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