EP4182500A1 - Aerogel-haltige isolationsschicht - Google Patents

Aerogel-haltige isolationsschicht

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Publication number
EP4182500A1
EP4182500A1 EP21739281.0A EP21739281A EP4182500A1 EP 4182500 A1 EP4182500 A1 EP 4182500A1 EP 21739281 A EP21739281 A EP 21739281A EP 4182500 A1 EP4182500 A1 EP 4182500A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
article
airgel
particles
particle mixture
binder
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21739281.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Schuster
Stefan Saur
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.)
Outlast Technologies GmbH
Original Assignee
Outlast Technologies GmbH
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 Outlast Technologies GmbH filed Critical Outlast Technologies GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/73—Hydrophobic

Definitions

  • the invention relates to a method for applying an airgel-containing insulation layer to an article.
  • the insulation layer can be used for thermal insulation (also referred to as heat or thermal insulation), but also for structure-borne and impact sound insulation or insulation from vibrations.
  • an aerogel refers to a gel that is formed with air as the dispersion medium. This includes three types of aerogels, which differ in the way they are dried.
  • airgel describes a wet gel that is dried by evaporation above the characteristic critical point (i.e. at temperatures above the critical evaporation temperature and/or starting from pressures above the critical pressure).
  • the characteristic critical point i.e. at temperatures above the critical evaporation temperature and/or starting from pressures above the critical pressure.
  • a wet gel that is dried under subcritical conditions for example with the formation of a liquid-vapor boundary phase
  • a xerogel a wet gel that is dried under subcritical conditions, for example with the formation of a liquid-vapor boundary phase
  • the material has high porosity with a large surface area in combination with a very small pore size.
  • airgel also includes dried gel products that were obtained in a freeze-drying process. These are regularly referred to as cryogels.
  • the typical structures of the aerogel arise during the sol-gel transition.
  • the external form can only be achieved by crushing such as being changed by grinding.
  • the material is too brittle for most other types of forming.
  • airgel compositions include both organic and inorganic aerogels.
  • the inorganic aerogels are often based on metal oxides such as silicon oxide (silica), carbide (carbides) and aluminum oxide (alumina).
  • organic aerogels include carbon aerogels and polymeric aerogels, such as polyamide aerogels.
  • aerogels with very good thermal insulation properties have a particularly low density, which ranges from 0.01 g/cm 3 to 0.3 g/cm 3 , for example.
  • Such materials can have a thermal conductivity of 12mW/mK or even less under normal conditions, ie at room temperature of 20°C and mean atmospheric pressure of 1013.25 hPa. Due to their low density, however, pure aerogels and airgel particles are extremely fragile and at the same time difficult to handle in further processing.
  • Prior art WO2012/013817 A1 describes a specific method of aerogel-containing composites.
  • a composite with improved mechanical strength is primarily to be produced.
  • fibers in an amount of 3 to 80 wt% of the total weight of the starting material and airgel particles in an amount of 10 to 75 wt% of the total weight of the starting material are provided as raw materials and mixed together in a first stream of air.
  • This is intended to produce a particularly homogeneous mixture, which increases the mechanical strength of the composite produced later.
  • a chemical binder can be added as another raw material.
  • the composite additionally comprises a layer of fleece or felt onto which the mixed raw materials are applied and pressed with this layer.
  • DE 195 48 128 A1 further describes a composite that has at least one layer of fiber fleece with thermoplastic fiber material and airgel particles.
  • the initial problem is that the high porosity of aerogels leads to low mechanical stability both of the gel (from which the airgel is dried) and of the aerogel itself.
  • the solution here is to bind the airgel particles to the melted thermoplastic fibers.
  • the melted thermoplastic fibers connect the fibers to one another to form a stable fleece when they solidify.
  • Staple fibers are used to produce the non-woven fabric. While the fleece is laid according to the known methods, i.e. during the fleece production process, the aerogranulate is sprinkled in, with care being taken to ensure that the granulate grains are distributed as homogeneously as possible. This is achieved by commercially available scattering devices. A comparable method is also known from EP 0799353 B1. However, sprinkling is only possible here in a sealed working chamber or the airgel granules must be sufficiently large and therefore heavy to achieve an undesired distribution in the air and a targeted application.
  • the publications DE 197 02 240 A1 and EP 0 850 206 B1 describe a method for producing an airgel composite body, in which the airgel particles are bonded with a binder (DE'240 A1) or an adhesive (EP'206 B1). and possibly mixed with fibers.
  • the composite body preferably comprises three layers, of which the middle one contains airgel.
  • the proportion of airgel particles in the at least one airgel-containing layer should be in the range from 5 to 97 percent by volume (vol%).
  • the binder in the at least one airgel-containing layer forms a matrix which connects or encloses the airgel particles and runs as a continuous phase through the at least one airgel-containing layer and optionally through the entire composite.
  • Binders can be, for example, adhesives or plastics or bicomponent fibers, with the binder preferably not penetrating into the interior of the porous airgel particles in order to minimize their heat-conducting properties to affect.
  • the airgel particles can be sprayed with and thus coated with the binder.
  • the airgel particles and possibly fibers can also be mixed with the binder.
  • US 2018/0313001 A1 describes a method for producing a synthetic fiber with a proportion of airgel particles of about 0.1 to 15 percent by weight (hereinafter also wt%) and a proportion of 85 to 99.9 wt%. of a polymer known.
  • the airgel particles and the polymer are mixed together and extruded together or otherwise formed into an intermediate product (for example into pellets).
  • the production methods described above have proven to be very complex and cost-intensive, in particular since the handling of airgel particles is problematic in industrial processing due to their low intrinsic weight. Furthermore, in a large number of the methods described, the airgel is introduced into or applied to the end product during its manufacture. As a result, the area of application is limited, subsequent application or application of an airgel-containing layer to a finished article is no longer possible.
  • the airgel is applied to the finished product in a solution and then has to be dried in a complex drying process, which must ensure that the heat-insulating properties of the airgel are not impaired.
  • a complex drying process which must ensure that the heat-insulating properties of the airgel are not impaired.
  • the present invention proposes a solution with the features of claim 1.
  • a method for applying at least one airgel-containing insulation layer to an article according to claim 1 is proposed according to the invention.
  • a method for applying at least one airgel-containing insulation layer to an article according to claim 1 is proposed according to the invention.
  • the insulation layer comprises airgel particles and a binder.
  • the method includes the steps of providing the article to be coated; Mixing the airgel particles with particles of a powdered binder and/or a powdered solid, such as expanded glass, to form a powdered particle mixture; Applying the airgel particles mixed with the powdered binder and/or the powdered solid (the particle mixture) to the article to be coated by sprinkling the airgel particles onto or onto the article to be coated, and activating the binder of the at least one insulation layer in order to provide connection with the article.
  • the airgel particles are contained in the particle mixture in a proportion of 5 to 95 percent by weight of the particle mixture.
  • the article comprises a textile surface to which the at least one airgel-containing insulation layer is to be applied.
  • the airgel particles (of the particle mixture) mixed with the powdered binder and/or the powdered solid can also be blown onto or sucked onto the article to be coated.
  • articles or products that are in particular finished with the present method can be subsequently provided with an insulating layer.
  • layer does not refer to a closed surface, but also includes the partial, gap-prone application of a particle mixture with airgel particles.
  • the airgel particles which are decisively responsible for the thermal insulation, do not have to be introduced into the article as part of the production process, but can be applied to the article subsequently with the aid of a binding agent.
  • the subsequent application of an insulating layer thus significantly increases the scope of the present invention compared to the solutions known from the prior art. Of course, if necessary, several insulation layers can be applied in this way.
  • the at least one insulation layer includes both the airgel particles and a binder.
  • the binder can be applied to the article separately, for example brushed or doctored on, and/or mixed with the airgel particles as a powdered particle mixture.
  • a special feature of the present invention according to the invention can be seen in the fact that the airgel particles in the particle mixture according to the invention can be scattered, blown up or sucked in.
  • a noteworthy advantage of aerogels can be seen in the fact that they have very good insulation properties. These result in particular from the particularly low density of airgel materials, which ranges from 0.01 g/cm 3 to 0.3 g/cm 3 , for example. Due to their low density, however, pure aerogels and airgel particles are extremely fragile and at the same time difficult to handle in further processing. If you tried to sprinkle them on a surface without special pre-treatment, their own weight would not be sufficient to enable targeted application to the surface.
  • the airgel particles are therefore mixed with particles of a powdered binder and/or a powdered solid prior to application to the article to be coated.
  • the airgel particles detachably adhere to the particles of the admixed powder.
  • responsible for this are, among other things, microstructures on the particle surfaces, which support mechanical adhesion. If necessary, charge differences and the Van der Walls forces also have a supporting effect.
  • the airgel particles are weighed down by the adhering particles of the particle mixture and the mixture of airgel particles and the particles of the admixed powder can be applied to a surface of a surface without the negative effects and disadvantages mentioned of too low a density applied to the article to be coated, in particular sprinkled on.
  • the particle mixture is in powder form, a very precise metering of the airgel particles per area can be achieved, with the particle mixture in the insulation layer not having any significant adverse effect on the properties of the item for the user of the finished item, in particular the surface properties such as flexibility in textiles. surface roughness and the like.
  • the particle mixture can also be blown up or sucked in (in the case of an air-permeable surface to be coated) to apply the airgel particles, since the increased weight of the particle mixture compared to pure airgel particles has also proven to be advantageous for handling has, whereby in practice so far sprinkling has shown to be the simplest solution.
  • the particles can be mixed in a wide variety of ways and by means of any type of mixing device, for example in a closed mixing container into which the particles to be mixed are filled and which is moved to mix the particles (rotation, translation, oscillation and mixed forms of these are conceivable).
  • a stirring element can also be provided inside the mixing container, which in turn can be moved relative to the mixing container (rotation, translation, oscillation and mixed forms of these are also conceivable here).
  • Mixing in a mixing container with the aid of heated air is also possible in view of the low density of the airgel particles a conceivable variant, in particular since mixing in an air stream is used for a particularly homogeneous mixing result and, in the case of a specified air temperature that is above the activation temperature, possibly for activating the surface of binder particles (as described below as a conceivable embodiment). can be.
  • the mixing process is carried out until there is a desired, approximately homogeneous distribution of the airgel particles in the particle mixture.
  • the mixing process can be regulated both via the duration and, for example, via the speed or the type of mixing movement of the mixing device.
  • the admixed particles can be particles of a powdered binder.
  • binders are understood not only as chemical binders in the narrower sense, but also as substances in a broader sense that create or promote chemical bonds at phase boundaries of other substances or trigger or increase effects such as cohesion, adsorption and adhesion or friction. They connect substances by absorbing, accumulating, holding them together, crosslinking or gluing them. This also includes substances that are commonly referred to as adhesives.
  • the binder according to the invention can also comprise a binder system with several binders.
  • Binders with low thermal conductivity are presently preferred to achieve thermal insulation. If the article to be coated is not intended to insulate thermally, or not primarily, but rather to provide sound insulation, for example, other binders can also be preferred.
  • the choice of binder depends on the desired properties of the article to be coated. For example, a binder can also be selected that is particularly flame retardant or non-combustible in order to achieve the most favorable fire class possible for the article to be coated.
  • silicone resin adhesives can be used for the specific application.
  • the binder is used as a solid powder when admixed with the airgel particles. Because the admixed particles are also in powder form, the advantages associated therewith, in particular an exact dosing of the airgel particles, are retained. This also ensures that the particles of the powdered binder essentially do not penetrate into the interior of the porous airgel particles and thus do not significantly impair the desired insulation properties.
  • a binding agent can also be applied directly to the article in order to connect the subsequently scattered particle mixture with the airgel particles and other powdery particles to the article surface.
  • Binders according to the present invention can thus z. B. both physically setting and chemically curing one-component adhesives and chemically curing two- or multi-component adhesives.
  • binders are hot-melt adhesives, dispersion adhesives, solvent-based adhesives, plastisols, thermosetting epoxy resins, reactive hot-melt adhesives such as ethylene-vinyl acetate copolymers and polyamides, formaldehyde condensates, polyimides, polybenzimidazoles, cyanoacrylates, polyvinyl alcohols, polyvinyl butyrals, polyethylene waxes, anaerobic adhesives, called moisture-curing silicones and light and UV-curing systems, methacrylates, two-component silicones, cold-curing epoxy resins and cold-curing polyurethanes.
  • binders can also be, for example, transparent or translucent plastics such as polymethyl methacrylates (PMMA, e.g. Degalan TM , Plexiglas TM ), cycloolefin copolymers (COC, e.g. Topas TM ), polyvinyl butyrals (e.g. B. Mowital TM), polycarbonates and polyethylene terephthalates (PET, z. B. Hostaglas TM), with polyvinyl butyrals, polyvinyl alcohols and polymethyl methacrylates being preferred.
  • PMMA polymethyl methacrylates
  • COC cycloolefin copolymers
  • COC e.g. Topas TM
  • polyvinyl butyrals e.g. B. Mowital TM
  • PET z. B. Hostaglas TM
  • binders can also be of a fibrous nature, e.g. B. bicomponent fibers.
  • the particle mixture with the airgel particles and the particles of a powdered binder and/or a powdered solid comprises at least 5 to 95 percent by weight of airgel particles—preferably 5 to 70 percent by weight, particularly preferably 30 to 65 percent by weight and in particular 40 to 60 percent by weight of the particle mixture.
  • the insulation layer can also comprise other materials and substances, for example additional amounts of connection accelerators, lubricants, pigments, plasticizers or curing accelerators can be used to achieve certain properties.
  • connection accelerators for example, materials and methods known to those skilled in the art can be used to achieve a fire class that is as favorable as possible, e.g. B. flame retardants, fire protection paints - varnishes, foils and laminations.
  • this can also include a protective layer that is able to protect at least the area with the applied airgel particles from external influences, such as mechanical abrasion or the like, and can be applied to the applied airgel particles.
  • the particle mixture can also contain particles of another powdered solid, for example expanded glass particles or the like.
  • expanded glass has the advantage that this material is comparatively inexpensive to produce and has many advantages in use.
  • Expanded glass is obtained from recycled waste glass and is already used in the production of lightweight concrete, lightweight plaster, lightweight masonry mortar and in thermal insulation panels, thermal insulation fill, plaster base panels, curtain wall systems and decorative paints.
  • Expanded glass is foamed glass with small, gas-filled pores and can be produced with grain sizes of 0.04-16 mm. The granules have a closed lattice structure.
  • expanded glass In contrast to the angular, broken foam glass (gravel), which is produced in a similar process but compressed under pressure, expanded glass (granulate) consists of balls/round grains, which enable versatile processing. Fillers made of expanded glass are very light and yet pressure-resistant, thermally insulating, alkali-resistant, non-flammable, have a high resilience and are not attacked by rodents, vermin and fungi.
  • the binder which is mixed in particle form with the airgel particles, can also be used to connect the airgel particles to the article to be coated.
  • binders that can be activated and/or cured by thermal warming or heating.
  • alternative configurations in which other activation mechanisms are used are also conceivable.
  • the particle mixture or the binder particles before, during and/or after the mixing of the particles.
  • the mixture can remain in powder form if the heating is kept brief and the binder particles are only heated on the surface.
  • the resultant sticky particle surface of the binder particles is wetted by the adhesion of the airgel particles and the mixture remains scatterable and powdery.
  • the mixture can be sprinkled onto the article to be coated, for example onto a textile surface, and then heated to such an extent or further that the binder particles are activated again or further and reliable binding of the airgel Allow particles to the article surface.
  • the binder particles can be solidified and hardened simply by cooling the binder below the melting temperature or with the aid of other measures, for example further heating, use of UV rays or the like. In this way, the airgel particles are firmly bonded to the surface of the article to be coated.
  • a binder can be applied to the article to be coated, detached from the particle mixture.
  • This can be a binder of the same type as that which can be admixed to the airgel particles in powder form, or it can be of a different type.
  • the binder can be present in a non-solid or non-powder form in order to simplify binding of the particle mixture to the article to be coated.
  • a spreadable binder can be applied in liquid or paste form to the article to be coated.
  • the article has been impregnated with a binder or has been coated with a binder in the form of an adhesive fleece, which enables the applied particle mixture to adhere.
  • the article can also have a surface that acts as a binder through activation, in particular through thermal heating. For example, in the case of a textile surface, this can contain fibers that are suitable for binding the particle mixture to the textile surface through thermal activation.
  • this binder to be applied to the article to be coated one preferably selects one or the other which essentially does not penetrate into the interior of the porous airgel particles.
  • the penetration of the binder into the interior of the airgel particles can In addition to the selection of the binding agent, this can also be influenced by regulating the temperature and the processing time.
  • the step of activating the binder can include thermally heating the particle mixture and/or the article to be coated in order to activate and/or subsequently solidify the binder(s).
  • the particle mixture can be heated in order to improve the adhesion of the particles, in particular the airgel particles, to the added binder particles and/or to the powdered solid particles and in this way to improve the handling of the particle mixture.
  • the article to be coated with the already applied particle mixture and/or before the application of the particle mixture can be heated, for example to activate an additional binder applied to the article or to activate the particle mixture applied to the article.
  • the insulation layer can also be cured by means of thermal heating. Alternatively, however, the insulation layer can also be solidified, for example by cooling, using UV light or other known means.
  • a method for improving the handling of airgel particles is also provided in order to be able to apply them to the article by sprinkling, inflating or sucking, for example for applying at least one airgel-containing insulation layer to an article according to the method described above, the airgel particles being mixed with a powdered binder and/or a powdered solid, such as expanded glass, to form a particle mixture prior to the application step.
  • the comparatively very light airgel particles are weighed down by the adhering further powdered material particles, which detachably adhere to the airgel particles in the mixed state.
  • microstructures on the particle surfaces which support mechanical adhesion.
  • the airgel particles are weighed down by the adhering particles of the particle mixture and the mixture of airgel particles and the particles of the admixed powder can be used in industrial processing methods without the negative effects and disadvantages of too low a density already mentioned above.
  • the airgel particles in the particle mixture are detachably connected to the particles of the powdered binder and/or the powdered solid at least by physical adhesion.
  • improved adhesion can also be achieved by slightly activating the powdered binder.
  • the airgel particles can have an open porosity with up to 99% air content, in particular around 95% air content.
  • the airgel particles can have a density of less than 1 g/cm 3 , for example less than 0.5 g/cm 3 and particularly advantageously less than 0.15 g/cm 3 .
  • the airgel particles can have pores with a pore size in the range of 2 to 50 nm (mesoporous Particles), preferably in the range of 20-40nm.
  • the airgel particles themselves can have different sizes in a range from, for example, 5 ⁇ m to 5 mm, in particular in a range from 8 ⁇ m to 4 mm.
  • the article to be coated can comprise a textile surface to which the at least one insulation layer is to be applied.
  • All types of textiles can be used as a textile surface, regardless of the type of manufacture, the structure of the substance or the extraction of the starting substances, ie the textile surface includes any form of textile fabric, ie fabric made of fibers such as felt, fleece and wadding , and from threads, such as braids, woven fabrics, nets, knitted fabrics and warp-knitted fabrics. Furthermore, these can include fibers obtained from synthetic or natural raw materials.
  • the textile surface can be produced by knitting, weaving, spinning, felting, knitting, laying or fulling.
  • the textile surface as a carrier layer for the at least one insulating layer.
  • non-combustible or flame-retardant carrier materials such as melamine resin fibers or the like, can be used in order to increase the fire protection effect of the article.
  • the mechanical strength of the article or the insulating effect can be improved by choosing a suitable carrier material as the textile surface and by choosing the processing method for the textile surface.
  • the insulation layer can include an additional protective layer, which serves to protect the airgel particles from external influences. It is thus possible to provide an additional protective layer at least in certain areas to protect the insulating layer.
  • the additional protective layer can be, for example, an additional textile protective layer, for example in the form of a fleece layer or a wadding.
  • the additional protective layer can also comprise a non-textile layer, for example a foam or a film.
  • the additional protective layer can be glued, pressed and/or needled to the insulation layer, depending on the type of protective layer and configuration of the insulation layer.
  • a nonwoven fabric or cotton wool can be placed on the textile surface as an additional protective layer after the insulation layer has been applied and needled to the textile surface.
  • the fibers of the fleece or wadding can be intertwined with each other and with those of the textile surface, whereby the fleece is attached to the textile surface and its fibers are simultaneously compressed and strengthened by a large number of special needles arranged in a needle board or needle bar ( Barbed needles, fork needles or the like) is inserted and pricked out.
  • the additional protective layer can also be bonded to the insulation layer, in particular to the binder contained therein, directly or via an additional binder.
  • the protective layer can thus be placed on the insulation layer while the binder of the insulation layer or an additional binder is activated in the boundary area between the protective layer and the insulation layer and, if necessary, can be reliably connected to the latter by additional pressing.
  • the protective layer itself can also contain an activatable binder for connection to the insulating layer.
  • the additional protective layer for example, mechanical abrasion of the applied insulation layer can be avoided, which can be particularly advantageous if the textile surface of the article can be exposed to strong mechanical stresses during use. Furthermore, the insulation effect can be further improved by the additional layer.
  • the additional layer in particular the textile protective layer, other properties of the article, in addition to the mechanical strength and the insulating effect, can also be improved; for example, non-combustible or flame-retardant fibers can be used to increase the fire protection effect.
  • the textile protective layer in addition to the nonwoven mentioned as an example, textiles of all kinds can of course also be used, regardless of the type of production, the structure of the textile fabric or the extraction of the starting substances, i.e. the textile protective layer can be fabrics made of fibers such as felts , fleeces and waddings, and fabrics made of threads, such as braids, woven fabrics, nets, knitted fabrics and warp-knitted fabrics. Furthermore, these can include fibers obtained from synthetic or natural raw materials.
  • the textile protective layer can be produced by knitting, weaving, spinning, felting, knitting, laying or fulling.
  • a protective layer can comprise a solid structure, such as the fleece layer described above, for example a textile protective layer, a film or the like which can be connected to the article, a foam or a coating to be applied, such as an impregnation, a protective lacquer or the like.
  • the airgel particles can in particular comprise a silicate airgel (SiO 2 airgel).
  • SiO 2 airgel silicate airgel
  • This material has a number of positive properties, such as poor flammability, low electrical conductivity and very low thermal conductivity.
  • the material is non-toxic and translucent or transparent, as well as elastic, which means that it can be used in a variety of conceivable applications and articles, such as in the field functional textiles, heat-insulating containers and housings (e.g. of electrical devices), as well as in house construction and the like.
  • the airgel particles can include graphite, plastic (e.g. resorcinol-formaldehyde RF, polyurethane PU, polyester PES) and biopolymers (e.g. lignin, cellulose).
  • plastic e.g. resorcinol-formaldehyde RF, polyurethane PU, polyester PES
  • biopolymers e.g. lignin, cellulose
  • the airgel particles can have hydrophobic surface groups.
  • hydrophobic groups are covalently present, in particular on the inner surface of the aerogels, which are not split off under the action of water.
  • Preferred groups for permanent hydrophobization are trisubstituted silyl groups of the general formula - Si (R) 3, most preferably trialkyl and / or triarylsilyl groups, wherein each R is independently a non-reactive organic radical such as C1-C18 alkyl or C6-C 4 aryl , Preferably Ci-C6-alkyl or phenyl, in particular methyl, ethyl, cyclohexyl or phenyl, which can additionally be substituted with functional groups.
  • trimethylsilyl groups is particularly advantageous for rendering the aerogel permanently hydrophobic.
  • These groups can be introduced as described in WO 94/25149, or by gas-phase reaction between the airgel and, for example, an activated trialkylsilane derivative, such as a chlorotrialkylsilane or a hexaalkyldisilazane (compare R. Iler, The Chemistry of Silica, Wiley & Sons, 1979).
  • an activated trialkylsilane derivative such as a chlorotrialkylsilane or a hexaalkyldisilazane (compare R. Iler, The Chemistry of Silica, Wiley & Sons, 1979).
  • the airgel particles have a thermal conductivity of less than 25 mW/mK, in particular less than 15 mW/mK, for example 12 mW/mK.
  • the invention also relates to a coated article to which at least one airgel-containing insulation layer is applied using a method as described above, the insulation layer comprising airgel particles and a binder.
  • the insulation layer is applied to an outside of the finished article.
  • the finished article comprises a textile, with the proportion of airgel particles on the coated article being at least 0.5 percent by weight.
  • the present invention relates to the use of a coated article as described above in the field of thermal insulation, fire protection, soundproofing, electrical insulation and/or in the field of absorption of gases, vapors and liquids.
  • thermal insulation describes the reduction in the passage of thermal energy through the at least one insulation layer in order to protect a room or a body from cooling down or heating up.
  • terms such as “comprising”, “having” or “with” do not exclude any other features or steps.
  • terms “a” or “the” indicating a singular number of features or features do not exclude a plurality of features or steps, and vice versa.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of the method according to the invention with a
  • FIG. 2 shows an arrangement for applying an insulating layer to an article using the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows a flow chart of the production method according to the invention.
  • FIG. 1 shows, in a highly schematized manner, an article which has been provided with an insulating layer containing airgel in accordance with the method of the present invention.
  • the aerogels are contained in particle form in the insulation layer and can be applied to a finished article without this subsequently having to be subjected to a complex drying process to produce the airgel structure.
  • the airgel particles are scattered onto the article, blown up or sucked onto it.
  • the article in the present exemplary embodiment comprises a hydrojet fleece 10 to which an insulating layer 20 has been applied.
  • a hydrojet fleece 10 to which an insulating layer 20 has been applied.
  • nonwoven nonwovens that are placed under high pressure are swirled, intertwined and solidified by water jets.
  • This type of mechanical strengthening creates a very uniform pore structure.
  • the application of at least one insulation layer according to the invention to other surfaces is of course also possible.
  • the article to be covered with at least one airgel-containing insulation layer is not limited to articles with a textile surface, but can have all conceivable types of materials and shapes.
  • the decisive factor here is that the airgel particles are not introduced into the article, in this case the nonwoven fabric, as part of the manufacturing process of the article, but are subsequently applied to it.
  • the airgel particles are Particles 22 and the particulate binder 24 are mixed together to form a particle mixture 26 which is applied to the article, in this case to the water jet nonwoven 10 .
  • particles of a powdered solid, e.g. expanded glass particles can also be mixed with the airgel particles 22.
  • the premixed particle mixture 26 can be scattered by means of a scattering device (in FIG. 2: “powder scatterer”) 30 onto the hydrogen fleece 10 unwound from a unwinding device.
  • a scattering device in FIG. 2: “powder scatterer”
  • a larger surface of an article can be provided with an airgel-containing insulation layer 20 by continuously guiding the surface under the scattering device 30, for example by means of the shown unwinding device 60a and winding device 60b.
  • Alternative conveying devices are of course also conceivable, such as the discontinuous application of an insulating layer containing airgel to individual articles.
  • the size of the binder particles 24 of the particulate or powder-form binder 24 can be similar to the particle size of the airgel particles 22, as shown in FIGS. 1 and 2, or significantly larger or smaller in deviation therefrom.
  • the only decisive factor is that the particles 24 or 32 of the particle mixture 26 mixed with the airgel particles 22 are able to at least partially adhere to the airgel particles 22 in order to make them easier to handle industrially, in particular scatterable, and that the particle mixture is suitable for a good dosability composed of powdered components.
  • the mechanical adhesion of the airgel particles 22 to the admixed particles 24 (and the charge adhesion) is supplemented by, for example, a cohesive adhesion. so can the binder particles 24 are activated, for example by thermal heating, and in this way develop a binding effect on their surface, which enables the airgel particles 22 to adhere cohesively, for example.
  • a first heating or activation can take place before the mixing (Figure 3: Step S100) with the airgel particles 22 ( Figure 3: Step S400a), so that the binder particles (24) are added in the already activated state and mixed with the airgel particles (22), or as part of the mixing (FIG. 3: S100) of the particle mixture (FIG. 3: step S400b).
  • the binders in the particle mixture 26 can also be activated during the application of the particle mixture 26 (FIG. 3: S200), for example when inflated with warm air or with the aid of a UV lamp or the like (step S400c).
  • the activation can also take place (S400di-3) before, during or after the application of a protective layer (FIG. 3: step S300).
  • the activation can also take place at the same time as the step of solidifying the insulation layer 20 according to step S600 (step S400e). In this case, the activation and subsequent curing of the binder is carried out in one operation, for example by heating.
  • the composite of article 10 and particle mixture 26 can be formed in a method step following the application ( Figure 3: S200). are heated and optionally pressed, for example in a double belt press 40, as shown in FIG.
  • the admixed binder 24 can be activated (possibly again or further) and combine with the fibers of the hydrogen fleece 10 and (possibly further) with the airgel particles 22 associate.
  • the pressing of this composite also enables a reduction in the cavities between the particle mixture and the article surface and thus improves the binding effect.
  • the binder particles 24 can (if present) be completely melted in the composite with the article or only be heated for activation and at least partially still be present in particulate form in the applied and fixed insulation layer.
  • the finished product can, for example, be cooled in a cooling field 50, as shown in FIG. 2, in order to solidify the insulation layer.
  • a drying process or a curing process can also be carried out in step S600 to solidify the insulation layer.
  • FIG. 2 shows a method according to the invention for applying an insulating layer containing airgel to a textile surface of an article.
  • the airgel particles 22 are admixed with a powdered binder.
  • other particulate solids can also be mixed in.
  • expanded glass particles FIG. 2: reference number 32
  • at least mechanical adhesion to the airgel particles takes place, as a result of which the airgel particles are weighed down and thus made easier to process.
  • connection to the surface of the article to be impacted can take place by means of a binder applied to the article (indicated by the reference number 34 in FIG. 2).
  • this can be brushed, sprayed or placed on the surface of the article to be acted upon using an optional application device 36 (step S500).
  • the binding agent 34 can already be activated before the application (S400fi) and/or activated during the application (S400f 2 ).
  • the particle mixture 26 can then be applied to this, or the binder is only applied with the particle mixture 26 or as part of one of the following process steps and/or activated in combination with the applied particle mixture 26 (shown as an example as S400g), for example by heating.
  • a binder 34 is applied to the surface of the article 10 to be acted upon can also be combined with the embodiment in which a particulate binder (also binder particles or binder particles 24) is added to the particle mixture 26 .
  • the binder particles 24 may or may not be chemically identical or similar to the binder 34 applied to the surface of the article 10 .
  • a further protective layer for example a textile protective layer in the form of a fleece, here a hydrogen fleece 28 (FIG. 2), can be placed on the composite of particle mixture 26 and article surface. This can be heated and pressed together with the composite of particle mixture 26 and article 10 .
  • the additional protective layer can also be needled and/or glued (not shown) to a textile surface of the article, such as the hydrojet nonwoven 10 in the embodiment shown.
  • FIG. 3 also shows in particular that the step of activating the binder S400 can take place at different points in time (and also several times).
  • the powdered binder 24 can be activated, for example by means of a warm air stream, before or during the addition to the airgel particles 22 (S400a), during the mixing of the particle mixture according to S100 (S400b) or when the particle mixture 26 is applied the article 10 according to step S200 (S400c).
  • the powdered binder 24 as part of the particle mixture 26 applied to the article 10 can only be activated shortly before, during or after the application of the protective layer according to method step S300 (S400di-3) or during the solidification of the insulating layer according to S600 (S400e).
  • the binding agent 34 which can be applied to the article 10 separately from the airgel particles 22, can in turn be activated before or during the application of the binding agent S500 (S400fi- 2 ) or afterwards (S400gi- 2 ).
  • the type of activation can also play a role here. For example, if the binding agent 34 is only spreadable as a result of its activation, activation before application or during application (S400f) makes sense. However, if the binding agent 34 can be applied to the article independently of its activation, for example in the form of an impregnation on the surface of the article 10, then (possibly renewed) activation after the application of the binding agent 34 can also be advantageous (S400gi- 2 ).
  • step S100 50 g of a polyurethane hotmelt (as particulate binder 24) are mixed with 30 g of airgel silicate particles 22 at 80° C. to form a particle mixture 26, as shown in FIG.
  • step S200 the particle mixture 26 is scattered onto a 60 g/m 2 water jet fleece 10 (with an application of 80 g/m 2 ) and covered with a second fleece 28 in a further step S300.
  • the two layers of hydrogen fleece 10 and 28 with the intermediate layer of binder particles 24 and airgel particles 22 are then pressed under pressure (0.6 N/cm 2 ) for 60 seconds at 150° C. in a subsequent step.
  • the heating under pressure serves to further activate the binding agent 24 (S400d3).
  • the insulation layer 20 solidifies in a final step S600.
  • a terpolymer hotmelt (as binder particles 24) are mixed with 60 g of airgel silicate particles 22 in a first step S100 without the influence of temperature.
  • the particle mixture 26 is then scattered onto a 50 g/m 2 water jet fleece 10 (with an application of 120 g/m 2 ) and covered with a second fleece 28 in a subsequent step S300.
  • the two layers of hydrogen fleece 10 and 28 with the intermediate layer of binder particles 24 and airgel particles 22 are then pressed together under pressure (0.6 N/cm 2 ) at 160° C. for 45 seconds.
  • the heating under pressure in turn serves to activate the binder 24 (S400d3).
  • the insulation layer 20 solidifies in a final step S600.
  • a third example in a first step S100 without the influence of temperature, 30 g airgel silicate particles 22, 30 g expanded glass (with a diameter of approx. 0.1-0.3 mm as powdered solid particles) and 30 g hotmelt (as particulate binder 24) are joined together a particle mixture 26 mixed.
  • a 50 g/m 2 water-jet nonwoven 10 is coated with an activated (S400f) EVA hotmelt as a further binder 34 by means of a slot die (as application device 36).
  • the application or layer thickness is 20g/m 2 .
  • a subsequent step S200 the particle mixture 26 is sprinkled into the liquid binding agent 34 applied to the article 10 (with a coverage of 60 g/m 2 ).
  • a further step S300 the composite of article 10 with a binder coating and scattered particle mixture 26 is covered with a second fleece 28 and pressed under pressure at 150° C. for 45 seconds (0.6 N/cm 2 ). The heating under pressure serves both to further activate the binding agent 34 (S400g 2 ) and to activate the particulate binder 24 (S400d3).
  • the insulation layer 20 solidifies in a final step S600.
  • a particle mixture 26 without the influence of temperature.
  • a 30 g/m 2 paper (as article 10) is impregnated with a melamine resin (as an additional binder) in a step S500.
  • the particle mixture 26 is then sprinkled into the not yet dried melamine film (with an application of 8 g/m 2 ).
  • the impregnated paper with the scattered particle mixture 26 is then dried at 140° C. for 60 seconds, ie the melamine film is cured.
  • the heating under pressure serves to solidify the insulation layer 20 in a final step S600.
  • Table 1 determined values for the thermal resistance for examples 1, 2 and 5
  • a terpolymer hotmelt (as binder particles 24) are mixed with 50 g of airgel silicate particles 22 in a first step S100 without the influence of temperature.
  • the particle mixture 26 is then scattered onto a 50 g/m 2 water jet fleece 10 (with an application of 90 g/m 2 ) and covered with a second fleece 28 in a subsequent step S300.
  • the two layers of hydrogen fleece 10 and 28 with the intermediate layer of binder particles 24 and airgel particles 22 are then pressed together under pressure (0.6 N/cm 2 ) at 160° C. for 45 seconds.
  • the heating under pressure in turn serves to activate the binder 24 (S400d3).
  • the insulation layer 20 solidifies in a final step S600.
  • the bonded article is additionally mechanically strengthened in a needling process.
  • a hotmelt equipped with flame retardant (as binder particles 24) are mixed with 30 g of airgel silicate particles 22.
  • the particle mixture 26 is then scattered onto a 50 g/m 2 Pyrotex water jet fleece 10 (with a coverage of 80 g/m 2 ) and covered with a second (identical) fleece 28 in a subsequent step S300.
  • the two layers of hydrogen fleece 10 and 28 with the The intermediate layer of binder particles 24 and airgel particles 22 are then pressed under pressure (0.6 N/cm 2 ) at 160° C. for 45 seconds.
  • the heating under pressure in turn serves to activate the binder 24 (S400d3).
  • the insulation layer 20 solidifies in a final step S600.
  • the bonded article is additionally mechanically strengthened in a needling process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht (20) auf einen Artikel (10), wobei die Isolationsschicht (20) umfasst: Aerogel-Partikel (22); und wenigstens ein Bindemittel (24, 34), umfassend die Schritte Bereitstellen des zu beschichtenden Artikels (10); Mischen (S100) der Aerogel-Partikel (22) mit den Partikeln eines pulverförmigen Bindemittels (24) und/oder eines pulverförmigen Feststoffs (32), wie beispielsweise Blähglas, zu einem Partikelgemisch (26); Aufbringen (S200) des Partikelgemischs (26) auf den zu beschichtenden Artikel durch Aufstreuen, Aufblasen oder Ansaugen des Partikelgemischs (26) auf oder an den zu beschichtenden Artikel (10); und Aktivieren (S400a-g) des wenigstens einen Bindemittels (24, 34) der wenigstens einen Isolationsschicht (20), um eine Verbindung des Partikelgemischs (26) mit dem Artikel (10) bereitzustellen, wobei in dem Partikelgemisch (26) die Aerogel-Partikel (22) in einem Anteil von 5 bis 95 Gewichtsprozent des Partikelgemischs (26) enthalten sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Handhabbarkeit von Aerogel-Partikeln (22), um diese beispielsweise zum Aufbringen wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht (20) auf einen Artikel (10) auf den Artikel durch Aufstreuen, Aufblasen oder Ansaugen auf den Artikel (10) aufbringen zu können, wobei die Aerogel-Partikel (22) vor dem Schritt des Aufbringens (S200) mit einem pulverförmigen Bindemittel (24) und/oder einem pulverförmigen Feststoff (32), wie beispiels- weise Blähglas, zu einem Partikelgemisch (26) vermischt (S100) werden, um die Handhabbarkeit der Aerogel-Partikel (22) zu verbessern.

Description

Aerogel-haltige Isolationsschicht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer aerogel-haltigen Isolationsschicht auf einen Artikel.
Die Isolationsschicht kann zur Wärmedämmung (auch als Hitze- oder Wärmeisolation bezeichnet), aber auch zur Körper- und Trittschallisolation bzw. Isolation von Schwingungen dienen.
Konventionelle Wärmedämmstoffe bzw. Körper- und Trittschalldämmstoffe auf Basis von Polystyrol, Polyolefinen und Polyurethanen werden unter Verwendung von Treibmitteln, wie z. B. FCKWs, C02 oder Pentan hergestellt. Auch die Verwendung von Luft als Treibmittel ist bekannt. Das in den Zellen des Schaumstoffs eingeschlossene Treibmittel ist für das hohe Dämmvermögen verantwortlich. Derartige Treibmittel belasten jedoch die Umwelt, da sie langsam in die Atmosphäre entweichen. Andere Körperschall- und Trittschalldämmstoffe auf Basis von Mineral- oder Glasfaserwolle können bei ihrer Herstellung, Montage und Demontage sowie während der Dauer ihres Einsatzes Fasern und/oder Faserbruchstücke emittieren. Dies führt zu einer Belastung der Umwelt und der Menschen, die mit diesen Stoffen umgehen bzw. ihnen ausgesetzt sind. In der Vergangenheit haben sich als neuartige Isolationsstoffe, insbesondere zur Wärmedämmung Aerogele bewährt, da sie die erwähnten Nachteile nicht aufweisen.
Im Zusammenhang mit Isolationsmatten im Bereich der Gebäudeisolation ist es beispielsweise bekannt, ein mehrlagiges Mattensystem mit einer ersten Isolationsmatter bereitzustellen, die 20 bis 90 Gewichtsprozent (wt%) eines Aerogels aufweist. Ein Aerogel bezeichnet dabei ein Gel, das mit Luft als Dispersionsmedium gebildet ist. Hierunter fallen drei Arten von Aerogelen, die sich bezüglich der Art ihrer Trocknung unterscheiden.
So bezeichnet das Aerogel im engeren Sinne ein nasses Gel, das durch Verdampfung oberhalb des charakteristischen kritischen Punkts (d.h. bei Temperaturen über der kritischen Verdampfungstemperatur und/oder ausgehend von Drücken oberhalb des kritischen Drucks) getrocknet wird. Hierdurch entsteht kein Kapillardruck und es mit einer geringen Schrumpfung zu rechnen, wenn die Flüssigkeit entfernt wird.
Im Unterschied hierzu bezeichnet man ein nasses Gel, das bei unterkritischen Bedingungen beispielsweise unter Bildung einer Flüssig-Dampf-Grenzphase getrocknet wird, als Xerogel. Hier weist das Material eine hohe Porosität mit einer großen Oberfläche in Kombination mit einer sehr kleinen Porengröße auf.
Weiterhin fallen bei einer weiteren Auslegung des Begriff Aerogel auch getrocknete Gelprodukte, die in einem Gefriertrocknungsprozess gewonnen wurden. Diese werden regelmäßig als Kryogele bezeichnet.
Unabhängig von der Art der T rocknung entstehen die typischen Strukturen des Aerogels während des Sol- Gel-Übergangs. Nach Ausbildung der festen Gelstruktur kann die äußere Form nur noch durch Zerkleinern wie beispielsweise durch Mahlen verändert werden. Für die meisten anderen Umformarten ist das Material zu brüchig.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Aerogel-Zusammensetzungen bekannt, die sowohl organische als auch anorganische Aerogele umfassen. Die anorganischen Aerogele basieren oft auf Metalloxiden, wie Siliziumoxid (Silica), Karbid (Carbide) und Aluminiumoxid (Alumina). Organische Aerogele umfassen indes Kohlenstoff-Aerogele und polymerische Aerogele, so wie beispielsweise Polyamid- Aerogele.
Typischerweise weisen Aerogele mit sehr guten thermischen Isolationseigenschaften eine besonders niedrige Dichte auf, die sich beispielsweise in einem Bereich von 0,01 g/cm3 bis 0.3 g/cm3 bewegt. Solche Materialien können eine Wärmeleitfähigkeit von 12mW/mK oder sogar weniger bei Normalbedingungen, d.h. bei Raumtemperatur von 20°C und mittleren Atmosphärendruck von 1013,25 hPa, aufweisen. Aufgrund ihrer geringen Dichte sind reine Aerogele und Aerogel-Partikel jedoch ausgesprochen fragil und gleichzeitig in der weiteren Verarbeitung schwer zu handhaben.
Daher sind aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Lösungen zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit Aerogel (Aerogel-Komposit) bekannt, bei denen beispielsweise eine faserverstärkte Aerogelschicht mittels eines Acrylbinders (W02007/086819) auf einer Platte aufgebracht oder in einer fließfähigen Sol-Gel-Lösung mittels eines Imprägnierverfahrens auf eine Matrix von verstärkten Fasern aufgebracht wird (US2002/0094426). Bei letzterer Lösung muss im Anschluss an das Imprägnieren die aufgebrachte Sol-Gel-Lösung noch in einer Weise getrocknet werden, dass die gewünschten für die wärmeisolierende Eigenschaft maßgeblichen) Poren des Aerogels nicht zerstört werden. Dementsprechend ist die Herstellung derartiger Matten vergleichsweise aufwändig.
Eine weitere alternative Lösung, die im Stand der Technik bereits bekannt ist, besteht darin, das Aerogel in Partikelform bereitzustellen und beispielsweise mittels eines chemischen Bindemittels an eine Schicht oder Oberfläche anzubinden (vgl. US 6485805), die Aerogel-Partikel in ein Kompositmaterial mit thermoplastischen Fasern einzubinden (US 6479416) oder die Aerogel-Partikel mit einem Benetzungsmittel zu benetzen und sie dann in einen Brei oder eine Lösung mit Fasern und Wasser zu geben, der anschließend zu einem Komposit-Gewebe getrocknet wird (W02006/065904 und WO2014/004366). In diesem Zusammenhang wird auch auf die US 2008/0287561 A1 verwiesen.
Die W02012/013817 A1 aus dem Stand der Technik beschreibt ein spezifisches Verfahren von Aerogelenthaltenden Kompositen. Bei dieser Lösung soll vor allem ein Komposit mit einer verbesserten mechanischen Festigkeit erzeugt werden. Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens werden als Rohmaterialien Fasern in einer Menge von 3 bis 80 wt% des Gesamtgewichts des Ausgangsmaterials und Aerogel-Partikel in einer Menge von 10 bis 75 wt% des Gesamtgewichts des Ausgangsmaterials bereitgestellt und in einem ersten Luftstrom miteinander vermischt. Hierdurch soll eine besonders homogene Mischung erzeugt werden, wodurch die mechanische Festigkeit des später erzeugten Komposits erhöht wird. Zu dem Gemisch oder bereits vor dem Vermischen kann ein chemischer Binder als weiteres Rohmaterial hinzugefügt werden. Gemäß einer spezifischen Ausführungsform umfasst das Komposit zusätzlich eine Lage Vlies oder Filz, auf der die gemischten Rohmaterialien aufgebracht werden und mit dieser Lage verpresst werden.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass der Mischprozess in einer abgedichteten Arbeitskammer erfolgen muss, da sonst die Aerogel-Partikel sich infolge ihres geringen Eigengewichts überall in der Luft verteilen. Dies wird insbesondere durch den Mischprozess unter Verwendung von einem Luftstrom begünstigt. Somit sind für dieses Verfahren teure Anlagen notwendig, um eine sichere Arbeitsumgebung zu ermöglichen und zugleich ein effizientes Mischen sicherzustellen.
Die DE 195 48 128 A1 beschreibt weiter ein Komposit, das mindestens eine Lage Faservlies mit thermoplastischem Fasermaterial und Aerogel-Partikel aufweist. Auch hier besteht das Ausgangsproblem darin, dass die hohe Porosität von Aerogelen zu einer geringen mechanischen Stabilität sowohl des Gels (aus dem das Aerogel getrocknet wird) als auch des Aerogels selbst führt. Die Lösung besteht hierbei darin, die Aerogel-Partikel an die angeschmolzenen thermoplastischen Fasern anzubinden. Zudem verbinden die angeschmolzenen thermoplastischen Fasern bei ihrer Verfestigung die Fasern untereinander zu einem stabilen Vlies.
Zum Herstellen des Faservlies werden Stapelfasern eingesetzt. Während das Vlies nach den bekannten Verfahren gelegt wird, d.h. im Vliesherstellungsprozess, wird das Aerogranulat eingestreut, wobei auf eine möglichst homogene Verteilung der Granulatkörner zu achten ist. Dies wird durch handelsübliche Streuvorrichtungen erreicht. Ein vergleichbares Verfahren ist ebenfalls aus der EP 0799353 B1 bekannt. Allerdings ist auch hier ein Einstreuen nur in einer abgedichteten Arbeitskammer möglich oder die Aerogel-Granulatkörner müssen ausreichend groß und damit schwer sein, um eine ungewünschte Verteilung in der Luft und eine gezielte Applikation zu erreichen.
Diese bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik sind auf das Einbringen eines Aerogels in ein Faservlies beschränkt, wobei das Aerogel während des Herstellungsverfahren unmittelbar in das sich ausbildende Vlies eingestreut wird.
Weiterhin ist in den Druckschriften DE 197 02 240 A1 und EP 0 850 206 B1 ein Verfahren zum Herstellen eines Aerogel-Kompositkörpers beschrieben, bei dem die Aerogel-Partikel mit einem Bindemittel (DE‘240 A1) oder einem Klebstoff (EP‘206 B1) und ggf. mit Fasern vermischt werden. Der Kompositkörper umfasst bevorzugt drei Schichten, von denen die mittlere aerogel-haltig ist. Der Anteil der Aerogel-Partikel in der mindestens einen aerogel-haltigen Schicht sollte im Bereich von 5 bis 97 Volumenprozent (vol%) liegen. Das Bindemittel in der mindestens einen aerogel-haltigen Schicht bildet eine Matrix, die die Aerogel-Partikel verbindet bzw. umschließt und sich als durchgehende Phase durch die mindestens eine aerogel-haltige Schicht, sowie gegebenenfalls durch das gesamte Komposit zieht. Bindemittel können z.B. Klebstoffe oder Kunststoffe oder Bikomponentenfasern sein, wobei das Bindemittel vorzugsweise nicht in das Innere der porösen Aerogel-Partikel eindringen soll, um dessen wärmeleitende Eigenschaften so wenig wie möglich zu beeinträchtigen. Gemäß einer Ausführungsform können die Aerogel-Partikel mit dem Bindemittel besprüht und auf diese Weise damit beschichtet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Aerogel-Partikel und ggf. Fasern auch mit dem Bindemittel vermischt werden.
Im Bereich der Textilherstellung ist aus der US 2018/0313001 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Synthetikfaser mit einem Anteil an Aerogel-Partikeln von etwa 0,1 bis 15 Gewichtsprozent (nachfolgend auch wt%) und einem Anteil von 85 bis 99,9 wt% eines Polymers bekannt. Hierbei werden die Aerogel-Partikel und das Polymer miteinander vermischt und gemeinsam extrudiert oder anderweitig zu einem Zwischenprodukt (beispielsweise zu Pellets) umgeformt.
In der Praxis haben sich die vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren als sehr aufwändig und kostenintensiv herausgestellt, insbesondere da die Handhabung von Aerogel-Partikeln aufgrund ihres geringen Eigengewichts in der industriellen Verarbeitung problematisch ist. Weiterhin wird das Aerogel bei einer Vielzahl der beschriebenen Verfahren während der Herstellung des Endprodukts in dieses eingebracht oder auf dieses aufgebracht. Hierdurch ist der Anwendungsbereich limitiert, ein nachträgliches Aufbringen oder Aufträgen einer aerogel-haltigen Schicht auf einen fertigen Artikel nicht mehr möglich.
Alternativ wird das Aerogel in einer Lösung auf das fertige Produkt aufgetragen und muss im Anschluss daran in einem aufwändigen Trocknungsverfahren getrocknet werden, bei dem sichergestellt sein muss, dass die wärmeisolierenden Eigenschaften des Aerogels nicht beeinträchtigt werden. In diesem Zusammenhang wird auch auf die US 2016/0138212 A1 verwiesen.
Bei der Faserherstellung ist zudem die Einbindung von Aerogel problematisch und auf vergleichsweise geringe Anteile beschränkt, wodurch auch die Wirksamkeit der wärmeisolierenden Eigenschaften des fertigen Textils limitiert sind.
Auf einem völlig anderen technischen Gebiet, nämlich der Pulverbeschichtung von metallischen Oberflächen, ist ebenfalls gemäß der Offenbarung der US 2017/0225276 A1 die Verwendung von Carbon Aerogel- Partikeln in Kombination mit Polymer-Partikeln bekannt, wobei die Partikel miteinander vermischt und auf die zu beschichtende Oberfläche eines Rohres aufgesprüht und unmittelbar danach mittels eines Laserstrahls aufgelötet werden. Dabei dient das Partikelgemisch der Überbrückung eines Spalts einer ersten Metallstruktur, beispielsweise eines Innenrohres, und einer zweiten Metallstruktur, beispielsweise eines Außenrohres.
Um zumindest einigen dieser Nachteile zu begegnen, schlägt die vorliegenden Erfindung eine Lösung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Aufbringen wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht auf einen Artikel gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Alternativ wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Aufbringen wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht auf einen Artikel gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Beiden Verfahren gemein ist, dassdie Isolationsschicht Aerogel-Partikel und ein Bindemittel umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte Bereitstellen des zu beschichtenden Artikels; Mischen der Aerogel-Partikel mit Partikeln eines pulverförmigen Bindemittels und/oder eines pulverförmigen Feststoffs, wie beispielsweise Blähglas, zu einem pulverförmigen Partikelgemisch; Aufbringen der mit dem pulverförmigen Bindemittel und/oder dem pulverförmigen Feststoff gemischten Aerogel-Partikel (des Partikelgemischs) auf den zu beschichtenden Artikel durch Aufstreuen der Aerogel-Partikel auf oder an den zu beschichtenden Artikel, und Aktivieren des Bindemittels der wenigstens einen Isolationsschicht, um eine Verbindung mit dem Artikel bereitzustellen. In dem Partikelgemisch sind die Aerogel-Partikel in einem Anteil von 5 bis 95 Gewichtsprozent des Partikelgemischs enthalten.
Gemäß Anspruch 2 umfasst der Artikel eine textile Oberfläche, auf die die wenigstens eine aerogelhaltige Isolationsschticht aufgebracht werden soll. Neben dem genannten Aufstreuen können gemäß Anspruch 2 die mit dem pulverförmigen Bindemittel und/oder dem pulverförmigen Feststoff gemischten Aerogel-Partikel (des Partikelgemischs) auch auf den zu beschichtenden Artikel aufgeblasen oder an diesen angesaugt werden.
Erfindungsgemäß können mit den vorliegenden Verfahren insbesondere fertiggestellte Artikel oder Produkte nachträglich mit einer Isolationsschicht versehen werden. Der Begriff „Schicht“ bezeichnet dabei keine geschlossene Oberfläche, sondern schließt auch den partiellen, lückenbehafteten Auftrag von einem Partikelgemisch mit Aerogel-Partikeln ein. Die für die Wärmedämmung maßgeblich verantwortlichen Aerogel-Partikel müssen erfindungsgemäß nicht im Rahmen des Herstellungsverfahrens in den Artikel eingebracht werden, sondern können nachträglich mit Hilfe eines Bindemittels auf diesen aufgebracht werden. Das nachträgliche Applizieren einer Isolationsschicht vergrößert somit nennenswert den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen. Selbstverständlich können auf diese Weise auch bei Bedarf mehrere Isolationsschichten appliziert werden.
Die wenigstens eine Isolationsschicht umfasst sowohl die Aerogel-Partikel als auch ein Bindemittel. Wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird, kann das Bindemittel separat auf den Artikel aufgebracht werden, beispielsweise aufgestrichen oder aufgerakelt werden, und/oder in Mischung mit den Aerogel-Partikeln als pulverförmiges Partikelgemisch.
Weiterhin ist eine erfindungsgemäße Besonderheit der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, dass die Aerogel-Partikel in dem erfindungsgemäßen Partikelgemisch aufgestreut, aufgeblasen oder angesaugt werden können. Wie bereits eingangs ausgeführt, ist ein nennenswerter Vorteil von Aerogelen darin zu erkennen, dass sie sehr gute Isolationseigenschaften aufweisen. Diese resultieren insbesondere aus der besonders niedrigen Dichte von Aerogel-Materialien, die sich beispielsweise in einem Bereich von 0,01 g/cm3 bis 0.3 g/cm3 bewegt. Aufgrund ihrer geringen Dichte sind reine Aerogele und Aerogel-Partikel jedoch ausgesprochen fragil und gleichzeitig in der weiteren Verarbeitung schwer zu handhaben. Würde man versuchen, sie ohne spezielle Vorbehandlung auf eine Oberfläche aufzustreuen, so wäre ihr Eigengewicht nicht ausreichend, um eine gezielte Applikation auf die Oberfläche zu ermöglichen. Stattdes- sen würden sie sich aufgrund ihrer geringen Dichte in der Luft verteilen und staubpartikelähnlich eine vergleichsweise lange Dauer in der Luft schweben, ehe sie sich - keine Luftströmungen vorausgesetzt - absetzen. Eine industrielle Verarbeitung/Applikation in der gewünschten Art wäre nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Darüber hinaus hat sich in der Praxis gezeigt, dass kommerziell erhältliche Aerogel- Partikel, wie beispielsweise Aerogel-Silikat-Partikel, dazu neigen, bereits bei geringer auftretender statischer Elektrizität an beispielsweise der Innenwandung eines diese aufnehmenden Kunststoffgefäßes an- zuhaften, wodurch wiederum die Handhabung in der industriellen Verarbeitung nennenswert erschwert ist. Hierfür ist möglicherweise auch das geringe Eigengewicht der Partikel verantwortlich, das bereits bei geringen statischen Anziehungskräften ein Anhaften ermöglicht.
Daherwerden die Aerogel-Partikel erfindungsgemäß vorder Applikation auf den zu beschichtenden Artikel mit Partikeln eines pulverförmigen Bindemittels und/oder eines pulverförmigen Feststoffs gemischt. Die Aerogel-Partikel haften im gemischten Zustand an den Partikeln des beigemischten Pulvers lösbar an. Verantwortlich sind hierfür unter anderem Mikrostrukturen an den Partikeloberflächen, die eine mechanische Anhaftung unterstützen. Gegebenenfalls wirken auch Ladungsunterschiede sowie die Van-der Walls- Kräfte unterstützend. Im Ergebnis werden die Aerogel-Partikel durch die anhaftenden Partikel des Partikel- gemischs beschwert und das Gemisch von Aerogel-Partikeln und den Partikeln des beigemischten Pulvers kann ohne die genannten negativen Effekte und Nachteile einer zu geringen Dichte gezielt unter Ausnutzung der Gewichtskraft auf eine Oberfläche eines zu beschichtenden Artikels aufgebracht, insbesondere aufgestreut werden. Dadurch dass das Partikelgemisch seinerseits pulverförmig ist, kann eine sehr genaue Dosierung der Aerogel-Partikel pro Fläche erreicht werden, wobei das Partikelgemisch in der Isolationsschicht für den Anwender des fertiggestellten Artikels keine nennenswerte negative Beeinträchtigung der Artikeleigenschaften, insbesondere der Oberflächeneigenschaften, wie Flexibilität bei Textilien, Oberflächenrauhigkeit und dergleichen mit sich bringt.
Alternativ zum Aufstreuen kann auch ein Aufblasen oder Ansaugen (bei einer luftdurchlässigen zu beschichtenden Oberfläche) des Partikelgemischs zum Aufträgen der Aerogel-Partikel zur Anwendung kommen, da sich auch hier das erhöhte Gewicht des Partikelgemischs gegenüber den reinen Aerogel-Partikeln als für das Handling vorteilhaft erwiesen hat, wobei sich in der Praxis bislang das Aufstreuen als einfachste Lösung gezeigt hat.
Das Mischen der Partikel kann auf unterschiedlichste Weise und mittels jedweder Art von Mischvorrichtung erfolgen, beispielsweise in einem abgeschlossenen Mischbehälter, in den die zu mischenden Partikel eingefüllt werden und der zum Mischen der Partikel bewegt (Rotation, Translation, Oszillation und Mischformen hiervon sind denkbar) werden kann. Zusätzlich kann auch ein Rührelement im Inneren des Mischbehälters vorgesehen sein, das wiederum relativ zu dem Mischbehälter beweg werden kann (auch hier sind Rotation, Translation, Oszillation und Mischformen hiervon denkbar). Auch das Mischen in einem Mischbehälter unter Zuhilfenahme von erwärmter Luft ist in Anbetracht der geringen Dichte der Aerogel-Partikel eine denkbare Variante, insbesondere da das Mischen in einem Luftstrom für ein besonders homogenes Mischergebnis und im Falle von einer vorgegebenen Lufttemperatur, die über der Aktivierungstemperatur liegt, ggf. zum Aktivieren der Oberfläche von Bindemittel-Partikeln (wie nachfolgend als eine denkbare Ausführungsform beschrieben) genutzt werden kann. Der Mischvorgang wird solange durchgeführt, bis eine gewünschte, annähernd homogene Verteilung der Aerogel-Partikel in dem Partikelgemisch vorliegt. Dabei kann der Mischvorgang sowohl über die Zeitdauer als auch beispielsweise über die Geschwindigkeit oder die Art der Mischbewegung der Mischvorrichtung geregelt werden.
Bei den beigemischten Partikeln kann es sich um Partikel eines pulverförmigen Bindemittels handeln. Als Bindemittel werden hierbei nicht nur im engeren Sinne chemische Binder, sondern im weiteren Sinne Stoffe verstanden, die an Phasengrenzen anderer Stoffe chemische Bindungen hersteilen oder begünstigen oder Effekte wie Kohäsion, Adsorption und Adhäsion bzw. Reibung auslösen oder vergrößern. Sie verbinden Stoffe, indem sie diese aufnehmen, anlagern, Zusammenhalten, vernetzen oder verkleben. Hierunter fallen somit auch Stoffe, die gemeinhin als Klebstoffe bezeichnet werden. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Bindemittel auch ein Bindemittelsystem mit mehreren Bindemitteln umfassen.
Bindemittel mit niedriger Wärmeleitfähigkeit sind vorliegend bevorzugt, um eine thermische Isolation zu erreichen. Soll der zu beschichtende Artikel nicht oder nicht primär thermisch isolieren, sondern beispielsweise eine Schallisolation bereitstellen, können auch andere Bindemittel bevorzugt werden. Die Auswahl des Bindemittels erfolgt je nach den gewünschten Eigenschaften des zu beschichtenden Artikels. So kann beispielsweise auch ein Bindemittel ausgewählt werden, das besonders schwer entflammbar oder unbrennbar ist, um eine möglichst günstige Brandklasse des zu beschichtenden Artikels zu erreichen. So können für die spezifische Anwendung beispielsweise Silikonharzklebstoffe zum Einsatz kommen.
Das Bindemittel wird bei einer Beimischung zu den Aerogel-Partikeln erfindungsgemäß als festes Pulver eingesetzt. Dadurch dass die beigemischten Partikel ebenfalls pulverförmig sind, bleiben die damit verbundenen Vorteile, insbesondere eine exakte Dosierbarkeit der Aerogel-Partikel, erhalten. Hierdurch wird zudem erreicht, dass die Partikel des pulverförmigen Bindemittels im Wesentlichen nicht in das Innere der porösen Aerogel-Partikel eindringen und somit die gewünschten Isolationseigenschaften nicht nennenswert beeinträchtigen. Alternativ oder zusätzlich kann, wie bereits vorstehend erwähnt, ein Bindemittel auch unmittelbar auf den Artikel aufgebracht werden, um das nachträglich aufgestreute Partikelgemisch mit den Aerogel-Partikeln und anderen pulverförmigen Partikeln mit der Artikeloberfläche zu verbinden.
Bindemittel im Sinne der vorliegenden Erfindung können somit z. B. sowohl physikalisch abbindende als auch chemisch härtende Einkomponenten-Klebstoffe sowie chemisch härtende Zwei- bzw. Mehrkompo- nenten-Klebstoffe sein. Als Beispiele für solche Bindemittel seien hier Schmelzklebstoffe, Dispersionsklebstoffe, Lösemittelklebstoffe, Plastisole, wärmehärtende Epoxidharze, reaktive Schmelzklebstoffe wie Ethy- lenvinylacetat-Copolymere und Polyamide, Formaldehydkondensate, Polyimide, Polybenzimidazole, Cyanacrylate, Polyvinylalkohole, Polyvinylbutyrale, Polyethylenwachse, anaerobe Klebstoffe, feuchtigkeitshärtende Silikone sowie licht- und UV-härtende Systeme, Methacrylate, Zweikomponenten- Silikone, kalthärtende Epoxidharze und kalthärtende Polyurethane genannt.
Weiterhin können Bindemittel im Sinne der vorliegenden Erfindung z.B. auch transparente oder transluzente Kunststoffe wie Polymethylmethacrylate (PMMA, z. B. Degalan TM , Plexiglas TM ), Cycloole- fin-Copolymere (COC, z. B. Topas TM ), Polyvinylbutyrale (z. B. Mowital TM ), Polycarbonate und Polyethy- lenterephthalate (PET, z. B. Hostaglas TM ) sein, wobei Polyvinylbutyrale, Polyvinylalkohole und Polymethylmethacrylate bevorzugt sind.
Darüber hinaus können Bindemittel im Sinne der vorliegenden Erfindung auch fasriger Natur sein, wie z. B. Bikomponentenfasern.
Das Partikelgemisch mit den Aerogel-Partikeln sowie den Partikeln eines pulverförmigen Bindemittels und/oder eines pulverförmigen Feststoffs umfasst zumindest 5 bis 95 Gewichtsprozent Aerogel-Partikel- vorzugsweise 5 bis 70 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 30 bis 65 Gewichtsprozent und insbesondere 40 bis 60 Gewichtsprozent des Partikelgemischs.
Die Isolationsschicht kann zusätzlich zu den genannten Materialien auch weitere Materialien und Stoffe umfassen, beispielsweise können zur Erreichung bestimmter Eigenschaften zusätzliche Mengen von Verbindungsbeschleunigern, Gleitmitteln, Pigmenten, Weichmacher oder Härtungsbeschleuniger eingesetzt werden. Beispielsweise können zum Erreichen einer möglichst günstigen Brandklasse dem Fachmann bekannten Materialien und Methoden eingesetzt werden, wie z. B. Flammschutzmittel, Brandschutzfarben, - lacke, Folien und Kaschierungen. Insbesondere kann diese auch eine Schutzschicht umfassen, die zumindest den Bereich mit den aufgebrachten Aerogel-Partikeln vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise mechanischem Abrieb oder dergleichen, zu schützen vermag und auf die aufgebrachten Aerogel-Partikel aufgebracht werden kann.
Alternativ zu den Partikeln eines pulverförmigen Bindemittels oder zusätzlich kann das Partikelgemisch auch Partikel eines pulverförmigen anderen Feststoffs, beispielsweise Blähglas-Partikel oder dergleichen, enthalten. Die Verwendung von Blähglas hat den Vorteil, dass dieses Material vergleichsweise kostengünstig in der Herstellung und mit vielen Vorteilen in der Anwendung einhergeht. Blähglas wird aus recyceltem Altglas gewonnen und findet im Stand der Technik bereits bei der Herstellung von Leichtbeton, Leichtputz, Leichtmauermörtel und in Wärmedämmplatten, Wärmedämmschüttungen, Putzträgerplatten, vorgehängten Fassadensystemen und Dekorfarben Anwendung. Blähglas ist aufgeschäumtes Glas mit kleinen, gasgefüllten Poren und kann in Körnungen von 0,04-16 mm produziert werden. Das Granulat besitzt eine geschlossene Gitterstruktur. Im Gegensatz zum kantigen, gebrochenen Schaumglas(-schot- ter), der in einem ähnlichen Verfahren produziert wird, jedoch auf Druck verdichtet, besteht Blähglas(-gra- nulat) aus Kugeln/Rundkörnern, die eine vielseitige Verarbeitung ermöglichen. Schüttungen aus Blähglas sind sehr leicht und dennoch druckfest, wärmedämmend, alkalibeständig, nicht brennbar, besitzen eine hohe Belastbarkeit und werden von Nagetieren, Schädlingen und Pilzen nicht angegriffen. Gemäß einer denkbaren Ausführungsform kann das Bindemittel, welches in Partikelform mit den Aerogel- Partikeln gemischt ist, zugleich auch die zur Verbindung der Aerogel-Partikel mit dem zu beschichtenden Artikel verwendet werden. Dabei sind insbesondere solche Bindemittel interessant, die durch thermische Erwärmung oder Erhitzung aktiviert und/oder ausgehärtet werden können. Alternative Ausgestaltungen, bei denen andere Aktivierungsmechanismen eingesetzt werden, sind jedoch ebenfalls denkbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist es beispielsweise möglich, vor, während und/oder nach dem Mischen der Partikel, das Partikelgemisch bzw. die Bindemittel-Partikel zu aktivieren, insbesondere zu erwärmen. Hierdurch werden die Bindemittel-Partikel klebrig und eine verbesserte Anhaftung an die Aerogel-Partikel wird erreicht. Dennoch kann das Gemisch weiterhin in Pulverform verbleiben, indem die Erwärmung kurzgehalten und die Bindemittel-Partikel nur oberflächlich erwärmt werden. Die infolgedessen klebrige Partikeloberfläche der Bindemittel-Partikel wird durch die Anhaftung der Aerogel- Partikel von diesen benetzt und das Gemisch bleibt streufähig und pulverförmig.
Das Gemisch kann entsprechend in einem weiteren Schritt auf den zu beschichtenden Artikel aufgestreut werden, beispielsweise auf eine textile Oberfläche, und im Nachgang so weit bzw. weiter erwärmt werden, dass die Bindemittel-Partikel erneut oder weiter aktiviert werden und eine zuverlässige Anbindung der Aerogel-Partikel an die Artikeloberfläche ermöglichen. Je nach gewünschter Art des Bindemittels kann dieses durch bloßes Abkühlen des Bindemittels unter die Schmelztemperatur oder unter Zuhilfenahme weiterer Maßnahmen, beispielsweise durch weiteres Erhitzen, Einsatz von UV-Strahlen oder dergleichen, verfestigt und ausgehärtet werden. Die Aerogel-Partikel sind auf diese Weise stoffschlüssig mit der zu beschichtenden Oberfläche des Artikels verbunden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Bindemittel losgelöst von dem Partikelgemisch auf den zu beschichtenden Artikel aufgetragen werden. Dabei kann es sich um ein gleichartiges Bindemittel handeln, wie dasjenige, welches in Pulverform den Aerogel-Partikeln beigemischt werden kann, oder um ein andersartiges. Insbesondere kann dabei das Bindemittel in nicht-fester bzw. nicht-pulverförmiger Form vorliegen, um eine Anbindung des Partikelgemischs an den zu beschichtenden Artikel zu vereinfachen. So kann beispielsweise ein streichfähiges Bindemittel, in flüssiger oder pastöser Form auf den zu beschichtenden Artikel aufgetragen werden. Auch ist es denkbar, dass der Artikel mit einem Bindemittel imprägniert wurde oder mit einem Bindemittel in der Art eines Klebevlies beschichtet wurde, das das Anhaften des aufgebrachten Partikelgemischs ermöglicht. Auch kann der Artikel eine Oberfläche aufweisen, die durch Aktivierung, insbesondere durch thermische Erwärmung, als Bindemittel wirkt, beispielsweise bei einer textilen Oberfläche kann diese Fasern enthalten, die durch thermische Aktivierung geeignet sind, das Partikelgemisch an die textile Oberfläche anzubinden.
Auch bei der Auswahl dieses auf den zu beschichtenden Artikel aufzutragenden Bindemittels wählt man vorzugsweise ein solches oder solche aus, das bzw. die im Wesentlichen nicht in das Innere der porösen Aerogel-Partikel eindringen. Das Eindringen des Bindemittels in das Innere der Aerogel-Partikel kann neben der Auswahl des Bindemittels auch über die Regelung der Temperatur sowie der Verarbeitungszeit beeinflusst werden.
Wie vorstehend geschildert, kann der Schritt des Aktivierens des Bindemittels das thermische Erwärmen des Partikelgemischs und/oder des zu beschichtenden Artikels umfassen, um das oder die Bindemittel zu aktivieren und/oder anschließend zu verfestigen. So kann beispielsweise das Partikelgemisch erwärmt werden, um die Anhaftung der Partikel, insbesondere der Aerogel-Partikel an den zugefügten Bindemittel- Partikeln und/oder an den pulverförmigen Feststoffpartikel zu verbessern und auf diese Weise die Handhabbarkeit des Partikelgemischs zu verbessern. Alternativ oder zusätzlich kann auch der zu beschichtende Artikel mit dem bereits aufgebrachten Partikelgemisch und/oder vor dem Aufbringen des Partikelgemischs erwärmt werden, beispielsweise um ein zusätzlich auf den Artikel aufgebrachtes Bindemittel zu aktivieren oder das auf den Artikel aufgebrachte Partikelgemisch zu aktivieren. Auch kann die Isolationsschicht, je nach Art des oder der eingesetzten Bindemittel, auch mittels thermischer Erwärmung ausgehärtet werden. Alternativ kann die Isolationsschicht jedoch auch durch beispielsweise Abkühlen, den Einsatz von UV-Licht oder anderen bekannten Mitteln verfestigt werden.
We bereits ausgeführt, wird auch ein Verfahren zur Verbesserung der Handhabbarkeit von Aerogel-Partikeln bereitgestellt, um diese beispielsweise zum Aufbringen wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht auf einen Artikel gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren auf den Artikel durch Aufstreuen, Aufblasen oder Ansaugen aufbringen zu können, wobei die Aerogel-Partikel vor dem Schritt des Aufbringens mit einem pulverförmigen Bindemittel und/oder einem pulverförmigen Feststoff, wie beispielsweise Blähglas, zu einem Partikelgemisch vermischt werden. Auf diese Weise werden die vergleichsweise sehr leichten Aerogel-Partikel durch die anhaftenden weiteren pulverförmigen Stoffpartikel beschwert, die im gemischten Zustand an den Aerogel-Partikeln lösbar anhaften. Verantwortlich sind hierfür unter anderem Mikrostrukturen an den Partikeloberflächen, die eine mechanische Anhaftung unterstützen. Gegebenenfalls wirken auch Ladungsunterschiede sowie die Van-der Waals-Kräfte unterstützend. Im Ergebnis werden die Aerogel-Partikel durch die anhaftenden Partikel des Partikelgemischs beschwert und das Gemisch von Aerogel-Partikeln und den Partikeln des beigemischten Pulvers kann ohne die bereits vorstehend genannten negativen Effekte und Nachteile einer zu geringen Dichte in industriellen Verarbeitungsverfahren verwendet werden.
We bereits vorstehend beschrieben, sind in dem Partikelgemisch die Aerogel-Partikel mit den Partikeln des pulverförmigen Bindemittels und/oder des pulverförmigen Feststoffs wenigstens durch physikalische Anhaftung lösbar verbunden sind. Zusätzlich kann auch durch eine geringfügige Aktivierung des pulverförmigen Bindemittels eine verbesserte Anhaftung erreicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Aerogel-Partikel eine offene Porosität mit bis zu 99% Luftanteil, insbesondere etwa 95% Luftanteil, aufweisen. Die Aerogel-Partikel können insbesondere eine Dichte von unter 1 g/cm3, beispielsweise unter 0,5 g/cm3 und besonders vorteilhaft unter 0,15 g/cm3 aufweisen. Die Aerogel-Partikel können Poren mit einer Porengröße im Bereich von 2 bis 50nm (mesoporöse Partikel), bevorzugt im Bereich von 20-40nm aufweisen. Weiterhin können die Aerogel-Partikel selbst unterschiedliche Größen in einem Bereich von beispielsweise 5pm bis 5mm, insbesondere in einem Bereich von 8pm bis 4mm aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann der zu beschichtende Artikel eine textile Oberfläche umfassen, auf die die wenigstens eine Isolationsschicht aufgetragen werden soll. Als textile Oberfläche können alle Arten von Textilen genutzt werden, unabhängig von der Art der Fertigung, der Struktur des Stoffes oder der Gewinnung der Ausgangssubstanzen, d.h. die textile Oberfläche umfasst jedwede Form von textilem Flächengebilde, d.h. Flächengebilde aus Fasern, wie Filze, Vliese und Watten, und aus Fäden, wie Geflechte, Gewebe, Netze, Gestricke und Gewirke. Weiterhin können diese aus synthetischen oder aus natürlichen Rohstoffen gewonnene Fasern umfassen. Die textile Oberfläche kann durch Wirken, Weben, Spinnen, Filzen, Stricken, Legen oder Walken erzeugt worden sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es zudem möglich, durch die Ausgestaltung dertextilen Oberfläche als Trägerschicht für die wenigstens eine Isolationsschicht, die Eigenschaften des Artikels zu beeinflussen. So können auch hier nicht-brennbare oder schwer-entflammbare Trägermaterialien, wie beispielsweise Melamin-Harzfasern oder dergleichen, eingesetzt werden, um die Brandschutzwirkung des Artikels zu erhöhen. Auch kann beispielsweise die mechanische Festigkeit des Artikels oder die Isolationswirkung durch Wahl eines geeigneten Trägermaterials als textile Oberfläche und durch die Wahl des Verarbeitungsverfahrens dertextilen Oberfläche verbessert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Isolationsschicht eine zusätzliche Schutzschicht umfassen, die dazu dient, die Aerogel-Partikel vor äußeren Einflüssen zu schützen. So ist es möglich, zum Schutz der Isolationsschicht zumindest bereichsweise eine zusätzliche Schutzschicht vorzusehen. Bei der zusätzlichen Schutzschicht kann es sich beispielsweise um eine zusätzliche textile Schutzschicht, beispielsweise in Form einer Vliesschicht oder einer Watte, handeln. Alternativ oder zusätzlich kann die zusätzliche Schutzschicht auch eine nicht-textile Schicht umfassen, beispielsweise einen Schaum oder eine Folie. Zur Befestigung an der Isolationsschicht kann die zusätzliche Schutzschicht je nach Art der Schutzschicht und Ausgestaltung der Isolationsschicht mit der Isolationsschicht verklebt, verpresst und/oder ver- nadelt werden.
So kann beispielsweise im Falle einer mit der Isolationsschicht versehenen textilen Oberfläche des Artikels ein Vliesstoff oder eine Watte als zusätzliche Schutzschicht auf die textile Oberfläche nach dem Auftrag der Isolationsschicht aufgelegt werden und mit dertextilen Oberfläche vernadelt werden. Hierdurch können die Fasern des Vliesstoffes oder der Watte mit einander und mit denen der textilen Oberfläche verschlungen werden, wodurch das Vlies an dertextilen Oberfläche befestigt und dessen Fasern zugleich verdichtet und verfestigt werden, indem eine Vielzahl von speziellen, in einem Nadelbrett oder Nadelbalken angeordneten Nadeln (Widerhakennadeln, Gabelnadeln oder dergleichen) ein- und ausgestochen wird. Alternativ oder zusätzlich kann die zusätzliche Schutzschicht auch mit der Isolationsschicht, insbesondere mit dem darin enthaltenen Bindemittel, direkt oder über ein zusätzliches Bindemittel verklebt werden. So kann die Schutzschicht auf die Isolationsschicht aufgelegt werden, während das Bindemittel der Isolationsschicht oder ein zusätzliches Bindemittel im Grenzbereich zwischen Schutzschicht und Isolationsschicht aktiviert ist und gegebenenfalls durch zusätzliches Verpressen mit dieser zuverlässig verbunden werden. Auch kann die Schutzschicht selbst ein aktivierbares Bindemittel zur Verbindung mit der Isolationsschicht enthalten.
Mittels der zusätzlichen Schutzschicht kann beispielsweise ein mechanischer Abrieb der aufgebrachten Isolationsschicht vermieden werden, was besonders vorteilhaft sein kann, wenn die textile Oberfläche des Artikels in Benutzung starken mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sein kann. Weiterhin kann durch die zusätzliche Schicht die Isolationswirkung weiter verbessert werden. Je nach Wahl der Schutzschicht, insbesondere der textilen Schutzschicht, können auch weitere Eigenschaften des Artikels, neben der mechanischen Festigkeit und der Isolationswirkung, verbessert werden; zum Beispiel können nichtbrennbare oder schwer-entflammbare Fasern eingesetzt werden, um die Brandschutzwirkung zu erhöhen.
Als zusätzliche textile Schutzschicht können selbstverständlich neben dem als Beispiel genannten Vliesstoff auch Textile aller erdenklichen Art zum Einsatz kommen, unabhängig von der Art der Fertigung, der Struktur des textilen Flächengewebes oder der Gewinnung der Ausgangssubstanzen, d.h. die textile Schutzschicht kann Flächengebilde aus Fasern, wie Filze, Vliese und Watten, und Flächengebilde aus Fäden, wie Geflechte, Gewebe, Netze, Gestricke und Gewirke, umfassen. Weiterhin können diese aus synthetischen oder aus natürlichen Rohstoffen gewonnene Fasern umfassen. Die textile Schutzschicht kann durch Wirken, Weben, Spinnen, Filzen, Stricken, Legen oder Walken erzeugt worden sein.
In diesem Zusammenhang sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass es auch bei dem Auftrag wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht auf eine nicht-textile Oberfläche von Vorteil sein kann, eine zusätzliche Schutzschicht auf das aufgebrachte Partikelgemisch aufzutragen oder aufzulegen, um diese beispielsweise vor Abrieb und/oder anderen äußeren Einwirkungen zu schützen. Eine solche Schutzschicht kann eine feste Struktur, wie die vorstehend beschrieben Vliesschicht, umfassen, beispielsweise eine textile Schutzschicht, eine Folie oder dergleichen, die mit dem Artikel verbunden werden kann, einen Schaum oder eine aufzutragende Beschichtung, wie eine Imprägnierung, einen Schutzlack oder dergleichen. Bei der Auswahl der Schutzschicht ist selbstverständlich daraufzu achten, dass diese die gewünschten Eigenschaften der Aerogel-Partikel nicht oder nur geringfügig negativ beeinträchtigen soll.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Aerogel-Partikelinsbesondere ein Silikat-Aerogel (Si02-Aerogel) umfassen. Dieses Material hat eine Vielzahl positiver Eigenschaften, wie eine schlechte Entflammbarkeit, geringe elektrische Leitfähigkeit und eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Weiterhin ist das Material ungiftig und lichtdurchlässig bzw. durchsichtig, sowie elastisch, wodurch es sich bei einer Vielzahl von denkbaren Anwendungen und Artikeln einsetzen lässt, wie beispielsweise im Bereich funktionaler Textilien, wärmeisolierender Behältnisse und Gehäuse (beispielsweise von elektrischen Geräten), sowie im Hausbau und dergleichen.
Alternativ oder zusätzlich können die Aerogel-Partikel Graphit, Kunststoff (z.B. Resor-cin-Formaldehyd RF, Polyurethan PU, Polyester PES) und Biopolymere (z.B. Lignin, Cellulose) umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Aerogel-Partikel hydrophobe Oberflächengruppen aufweisen. Um einen späteren Kollaps der Aerogele durch Kondensation von Feuchtigkeit in den Poren zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn insbesondere auf der inneren Oberfläche der Aerogele hydrophobe Gruppen kovalent vorhanden sind, die unter Wassereinwirkung nicht abgespalten werden. Bevorzugte Gruppen zur dauerhaften Hydrophobisierung sind trisubstituierte Silylgruppen der allgemeinen Formel - Si(R)3, besonders bevorzugt Trialkyl- und/oder Triarylsilylgruppen, wobei jedes R unabhängig ein nicht reaktiver, organischer Rest wie C1-C18 -Alkyl oder C6-Ci4-Aryl, vorzugsweise Ci-C6-Alkyl oder Phenyl, insbesondere Methyl, Ethyl, Cyclohexyl oder Phenyl ist, der zusätzlich noch mit funktionellen Gruppen substituiert sein kann. Besonders vorteilhaft zur dauerhaften Hydrophobisierung des Aerogels ist die Verwendung von Trimethylsilylgruppen. Die Einbringung dieser Gruppen kann, wie in der WO 94/25149 beschrieben, erfolgen oder durch Gasphasenreaktion zwischen dem Aerogel und beispielsweise einem aktivierten Trial- kylsilanderivat, wie z.B. einem Chlortrialkylsilan oder einem Hexaalkyldisilazan (vergleiche R. Iler, The Chemistry of Silica, Wiley & Sons, 1979), geschehen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aerogel-Partikel eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 25mW/mK, insbesondere von weniger als 15 mW/mK, beispielsweise von 12 mW/mK, aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner auch einen beschichteten Artikel, auf den mit Hilfe eines Verfahrens wie vorstehend beschrieben wenigstens eine aerogel-haltige Isolationsschicht aufgebracht ist, wobei die Isolationsschicht Aerogel-Partikel und ein Bindemittel umfasst.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Isolationsschicht auf einer Außenseite des fertiggestellten Artikels aufgebracht ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der fertiggestellte Artikel ein Textil umfasst, wobei der Anteil der Aerogel-Partikel auf dem beschichteten Artikel mindestens 0,5 Gewichtsprozent beträgt.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines beschichteten Artikels wie vorstehend beschrieben im Bereich der Wärmedämmung, des Brandschutzes, der Schalldämpfung, der elektrischen Isolation und/oder im Bereich der Absorption von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten. Der Begriff der Wärmedämmung bezeichnet dabei die Reduktion des Durchganges von Wärmeenergie durch die wenigstens eine Isolationsschicht, um einen Raum oder einen Körper vor Abkühlung oder Erwärmung zu schützen. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe, wie "umfassend", "aufweisen" oder "mit" keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe "ein" oder "das", die auf einer Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen mehrere Merkmale der Erfindung in Kombination miteinander. Selbstverständlich vermag der Fachmann diese jedoch auch losgelöst voneinander zu betrachten und gegebenenfalls zu weiteren sinnvollen Unterkombinationen zu kombinieren, ohne dass er hierfür erfinderisch tätig werden müsste.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 eine längsgeschnittene Ansicht eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer
Isolationsschicht versehenen Artikels;
Figur 2 eine Anordnung zum Aufbringen einer Isolationsschicht auf einen Artikel mit dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
Figur 3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Die Figur 1 zeigt in stark schematisierter Weise einen Artikel der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung mit einer aerogel-haltigen Isolationsschicht versehen wurde. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Aerogele in Partikelform in der Isolationsschicht enthalten sind und auf einen fertigen Artikel aufgebracht werden können, ohne dass dieser anschließend einem aufwändigen Trocknungsprozess zur Herstellung der Aerogel-Struktur ausgesetzt werden muss. Die Aerogel-Partikel werden erfindungsgemäß auf den Artikel aufgestreut, aufgeblasen oder an diesen angesaugt.
Hierfür müssen sie handhabbar gemacht werden, da die Aerogel-Partikel als Folge ihrer spezifischen Struktur und ihres sehr geringen Eigengewichts die Neigung haben, sich in der Luft zu verteilen und staubpartikelähnlich eine lange Dauer in der Luft zu schweben, ehe sie sich - keine Luftströmungen vorausgesetzt - absetzen. Eine industrielle Verarbeitung/Applikation in der gewünschten Art, d.h. beispielsweise ohne Zugabe einer Lösung, wäre nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Darüber hinaus hat sich in der Praxis gezeigt, dass kommerziell erhältliche Aerogel-Partikel, wie beispielsweise Silikat-Partikel, dazu neigen, bereits bei geringer auftretender statischer Elektrizität an beispielsweise der Innenwandung eines diese aufnehmenden Kunststoffgefäßes anzuhaften, wodurch wiederum die Handhabung in der industriellen Verarbeitung nennenswert erschwert ist. Wie man anhand der Figur 1 erkennen kann, umfasst der Artikel in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ein Wasserstrahlvlies 10, auf das eine Isolationsschicht 20 aufgebracht wurde. Bei dieser Art von Vliesstoff verwirbeln, verschlingen und verfestigen Wasserstrahlen unter hohem Druck vorgelegte Vliese. Diese Art der mechanischen Verfestigung erzeugt eine sehr gleichmäßige Porenstruktur. Das Aufträgen wenigstens einer erfindungsgemäßen Isolationsschicht auf andere Oberflächen ist selbstverständlich ebenfalls möglich. Dabei ist der mit wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht zu beaufschlagende Artikel nicht auf Artikel mit einer textilen Oberfläche beschränkt, sondern kann alle erdenklichen Arten von Materialien und Formen aufweisen. Entscheidend hierbei ist, dass die Aerogel-Partikel nicht im Rahmen des Herstellungsverfahrens des Artikels, vorliegend des Vliesstoffes, in diesen eingebracht werden, sondern im Anschluss daran auf diesen appliziert werden.
Die Isolationsschicht 20 in der gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst wiederum sowohl Aerogel-Partikel (in Figur 1 : „Aerogel“) 22 als auch ein in Partikelform eingebrachtes Bindemittel (in Figur 1 : „Binder“) 24. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Aerogel-Partikel 22 und das partikelförmige Bindemittel 24 miteinander zu einem Partikelgemisch 26 vermischt, welches auf den Artikel, vorliegend auf das Wasserstrahlvlies 10, aufgebracht wird. Alternativ oder zusätzlich zu den Bindemittel-Partikel 24 können auch Partikel eines pulverförmigen Feststoffs, z.B. Blähglas-Partikel (angedeutet durch das Bezugszeichen 32 in der Figur 2) mit den Aerogel-Partikeln 22 vermischt werden.
Weiterhin kann das vorgemischte Partikelgemisch 26, wie in der Figur 2 gezeigt, mittels einer Streuvorrichtung (in Figur 2: „Pulverstreuer“) 30 auf das von einer Abrollvorrichtung abgerollte Wasserstoffvlies 10 aufgestreut werden. Alternativ wäre auch denkbar, das Partikelgemisch 26 auf das Wasserstoffvlies 10 aufzublasen oder durch das Wasserstoffvlies 10 hindurch anzusaugen.
In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform kann eine größere Oberfläche eines Artikels mit einer aerogelhaltigen Isolationsschicht 20 versehen werden, indem die Oberfläche kontinuierlich, beispielsweise mittels der gezeigten Abrollvorrichtung 60a und Aufrollvorrichtung 60b, unter der Streuvorrichtung 30 hindurchgeführt wird. Alternative Fördervorrichtungen sind selbstverständlich ebenso denkbar, wie die diskontinuierliche Applikation einer aerogel-haltigen Isolationsschicht auf einzelne Artikel.
Die Binder-Partikel 24 des partikelförmigen bzw. pulverförmigen Bindemittels 24 können bezüglich ihrer Größe ähnlich der Partikelgröße der Aerogel-Partikel 22 sein, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, oder davon abweichend deutlich größer oder kleiner. Entscheidend ist nur, dass die den Aerogel-Partikeln 22 beigemischten Partikel 24 oder 32 des Partikelgemischs 26 an den Aerogel- Parti kein 22 zumindest teilweise anzuhaften vermögen, um diese besser industriell handhabbar, insbesondere streubar, zu machen, und dass sich das Partikelgemisch für eine gute Dosierbarkeit aus pulverförmigen Komponenten zusammensetzt.
Denkbar ist, dass die mechanische Anhaftung der Aerogel-Partikel 22 an die zugemischten Partikel 24 (und die Ladungsanhaftung) ergänzt wird durch beispielsweise eine stoffschlüssige Anhaftung. So können die Binder-Partikel 24 beispielsweise durch thermische Erwärmung, aktiviert werden und auf diese Weise an ihrer Oberfläche eine Bindungswirkung entfalten, die beispielsweise eine stoffschlüssige Anhaftung der Aerogel-Partikel 22 ermöglicht. Dabei kann eine erste Erwärmung bzw. Aktivierung bereits vor dem Mischen (Figur 3: Schritt S100) mit den Aerogel-Partikeln 22 (Figur 3: Schritt S400a) stattfinden, so dass die Bindemittel-Partikel (24) im bereits aktivierten Zustand beigefügt werden und mit den Aerogel-Partikeln (22) vermischt werden, oder im Rahmen des Mischens (Figur 3: S100) des Partikelgemischs (Figur 3: Schritt S400b) erfolgen. Weiterhin kann das Aktivieren der Bindemittel im Partikelgemisch 26 auch während des Aufbringens des Partikelgemischs 26 (Figur 3: S200) beispielsweise beim Aufblasen mit warmer Luft oder unter Zuhilfenahme einer UV-Lampe oder dergleichen (Schritt S400c) vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Aktivierung auch vor, während oder nach dem Aufbringen einer Schutzschicht (Figur 3: Schritt S300) erfolgen (S400di-3). Schließlich kann die Aktivierung auch zeitgleich mit dem Schritt der Verfestigung der Isolationsschicht 20 gemäß Schritt S600 erfolgen (Schritt S400e). In diesem Fall wird in einem Arbeitsgang die Aktivierung und sich daran anschließende Aushärtung des Bindemittels beispielsweise durch Erwärmen vorgenommen.
Um eine Anhaftung und Fixierung des aufgebrachten Partikelgemischs 26 an der Oberfläche des Artikels, d.h. vorliegend an der Oberfläche des Wasserstoffvlies 10, zu ermöglichen, kann der Verbund von Artikel 10 und Partikelgemisch 26 in einem sich an das Aufbringen (Figur 3: S200) anschließenden Verfahrensschritt erwärmt und gegebenenfalls verpresst werden, beispielsweise in einer Doppelbandpresse 40, wie in der Figur 2 gezeigt. Durch das Erwärmen oder Erhitzen des Verbundes von Artikel 10 und Partikelgemisch 26 kann das beigemischte Bindemittel 24 (ggf. erneut oder weiter) aktiviert werden und sich sowohl mit den Fasern des Wasserstoffvlies 10 als auch (ggf. weiter) mit den Aerogel- Parti kein 22 verbinden. Das Verpressen dieses Verbundes ermöglicht zudem eine Reduktion der Hohlräume zwischen dem Partikelgemisch und der Artikeloberfläche und verbessert somit die Bindungswirkung. Die Binder-Partikel 24 können (sofern vorhanden) je nach gewünschtem Ergebnis und nach Anwendung in dem Verbund mit dem Artikel vollständig aufgeschmolzen werden oder auch zur Aktivierung nur angewärmt werden und in der aufgebrachten und fixierten Isolationsschicht zumindest teilweise noch immer partikelförmig vorhanden sein.
Nach dem Erwärmen kann das fertige Produkt beispielsweise in einem Kühlfeld 50, wie in der Figur 2 gezeigt, zum Verfestigen der Isolationsschicht abgekühlt werden. Alternativ kann, je nach verwendetem Bindemittel, auch ein Trocknungsprozess oder ein Aushärteprozess in Schritt S600 zur Verfestigung der Isolationsschicht durchgeführt werden.
Die in der Figur 2 gezeigte beispielhafte Ausführungsform zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufbringen einer aerogel-haltigen Isolationsschicht auf eine textile Oberfläche eines Artikels. Selbstverständlich können auch andere Oberflächen entsprechend mit einer aerogel-haltigen Isolationsschicht versehen werden. Darüber hinaus ist bei der gezeigten Ausführungsform den Aerogel-Partikeln 22 ein pulverförmiges Bindemittel beigemischt. Alternativ oder zusätzlich können auch andere partikelförmige Feststoffe hinzugemischt werden. So ist es denkbar, dass anstelle der Binder-Partikel 24 oder zusätzlich zu diesen Blähglas-Partikel (Figur 2: Bezugszeichen 32) zu den Aerogel-Partikeln 22 hinzugemischt werden. Auch hier findet zumindest eine mechanische Anhaftung an die Aerogel-Partikel statt, wodurch die Aerogel-Partikel beschwert und damit leichter verarbeitbar gemacht werden.
Bei einer Variante, bei der keine Binder-Partikel 24 in dem Partikelgemisch 26 vorhanden sind, kann die Anbindung an die zu beaufschlagende Oberfläche des Artikels mittels eines auf den Artikel aufgetragenen Bindemittels (in Figur 2 angedeutet durch das Bezugszeichen 34) erfolgen. Dieses kann je nach Art des gewählten Bindemittels mittels einer optionalen Auftragsvorrichtung 36 beispielsweise auf die zu beaufschlagende Oberfläche des Artikels aufgestrichen, aufgespritzt oder aufgelegt werden (Schritt S500). Weiterhin kann das Bindemittel 34 bereits vor dem Auftrag aktiviert sein (S400fi) und/oder während des Auftrags aktiviert werden (S400f2). In einem weiteren Schritt kann dann das Partikelgemisch 26 auf dieses aufgebracht werden, oder das Bindemittel wird erst mit dem Partikelgemisch 26 oder im Rahmen eines der nachfolgenden Verfahrensschritte aufgetragen und/oder im Verbund mit dem aufgebrachten Partikelgemisch 26 aktiviert (beispielhaft gezeigt als S400g), beispielsweise durch Erwärmung.
Selbstverständlich lässt sich die Variante, bei der ein Bindemittel 34 auf die zu beaufschlagende Oberfläche des Artikels 10 aufgetragen wird, auch mit der Ausführungsform kombinieren, bei der dem Partikelgemisch 26 ein partikelförmiges Bindemittel (auch Binderpartikel oder Bindemittel-Partikel 24) beigemischt ist. Dabei können die Binder-Partikel 24 chemisch gleichartig oder ähnlich dem auf die Oberfläche des Artikels 10 aufgebrachten Bindemittel 34 sein oder nicht.
Zur weiteren Stabilisierung und zum Schutz der Isolationsschicht 20 auf dem Artikel kann eine weitere Schutzschicht, beispielsweise eine textile Schutzschicht in Form eines Vliesstoffes, hier ein Wasserstoffvlies 28 (Figur 2), auf den Verbund von Partikelgemisch 26 und Artikeloberfläche aufgelegt werden. Diese kann gemeinsam mit dem Verbund von Partikelgemisch 26 und Artikel 10 erwärmt und verpresst werden. Zur Erhöhung der Stabilität kann die zusätzliche Schutzschicht auch mit einer textilen Oberfläche des Artikels, wie dem Wasserstrahlvlies 10 in der gezeigten Ausführungsform, vernadelt und/oder verklebt werden (nicht gezeigt).
Nachfolgend sind zur weiteren Erläuterung einige Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt. Die Verfahrensschritte sind gemäß der Figur 3 bezeichnet.
In der Figur 3 erkennt man insbesondere auch, dass der Schritt der Aktivierung des Bindemittels S400 zu unterschiedlichen Zeitpunkten (und auch mehrmals) erfolgen kann. So kann das pulverförmige Bindemittel 24, beispielsweise mittels eines warmen Luftstroms, bereits vor oder bei der Zugabe zu den Aerogel-Partikeln 22 aktiviert werden (S400a), während des Mischens des Partikelgemischs gemäß S100 (S400b) oder beim Aufbringen des Partikel-Gemischs 26 auf den Artikel 10 gemäß Schritt S200 (S400c). Auch kann das pulverförmige Bindemittel 24 als Teil des auf den Artikel 10 aufgebrachten Partikelgemischs 26 erst kurz vor, beim oder nach dem Aufbringen der Schutzschicht gemäß Verfahrensschritt S300 (S400di-3) oder beim Verfestigen der Isolationsschicht gemäß S600 aktiviert werden (S400e). Das Bindemittel 34, das losgelöst von den Aerogel-Partikeln 22 auf den Artikel 10 aufgebracht werden kann, kann wiederum vor bzw. während dem Aufbringen des Bindemittels S500 aktiviert werden (S400fi-2) oder im Anschluss daran (S400gi-2). Dabei kann auch die Art der Aktivierung eine Rolle spielen. Wird das Bindemittel 34 beispielsweise erst durch seine Aktivierung streichfähig, so ist eine Aktivierung vor dem Aufbringen oder während des Aufbringens (S400f) sinnvoll. Ist indes das Bindemittel 34 unabhängig von seiner Aktivierung auf den Artikel aufbringbar, beispielsweise in der Form einer Imprägnierung an der Oberfläche des Artikels 10 vorgesehen, dann kann auch eine (ggf. erneute) Aktivierung nach dem Aufbringen des Bindemittels 34 von Vorteil sein (S400gi-2).
In einem ersten Beispiel werden in Schritt S100 50g eines Polyurethan Hotmelts (als partikelförmiges Bindemittel 24) mit 30g Aerogel Silikat-Partikeln 22 bei 80°C zu einem Partikelgemisch 26, wie in Figur 2 gezeigt, gemischt. Das Partikelgemisch 26 wird in einem zweiten Schritt S200 auf ein 60g/m2 Wasserstrahlvlies 10 aufgestreut (mit einer Auflage von 80g/m2) und in einem weiteren Schritt S300 mit einem zweiten Vlies 28 abgedeckt. Die beiden Lagen Wasserstoffvlies 10 und 28 mit der dazwischen liegenden Schicht aus Bindemittel-Partikeln 24 und Aerogel-Partikeln 22 werden dann in einem nachfolgenden Schritt 60 Sekunden lang bei 150°C unter Druck verpresst (0,6N/cm2). Die Erwärmung unter Druck dient dabei zur weiteren Aktivierung des Bindemittels 24 (S400d3). Beim anschließenden Abkühlen verfestigt sich die Isolationsschicht 20 in einem abschließenden Schritt S600.
In einem zweiten Beispiel werden in einem ersten Schritt S100 ohne Temperatureinfluss 60g eines Terpolymer Hotmelts (als Bindemittel-Partikel 24) mit 60g Aerogel Silikat-Partikeln 22 gemischt. In einem weiteren Schritt S200 wird das Partikelgemisch 26 anschließend auf ein 50g/m2 Wasserstrahlvlies 10 aufgestreut (mit einer Auflage von 120g/m2) und in einem nachfolgenden Schritt S300 mit einem zweiten Vlies 28 abgedeckt. Die beiden Lagen Wasserstoffvlies 10 und 28 mit der dazwischenliegenden liegenden Schicht aus Bindemittel-Partikeln 24 und Aerogel-Partikeln 22 werden dann 45 Sekunden lang bei 160°C unter Druck verpresst (0,6N/cm2). Die Erwärmung unter Druck dient wiederum zur Aktivierung des Bindemittels 24 (S400d3). Beim anschließenden Abkühlen verfestigt sich die Isolationsschicht 20 in einem abschließenden Schritt S600.
In einem dritten Beispiel werden in einem ersten Schritt S100 ohne Temperatureinfluss 30g Aerogel Silikat- Partikel 22, 30g Blähglas (mit einem Durchmesser von ca. 0,1-0, 3mm als pulverförmige Feststoffpartikel) und 30g Hotmelt (als partikelförmiges Bindemittel 24) miteinander zu einem Partikelgemisch 26 vermischt. Parallel dazu oder zeitlich versetzt wird in einem Schritt S500 ein 50g/m2 Wasserstrahlvlies 10 mittels einer Breitschlitzdüse (als Auftragsvorrichtung 36) mit einem aktivierten (S400f) EVA Hotmelt als weiteres Bindemittel 34 beschichtet. Die Auflage bzw. Schichtdicke beträgt 20g/m2. In einem zeitlich nachfolgenden Schritt S200 wird das Partikelgemisch 26 in das flüssige auf den Artikel 10 aufgetragene Bindemittel 34 eingestreut (mit einer Auflage von 60g/m2). In einem weiteren Schritt S300 wird der Verbund aus Artikel 10 mit Bindemittel-Beschichtung und eingestreutem Partikelgemisch 26 mit einem zweiten Vlies 28 abgedeckt wird und 45 Sekunden lang bei 150°C unter Druck verpresst (0,6N/cm2). Die Erwärmung unter Druck dient dabei sowohl zur weiteren Aktivierung des Bindemittels 34 (S400g2) als auch zur Aktivierung des partikelförmigen Bindemittels 24 (S400d3). Beim anschließenden Abkühlen verfestigt sich die Isolationsschicht 20 in einem abschließenden Schritt S600.
In einem vierten Beispiel werden in einem ersten Schritt S100 ohne Temperatureinfluss 3g Aerogel Silikat- Partikel 22 und 5g Korund (als pulverförmige Feststoffpartikel) miteinander zu einem Partikelgemisch 26 vermischt. Parallel dazu oder zeitlich versetzt wird in einem Schritt S500 ein 30g/m2 Papier (als Artikel 10) mit einem Melaminharz (als weiteres Bindemittel) imprägniert. In den noch nicht getrockneten Melaminfilm wird in einem weiteren Schritt S200 dann das Partikelgemisch 26 eingestreut (mit einer Auflage von 8g/m2). Anschließend wird das imprägnierte Papier mit dem aufgestreuten Partikelgemisch 26 für 60 Sekunden bei 140°C getrocknet, d.h. der Melaminfilm ausgehärtet. Die Erwärmung unter Druck dient dabei zur Verfestigung der Isolationsschicht 20 in einem abschließenden Schritt S600.
Tabelle 1: ermittelte Werte für den thermischen Widerstand für Beispiele 1, 2 und 5
In einem fünften Beispiel werden in einem ersten Schritt S100 ohne Temperatureinfluss 50g eines Terpolymer Hotmelts (als Bindemittel-Partikel 24) mit 50g Aerogel Silikat-Partikeln 22 gemischt. In einem weiteren Schritt S200 wird das Partikelgemisch 26 anschließend auf ein 50g/m2 Wasserstrahlvlies 10 aufgestreut (mit einer Auflage von 90g/m2) und in einem nachfolgenden Schritt S300 mit einem zweiten Vlies 28 abgedeckt. Die beiden Lagen Wasserstoffvlies 10 und 28 mit der dazwischenliegenden liegenden Schicht aus Bindemittel-Partikeln 24 und Aerogel-Partikeln 22 werden dann 45 Sekunden lang bei 160°C unter Druck verpresst (0,6N/cm2). Die Erwärmung unter Druck dient wiederum zur Aktivierung des Bindemittels 24 (S400d3). Beim anschließenden Abkühlen verfestigt sich die Isolationsschicht 20 in einem abschließenden Schritt S600.
Im Anschluss an diesen Prozess wird der verklebte Artikel in einem Nadelprozess zusätzlich mechanisch verfestigt.
In einem sechsten Beispiel werden in einem ersten Schritt S100 ohne Temperatureinfluss 50g eines mit Flammschutz ausgerüsteten Hotmelts (als Bindemittel-Partikel 24) mit 30g Aerogel Silikat-Partikeln 22 gemischt. In einem weiteren Schritt S200 wird das Partikelgemisch 26 anschließend auf ein 50g/m2 Pyrotex- Wasserstrahlvlies 10 aufgestreut (mit einer Auflage von 80g/m2) und in einem nachfolgenden Schritt S300 mit einem zweiten (identischen) Vlies 28 abgedeckt. Die beiden Lagen Wasserstoffvlies 10 und 28 mit der dazwischenliegenden liegenden Schicht aus Bindemittel-Partikeln 24 und Aerogel-Partikeln 22 werden dann 45 Sekunden lang bei 160°C unter Druck verpresst (0,6N/cm2). Die Erwärmung unter Druck dient wiederum zur Aktivierung des Bindemittels 24 (S400d3). Beim anschließenden Abkühlen verfestigt sich die Isolationsschicht 20 in einem abschließenden Schritt S600.
Im Anschluss an diesen Prozess wird der verklebte Artikel in einem Nadelprozess zusätzlich mechanisch verfestigt.

Claims

P at e n t a n s p r ü c h e
1 . Verfahren zum Aufbringen wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht (20) auf einen Artikel (10), wobei die Isolationsschicht (20) umfasst:
Aerogel-Partikel (22); und wenigstens ein Bindemittel (24, 34), umfassend die Schritte:
Bereitstellen des zu beschichtenden Artikels (10);
Mischen (S100) der Aerogel-Partikel (22) mit den Partikeln eines pulverförmigen Bindemittels (24) und/oder eines pulverförmigen Feststoffs (32), wie beispielsweise Blähglas, zu einem Partikelgemisch (26);
Aufbringen (S200) des Partikelgemischs (26) auf den zu beschichtenden Artikel durch Aufstreuen des Partikelgemischs (26) auf den zu beschichtenden Artikel (10); und Aktivieren (S400a-g) des wenigstens einen Bindemittels (24, 34) der wenigstens einen Isolationsschicht (20), um eine Verbindung des Partikelgemischs (26) mit dem Artikel (10) bereitzustellen, wobei in dem Partikelgemisch (26) die Aerogel-Partikel (22) in einem Anteil von 5 bis 95 Gewichtsprozent des Partikelgemischs (26) enthalten sind.
2. Verfahren zum Aufbringen wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht (20) auf einen Artikel (10), wobei die Isolationsschicht (20) umfasst:
Aerogel-Partikel (22); und wenigstens ein Bindemittel (24, 34), umfassend die Schritte:
Bereitstellen des zu beschichtenden Artikels (10);
Mischen (S100) der Aerogel-Partikel (22) mit den Partikeln eines pulverförmigen Bindemittels (24) und/oder eines pulverförmigen Feststoffs (32), wie beispielsweise Blähglas, zu einem Partikelgemisch (26);
Aufbringen (S200) des Partikelgemischs (26) auf den zu beschichtenden Artikel durch Aufstreuen, Aufblasen oder Ansaugen des Partikelgemischs (26) auf oder an den zu beschichtenden Artikel (10); und
Aktivieren (S400a-g) des wenigstens einen Bindemittels (24, 34) der wenigstens einen Isolationsschicht (20), um eine Verbindung des Partikelgemischs (26) mit dem Artikel (10) bereitzustellen, wobei in dem Partikelgemisch (26) die Aerogel-Partikel (22) in einem Anteil von 5 bis 95 Gewichtsprozent des Partikelgemischs (26) enthalten sind, und wobei der Artikel (10) eine textile Oberfläche umfasst, auf die die wenigstens eine aerogel-haltige Isolationsschicht (20) aufgebracht werden soll.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren das Aufträgen (S500) eines nicht mit den Aerogel-Partikeln (22) vorgemischten Bindemittels (34) auf den Artikel (10) umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren das thermische Erwärmen des Partikelgemisches und/oder des zu beschichtenden Artikels umfasst, um das oder die Bindemittel zu aktivieren (S400a-g) und/oder auszuhärten (S600).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf die Isolationsschicht (20) zumindest bereichsweise eine zusätzliche Schutzschicht (28) aufgebracht werden kann.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 , oder 3 bis 5, wobei der Artikel (10) eine textile Oberfläche umfassen kann, auf die die wenigstens eine aerogelhaltige Isolationsschicht (20) aufgebracht werden soll.
7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 6, wobei nach dem Schritt des Aufbringens (S200) des Partikelgemischs (26) auf die textile Oberfläche in einem weiteren Schritt (S300) die zusätzliche Schutzschicht (28) zumindest auf den mit dem Partikelgemisch (26) versehenen Bereich des Artikels (10) aufgebracht wird, wobei die Schutzschicht (28) insbesondere einen Vliesstoff umfasst, der mit der textilen Oberfläche vernadelt, verpresst und/oder verklebt werden kann.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aerogel-Partikel (22) ein Si02-Aerogel umfassen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aerogel-Partikel (22) hydrophobe Oberflächengruppen aufweisen.
10. Verfahren zur Verbesserung der Handhabbarkeit von Aerogel-Partikeln (22), um diese beispielsweise zum Aufbringen wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht (20) auf einen Artikel (10) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf den Artikel (10) aufbringen zu können, wobei die Aerogel-Partikel (22) vor dem Schritt des Aufbringens (S200) mit einem pulverförmigen Bindemittel (24) und/oder einem pulverförmigen Feststoff (32), wie beispielsweise Blähglas, zu einem Partikelgemisch (26) vermischt (S100) werden, um die Handhabbarkeit der Aerogel-Partikel (22) zu verbessern.
11. Artikel (10), der mit Hilfe eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 mit wenigstens einer aerogel-haltigen Isolationsschicht (20) versehen ist, wobei die Isolationsschicht Aerogel-Partikel (22) und wenigstens ein Bindemittel (24, 34) umfasst.
12. Artikel (10) nach Anspruch 11 , wobei die Isolationsschicht (20) auf einer Außenseite des Artikels (10) aufgebracht ist.
13. Verwendung eines Artikels (10) nach Anspruch 11 oder 12 im Bereich der Wärmedämmung, des Brandschutzes, der Schalldämpfung, der elektrischen Isolation, als Hitzeschutz, und/oder im Bereich der Absorption oder Filtration von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten.
EP21739281.0A 2020-07-15 2021-06-23 Aerogel-haltige isolationsschicht Pending EP4182500A1 (de)

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DE102020118734.3A DE102020118734A1 (de) 2020-07-15 2020-07-15 Aerogel-haltige Isolationsschicht
PCT/EP2021/067157 WO2022012887A1 (de) 2020-07-15 2021-06-23 Aerogel-haltige isolationsschicht

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