WO2011069923A1 - Hydrophobe wärmedämmung - Google Patents

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WO2011069923A1
WO2011069923A1 PCT/EP2010/068876 EP2010068876W WO2011069923A1 WO 2011069923 A1 WO2011069923 A1 WO 2011069923A1 EP 2010068876 W EP2010068876 W EP 2010068876W WO 2011069923 A1 WO2011069923 A1 WO 2011069923A1
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thermal insulation
volatility
radical
low
organosiloxanes
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Herbert Barthel
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Wacker Chemie AG
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    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C08L83/08—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen

Definitions

  • the invention relates to a porous thermal insulation and moldings thereof.
  • Thermal insulation to save energy has been given high priority in the context of awareness of sustainable development and increased energy prices. Thermal insulation comes in the context of rising energy prices, dwindling resources, the pursuit of a reduction in CC> 2 emissions, the need for sustained reduction of energy demand, as well as rising costs in the future
  • Natural stones are relatively good heat conductors, so that the outer walls of buildings erected from them very quickly release the heat from the inside to the outside in cold weather. The development is therefore on the one hand to improve the
  • Insulation properties by increasing the porosity of these building materials, such. in concrete and brickwork, and on the other to cover the outer walls with
  • thermal insulation or insulating materials used primarily today are materials with low heat conduction. Common: Organic thermal insulation materials
  • Foamed plastics such as polystyrene, Neopor, polyurethane wood fiber material such as wood wool and cork vegetable or animal fibers such as hemp, flax, wool Inorganic thermal insulation materials
  • mineral foams such as aerated concrete, pumice, perlite and vermiculite
  • Vacuum insulation panels called VIP for short.
  • a thermal conductivity of about 0.004 to 0.008 W / mK (depending on
  • Appliances, refrigeration and logistics can be used.
  • Vacuum insulation panels based on porous thermal insulation materials, polyurethane foam boards and pressed fibers as a core material with composite films (for example aluminum composite films or so-called.
  • the lifetime is due to the diffusion of gases through the
  • the panels are not breathable.
  • Construction sites are difficult, or not possible.
  • ambient gases mainly nitrogen, oxygen, C02 and water vapor
  • Lower thermal conductivities include porous thermal insulation materials e.g. based on fumed silica (0,018 - 0,024 W / mK).
  • volatile silicon compounds such as organic and
  • Moisture absorption energy transport via water molecules take place, which can adversely affect the thermal conductivity of the system.
  • the invention is based on the object to solve the problems of the prior art, in particular the
  • the object is solved by the features of claim 1.
  • the invention relates to thermal insulation materials according to claim 1.
  • Heat insulation materials consist essentially of highly dispersed, nanoscale silicas, preferably fumed silicas, infrared opacifiers and fibers.
  • the thermal insulation materials of the invention contain no
  • Binders in the form of liquids that adhere particles are
  • Organosiloxanes during the mixing process for the production of porous thermal insulation materials the above objectives are achieved.
  • This mixture is deformable and compressible immediately after the addition.
  • the addition of low volatility organosilanes or low volatility organosiloxanes is done in liquid or gaseous state.
  • Important is an intensive, homogeneous mixing of the components, so that the reaction (hydrophobing) is guaranteed from "inside out”.
  • organosiloxanes with the silanol groups of the silica preferably takes place during the
  • reaction can, as needed, by heat or heat dissipation
  • Substances such as water, alcohols or hydrogen chloride,
  • Cleavage products of the hydrophobing process are then baked at temperatures of preferably 70 ° C to 130 ° C.
  • low volatility organosiloxanes are physically impregnated, i. the low volatility organosilanes or low volatility
  • Substantially sustainable, hydrophobic are characterized by a low, constant thermal conductivity ⁇ in a range of preferably 0.014 - 0.045 W / mK, preferably 0.015 - 0.040 W / mK, more preferably 0.018 - 0.035 W / mK, and their density in the range of preferably 20 to 500 kg / m 2, preferably 20 to 250 kg / m 3 , particularly preferably 20 to 200 kg / m 3 .
  • a preferred embodiment of the invention is the following composition: fumed silica or
  • Siliciumdioxidaerogele preferably 5-98 wt.%, Preferably 10 to 80 wt.%, Particularly preferably 20 to 70 wt.%, Turbidity preferably 3-50 wt.%, Preferably 5-45 wt.%, Particularly preferably 5-40 wt. %, finely divided inorganic further
  • Additives preferably 0-65% by weight, preferably 0-60% by weight, particularly preferably 0-50% by weight.
  • the heat insulation materials according to the invention are characterized by a continuous high hydrophobicity. That they are water-repellent, wherein the moisture absorption preferably less than 20 wt.%, Preferably less than 10 wt.%, Especially
  • the thermal insulation materials are preferably porous heat insulation materials, characterized in that the porosity ⁇ of the thermal insulation material is in a range of preferably 77% to 99%, preferably in a range of 89% to 99% and particularly preferably in a range of 91%. to 99%, wherein the pore diameter between 20 nm and 500 nm, preferably between 20 nm and 200 nm and particularly preferably between 20 nm and 100 nm.
  • the pore diameter can be obtained by means of mercury porosimetry or from gas adsorption isotherms.
  • the heat insulation materials according to the invention are characterized in that they are permeable to water vapor. Furthermore, the heat insulation materials according to the invention are characterized in that they have no flammability (fire class A). Furthermore, the heat insulation materials according to the invention are characterized in that they are preferably chemically neutral and
  • the low-volatility organosilanes or low-volatility organosiloxanes used according to the invention have the decisive advantage over conventional water repellents such as stearates, siliconates, waxes and fats, etc., that they are readily atomizable as arosol, e.g. B. by means of commercial 1-fluid nozzles, or 2-fluid nozzles, or 3-fluid nozzles, or
  • the vapor pressures of the low-volatility organosilanes or low-volatility organosiloxanes used are above 250 mbar at 20 degrees Celsius, preferably above 500 mbar at 20 degrees Celsius, particularly preferably above 1000 mbar at 20 degrees Celsius.
  • the boiling points of the low-volatility organosilanes or organosiloxanes used are preferably greater than 130 ° C at
  • Normal pressure preferably greater than 200 ° C at atmospheric pressure, more preferably greater than 500 ° C at atmospheric pressure and most preferably, the low-volatility used
  • Organosilane or organosiloxanes at atmospheric pressure not
  • the low volatility organosilanes or organosiloxanes are preferably added as finely divided arosol. As a result, an optimal distribution of low volatility organosilanes or Organosiloxanes on the porous thermal insulation mixture, guaranteed without destroying the silica structure.
  • the low-volatility organosilanes or low-volatility organosiloxanes used according to the invention have opposite
  • binders with the negative properties described below can be completely dispensed with.
  • the core material according to the invention consists of porous
  • Heat insulation materials containing as a base material preferably fumed silicas and silica airgel.
  • a base material preferably fumed silicas and silica airgel.
  • opacifiers, fibers and / or others it is preferable to use so-called opacifiers, fibers and / or others
  • volatile silicon compounds such as organic and
  • Silicas are characterized by a high porous structure. Silica aerogels are made by special
  • thermal insulation materials are compounds that can adsorb, scatter and reflect heat rays in the infrared range. They are commonly referred to as infrared opacifiers. Preferably, these have
  • Opacifier in the infrared spectral range a maximum between preferably 1.5 and 10 m.
  • Particles are preferably between 0.5 and 15 ⁇ m.
  • Such substances are preferably titanium oxides, zirconium oxides, ilmenites, iron titanates, iron oxides, zirconium silicates,
  • Silicon carbide Silicon carbide, manganese oxides and carbon black.
  • the thermal insulation materials according to the invention preferably have the following additives: precipitated silicas, fumed silicas, SiO 2 -containing flue dusts from the electrochemical
  • Fibers are used with. These fibers may be of inorganic or organic origin.
  • inorganic fibers are preferably glass wool, rock wool, basalt fibers, slag wool and ceramic
  • silica fibers are e.g. Silica fibers.
  • Organic fibers are preferably e.g. Cellulose fibers, textile fibers or plastic fibers.
  • Diameter preferably 1-12 ⁇ m, preferably 6-9 ⁇ m; Length preferably 1-25 mm, preferably 3-10 mm.
  • silicic acids obtained by leaching silicates such as calcium silicate
  • Magnesium silicate and mixed silicates e.g. Olivine (magnesium
  • Diatomaceous earth and diatomaceous earth are also used: thermally inflated minerals such as preferably perlite and vermiculite.
  • thermally inflated minerals such as preferably perlite and vermiculite.
  • finely divided metal oxides such as preferably aluminum oxide,
  • Titanium dioxide iron oxide can be added.
  • the core material not only has to repel water, but also prevent the accumulation and absorption of moisture.
  • hydrophobic silicas can not be sufficiently compacted and are not compressible, since a
  • low-volatility organosilanes are preferably
  • n and m can be 0, 1, 2, or 3 and the sum n + m is less than or equal to 3, and
  • R! a saturated or mono- or polyunsaturated, monovalent, optionally substituted by -CN, -NCO, -NR 3, -COOH, - substituted COOR 3, -halo, -Acrylic, -epoxy, -SH, -OH or -CONR 3 2 Si -C bound C1 -C20 -
  • Hydrocarbon radical preferably a Ci-Ci 8 - hydrocarbon radical, or an aryl radical, or C] _- C] _5 ⁇
  • Hydrocarbonoxy radical preferably a C 1 -Cg-
  • Hydrocarbonoxy radical more preferably a C1 -C -
  • Hydrocarbonoxy radical in which in each case one or more, non-adjacent methylene units represented by groups -O-, -CO-, -C00-, -OCO-, or -Oc00-, -S-, or -
  • R 2 is hydrogen or a saturated or mono- or polyunsaturated, monovalent, optionally with -CN, -NCO, -
  • Hydrocarbon radical preferably a C 1 -C 6 -hydrocarbon radical, or an aryl radical, or C 1 -C 4 -hydrocarbonoxy radical, preferably a C 1 -C -g- Hydrocarbonoxy radical, more preferably a C1-C4-
  • R 2 , and R 2 and R 3 may be the same or different, a C-0 bonded C ] _ Ci5 hydrocarbon radical, preferably a C ⁇ -Cg hydrocarbon radical, more preferably one C ] _-C3-hydrocarbon radical, or an acetyl radical, or a
  • Halogen radical preferably chlorine, or an OH radical, or
  • i and j can be 0, 1, 2 or 3 and the sum of i + j is 3 and
  • Y may be the group NH or -O-, with the proviso that the boiling points of the used
  • organosilanes greater than 130 ° C at atmospheric pressure, preferably greater than 200 ° C at atmospheric pressure, more preferably greater than 500 ° C at atmospheric pressure or very particularly
  • the low-volatility organosilane used can not be vaporized without decomposition at atmospheric pressure.
  • the blocks can be contained in any mixtures, used, with the proviso that the boiling points of the low-volatility organosiloxanes used are greater than 130 ° C at atmospheric pressure, preferably greater than 200 ° C at atmospheric pressure, more preferably greater than 500 ° C at atmospheric pressure or all
  • the low-volatility organosiloxanes used can not be vaporized without decomposition at atmospheric pressure
  • R 1 , R 2 , R 3 and X have the abovementioned meaning and may each be identical or different, and and a and b may be 0, 1, 2 or 3, with the proviso that the sum a + b is the same 3 is.
  • chain-like organopolysiloxanes Preferably, chain-like organopolysiloxanes
  • Building blocks of the general formula III-b preferably 1 to 50,000 building blocks of the general formula III-b, more preferably 1 to 10,000 building blocks of the general formula III-b, and
  • R 1 preferably methyl and X preferably -OCH 3 or -OH.
  • the kinematic viscosity of the chain-shaped organosiloxanes measured at 25 ° C. is preferably 1 mm 2 / s to 100000 mm 2 / s, preferably 2 mm 2 / s to 50 000 mm 2 / s and particularly preferably 5 mm 2 / s to 10000 mm 2 / s.
  • Organopolysiloxanes used consisting of preferably 2 blocks of the general formula IIIa and preferably 1 to 100,000 building blocks of the general formula IIIb and preferably 1 to 500 building blocks of the general formula III-d, preferably 1 to 50,000 building blocks of the general formula IIIb and
  • general formula III-d and very particularly preferably 1 to 5,000 building blocks of the general formula III-b and 1 to 100 building blocks of the general formula III-d, where R 1 is preferably methyl and R 2 is preferably -CH 2 -CH 2 -CH 2 -H 2 or -CH 2 Is -CH 2 -CH 2 -NH-CH 2 - CH 2 -NH 2.
  • Organopolysiloxanes so-called silicone resins, used, which are preferably those which are blocks of the
  • Building blocks of the general formula III-c and building blocks of the general formula III-b contain, particularly preferably with Rl is methyl.
  • the low-volatility organosilanes or organosiloxanes can be used neat or in any desired mixtures.
  • Volatile organosiloxanes depend on the specific surface area (BET surface area) of the silicas, their proportion of the mixture and the nature of the silanes.
  • the amount added is preferably between 0.5-20% by weight, preferably between 1 and 10% by weight.
  • the silanes are added during the preparation of the mixture, preferably in liquid form, and it is necessary for intimate mixing of the individual components to take place.
  • porous thermal insulation materials can generally take place in various mixing units.
  • planetary mixers are preferably used.
  • Fiber pulping is the addition of most of the
  • the flowability of the resulting porous mixture is very good, so that they are easily and homogeneously pressed into plates u. a. also z. B. can be filled in the cavities of hollow bricks and pressed. When pressing to plates, can be fixed on certain plate thicknesses, over the
  • VTP vacuum insulation panels
  • ETICS thermal insulation composite systems
  • Another object of the invention are moldings,
  • Moldings, building blocks, building systems and building composite systems consist of the heat insulation partially or completely.
  • hydrophobic, porous thermal insulation takes place according to the invention in building bricks.
  • Hollow blocks are components that have one or more
  • Embodiments are wall blocks, floor slabs, and
  • Styrofoam foam or perlite foam can be filled (DE 3037409 AI and DE-OS 2825508). These components are referred to as hollow blocks with integrated thermal insulation. Hollow blocks with integrated thermal insulation have the advantage that the brick house character is retained during construction. The use of these hollow building blocks with integrated
  • Thermal insulation should in masonry a particularly high thermal insulation and a favorable water vapor permeability and hardly
  • the insulation materials in these hollow blocks with integrated thermal insulation can be both organic and inorganic
  • foamed polystyrene particles preferably used.
  • the foamed plastic particles are on the surface, with the release of gas-permeable spaces, connected and anchored.
  • the preparation is carried out by filling the cavities with a bed of styrene granules and subsequent foaming with hot gases, primarily water vapor.
  • Thermal insulation ability The disadvantage is the combustibility of the organic components of these components. Likewise, the ability to absorb heat by absorbing water / moisture decreases significantly over time.
  • inorganic materials for hollow building blocks with integrated thermal insulation preferably foamed perlite and
  • Vermiculite is used. Foamed perlites are preferably used which are treated with binders such as aqueous dispersions based on vinyl acetate and acrylic vinyl acetate copolymers
  • a setting and solidification of the perlite can also be done with alkali water glasses as a binder. This process results in core materials that are highly alkaline, water-attracting and result in efflorescence. In addition, the already inadequate heat insulation properties are further reduced.
  • silica sol as
  • Binder leads to a poorly consolidated insulation material with high water absorption and poor
  • thermo insulation materials in hollow bricks the thermal insulation properties of these stones are significantly improved and sustainably maintained at a high level.
  • the corresponding thermal insulation materials can be pressed to dimensionally accurate plates and into the chambers of the
  • Hollow blocks are integrated, but it can also be filled with low volatility silanes or low volatility organosiloxanes mixture is injected into the chambers of the blocks and pressed by pressing aids directly into the chambers.
  • dimensionally accurate plates can be made from previously manufactured
  • Adhesive foams or adhesives are Adhesive foams or adhesives.
  • one or more hollow chambers can also be used without
  • Rutile particle size about 10 ⁇
  • Aminopolydimethylsiloxane amine number 3, kin viscosity at 25 ° C 30 mm 2 / s)%) 2 wt.%
  • the finished mixture 312 g were removed and to a
  • This shaped body was then heated at 150 ° C. for 60 minutes.
  • the components were mixed for 5 minutes in the same mixing unit as (A). 344 g of the mixture was pressed into a molded article having the same external composition as (A) and then heated at 150 ° C. for 20 minutes.

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Abstract

Wärmedämmstoffe, die keine Bindemittel, in Form von Flüssigkeiten aufweisen, die Partikel verkleben und mit schwerflüchtigen Organosilanen oder Organosiloxanen, deren Siedepunkte größer 130 °C bei Normaldruck ist, behandelt sind, wobei die ?-Wärmeleitf ähigkeit zwischen 0,014 und 0,040 W/mK liegt und die Dichte im Bereich von 50 bis 300 kg/m3 liegt.

Description

Hydrophobe Wärmedämmung
Die Erfindung betrifft eine poröse Wärmedämmung und Formkörper daraus .
Die Wärmedämmung zur Einsparung von Energie hat im Rahmen des Bewusstwerdens für nachhaltige Entwicklung und der Verteuerung von Energien einen hohen Stellenwert erhalten. Der Wärmedämmung kommt vor dem Hintergrund steigender Energiepreise, bei knapper werdenden Ressourcen, dem Streben nach einer Reduzierung des CC>2-Ausstosses , der Notwendigkeit nachhaltiger Reduzierung des Energiebedarfs sowie auch zukünftig noch steigenden
Anforderungen an den Wärme- und Kälteschutz eine immer höhere Bedeutung zu. Diese steigenden Anforderungen an eine
Optimierung des Wärmedämmschutzes, gelten im gleichen Maß sowohl bei Gebäuden, z. B. für Neubauten oder für Bauten im Bestand, als auch für Kälteisolierungen im mobilen,
logistischen und im stationären Bereich. Baustoffe wie Stahl, Beton, Ziegelwerk und Glas, aber auch
Natursteine sind relativ gute Wärmeleiter, so dass die daraus errichteten Außenwände von Gebäuden bei kalter Witterung sehr schnell die Wärme von der Innenseite an die Außenseite abgeben. Die Entwicklung geht daher zum einen zur Verbesserung der
Isolationseigenschaften durch Steigerung der Porosität dieser Baustoffmaterialien, wie z.B. bei Beton und Ziegelwerk, und zum anderen zur Verkleidung der Außenwände mit
Wärmedämmstoffmaterialien .
Die heute vornehmlich verwendeten Wärmedämm- bzw. Isolierstoffe sind Materialien mit geringer Wärmeleitung. Gebräuchlich sind: Organische Wärmedämmstoffe
Geschäumte Kunststoffe wie Polystyrol, Neopor, Polyurethan Holzfaserwerkstoff wie Holzwolle und Kork pflanzliche oder tierische Fasern wie z.B. Hanf, Flachs, Wolle Anorganische Wärmedämmstoffe
Mineral- und Glaswolle, Schaumglas in Plattenform
Kalzium-Silikat- und Gipsplatten
mineralische Schäume wie Porenbeton, Bimsstein, Perlite und Vermiculite
Diese aufgeführten herkömmlichen Wärmedämmstoffe werden, vornehmlich in Form von geschäumten oder verpressten Platten und Formkörpern, allein oder mit anderen eingesetzt. So ist z.B. möglich, die Polyurethane und Polystyrole direkt in die Hohlräume der Bausteine einzuschäumen (DE 8 504 737/Ul ) oder nach DE 102 29 856 B4 als Massplatten einzuführen. Nach DE 102 17548 AI ist diese Technologie auch mit Mineralwollzuschnitten möglich. Alle diese Dämmungsausführungen zeigen allerdings folgende Schwächen im Detail:
Alle diese Stoffe haben für die heute geforderten hohen
Ansprüche eine zu geringe Wärmedämmungseffektivität. Die
Wärmeleitzahlen liegen durchgehend über 0,030 W/mK, haben daher einen hohen Raumbedarf und sind unter anderem in der
Wärmedämmung nicht nachhaltig stabil.
Weitere Nachteile sind:
zu hohe Feuchtigkeitsaufnahme und Empfindlichkeit gegenüber Wasser
zeit- und kostenaufwändige Anbringung an die Fassade (z.B.
Kleben, Dübeln, Schrauben, Anbringen von Trägersystemen usw. ; hierbei sind Wärmebrücken zum Teil vorprogrammiert)
zusätzliche Verbundschichten z.B. zur Haftung von Verputzen bei organischen Isolierstoffen kommt die Brennbarkeit hinzu Sehr gute Isolierwirkung zeichnen sogenannte
Vakuumisolationspaneele, kurz VIP genannt, aus. Mit einer Wärmleitfähigkeit von etwa 0,004 bis 0,008 W/mK (je nach
Kernmaterial und Unterdruck) , weisen die
Vakuumisolationspaneele eine 8 bis 25 mal bessere
Wärmdämmwirkung wie konventionelle Wärmedämmsysteme aus. Sie ermöglichen daher schlanke Konstruktionen mit optimaler Wärmdämmung die sowohl im Baubereich, als auch im
Haushaltsgeräte-, Kühl- und Logistikbereich eingesetzt werden können .
Vakuumisolationspaneele auf Basis poröser Wärmedämmstoffe, Polyurethanschaumplatten und gepressten Fasern als Kernmaterial mit Verbundfolien (z.B. Aluminiumverbundfolien bzw. sog.
Metallisierten) sind allgemein bekannt und hinlänglich
beschrieben (vgl. hierzu VIP-Bau.de)
Diese VIP-Technologie weist aber folgende gravierende Nachteile auf:
Wenn diese evakuierten Paneele durch Beschädigungen belüftet werden, so bedeutet dies das Ende der sehr guten Wärmedämmung.
Die Isolierwirkung entspricht dann nur mehr der der
eingesetzten Kernmaterialien
Die Lebensdauer ist durch die Diffusion von Gasen durch die
Barriere bzw. Hülle in die Vakuumpaneele, zeitlich begrenzt.
Bei kleinen Einheiten werden, durch Bildung von Wärmebrücken, die guten Dämmeigenschaften weitgehend wieder aufgehoben.
Für den Bausektor gelten speziell noch folgende Nachteile:
Durch die notwendigen, nahezu gasundurchlässigen Barrieren sind die Paneele nicht atmungsaktiv.
Handling und Verarbeitbarkeit vor Ort insbesondere auf
Baustellen sind schwierig, bzw. nicht möglich.
Aufgrund des Aufbaus der Folien ist eine Diffusion von
ümgebungsgasen (hauptsächlich Stickstoff, Sauerstoff, C02 und Wasserdampf) immer gegeben. Eine längere Lebensdauer ist somit nicht gegeben und vielmehr endlich.
Niedrigere Wärmeleitzahlen weisen poröse Wärmedämmstoffe z.B. auf Basis von pyrogener Kieselsäure auf (0,018 - 0,024 W/mK) .
Pyrogene Kieselsäuren werden durch Flammenhydrolyse von
flüchtigen Siliciumverbindungen wie z.B organischen und
anorganischen Chlorsilanen hergestellt. Diese so hergestellten pyrogenen Kieselsäuren weisen eine hohe poröse Struktur auf und sind hydrophil. Die Nachteile dieser porösen Wärmedämmstoffe auf Basis pyrogener Kieselsäuren sind daher:
Hohe Feuchtigkeitsaufnahme, damit steigende Wärmeleitzahlen und somit Nachlassen der Wärmedämmeigenschaften.
Im Bausektor kann dies zusätzlich zu Schimmelbildung führen Bei Verwendung in Vakuumpaneelen kann durch die
Feuchtigkeitsaufnahme ein Energietransport über Wassermoleküle stattfinden, welcher die Wärmeleitfähigkeit des Systems negativ beeinflussen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Probleme des Standes der Technik zu lösen, insbesondere die
Wärmedämmeigenschaften von Wärmedämmstoffen auf Basis poröser Dämmstoffe wesentlich zu verbessern, nachhaltig auf hohem
Niveau zu halten und durch Verdichtung oder Verpressung in anwendungstechnisch praktikable Formen zu bringen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Gegenstand der Erfindung sind Wärmedämmstoffe nach Anspruch 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen . Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass poröse
Wärmedämmstoffe im Wesentlichen aus hochdispersen, nanoskaligen Kieselsäuren, vorzugsweise pyrogenen Kieselsäuren, Infrarot- Trübungsmitteln und Fasern bestehen. Die erfindungsgemäßen Wärmedämmstoffe enthalten keine
Bindemittel in Form von Flüssigkeiten, die Partikel verkleben.
Es wurde nun aber gefunden, dass durch den Zusatz von
schwerflüchtigen Organosilanen oder schwerflüchtigen
Organosiloxanen während des Mischvorganges zur Herstellung poröser Wärmedämmmaterialien, die obigen Ziele erreicht werden. Diese Mischung ist unmittelbar nach der Zugabe verform- und verpressbar. Die Zugabe der schwerflüchtigen Organosilanen oder schwerflüchtigen Organosiloxanen geschieht in flüssigem oder gasförmigem Aggregatzustand . Wichtig ist eine intensive, homogene Durchmischung der Komponenten, damit die Reaktion (Hydrophobierung) von "Innen heraus" gewährleistet ist.
Prinzipiell ist es möglich, die schwerflüchtigen Organosilanen oder schwerflüchtigen Organosiloxanen auch den
Einzelkomponenten wie Kieselsäuren, Infrarot-Trübungsmitteln und Ersatzstoffen zuzugeben.
Die Reaktion der schwerflüchtigen Organosilane oder
schwerflüchtigen Organosiloxane mit den Silanolgruppen der Kieselsäure findet dabei vorzugsweise während des
Pressvorganges oder unmittelbar danach statt. Die Reaktion kann, je nach Bedarf, durch Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr
(Kühlung) und durch sog. Beschleuniger, das sind polare
Substanzen wie Wasser, Alkohole oder Chlorwasserstoff,
gegebenenfalls unter leichten Überdruck beschleunigt oder verzögert, also gesteuert werden. Überschussanteile oder
Spaltprodukte des Hydrophobiervorganges werden anschließend bei Temperaturen von vorzugsweise 70° C bis 130° C ausgeheizt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden die Wärmedämm- Materialien mit den schwerflüchtigen Organosilanen oder
schwerflüchtigen Organosiloxanen physikalisch imprägniert, d.h. die schwerflüchtigen Organosilane oder schwerflüchtigen
Organosiloxane adsorbieren auf den pulverförmigen
Einzelbestandteilen der Wärmedämm-Mischung ohne nachfolgende chemische Reaktion während oder nach dem Pressvorgang.
Die resultierenden Platten oder Formteile sind
materialdurchgängig nachhaltig hydrophob. Diese erfindungsgemäß hergestellten Wärmedämmstoffe zeichnen sich durch eine niedrige, konstante Wärmeleitfähigkeit λ in einem Bereich von vorzugsweise 0,014 - 0,045 W/mK, bevorzugt 0,015 - 0,040 W/mK, besonders bevorzugt 0,018 - 0,035 W/mK aus und ihre Dichte im Bereich von vorzugsweise 20 bis 500 kg/m^ bevorzugt 20 bis 250 kg/m3, besonders bevorzugt 20 bis 200 kg/m3 liegt.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform ist folgende Zusammensetzung: pyrogene Kieselsäure oder
Siliciumdioxidaerogele vorzugsweise 5-98 Gew.%, bevorzugt 10 - 80 Gew.%, besonders bevorzugt 20 - 70 Gew.%, Trübungsmittel vorzugsweise 3-50 Gew.%, bevorzugt 5-45 Gew.%, besonders bevorzugt 5-40 Gew.%, feinteilige anorganische weitere
Zusatzstoffe vorzugsweise 0-65 Gew.% bevorzugt 0-60 Gew.%, besonders bevorzugt 0-50 Gew.%.
Ferner zeichnen sich die erfindungsgemäßen Wärmedämmstoffe durch eine durchgehende hohe Hydrophobie aus. D.h. sie sind wasserabstoßend, wobei die Feuchtigkeitsaufnahme vorzugsweise kleiner 20 Gew.%, bevorzugt kleiner 10 Gew.%, besonders
bevorzugt kleiner 5 Gew.% und in einer speziellen Ausführung kleiner 1 Gew.% ist.
Bevorzugt handelt es sich bei den Wärmedämmstoffen um poröse Wärmedämmstoffe, dadurch charakterisiert, daß die Porosität ε der Wärmedämmstoff in einem Bereich von vorzugsweise 77% bis 99%, bevorzugt in einem Bereich von 89% bis 99% und besonders bevorzugt in einem Bereich von 91% bis 99% liegt, wobei der Porendurchmesser zwischen 20 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 20 nm und 200 nm und besonders bevorzugt zwischen 20 nm und 100 nm liegt. Die Porosität ε ist dabei definiert als ε = (1 - p/p0)xl00%, wobei p die Rohdichte des Wärmedämmstoffes und p0 die Reindichte ist. Der Porendurchmesser läßt erhalten mittels Quecksilber-Porosimetrie oder aus Gas-Adsorptionsisothermen.
Ferner zeichnen sich die erfindungsgemäßen Wärmedämmstoffe dadurch aus, daß sie wasserdampfdurchlässig sind. Ferner zeichnen sich die erfindungsgemäßen Wärmedämmstoffe dadurch aus, daß sie keine Brennbarkeit (Brandklasse A) aufweisen . Ferner zeichnen sich die erfindungsgemäßen Wärmedämmstoffe dadurch aus, daß sie vorzugsweise chemisch neutral und
bauphysiologisch unbedenklich sind.
Die erfindungsgemäß eingesetzten schwerflüchtigen Organosilanen oder schwerflüchtigen Organosiloxanen haben gegenüber den herkömmlichen Hydrophobiermitteln wie Stearaten, Siliconaten, Wachsen und Fetten, usw., den entscheidenden Vorteil, dass sie leicht als Ärosol verdüsbar sind, z. B. mittels handelsüblicher 1-Stoffdüsen, oder 2-Stoffdüsen, oder 3-Stoffdüsen, oder
Atomizern, und daher eine optimale Verteilung auf der
Kieselsäureoberfläche und eine chemische Reaktion mit den vorhandenen Silanolgruppen der Kieselsäure eingehen. Somit werden die hydrophilen Silanolgruppen durch organophile hydrophobe Gruppen vollständig, andauernd und durchgängig ersetzt. Die Dampfdrücke der eingesetzten schwerflüchtigen Organosilanen oder schwerflüchtigen Organosiloxane liegen oberhalb 250 mbar bei 20 Grad Celsius, bevorzugt oberhalb 500 mbar bei 20 Grad Celsius, besonders bevorzugt oberhalb 1000 mbar bei 20 Grad Celsius.
Die Siedepunkte der eingesetzten schwerflüchtigen Organosilane oder Organosiloxane sind vorzugsweise größer 130 °C bei
Normaldruck, bevorzugt größer 200 °C bei Normaldruck, besonders bevorzugt größer 500 °C bei Normaldruck und ganz besonders bevorzugt lassen sich die eingesetzten schwerflüchtigen
Organosilan oder Organosiloxane bei Normaldruck nicht
unzersetzt verdampfen..
Die schwerflüchtigen Organosilane oder Organosiloxane werden vorzugsweise als feinverteiltes Ärosol zugefügt. Dadurch ist eine optimale Verteilung der schwerflüchtigen Organosilane oder Organosiloxane auf der porösen Wärmedämmstoffmischung, ohne Zerstörung der Kieselsäurestruktur gewährleistet.
Die erfindungsgemäß eingesetzten schwerflüchtigen Organosilanen oder schwerflüchtigen Organosiloxanen haben gegenüber
leichtflüchtigen Organosilanen oder Organosiloxanen den
Vorteil, daß sie während des Herstellprozesses des
Wärmedämmstoffes nicht desorbieren und über das Abgas in die Umwelt entweichen.
Erfindungsgemäß kann hierbei auf den Einsatz von Bindemitteln, mit den weiter unten (Hohlbausteine) beschriebenen negativen Eigenschaften vollkommen verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Kernmaterial besteht aus porösen
Wärmedämmstoffen, die als Basismaterial bevorzugt pyrogene Kieselsäuren und Siliciumdioxid-Aerogel enthalten. Hinzu kommen vorzugsweise sog. Trübungsmittel, Fasern und/oder andere
Füllstoffe .
Pyrogene Kieselsäuren werden durch Flammenhydrolyse von
flüchtigen Siliciumverbindungen wie z.B organischen und
anorganischen Chlorsilanen hergestellt. Diese pyrogenen
Kieselsäuren weisen sich durch eine hohe poröse Struktur aus. Siliciumdioxid-Aerogelen werden durch spezielle
Trocknungsverfahren von wässrigen Siliciumdioxidgelen
hergestellt und weisen eine sehr hohe Porenstruktur auf und sind daher hoch wirksame Dämmstoffe.
Weitere Komponenten dieser Wärmedämmstoffe sind Verbindungen, die Wärmestrahlen im Infrarotbereich adsorbieren, streuen und reflektieren können. Sie werden allgemein als Infrarot- Trübungsmittel bezeichnet. Vorzugsweise weisen diese
Trübungsmittel im Infrarot-Spektralbereich ein Maximum zwischen vorzugsweise 1,5 und 10 m auf. Die Partikelgröße dieser
Teilchen liegt vorzugsweise zwischen 0,5 - 15 pm. Beispiele für derartige Substanzen sind vorzugsweise Titanoxide, Zirkonoxide, Ilmenite, Eisentitanate, Eisenoxide, Zirkonsilikate ,
Siliciumcarbid, Manganoxide und Ruß.
Die erfindungsgemäßen Wärmedämmstoffe weisen vorzugsweise folgende Zusatzstoffe auf: gefällte Kieselsäuren, pyrogene Kieselsäuren, Si02~haltige Flugstäube aus der elektrochemischen
Siliciumherstellung und der thermischen Rückstandsverwertung von flüchtigen Siliciumverbindungen sowie natürlich vorkommende Si02~haltige Verbindungen, thermisch aufgeblähte Mineralien.
Zur Armierung oder Bewehrung, also zur mechanischen
Verstärkung, werden Fasern mit eingesetzt. Diese Fasern können anorganischen oder organischen Ursprungs sein.
Beispiele für anorganische Fasern sind vorzugsweise Glaswolle, Steinwolle, Basalt-Fasern, Schlacken-Wolle und keramische
Fasern, die aus Schmelzen von Aluminium und/oder
Siliciumdioxid, sowie weiteren anorganischen Metalloxiden bestehen. Reine Siliciumdioxidfasern sind z.B. Silica-Fasern .
Organische Fasern sind vorzugsweise z.B. Cellulosefasern, Textilfasern oder Kunststofffasern .
Zum Einsatz kommen folgende Dimensionen:
Durchmesser vorzugsweise 1-12 pm, bevorzugt 6-9 μιη; Länge vorzugsweise 1-25 mm, bevorzugt 3-10 mm.
Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen können der
Mischung anorganische Füllmaterialien zugesetzt werden.
Zum Einsatz kommen vorzugsweise verschiedene, synthetisch hergestellte Modifikationen von Siliciumdioxid wie z.B.
gefällte Kieselsäuren, Lichtbogenkieselsäuren, Si02~haltige
Flugstäube, die durch Oxidationen von flüchtigem
Siliciuramonoxid, bei der elektrochemischen Herstellung von Silicium oder Ferrosilicium entstehen. Ebenso Kieselsäuren, die durch Auslaugen von Silikaten wie Calziumsilicat ,
Magnesiumsilicat und Mischsilicaten wie z.B. Olivin (Magnesium-
Eisensilicat)mit Säuren hergestellt werden. Ferner kommen zum Einsatz natürlich vorkommende Si02~haltige Verbindungen wie
Diatomenerden und Kieselguren. Ebenfalls können zur Anwendung kommen: thermisch aufgeblähte Mineralien wie vorzugsweise Perlite und Vermiculite. Je nach Bedarf können vorzugsweise feinteilige Metalloxide wie vorzugsweise Aluminiumoxid,
Titandioxid, Eisenoxid zugesetzt werden.
Das Kernmaterial muss nicht nur Wasser abstoßen, sondern auch die Anlagerung und Aufnahme von Feuchtigkeit verhindern.
Verursacher dieser Feuchtigkeitsaufnahme, sind auf der
Kieselsäure platzierte Silanolgruppen, an denen sich das Wasser anlagert. Es ist bekannt ( DE3037409 AI ), Kernmaterialien, die aus geschäumten Perliten bestehen, mit vorzugsweise Alkali- und/oder Erdalkalistearaten, Silikonaten, Wachsen und Fetten wasserabstossend zu gestalten. Mit diesen Substanzen findet vor allem eine Oberflächenbelegung, die unter dem Namen "coating" geläufig ist, statt. Die so behandelten Kernmaterialien sind zwar für flüssiges Wasser abstoßend, Absorbieren aber
Wasserdampf, in Form von Luftfeuchtigkeit, und führen damit zu einer Verschlechterung der Dämmeigenschaften. Aus der DE
4221716 AI zum Beispiel ist es bekannt, pyrogene Kieselsäuren mit Organosilanen umzusetzen und damit hydrophob, d.h. Wasser abweisend zu machen.
Derartige hydrophobe Kieselsäuren lassen sich aber nicht ausreichend verdichten und sind nicht verpressbar, da eine
Verzahnung der Kieselsäureteilchen der Silanolgruppen durch die Absättigung mit organischen Gruppen nicht mehr gegeben ist. Ebenfalls ist eine Verpressung einer mit hydrophober
Kieselsäure versehenen Mischung nicht möglich. Eine Verpressung ist aber für die Verfestigung und damit für die Verankerung in den Hohlräumen der Hohlbausteine unbedingt notwendig. Eine chemische Nachbehandlung des Dämmstoffes mit Organosilanen nach der Verpressung in den Hohlräumen ist sehr aufwändig, da eine Durchdringung des Kernmaterials nur sehr langsam mit hohem Druck (Autoklaven) erfolgen kann. Außerdem wird bei diesem Verfahren die Struktur des Kernmaterials zum Teil zerstört .
Als schwerflüchtige Organosilane werden vorzugsweise
Organosilane der allgemeinen Formel
Figure imgf000012_0001
eingesetzt,
wobei n und m 0, 1, 2, oder 3 sein können und die Summe n + m kleiner oder gleich 3 ist und
R! ein gesättigter oder einfach oder mehrfach ungesättigter, einwertiger, gegebenenfalls mit -CN, -NCO, -NR3, -COOH, - COOR3, -Halogen, -Acryl, -Epoxy, -SH, -OH oder -CONR3 2 substituierten Si-C gebundenen C1 -C20 -
Kohlenwasserstoffrest, bevorzugt ein Ci-Ci8- Kohlenwasserstoff-Rest, oder ein Arylrest, oder C]_-C]_5~
Kohlenwasserstoffoxyrest, bevorzugt ein C]_-Cg-
Kohlenwasserstoffoxy-Rest, besonders bevorzugt ein C1 -C -
Kohlenwasserstoffoxy-Rest, in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -0-, -CO-, -C00-, -OCO-, oder -0C00-, -S-, oder -
NR3- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, - N=, -N=N- , oder -P= ersetzt sein können, ist, wobei
R2 Wasserstoff oder ein gesättigter oder einfach oder mehrfach ungesättigter, einwertiger, gegebenenfalls mit -CN, -NCO, -
NR3 2, -COOH, -COOR3, -Halogen, -Acryl, -Epoxy, -SH, -OH oder -CONR32 substituierten Si-C gebundenen C]_-C20~
Kohlenwasserstoffrest, bevorzugt ein Ci-Cie- Kohlenwasserstoff-Rest , oder ein Arylrest, oder C^-C^- Kohlenwasserstoffoxyrest, bevorzugt ein C]_-Cg- Kohlenwasserstoffoxy-Rest , besonders bevorzugt ein C1-C4-
Kohlenwasserstoffoxy-Rest , in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -0-, -CO-, -C00-, -0C0-, oder -0C00-, -S-, oder - NR3- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, - N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, ist, wobei
die gleiche Bedeutung wie R2 hat, und R2 und R3, gleich oder verschieden sein können, ein C-0 gebundener C]_-Ci5-Kohlenwasserstoff-Rest , bevorzugt ein C^-Cg-Kohlenwasserstoff-Rest , besonders bevorzugt ein C]_-C3-Kohlenwasserstoff-Rest , oder ein Acetylrest, oder ein
Halogenrest, bevorzugt Chlor, oder ein OH-Rest bedeutet, oder
R1 iR2 jSi-Y-SiR1 iR2 j (II)
wobei R1 und R2 die oben genannte Bedeutung haben, i und j 0, 1, 2 oder 3 sein können und die Summe aus i + j gleich 3 ist und
Y die Gruppe NH oder -0- sein kann, mit der Maßgabe, daß die Siedepunkte der eingesetzten
schwerflüchtigen Organosilane größer 130 °C bei Normaldruck, bevorzugt größer 200 °C bei Normaldruck, besonders bevorzugt größer 500 °C bei Normaldruck sind oder ganz besonders
bevorzugt sich die eingesetzten schwerflüchtigen Organosilan bei Normaldruck nicht unzersetzt verdampfen lassen.
Als schwerflüchtige Organosiloxane werden vorzugsweise
Organosiloxane bestehend aus Bausteinen der allgemeinen Formeln
Figure imgf000014_0001
(R^SiOz/z) (III-b)
(R^iOa/z) (III-c)
Figure imgf000014_0002
(Si04/2) (Ill-e)
wobei die Bausteine in beliebigen Mischungen enthalten sein können, eingesetzt, mit der Maßgabe, daß die Siedepunkte der eingesetzten schwerflüchtigen Organosiloxane größer 130 °C bei Normaldruck, bevorzugt größer 200 °C bei Normaldruck, besonders bevorzugt größer 500 °C bei Normaldruck sind oder ganz
besonders bevorzugt sich die eingesetzten schwerflüchtigen Organosiloxane bei Normaldruck nicht unzersetzt verdampfen lassen,
wobei
R1, R2, R3 und X die oben genannte Bedeutung haben und jeweils gleich oder verschieden sein können, und und a und b 0, 1, 2, oder 3 sein können, mit der Maßgabe, daß die Summe a + b gleich 3 ist.
Vorzugsweise werden kettenförmige Organopolysiloxane
eingesetzt, bestehend vorzugsweise aus 2 Bausteinen der allgemeinen Formel III-a und vorzugsweise 1 bis 100000
Bausteinen der allgemeinen Formel III-b, bevorzugt 1 bis 50000 Bausteinen der allgemeinen Formel III-b, besonders bevorzugt 1 bis 10000 Bausteinen der allgemeinen Formel III-b, und
besonders bevorzugt 1 bis 5000 Bausteinen der allgemeinen
Formel III-b, R1 bevorzugt Methyl und X bevorzugt -OCH3 oder - OH. Die kinematische Viskosität der kettenförmigen Organosiloxane gemessen bei 25 °C beträgt vorzugsweise 1 mm2/s bis 100000 mm2/s, bevorzugt 2 mm2/s bis 50000 mm2/s und besonders bevorzugt 5 mm2/s bis 10000 mm2/s.
Vorzugsweise werden kettenförmige organofunktionelle
Organopolysiloxane eingesetzt, bestehend aus vorzugsweise 2 Bausteinen der allgemeinen Formel Ill-a und vorzugsweise 1 bis 100000 Bausteinen der allgemeinen Formel Ill-b und vorzugsweise 1 bis 500 Bausteinen der allgemeinen Formel Ill-d, bevorzugt 1 bis 50000 Bausteinen der allgemeinen Formel Ill-b und
vorzugsweise 1 bis 250 Bausteinen der allgemeinen Formel Ill-d, besonders bevorzugt 1 bis 10000 Bausteinen der allgemeinen Formel Ill-b und vorzugsweise 1 bis 200 Bausteinen der
allgemeinen Formel Ill-d, und ganz besonders bevorzugt 1 bis 5000 Bausteinen der allgemeinen Formel III-b und 1 bis 100 Bausteinen der allgemeinen Formel Ill-d, wobei Rl bevorzugt Methyl und R2 bevorzugt -CH2 -CH2 -CH2 - H2 oder -CH2 -CH2-CH2-NH-CH2 - CH2-NH2 ist.
Vorzugsweise werden vernetzte oder teilvernetzte
Organopolysiloxane, so genannte Siliconharze, eingesetzt, wobei es sich bevorzugt um solche handelt, die Bausteine der
allgemeinen Formel Ill-a und Bausteine der allgemeinen Formel Ill-e enthalten, besonders bevorzugt mit Rl gleich Methyl, a gleich 3 und b gleich 0, oder solche, die vorzugsweise
Bausteine der allgemeinen Formel III-c und Bausteine der allgemeinen Formel III-b enthalten, besonders bevorzugt mit Rl gleich Methyl. Die schwerflüchtigen Organosilane oder Organosiloxane können rein oder in beliebigen Gemischen eingesetzt werden. Die Zusatzmengen der schwerflüchtigen Silane oder
schwerflüchtigen Organosiloxane hängt von der spezifischen Oberfläche (BET-Oberfläche ) der Kieselsäuren, deren Anteil an der Mischung, sowie der Art der Silane ab. Die Zugabemenge liegt vorzugsweise zwischen 0,5-20 Gew.- Prozent, bevorzugt zwischen 1 und 10 Gew.- Prozent. Die Zugabe der Silane erfolgt während der Mischungsherstellung vorzugsweise in flüssiger Form, dabei ist es notwendig, dass eine innige Durchmischung der einzelnen Komponenten stattfindet.
Die Herstellung der porösen Wärmedämmstoffe kann generell in diversen Mischaggregaten stattfinden. Bevorzugt kommen jedoch Planetenmischer zur Anwendung. Hierbei ist es vorteilhaft, die Fasern zuerst mit einem Teil der zweiten Mischkomponenten als eine Art Masterbatch vorzumischen, um damit ein vollständiges Aufschließen der Fasern zu gewährleisten. Nach dem
Faseraufschluss erfolgt die Zugabe des grössten Teils der
Mischkomponenten. Als letztes in der Mischabfolge geschieht die Zugabe der schwerflüchtigen Silane oder schwerflüchtigen
Organosiloxane.
Nach Beendigung des Mischprozesses kann das Schüttgewicht der Mischung je nach Art und Menge der Komponenten zwischen
vorzugsweise 40 - 180 g/1, bevorzugt 40 - 90 g/1, betragen. Die Rieselfähigkeit der resultierenden porösen Mischung ist sehr gut, so dass sie problemlos und homogen zu Platten verpresst u. a. auch z. B. in die Hohlräume von Hohlbausteinen eingefüllt und verpresst werden kann. Beim Verpressen zu Platten, kann durch Festlegung auf bestimmte Plattenstärken, über das
Gewicht, die Dichte und infolge dessen auch die Wärmeleitzahl des Dämmstoffes wesentlich beeinflusst werden. Je geringer die Dichte der Platten ist, um so geringer ist die Wärmeleitzahl, und um so besser die Wärmedämmeigenschaften. Realistisch sind Dichten im Bereich von vorzugsweise 80 - 300 kg/m3 , bevorzugt 100 - 200 kg/m3 . Die auf die beschriebene Art hergestelltenporösen, hydrophoben Wärmedämmstoffe kommen erfindungsgemäß zum Einsatz:
als Dämmung in Bauhohlsteinen
als Kerndämmung bei mehrschaligen Bausteinen
als Kerndämmung für Vakuumisolationsplatten (VIP)
als Kerndämmung für Wärmedämmstoff erbundsysteme (WDVS) als Dämmung bei zweischaligen Mauerwerken
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Formkörper,
Bausteine, Bausysteme und Bauverbundsysteme, die die
erfindungsgemäßen Wärmedämmstoffe aufweisen, wobei diese
Formkörper, Bausteine, Bausysteme und Bauverbundsysteme aus den Wärmedämmstoffen teilweise oder vollständig bestehen. Ein Einsatz der in der Erfindung oben beschriebenen
hydrophoben, porösen Wärmedämmstoffe findet erfindungsgemäß in Bauhohlsteinen statt.
Hohlbausteine sind Bauelemente, die einen oder mehrere
Hohlräume aufweisen. Sie können aus anorganischen, keramischen Materialien, wie gebranntem Tongut (Ziegel) , Beton, Glas, Gips sowie Naturprodukten wie Naturstein, z.B. Kalksandstein bestehen. Vorzugsweise kommen Hohlbausteine aus Ziegel, Beton und Leichtbeton zur Anwendung.
Ausführungsformen sind Wandbausteine, Bodenplatten,
Deckenelemente und Vorbauelemente.
Es ist bekannt, dass die Hohlräume dieser Bauelemente mit porösem hohlraumstrukturierten Dämmmaterialien wie
Styroporschaum oder Perlite-Schaum gefüllt sein können ( DE 3037409 AI und DE-OS 2825508 ) . Diese Bauelemente werden als Hohlbausteine mit integrierter Wärmedämmung bezeichnet. Hohlbausteine mit integrierter Wärmedämmung, haben den Vorteil, dass der Ziegelhauscharakter bei der Bauausführung erhalten bleibt . Die Verwendung dieser Hohlbausteine mit integrierter
Wärmedämmung soll im Mauerwerk eine besonders hohe Wärmedämmung und eine günstige Wasserdampfdurchlässigkeit sowie kaum
Wasseraufnahme gewährleisten, zudem soll die Wärmespeicherung begünstigt werden.
Die Dämmmaterialien in diesen Hohlblocksteinen mit integrierter Wärmedämmung können sowohl organischen wie anorganischen
Ursprungs sein. An organischen Materialien werden als Isoliermaterial
geschäumte Polystyrolteilchen bevorzugt eingesetzt. Dabei sind die aufgeschäumten Kunststoffpartikel oberflächlich, unter Freilassung von gasdurchlässigen Zwischenräumen, miteinander verbunden und verankert.
Die Herstellung erfolgt durch Füllung der Hohlräume mit einer Schüttung von Styrolgranulat und anschließender Aufschäumung mit heißen Gasen, vornehmlich Wasserdampf. Derartige
Isolierbausteine zeichnen sich durch eine verbesserte
Wärmedämmfähigkeit aus. Von Nachteil ist, die Brennbarkeit der organischen Bestandteile dieser Bauelemente. Ebenso lässt die Wärmedämmfähigkeit durch die Aufnahme von Wasser/Feuchtigkeit mit der Zeit stark nach. Als anorganische Materialien für Hohlbausteine mit integrierter Wärmedämmung, kommen vorzugsweise geschäumte Perlite und
Vermiculite zum Einsatz. Bevorzugt werden geschäumte Perlite eingesetzt, die mit Bindemitteln wie wässrigen Dispersionen auf Basis von Vinylacetat- und Acrylvinylacetat-Copolymeren
abgebunden und verfestigt werden. Diese Füllungen weisen mit den notwendigen Bindungsmitteln einen hohen Anteil an brennbaren Komponenten auf, auch ist die resultierende Wärmedämmung nicht optimal.
Eine Abbindung und Verfestigung der Perlite kann ebenfalls mit Alkaliwassergläsern als Bindemittel erfolgen. Dieses Verfahren führt zu Kernmaterialien, die stark alkalisch, Wasser anziehend sind und zu Ausblühungen führen. Hinzu kommt, dass die schon von vornherein ungenügenden Wärmedämmeigenschaften noch weiter herabgesetzt werden. Die Verwendung von Kieselsol als
Bindemittel führt zu einem schlecht verfestigten Dämmmaterial mit hoher Wasseraufnahme und schlechten
Wärmeisoliereigenschaften .
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der beschriebenen
hydrophoben porösen Wärmedämmstoffe in Hohlbausteinen, werden die Wärmedämmeigenschaften dieser Steine wesentlich verbessert und nachhaltig auf hohem Niveau gehalten.
Erfindungsgemäß können die entsprechenden Wärmedämmstoffe zu maßgenauen Platten verpresst und in die Kammern der
Bauhohlsteine integriert werden, es kann aber auch die mit schwerflüchtigen Silanen oder schwerflüchtigen Organosiloxanen versetzte Mischung in die Kammern der Bausteine eingefüllt und mittels Presshilfen direkt in den Kammern verpresst werden. Alternativ können maßgenaue Platten aus zuvor hergestellten
Großplatten herausgeschnitten und in die Bausteine integriert werden .
Ebenfalls möglich ist eine Fixierung der Platten in den
Hohlräume mittels vorzugsweise PUR-Schaum oder anderer
Haftschäume, bzw. Kleber.
Desgleichen kann eine Umhüllung mit Vliesmaterialien, um z . B. eine mechanische Beeinflussungen und somit auch ein Ausstauben der Wärmedämmung zu verhindern, vorgenommen werden. Um hierbei die Wirksamkeit der erreichbaren Wärmdämmungen im Verhältnis zur Wirtschaftlichkeit optimal zu nutzen, sind erfindungsgemäßeffektive Kombinationen zwischen hocheffizienter hydrophober poröser Wärmedämmung mit herkömmlichen
Wärmedämmungssystemen mit geringeren Wärmedämmwirkungen möglich. Desgleichen können, je nach Einsatz und Dämmvermögen, einzelne oder mehrere Hohlkammern auch ohne
Wärmedämmmaterialien versehen sein.
Beispiele :
Im Folgenden sind ein Beispiel des erfindungsgemäßen separaten Kernmaterials (Ä) für Hohlbausteine und ein Vergleichsbeispiel herkömmlichen Kernmaterials (B) wiedergegeben.
Die Mischungen wurden in einem Zyklonmischer bei 3000 UpM durchgeführt . Zur Messung der Wärmeleitzahl (λ-Wert) , wurde aus dem Mischgut, auf einer hydraulischen Presse, bei einem Druck von ca. 50 kg/cm2 ein Formkörper mit den Dimensionen 250 x 250 x 25 mm gepresst . Mischung A:
Rezeptur :
Pyrogene Kieselsäure (BET-Oberfläche 200m2 /g; Erhältlich unter der Bezeichnung HDK® N20 bei der Wacker Chemie AG) 80 Gew. %
Glasfaser (Länge 6 mm; Stärke 7 μπι) 3 Gew.%
Rutil (Korngrösse ca. 10 μπι) 15 Gew.% Aminopolydimethylsiloxan (Aminzahl 3; kin. Viskosität bei 25 °C 30 mm2/s) %) 2 Gew. %
Gewicht der Gesamtmischung ) : 1025 g
30 g Fasern, 75 g Rutil und 200 g Kieselsäure wurden zunächst 3 min lang, zum Aufschluss der Fasern vorgemischt. Anschließend wurde der Rest der Festkomponenten (625 g Kieselsäure, 75 g Rutil) zugegeben und weitere 2 min gemischt. In diese Mischung wurden dann 20 g Äminopolydimethylsiloxans gegeben und eine weitere Minute gerührt.
Der fertigen Mischung wurden 312 g entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 250 x 250 x 25 mm verpresst.
Dieser Formkörper wurde anschließend 60 min bei 150 °C erhitzt.
Mischung B:
Rezeptur :
Geschäumtes Perlit 68 Gew.%
Kali-Wasserglas 32 Gew.% Gewicht der Gesamtmischung: 1000 g
Die Komponenten wurden 5 min lang im gleichen Mischaggregat wie (A) gemischt. 344 g der Mischung wurden zu einem Formkörper mit den gleichen Außenmassen wie (A) verpresst und anschließend 20 min lang auf 150 °C erhitzt.
Mischung C:
Rezeptur : Pyrogene Kieselsäure (BET-Oberflache 300 m2/g; Erhältlich unter der Bezeichnung HDK® T30 bei der Wacker Chemie AG) 84,5 Gew.%
Zellwolle 3 Gew.%
Ruß (Evonik, Flammruß 101) 10 Gew.%
OH-terminiertes Polydimethylsiloxan (Viskosität 30 mm2/s) 3 Gew %
Gewicht der Gesamtmischung : 1030 g
30 g Fasern, 100 g Russ und 200 g Kieselsäure wurden zunächst 3 min lang, zum Aufschluss der Fasern vorgemischt. Anschließend wurde der Rest der Festkomponenten (670g Kieselsäure) zugegeben und weitere 2 min gemischt. In diese Mischung wurden dann 30 g OH-terminiertes Polydimethylsiloxan gegeben und eine weitere Minute gerührt. Der fertigen Mischung wurden 187,5 g entnommen und zu einem
Festkörper der Außenmasse 250 x 250 x 25 mm verpresst. Dieser Formkörper wurde anschließend 60 min lang bei 125 C erhitzt.
Ergebnisse :
Mischung Masse (mm) Gewicht (g) Rohdichte g/1 λ-Wert mW/mK Hydrophobie
A 250x250x25 312,0 200 18 ja B 250x250x25 344,0 220 24 nein
C 250x250x25 187,5 120 22 ja
Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit: Poensgen-Plattenapparatur im Zweiplattenverfahren nach DIN EN 12667 in waagerechter Lage. Bestimmung der Hydrophobie: Auftragung eine Wassertropfens auf eine Platte. Sinkt der Tropfen im Zeitraum von 1 h ein:
Hydrophobie nein, sinkt der Tropfen im Zeitraum von 1 h nicht ein: Hydrophobie ja.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmedämmstoffe, die keine Bindemittel, in Form von
Flüssigkeiten aufweisen, die Partikel verkleben und mit schwerflüchtigen Organosilanen oder Organosiloxanen, deren
Siedepunkte größer 130 °C bei Normaldruck ist, behandelt sind, wobei die λ-Wärmeleitfähigkeit zwischen 0,014 und 0,040 W/mK liegt und die Dichte im Bereich von 50 bis 300 kg/m^ liegt. 2. Wärmedämmstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmstoffe folgende Zusammensetzung haben:
pyrogene Kieselsäure oder Siliciumdioxidaerogele 5-98 Gew.%, Trübungsmittel 3-50 Gew.%, weitere Zusatzstoffe 0-65 Gew.%. 3. Wärmedämmstoffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
dass die eingesetzten schwerflüchtigen Organosilane der allgemeinen Formel
Figure imgf000024_0001
entsprechen,
wobei n und m 0, 1, 2, oder 3 sein können und die Summe n + kleiner oder gleich 3 ist und
Rl ein gesättigter oder einfach oder mehrfach ungesättigte einwertiger, gegebenenfalls mit -CN, -NCO, -NRXR3, -COOH, - COOR2, -Halogen, -Acryl, -Epoxy, -SH, -OH oder -CONR2 2 substituierten Si-C gebundenen C]_-C20~
Kohlenwasserstoffrest , oder ein Arylrest, oder C^-C^-
Kohlenwasserstoffoxyrest ist, in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -0-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder - NR1- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, - N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können und X = Halogen, Stickstoffrest, OR3, OCOR3, 0(CH2)iOR3 bedeutet, wobei
R2 Wasserstoff oder ein gesättigter oder einfach oder mehrfach ungesättigter, einwertiger, gegebenenfalls mit -CN, -NCO, - RX2, -COOH, -COOR1, -Halogen, -Äcryl, -Epoxy, -SH, -OH oder
-CONR32 substituierten Si-C gebundenen Ci-C20~
Kohlenwasserstoffrest , oder ein Arylrest, oder C^-C^-
Kohlenwasserstoffoxyrest ist, in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -0-, -CO-, -COO-, -0C0-, oder -OCOO-, -S-, oder - NR1- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, - N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können und X = Halogen, Stickstoffrest, OR3, OCOR3, 0(CH2)iOR3 bedeutet, wobei
R3 die gleiche Bedeutung wie R2 hat und R2 und R3 gleich oder verschieden sein können,
X ein C-0 gebundener Ci-C]_5-Kohlenwasserstoff-Rest, oder ein
Acetylrest, oder ein Halogenrest oder ein OH-Rest bedeutet, und 1 = 1,
2,
3 bedeutet,
oder
Figure imgf000025_0001
sind, wobei
R1 und R2 die oben genannte Bedeutung haben, i und j 0, 1, 2 oder 3 sein können und die Summe aus i + j gleich 3 ist und
Y die Gruppe NH oder -0- sein kann, mit der Maßgabe, dass die Siedepunkte der eingesetzten schwerflüchtigen Organosilane größer 130 °C bei Normaldruck sind .
4. Wärmedämmstoffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die eingesetzten schwerflüchtigen
Organosiloxane aus Bausteinen der allgemeinen Formeln
Figure imgf000026_0001
(R^SiOz/z) (Ill-b)
(R^iOa/z) (III-c)
(R^SiOz/z) (Ill-d)
(Si04/2) (Ill-e) bestehen, wobei die Bausteine in beliebigen Mischungen enthalten sein können, mit der Maßgabe, dass die Siedepunkte der eingesetzten schwerflüchtigen Organosiloxane größer 130 °C bei Normaldruck sind, wobei
R1, R2 und R3 und X die oben genannte Bedeutung haben und jeweils gleich oder verschieden sein können, und und a und b 0, 1, 2, oder 3 sein können, mit der Maßgabe, dass die Summe a + b gleich 3 ist.
5. Wärmedämmstoffe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Infrarot- Trübungsmittel zum Einsatz kommen: Titanoxide, Zirkonoxide, Ilmenite, Eisentitanate, Eisenoxide, Zirkonsilikate,
Siliciumcarbid, Manganoxide und Ruße.
6. Wärmedämmstoffe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass sie folgende Zusatzstoffe aufweisen: gefällte
Kieselsäuren, pyrogene Kieselsäuren, Si02_haltige Flugstäube aus der elektrochemischen Silicxumherstellung und der
thermischen Rückstandsverwertung von flüchtigen
Siliciumverbindungen sowie natürlich vorkommende SiC^-haltige Verbindungen, thermisch aufgeblähte Mineralien.
7. Formkörper, Bausteine, Bausysteme und Bauverbundsysteme, dadurch gekennzeichnet, dass sie Wärmedämmstoffe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche aufweisen, aus ihnen teilweise oder vollständig bestehen.
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