WO1998007780A1 - Aerogel- und kunststoffhaltiges, transparentes verbundmaterial, verfahren zu seiner herstellung sowie seine verwendung - Google Patents

Aerogel- und kunststoffhaltiges, transparentes verbundmaterial, verfahren zu seiner herstellung sowie seine verwendung Download PDF

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airgel
plastic
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transparent
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Fritz Schwertfeger
Marc Schmidt
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Cabot Corporation
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    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/304—Insulating

Definitions

  • Airgel- and plastic-containing, transparent composite material process for its production and its use.
  • the invention relates to novel composite materials of any shape with high thermal insulation capacity, which contain 5 to 97 vol .-% transparent or translucent airgel particles and at least one transparent or translucent plastic.
  • Polyurethanes are made using blowing agents such as CFCs or CO 2 .
  • the blowing agent enclosed in the cells of the foam is responsible for the high thermal insulation capacity.
  • blowing agents pollute the environment because they slowly escape into the atmosphere.
  • foamed insulation materials are opaque.
  • Aerogels especially those with porosities above 60% and densities below 0.6 g / cm 3 , are transparent, translucent or opaque depending on the manufacturing process and have an extremely low thermal conductivity. You will therefore find application as a heat insulation material such. B. is described in EP-A-0 171 722.
  • Aerogels in the broader sense are produced by drying a suitable gel.
  • airgel in this sense includes aerogels in the narrower sense, xerogels and cryogels.
  • a dried gel is referred to as an airgel in the narrower sense if the liquid of the gel is largely removed at temperatures above the critical temperature and starting from pressures above the critical pressure. If, on the other hand, the liquid of the gel is removed subcritically, for example with the formation of a liquid-vapor boundary phase, the resulting gel is often referred to as a xerogel.
  • aerogels in the present application is aerogels in the broader sense, ie in the sense of "gel with air as a dispersing agent"
  • aerogels can in principle also be divided into inorganic and organic aerogels, inorganic aerogels having been known since 1931 (SS Kistler, Nature 1931, 127, 741), and organic aerogels from a wide variety of starting materials. e.g. from melamine formaldehyde, have only been known for a few years (RW Pekala, J Mater
  • the aerogels obtained by supercritical drying are generally hydrophilic or only hydrophobic for a short time, whereas subcritically dried aerogels are permanently hydrophobic due to their manufacturing process (soiling before drying)
  • Transparent airgel and xerogel composites are disclosed in DE-A-44 30 642 and DE-A-44 30669 These composites are in the form of a mat containing an airgel or xerogel and fibers distributed therein, the airgel or xerogel fragments being held together by the fibers.
  • the airgel monoliths should partially be firmly connected to the glass plates. In this way, almost crystal-clear, transparent panes can be achieved, but because of the low mechanical stability of the aerogels, the effort for producing correspondingly large monoliths is on the one hand too high, and on the other hand the handling during the manufacture of the panes is too complicated to accommodate such glass panes to be able to use on a larger scale.
  • Granule balls are only transferred over very small contact surfaces. This results in relatively high compressive and / or shear stresses, which can lead to the destruction of airgel particles
  • Vacuum panel systems filled with airgel are also known, as disclosed, for example, in EP-A-0468 124, EP-A-0 114 687 and DE-A-33 47 619
  • vacuum panel systems are that they can no longer be changed in shape or size at the point of use
  • a plastic-containing, transparent composite material which contains 5 to 97% by volume of transparent or translucent airgel particles and at least one transparent or translucent plastic
  • the plastic forms a matrix that connects or encloses the airgel particles and runs as a continuous phase through the entire composite material.
  • a content of airgel particles that is significantly above 97% by volume would lead to a content of plastic of less than 3% by volume. In this case, its proportion would be too low to ensure sufficient connection of the airgel particles to one another and mechanical pressure and bending strength.
  • the proportion of airgel particles is preferably in the range from 10 to 97% by volume and particularly preferably in the range from 40 to 95% by volume.
  • a particularly high proportion of airgel particles in the composite material can be achieved by using a bimodal distribution of the grain sizes.
  • Another possibility of achieving a particularly high proportion of airgel particles in the composite material is the use of airgel particles which have a logarithmic distribution of the grain size.
  • the airgel particles are small in relation to the total thickness of the molded part.
  • the airgel particles should be large enough so that the transparency of the composite material is as high as possible.
  • the number of scattering centers through interfaces of the airgel particles can thereby be kept as low as possible.
  • the size of the airgel particles is therefore preferably in the range from 250 ⁇ m to 10 mm.
  • aerogels for the compositions according to the invention are those based on metal oxides which are suitable for sol-gel technology (CJ Bnnker, GW Scherer, Sol-Gel-Science, 1990, chapters 2 and 3), such as Si or Al compounds, or those based on organic substances which are suitable for the sol-gel technique, such as melamine formaldehyde condensates (US Pat. No. 5,086,085) or resorformaldehyde condensates (US Pat. No. 4,873,218).
  • the compositions can also based on mixtures of the above materials. Aerogels containing Si compounds and in particular SiO 2 aerogels are preferably used
  • the airgel can contain IR opacifiers, such as titanium dioxide or zirconium dioxide, as well as mixtures thereof. Care must be taken that these IR opacifiers do not adversely affect the transparency in the visible area of the airgel particles
  • the airgel particles have permanently hydrophobic surface groups.
  • Suitable groups for permanent hydrophobization are, for example, silyl groups of the general formula
  • n 1, 2 or 3, preferably t ⁇ substituted silyl groups
  • the radicals R in general, independently of one another, the same or different, each being a hydrogen atom or a non-reactive, organic linear, branched, cyclic, aromatic or heteroaromatic
  • These groups can be introduced as described in WO 94/25149, or by gas phase reaction between the airgel and, for example, an activated trialkylsilane derivative, such as, for example, a chlorotrialkylsilane or a hexaalkyldisilazane (compare R.
  • the thermal conductivity of the aerogels decreases with increasing porosity and decreasing density. Aerogels with porosities above 60% and densities below 0.6 g / cm 3 are therefore preferred. Aerogels with densities below 0.2 g / cm 3 are particularly preferred.
  • plastics are suitable for producing the composite materials according to the invention if they are transparent or translucent after production in the visible light wavelength range.
  • the plastic is amorphous, semi-crystalline and / or crystalline.
  • the plastic is used either in liquid form, ie as a liquid, melt, solution, dispersion or suspension, or else as a solid powder.
  • Suitable transparent or translucent plastics are, for example, polymethyl methacrylates (PMMA, for example Degalan®), cycloolefin copolymers (COC, for example Topas®), polyvinyl butyrals (for example Mowital®), polycarbonates and polyethylene terephthalates (PET, for example Hostaglas®), with polyvinyl butyrals, polycarbonates and polymethyl methacrylate are preferred.
  • the plastic is generally used in an amount of 3 to 95% by volume of the composite material, preferably in an amount of 3 to 90% by volume and particularly preferably in an amount of 5 to 60% by volume.
  • the choice of plastic is made in each case according to the desired mechanical and thermal properties of the composite material. Mixtures of different plastics can also be used
  • the gusset between the airgel particles should preferably be filled as completely as possible with transparent plastic
  • the composite material can contain IR opacifiers, such as titanium dioxide or zirconium dioxide, as well as mixtures thereof, as long as the transparency is not significantly impaired, which is particularly advantageous for applications at higher temperatures and / or in evacuated systems.
  • the composite material can also contain fillers, for example for coloring or for achieving special decorative effects.
  • the composite material can also up to 85 vol .-% of transparent fillers such.
  • the proportion of the fillers, based on the composite material, is preferably below 70% and particularly preferably in the range from 0 to 50% by volume.
  • the composite material is hydrophilic due to the plastic used and / or due to hydrophilic airgel particles
  • a subsequent treatment can optionally be carried out which gives the composite material hydrophobic properties.
  • All substances known to the person skilled in the art for this purpose are suitable for this purpose, which give the composite material a hydrophobic surface, such as, for. B. paints, films, silylating agents, silicone resins, inorganic and / or organic binders.
  • Coupled agents can also be used for bonding. They bring about better contact of the plastics with the surface of the airgel particles and can also form a firm bond with both the airgel particles and the plastic.
  • the molded articles produced according to the invention from airgel granules preferably have a density of less than 0.6 g / cm 3 and preferably a thermal conductivity of less than 100 mW / mK.
  • the thermal conductivity is particularly preferably below 50 mW / mK.
  • the fire class of the composite material obtained after drying is determined by the fire class of the airgel and the plastic.
  • the composite materials can also be laminated with suitable materials, such as. B. window panes or silicone resin adhesives.
  • suitable materials such as. B. window panes or silicone resin adhesives.
  • fire protection agents known to the person skilled in the art is possible.
  • all coatings known to the person skilled in the art are also possible which, for. B. dirt-repellent, IR semi-transparent and / or hydrophobic.
  • Another object of the present invention was to develop a manufacturing method for the composite materials described above.
  • the airgel particles are connected to one another by means of at least one plastic.
  • the individual particles can be connected to one another in a quasi-punctiform manner.
  • Such a surface coating can be achieved, for example, by spraying the airgel particles with the plastic.
  • the coated particles are then filled into a mold, for example, and cured in the mold.
  • Another object of the invention is therefore a method for producing a composite material containing 5 to 97 vol .-% transparent or translucent airgel particles and at least one transparent or translucent plastic, which is characterized in that airgel and plastic are mixed into the brings the desired shape and hardens.
  • the gusset volume between the individual particles is also completely or partially filled by the plastic. If a particularly transparent version is required, make sure that there are as few gas bubbles as possible in the gusset volume. On the other hand, the degree of transparency can be determined by specifically including gas bubbles in the
  • Control gusset volume Such a composition can be produced, for example, by mixing the airgel particles with the plastic granulate.
  • the mixing can be carried out in any conceivable way. So on the one hand it is possible to simultaneously insert the at least two components into the
  • mixing device but on the other hand, one of the components can also be submitted and the other (s) can then be added.
  • the mixing device necessary for the mixing is in no way limited. Any mixing device known to those skilled in the art for this purpose can be used.
  • the mixing process is carried out until there is an approximately uniform distribution of the airgel particles in the composition.
  • the mixing process can be regulated both over the duration and, for example, over the speed of the mixing process.
  • the mixture is pressed. It is possible for the person skilled in the art to select the suitable press and the suitable pressing tool for the respective application.
  • the use of vacuum presses is advantageous due to the high air content of the airgel-containing molding compounds.
  • the airgel-containing molding compounds are pressed into sheets.
  • the airgel-containing mixture to be compressed can be separated off against the pressing tool using release paper or release film.
  • the mechanical strength of the airgel-containing plates can be improved by laminating screen fabrics, foils or glass panes onto the plate surface. The screen fabrics, foils or glass panes can be applied to the airgel-containing plates both subsequently and during the production of the composite material.
  • the latter is preferred and can preferably be carried out in one working step by inserting the screen cloth, foils or glass panes into the mold and placing them on the airgel-containing molding compound to be compressed and then pressing them under pressure and temperature to form an airgel-containing composite panel.
  • the pressing generally takes place at pressures of 1 to 1000 bar and temperatures of 0 to 300 ° C. in any shape.
  • heat can additionally be brought into the plates with the aid of suitable radiation sources. If, as in the case of polyvinyl butyrals, the plastic used couples with microwaves, this radiation source is preferred.
  • the composite materials according to the invention are suitable, for example, because of their low thermal conductivity
  • hydrophobic aerogels were produced analogously to the process disclosed in DE-A-4342 548.
  • the thermal conductivities of the airgel granules were measured using a heating wire method (see, for example, 0.Nielsen, G. Rüschenpöhler, J. subject, J. Fricke, High Temperatures - High Pressures, Vol. 21, 267-274 (1989)).
  • the transparency of the moldings was determined using an apparatus consisting of a Voltage measuring device (Keithley multimeter), a pyranometer (Lambrecht company, type CM3, sensitivity +/- 0.5%, 16.30 * 10 "6 V / Wm 2 ), an inside matt white painted aluminum cube and a halogen lamp (500 W)
  • the shaped bodies are placed directly in front of the round opening (0 80 mm) of the aluminum cube painted matt white on the inside.
  • the halogen lamp set up in 400 mm serves as the light source.
  • the pyranometer placed in the aluminum cube behind a panel converts the detected light into a voltage
  • the transmission in percent of l 0 was determined by measuring the voltage without (l 0 ) and with the respective insulation board (l D ).
  • Shaped body made of 50 vol .-% airgel and 50 vol .-% polyvinyl butyral
  • the hydrophobic airgel granulate has a grain size greater than 650 ⁇ m, a BET surface area of 640 m 2 / g and a thermal conductivity of 11 mW / mK.
  • ®Mowital (Polymer F) Hoechst AG, Frankfurt, Germany
  • a grain size of around 50 ⁇ m is used as the polyvinyl butyral powder.
  • the bottom of the mold with a base area of 30 cm x 30 cm is lined with release paper.
  • the airgel-containing molding compound is then evenly distributed and the whole thing is covered with a release paper. It is pressed at 220 ° C for 30 minutes to a thickness of 18 mm.
  • the molded body obtained has a density of 481 kg / m 3 and a thermal conductivity of 57 mW / mK.
  • the transmission is 28%.
  • Shaped body made of 50 vol .-% airgel and 50 vol .-% polyvinyl butyral 50% by volume of hydrophobic airgel granules (solid density 130 kg / m 3 ) and 50% by volume of a polyvinyl butyral powder (solid density 1100 kg / m 3 ) are mixed intimately.
  • the percentage volume relates to the target volume of the shaped body.
  • the hydrophobic airgel granulate has a grain size of less than 650 ⁇ m, a BET surface area of 640 m 2 / g and a thermal conductivity of 11 mW / mK.
  • ®Mowital (Polymer F) Hoechst AG, Frankfurt, Germany
  • a grain size of around 50 ⁇ m is used as the polyvinyl butyral powder.
  • the bottom of the mold with a base area of 30 cm x 30 cm is lined with release paper.
  • the airgel-containing molding compound is then evenly distributed and the whole thing is covered with a release paper. It is pressed at 220 ° C for 30 minutes to a thickness of 18 mm.
  • the molded body obtained has a density of 510 kg / m 3 and a thermal conductivity of 59 mW / mK.
  • the transmission is 20%.
  • Shaped body made of 65 vol .-% airgel and 35 vol .-% polyvinyl butyral
  • the hydrophobic airgel granulate has a grain size greater than 650 ⁇ m, a BET surface area of 640 m 2 / g and a thermal conductivity of 11 mW / mK.
  • ®Mowital (Polymer F) Hoechst AG, Frankfurt, Germany
  • a grain size of around 50 ⁇ m is used as the polyvinyl butyral powder.
  • the bottom of the mold with a base area of 30 cm x 30 cm is lined with release paper.
  • the airgel-containing molding compound is then evenly distributed and the whole thing is covered with a release paper. It is pressed at 220 ° C for 30 minutes to a thickness of 18 mm.
  • the molded body obtained has a density of 539 kg / m 3 and a thermal conductivity of 32 mW / mK. The transmission is 31%.
  • Shaped body made of 50 vol.% Airgel and 50 vol.% Polymethyl methacrylate (PMMA)
  • hydrophobic airgel granulate 50% by volume of hydrophobic airgel granules (solid density 130 kg / m 3 ) and 50% by volume of a polymethyl methacrylate (solid density 1200 kg / m 3 ) are mixed intimately.
  • the percentage volume relates to the target volume of the shaped body.
  • the hydrophobic airgel granulate has a grain size greater than 650 ⁇ m, a BET surface area of 640 m 2 / g and a thermal conductivity of 11 mW / mK.
  • ®Degalan (PMMA) DEGUSSA, Frankfurt, Germany) with a grain size of around 50 ⁇ m is used as the polymethyl methacrylate.
  • the bottom of the mold with a base area of 30 cm x 30 cm is lined with release paper.
  • the airgel-containing molding compound is then evenly distributed and the whole thing is covered with a release paper. It is pressed at 220 ° C for 30 minutes to a thickness of 18 mm.
  • the molded body obtained has a density of 615 kg / m 3 and a thermal conductivity of 59 mW / mK.
  • the transmission is 25%.
  • Shaped body made of 50 vol.% Airgel and 50 vol.% Polymethyl methacrylate (PMMA)
  • the hydrophobic airgel granulate has a grain size of less than 500 ⁇ m, a BET surface area of 640 m 2 / g and a thermal conductivity of 11 mW / mK.
  • PMMA polymethyl methacrylate ®Degalan
  • the bottom of the mold with a base area of 30 cm x 30 cm is lined with release paper.
  • the airgel-containing molding compound is then distributed evenly and the whole thing is covered with a release paper. It is pressed at 220 ° C for 30 minutes to a thickness of 18 mm.
  • the molded body obtained has a density of 628 kg / m 3 and a thermal conductivity of 64 mW / mK.
  • the transmission is 17%.
  • Shaped body made of 50 vol .-% airgel and 50 vol .-% cycloolefin copolymer (COC)
  • hydrophobic airgel granulate 50% by volume of hydrophobic airgel granules (solid density 130 kg / m 3 ) and 50% by volume of a cycloolefin copolymer (solid density 1200 kg / m 3 ) are mixed intimately.
  • the percentage volume relates to the target volume of the shaped body.
  • the hydrophobic airgel granulate has a grain size greater than 650 ⁇ m, a BET surface area of 640 m 2 / g and a thermal conductivity of 11 mW / mK.
  • ® Topas (COC) Hoechst AG, Frankfurt, Germany
  • a grain size of around 250 ⁇ m is used as the cycloolefin copolymer.
  • the bottom of the mold with a base area of 30 cm x 30 cm is lined with release paper.
  • the airgel-containing molding compound is then distributed evenly and the whole thing is covered with a release paper. It is pressed at 220 ° C for 30 minutes to a thickness of 18 mm.
  • the molded body obtained has a density of 585 kg / m 3 and a thermal conductivity of 62 mW / mK.
  • the transmission is 25.6%.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, das 5 bis 97 Vol.-% transparente oder transluzente Aerogel-Partikel und mindestens einen transparenten oder transluzenten Kunststoff enthält, ein Verfahren zu einer Herstellung sowie seine Verwendung.

Description

Beschreibung
Aerogel- und kunststoffhaltiges, transparentes Verbundmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung.
Die Erfindung betrifft neuartige Verbundmaterialien beliebiger Formgebung mit hohem Wärmedämmvermögen, die 5 bis 97 Vol.-% transparente oder transluzente Aerogel-Partikel und mindestens einen transparenten oder transluzenten Kunststoff enthalten.
Konventionelle Dämmstoffe auf Basis von Polystyrol, Polyolefinen und
Polyurethanen werden unter Verwendung von Treibmitteln, wie z.B. FCKW's oder CO2, hergestellt. Das in den Zellen des Schaumstoffs eingeschlossene Treibmittel ist für das hohe Wärmedämmvermögen verantwortlich. Derartige Treibmittel belasten jedoch die Umwelt, da sie langsam in die Atmosphäre entweichen. Darüber hinaus sind solche geschäumten Dämmstoffe opak.
Aerogele, insbesondere solche mit Porositäten über 60 % und Dichten unter 0,6 g/cm3, sind je nach Herstellungsverfahren transparent, transluzent oder opak und weisen eine äußerst geringe thermische Leitfähigkeit auf. Sie finden deshalb Anwendung als Wärmeisolationsmaterial, wie z. B. in der EP-A-0 171 722 beschrieben.
Aerogele im weiteren Sinn, d.h. im Sinne von "Gel mit Luft als Dispersionsmittel", werden durch Trocknung eines geeigneten Gels hergestellt. Unter den Begriff "Aerogel" in diesem Sinne fallen Aerogele im engeren Sinn, Xerogele und Kryogele. Dabei wird ein getrocknetes Gel als Aerogel im engeren Sinn bezeichnet, wenn die Flüssigkeit des Gels bei Temperaturen oberhalb der kritischen Temperatur und ausgehend von Drücken oberhalb des kritischen Druckes weitestgehend entfernt wird. Wird die Flüssigkeit des Gels dagegen unterkritisch, beispielsweise unter Bildung einer Flüssig-Dampf-Grenzphase entfernt, dann bezeichnet man das entstandene Gel vielfach auch als Xerogel. Bei der Verwendung des Begriffs Aerogele in der vorliegenden Anmeldung handelt es sich um Aerogele im weiteren Sinn, d h im Sinn von "Gel mit Luft als Dispersionsmittel"
Darüber hinaus lassen sich Aerogele grundsätzlich auch in anorganische und organische Aerogele unterteilen, wobei anorganische Aerogele schon seit 1931 bekannt sind (S S Kistler, Nature 1931 ,127,741 ), und wohingegen organische Aerogele aus den unterschiedlichsten Ausgangsmateπalien. z B aus Melaminformaldehyd, erst seit einigen Jahren bekannt sind (R W Pekala, J Mater
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Die verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Aerogelen durch über- bzw unterkritische Trocknung werden z B in der EP-A-0 396 076, der WO 92/03378, der WO 94/25149, der WO 92/20623 und der EP-A-0658 513 offenbart
Die durch überkritische Trocknung erhaltenen Aerogele sind im allgemeinen hydrophil oder nur kurzzeitig hydrophob, wohingegen unterkritisch getrocknete Aerogele bedingt durch ihr Herstellungsverfahren (Sily erung vor der Trocknung) dauerhaft hydrophob sind
Bekannt sind auch opake, aerogelhaltige Verbundmatenalien, die aufgrund ihrer geringen Warmeleitung als Warmedammateπalien eingesetzt werden Derartige Verbundmaterialien werden beispielsweise in der EP-A-0 340 707, der EP-A-0667 370, der WO 96/12683, der WO 96/15997 und der WO 96/15998 offenbart
Die Gemeinsamkeit von diesen Verbundmatenalien ist, daß sie zum Teil zwar transparente Aerogel-Granulate enthalten, die zusätzlichen Komponenten jedoch selber opak sind Dadurch sind die Systeme insgesamt opak und lassen sich nicht für transparente oder transluzente Anwendungen einsetzen
Transparente Aerogel- und Xerogelverbundstoffe, werden in der DE-A-44 30 642 und der DE-A-44 30669 offenbart Diese Verbundstoffe liegen in Form einer Matte vor, die ein Aerogel oder Xerogel und darin verteilte Fasern enthalten, wobei die Aerogel- bzw. Xerogelbruchstücke durch die Fasern zusammengehalten werden.
Obgleich mit solchen Materialien gute Ergebnisse erzielt wurden, bleiben Nachteile preislicher Art sowie die Notwendigkeit diese Systeme in einem Schritt herzustellen.
Ein transparentes Bauelement mit mindestens zwei parallel angeordneten Scheiben aus transparentem Material, in deren Zwischenraum sich faserverstärkte Aerogelplatten bzw. -matten befinden, wird z.B. in der DE-A-195 07 732 offenbart. Durch diese Maßnahme wird die Stabilität des Systems wesentlich erhöht, der komplizierte Aufbau und der hohe Preis bleiben jedoch bestehen.
Alternativen zu den aerogelhaltigen Verbundstoffen werden in der CA-C-1 288 313, der EP-A-018 955 und der DE-A 41 06 192 beschrieben. Gemäß diesen Schriften werden Aerogelmonolithe zwischen Glasscheiben gebracht, um die
Isolationswirkung durch die geringe Wärmeleitfähigkeit des Aerogels zu verbessern und/oder die Schallschwächung solcher Scheiben zu verbessern. Dabei sollen die Aerogelmonolithe z.T. fest mit den Glasplatten verbunden werden. Auf diese Weise lassen sich zwar annähernd glasklare, transparente Scheiben erzielen, doch ist wegen der geringen mechanischen Stabilität der Aerogele zum einen der Aufwand zur Herstellung entsprechend großer Monolithe zu hoch, zum anderen die Handhabung bei der Herstellung der Scheiben zu kompliziert, um solche Glasscheiben in größerem Umfang einsetzen zu können.
Es ist auch bekannt, den Zwischenraum mit einfacher herzustellendem und auch einfacher handzuhabendem Aerogel-Granulat zu füllen. Die Scheiben sind dann jedoch nicht mehr ganz glasklar, sondern eher transluzent, vergleichbar mit Milchglasscheiben oder strukturierten Glasscheiben. Dies stellt keine wesentliche Einschränkung dar, da es eine Reihe von Anwendungen beispielsweise als Oberlichter gibt, bei denen Schlagschatten durch direkten Lichteinfall vermieden werden sollen, wie z.B. Fenster in Werks-, Lager-, Messe- oder Museumshallen. Aber auch derartige Fenster weisen einige Nachteile auf. So kann das Granulat sich im Laufe der Zeit verdichten, was zu einer Änderung des Füllstandes im Fenster fuhrt, die unerwünscht ist Die Verdichtung kann z B als Folge dauernder kleiner Erschütterungen oder durch Zerstörung von Aerogelkugelchen, insbesondere bei Evakuierung erfolgen Im Granulat werden nämlich Kräfte zwischen Granulatkugelchen untereinander und/oder zwischen Glasscheibe und
Granulatkugelchen nur über sehr kleine Berührungsflächen übertragen Dadurch treten relativ hohe Druck- und/oder Scherspannungen auf, die zur Zerstörung von Aerogelkornern fuhren können
Daher wurde in der DE-A-35 33 805 vorgeschlagen, das Aerogel-Granulat zwischen zwei Folien zwischen die Glasscheiben zu bringen und den Raum zwischen den Folien zu evakuieren Durch die Flexibilität der Folie kann die Oberflache zwischen Folie und Oberflache der Kugelchen vergrößert werden, was zu einer Verbesserung der Langzeitstabi tat fuhrt Nachteilig ist jedoch, daß der Aufbau der Scheiben sehr kompliziert ist Darüber hinaus reduzieren die zusätzlichen Folienschichten die Transparenz
Ferner sind mit Aerogel gefüllte Vakuum Panel Systeme bekannt, wie z B in der EP-A-0468 124, der EP-A- 0 114 687 und der DE-A-33 47 619 offenbart
Der Nachteil der Vakuum Panel Systeme ist jedoch, daß sie nicht mehr nachträglich am Ort der Verwendung in Form oder Große verändert werden können
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein transparentes, warmedammendes Verbundmatenat zu entwickeln, das einfach sowie in beliebiger Form und Große hergestellt werden kann und am Ort der Verwendung noch in seiner Große veränderbar ist
Diese Aufgabe wird gelost durch ein kunststoffhaltiges, transparentes Verbundmateπal, das 5 bis 97 Vol -% transparente oder transluzente Aerogel- Partikel und mindestens einen transparenten oder transluzenten Kunststoff enthalt Der Kunststoff bildet eine Matrix, die die Aerogel-Partikel verbindet bzw. umschließt und sich als durchgehende Phase durch das gesamte Verbundmaterial zieht.
Bei einem Gehalt an Aerogel-Partikel, der signifikant unter 5 Vol.-% in der Zusammensetzung liegt, würde aufgrund des niedrigen Anteils der Aerogel-Partikel in der Zusammensetzung deren positive Eigenschaften in hohem Maße verloren gehen. Eine solche Zusammensetzung würde nicht mehr niedrige Dichten und Wärmeleitfähigkeiten aufweisen.
Ein Gehalt an Aerogel-Partikel, der signifikant über 97 Vol.-% liegt, würde zu einem Gehalt an Kunststoff von unter 3 Vol.-% führen. In diesem Fall wäre dessen Anteil zu niedrig, um eine ausreichende Verbindung der Aerogel-Partikel untereinander sowie mechanische Druck- und Biegefestigkeit zu gewährleisten.
Vorzugsweise liegt der Anteil der Aerogel-Partikel im Bereich von 10 bis 97 Vol.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 95 Vol.-%.
Ein besonders hoher Anteil an Aerogel-Partikel im Verbundmaterial läßt sich durch Verwendung einer bimodalen Verteilung der Korngrößen erreichen.
Eine weitere Möglichkeit, einen besonders hohen Anteil von Aerogel-Partikeln im Verbundmaterial zu erreichen, ist die Verwendung von Aerogel-Partikeln, die eine logarithmische Verteilung der Korngröße aufweisen.
Um einen möglichst hohen Füllgrad zu erreichen, ist es ebenfalls günstig, wenn die Aerogel-Partikel klein sind im Verhältnis zur Gesamtdicke des Formteiles.
Damit die Transparenz des Verbundmaterials möglichst hoch ist, sollten jedoch die Aerogel-Partikel groß genug sein. Dadurch läßt sich die Anzahl an Streuzentren durch Grenzflächen der Aerogel-Partikel möglichst gering halten.
Vorzugsweise liegt deshalb die Größe der Aerogel-Partikel im Bereich von 250 μm bis 10 mm. Darüber hinaus ist es wichtig, daß das Aerogel-Granulat selbst eine möglichst hohe Transparenz aufweist Dies wird zum einen durch eine möglichst homogene Struktur des Aerogels, d h vor allem eine möglichst enge Poren- und Partikelradienverteilung, und zum anderen durch eine möglichst glatte Oberflache der Aerogel-Partikel (keine Risse, Vertiefungen, Mikroπsse bzw Dellen) erreicht
Im allgemeinen verwendete Aerogele für die erfmdungsgemaßen Zusammensetzungen sind solche auf Basis von Metalloxiden, die für die Sol-Gel- Technik geeignet sind (C J Bnnker, G W Scherer, Sol-Gel-Science, 1990, Kap 2 und 3), wie beispielsweise Si- oder AI-Verbindungen, oder solche auf der Basis organischer Stoffe, die für die Sol-Gel-Technik geeignet sind, wie Melammformaldehydkondensate (US-A-5 086 085) oder Resorcmformaldehydkondensate (US-A-4 873 218) Die Zusammensetzungen können auch auf Mischungen der obengenannten Materialien basieren Bevorzugt verwendet werden Aerogele, enthaltend Si-Verbindungen und insbesondere SιO2- Aerogele
Zur Reduktion des Strahlungsbettrags der Wärmeleitfähigkeit kann das Aerogel IR- Trubungsmittel, wie z B Titandioxid oder Zirkondioxid sowie Mischungen derselben, enthalten Dabei ist darauf zu achten, daß diese IR-Trubungsmittel die Transparenz im sichtbaren Bereich der Aerogel-Partikel nicht negativ beeinflussen
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform weisen die Aerogel-Partikel dauerhaft hydrophobe Oberflächengruppen auf Geeignete Gruppen zur dauerhaften Hydrophobisierung sind beispielsweise Silylgruppen der allgemeinen Formel
-Sι(R)n, wobei n = 1 , 2 oder 3 ist, vorzugsweise tπsubstituierte Silylgruppen, wobei die Reste R im allgemeinen unabhängig voneinander gleich oder verschieden je ein Wasserstoffatom oder ein nicht reaktiver, organischer linearer, verzweigter, cyclischer, aromatischer oder heteroaromatischer Rest, vorzugsweise C1-C18-Alkyl oder C6-C1 -Aryl, besonders bevorzugt C C6-Alkyl, Cyclohexyl oder Phenyl, insbesondere Methyl oder Ethyl, sind Besonders vorteilhaft zur dauerhaften Hydrophobisierung des Aerogels ist die Verwendung von Trimethylsilylgruppen Die Einbringung dieser Gruppen kann, wie in der WO 94/25149 beschrieben, erfolgen, oder durch Gasphasenreaktion zwischen dem Aerogel und beispielsweise einem aktivierten Trialkylsilanderivat, wie z.B. einem Chlortrialkylsilan oder einem Hexaalkyldisilazan (vergleiche R. Her, The Chemistry of Silica, Wiley & Sons, 1979), geschehen. Verglichen mit OH-Gruppen vermindern die so hergestellten hydrophoben Oberflächengruppen weiterhin den dielektrischen Verlustfaktor und die Dielektrizitätskonstante. Aerogel-Partikel mit hydrophilen Oberflächengruppen können je nach Luftfeuchtigkeit Wasser adsorbieren, was dazu führt, daß die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlustfaktor mit der Luftfeuchtigkeit variieren können. Dies ist für elektronische Anwendungen oft nicht erwünscht. Die
Verwendung von Aerogel-Partikeln mit hydrophoben Oberflächengruppen verhindert diese Variation, da kein Wasser adsorbiert wird. Die Auswahl der Reste richtet sich außerdem nach der typischen Anwendungstemperatur.
Werden Aerogel-Partikel mit hydrophoben Oberflächengruppen in Verbindung mit hydrophoben Kunststoffen verwendet, erhält man ein hydrophobes Verbundmaterial.
Darüber hinaus gilt, daß die thermische Leitfähigkeit der Aerogele mit zunehmender Porosität und abnehmender Dichte abnimmt. Bevorzugt sind deshalb Aerogele mit Porositäten über 60 % und Dichten unter 0,6 g/cm3. Besonders bevorzugt sind Aerogele mit Dichten unter 0,2 g/cm3.
Grundsätzlich sind alle bekannten Kunststoffe zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien geeignet, wenn diese nach der Herstellung im sichtbaren Lichtwellenlängenbereich transparent oder transluzent vorliegen.
Dabei ist nicht entscheidend, ob der Kunststoff amorph, semikristallin und/oder kristallin vorliegt.
Der Kunststoff wird entweder in flüssiger Form, d. h. als Flüssigkeit, Schmelze, Lösung, Dispersion oder Suspension, verwendet oder aber als festes Pulver eingesetzt. Geeignete transparente oder transluzente Kunststoffe sind z.B. Polymethylmethacrylate (PMMA, z.B. Degalan®), Cycloolefin Copolymere (COC, z.B. Topas®), Polyvinylbutyrale (z.B Mowital®), Polycarbonate und Polyethylenterephthalate (PET, z.B. Hostaglas®), wobei Polyvinylbutyrale, Polycarbonate und Polymethylmethacrylate bevorzugt sind.
Der Kunststoff wird im allgemeinen in einer Menge von 3 bis 95 Vol -% des Verbundmaterials verwendet, vorzugsweise in einer Menge von 3 bis 90 Vol -% und besonders bevorzugt in einer Menge von 5 bis 60 Vol.-% Die Auswahl des Kunststoffes erfolgt je nach den gewünschten mechanischen und thermischen Eigenschaften des Verbundmateπals. Es können auch Mischungen aus unterschiedlichen Kunststoffen verwendet werden
Bei der Auswahl der Kunststoffe wählt man darüber hinaus vorzugsweise solche Produkte, die im wesentlichen nicht in das Innere der porösen Aerogel-Partikel eindringen. Das Eindringen des Kunststoffes in das Innere der Aerogel-Partikel kann außer über die Auswahl des Kunststoffmaterials auch über verschiedene Parameter, wie Druck, Temperatur oder Verarbeitungszeit, beeinflußt werden.
Darüber hinaus wählt man vorzugsweise solche Kunststoffe aus, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Zur Vermeidung starker Lichtstreuung und damit verbundener reduzierter Transmission sollten darüber hinaus die Zwickel zwischen den Aerogelteilchen mit transparentem Kunststoff vorzugsweise möglichst vollständig gefüllt sein
Zur Reduktion des Strahlungsbeitrags der Wärmeleitfähigkeit kann das Verbundmaterial, solange die Transparenz dadurch nicht wesentlich beeinträchtigt wird, IR-Trübungsmittel, wie z.B Titandioxid oder Zirkondioxid sowie Mischungen derselben enthalten, was besonders für Anwendungen bei höheren Temperaturen und/oder in evakuierten Systemen vorteilhaft ist. Darüber hinaus kann das Verbundmaterial auch Füllstoffe z.B. zur Färbung oder Erzielung besonderer dekorativer Effekte enthalten.
Des weiteren kann das Verbundmaterial auch noch bis zu 85 Vol.-% an transparenten Füllstoffen, wie z. B. Folienschnipsel und/oder Fasern, beispielsweise zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, enthalten. Vorzugsweise liegt der Anteil der Füllstoffe, bezogen auf das Verbundmaterial, unter 70 % und besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 50 Vol.-%.
Sollte das Verbundmaterial aufgrund des verwendeten Kunststoffes und/oder aufgrund von hydrophilen Aerogel-Partikeln hydrophil sein, kann gegebenenfalls eine nachträgliche Behandlung erfolgen, die dem Verbundmaterial hydrophobe Eigenschaften verleiht. Dazu eignen sich alle dem Fachmann für diesen Zweck bekannten Stoffe, die dem Verbundmaterial eine hydrophobe Oberfläche verleihen, wie z. B. Lacke, Folien, Silylierungsmittel, Silikonharze, anorganische und/oder organische Bindemittel.
Weiterhin können auch beim Verkleben sogenannte "coupling agents" eingesetzt werden. Sie bewirken einen besseren Kontakt der Kunststoffe mit der Oberfläche der Aerogel-Partikel und können darüber hinaus eine feste Bindung sowohl mit den Aerogel-Partikeln als auch mit dem Kunststoff eingehen.
Die erfmdungsgemäß aus Aerogel-Granulat hergestellten Formkörper weisen vorzugsweise eine Dichte von weniger als 0,6 g/cm3 und vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 100 mW/mK auf. Besonders bevorzugt liegt die Wärmeleitfähigkeit unter 50 mW/mK.
Die Brandklasse des nach der Trocknung erhaltenen Verbundmaterials wird durch die Brandklasse des Aerogels und des Kunststoffes bestimmt. Um eine möglichst günstige Brandklasse des Verbundmaterials zu erhalten (schwer entflammbar oder unbrennbar), können die Verbundmaterialien noch mit geeigneten Materialien kaschiert werden, wie z. B. Fensterscheiben oder Silikonharzklebstoffen. Weiterhin ist die Verwendung von dem Fachmann bekannten Brandschutzmitteln möglich. Darüber hinaus sind auch sämtliche dem Fachmann bekannten Beschichtungen möglich, die z. B. schmutzabweisend, IR-semitransparent und/oder hydrophob sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Herstellungsverfahren für die oben beschriebenen Verbundmaterialien zu entwickeln.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundmatenalien werden die Aerogel- Partikel mittels mindestens einem Kunststoff miteinander verbunden. Die Verbindung der einzelnen Partikel miteinander kann dabei quasi punktförmig erfolgen. Eine solche oberflächliche Beschichtung kann beispielsweise durch Besprühen der Aerogel-Partikel mit dem Kunststoff erreicht werden. Die beschichteten Partikel werden dann beispielsweise in eine Form eingefüllt und in der Form ausgehärtet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials, enthaltend 5 bis 97 Vol.-% transparente oder transluzente Aerogel-Partikel und mindestens einen transparenten oder transluzenten Kunststoff, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man Aerogel und Kunststoff mischt, in die gewünschte Form bringt und aushärtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich auch das Zwickelvolumen zwischen den einzelnen Partikeln ganz oder teilweise vom Kunststoff ausgefüllt. Ist eine besonders transparente Ausführung gewünscht, so ist darauf zu achten, daß sich im Zwickelvolumen möglichst wenig Gasblasen befinden. Andererseits läßt sich der Grad der Transparenz durch gezielten Einschluß von Gasblasen im
Zwickelvolumen steuern. Eine solche Zusammensetzung läßt sich beispielsweise herstellen, indem man die Aerogel-Partikel mit dem Kunststoff-Granulat mischt.
Das Mischen kann dabei in jeder nur denkbaren Weise durchgeführt werden. So ist es einerseits möglich, die mindestens zwei Komponenten gleichzeitig in die
Mischvorrichtung einzubringen, andererseits kann aber auch eine der Komponenten vorgelegt und die andere(n) dann zugesetzt werden. Auch die für das Mischen notwendige Mischvorrichtung ist in keinster Weise beschränkt. Es kann jede dem Fachmann für diesen Zweck bekannte Mischvorrichtung verwendet werden.
Der Mischvorgang wird solange durchgeführt, bis eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Aerogel-Partikel in der Zusammensetzung vorliegt. Dabei kann der Mischvorgang sowohl über die Zeitdauer als auch beispielsweise über die Geschwindigkeit der Mischvor chtung geregelt werden.
Danach erfolgt die Formgebung und das Aushärten des Gemisches in der Form, was je nach Art des Kunststoffes durch Erwärmen und/oder Verdampfen des verwendeten Lösungs- und/oder Dispersionsmittels oder aber, bei Verwendung von Schmelzen, durch Abkühlen unter die Schmelztemperatur des Kunststoffes erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gemisch verpreßt. Dabei ist es dem Fachmann möglich, für den jeweiligen Anwendungszweck die geeignete Presse und das geeignete Preßwerkzeug auszuwählen. Aufgrund des hohen Luftanteils der aerogelhaltigen Preßmassen ist der Einsatz von Vakuum-Pressen vorteilhaft. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die aerogelhaltigen Preßmassen zu Platten verpreßt. Um ein Anbacken der Preßmasse an das Preßwerkzeug, beispielsweise Preßstempel, zu vermeiden, kann das zu verpressende, aerogelhaltige Gemisch mit Trennpapier bzw. Trennfolie gegen das Preßwerkzeug abgetrennt werden. Die mechanische Festigkeit der aerogelhaltigen Platten kann durch Auftaminieren von Siebgeweben, Folien oder Glasscheiben auf die Plattenoberfläche verbessert werden. Die Siebgewebe, Folien oder Glasscheiben können sowohl nachträglich als auch bei der Herstellung des Verbundmaterials auf die aerogelhaltigen Platten aufgebracht werden. Letzteres ist bevorzugt und kann vorzugsweise in einem Arbeitsschritt durch Einlegen der Siebgewebe, Folien oder Glasscheiben in die Preßform und Auflegen auf die zu verpressende aerogelhaltige Preßmasse und anschließendes Verpressen unter Druck und Temperatur zu einer aerogelhaltigen Verbundplatte erfolgen. Das Verpressen findet in Abhängigkeit vom verwendeten Kunststoff im allgemeinen bei Pressdrücken von 1 bis 1000 bar und Temperaturen von 0 bis 300°C in beliebigen Formen statt.
Bei Verbundmaterialien, die einen besonders hohen Volumenanteil an Aerogel- Partikeln enthalten und deren Wärmeleitfähigkeit entsprechend gering ist, kann zusätzlich mit Hilfe geeigneter Strahlungsquellen Wärme in die Platten gebracht werden. Koppelt, wie im Falle von Polyvinylbutyralen, der verwendete Kunststoff mit Mikrowellen, so ist diese Strahlungsquelle bevorzugt.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien eignen sich nach ihrer Härtung aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit beispielsweise als
Wärmeisolationsmaterialien.
Aufgrund ihrer Transparenz bzw. Transluzenz eignen sie sich darüber hinaus z.B. als Fenster in Werks-, Lager-, Messe- oder Museumshallen. Einen weiteren
Anwendungsbereich stellen Oberlichter und sogenannte Daylighting-Systeme dar.
Aufgrund der einfachen Herstellung können auch leicht beliebig gewölbte Flächen oder andere kompliziertere Geometrien hergestellt werden. Sie eignen sich daher auch besonders zur Herstellung von Lichtkuppeln.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ohne dadurch eingeschränkt zu werden.
Die hydrophoben Aerogele wurden analog dem in der DE-A-4342 548 offenbarten Verfahren hergestellt.
Die Wärmeleitfähigkeiten der Aerogel-Granulate wurden mit einer Heizdrahtmethode (siehe z.B. 0. Nielsen, G. Rüschenpöhler, J. Groß, J. Fricke, High Temperatures - High Pressures, Vol. 21 , 267 - 274 (1989)) gemessen.
Die Wärmeleitfähigkeiten der Formkörper wurden nach DIN 52612 gemessen.
Die Transparenz der Formkörper wurde mit einer Apparatur, bestehend aus einem Spannungsmeßgerät (Keithley-Multimeter), einem Pyranometer (Firma Lambrecht, Typ CM3, Sensitivity +/- 0,5 %, 16,30 * 10"6 V/Wm2), einem innen mattweiß gestrichenen Aluminiumwürfel und einem Halogenstrahler (500 W), gemessen. Die Formkörper sind dabei unmittelbar vor der runden Öffnung (0 80 mm) des innen mattweiß gestrichenen Aluminiumwürfels plaziert. Als Lichtquelle dient der in 400 mm aufgestellte Halogenstrahler. Das in dem Aluminiumwürfel hinter einer Blende plazierte Pyranometer wandelt das detektierte Licht in eine Spannung um. Durch Messung der anfallenden Spannung ohne (l0) und mit der jeweiligen Dämmplatte (lD) wurde die Transmission in Prozent von l0 bestimmt.
Beispiel 1a
Formkörper aus 50 Vol.-% Aerogel und 50 Vol.-% Polyvinylbutyral
Es werden 50 Vol.-% hydrophobes Aerogel-Granulat (Festkörperdichte 130 kg/m3) und 50 Vol.-% eines Polyvinylbutyralpulvers (Festkörperdichte 1100 kg/m3) innig vermischt. Das prozentuale Volumen bezieht sich dabei auf das Zielvolumen des Formkörpers. Das hydrophobe Aerogel-Granulat hat eine Korngröße größer 650 μm, eine BET-Oberfläche von 640 m2/g und eine Wärmeleitfähigkeit von 11 mW/mK. Als Polyvinylbutyralpulver wird ®Mowital (Polymer F) (Hoechst AG, Frankfurt, Deutschland) mit einer Körnung um 50 μm verwendet.
Der Boden der Preßform mit einer Grundfläche von 30 cm x 30 cm wird mit Trennpapier ausgelegt. Darauf wird die aerogelhaltige Preßmasse gleichmäßig verteilt und das ganze mit einem Trennpapier abgedeckt. Es wird bei 220°C für 30 Minuten auf eine Dicke von 18 mm gepreßt.
Der erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 481 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit von 57 mW/mK. Die Transmission beträgt 28 %.
Beispiel 1b
Formkörper aus 50 Vol.-% Aerogel und 50 Vol.-% Polyvinylbutyral Es werden 50 Vol.-% hydrophobes Aerogel-Granulat (Festkörperdichte 130 kg/m3) und 50 Vol.-% eines Polyvinylbutyralpulvers (Festkörperdichte 1100 kg/m3) innig vermischt. Das prozentuale Volumen bezieht sich dabei auf das Zielvolumen des Formkörpers. Das hydrophobe Aerogel-Granulat hat eine Korngröße kleiner 650 μm, eine BET-Oberfläche von 640 m2/g und eine Wärmeleitfähigkeit von 11 mW/mK. Als Polyvinylbutyralpulver wird ®Mowital (Polymer F) (Hoechst AG, Frankfurt, Deutschland) mit einer Körnung um 50 μm verwendet.
Der Boden der Preßform mit einer Grundfläche von 30 cm x 30 cm wird mit Trennpapier ausgelegt. Darauf wird die aerogelhaltige Preßmasse gleichmäßig verteilt und das ganze mit einem Trennpapier abgedeckt. Es wird bei 220°C für 30 Minuten auf eine Dicke von 18 mm gepreßt.
Der erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 510 kg/m3 und eine Wärme- leitfähigkeit von 59 mW/mK. Die Transmission beträgt 20 %.
Beispiel 2
Formkörper aus 65 Vol.-% Aerogel und 35 Vol.-% Polyvinylbutyral
Es werden 65 Vol.-% hydrophobes Aerogel-Granulat (Festkörperdichte 130 kg/m3) und 35 Vol.-% eines Polyvinylbutyralpulvers (Festkörperdichte 1100 kg/m3) innig vermischt. Das prozentuale Volumen bezieht sich dabei auf das Zielvolumen des Formkörpers. Das hydrophobe Aerogel-Granulat hat eine Korngröße größer 650 μm, eine BET-Oberfläche von 640 m2/g und eine Wärmeleitfähigkeit von 11 mW/mK. Als Polyvinylbutyralpulver wird ®Mowital (Polymer F) (Hoechst AG, Frankfurt, Deutschland) mit einer Körnung um 50 μm verwendet.
Der Boden der Preßform mit einer Grundfläche von 30 cm x 30 cm wird mit Trennpapier ausgelegt. Darauf wird die aerogelhaltige Preßmasse gleichmäßig verteilt und das ganze mit einem Trennpapier abgedeckt. Es wird bei 220°C für 30 Minuten auf eine Dicke von 18 mm gepreßt. Der erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 539 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit von 32 mW/mK. Die Transmission beträgt 31 %.
Beispiel 3a
Formkörper aus 50 Vol.-% Aerogel und 50 Vol.-% Polymethylmethacrylat (PMMA)
Es werden 50 Vol.-% hydrophobes Aerogel-Granulat (Festkörperdichte 130 kg/m3) und 50 Vol.-% eines Polymethylmethacrylats (Festkörperdichte 1200 kg/m3) innig vermischt. Das prozentuale Volumen bezieht sich dabei auf das Zielvolumen des Formkörpers. Das hydrophobe Aerogel-Granulat hat eine Korngröße größer 650 μm, eine BET-Oberfläche von 640 m2/g und eine Wärmeleitfähigkeit von 11 mW/mK. Als Polymethylmethacrylat wird ®Degalan (PMMA) (DEGUSSA, Frankfurt, Deutschland) mit einer Körnung um 50 μm verwendet.
Der Boden der Preßform mit einer Grundfläche von 30 cm x 30 cm wird mit Trennpapier ausgelegt. Darauf wird die aerogelhaltige Preßmasse gleichmäßig verteilt und das ganze mit einem Trennpapier abgedeckt. Es wird bei 220°C für 30 Minuten auf eine Dicke von 18 mm gepreßt.
Der erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 615 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit von 59 mW/mK. Die Transmission beträgt 25 %.
Beispiel 3b
Formkörper aus 50 Vol.-% Aerogel und 50 Vol.-% Polymethylmethacrylat (PMMA)
Es werden 50 Vol.-% hydrophobes Aerogel-Granulat (Festkörperdichte 130 kg/m3) und 50 Vol.-% eines Polymethylmethacrylats (Festkörperdichte 1200 kg/m3) innig vermischt. Das prozentuale Volumen bezieht sich dabei auf das Zielvolumen des Formkörpers. Das hydrophobe Aerogel-Granulat hat eine Korngröße kleiner 500 μm, eine BET-Oberfläche von 640 m2/g und eine Wärmeleitfähigkeit von 11 mW/mK. Als Polymethylmethacrylat wird ®Degalan (PMMA) (DEGUSSA, Frankfurt, Deutschland) mit einer Körnung um 50 μm verwendet.
Der Boden der Preßform mit einer Grundfläche von 30 cm x 30 cm wird mit Trennpapier ausgelegt. Darauf wird die aerogelhaltige Preßmasse gleichmäßig ver- teilt und das ganze mit einem Trennpapier abgedeckt. Es wird bei 220°C für 30 Minuten auf eine Dicke von 18 mm gepreßt.
Der erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 628 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit von 64 mW/mK. Die Transmission beträgt 17 %.
Beispiel 4
Formkörper aus 50 Vol.-% Aerogel und 50 Vol.-% Cycloolefin Copolymer (COC)
Es werden 50 Vol.-% hydrophobes Aerogel-Granulat (Festkörperdichte 130 kg/m3) und 50 Vol.-% eines Cycloolefin Copolymers (Festkörperdichte 1200 kg/m3) innig vermischt. Das prozentuale Volumen bezieht sich dabei auf das Zielvolumen des Formkörpers. Das hydrophobe Aerogel-Granulat hat eine Korngröße größer 650 μm, eine BET-Oberfläche von 640 m2/g und eine Wärmeleitfähigkeit von 11 mW/mK. Als Cycloolefin Copolymer wird ®Topas (COC) (Hoechst AG, Frankfurt, Deutschland) mit einer Körnung um 250 μm verwendet.
Der Boden der Preßform mit einer Grundfläche von 30 cm x 30 cm wird mit Trennpapier ausgelegt. Darauf wird die aerogelhaltige Preßmasse gleichmäßig ver- teilt und das ganze mit einem Trennpapier abgedeckt. Es wird bei 220°C für 30 Minuten auf eine Dicke von 18 mm gepreßt.
Der erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 585 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit von 62 mW/mK. Die Transmission beträgt 25,6 %.

Claims

Patentansprüche:
1. Verbundmaterial, das 5 bis 97 Vol.-% transparente oder transluzente Aerogel-Partikel und mindestens einen transparenten oder transluzenten Kunststoff enthält.
2. Verbundmaterial gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Aerogel-Partikel SiO2-Aerogel-Partikel verwendet werden.
3. Verbundmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aerogel-Partikel hydrophobe Oberflächengruppen aufweisen.
4. Verbundmaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aerogel-Partikel Porositäten über 60 % und Dichten unter 0,6 g/cm3 aufweisen.
5. Verbundmaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff, ein Polymethylmethacrylat, ein Cycloolefin-Copolymer, ein Polyvinylbutyral, ein Polycarbonat und/oder ein Polyethylenterephthalat verwendet wird.
6. Verbundmaterial gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als transparenter Kunststoff ein Polyvinylbutyral, ein Polycarbonat oder ein Polymethylmethacrylat verwendet wird.
7. Verbundmaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aerogel-Partikel und/oder das Verbundmaterial IR- Trübungsmittel enthalten.
8. Verbundmaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial Füllstoffe und/oder Fasern enthält.
9. Verbundmaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit weniger als 100 mW/mK beträgt.
10. Verbundmaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial auf mindestens einer Seite beschichtet ist.
11. Verwendung eines Verbundmaterials gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Wärmedämmung.
12. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Aerogel und Kunststoff mischt, in die gewünschte Form bringt und aushärtet.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Formgebung und Aushärten durch Verpressen bei einem Druck von 1 bis 1000 bar und einer Temperatur von 0 bis 300°C erfolgen.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verpressen mittels Vakuum-Pressen durchgeführt wird.
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