkeit lamda-10, gemessen gemäß EN 12667:2001 beträgt 43,41 mW/(m K).
Vergleichsbeispiel 1:
In ein Becherglas werden 100 Gewichtsanteile von Holzhobelspänen mit einer Größe von 2-4 mm gegeben. Zuvor werden 50 Gewichtsanteile eines Melamin- Formaldehyd-Harzes (MF) mit 20 Gewichtsanteilen Aluminiumtrihydrat (ATH) fein dispergiert. Die Mischung wird zum Korkgranulat gegeben und gründlich vermischt. Anschließend werden 2600 ml der Mischung in eine 240 x 240 x 40 mm Rahmenform gegeben und bei einer Temperatur von 130 °C für 40 min auf eine Höhe von 34 mm kompaktiert. Nach Entformen wird ein stabiler Prüfkörper mit einer Dichte von 200 kg/m3 erhalten. Die Wärmeleitfähigkeit lamda-10, gemessen gemäß EN 12667:2001 beträgt 43,67 mW/(m K).
Vergleich erfindungsgemäßes Beispiel 1 - Vergleichsbeispiel 1
Das erfindungsgemäße Beispiel 1 zeigt die optimierte Variante mit einem reinen Na turstoff. Dabei sind niedrigere Mengen an Bindemittel und somit eine niedrigere Dichte möglich als im Vergleichsbeispiel 1. In Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Dämm stoffplatte aus einem Material hergestellt, das in ähnlicher Form in DE 10 2016 121 590 Al zum Einsatz kommt. Die verwendete Harzmenge wurde so gewählt, dass eine formstabile Platte entsteht, die in einem von DE 10 2016 121 590 Al beschriebenen Dichtebereich liegt. Überraschenderweise bleibt die Wärmeleitfähigkeit dabei nahe zu unbeeinflusst.
Erfindungsgemäßes Beispiel 2:
Zum direkten Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 wurde eine erfindungsgemäße Dämmstoffplatte mit einer Mischung aus Korkgranulat und Stroh statt der Holzhobel späne hergestellt.
In ein Becherglas werden 100 Gewichtsanteile einer Naturstoffmischung gegeben. Die Mischung besteht zu 75 Anteilen aus expandiertem Korkgranulat mit einer Parti kelgröße von 2 - 10 mm und zu 25 Anteilen aus Rapsstroh mit einer Stäbchenlänge von 2 bis 50 mm. Zuvor werden 50 Gewichtsanteile eines Melamin-Formaldehyd- Harzes (MF) mit 20 Gewichtsanteilen Aluminiumtrihydrat (ATH) fein dispergiert. Die Mischung wird zu der Naturstoffmischung gegeben und gründlich vermischt. An schließend werden 2600 ml der Mischung in eine 240 x 240 x 40 mm Rahmenform gegeben und bei einer Temperatur von 130 °C für 40 min auf eine Höhe von 34 mm kompaktiert. Nach Entformen wird ein stabiler Prüfkörper mit einer Dichte von 135 Kg/m3 erhalten.
Trotz gleicher Gewichtsanteile von Naturstoff, Harz und Flammschutzmittel in Ver gleichsbeispiel 1 und erfindungsgemäßem Beispiel 1 weist die erfindungsgemäße Platte eine deutlich geringere Dichte auf.
Vergleichsbeispiel 2:
In ein Becherglas werden 100 Gewichtsanteile von Holzhobelspänen mit einer Größe von 2-4 mm gegeben. Zuvor werden 21,5 Gewichtsanteile eines Melamin- Formaldehyd-Harzes (MF) mit 21,5 Gewichtsanteilen Aluminiumtrihydrat (ATH) fein dispergiert. Die Mischung wird zum Korkgranulat gegeben und gründlich vermischt. Anschließend werden 2600 ml der Mischung in eine 240 x 240 x 40 mm Rahmenform gegeben und bei einer Temperatur von 130 °C für 40 min auf eine Höhe von 34 mm kompaktiert. Nach Entformen wird kein stabiler Prüfkörper erhalten. Wird somit die Harzmenge der erfindungsgemäßen Platte versucht auf die Platte mit Holzspänen zu übertragen, kann keine stabile Platte erhalten werden.
Erfindungsgemäßes Beispiel 3:
In ein Becherglas werden 100 Gewichtsanteile von expandiertem Korkgranulat gege ben. Die Partikelgröße des expandierten Korks beträgt 2 - 10 mm. Zuvor werden 21,5 Gewichtsanteile eines Melamin-Formaldehyd-Harzes (MF) mit 10 Gewichtsanteilen Ammoniumpolyphosphat (APP) fein dispergiert. Die Mischung wird zum Korkgranulat gegeben und gründlich vermischt. Anschließend werden 2600 ml der Mischung in eine 240 x 240 x 40 mm Rahmenform gegeben und bei einer Temperatur von 130 °C für 40 min auf eine Höhe von 34 mm kompaktiert. Nach Entformen wird ein stabiler Prüfkörper mit einer Dichte von 130 Kg/m3 erhalten. Die Wärmeleitfähigkeit lamda- 10 beträgt 39,67 mW/(m K). Das erfindungsgemäße Beispiel 3 zeigt die Möglichkeit das Flammschutzmittel zu wechseln und durch den niedrigeren Anteil von Ammoniumpolyphosphat die Dichte und Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zum erfin dungsgemäßen Beispiel 1 leicht zu senken.
Erfindungsgemäßes Beispiel 4:
In ein Becherglas werden 100 Gewichtsanteile einer Naturstoffmischung gegeben.
Die Mischung besteht zu 72 Anteilen aus expandiertem Korkgranulat mit einer Parti kelgröße von 2 - 10 mm und zu 28 Anteilen aus Rapsstroh mit einer Stäbchenlänge von 2 bis 50 mm. Zuvor werden 21,5 Gewichtsanteile eines Melamin-Formaldehyd- Harzes (MF) mit 10 Gewichtsanteilen Ammoniumpolyphosphat (APP) fein dispergiert. Die Mischung wird zu der Naturstoffmischung gegeben und gründlich vermischt. Anschließend werden 2600 ml der Mischung in eine 240 x 240 x 40 mm Rahmenform gegeben und bei einer Temperatur von 130 °C für 40 min auf eine Höhe von 34 mm kompaktiert. Nach Entformen wird ein stabiler Prüfkörper mit einer Dichte von 141 Kg/m3 erhalten. Die Wärmeleitfähigkeit lamda-10 beträgt 42,11 mW/(m K). Das er findungsgemäße Beispiel 4 zeigt die Möglichkeit einen Teil des Korkgranulats durch Stroh zu ersetzen. Dichte und Wärmeleitfähigkeit bleiben im gleichen Rahmen wie bei erfindungsgemäßem Beispiel 1 und 2 deutlich unter den Werten für Vergleichs beispiel 1
Überraschenderweise wurde gefunden, dass partikuläre Naturstoffgranulate und stäbchenförmige Naturstoffe, sowie Mischungen aus partikulären und stäbchenför migen Naturstoffen zu Kompositplatten gebunden werden können, in denen die Na turstoffe von der flammgeschützten Harzmatrix im Brandfall vorm Feuer geschützt werden. Im Brandfall bleiben die Kompositplatten formstabil und es kommt nicht zum Abtropfen brennender Komponenten aus ihnen. Durch die Dispersion der Flammschutzmittel im Harzbinder und die nachgeschaltete feine Verteilung auf den Granulatkörnern kann das Flammschutzmittel ideal in den Kompositplatten verteilt werden. Somit können brennbare Naturstoffe sicher in Dämmstoffen eingesetzt wer den. Durch den hohen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen kann ein niedriger Energiebedarf und Kohlendioxidausstoß bei der Herstellung realisiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kompositplatte, enthaltend oder bestehend aus
mindestens einem biobasierten partikulären oder stäbchenförmiger Naturstoff sowie Kombinationen aus partikulären und stäbchenförmi gen Naturstoffen, wobei Holz als Naturstoff ausgeschlossen ist, mindestens ein duroplastisch ausgehärtetes Harz als Bindemittel sowie mindestens einem anorganischen Flammschutzmittel.
2. Kompositplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikelgröße des mindestens einen biobasierten partikulären Na turstoffs mindestens 2 mm, bevorzugt 2 bis 40 mm, besonders bevor zugt 2 bis 25 mm und/oder
die Stäbchenlänge des mindestens einen biobasierten stäbchenförmi gen Naturstoffs größer 2 mm, bevorzugt 5 bis 100 mm, besonders be vorzugt 10 bis 75 mm
beträgt.
3. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine biobasierte partikuläre Naturstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Korkschrot, Maisspindelschrot, Nuss schalen (z.B. Erdnussschalen), Nussschalenschrot, Rindengranulat, Fruchtkernen, Getreidespelzen, Maisspelzen, zerkleinerten
Ananasblättern, Pecannussschalen und-schrot, zerkleinerten
Durianfruchtschalen, Reishüllen, Olivenkerne sowie Mischungen hier von, und
der mindestens eine biobasierte stäbchenförmige Naturstoff ausge wählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sonnenblumenstängel, Schilf, Rohrkolben, Baumwollstängeln sowie Stroh von Getreide, Reis, Flachs, Hanf, Mais oder Raps sowie Mischungen hiervon.
4. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine biobasierte partikuläre oder stäbchenförmige Naturstoff porös ist.
5. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus wässrigen Phenol-Formaldehyd-Harzen, Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Acrylatharzen, Alkydharzen, Melamin- Formaldehyd-Harzen, Lignin-Formaldehyd-Harzen, Tannin-Urotropin- harzen, oder 100%-Systemen wie Epoxidharze, ungesättigte Polyester harze, Polyurethane, Kautschuke, Furanharze, Pulverharze; sowie Mi schungen hiervon.
6. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Flammschutzmittel ausge wählt ist aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Substanzen, wie Aluminiumhydroxid (ATH), Magnesiumhydroxid (MDH), Alumini- um-Oxid-Hydroxid (AOH), Ammoniumphosphate, wie z.B.
Ammoniumpolyphosphat (APP) oder Ammoniumdiphosphat aber auch Schichtsilikate, wie Montmorillionit, Kaolinit, Talk, gemischtvalente Hydroxide (LDH; engl.: Layered double hydroxides) und organischen Salzen, wie Melaminderivate, z.B. Melaminpolyphosphat oder Mela- mincyanurat, und Blähgraphit sowie Mischungen hiervon.
Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bezogen auf 100 Gew. -Teile des mindestens einen biobasierten partikulären oder stäbchenförmigen Naturstoffs,
5 bis 200 Gew. -Teile, bevorzugt 10 bis 100 Gew. -Teile, besonders be vorzugt 12 bis 70 Gew. -Teile des mindestens einen Bindemittels sowie
2 bis 100 Gew. -Teile, bevorzugt 5 bis 60 Gew. -Teile, besonders bevor zugt 10 bis 50 Gew. -Teile des mindestens einen anorganischen Flamm schutzmittels enthält oder hieraus besteht.
8. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dicke von 5 bis 250 mm, bevorzugt von 10 bis 150 mm, besonders bevorzugt von 50 bis 120 mm aufweist.
9. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dichte kleiner 250 kg/m3 aufweist.
10. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Wärmeleitfähigkeit, gemessen gemäß EN 12667:2001 von maximal 50 mW/mK, bevorzugt von 30 bis 45 mW/mK aufweist.
11. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie gemäß DIN EN 13501-1:2010 als schwer ent flammbar klassifiziert sind.
12. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass maximal 20 Gew.-%, bevorzugt maximal 15 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 10 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 5 Gew.-% der Gesamtmenge des mindestens einen biobasier ten partikulären oder stäbchenförmiger Naturstoffs bzw. der Kombina tion aus partikulären und stäbchenförmigen Naturstoffen durch Holz späne, wie z. B. Schneidspäne, Schlagspäne, Hobelspäne, Sägespäne oder Holzstrands ersetzt sind.
13. Kompositplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Additiv, insbesondere ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen, Pgmenten und Bioziden, enthalten ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Kompositplatte nach einem der vor hergehenden Ansprüche, bei dem
mindestens ein biobasierter partikulärer oder stäbchenförmiger Na turstoff sowie Kombinationen aus partikulären und stäbchenförmigen Naturstoffen, wobei Holz als Naturstoff ausgeschlossen ist, mindestens ein duroplastisch aushärtendes Harz als Bindemittel sowie mindestens ein anorganisches Flammschutzmittel
vermischt und die Mischung anschließend einem formgebenden Ver fahren unterzogen wird, wobei die Kompositplatte entsteht.
15. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf 100 Gew. -Teile des mindestens einen biobasierten partikulären oder stäbchenförmigen Naturstoffs,
5 bis 200 Gew. -Teile, bevorzugt 10 bis 100 Gew. -Teile, besonders be vorzugt 12 bis 70 Gew. -Teile des mindestens einen Bindemittels sowie
2 bis 100 Gew. -Teile, bevorzugt 5 bis 60 Gew. -Teile, besonders bevor zugt 10 bis 50 Gew. -Teile des mindestens einem anorganischen Flammschutzmittels
eingesetzt werden.
16. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das formgebende Verfahren ein Erwärmen der Mischung auf Temperaturen von 80 bis 200 °C, bevorzugt 100 bis 180 °C, besonders bevorzugt von 120 bis 150 °C, bevorzugt über einen Zeitraum von 10 s bis 90 min, weiter bevorzugt 3 min bis 60 min, besonders bevorzugt 5 min bis 40 min umfasst.
17. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen durch Beaufschlagung der Mischung mittels Satt dampf, durch Heißluft, Mikrowellen und/oder Infrarotstrahlung er folgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeich net, dass das formgebende Verfahren ein Verpressen der Mischung umfasst, wobei das Verpressen insbesondere auf einer kontinuierlich arbeitenden Presse durchgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeich net, dass maximal 20 Gew.-%, bevorzugt maximal 15 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 10 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 5 Gew.- % der Gesamtmenge des mindestens einen biobasierten partikulären oder stäbchenförmiger Naturstoffs bzw. der Kombination aus partiku lären und stäbchenförmigen Naturstoffen durch Holzspäne, wie z. B. Schneidspäne, Schlagspäne, Hobelspäne, Sägespäne oder Holzstrands ersetzt werden.
20. Verwendung einer Kompositplatte nach einem der Ansprüche 1 bis IS als thermisches Isolationsmaterial, als Baumaterial, als Trittschall dämmung oder als Schalldämmung.
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