WO2021219847A1 - Verfahren zu herstellung wärmedämmender kompositpartikel, kompositpartikel und deren verwendung - Google Patents

Verfahren zu herstellung wärmedämmender kompositpartikel, kompositpartikel und deren verwendung Download PDF

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WO2021219847A1
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porous particulate
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Kurt SCHÜMCHEN
Julian FASOLA
Andreas Gabriel
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Interbran Raw Materials Gmbh
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    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of thermal insulation, in particular thermal insulating additives for binder systems.
  • the present invention relates to a method for producing heat-insulating composite particles and the composite particles obtainable with the method.
  • the present invention relates to the use of the composite particles for the production of building materials and dry building material mixtures which contain the composite particles.
  • the invention also relates to plastering mortar compositions which contain the dry building material mix or the composite particles and a thermal insulation board obtainable therefrom.
  • heat-insulating aggregates in particular lightweight aggregates. Due to their porosity, the aggregates improve the thermal conductivity of the resulting building materials, in particular of mortar and plaster.
  • the lightweight aggregates used are usually highly porous materials such as expanded vermiculite or expanded perlite.
  • Expanded perlite is often used as a surcharge due to its good mechanical strength, general availability and low acquisition costs.
  • mineral systems in particular expanded perlite, have a disadvantage compared to plastic-based thermal insulation materials in that they have high thermal conductivities in comparison, so that thin insulation systems based exclusively on mineral systems, such as perlite, are not accessible.
  • silica aerogels in particular, which can significantly reduce the thermal conductivity of mineral insulation systems, but these are often not sufficiently mechanically resilient to be able to be introduced into industrially manufactured dry building materials and applied by machine.
  • fumed silica Another, in principle good thermal insulation material is fumed silica, which, however, only has extremely small particle sizes and is also relatively expensive to purchase, so that fumed silica is seldom used as the sole additive. Furthermore, when fumed silica is used as an additive in mineral binder systems, in particular lime-cement binders, a deterioration in the thermal insulation properties is often observed.
  • EP 2 576 929 B1 describes a thermal insulation powder mixture which has at least one silica and at least one fiber material with a fiber diameter of 1 to 50 ⁇ m and optionally foamed or expanded powders such as perlite. The powder mixtures are pressed in order to obtain moldings.
  • EP 3490 954 B1 describes a method for producing a hydrophobic silica-containing thermal insulation material, in which hydrophilic and hydrophobic silica are crosslinked by means of a silicon-based binder, for example a silane or silazane, and the mixture is then pressed into molded bodies.
  • a silicon-based binder for example a silane or silazane
  • silica aerogels are also suitable in principle as excellent thermal insulation materials, as they have a very high porosity and a pore volume of up to 99.8%.
  • silica aerogels have the major disadvantage that they can only be mechanically stressed to a limited extent and are therefore destroyed by the forces acting during mixing or mixing when they are introduced into building material mixtures for thermal insulation purposes.
  • the production of aerogels is complex, so that their use is always associated with significantly increased costs.
  • the state of the art therefore still lacks heat-insulating materials which have improved heat-insulating properties compared to conventional mineral aggregates, are preferably in particle form and a large number of inorganic binder systems can be incorporated easily and flexibly.
  • a heat-insulating system which, for example, can be incorporated into dry mixes of conventional inorganic binders, in particular cement-containing binders, and which can then be processed like conventional mortars or plasters.
  • One object of the present invention is thus to be seen in avoiding, or at least reducing the disadvantages associated with the prior art, as outlined above.
  • thermo insulation material which has improved thermal insulation properties compared to conventional thermal insulation materials such as expanded perlite.
  • Another object of the present invention is to provide a thermal insulation material which can be incorporated easily and without problems into a large number of inorganic binder systems and which can be produced inexpensively.
  • the subject matter of the present invention according to a first aspect of the present invention is thus a method for producing heat-insulating composite particles according to claim 1; further advantageous refinements of this aspect of the invention are the subject of the related subclaims.
  • the present invention according to a second and third aspect of the present invention further relates to composite particles according to the invention according to claim 18 or 19.
  • the present invention according to a fourth aspect of the present invention also further provides the use of the composite material according to the invention according to claim 20.
  • Yet another subject matter of the present invention according to a fifth aspect of the present invention is a dry building material mix according to claim 21.
  • Yet another subject matter of the present invention according to a sixth aspect of the present invention is a plaster mortar according to claim 22.
  • the present invention again further provides a thermal insulation panel according to claim 23.
  • weight or quantity-related percentages are selected by the person skilled in the art in such a way that the total result is 100%.
  • the present invention - according to a first aspect of the present invention - is thus a method for producing heat-insulating composite particles, wherein a porous particulate material is mixed with deagglomerated silica and / or with airgel, preferably deagglomerated silica.
  • porous particles such as expanded perlite
  • the mixture forms a layer of silica or airgel on the surface of the porous particulate material, the porous material is coated with the silica and / or the airgel, so to speak.
  • silica when silica is used, it is prevented that silica is incorporated into the when incorporated into an inorganic binder system Pores of a binder system or in gaps between aggregates and thus leads to a compression of the particular inorganic binder system, whereby its thermal conductivity is improved.
  • silica is used, which is preferred within the scope of the invention, it is essential that the silica is deagglomerated before mixing with the particulate material.
  • Silica is usually in the form of agglomerates in the high micrometer to millimeter range. If these agglomerates are incorporated into insulation systems or mixed with aggregates, they are deposited in the pores of the binder system or in gaps between aggregates, so that overall a deterioration in the thermal insulation properties is observed.
  • the porous particulate material serves as a carrier material.
  • the result is composite particles with a core / filling structure which have significantly improved thermal insulation properties compared to the carrier material used, the material of the core.
  • the composite particles obtainable with the method according to the invention when incorporated into mineral insulation systems, have a positive effect on the mechanical properties of the resulting cured systems, in particular of plasters and mortars, so in particular the compressive strength and the tendency to crack are significantly improved.
  • silica and / or airgel are used to produce the composite particles, the use of silica being preferred. If a silica is used, it has proven useful if the silica is selected from pyrogenic silica, precipitated silica and mixtures thereof, preferably pyrogenic silica.
  • porous particulate material As far as the porous particulate material is concerned, a large number of materials, in particular porous particles, come into consideration here. However, inorganic or mineral materials are preferably used.
  • the porous particulate material, in particular carrier material can have both closed pores and open pores. Closed pores - also known as closed porosity - are closed inside the material and have no connection to the environment. In contrast to closed pores, open pores end on the outer surface of the material and are therefore in contact with the environment.
  • composite particles with improved thermal insulation are accessible in a simple and inexpensive manner, which can be incorporated easily and flexibly into a large number of binder systems, in particular inorganic binder systems.
  • the composite particles obtainable with the method according to the invention can preferably be incorporated into cement-containing binder systems and thus used for the production of plastering mortars, in particular thermal insulation plasters, or thermal insulation boards, for example for interior construction.
  • a special feature of the composite particles obtainable with the method according to the invention is in particular that they are preferably free of further fibers, i.e. contain at most fibers based on silica and / or airgel, preferably silica, preferably pyrogenic silica.
  • the composite materials according to the invention do not have to be admixed with further fibers, in particular glass fibers or mineral fibers, for stabilization.
  • hydrophobic and hydrophilic silicas and / or aerogels or silicas and / or aerogels with different hydrophobicity, the hydrophobic properties of the resulting Adjust composite particles in a targeted manner. In this way it is possible to obtain composite particles which are adapted to a high degree to the particular binder system and the intended use.
  • the compounds summarized under the name "silica” in the context of the present invention are polycondensation products of orthosilicic acid Si (OH) 4 , the empirical formula of which converges to S1O2, ie silicon dioxide, as condensation progresses.
  • the silicas used in the context of the present invention are therefore often also referred to as silicon dioxides.
  • Polysilicic acids are divided into precipitated silica - also called precipitated silicon dioxide - and pyrogenic silica - also called pyrogenic silicon dioxide - according to the way they are produced. Both precipitated silicas and pyrogenic silicas are synthetic amorphous silicon dioxides.
  • Precipitated silica is usually obtained by the polycondensation reaction of sodium silicate solution after acidification with mineral acids, whereby water glass, i.e. a water-containing polysilicic acid, is formed first, which is then condensed to amorphous colloidal particles and dried.
  • Pyrogenic silica is generally formed by the reaction of silicon tetrachloride SiCU in an oxyhydrogen flame, i.e. in an ignited mixture of elemental hydrogen and elemental oxygen.
  • Both precipitated silicas and pyrogenic silicas are colorless powders with a low bulk density and a large specific surface.
  • Precipitated silicas and pyrogenic silicas are often used for similar purposes and are used as fillers, for example to improve the mechanical resistance of coatings.
  • Pyrogenic silica is usually more mechanically resilient than precipitated silica and has a higher density: Pyrogenic silica usually has BET specific surfaces of 20 to 600 m 2 / g and densities of about 2.2 g / cm 3 .
  • the primary particle size is usually Usually between 5 and 60 nm, while the particle size of the aggregated primary particles usually varies in the range from a few 100 nm to approx. 2 mm.
  • Precipitated silica has a BET specific surface area in the range from 30 to 800 m 2 / g with a density of 1.9 to 2.1 g / cm 3 .
  • the primary particle size is between 50 and 100 nm, while the particle size of the agglomerated primary particles is 1 to 50 ⁇ m.
  • all specific BET surface areas are preferably determined in accordance with DIN ISO 9277: 2003-05.
  • pyrogenic silicas are preferably used.
  • hydrophilic silicas or also hydrophobic silicas are used.
  • Hydrophilic silicas can be incorporated more easily and more homogeneously into inorganic binder systems, in particular plaster mortar systems, the components of which often consist of hydrophilic mineral components.
  • hydrophilic silica is to be understood as meaning a silica which has as few, preferably no, organic groups, in particular no alkyl groups, but is preferably terminated with polar chemical groups, in particular silanol groups.
  • Hydrophilic substances usually refer to polar organic or inorganic substances which are readily miscible with water. This also applies, for example, to solid systems, which are referred to as hydrophilic if they are well wetted by water.
  • Hydrophobically modified silicas are modified with organic groups, in particular with alkylsilanes, in order to reduce the hydrophilicity of unmodified silicic acid and, for example, to increase the compatibility of the silicas with organic systems.
  • organic groups in particular with alkylsilanes
  • hydrophilic and hydrophobic silica or mixtures thereof are used in order to increase the hydrophilicity or hydrophobicity of the composite particles obtainable with the method according to the invention for the respective application purpose or to tailor the binder system into which they are to be incorporated.
  • aerogels are highly porous solids, the volume of which consists of pores up to 99.8% by volume.
  • silicate-based aerogels or hybrid aerogels containing silicon dioxide and a further component are used, the use of silicate-based aerogels being preferred.
  • Silicate-based aerogels so-called silica aerogels, are derived from orthosilicic acid H 4 Si0 4 and its condensation products. They are highly porous solids with a pore volume of generally 95 to 99.8% by volume, based on the total volume of the airgel. Due to their high porosity, aerogels are poor conductors of heat and sound and are therefore of interest for the development of insulation materials.
  • Aerogels in particular also silica aerogels, can be both hydrophilic and hydrophobic.
  • a hydrophobic treatment is often carried out as part of the airgel synthesis in order to enable water or polar organic solvents to be removed from the pores of the airgel without the pore structure of the airgel being destroyed.
  • the hydrophobization is often done with silanes or siliconates.
  • both hydrophilic and hydrophobic aerogels in particular silica aerogels, or their can be used within the scope of the invention
  • Mixtures are used.
  • Mixtures of aerogels and silicas can also be used. However, the best results are obtained when silicas, in particular fumed silicas, are used.
  • the porous particulate material is selected from mineral materials.
  • porous particulate material is selected from the group consisting of volcanic rock, perlite, in particular expanded perlite, vermiculite, in particular expanded vermiculite, pumice, foam and expanded glass, expanded clay, expanded slate, tuff , Lava gravel, lava sand, and their mixtures.
  • porous particulate material is selected from the group consisting of perlite, in particular expanded perlite, vermiculite, in particular expanded vermiculite, pumice, foam and expanded glass, expanded clay, expanded slate, tuff, and mixtures thereof.
  • the porous particulate material is selected from the group consisting of perlite, in particular expanded perlite, and vermiculite, in particular expanded vermiculite, and mixtures thereof.
  • the porous particulate material is perlite, in particular expanded perlite.
  • Specially expanded perlite is available inexpensively in large quantities and has long been tried and tested as a heat-insulating additive that is open to water vapor diffusion for mineral binder systems, in particular for cement-containing binder systems.
  • the particle size of the porous particulate material used can vary within wide ranges. In the context of the present invention, however, it has proven useful if the porous particulate material has absolute particle sizes in the range from 0.01 to 7 mm, in particular from 0.05 to 4 mm, preferably 0.1 to 3.5 mm, preferably 0.15 to 3 mm, particularly preferably 0.2 to 2.5 mm.
  • the porous particulate material to have pores with pore sizes in the range from 0.05 to 800 ⁇ m, in particular 0.1 to 700 ⁇ m, preferably 0.5 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, particularly preferably 2 to 200 ⁇ m. Pore sizes in the range mentioned seem to be particularly suitable for anchoring a coating made of silica and / or airgel.
  • the composite particles obtainable by the process according to the invention are concerned, their particle size can also vary within wide ranges. However, it has generally proven useful if the composite particles have absolute particle sizes in the range from 0.01 to 10 mm, in particular 0.1 to 8 mm, preferably 0.15 to 5 mm, preferably 0.2 to 4 mm, particularly preferably 0 , 25 to 3 mm.
  • Particles with the aforementioned particle sizes can easily be incorporated as additives into commercially available binder systems, in particular cement- or lime-based binder systems.
  • the composite particles in bulk generally have a thermal conductivity at 25 ° C. in the range from 0.020 to 0.045 W / (mK), in particular 0.022 to 0.040 W / (mK), preferably 0.024 to 0.038 W / (mK), preferably 0.026 up to 0.035 W / (mK), particularly preferably 0.028 to 0.035 W / (mK).
  • porous particulate materials in particular expanded perlite
  • pyrogenic silica By mixing or coating porous particulate materials, in particular expanded perlite, with pyrogenic silica, a significant reduction in thermal conductivity can be achieved compared to pure carrier materials, such as expanded perlite, which has thermal conductivity values of approx. 0.040 at 25 ° C up to 0.045 W / (mK).
  • the composite particles have a bulk density in the range from 30 to 150 kg / m 3 , in particular 40 to 100 kg / m 3 , preferably 50 to 80 kg / m 3 , preferably 70 to 80 kg / m 3 .
  • the composite particles obtainable with the method according to the invention are thus suitable for use as lightweight aggregates, with they also have good thermal insulation properties due to their low density and high porosity.
  • the composite particles have the combustibility A1 or A2 according to DIN 4102.
  • the composite particles obtainable by the process according to the invention can thus be incorporated into a large number of binder systems without increasing the combustibility of the system.
  • a further advantage of the composite particles obtainable according to the invention can be seen in the fact that they consist of inorganic mineral materials which, on the one hand, are non-combustible and, on the other hand, have good water vapor permeability and consequently counteract the formation of mold when used in or on buildings.
  • the porous particles are mixed or coated with silica and / or airgel, preferably silica.
  • silica or airgel a large number of silicas and / or aerogels can be used here.
  • the silica or the airgel have a specific surface area (BET) of more than 20 ⁇ g, in particular more than 50 ⁇ g, preferably more than 80 ⁇ g, particularly preferably more than 100 m 2 / g.
  • BET specific surface area
  • the silica or the airgel has a specific surface area (BET) in the range from 20 to 500 m 2 / g, in particular 50 to 450 m 2 / g, preferably 80 to 450 m 2 / g, preferably 100 to 400 m 2 2 / g.
  • BET specific surface area
  • the present invention preferably provides for the silica in aqueous dispersion with 4% by weight of silica, based on the dispersion, to have a pH in the range from 3 to 7, in particular 4 to 6 .
  • the silica is deagglomerated before mixing with the particulate materials, since corresponding composite particles can only be obtained with deagglomerated silica.
  • the pyrogenic silica after deagglomeration, has particle sizes in the range from 5 to 250 ⁇ m, in particular 10 to 200 ⁇ m, preferably 15 to 180 ⁇ m, preferably 20 to 150 ⁇ m, particularly preferably 25 to 100 ⁇ m, having.
  • aerogels are preferably used without deagglomeration in order to prevent extensive destruction of the airgel particles.
  • the silica is deagglomerated with the introduction of high shear forces or, for example, also by sieving. If the silica is deagglomerated by introducing high shear forces, it has proven useful if the silica is used at shear rates of more than 20 m / s, in particular more than 30 m / s, preferably more than 40 m / s, preferably more than 50 m / s, is deagglomerated.
  • deagglomeration is preferably achieved by sieving, in particular by means of a vibrating sieve.
  • the silica used according to the invention is in the form of silica granules before deagglomeration.
  • the silica granules generally have particle sizes in the range from 0.1 to 3 mm, in particular 0.2 to 2 mm.
  • the silica Before deagglomeration, the silica usually has a tamped density in the range from 20 to 200 g / l, preferably 30 to 150 g / l, preferably 40 to 100 g / l.
  • the particulate materials as well as the silica and / or the airgel are mixed. It is particularly preferred in the context of the present invention if the porous particulate material and the silica or the airgel carefully, in particular with little low mechanical stress, can be mixed. As the applicant has found, it is completely sufficient if the porous particulate materials are coated with the silica and / or the airgel by careful or gentle mixing. This leads to the formation of, in particular, fibrous structures made of silica and / or airgel on the surface of the porous particles, which on the one hand adhere to the pores and the other surface of the particles or interlock there and on the other hand adhere and interlock with one another.
  • the porous particulate material and the silica or the airgel are mixed with the introduction of low shear forces.
  • Particularly good results are obtained in this context if the porous particulate material and the silica or the airgel with a shear rate of not more than 5 m / s, in particular not more than 3 m / s, preferably not more than 2 m / s, preferably not more than 1 m / s, are mixed.
  • the duration for which the particulate materials and the silica or airgel are mixed can vary within wide ranges, in particular depending on the respective conditions and the layer thickness of silica and / or airgel to be achieved on the particulate carrier material .
  • porous particulate material and the silica or the airgel are mixed for at least 1 minute, in particular at least 2 minutes, preferably at least 5 minutes, preferably at least 10 minutes.
  • porous particulate material and the silica or the airgel over a period of 1 minute to 2 hours, in particular 2 minutes to 1.5 hours, preferably 5 minutes to 1 hour, preferably 10 minutes to 1 hour.
  • the porous particulate material is preferably coated with the silica and / or the airgel.
  • the porous particulate material by mixing the silica or the airgel with the porous particulate material apparently fibrous structures made of silica and / or airgel formed on the surface of the porous carrier material, which are anchored to the surface of the particles or hook there as well as hook with each other, so that gradually a - albeit uneven and not completely closed - layer of silica and / or airgel is formed on the particulate material.
  • the coating with the silica and / or the airgel is varied in the range from 5 to 600 ⁇ m, in particular 5 to 500 ⁇ m, preferably 8 to 400 ⁇ m, preferably 10 to 300 ⁇ m.
  • the layer thicknesses can be varied in particular by adjusting the ratio of the starting materials to one another and also the mixing time or the repetition of the mixing process. Composite particles specially tailored to the respective application can be obtained.
  • the ratio in which the porous particulate material and the silica and / or the airgel are mixed can likewise vary within wide ranges, depending on which layer thicknesses are to be achieved. In the context of the present invention, however, it has proven useful if the porous particulate material and the silica or the airgel in a volume-related ratio of porous particulate material to silica or airgel in the range from 4: 1 to 1:30, in particular 3: 1 to 1:20, preferably 2: 1 to 1:15, preferably 1.5: 1 to 1:10, can be mixed.
  • porous particulate material and the silica or the airgel are in a weight-related ratio of porous particulate material to silica or airgel in the range from 0.1: 1 to 40: 1, in particular 0.2: 1 up to 30: 1, preferably 0.3: 1 to 20: 1, preferably 0.5: 1 to 20: 1, can be mixed.
  • the porous particulate material is mixed with different silicas and / or aerogels, in particular silicas, preferably pyrogenic silicas.
  • the different silicas or aerogels can be silicas or aerogels with different physical or chemical properties, in particular with different particle sizes or different densities, but also with different rather hydrophilicity.
  • the porous particulate material is first mixed with a hydrophilic silica and / or a hydrophilic airgel, and then the coated particles thus obtained are mixed again with a hydrophobic silica and / or a hydrophobic airgel will.
  • the silicas used must in any case be deagglomerated before use.
  • a hydrophilic silica and / or a hydrophilic airgel By initially using a hydrophilic silica and / or a hydrophilic airgel, a good bond between the coating and the usually mineral and hydrophilic carrier material can be achieved to obtain hydrophobized particles.
  • the porous particulate material and the silica or the airgel are mixed several times.
  • the multiple mixing processes are carried out one after the other.
  • layer thicknesses of the coating with silica and / or airgel can be adjusted in a targeted manner.
  • the porous particulate material and the silica or the airgel 2 to 10 times, in particular 2 to 7 times, preferably 2 to 5 times, preferably 2 to 3 times, particularly preferably 2 times, mixed.
  • the porous particulate material is coated several times with the silica and / or the airgel.
  • porous particulate material is applied twice to 10 times, in particular 2 to 7 times, preferably 2 to 5 times, preferably 2 to 3 times, particularly preferably 2 times times, is coated with silica and / or airgel.
  • each coating is carried out with a layer thickness in the range from 2 to 200 ⁇ m, in particular from 3 to 150 ⁇ m, preferably from 5 to 100 ⁇ m, preferably from 5 to 80 ⁇ m.
  • the multiple coating processes are preferably carried out in such a way that the aforementioned total thicknesses for the coating are retained.
  • a layer of hydrophilic silica or hydrophilic airgel is first applied to the porous particulate material and then a layer of hydrophobic silica or hydrophobic airgel is applied, it has proven useful if the ratio - either by weight or based on volume - from hydrophilic to hydrophobic silica or airgel in the range from 10: 1 to 1: 4, in particular 8: 1 to 1: 2, preferably 7: 1 to 1: 1, preferably 5: 1 to 1: 1.
  • the porous particulate material is mixed with an IR scattering agent before, during or after mixing with the silica and / or the airgel.
  • An IR scattering agent also called an IR opacifier, is a substance, in particular in particle form, which minimizes the infrared permeability of the composite particles and thus prevents the transfer of heat by radiation as far as possible.
  • the infrared radiation is preferably reflected or diffusely scattered by the IR scattering means.
  • the IR scattering agents can, for example, be mixed together with the silica or the airgel and the porous particulate material.
  • IR scattering agents prior to mixing with the silica or to mix the airgel with the porous material or to mix the composite particles, ie after the porous particulate material has been mixed with the silica or the airgel, with the IR scattering agent; good results are always achieved.
  • the thermal conductivity of the composite particles can be further reduced by using the IR scattering agent.
  • the IR diffuser can also be selected from a variety of materials.
  • the IR scattering agent is selected from the group consisting of carbon, in particular carbon black and / or graphite, silicon carbide, llmenite, zirconium silicate, iron oxide, titanium dioxide, zirconium oxide, manganese oxide, iron titanate and mixtures thereof.
  • the IR scattering agent is selected carbon, in particular carbon black and / or graphite, and silicon carbide.
  • the amount in which the IR scattering agent is used this can also be varied depending on the results to be achieved in each case.
  • the IR scattering agent is used in an amount of 0.01 to 20% by weight, in particular 0.02 to 18% by weight, preferably 0.03 to 14% by weight. %, preferably 0.04 to 12% by weight, particularly preferably 0.05 to 10% by weight, based on the total amount of porous particulate material and silica or airgel, is used.
  • small amounts of IR scattering agent are sufficient to further reduce the thermal conductivity of the material obtained.
  • porous particulate material and the IR scattering agent are mixed carefully, i.e. with the introduction of low shear forces. It is preferably provided that the porous particulate material and the IR scattering agent are mixed under the same conditions as the porous particulate material and the silica or the airgel.
  • the porous particulate material and the IR scattering agent have a shear rate of not more than 5 m / s, in particular not more than 3 m / s, preferably not more than 2 m / s, preferably not more than 1 m / s, are mixed.
  • further additives in particular processing aids, are also mixed with the other starting materials.
  • this is preferably not provided, so that preferably only two materials, namely the porous particulate material and silica or airgel or three materials, namely porous particulate material, silica or airgel and IR scattering medium, are used to produce the composite particles.
  • the silica or the airgel it can of course be provided that several types of silica or airgel are used, as described above.
  • the method is carried out in such a way that
  • silica is deagglomerated
  • a porous particulate material is mixed, in particular coated, with the deagglomerated silica and optionally airgel.
  • the particulate porous material and the silica or the airgel are mixed with the introduction of low thrust forces. It is also particularly possible that several coating processes are carried out with the silica or the airgel, in particular also with different silicas or aerogels, a hydrophilic silica or a hydrophilic airgel being used initially in a first coating step and one in a subsequent step hydrophobic silica or a hydrophobic airgel.
  • 1 shows a composite particle according to the invention with a core made of expanded perlite which is coated with graphite and hydrophilic fumed silica
  • 2 shows a composite particle according to the invention with a core made of expanded perlite, which is first coated with hydrophilic silica and graphite and then with hydrophobic fumed silica.
  • Another object of the present invention - according to a second aspect of the present invention - is a composite particle obtainable by the method described above.
  • the further invention - according to a third aspect of the present invention - is a composite particle which is obtainable in particular by the method described above, the composite particles having a core made of a porous material and a shell, in particular a coating, containing silica and / or airgel, in particular silica.
  • the composite particle preferably consists of a core made of a porous material and a shell (coating) which contains silica or airgel and optionally an IR scattering agent.
  • the composite particles have a thermal conductivity at 25 ° C in the range from 0.020 to 0.045 W / (mK), in particular 0.022 to 0.040 W / (mK), preferably 0.024 to 0.038 W / (mK) , preferably 0.026 to 0.035 W / (mK), particularly preferably 0.0328 to 0.035 W / (mK).
  • Another subject of the present invention - according to a fourth aspect of the present invention - is the use of the aforementioned composite particles for the production of building materials, in particular of Insulating materials, such as insulating plaster, insulation boards or thermal insulation composite systems, preferably thermal insulation boards.
  • Insulating materials such as insulating plaster, insulation boards or thermal insulation composite systems, preferably thermal insulation boards.
  • the composite particles according to the invention are outstandingly suitable for use in all types of insulation systems and can be used there in particular as a substitute for plastics or purely mineral-based insulation materials.
  • Another object of the present invention - according to a fifth aspect of the present invention - is a dry building material mixture containing the aforementioned composite particles.
  • the dry building material mix is preferably suitable for the production of plaster mortars and insulating plasters, but for the production of molded bodies, such as thermal insulation boards.
  • the dry building material mix usually has the composite particles in amounts of 10 to 90% by weight, in particular 10 to 70% by weight, preferably 15 to 65% by weight, preferably 20 to 60% by weight, particularly preferably 30 to 50% by weight .-%, based on the dry mix of building materials.
  • the dry building material mix has at least one binder composition, the dry building material mix preferably having only one binder composition.
  • the dry building material mixture contains the binder composition in amounts of 5 to 80% by weight, in particular 15 to 70% by weight, preferably 30 to 60% by weight, preferably 35 to 55% by weight. -%, particularly preferably 40 to 50% by weight, based on the dry building material mixture.
  • the binder composition has at least one cement-based binder, preferably cement, preferably Portland cement, particularly preferably white cement.
  • cement-based binders means that they set hydraulically, ie by adding water, and form particularly resilient and permanent solid systems.
  • the binder composition contains the cement-based binder in amounts of 1 to 79% by weight, in particular 3 to 50% by weight, preferably 5 to 40% by weight, preferably 8 to 30% by weight. %, particularly preferably 10 to 25% by weight, based on the dry building material mixture.
  • the binder composition has at least one lime-based binder, in particular hydraulic lime and / or hydrated lime, preferably hydraulic lime.
  • Hydrated lime is calcium hydroxide Ca (OH) 2, which is obtained from quicklime (CaO) by dry adsorption.
  • Hydraulic lime is calcium hydroxide Ca (OH) 2 to which small amounts of a hydraulic binder, in particular cement, are added.
  • the binder composition contains the lime-based binder in amounts of 1 to 79% by weight, in particular 5 to 60% by weight, preferably 10 to 50% by weight, preferably 15 to 45% by weight, particularly preferably 20 to 40% by weight, based on the dry building material mix.
  • the binder composition contains the lime-based binder in amounts of 1 to 79% by weight, in particular 5 to 60% by weight, preferably 10 to 50% by weight, preferably 15 to 45% by weight, particularly preferably 20 to 40% by weight, based on the dry building material mix.
  • the binder composition has at least one cement-based binder and at least one lime-based binder, in particular in the aforementioned amounts.
  • the ratio of cement-based binder to lime-based binder can also vary within wide ranges.
  • the ratio of cement-based binder to lime-based binder in the range from 5: 1 to 1:10, in particular 3: 1 to 1: 8, preferably 1: 1 to 1: 5, preferably 1: 2 to 1: 3.
  • the dry building material mixture contains fibers, in particular inorganic, preferably mineral fibers.
  • fibers can further increase the strength and mechanical resistance of the resulting materials.
  • inorganic fibers in particular mineral inorganic fibers, is preferred.
  • the fibers are selected from calcium silicate fibers, glass fibers, wollastonite fibers, carbon fibers, carbon nanotubes and mixtures thereof. It is particularly preferred in the context of the present invention if the fibers are selected from calcium silicate fibers, glass fibers, wollastonite fibers and mixtures thereof. Particularly good results are obtained when the fibers are calcium silicate fibers.
  • the dry building material mix is based on the fibers in amounts of 0.1 to 5% by weight, in particular 0.2 to 2% by weight, preferably 0.2 to 1% by weight the dry building material mix.
  • the dry building material mixture contains at least one additive, in particular at least one additive.
  • the additive is selected from the group of liquefiers, thickeners, retarders, accelerators, stabilizers (stabilizers), rheology control agents, additives to adjust the water retention capacity (water retention agents), dispersants, sealants, air entrainment agents and mixtures thereof .
  • the dry building material mixture usually contains the additive in amounts of 0.01 to 10% by weight, in particular 0.1 to 5% by weight, preferably 0.3 to 3% by weight, preferably 0.5 to 1% by weight, based on the dry building material mix.
  • the dry building material mix contains
  • the dry building material mix according to the invention has a bulk density in the range 80 to 650 kg / m 3 , in particular 90 to 600 kg / m 3 , preferably 100 to 500 kg / m 3 , preferably 110 to 400 kg / m 3 .
  • Another object of the present invention - according to a sixth aspect of the present invention - is a plaster mortar, in particular re an insulating plaster, obtainable from the aforementioned dry mix of building materials and / or containing the aforementioned composite particles.
  • plaster mortar is mixed with water in amounts of 70 to 300% by weight, in particular 80 to 250% by weight, preferably 90 to 200% by weight, based on the Dry building material mix, is available.
  • the plaster mortar according to the invention can be made up and also processed like a conventional plaster mortar known from the prior art.
  • the hardened plaster mortar has a water vapor diffusion resistance number m, determined according to DIN EN ISO 12542, in the range from 2 to 9, in particular 3 to 7, preferably 4 to 6.
  • m water vapor diffusion resistance number
  • the plaster mortar according to the invention is characterized in that it is open to diffusion and moisture can be released from the masonry to the environment, which counteracts the formation of mold and algae and also increases the durability of the thermal insulation system.
  • the hardened plaster mortar usually has a thermal conductivity in the range from 0.030 to 0.55 W / (mK), in particular 0.035 to 0.042 W / (mK), preferably 0.035 to 0.040 W / (mK).
  • another subject matter of the present invention - is a molded body, in particular a thermal insulation board, obtainable from the aforesaid dry building material mix or the aforesaid plaster mortar and / or containing the aforesaid composite particles.
  • the shaped body is particularly characterized in that it preferably has a thermal conductivity in the range from 0.030 to 0.55 W / (mK), in particular 0.035 to 0.042 W / (mK), preferably 0.035 to 0.040 W / (mK).
  • the thickness of the shaped body according to the invention in particular the thermal insulation board, is concerned, it can vary within wide ranges. In the context of the present invention, however, particularly good results are obtained when the shaped body has a thickness in the range from 1 to 20 cm, in particular from 1.5 to 15 cm, preferably from 1.5 to 10 cm, preferably from 2 to 8 cm.
  • 40 l of expanded perlite with particle sizes between 0.6 and 2.5 mm are placed in a tumble mixer with a capacity of 200 liters.
  • the perlite has a bulk density of approx. 50 g / l and a thermal conductivity of 40 mW / (mK).
  • hydrophilic fumed silica with a tamped density of 50 g / l, a BET surface area of approx. 380 m 2 / g and a vibrating sieve with a mesh size of 2 mm are sieved to break up the agglomerates.
  • the deagglomerated silica is then added to the mixture of graphite and perlite and mixed for a further 10 minutes at 250 revolutions / minute in a tumble mixer. Hydrophilic composite particles are obtained.
  • FIG. 1 shows a light microscope image of a particle of expanded perlite coated with hydrophilic fumed silica and graphite.
  • Fig. 1 it can be seen that the surface and in particular the pores of the expanded perlite are covered with pyrogenic silica and that fiber-like or structures are formed on the surface of the perlite, which adhere firmly to there.
  • the composite particles coated with hydrophilic fumed silica obtained under 1. are mixed with 4 l of hydrophobic fumed silica with a tamped density of 60 g / l and a BET surface area of approx. 220 m 2 / g.
  • the hydrophobic fumed silica was also sieved beforehand with a vibrating sieve with a mesh size of 2 mm in order to break up the agglomerates.
  • hydrophobic pyrogenic silica After the hydrophobic pyrogenic silica has been added to the hydrophilic composite particles, mixing is continued for 10 minutes at a speed of 250 revolutions / minute in a tumble mixer.
  • Approx. 50 l of hydrophobized, coated pearlite particles with a bulk density of approx. 70 g / l and a thermal conductivity of 31 mW / (mK) are obtained.
  • FIG. 2 shows a light microscope image of a composite particle according to the invention which is obtained after the process has ended, i.e. which is first mixed with graphite and hydrophilic silica and then mixed with hydrophobic silica.
  • hydrophilic and the hydrophobic composite particles according to the invention can be incorporated into binder systems in an outstanding manner.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung wärmedämmender Kompositpartikel sowie die mit dem Verfahren erhältlichen Kompositpartikel und ihre Verwendung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung wärmedämmender Kompositpartikel ein poröses partikelförmiges Material, wie z.B. vulkanisches Gestein, (expandiertes) Perlit, (expandiertes) Vermikulit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Tuff, Lavakies, Lavasand, mit desagglomerierter Kieselsäure, z.B. pyrogen und/oder gefällt, und/oder einem Aerogel gemischt wird, und dabei bevorzugt das poröse partikelförmige Material mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel beschichtet wird.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG WÄRMEDÄMMENDER KOMPOSITPARTIKEL, KOMPOSITPARTIKEL UND DEREN VERWENDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Wärmedämmung, insbesondere wärmedämmender Zuschläge für Bindemittelsysteme.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von wärmedämmenden Kompositpartikeln sowie die mit dem Verfahren erhältlichen Kompositpartikel. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Kompositpartikel zur Herstellung von Baumaterialien sowie Baustofftrockenmischungen, welche die Kompositpartikel enthalten.
Weiterhin betrifft die Erfindung Putzmörtelmassen, welche die Baustofftrockenmischung bzw. die Kompositpartikel enthalten sowie eine hieraus erhältliche Wärmedämmplatte.
Zur Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften von mineralischen Bindemittelsystemen, beispielsweise auf Basis von Kalk- und/oder Zement, ist es üblich, wärmedämmende Zuschlagsstoffe, insbesondere Leichtzuschläge, einzusetzen. Die Zuschlagsstoffe verbessern aufgrund ihrer Porosität die Wärmeleitfähigkeit der resultierenden Baumaterialien, insbesondere von Mörtel und Putzen. Bei den eingesetzten Leichtzuschlägen handelt es sich in der Regel um hochporöse Materialien, wie beispielsweise geblähten Vermiculit oder geblähten Perlit.
Mit Hilfe dieser Zuschläge ist es möglich, die Wärmedämmeigenschaften der intrinsisch hoch wärmeleitfähigen mineralischen Bindemittelsysteme zu optimieren, so dass die resultierenden Mörtel und Putze beispielsweise als Dämmputze eingesetzt werden können.
Geblähter Perlit wird dabei aufgrund seiner guten mechanischen Belastbarkeit, allgemeinen Verfügbarkeit und die geringen Anschaffungskosten oftmals als Zuschlag eingesetzt.
Durch den Einsatz mineralischer poröser Zuschlagsstoffe lassen sich Mörtel und Putze hersteilen, welche gegenüber Standardsystemen deutlich verbesserte Wärmedämmeigenschaften besitzen und die darüber hinaus noch wasserdampfdiffusionsoffen sind. Das heißt, in einem Gebäude oder einem Mauerwerk eingeschlossene Feuchtigkeit kann an die Umgebung abgegeben werden. Dies ist ein Vorteil mineralischer Systeme gegenüber den oftmals kunststoffbasierten Wärmedämmverbundsystemen (WDVS), welche in der Regel aus umweltschädlichem und wasserdampfdichtem Polystyrol oder Polyurethan bestehen.
Allerdings weisen mineralische Systeme, insbesondere geblähter Perlit, gegenüber kunststoffbasierten Wärmedämmmaterialien dahingehend einen Nachteil auf, dass sie im Vergleich hohe Wärmeleitfähigkeiten besitzen, so dass dünne Dämmsysteme ausschließlich auf Basis mineralischer Systeme, wie beispielsweise Perlit, nicht zugänglich sind.
Zwar gibt es andere Zuschlagsstoffe, wie insbesondere Silica-Aerogele, welche die Wärmeleitfähigkeit mineralischer Dämmsysteme deutlich herabsetzen können, jedoch sind diese oftmals mechanisch nicht ausreichend belastbar, um speziell in industriell gefertigte Baustofftrockenmischungen eingebracht und maschinell aufgebracht werden zu können.
Ein weiteres, prinzipiell gut wärmedämmendes Material ist pyrogene Kieselsäure, welches jedoch nur über äußerst geringe Partikelgrößen verfügt und darüber hinaus relativ kostenintensiv in der Anschaffung ist, so dass pyrogene Kieselsäure selten als alleiniger Zuschlag verwendet wird. Darüber wird bei Verwendung von pyrogener Kieselsäure als Additiv in mineralischen Bindemittelsystemen, insbesondere Kalk-Zement-Bindemitteln, oftmals eine Verschlechterung der Wärmedämmeigenschaften beobachtet.
Zwar werden die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Druckfestigkeit und Rissfestigkeit des ausgehärteten Bindemittels durch den Einsatz von Kieselsäure, insbesondere pyrogener Kieselsäure, deutlich verbessert, allerdings auf Kosten verschlechterter Wärmedämmeigenschaften. Dies ist darauf zurückzuführen, dass durch die Verwendung der Kieselsäure die Dichte des Bindemittelsystems oftmals zunimmt, da sich die Kieselsäurefasern und -partikeln in den Poren des Bindemittelsystems sowie in Zwischenräumen zwischen den Zuschlagstoffen ablagern und somit zu einer Verdichtung des Materials führen. Werden einem Putzmörtel sowohl wärmedämmende Füllstoffe, insbesondere geblähter Perlit, als auch pyrogene Kieselsäure hinzugemischt, so ist die Wärmeleitfähigkeit des ausgehärteten Putzmörtels höher als bei vergleichbaren Mischungen ohne pyrogene Kieselsäure. Da Kieselsäuren und insbesondere pyrogene Kieselsäuren jedoch prinzipiell gut geeignet sind, zum einen die Wärmedämmeigenschaften von mineralischen Bindemittelsystemen zu verbessern und darüber hinaus stets die mechanischen Eigenschaften sowie die Brandwiderstandsfähigkeit der Bindemittelsysteme deutlich verbessern, gab es Versuche, Kieselsäure mit wärmedämmenden Füllstoffen in mineralische Bindemittelsysteme einzuarbeiten.
So beschreibt die EP 2 576 929 B1 eine Wärmedämm-Pulvermischung, welche mindestens eine Kieselsäure und mindestens ein Fasermaterial mit einem Faserdurchmesser von 1 bis 50 pm sowie gegebenenfalls geschäumte oder geblähte Pulver, wie beispielsweise Perlit, aufweist. Die Pulvermischungen werden ver- presst, um Formkörper zu erhalten.
Weiterhin beschreibt die EP 3490 954 B1 ein Verfahren zur Flerstellung eines hydrophobe Kieselsäure enthaltenden Wärmedämmmaterials, in dem hydrophile und hydrophobe Kieselsäure mittels eines siliciumbasierten Bindemittels, beispielsweise eines Silans oder Silazans, vernetzt und die Mischung anschließend zu Formkörpern verpresst wird.
Weiterhin eignen sich auch Silica-Aerogele prinzipiell als hervorragende Wärmedämmstoffe, da sie eine sehr hohe Porosität aufweisen und ein Porenvolumen von bis zu 99,8 % aufweisen. Silica-Aerogele haben jedoch den großen Nachteil, dass sie mechanisch nur gering belastbar sind und daher bei Einbringung in Baustoffmischungen zu Wärmedämmzwecken bereits durch die beim Mischen bzw. Anrühren einwirkenden Kräfte zerstört werden. Darüber hinaus ist die Flerstellung von Aerogelen aufwendig, sodass ihr Einsatz stets mit deutlich erhöhten Kosten verbunden ist.
Es fehlt somit im Stand der Technik weiterhin an wärmedämmenden Materialien, welche gegenüber herkömmlichen mineralischen Zuschlagsstoffen verbesserte Wärmedämmeigenschaften aufweisen, vorzugsweise in Partikelform vorliegen und einfach und flexibel eine Vielzahl anorganischer Bindemittelsysteme eingearbeitet werden können. Insbesondere fehlt auch ein wärmedämmendes System, welches beispielsweise in Trockenmischungen herkömmlicher anorganischer Bindemittel, insbesondere zementhaltiger Bindemittel eingearbeitet werden kann und anschließend wie übliche Mörtel oder Putze verarbeitet werden kann. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit darin zu sehen, die zuvor geschilderten, mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile zu vermeiden, zumindest jedoch abzuschwächen.
Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, einen verbesserten Wärmedämmstoff zur Verfügung zu stellen, welcher gegenüber üblichen Wärmedämmstoffen, wie beispielsweise geblähtem Perlit, verbesserte Wärmedämmeigenschaften aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, einen Wärmedämmstoff bereitzustellen, welcher einfach und problemlos in eine Vielzahl anorganischer Bindemittelsysteme eingearbeitet werden kann und welcher kostengünstig herstellbar ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung wärmedämmender Kom- positpartikel nach Anspruch 1 ; weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspekts sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem zweiten und dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind erfindungsgemäße Kompositpartikel nach Anspruch 18 oder 19.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Kompositmaterials nach Anspruch 20.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Baustofftrockenmischung nach Anspruch 21.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist einen Putzmörtel nach Anspruch 22.
Schließlich ist wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Wärmedämmplatte nach Anspruch 23. Es versteht sich von selbst, dass Vorteile, Besonderheiten, Merkmale, Ausgestaltungen und Ausführungsformen sowie Vorteile oder dergleichen, welche nachfolgend - zu Zwecken der Vermeidung von unnötigen Wiederholungen - nur zu einem Erfindungsaspekt ausgeführt werde, selbstverständlich auch in Bezug auf die übrigen Erfindungsaspekte entsprechend gelten, ohne dass dies einer ausdrücklichen Erwähnung bedarf.
Weiterhin gilt, dass alle im Folgenden genannten Werte- bzw. Parameterangaben oder dergleichen grundsätzlich mit genormten bzw. standardisierten oder explizit angegebenen Bestimmungsverfahren oder dem Fachmann auf diesem Gebiet an sich geläufigen Bestimmungsmethoden ermittelt bzw. bestimmt werden können.
Darüber hinaus versteht es sich von selbst, dass gewichts- oder mengenbezogene Prozentangaben vom Fachmann derart ausgewählt, dass in der Summe 100 % resultieren.
Dies vorausgeschickt wird im Folgenden die vorliegende Erfindung näher beschrieben:
Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem e r s t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist somit ein Verfahren zur Flerstellung wärmedämmender Kompositpartikel, wobei ein poröses partikelförmiges Material mit desagglomerier- ter Kieselsäure und/oder mit Aerogel, vorzugsweise desagglomerierter Kieselsäure, gemischt wird.
Denn, wie die Anmelderin überraschender Weise herausgefunden hat, ist es möglich, die Wärmedämmeigenschaften von porösen Partikeln, wie beispielsweise geblähtem Perlit, deutlich zu verbessern, indem das poröse partikelförmige Material mit desagglomerierter Kieselsäure und/oder Aerogel gemischt wird.
Durch die Mischung bildet sich eine Schicht aus Kieselsäure bzw. Aerogel auf der Oberfläche des porösen partikelförmigen Materials, das poröse Material wird sozusagen mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel beschichtet. Flierdurch wird zum einen eine Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften des partikelförmigen Materials erreicht und zum anderen bei Verwendung von Kieselsäure verhindert, dass Kieselsäure sich bei Einarbeitung in ein anorganisches Bindemittelsystem in den Poren eines Bindemittelsystems bzw. in Lücken zwischen Zuschlagsstoffen festsetzt und somit zu einer Verdichtung des insbesondere anorganischen Bindemittelsystems führt, wodurch dessen Wärmeleitfähigkeiten verbessert wird.
Falls Kieselsäure verwendet wird, was im Rahmen der Erfindung bevorzugt ist, ist es essenziell, dass die Kieselsäure vor Mischen mit dem partikelförmigen Material desagglomeriert wird. Kieselsäure liegt üblicherweise in Form von Agglomeraten im hohen Mikrometer- bis Millimeterbereich vor. Werden diese Agglomerate in Dämmstoffsysteme eingearbeitet oder mit Zuschlagsstoffen gemischt werden, so lagern sie sich in den Poren des Bindemittelsystems bzw. Lücken zwischen Zuschlagstoffen ein, so dass insgesamt eine Verschlechterung der Wärmedämmeigenschaften beobachtet wird. Bei der Verwendung desagglomerierten Kieselsäure wird hingegen beobachtet, dass sich beim Mischen mit porösen Partikeln auf der Oberfläche der porösen Partikel faserartige Strukturen aus Kieselsäure ausbilden, welche zum einen an der Oberfläche der porösen Partikel verankert bzw. verhakt und zum anderen mit weiteren Fasern verhaken, so dass eine Hülle auf der Oberfläche der Partikel gebildet wird. Diese Hülle ist nicht zwangsläufig geschlossen oder überall gleichmäßig, sondern weist vielmehr Unregelmäßigkeiten und oftmals Lücken auf, ist aber fest mit den porösen Partikeln verbunden. Vergleichbare Strukturen werden auch bei Verwendung von Aerogel, insbesondere Silica-Aerogel beobachtet. Besonders ausgeprägt ist dieses Verhalten jedoch bei Verwendung von pyrogener Kieselsäure, deren Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist.
Das poröse partikelförmige Material dient dabei als Trägermaterial. Es resultieren Kompositpartikel mit Kern/Flülle-Struktur, welche gegenüber dem verwendeten Trägermaterial, dem Material des Kerns, deutlich verbesserte wärmedämmende Eigenschaften aufweisen.
Darüber hinaus wird es überraschenderweise beobachtet, dass die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Kompositpartikel bei Einarbeitung in mineralische Dämmstoffsysteme die mechanischen Eigenschaften der resultierenden ausgehärteten Systeme, insbesondere von Putzen und Mörteln, positiv beeinflussen, so werden insbesondere die Druckfestigkeit und die Rissneigung deutlich verbessert. Wie zuvor ausgeführt werden kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Herstellung der Kompositpartikel Kieselsäure und/oder Aerogel zum Einsatz, wobei die Verwendung von Kieselsäure bevorzugt ist. Wenn eine Kieselsäure verwendet wird, so hat es sich bewährt, wenn die Kieselsäure ausgewählt ist aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäure und deren Mischungen, vorzugsweise pyrogene Kieselsäure ist.
Was das poröse partikelförmige Material anbelangt, so kommt hier eine Vielzahl von Materialien, insbesondere porösen Partikeln in Betracht. Vorzugsweise werden allerdings anorganische bzw. mineralische Materialien verwendet. Das poröse partikelförmige Material, insbesondere Trägermaterial, kann dabei sowohl geschlossene Poren als auch offene Poren aufweisen. Geschlossene Poren - auch geschlossene Porosität bezeichnet - befinden sich abgeschlossen im Inneren des Materials und habe keine Verbindung zur Umgebung. Im Gegensatz zu geschlossenen Poren enden offene Poren an der äußeren Oberfläche des Materials und stehen somit mit der Umgebung in Kontakt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind auf einfache und kostengünstige Weise Kompositpartikel mit verbesserter Wärmedämmung zugänglich, welche einfach und flexibel in eine Vielzahl von Bindemittelsystemen, insbesondere anorganische Bindemittelsysteme, eingearbeitet werden können. Vorzugsweise können die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Kompositpartikel in zementhaltige Bindemittelsysteme eingearbeitet werden und somit zur Herstellung von Putzmörteln, insbesondere Wärmedämmputzen, oder auch Wärmedämmplatten, beispielsweise für den Innenausbau, verwendet werden.
Eine Besonderheit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Kompo- sitpartikeln ist insbesondere darin zu sehen, dass sie vorzugsweise frei sind von weiteren Fasern, d.h. höchstens Fasern auf Basis von Kieselsäure und/oder Aerogel, vorzugsweise Kieselsäure, bevorzugt pyrogener Kieselsäure, aufweisen. Das heißt den erfindungsgemäßen Kompositmaterialien müssen zur Stabilisierung nicht weitere Fasern, insbesondere Glasfasern oder mineralische Fasern, beigemischt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, durch Mischung von hydrophober und hydrophiler Kieselsäuren und/oder Aerogelen bzw. Kieselsäuren und/oder Aerogelen mit unterschiedlicher Hydrophobizität, die hydrophoben Eigenschaften der resultierenden Kompositpartikel gezielt einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, Kompositpar- tikel zu erhalten, welche in hohem Maße an das jeweilige Bindemittelsystem und den Anwendungszweck angepasst sind.
Bei denen im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter der Bezeichnung "Kieselsäure" zusammengefassten Verbindungen handelt es sich um Polykondensationsprodukte der Orthokieselsäure Si(OH)4, deren Summenformel bei fortschreitender Kondensation gegen S1O2, d.h. Siliciumdioxid, konvergiert. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Kieselsäuren werden daher oftmals auch als Siliciumdioxide bezeichnet. Polykieselsäuren werden nach Art ihrer Herstellung Fällungskieselsäure - auch gefälltes Siliciumdioxid genannt - und pyrogene Kieselsäure - auch pyrogenes Siliciumdioxid genannt - unterteilt. Sowohl bei Fällungskieselsäuren als auch bei pyrogenen Kieselsäuren handelt es sich um synthetische amorphe Siliciumdioxide.
Fällungskieselsäure wird üblicherweise durch Polykondensationsreaktion von Natriumsilikatlösung nach Ansäuern mit Mineralsäuren erhalten, wobei zuerst Wasserglas, d.h. eine wasserhaltige Polykieselsäure, entsteht, welche anschließend zu amorphen kolloidalen Teilchen kondensiert und getrocknet wird.
Pyrogene Kieselsäure wird im Allgemeinen durch Reaktion von Silicumtetrachlorid SiCU in der Knallgasflamme, d.h. in einem entzündeten Gemisch aus elementarem Wasserstoff und elementaren Sauerstoff, gebildet.
Sowohl Fällungskieselsäuren als auch pyrogene Kieselsäuren sind farblose Pulver mit einer niedrigen Schüttdichte und einer großen spezifischen Oberfläche. Fällungskieselsäuren und pyrogene Kieselsäuren werden oftmals für ähnliche Zwecke eingesetzt und finden Anwendung als Füllstoffe, beispielsweise Verbesserung der mechanischen Beständigkeit von Beschichtungen.
Fällungskieselsäure und pyrogene Kieselsäure unterscheiden sich jedoch bei genauerer Betrachtung erheblich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften, weshalb sie die Eigenschaften von Systemen, in welchen sie eingesetzt werden, unterschiedlich beeinflussen. So ist pyrogene Kieselsäure üblicherweise mechanisch belastbarer als Fällungskieselsäure und besitzt eine höhere Dichte: Pyrogene Kieselsäure weist üblicherweise spezifische Oberflächen nach BET von 20 bis 600 m2/g und Dichten von ca. 2,2 g/cm3 auf. Die Primärpartikelgröße liegt übli- cherweise zwischen 5 und 60 nm, während die Partikelgröße der aggregierten Primärpartikel üblicherweise im Bereich von wenigen 100 nm bis ca. 2 mm schwankt.
Fällungskieselsäure weist hingegen eine spezifische Oberfläche nach BET im Bereich von 30 bis 800 m2/g bei einer Dichte von 1,9 bis 2,1 g/cm3 auf. Die Primärpartikelgröße liegt zwischen 50 und 100 nm, während die Partikelgröße der agglomerierten Primärpartikel 1 bis 50 pm beträgt. Alle spezifischen BET-Oberflächen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweisen nach DIN ISO 9277: 2003-05 bestimmt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden - wie zuvor ausgeführt - vorzugsweise pyrogene Kieselsäuren eingesetzt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass hydrophile Kieselsäuren oder auch hydrophobe Kieselsäuren eingesetzt werden. Hydrophile Kieselsäuren lassen sich leichter und homogener in anorganische Bindemittelsysteme, insbesondere Putzmörtelsysteme, einarbeiten, deren Bestandteilen oftmals aus hydrophilen mineralischen Bestandteilen bestehen.
Unter einer hydrophilen Kieselsäure ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Kieselsäure zu verstehen, welche möglichst wenige, vorzugsweise keine, organischen Gruppen, insbesondere keine Alkylgruppen, aufweist, sondern vorzugsweise mit polaren chemischen Gruppen, insbesondere Silanolgruppen, terminiert ist. Unter hydrophilen Substanzen werden üblicherweise polare organische oder anorganische Substanzen bezeichnet, welche gut mit Wasser mischbar sind. Dies gilt beispielsweise auch für feste Systeme, welche als hydrophil bezeichnet werden, wenn sie gut von Wasser benetzt werden.
Hydrophob modifizierte, üblicherweise auch als hydrophobe Kieselsäure, bezeich- nete Kieselsäuren sind mit organischen Gruppen, insbesondere mit Alkylsilanen, modifiziert, um die Hydrophilie, welche unmodifizierte Kieselsäure aufweist, herabzusetzen und beispielsweise die Kompatibilität der Kieselsäuren mit organischen Systemen zu erhöhen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass sowohl hydrophile als auch hydrophobe Kieselsäure oder deren Mischungen eingesetzt werden, um die Hydrophilie bzw. Hydrophobizität der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Kompositpartikel für den jeweiligen Anwendungs- zweck oder das Bindemittelsystem, in welches sie eingearbeitet werden sollen, zuzuschneiden.
Aerogele sind, wie oben ausgeführt, hochporöse Festkörper, deren Volumen bis zu 99,8 Vol.-% aus Poren besteht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden vorrangig silikatbasierte Aerogele oder Hybridaerogele die Siliciumdioxid und eine weitere Komponente enthalten, verwendet, wobei der Einsatz silikatbasierter Aerogele bevorzugt ist. Silikatbasierte Aerogele, sogenannte Silica-Aerogele, leiten sich von der Ortho-Kieselsäure H4Si04 und deren Kondensationsprodukten ab. Sie sind hochporöse Feststoffe mit einem Porenvolumen von im Allgemeinen 95 bis 99,8 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Aerogels. Aufgrund der hohen Porosität sind Aerogele schlechte Wärme- und Schallleiter und somit für die Entwicklung von Dämm- und Isolationsmaterialien interessant.
Der Anwendungsbereich von Aerogelen im Bereich der Isolations- und Dämmstoffe beschränkt sich bislang jedoch weitgehend auf einige Spezialanwendungen, da Aerogele aufgrund ihrer hohen Porosität äußerst fragile Festkörperstrukturen darstellen, welche selbst bei relativ geringer mechanischer Belastung zerstört werden. Darüber hinaus ist die Darstellung von Aerogelen recht kostenintensiv und mit einem hohen apparativen Aufwand verbunden, weshalb Aerogele bislang in Isolations- und Dämmmaterialien nicht wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden können.
Aerogele, insbesondere auch Silica-Aerogele können sowohl hydrophil als auch hydrophob sein. Oftmals wird eine Hydrophobierung im Rahmen der Aerogelsynthese vorgenommen, um eine Entfernung von Wasser oder polaren organischen Lösemitteln aus den Poren des Aerogels zu ermöglichen, ohne dass die Porenstruktur des Aerogels zerstört wird. Die Hydrophobierung erfolgt dabei oftmals durch Silane oder Silikonate.
Wie sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt hat, können nicht nur Kieselsäuren, sondern auch die sehr viel empfindlicheren Aerogele im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kompositpartikel wird zwar ein Teil der Aerogelpartikel zerstört, allerdings reicht der verbleibende, nicht zerstörte Anteil aus, um die Wärmedämmeigenschaften des Trägermaterials deutlich zu verbessern. Entsprechend der zuvor beschrieben Verwendung von Kieselsäure, können im Rahmen der Erfindung sowohl hydrophile als auch hydrophobe Aerogele, insbesondere Silica-Aerogele, oder deren Mischungen eingesetzt werden. Auch können Mischungen aus Aerogelen und Kieselsäuren verwendet werden. Beste Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn Kieselsäuren, insbesondere pyrogene Kieselsäuren, eingesetzt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es üblicherweise vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material aus mineralischen Materialien ausgewählt ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich insbesondere bewährt, wenn das poröse partikelförmige Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus vulkanischem Gestein, Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Tuff, Lavakies, Lavasand, und deren Mischungen.
Besonders gute Ergebnisse werden in diesem Zusammenhang erhalten, wenn das poröse partikelförmige Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Tuff, und deren Mischungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, und Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, und deren Mischungen.
Ganz besonders bevorzugt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn das poröse partikelförmige Material Perlit, insbesondere expandierter Perlit, ist. Speziell expandierter Perlit ist kostengünstig in großen Mengen erhältlich und in der Anwendung als wärmedämmender wasserdampfdiffusionsoffener Zuschlagsstoff für mineralische Bindemittelsysteme, insbesondere für zementhaltige Bindemittelsysteme, seit Langem erprobt.
Was nun die Partikelgröße des eingesetzten porösen partikelförmigen Materials anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Es hat sich jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bewährt, wenn das poröse partikelförmige Material absolute Partikelgrößen im Bereich von 0,01 bis 7 mm, insbesondere 0,05 bis 4 mm, vorzugsweise 0,1 bis 3,5 mm, bevorzugt 0,15 bis 3 mm, besonders bevorzugt 0,2 bis 2,5 mm, aufweist.
Darüber hinaus ist es im Allgemeinen vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material Poren mit Porengrößen im Bereich von 0,05 bis 800 pm, insbesondere 0,1 bis 700 pm, vorzugsweise 0,5 pm bis 500 pm, bevorzugt 1 pm bis 300 pm, besonders bevorzugt 2 bis 200 pm, aufweist. Porengrößen im genannten Bereich scheinen in besondere Weise geeignet zu sein, eine Beschichtung aus Kieselsäure und/oder Aerogel zu verankern.
Was nun die dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Kompositpartikel anbelangt, so kann auch deren Partikelgröße in weiten Bereichen variieren. Es hat sich im Allgemeinen jedoch bewährt, wenn die Kompositpartikel absolute Partikelgrößen im Bereich von 0,01 bis 10 mm, insbesondere 0,1 bis 8 mm, vorzugsweise 0,15 bis 5 mm, bevorzugt 0,2 bis 4 mm, besonders bevorzugt 0,25 bis 3 mm, aufweisen.
Partikel mit den vorgenannten Partikelgrößen können problemlos als Zuschläge in handelsübliche Bindemittelsysteme, insbesondere zement- bzw. kalkbasierte Bindemittelsysteme, eingearbeitet werden.
Darüber hinaus weisen die Kompositpartikel in loser Schüttung im Allgemeinen eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C im Bereich von 0,020 bis 0,045 W/(mK), insbesondere 0,022 bis 0,040 W/(mK), vorzugsweise 0,024 bis 0,038 W/(mK), bevorzugt 0,026 bis 0,035 W/(mK), besonders bevorzugt 0,028 bis 0,035 W/(mK), auf.
Durch das Mischen bzw. Beschichten von porösen partikelförmigen Materialien, insbesondere von expandiertem Perlit, mit pyrogener Kieselsäure lässt sich somit eine deutliche Verringerung der Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu den reinen Trägermaterialien erreichen, wie beispielsweise expandierten Perlit, welcher Wärmeleitwerte bei 25 °C von ca. 0,040 bis 0,045 W/(mK) aufweist.
Darüber hinaus ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein vorgesehen, dass die Kompositpartikel eine Schüttdichte im Bereich von 30 bis 150 kg/m3, insbesondere 40 bis 100 kg/m3, vorzugsweise 50 bis 80 kg/m3, bevorzugt 70 bis 80 kg/m3, aufweisen. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Kompositpartikel sind somit zur Verwendung als Leichtzuschläge geeignet, wobei sie aufgrund der geringen Dichte und der hohen Porosität auch gute wärmedämmende Eigenschaften aufweisen.
Weiterhin ist es im Allgemeinen vorgesehen, dass die Kompositpartikel die Brennbarkeit A1 oder A2 gemäß DIN 4102 aufweisen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Kompositpartikel können somit in eine Vielzahl von Bindemittelsystemen eingearbeitet werden, ohne die Brennbarkeit des Systems zu erhöhen. Darüber hinaus ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen erhältlichen Kompositpartikel darin zu sehen, dass sie aus anorganischen mineralischen Materialien bestehen, welche zum einen nicht brennbar sind und zum anderen eine gute Wasserdampfdurchlässigkeit aufweisen und folglich bei Anwendung in oder an Gebäuden einer Schimmelbildung entgegenwirken.
Wie zuvor bereits ausgeführt, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung essenziell, dass die porösen Partikel mit Kieselsäure und/oder Aerogel, vorzugsweise Kieselsäure, gemischt bzw. beschichtet werden. Was nun die Kieselsäure bzw. Aerogel anbelangt, so kann hier eine Vielzahl von Kieselsäuren und/oder Aerogelen verwendet werden. Insbesondere ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, verschiedene Kieselsäuren und/oder Aerogele zu mischen. Vorzugsweise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung pyrogene Kieselsäuren eingesetzt, entweder in Kombination bzw. Mischung mit Fällungskieselsäuren und/oder Aerogelen oder allein bzw. in Mischung oder Kombination mit weiteren pyrogenen Kieselsäuren. Im Rahmen der Erfindung wird es bevorzugt, wenn allein pyrogene Kieselsäure bzw. Mischungen oder Kombinationen verschiedener pyrogener Kieselsäuren verwendet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es im Allgemeinen vorgesehen, dass die Kieselsäure bzw. das Aerogel eine spezifische Oberfläche (BET) von mehr als 20 m lg, insbesondere mehr als 50 m lg, vorzugsweise mehr als 80 m lg, besonders bevorzugt mehr als 100 m2/g, aufweist.
Gleichermaßen kann es vorgesehen sein, dass die Kieselsäure bzw. das Aerogel eine spezifische Oberfläche (BET) im Bereich von 20 bis 500 m lg, insbesondere 50 bis 450 m /g, vorzugsweise 80 bis 450 m2/g, bevorzugt 100 bis 400 m2/g, aufweist. Bei Verwendung von Kieselsäuren ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass die Kieselsäure in wässriger Dispersion mit 4 Gew.-% Kieselsäure, bezogen auf die Dispersion, einen pH-Wert im Bereich von 3 bis 7, insbesondere 4 bis 6, aufweist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kieselsäure vor dem Mischen mit den partikelförmigen Materialien desagglomeriert wird, da nur mit desagglomerierter Kieselsäure entsprechende Kompositpartikel erhältlich sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich bewährt, wenn die pyrogene Kieselsäure nach Desagglomerierung Teilchengrößen im Bereich von 5 bis 250 pm, insbesondere 10 bis 200 pm, vorzugsweise 15 bis 180 pm, bevorzugt 20 bis 150 pm, besonders bevorzugt 25 bis 100 pm, aufweist.
Aerogele werden hingegen vorzugsweise ohne Desagglomerierung eingesetzt, um eine weitgehende Zerstörung der Aerogelpartikel zu verhindern.
Um nun die Kieselsäuregranulate bzw. Agglomerate aufzubrechen, hat es sich bewährt, wenn die Kieselsäure unter Eintrag hoher Scherkräfte oder beispielsweise auch durch Sieben desagglomeriert wird. Wenn die Kieselsäure mittels Eintrag hoher Scherkräfte desagglomeriert wird, so hat es sich bewährt, wenn die Kieselsäure bei Scherraten von mehr als 20 m/s, insbesondere mehr als 30 m/s, vorzugsweise mehr als 40 m/s, bevorzugt mehr als 50 m/s, desagglomeriert wird.
Vorzugsweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Desagglomerierung durch Sieben, insbesondere mittels eines Schwingsiebs, erreicht.
Wie zuvor dargelegt, liegt die erfindungsgemäß eingesetzte Kieselsäure vor Desagglomerierung in Form von Kieselsäuregranulaten vor. Die Kieselsäuregranulate haben dabei im Allgemeinen Partikelgrößen im Bereich von 0,1 bis 3 mm, insbesondere 0,2 bis 2 mm. Üblicherweise weist die Kieselsäure vor Desagglomerierung eine Stampfdichte im Bereich von 20 bis 200 g/l, vorzugsweise 30 bis 150 g/l, bevorzugt 40 bis 100 g/l, auf.
Um nun Kompositpartikel herzustellen, werden die partikelförmigen Materialien sowie die Kieselsäure und/oder das Aerogel gemischt. Besonders bevorzugt wird es dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel vorsichtig, insbesondere mit gerin- ger mechanischer Beanspruchung, gemischt werden. Wie die Anmelderin herausgefunden hat, reicht es vollkommen aus, wenn durch vorsichtiges bzw. sanftes Mischen die porösen partikelförmigen Materialien mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel beschichtet werden. Auf diese Weise kommt es zur Ausbildung insbesondere faserförmiger Strukturen aus Kieselsäure und/oder Aerogel auf der Oberfläche der porösen Partikel, welche zum einen in den Poren und der sonstigen Oberfläche der Partikel anhaften bzw. sich dort verhaken und zum anderen untereinander anhaften und verhaken.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es daher insbesondere vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel mit Eintrag geringer Scherkräfte gemischt werden. Besonders gute Ergebnisse werden in diesem Zusammenhang erhalten, wenn das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel mit einer Scherrate von nicht mehr als 5 m/s, insbesondere nicht mehr als 3m/s, vorzugsweise nicht mehr als 2 m/s, bevorzugt nicht mehr als 1 m/s, gemischt werden.
Was nun die Dauer anbelangt, mit welcher die partikelförmigen Materialien und die Kieselsäure bzw. das Aerogel gemischt werden, so kann diese in weiten Bereichen variieren, insbesondere in Abhängigkeit der jeweiligen Bedingungen und der zu erreichenden Schichtdicke an Kieselsäure und/oder Aerogel auf dem partikelförmigen Trägermaterial.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich jedoch bewährt, wenn das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel mindestens 1 Minute, insbesondere mindestens 2 Minuten, vorzugsweise mindestens 5 Minuten, bevorzugt mindestens 10 Minuten, gemischt werden.
Gleichermaßen kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel über einen Zeitraum von 1 Minute bis 2 Stunden, insbesondere 2 Minuten bis 1 ,5 Stunden, vorzugsweise 5 Minuten bis 1 Stunden, bevorzugt 10 Minuten bis 1 Stunde, gemischt werden.
Vorzugsweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das poröse partikelförmige Material mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel beschichtet. Wie zuvor bereits dargelegt, werden durch das Mischen der Kieselsäure bzw. des Aerogels mit dem porösen partikelförmigen Material anscheinend faserartige Gebilde aus Kieselsäure und/oder Aerogel auf der Oberfläche des porösen Trägermaterials ausgebildet, welche sowohl an der Oberfläche der Partikel verankert sind bzw. sich dort verhaken als auch miteinander verhaken, so dass nach und nach eine - wenngleich ungleichmäßige und nicht überall geschlossene - Schicht aus Kieselsäure und/oder Aerogel auf dem partikelförmigen Material entsteht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es üblicherweise vorgesehen, dass die Beschichtung mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel im Bereich von 5 bis 600 pm, insbesondere 5 bis 500 pm, vorzugsweise 8 bis 400 pm, bevorzugt 10 bis 300 pm, variiert wird. Die Schichtdicken lassen sich insbesondere dadurch variieren, dass durch das Verhältnis der Edukte zueinander als auch die Mischdauer oder die Wiederholung des Mischvorgangs angepasst wird. Es lassen sich auf den jeweiligen Anwendungszweck speziell zugeschnittene Kompositpartikel erhalten.
Was nun das Verhältnis anbelangt, in welchem das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure und/oder das Aerogel gemischt werden, so kann dies gleichermaßen in weiten Bereichen variieren, je nachdem welche Schichtdicken erzielt werden sollen. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch bewährt, wenn das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel in einem volumenbezogenen Verhältnis von porösem partikelförmigen Material zu Kieselsäure bzw. Aerogel im Bereich von 4 : 1 bis 1 : 30, insbesondere 3 : 1 bis 1 : 20, vorzugsweise 2 : 1 bis 1 : 15, bevorzugt 1 ,5 : 1 bis 1 : 10, gemischt werden.
Gleichermaßen werden gute Ergebnisse erhalten, wenn das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel in einem gewichtsbezogenen Verhältnis von porösem partikelförmigen Material zu Kieselsäure bzw. Aerogel im Bereich von 0,1 : 1 bis 40 : 1 , insbesondere 0,2 : 1 bis 30 : 1 , vorzugsweise 0,3 : 1 bis 20 : 1 , bevorzugt 0,5 : 1 bis 20 : 1 , gemischt werden.
Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn das poröse partikelförmige Material mit unterschiedlichen Kieselsäuren und/oder Aerogelen, insbesondere Kieselsäuren, vorzugsweise pyrogenen Kieselsäuren, gemischt wird. Bei den unterschiedlichen Kieselsäuren bzw. Aerogelen kann es sich um Kieselsäuren bzw. Aerogele mit unterschiedlichen physikalischen oder chemischen Eigenschaften handeln, insbesondere mit unterschiedlichen Partikelgrößen oder unterschiedlichen Dichten handeln, aber auch mit unterschiedli- eher Hydrophilie. So ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material zunächst mit einer hydrophilen Kieselsäure und/oder einem hydrophilen Aerogel gemischt wird, und anschließend die dadurch erhaltenen beschichteten Partikel nochmals mit einer hydrophoben Kieselsäure und/oder einem hydrophoben Aerogel gemischt werden. Die eingesetzten Kieselsäuren sind dabei in jedem Fall vor Verwendung zu desagglomerieren. Durch die Verwendung zunächst einer hydrophilen Kieselsäure und/oder eines hydrophilen Aerogels lässt sich ein guter Verbund zwischen der Beschichtung und dem üblicherweise mineralischen und hydrophilen Trägermaterial erzielen, wobei es durch den nachfolgenden Einsatz einer hydrophoben Kieselsäure und/oder eines hydrophoben Aerogels möglich wird, hydrophobe bzw. hydrophobierte Partikel zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel mehrfach gemischt werden. Insbesondere kann es in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die mehrfachen Mischvorgänge aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Auf diese Weise lassen sich gezielt Schichtdicken der Beschichtung mit Kieselsäure und/oder Aerogel einstellen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich bewährt, wenn das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel 2- bis 10-mal, insbesondere 2- bis 7-mal, vorzugsweise 2- bis 5-mal, bevorzugt, 2- bis 3-mal, besonders bevorzugt 2-mal, gemischt werden.
Wenn mehrfache Mischvorgänge vorgenommen werden, so hat es sich bewährt, wenn für jeden einzelnen Schichtvorgang das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel in einem volumenbezogenen Verhältnis von porösem partikelförmigen Material zu Kieselsäure bzw. Aerogel im Bereich von 4 : 1 bis 1 : 5, insbesondere 2 : 1 bis 1 : 10, vorzugsweise 1 ,5 : 1 bis 1 : 10, bevorzugt 1 : 1 bis 1 : 5, gemischt wird.
Gleichermaßen kann es vorgesehen sein, dass für jeden Beschichtungsvorgang das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel in einem gewichtsbezogenen Verhältnis von porösem partikelförmigen Material zu Kieselsäure bzw. Aerogel im Bereich von 0,1 : 1 bis 80 : 1 , insbesondere 0,2 : 1 bis 50 : 1 , vorzugsweise 0,3 : 1 bis 40 : 1 , bevorzugt 0,5 : 1 bis 30 : 1 , gemischt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es somit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material mehrfach mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel beschichtet wird.
Besonders gute Ergebnisse werden in diesem Zusammenhang erhalten, wenn das poröse partikelförmige Material zwei- bis 10-mal, insbesondere 2- bis 7-mal, vorzugsweise 2- bis 5-mal, bevorzugt, 2- bis 3-mal, besonders bevorzugt 2-mal, mit Kieselsäure und/oder Aerogel beschichtet wird.
Wenn mehrfache Beschichtungen vorgenommen werden, so hat es sich bewährt, wenn jede Beschichtung mit einer Schichtdicke im Bereich von 2 bis 200 pm, insbesondere 3 bis 150 pm, vorzugsweise 5 bis 100 pm, bevorzugt 5 bis 80 pm, durchgeführt werden. Die mehrfachen Beschichtungsvorgänge werden vorzugsweise derart ausgeführt, dass die zuvor genannten Gesamtstärken für die Beschichtung erhalten bleiben.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung zunächst eine Schicht aus hydrophiler Kieselsäure bzw. hydrophilem Aerogel auf das poröse partikelförmige Material aufgebracht und anschließend eine Schicht aus hydrophober Kieselsäure bzw. hydrophobem Aerogel aufgebracht wird, so hat es sich bewährt, wenn das Verhältnis - entweder gewichts- oder volumenbezogen - von hydrophiler zu hydrophober Kieselsäure bzw. Aerogel im Bereich von 10 : 1 bis 1 : 4, insbesondere 8 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise 7 : 1 bis 1 : 1 , bevorzugt 5 : 1 bis 1 : 1 , beträgt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material vor, während oder nach der Mischung mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel mit einem IR-Streumittel gemischt wird.
Bei einem IR-Streumittel auch IR-Trübungsmittel genannt, handelt es sich um einen Stoff, insbesondere in Partikelform, welche die Infrarot-Durchlässigkeit der Kompositpartikel minimiert und somit die Wärmeübertragung durch Strahlung nach Möglichkeit verhindert. Vorzugsweise wird die Infrarotstrahlung durch das IR- Streumittel reflektiert oder diffus gestreut.
Die IR-Streumittel können beispielsweise gemeinsam mit der Kieselsäure bzw. dem Aerogel und dem porösen partikelförmigen Material gemischt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass IR-Streumittel vor dem Mischen mit der Kieselsäure bzw. dem Aerogel mit dem porösen Material zu mischen oder die Kompositpartikel, d.h. nach erfolgtem Mischen des porösen partikelförmigen Materials, mit der Kieselsäure bzw. dem Aerogel, mit dem IR-Streumittel zu mischen; es werden stets gute Ergebnisse erzielt. Insbesondere kann durch den Einsatz des IR-Streumittels die Wärmeleitfähigkeiten der Kompositpartikel nochmals gesenkt werden.
Was nun das IR-Streumittel anbelangt, so kann dieses gleichfalls aus einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden. Es hat sich jedoch bewährt, wenn das IR- Streumittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, insbesondere Ruß und/oder Graphit, Siliciumcarbid, llmenit, Zirkonsilikat, Eisenoxid, Titandioxid, Zirkonoxid, Manganoxid, Eisentitanat und deren Mischungen.
Besonders bevorzugt wird es in diesem Zusammenhang, wenn das IR-Streumittel ausgewählt ist Kohlenstoff, insbesondere Ruß und/oder Graphit, und Siliciumcarbid.
Was nun die Menge anbelangt, in welcher das IR-Streumittel eingesetzt wird, so kann diese gleichfalls in Abhängigkeit von den jeweils zu erreichenden Ergebnissen variiert werden. Üblicherweise ist es jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass das IR-Streumittel in einer Menge von 0,01 bis 20 Gew.- %, insbesondere 0,02 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise 0,03 bis 14 Gew.-%, bevorzugt 0,04 bis 12 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an porösem partikelförmigen Material und Kieselsäure bzw. Aerogel, eingesetzt wird. Es reichen somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung kleine Mengen an IR-Streumittel um die Wärmeleitfähigkeit des erhaltenen Materials nochmals zu senken.
Darüber hinaus ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material und das IR-Streumittel vorsichtig, d.h. unter Eintragung geringer Scherkräfte, gemischt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das poröse partikelförmige Material und das IR-Streumittel unter gleichen Bedingungen wie das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure bzw. das Aerogel, gemischt werden.
Insbesondere kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das poröse partikelförmige Material und das IR-Streumittel mit einer Scherrate von nicht mehr als 5 m/s, insbesondere nicht mehr als 3m/s, vorzugsweise nicht mehr als 2 m/s, bevorzugt nicht mehr als 1 m/s, gemischt werden.
Darüber hinaus kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin vorgesehen sein, dass weitere Additive, insbesondere Verarbeitungshilfen, gleichfalls mit den anderen Edukten gemischt werden. Dies ist jedoch vorzugsweise nicht vorgesehen, so dass zur Herstellung der Kompositpartikel vorzugsweise nur zwei Materialien, nämlich das poröse partikelförmige Material und Kieselsäure bzw. Aerogel oder drei Materialien, nämlich poröses partikelförmiges Material, Kieselsäure bzw. Aerogel und IR-Streu mittel, eingesetzt werden. Bei der Kieselsäure bzw. dem Aerogel kann es dabei selbstverständlich vorgesehen sein, dass mehrere Arten von Kieselsäure bzw. Aerogel eingesetzt werden, wie zuvor beschrieben.
Gemäß eine bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren derart durchgeführt, dass
(a) in einem ersten Verfahrensschritt Kieselsäure desagglomeriert wird und
(b) in einem auf den ersten Verfahrensschritt (a) folgenden zweiten Verfahrensschritt ein poröses partikelförmiges Material mit der desagglomerierten Kieselsäure und gegebenenfalls Aerogel gemischt, insbesondere beschichtet, wird.
Für diese bevorzugte Ausführungsform gelten alle zuvor genannten Ausführungsformen, Vorteile und Besonderheiten gleichermaßen. Insbesondere ist es auch vorzugsweise vorgesehen, dass ein Vermischen des partikelförmigen porösen Materials und der Kieselsäure bzw. des Aerogels unter Eintrag geringer Schubkräfte erfolgt. Auch ist es insbesondere möglich, dass mehrere Beschichtungsvorgänge mit der Kieselsäure bzw. dem Aerogel durchgeführt werden, insbesondere auch mit unterschiedlichen Kieselsäuren bzw. Aerogelen, wobei zunächst in einem ersten Beschichtungsschritt eine hydrophile Kieselsäure bzw. ein hydrophiles Aerogel eingesetzt wird und in einem nachfolgenden Schritt eine hydrophobe Kieselsäure bzw. ein hydrophobes Aerogel.
Es zeigen die Figurendarstellungen gemäß
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kompositpartikel mit einem Kern aus geblähtem Perlit, welcher mit Graphit und hydrophiler pyrogener Kieselsäure beschichtet ist, und Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Kompositpartikel mit einem Kern aus geblähtem Perlit, welcher zunächst mit hydrophiler Kieselsäure und Graphit und anschließend mit hydrophober pyrogener Kieselsäure beschichtet ist.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem z w e i t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein Kompositpartikel, erhältlich nach dem zuvor beschriebenen Verfahren.
Für weitergehende diesbezügliche Einzelheiten kann zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf das erfindungsgemäße Verfahren verwiesen werden, welche in Bezug auf den erfindungsgemäßen Kompositpartikeln entsprechend gelten,
Wiederum der weiteren Erfindung - gemäß einem d r i t t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein Kompositpartikel, welcher insbesondere nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhältlich ist, wobei die Kompositpartikel einen Kern aus einem porösen Material und eine Hülle, insbesondere Beschichtung, enthaltend Kieselsäure und/oder Aerogel, insbesondere Kieselsäure, aufweisen.
Vorzugsweise besteht der Kompositpartikel aus einem Kern aus einem porösen Material und einer Hülle (Beschichtung) welche Kieselsäure bzw. Aerogel und gegebenenfalls ein IR-Streu mittel, enthält.
Üblicherweise ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Kompositpartikel eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C im Bereich von 0,020 bis 0,045 W/(mK), insbesondere 0,022 bis 0,040 W/(mK), vorzugsweise 0,024 bis 0,038 W/(mK), bevorzugt 0,026 bis 0,035 W/(mK), besonders bevorzugt 0,0328 bis 0,035 W/(mK), aufweisen.
Für weitergehende diesbezügliche Einzelheiten zu den erfindungsgemäßen Kompositpartikeln kann auf die vorangehenden Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäßen Kompositpartikel entsprechend gelten.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem v i e r t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung der vorgenannten Kompositpartikel zur Flerstellung von Baumaterialien, insbesondere von Dämmmaterialien, wie Dämmputzen, Dämmplatten oder Wärmedämmverbundsystemen, vorzugsweise Wärmedämmplatten.
Die erfindungsgemäßen Kompositpartikel eignen sich in hervorragender Weise zum Einsatz in Dämmsystemen jeglicher Art und können dort insbesondere als Ersatz für Kunststoffe oder rein mineralisch basierte Dämmstoffe eingesetzt werden.
Für weitergehende Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die Ausführungen zu den obigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten.
Weitere Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem f ü n f t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist eine Baustofftrockenmischung, enthaltend die vorgenannten Kompositpartikel.
Die Baustofftrockenmischung eignet sich vorzugsweise zur Herstellung von Putzmörteln und Dämmputzen, aber zur Herstellung von Formkörpern, wie beispielsweise Wärmedämmplatten.
Üblicherweise weist die Baustofftrockenmischung die Kompositpartikel in Mengen von 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 65 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung, auf.
Im Allgemeinen weist die Baustofftrocken mischung mindestens eine Bindemittelzusammensetzung auf, wobei die Baustofftrockenmischung vorzugsweise nur eine Bindemittelzusammensetzung aufweist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich bewährt, wenn die Baustofftrockenmischung die Bindemittelzusammensetzung in Mengen von 5 bis 80 Gew.-%, insbesondere 15 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 35 bis 55 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung, enthält.
Besonders gute Ergebnisse werden erhalten, wenn die Bindemittelzusammensetzung mindestens ein zementbasiertes Bindemittel, vorzugsweise Zement, bevorzugt Portlandzement, besonders bevorzugt Weißzement, aufweist. Der Vorteil der Verwendung von zementbasierten Bindemitteln besteht darin, dass diese hydraulisch, d. h. durch Zugabe von Wasser, abbinden und besonders belastungsfähige und dauerhafte feste Systeme bilden.
In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Bindemittelzusammensetzung das zementbasierte Bindemittel in Mengen von 1 bis 79 Gew.-%, insbesondere 3 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 8 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung, enthält.
Gleichermaßen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn die Bindemittelzusammensetzung mindestens ein kalkbasiertes Bindemittel, insbesondere hydraulischen Kalk und/oder Kalkhydrat, vorzugsweise hydraulischen Kalk, aufweist. Bei Kalkhydrat handelt es sich um Calciumhydroxid Ca(OH)2, welches durch Trockenadsorption aus Brandkalk (CaO) erhalten wird. Bei hydraulischem Kalk handelt es sich um Calciumhydroxid Ca(OH)2, welches mit geringen Mengen eines hydraulischen Bindemittels, insbesondere Zement, versetzt ist.
Wenn die erfindungsgemäße Baustofftrockenmischung ein kalkbasiertes Bindemittel enthält, so hat es sich bewährt, wenn die Bindemittelzusammensetzung das kalkbasierte Bindemittel in Mengen von 1 bis 79 Gew.-%, insbesondere 5 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung, enthält. Mit den zuvor genannten Mengen an zementbasiertem bzw. kalkbasiertem Bindemittel lassen sich besonders dauerhafte und stabile Putzmörtel erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Bindemittelzusammensetzung mindestens ein zementbasiertes Bindemittel und mindestens ein kalkbasiertes Bindemittel auf, insbesondere in den zuvor genannten Mengen.
Was das Verhältnis von zementbasiertem Bindemittel zu kalkbasiertem Bindemittel anbelangt, so kann dieses gleichfalls in weiten Bereichen variieren. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass besonders widerstandsfähige und hervorragend wärmeisolierende Putzmörtel und aus diesen weitere Baumaterialien, wie Dämmplatten erhalten werden, wenn die Bindemittelzusammensetzung ein gewichtsbezogenes Verhältnis von zementbasiertem Bindemittel zu kalkbasiertem Bindemittel im Bereich von 5 : 1 bis 1 : 10, insbesondere 3 : 1 bis 1 : 8, vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 5, bevorzugt 1 : 2 bis 1 : 3, aufweist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es gleichfalls vorgesehen sein, dass die Baustofftrockenmischung Fasern, insbesondere anorganische, vorzugsweise mineralische, Fasern, enthält. Durch die Verwendung von Fasern kann die Festigkeit und mechanische Widerstandsfähigkeit der resultierenden Materialien nochmals erhöht werden. Die Verwendung von anorganischen Fasern, insbesondere mineralischen anorganischen Fasern ist dabei bevorzugt.
Wenn die Baustofftrockenmischung Fasern aufweist, so hat es sich bewährt, wenn die Fasern ausgewählt sind aus Calciumsilikatfasern, Glasfasern, Wollastonitfa- sern, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren und deren Mischungen. Besonders bevorzugt wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn die Fasern ausgewählt sind aus Calciumsilikatfasern, Glasfasern, Wollastonitfasern und deren Mischungen. Besonders gute Ergebnisse werden erhalten, wenn die Fasern Calciumsilikatfasern sind.
In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Baustofftrockenmischung die Fasern in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung, aufweist.
Darüber hinaus kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Baustofftrockenmischung mindestens ein Additiv, insbesondere mindestens ein Zusatzmittel, enthält. In diesem Zusammenhang werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das Additiv ausgewählt ist aus der Gruppe von Verflüssigern, Verdickern, Verzögerern, Beschleunigern, Stabilisierungsmitteln (Stabilisatoren), Rheologiestellmitteln, Zusatzmitteln zur Einstellung des Wasserrückhaltevermögens (Wasserretentionsmitteln), Dispergiermitteln, Dichtungsmitteln, Luftporenbildnern sowie deren Mischungen.
Falls die erfindungsgemäße Baustofftrockenmischung ein Additiv enthält, so enthält die Baustofftrockenmischung das Additiv üblicherweise in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 3 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Baustofftrockenmischung
(A) Kompositpartikel in Mengen von 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 65 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung,
(B) mindestens ein zementbasiertes Bindemittel in Mengen von 1 bis 79 Gew.-%, insbesondere 3 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 8 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung,
(C) mindestens ein kalkbasiertes Bindemittel in Mengen von 1 bis 79 Gew.-%, insbesondere 5 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung,
(D) gegebenenfalls Fasern in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung, und
(E) mindestens ein Additiv in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 3 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung.
Was die Schüttdichte der erfindungsgemäßen Baustofftrockenmischung anbelangt, so kann diese gleichfalls in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise weist die erfindungsgemäße Baustofftrockenmischung jedoch eine Schüttdichte im Bereich 80 bis 650 kg/m3, insbesondere 90 bis 600 kg/m3, vorzugsweise 100 bis 500 kg/m3, bevorzugt 110 bis 400 kg/m3, auf.
Für weitergehende Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Baustofftrockenmischung kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Baustofftrockenmischung entsprechend gelten.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem s e c h s t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein Putzmörtel, insbesonde- re ein Dämmputz, erhältlich aus der vorgenannten Baustofftrockenmischung und/oder enthaltend die vorgenannten Kompositpartikel.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn der Putzmörtel durch Anmachen mit Wasser in Mengen von 70 bis 300 Gew.-%, insbesondere 80 bis 250 Gew.-%, vorzugsweise 90 bis 200 Gew.-%, bezogen auf die Baustofftrockenmischung, erhältlich ist. Der erfindungsgemäße Putzmörtel kann wie ein herkömmlicher, aus dem Stand der Technik bekannter Putzmörtel angemacht und auch verarbeitet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, wenn der ausgehärtete Putzmörtel eine Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl m, bestimmt nach DIN EN ISO 12542, im Bereich von 2 bis 9, insbesondere 3 bis 7, vorzugsweise 4 bis 6, aufweist. Wie zuvor bereits erwähnt, zeichnet sich der erfindungsgemäße Putzmörtel dadurch aus, dass er diffusionsoffen ist und Feuchtigkeit vom Mauerwerk an die Umgebung abgegeben werden kann, was der Bildung von Schimmel und Algen entgegenwirkt und darüber hinaus die Haltbarkeit des Wärmedämmsystems erhöht.
Der ausgehärtete Putzmörtel weist üblicherweise eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,030 bis 0,55 W/(mK), insbesondere 0,035 bis 0,042 W/(mK), vorzugsweise 0,035 bis 0,040 W/(mK), auf.
Für weitergehende Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen Putzmörtel kann auf die obigen Ausführungen zu den vorgenannten Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf den erfindungsgemäßen Putzmörtel entsprechend gelten.
Schließlich ist wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem s i e b t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ein Formkörper, insbesondere eine Wärmedämmplatte, erhältlich aus der vorgenannten Baustofftrockenmischung bzw. dem vorgenannten Putzmörtel und/oder enthaltend die vorgenannten Kompositpartikel.
Der Formkörper zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,030 bis 0,55 W/(mK), insbesondere 0,035 bis 0,042 W/(mK), vorzugsweise 0,035 bis 0,040 W/(mK), aufweist. Was die Dicke des erfindungsgemäßen Formkörpers, insbesondere der Wärmedämmplatte anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch erhalten, wenn der Formkörper eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 cm, insbesondere 1 ,5 bis 15 cm, vorzugsweise 1 ,5 bis 10 cm, bevorzugt 2 bis 8 cm, aufweist.
Für weitere Einzelheiten zu diesem Erfindungsaspekt kann auf die vorangehenden Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf den erfindungsgemäßen Formkörper entsprechend gelten.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in nicht beschränkender Weise verdeutlicht.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Herstellung erfindungsgemäßer Kompositpartikel detailliert beschrieben.
1. Herstellung hydrophiler Kompositpartikel
In einem Taumelmischer mit einem Fassungsvermögen von 200 Liter werden 40 I geblähter Perlit mit Partikelgrößen zwischen 0,6 und 2,5 mm vorgelegt. Der Perlit weist eine Schüttdichte von ca. 50 g/l und einen Wärmeleitwert von 40 mW/(mK) auf.
Anschließend werden 0,4 I Graphitpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von 99,5 % und einer mittleren Korngröße von 4 pm (D50 gleich pm) hinzugegeben und anschließend 5 Minuten lang bei einer Drehzahl von 200 Umdrehungen/Minute gemischt.
Nachfolgend werden 21 I hydrophile pyrogene Kieselsäure mit einer Stampfdichte von 50 g/l, einer BET-Oberfläche von ca. 380 m2/g und einem Schwingsieb mit 2 mm Maschenweite durchgesiebt, um die Agglomerate aufzubrechen. Die desagglomerierte Kieselsäure wird anschließend zu der Mischung aus Graphit und Perlit gegeben und weitere 10 Minuten bei 250 Umdrehungen/Minute im Taumelmischer gemischt. Es werden hydrophile Kompositpartikel erhalten.
Fig. 1 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines mit hydrophiler pyrogener Kieselsäure und Graphit beschichteten Partikels aus geblähtem Perlit. In Fig. 1 ist zu erkennen, dass die Oberfläche und insbesondere die Poren es geblähten Perlits mit pyrogener Kieselsäure belegt sind und dass sich faserartige bzw. Strukturen auf der Oberfläche des Perlits bilden, welche dort fest an haften.
2. Herstellung hydrophiler Kompositpartikel
Die unter 1. erhaltenen mit hydrophiler pyrogener Kieselsäure beschichteten Kompositpartikel werden mit 4 I hydrophober pyrogener Kieselsäure mit einer Stampfdichte von 60 g/l einer BET-Oberfläche von ca. 220 m2/g versetzt. Die hydrophobe pyrogene Kieselsäure wurde vorher gleichfalls mit einem Schwingsieb mit 2 mm Maschenweite durchgesiebt, um die Agglomerate aufzubrechen.
Nach Zugabe der hydrophoben pyrogenen Kieselsäure zu den hydrophilen Kompositpartikeln wird nochmals 10 Minuten lang bei einer Drehzahl von 250 Umdrehungen/Minute im Taumelmischer gemischt.
Es werden ca. 50 I hydrophobierte beschichtete Perlitpartikel mit einer Schüttdichte von ca. 70 g/l und einem Wärmeleitwert von 31 mW/(mK) erhalten.
Fig. 2 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines erfindungsgemäßen Kompositpartikels, welcher nach Abschluss des Verfahrens erhalten wird, d.h. welcher zunächst mit Graphit und hydrophiler Kieselsäure vermischt und anschließend mit hydrophober Kieselsäure gemischt wird.
Sowohl die hydrophilen als auch die hydrophoben erfindungsgemäßen Kom- positpartikel lassen sich in hervorragender Weise in Bindemittelsysteme ein- arbeiten.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zu Herstellung wärmedämmender Kompositpartikel, dadurch gekennzeichnet, dass ein poröses partikelförmiges Material mit desagglomerierter Kieselsäure und/oder einem Aerogel, insbesondere desagglomerierter Kieselsäure, gemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kieselsäure ausgewählt ist aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäure und deren Mischungen, vorzugsweise pyrogene Kieselsäure ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse partikelförmige Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus vulkanischem Gestein, Perlit, insbesondere expandiertem Perlit, Vermiculit, insbesondere expandiertem Vermiculit, Bims, Schaum- und Blähglas, Blähton, Blähschiefer, Tuff, Lavakies, Lavasand, und deren Mischungen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositpartikel absolute Partikelgrößen im Bereich von 0,01 bis 10 mm, insbesondere 0,1 bis 8 mm, vorzugsweise 0,15 bis 5 mm, bevorzugt 0,2 bis 4 mm, besonders bevorzugt 0,25 bis 3 mm, aufweisen.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositpartikel in loser Schüttung eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C im Bereich von 0,020 bis 0,045 W/(mK), insbesondere 0,022 bis 0,040 W/(mK), vorzugsweise 0,024 bis 0,038 W/(mK), bevorzugt 0,026 bis 0,035 W/(mK), besonders bevorzugt 0,028 bis 0,035 W/(mK), aufweisen.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositpartikel eine Schüttdichte im Bereich von 30 bis 150 kg/m3, insbesondere 40 bis 100 kg/m3, vorzugsweise 50 bis 80 kg/m3, aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kieselsäure nach Desagglomerierung Teilchengrößen im Be- reich von 5 bis 250 gm, insbesondere 10 bis 200 gm, vorzugsweise 15 bis 180 gm, bevorzugt 20 bis 150 gm, besonders bevorzugt 25 bis 100 gm, aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure und/oder das Aerogel vorsichtig, insbesondere mit geringer mechanischer Beanspruchung, gemischt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse partikelförmige Material mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel beschichtet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Beschichtung mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel im Bereich von 5 bis 600 gm, insbesondere 5 bis 500 gm, vorzugsweise 8 bis 400 gm, bevorzugt 10 bis 300 gm, variiert wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure und/oder das Aerogel in einem volumenbezogenen Verhältnis von mineralischem porösen partikelförmigen Material zu Kieselsäure und/oder Aerogel im Bereich von 4 : 1 bis 1 : 30, insbesondere 3 : 1 bis 1 : 20, vorzugsweise 2 : 1 bis 1 : 15, bevorzugt 1 ,5 : 1 bis 1 : 10, gemischt werden.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure und/oder das Aerogel in einem gewichtsbezogenen Verhältnis von porösen partikelförmigen Material zu Kieselsäure und/oder Aerogel im Bereich von 0,1 : 1 bis 40 : 1 , insbesondere 0,2 : 1 bis 30 : 1 , vorzugsweise 0,3 : 1 bis 20 : 1 , bevorzugt 0,5 : 1 bis 20 : 1 , gemischt werden.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse partikelförmige Material mit unterschiedlichen Kiesel- säuren und/oder Aerogelen, insbesondere unterschiedlichen Kieselsäuren, vorzugsweise unterschiedlichen pyrogenen Kieselsäuren, gemischt wird.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse partikelförmige Material und die Kieselsäure und/oder das Aerogel mehrfach gemischt werden.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse partikelförmige Material vor, während oder nach der Mischung mit der Kieselsäure und/oder dem Aerogel mit einem IR-Streumittel gemischt wird.
16. Verfahren Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass IR-Streumittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, insbesondere Ruß, Graphit, Siliciumcarbid, llmenit, Zirkonsilikat, Eisenoxid, Titandioxid, Zirkonoxid, Manganoxid, Eisentitanat und deren Mischungen.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass IR-
Streumittel in einer Menge von 0,01 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,02 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise 0,03 bis 14 Gew.-%, bevorzugt 0,04 bis 12 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an porösem partikelförmigem Material und Kieselsäure und/oder Aerogel, einge- setzt wird.
18. Kompositpartikel, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Kompositpartikel, insbesondere nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositpartikel einen Kern aus einem porösen Material und eine Hülle (Beschichtung), enthaltend Kieselsäure und/oder Aerogele, insbesondere Kieselsäure, vorzugsweise pyrogene Kieselsäure, aufweisen.
20. Verwendung von Kompositpartikeln nach einem der Ansprüche 18 oder 19 zur Herstellung von Baumaterialien, insbesondere von Dämmmaterialien, wie Dämmputzen, Dämmplatten oder Wärmedämmverbundsystemen, vorzugsweise Wärmedämmplatten.
21. Baustofftrockenmischung enthaltend Kompositpartikel nach einem der Ansprüche 18 oder 19.
22. Putzmörtel, insbesondere Dämmputz, erhältlich aus einer Baustofftrockenmischung nach Anspruch 21 und/oder enthaltend Kompositpartikel nach einem der Ansprüche 18 oder 19.
23. Formkörper, insbesondere Wärmedämmplatte, erhältlich aus der Baustofftrockenmischung nach Anspruch 21 und/oder enthaltend Kompositpartikel nach einem der Ansprüche 18 oder 19.
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