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Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Element, insbesondere für den Innenraum von Gebäuden oder Fahrzeugen, wobei das schallabsorbierende Element ein Trägerteil und ein schallabsorbierendes Beschichtungsmittel auf der Oberfläche und/oder im Inneren des Trägerteils besitzt.
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Bekannt sind Schallschutzelemente für Bauten und Fahrzeuge, insbesondere Decken und Wandelemente, welche aus Fasermatten bestehen, wobei vor dem Verpressen die Fasern mit einem Bindemittel versetzt werden, welches beim Verpressen aushärtet. Dies ist beispielsweise beschrieben im Dokument
DE 197 25 712 A1 . Solche zu Faserplatten verfestigten Fasermatten können auch mehrschichtig aus unterschiedlich stark verpressten Faserlagen aufgebaut sein, insbesondere aus einer dickeren schwarzen Basisplatte mit zwei äußeren Faserlagen aus gefärbten. Hierbei bleibt die Kante oft unverleimt, so dass sich eine Haribo-Optik ergibt. Solche Schallschutzelemente können beispielsweise als Raumteiler in Großraumbüros verwendet werden. Die Fasern sind isotrop ausgerichtet in den Faserplatten enthalten und die vielen in den Faserplatten enthaltenen Fasern haben zusammen eine große Oberfläche, wodurch die Faserplatte ein hohes Absorptionsvermögen aufweist. Eine Erhöhung des Schallabsorptionsvermögen ist beispielsweise durch eine Erhöhung der Dicke der Faserplatte oder über die Herstellung eines Verbundelements aus mehreren gleichen oder unterschiedlichen Schallabsorptionslagen möglich, offenbart im Dokument
DE 20 2016 100 525 U1 . Bei verschiedenen Anwendungszwecken ist jedoch eine größere Dicke des schallabsorbierenden Elements aufgrund des damit verbundenen Gewichts bzw. Raumbedarfs nicht gewünscht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein schallabsorbierendes Element zur Verfügung zu stellen, welches für unterschiedliche Anwendungszwecke auch bei geringem Raumbedarf und geringem Gewicht einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem schallabsorbierenden Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Ausführungen beschreiben die Unteransprüche.
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Ein solches schallabsorbierendes Element umfasst ein Trägerteil mit einem schallabsorbierenden Beschichtungsmaterial. Das Trägerbauteil kann ein textiles Flächenelement sein, z.B. ein Vlies in Form einer Fasermatte, eine Gewebelage oder eine Lage aus einem Gewirke oder Gelege oder eine Kombination der vorgenannten textilen Flächenelemente. Ein solches Trägerbauteil besteht aus Fasern aus Mono- oder Multifilamenten und hat aufgrund der vorhandenen Fasern bereits selbst eine hohe Oberfläche zur Schallabsorption. Darüber hinaus kann das Trägerelement auch ein Flächenelement aus Papier, beispielsweise einer Tapete, oder eine Kunststofffolie sein.
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Das schallabsorbierende Beschichtungsmaterial ist abhängig vom Aufbau des Trägerteils an der Oberfläche des Trägerteils oder auch in inneren des Trägerteils vorgesehen. Das Beschichtungsmaterial besteht aus mikrofeinen, offenporigen, mineralischen Partikeln, welche mittels eines Bindemittels am Trägerteil haften. Bei diesen mikrofeinen Partikeln handelt es sich um Partikel einer mittleren Partikelgröße von 0,01 bis 100 µm, vorzugsweise 0,01 bis 10 µm. Diese mineralischen Partikel bestehen aus anorganischen Partikel, vorzugsweise aus Silikaten mit mikroporöser offenporiger Gerüststruktur. Dies können beispielsweise offenporige Partikel aus Bimsstein, aus Basalt, aus Lavagestein, aus Blähglas oder aus natürlichen bzw. synthetischen Zeolithen sein. Solche offenporigen, anorganischen Partikel weisen eine Dichte von etwa 1000 kg/m3 auf, d.h. schwimmen im Wasser. Einsetzbar sind Partikel mit einer Dichte von 900 bis 4000 kg/m3. Diese offenporigen, mikrofeinen Partikel haben eine hohe Absorptionsfläche und vergrößern somit die Absorptionsfläche eines Trägerteils beträchtlich.
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Bei der Verwendung eines textilen Flächenelements als Trägerteil wird durch Anlagerung der mikrofeinen, offenporigen, mineralischen Partikel die Absorptionsoberfläche der Fasern erhöht und somit die Schallabsorption verbessert. Bei diesen textilen Flächenelementen werden die mineralischen mikrofeinen Partikel mittels eines Bindemittels an deren Oberfläche und im Inneren des textilen Flächenelements gehalten. Bei einem solchen Bindemittel handelt es sich um Polymere. Beispielsweise können thermoplastische Elastomere, vorzugsweise auf Urethanbasis eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind aliphatische Polyurethane als Bindemittel.
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Bei einem Trägerbauteils aus einem Flächenelement aus Papier können die mikroporösen, offenporigen Partikel auf der Oberfläche dieser Tapete gleichmäßig aufgebracht sein und mittels eines Bindemittels an den Papierfasern haften. Für andere Anwendungszwecke kann das Trägerbauteil aus einer Kunststofffolie bestehen, auf der eine Beschichtung aus den offenporigen, mineralischen Partikeln zusammen mit dem Bindemittel aufgetragen ist und die mineralischen Partikel mit Hilfe des Bindemittels an der Kunststoffoberfläche der Folie haften.
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Das Verfahren zur Herstellung eines solchen schallabsorbierenden Elements umfasst die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen eines zu beschichtenden Trägerteils,
- - Herstellung eines Beschichtungsmittels durch Erzeugen einer wässrigen Dispersion mit gleichmäßig darin verteilten mikrofeinen, offenporigen, mineralischen Partikeln unter Zugabe eines Bindemittels und unter Zuhilfenahme eines Dispergiermittels,
- - Beschichten des Trägerteils mit dem Beschichtungsmittel,
- - Trocknen des beschichteten Trägerbauteils bei Temperaturen von 100 bis 180 °C.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung eines schallabsorbierenden Elements, insbesondere eines beschichteten textilen Flächenelements, wo das Beschichtungsmaterial aus mikrofeinen, offenporigen, mineralische Partikeln besteht, welche mittels eines Bindemittels am den Fasern des textilen Flächenelements haften. Eine solche Faser ist 1 gezeigt. Diese Prinzipskizze zeigt in einer vergrößerten Darstellung eine Faser 3 eines textilen Flächenelements mit den mikroporösen, offenporigen Partikel 1 auf der Faseroberfläche, wobei die Partikel 1 mittels eines Bindemittels 2 an der Faser 3 haften. Zur Herstellung eines schallabsorbierenden Elements werden die mikrofeinen, offenporigen, mineralischen Partikel 1 in Wasser eingerührt, d.h. eine Slurry vorbereitet. In diese Slurry wird das Bindemittel 2 eingerührt. Handelt es sich beispielsweise um aliphatische Polyurethane, so lagern sich diese Polyurethane 2 an die mineralischen Partikel 1 in der Slurry an, wobei die aliphatischen Ketten der Polyurethane 2 nach außen von der Partikeloberfläche ab ragen, siehe die prinzipielle Darstellung eines solchen stark vergrößerten Partikels 1 in 3. Durch Zugabe eines Dispergiermittels, d.h. eines grenzflächenaktiven Mittels, wie beispielsweise Seifen, wird die gleichmäßige Verteilung der mineralischen Partikel in einer wässrigen Dispersion unterstützt. Wird eine solche wässrige Dispersion auf ein Trägerteil aufgetragen, sorgt das Bindemittel für die Haftung an der Oberfläche des Trägerteils, d.h. bei textilen Trägerbauteilen für die Haftung an der Oberfläche jeder Faser des Textils, siehe 2. Hierbei verankern sich insbesondere die aliphatischen Ketten des Polyurethans 2 stärker an der Oberfläche der Faser 3 als an der Oberfläche der Partikel 1. Durch das vorhandene Dispergiermittels wird eine solche Filmbildung auf der Faseroberfläche beeinflusst und zwar in der Weise, dass die Polyurethane 2 stärker an der Faser 3 haften als an den offenporigen Mineralpartikeln 1. Die aliphatischen Polyurethane 2 ziehen sich beim Anlagern an die Faser 3 auf die Faseroberfläche, wodurch der äußere Bereich der mineralischen Partikel 1 wieder freigelegt wird und als offenporiger Bereich schallabsorbierend wirksam werden kann. In 2 sind die freigelegten Poren 4 der Partikel 1 gezeigt.
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Abhängig von der Form und Zusammensetzung des Trägerteils kann ein unterschiedliches Beschichtungsverfahren für das Trägerteil ausgewählt werden. So ist nach einer Ausführungsform eine Beschichtung durch Besprühen der Trägerteiloberfläche mit der wässrigen Dispersion oder durch Eintauchen eines Trägerteils in die wässrige Dispersion möglich. Bei textilen Flächenelementen wird eine solche Vollbadimprägnierung (Foulardierung) insbesondere auf einer Foulardmaschine vorgenommen. Hier wird das textile Substrat durch einen Trog mit dem wässrigen Dispergiermittel geleitet. Danach wird das ausgerüstete textile Substrat durch zwei oder mehrere Walzenpaare geleitet, um den Überschuss an Beschichtungsmaterial auf ein genau definiertes Maß abzuquetschen, bevor das beschichtete textile Trägerteil einer Trocknung zugeführt wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird die wässrige Dispersion eingedickt und eine Beschichtungspaste hergestellt, die durch Bestreichen oder Bedrucken auf die Trägerteiloberfläche aufgetragen wird. Auch hier wird überschüssiges Beschichtungsmaterial abgerakelt. Beim Bedrucken mit Beschichtungsmaterial ist es darüber hinaus möglich, das Beschichtungsmaterial teilflächig auf das Trägerteil aufzubringen, beispielsweise auch in Form eines Musters.
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Das Beschichtungsmittel, insbesondere die wässrige Dispersion, kann zusätzlich Farbpigmente enthalten, so dass das schallabsorbierende Element in einem Verfahrensschritt mit dem schallabsorbierenden Beschichtungsmaterial beschichtet und eingefärbt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass bereits 0,1 g/l an mikrofeinen, offenporigen, mineralischen Partikeln in der wässrigen Dispersion eine merkliche schallabsorbierende Wirksamkeit im mittelfrequenten Bereich zeigen. Merkliche Verbesserungen sind bei 10 bis 20 g/l nachgewiesen, siehe nachfolgende Graphik. Hier ist ein Vergleichsmuster (4, durchgezogene Linie), nämlich ein flächiges Nadelvlies aus Polyethylentherephthalat-Faser (PET-Fasern) mit einem Flächengewicht von 530g/qm und zwei weitere gleiche mit mikrofeinen, offenporigen, Lava-Partikeln beschichtet Nadelvliese vermessen worden wurden.
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Für die erfindungsgemäßen Schallabsorptionselemente wurden die gleichen Nadelvliese wie beim Vergleichsmuster verwendet und einerseits mit 10g/l Partikeln (4, Kurzstrich-Linie) und andererseits mit 20 g/l Partikeln (Fig. 4, Langstrich-Linie) beschichtet. Die Messung der Schallabsorption erfolgte nach dem KUND'schen Rohr. Es zeigt sich im Frequenzbereich ab 630 Hz eine erhöhte Schallabsorption durch die erfindungsgemäße Beschichtung mit den mineralischen, offenporigen Partikeln.
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Neben einem verbesserten Schallabsorptionsvermögen zeigt das schallabsorbierende Element weitere Vorteile. Das Beschichtungsmaterial ist gesundheitlich unbedenklich und kann für die verschiedensten Anwendungszwecke eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist, dass die offenporigen Partikel des Beschichtungsmaterials zusätzlich auch Gerüche absorbieren, was insbesondere bei schallabsorbierenden Innenraumteilen von Vorteil ist, beispielsweise auch bei Innenverkleidungen von Fahrzeugen. Denkbar sind schallabsorbierende Elemente in Form eines Vorhangs, einer Tapete, eines Teppichs, eines Möbelfurniers, eines Raumteilers, einer textilen Verkleidung. Das neue schallabsorbierende Element kann auch Teil eines Verbundelements sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19725712 A1 [0002]
- DE 202016100525 U1 [0002]
