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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft einen porösen Werkstoff, der durch Sinterung einer Mischung aus Silikat und einer anorganischen Verbindung erhältlich ist, wobei das Silikat ausgewählt ist aus natürlichem und geblähtem Perlit, Vermiculit, Natur- und Hüttenbims, Blähton und Blähglas und die anorganische Verbindung so gewählt ist, dass diese im Bereich der Sintertemperatur des ausgewählten Silikats ein Gas freisetzt. DOLLAR A Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung poröser Werkstoffe. Erfindungsgemäße poröse Werkstoffe finden Verwendung als Baustoff, Bauhilfsstoff oder Wärmedämmstoff mit Feuchteregulierung.
    公开号:DE102004006172A1
    申请号:DE102004006172
    申请日:2004-02-07
    公开日:2005-09-01
    发明作者:Dorothee Dr. Burkhard；Rolf Prof. Dr. Nüesch
    申请人:Forschungszentrum Karlsruhe GmbH；
    IPC主号:C04B38-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen porösenWerkstoff, ein Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung.
    [0002] SeitJahren sind im Bausektor Wärmedämmstoffein Plattenform (Dämmstoffplatten)oder als Schüttungenerhältlich.Mineralische Wärmedämmstoffez. B. auf der Basis von Silikaten wie natürlichem und geblähtem Perlit,Vermiculit, Natur- und Hüttenbims,Blähtonund Blähglassind feuerfest, im Allgemeinen chemisch resistent und umweltfreundlich.
    [0003] Vonbesonderem Interesse ist hierbei das vulkanische Gestein Perlit,das durch schockartiges Erhitzen und Expandieren oberhalb von 1000°C gebläht werdenkann. GeblähterPerlit weist eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeitvon 0,045 W/m·Kauf und wird daher als körnigeHohlraumfüllung(Haufwerk) in der Fassadendämmungoder als Ausgleichsschüttungunter Trockenestrich eingesetzt.
    [0004] Perlit-Plattenfinden insbesondere bei Flachdächernoder Parkdecks Verwendung, wobei deren Wärmedämmung im Vergleich zur Schüttung deutlich geringerist. Aus der DE 19712 835 A1 sind Formkörperaus Leichtzuschlagstoffen wie Perlit und Vermiculit bekannt, dieunter Zugabe eines Alkalisilikats als Bindemittel durch Sinterungbei einer Temperatur zwischen 400°Cund 1000°Chergestellt werden. Die EP0 475 302 A1 offenbart ein Verfahren, Perlit-Platten durchZugabe eines Natriumsilikatbinders bei einem Druck zwischen 2,07und 35,49 bar und einer Temperatur zwischen 65 und 204°C herzustellen.
    [0005] Ausder DE 199 23 144A1 ist ein feuerfester Wärmedämmstoff aus Vermiculiten oderPerliten bekannt, dem 5-30% Mikrohohlkugeln zugesetzt werden. Die DE 198 09 590 A1 beschreibtFeuerfestformkörper,die aus Metakaolin, Siliziumdioxid, Alkali silkat (Wasserglas) sowie30-70 Gew.-% Perlit und/oder Vermiculit gebildet werden.
    [0006] Schließlich sindaus der DE 198 41054 A1 Hohlkammerziegel bekannt, deren Luftkammern zur Steigerungder Wärmedämmung miteinem Trocken-Dünnbettmörtel, derPerlit, Vermiculit oder Bims als Leichtzuschlag enthält, gefüllt werden.
    [0007] Ausgehendhiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen weiterenWerkstoff aus anorganischen Bestandteilen vorzuschlagen. Es istweiterhin die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahrenzur Herstellung eines solchen Werkstoffs sowie dessen Verwendunganzugeben.
    [0008] DieseAufgabe wird in Bezug auf den Werkstoff durch die Merkmale des Anspruchs1, in Bezug auf das Verfahren durch die Verfahrensschritte des Anspruchs6 und in Bezug auf die Verwendung durch die Ansprüche 14 bis17 gelöst.Die Unteransprüche beschreibenjeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
    [0009] Einerfindungsgemäßer poröser Werkstoff umfasstdas Sinterprodukt einer Mischung aus Silikat und einer anorganischenVerbindung. Als Silikat dient ein natürliches Silikat (Glas oderMineral) wie natürlicheroder geblähterPerlit, Vermiculit, Natur- oder Hüttenbims, Blähton oderBlähglas.
    [0010] Alsanorganische Verbindung wird eine Verbindung gewählt, die im Bereich der Sintertemperatur desgewähltenSilikats ein Gas freisetzt. Vorzugsweise sind Carbonate oder anorganischeStickstoffverbindungen wie Nitride, Nitrite und Nitrate hierfür geeignet.Weniger geeignet sind zum Beispiel Schwefelverbindungen, da diesewenig umweltfreundlich sind bzw. toxische Eigenschaften aufweisen.
    [0011] DieErfindung basiert darauf, dass durch Zugabe der anorganischen Komponentezu einem Silikatglas oder -mineral durch gezieltes Aufschmelzen einporösesSilikatglas hergestellt wird, dessen Dichte im Bereich zwischen0,2 und 0,6 g/cm3 liegt. Das erfindungsgemäße Sinterproduktbesteht aus einem porösenSilikat, das eine multi-modale Porenverteilung im μm- und mm-Bereichbesitzt, wobei die einzelnen Poren miteinander verbunden sind (kommunizieren).
    [0012] Ineiner bevorzugten Ausgestaltung bildet eine Mischung aus geblähtem Perlitund Natriumcarbonat Na2CO3 dieGrundlage fürdas erfindungsgemäße Sinterprodukt.Grundsätzlichkommt füreinen erfindungsgemäßen porösen Werkstoffjedes Silikat in Frage, soweit es für dieses ein geeignetes Carbonatoder eine geeignete Stickstoffverbindung gibt.
    [0013] ZurHerstellung erfindungsgemäßer Werkstoffewird die Silikat-Komponentein Verfahrensschritt a) bereitgestellt und in Verfahrensschrittb) mit einer anorganischen Verbindung vermischt. Diese Verbindungist so zu wählen,dass seine Schmelztemperatur im Bereich der Sintertemperatur desSilikats liegt. Vorzugsweise liegt diese sogar geringfügig, d.h.ca. 10-50 K, höherals die Sintertemperatur. Die Mischung wird rasch und kurzzeitigbis zum Schmelzpunkt dieser Mischung erhitzt, so dass partiell einGas (im Falle eines Carbonats Kohlendioxid CO2)entweicht und hierbei die Schmelze porosiert. Die Verfahrensschrittec) und d), d. h. das Erhitzen und Sintern der Mischung, dauern zusammentypischerweise 1-15 Minuten. Der poröse Werkstoff wird schließlich gemäß den Verfahrensschrittene) und f) nach Abkühlender gesinterten Mischung entnommen.
    [0014] Anstelleder Sintertemperatur ist darüberhinaus jede andere Temperatur, bei der die Silikat-Komponente eineReaktion erfährt,wie z. B. eine Entwässerung,geeignet.
    [0015] DerSilikat-Komponente wird ein Blähmaterialbeigefügt,dessen Entgasung bei einer Temperatur erfolgt, die vorzugsweiseim Bereich der Sintertemperatur des Silikats liegt. In der Praxisist hierbei zu berücksichtigen,dass es bei der Mischung der beiden Komponenten Silikat und Blähmaterialzu einer Schmelzpunkterniedrigung kommt, d.h. die Entgasung mussmöglichstin der Näheder Schmelztemperatur liegen. Entweicht zu viel Kohlendioxid bzw. stickstoffhaltigesGas steigt der Schmelzpunkt der Mischung an.
    [0016] Ineiner bevorzugten Ausgestaltung wird geblähter Perlit zur Herstellungeines formstabilen Wärmedämmstoffesauf mineralischer Basis gewählt. Geblähter Perlitist ein Haufwerk eines hochporösen Granulates,das jedoch keine eigene Formstabilität aufweist. Als mineralischerRohstoff ist er jedoch bereits feuerfest und chemisch weitestgehendresistent.
    [0017] Überraschenderweiselässt sichin dieser bevorzugten Ausgestaltung ein Wärmedämmstoff mit geringer Dichteherstellen, der gleichzeitig feuchteregulierend wirkt. Es wurdebeobachtet, dass beim Abkühlendes Sinterprodukts aus einer Mischung aus geblähtem Perlit und Natriumcarbonateine neue Komponente mit feuchteregulierenden Eigenschaften, undzwar Natrium-Zeolith, ausfällt.Mit Natrium-Zeolithen, die beim Abkühlen in den Porenräumen ausblühen, erreichtman die Herstellung eines feuchteregulierenden Wärmedämmstoffs in einem einzigenHerstellungsschritt.
    [0018] AufwachsendeNatrium-Zeolithe sind insbesondere zur Feuchteregulierung geeignet.Aufgrund ihrer großeninternen Oberflächevon 50-1000 m2/g sind Natrium-Zeolithe inder Lage, Feuchte aus der Dampfphase reversibel einzubauen. Mitanderen Worten: Natrium-Zeolithe können Feuchte sowohl adsorbierenals auch desorbieren.
    [0019] Esgibt eine Vielzahl von Wärmedämmstoffenauf mineralischer Basis. Diese Materialien regulieren jedoch dieFeuchte nicht, sondern verlieren bei der Aufnahme von Feuchte einenGroßteilihrer Wärmedämmeigenschaften.Die Bereitstellung einer zusätzlichenEigenschaft wie der Feuchteregulierung stellt einen erheblichenVorteil fürdie Baubranche dar.
    [0020] Indieser bevorzugten Ausgestaltung besitzt der Werkstoff aus Perlitund Natriumcarbonat Na2CO3 zusätzlich zurWärmedämmung dieEigenschaft der Raumfeuchteregulierung, die insbesondere dazu geeignetist, um gezielt Baufeuchte abzuleiten, Schimmelpilzbildung zu vermeidenoder einfach, um ein angenehmes Raum- und Wohnklima zu schaffen. Während inherkömmlichenWärmedämmstoffendie Wärmedämmung mitzunehmender Luftfeuchte abnimmt, ist in erfindungsgemäßen Werkstoffendarüberhinaus die Wärmedämmung vom Feuchtigkeitsgradabgekoppelt, da die Wärmebrücken nichtidentisch mit dem feuchteregulierenden Material (Natrium-Zeolith)sind.
    [0021] Erfindungsgemäße Werkstoffelassen sich daher als Wärmedämmstoffzum Beispiel in Form von Dämmstoffplattenverwenden, sie sind aber insbesondere als feuchteregulierender Wärmedämmstoffetwa in Form einer Dämmstoffplattemit feuchteregulierenden Eigenschaften einsetzbar. Generell lassensich erfindungsgemäße Werkstoffeoder hieraus hergestellte Granulate als Baustoff oder Bauhilfsstoffeinsetzen.
    [0022] DieErfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. DieAbbildungen zeigen
    [0023] 1 DifferentialeThermoanalyse (Differential Scanning Calorimetry DSC) von geblähtem Perlit inLuft. Die Heizrate betrug 20 K/min. Bei ca. 700°C beginnt exotherm der Sinterprozess.
    [0024] 2 DifferentialeThermoanalyse (DSC) eines Gemisches aus geblähtem Perlit und Natriumcarbonatim Gewichtsverhältnis1:1, aufgenommen an Luft. Die Heizrate betrug 20 K/min. Der endothermePeak bei ca. 850°Cliegt bei der Schmelztemperatur des Carbonats (852°C).
    [0025] 3 Aufnahmeeines verfestigten formstabilen Perlits, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahrenhergestellt wurde.
    [0026] 4 Aufnahmenmit dem Bin-Okular zeigen Poren im Sinterprodukt aus geblähtem Perlitund Natriumcarbonat in mm-Größe. Maßstab: 1000 μm und 500 μm.
    [0027] 5 Aufnahmenmit dem ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope) zeigendie poröseStruktur im Sinterprodukt aus geblähtem Perlit und Natriumcarbonatin multimodaler Verteilung im μm-Bereich.Im rechten Bild sind die beim Abkühlen ausgeblühten Natrium-Zeolithe,die Feuchtigkeit regulieren können,zu erkennen.
    [0028] 2g geblähterPerlit wird mit 2 g Natriumcarbonat Na2CO3 im Gewichtsverhältnis 1:1 vermischt und ineinem zylindrischen Tiegel in einem Kammerofen bei 800°C für 15 Minutengetempert. Man erhält soeinen formstabilen Zylinder (3), derPoren im Mikrometer-Bereich aufweist (4), in denenNatrium-Zeolith ausgeblühtist (5). Abweichungen des anfänglichen Gewichtsverhältnissesum wenige Prozent sind belanglos für das Ergebnis. Wird für die angegebeneMenge an Perlit und Carbonat eine Temperzeit von 10-15 Minuten überschritten,verliert das Sinterprodukt seine Formstabilität.
    [0029] DieDSC-Aufnahme (Differential Scanning Calorimetry) in 1 zeigt,dass geblähterPerlit ab ca. 700°Czu sintern beginnt. Der Schmelzpunkt von Natriumcarbonat Na2CO3 liegt bei 852°C. DSC-Aufnahmeneines Gemisches aus Na2CO3 undgeblähtemPerlit im Gewichtsverhältnisvon 1:1 zeigen, dass die Mischung bei ca. 800°C aufzuschmelzen beginnt unddass der endotherme Schmelzpeak praktisch mit demjenigen von Na2CO3 zusammenfällt (852°C). BeimAbkühlenwird Natrium-Zeolith, der feuchteregulierend wirkt, zur Ausfällung gebracht.Da die Feuchteregulierung überdie Natrium-Zeolithe erfolgt und nicht über das Glas, bleibt die Wärmedämmung vonder jeweils herrschenden Feuchtigkeit unbeeinträchtigt.
    [0030] Aufgrundvon Schmelzpunkterniedrigung kommt es bereits beim Tempern bei 800°C zur Aufschmelzungdes Gemisches von geblähtemPerlit und Na2CO3.Hierbei werden zwei Glaskomponenten mit unterschiedlichem Natrium-Gehaltgebildet. EDS-Analyse ergab, dass der ursprüngliche Perlit angeschmolzenwird und sich zwei Mischschmelzen mit verschiedenem Natrium-Gehaltbilden. Während desAufschmelzens entweicht Kohlendioxid partiell, was aufgrund derrelativ hohen Viskositätdes Silikatglases zur Ausbildung von Poren im Bereich von einigen μm bis einigenmm führt.
    [0031] DieDichte des erfindungsgemäß hergestelltenSinterkörpersliegt bei ca. 0,5 g/cm3, während dessenStoffdichte 2,1 g/cm3 beträgt. DessenDruckfestigkeit ist größer als1500 kN/m2. ESEM-Aufnahmen (5)zeigen, dass auf der Oberflächedes Materials Natrium-Zeolithe ausgeblüht sind, die für ihre guteFeuchtigkeits-Adsorption und -Desorption bekannt sind. Legt mandas Sinterprodukt in Wasser, werden die Natrium-Zeolithe herausgelöst, undzwar bereits nach 5 Minuten. Der Wärmedämmstoff selbst bleibt unversehrt,auch nach dreiwöchigerLagerung in Wasser.
    权利要求:
    Claims (17)
    [1] PoröserWerkstoff, erhältlichdurch Sinterung einer Mischung aus Silikat und einer anorganischen Verbindung,wobei – dasSilikat ausgewähltist aus natürlichemund geblähtemPerlit, Vermiculit, Natur- und Hüttenbims, Blähton undBlähglasund – dieanorganische Verbindung so gewähltist, dass diese im Bereich der Sintertemperatur des ausgewählten Silikatsein Gas freisetzt.
    [2] PoröserWerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischeVerbindung ausgewähltist aus Carbonaten und anorganischen Stickstoffverbindungen.
    [3] PoröserWerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die MischunggeblähtenPerlit und Natriumcarbonat Na2CO3 umfasst.
    [4] PoröserWerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dessenPoren Natrium-Zeolithe auftreten.
    [5] PoröserWerkstoff nach einem der Ansprüche 1bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Dichte im Bereich zwischen0,2 g/cm3 und 0, 6 g/cm3 liegt.
    [6] Verfahren zur Herstellung eines porösen Werkstoffs,umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstelleneines Silikats, ausgewähltaus natürlichemund geblähtemPerlit, Vermiculit, Natur- und Hütten bims,Blähtonund Blähglas, b)Mischen des Silikats mit einer anorganischen Verbindung, die imBereich der Sintertemperatur des gewählten Silikats ein Gas freisetzt, c)Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur im Bereich der Sintertemperaturdes Silikats, wodurch Gas aus der anorganischen Verbindung freigesetztwird, d) Sintern der Mischung, wodurch sich eine Silikatschmelzebildet, in die freigesetztes Gas eindringt, wodurch in der SilikatschmelzePoren erzeugt werden, e) Abkühlen der Mischung, und f)Entnehmen des so hergestellten porösen Werkstoffs.
    [7] Verfahren zur Herstellung eines porösen Werkstoffsnach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperaturder anorganischen Verbindung oberhalb der Sintertemperatur des ausgewählten Silikatsliegt.
    [8] Verfahren zur Herstellung eines porösen Werkstoffsnach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als anorganischeVerbindung ein Carbonat oder eine Mischung aus Carbonaten gewählt wird,die im Bereich der Sintertemperatur des Silikats Kohlendioxid CO2 freisetzen.
    [9] Verfahren zur Herstellung eines porösen Werkstoffsnach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine anorganischeStickstoffverbindung gewähltwird, die im Bereich der Sintertemperatur des Silikats Stickstoffoder ein stickstoffhaltiges Gas freisetzt.
    [10] Verfahren zur Herstellung eines porösen Werkstoffsnach einem der Ansprüche6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass geblähter Perlit mit NatriumcarbonatNa2CO3 gemischtwird.
    [11] Verfahren zur Herstellung eines porösen Werkstoffsnach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterung beieiner Temperatur zwischen 780°Cund 820°Cerfolgt.
    [12] Verfahren zur Herstellung eines porösen Werkstoffsnach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterung beieiner Temperatur zwischen 790°Cund 810°Cerfolgt.
    [13] Verfahren zur Herstellung eines porösen Werkstoffsnach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzenund das Sintern im Zeitraum von zusammen 1 Minute bis 15 Minutenerfolgen.
    [14] Verwendung des porösen Werkstoffs nach Anspruch1 bis 5 als Baustoff.
    [15] Verwendung des porösen Werkstoffs nach Anspruch1 bis 5 als Bauhilfsstoff.
    [16] Verwendung des porösen Werkstoffs nach Anspruch1 bis 5 als Wärmedämmstoff.
    [17] Verwendung des porösen Werkstoffs nach Anspruch3 bis 5 als feuchteregulierenden Wärmedämmstoff.
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    法律状态:
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    2012-12-20| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20120901 |
    优先权:
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