DE102015225714A1

DE102015225714A1 - Isolationsverbund mit diffusionsoffenem Randverbund

Info

Publication number: DE102015225714A1
Application number: DE102015225714.2A
Authority: DE
Inventors: Gabriele Gärtner; Frank Menzel
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Also published as: WO2017102819A1; EP3390741A1

Abstract

Isolationsverbund mit einem diffusionsoffenen Randverbund aufgebaut aus mehreren spaltenfrei verlegten aufeinanderfolgenden, plattenförmigen Schichten umfassend. a) wenigstens eine Dämmschicht (1), bei der eine Vielzahl von Vakuumisolationspaneele, die jeweils allseitig durch Stege (2) voneinander getrennt sind und die Stege den Rand der Dämmschicht (1) darstellen, wobei die Stege jeweils aus einem nicht-kapillaraktiven, diffusionsoffenen, hydrophoben Wärmedämmmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von höchstens 0,025 W/(m·K) bestehen und b) zwei Deckschichten (3), aus einem nicht-kapillaraktiven, diffusionshemmendem oder diffusionsdichtem Material bestehen und c) eine Vielzahl von an den Deckschichten angebrachten Ankern (4), die die beiden Deckschichten kraftschlüssig miteinander verbinden und die Dämmschicht (1) im Bereich der Stege durchstossen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Isolationsverbund mit diffusionsoffenem Randverbund.
Ein herkömmlicher Isolationsverbund mit einer diffusionsoffenen Dämmung braucht einen diffusionsdichten Randverbund. Hierdurch soll verhindert werden, dass Wasserdampf in den Isolationsverbund eindringt und sich als Kondensat und auch als Eisbildung niederschlägt. Die Folgen hiervon sind mikrobielles Wachstum, sowie optische und mechanische Zerstörung des Isolationsverbundes. Der diffusionsdichte Randverbund führt gleichzeitig zu einer Wärmebrücke über den Randverbund und dadurch zu einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit. Damit wirkt sich der Randverbund negativ auf die Schadenssicherheit und die Lebensdauer des Bauteils aus.
Aus der EP-A-1436471 ist ein Isolationsverbund offenbart, bei dem ein Vakuum-Isolationspaneel und ein Dämmelement zwischen einer äusseren Abdeckung und einer inneren Abdeckung verklebt sind.
In der WO2012/041823 A1 ist ein mikroporöser, mit Organosilanen hydrophobierter Wärmedämmformkörper mit hydrophiler Oberfläche beschrieben, dessen Oberfläche teilweise oder vollständig fest mit einer offenporigen, hydrophilen Schicht oder teilweise fest mit einer offenporigen, hydrophilen Schicht oder teilweise fest mit einer offenporigen, hydrophilen Schicht und teilweise fest mit einer nicht offenporigen, hydrophilen Schicht verklebt ist.
Die DE-U-202004004187 ist ein Vakuum-Isolations-Paneel aus mikroporöser Kieselsäure oder einem Aerogel offenbart, welches an zumindest einer Seitenkante von einem Rahmen umgeben ist. Der Rahmen ist an den Kanten des Vakuum-Isolations-Paneels angeklebt.
In der WO2014/095277 ist ein Isolationsverbund mit drei Isolationsschichten offenbart, nämlich ein mittig angeordnetes Vakuum-Isolationspaneel und eine beidseitig aufgebrachte Wärmedämmplatte auf Basis gepresster pyrogener Kieselsäure. Der Isolationsverbund wird durch zwei U-Profile, die mit ihren Schenkeln den Isolationsverbund umschließen, zusammengehalten. Der Isolationsverbund kann allseitig mit einem U-Profil versehen sein, was die Wärmeleitfähigkeit nachteilig beeinflusst. Der Isolationsverbund kann auch insbesondere bei rechteckigen Platten mit nur zwei U-Profilen, die jeweils an gegenüberliegenden Seiten angebracht sind, ausgestattet sein, was die mechanische Stabilität des Isolationsverbundes verringert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher einen Isolationsverbund bereitzustellen, der im Kontakt mit Wasser form- und witterungsstabil bleibt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Isolationsverbund mit einem diffusionsoffenen Randverbund aufgebaut aus mehreren spaltenfrei verlegten aufeinanderfolgenden, plattenförmigen Schichten umfassend

a) wenigstens eine Dämmschicht (1), bei der eine Vielzahl von Vakuumisolationspaneelen, bevorzugt mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,001–0,010 W/(m·K), die jeweils allseitig durch Stege (2) voneinander getrennt sind und die Stege den Rand der Dämmschicht (1) darstellen, wobei die Stege (2) jeweils aus einem nicht-kapillaraktiven, diffusionsoffenen, hydrophoben Wärmedämmmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von höchstens 0,025 W/(m·K), bevorzugt 0,010–0,025 W/(m·K) bestehen und
b) zwei Deckschichten (3), aus einem nicht-kapillaraktiven, diffusionshemmendem oder diffusionsdichtem Material bestehen und
c) eine Vielzahl von an den Deckschichten (3) angebrachten Ankern (4), die die beiden Deckschichten kraftschlüssig miteinander verbinden und die Dämmschicht (1) im Bereich der Stege durchstossen.

„Spaltenfrei“ ist hierbei so zu verstehen, dass eventuelle Hohlräume in Ausmaß und Menge so gering sein müssen, dass das während einer Tauperiode im Innern des Bauteils anfallende flächenbezogene Wassermenge M_c, während einer Verdunstungsperiode anfallende flächenbezogene Verdunstungsmenge M_ev wieder an die Umgebung abgegeben werden kann, d.h. M_c ≤ M_ev, gemäß DIN 4108-3.
Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit erfolgt nach DIN EN 12667.
Nach DIN 4108-3 ist diffusionsoffen definiert als s_d ≤ 0,5 m, diffusionshemmend als 0,5 m < s_d < 1500 m und diffusionsdicht s_d ≥ 1500 m. Der s_d-Wert ist das Produkt aus Dicke der Schicht und der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl.
Nicht-kapillaraktiv bedeutet, dass der Wasseraufnahmekoeffizient w des Materiales < 0,5 kg/m²h^0,5 ist.
Ein weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich zwischen Dämmschicht (1) und Deckschicht (3) wenigstens eine weitere Dämmschicht (5) bestehend aus einer Wärmedämmplatte enthaltend ein nicht-kapillaraktives, diffusionsoffenes, hydrophobes Wärmedämmmaterial.
Das Wärmedämmmaterial der Stege und der Wärmedämmplatte der Dämmschicht (5) kann als nicht-kapillaraktives, diffusionsoffenes, hydrophobes Wärmedämmmaterial beispielsweise eine pyrogene Kieselsäure, eine Fällungskieselsäure, ein Aerogel, ein Polystyrol, ein Polyurethan oder ein Polymetylmethacrylat enthalten.
Hydrophob im Rahmen der Erfindung soll solche Materialien umfassen, die von Natur aus hydrophobe Eigenschaften aufweisen, als auch solche die durch eine Hydrophobierungsreaktion aus einem hydrophilen Material erhalten werden.
Als besonders geeignet erweist sich eine hydrophobierte pyrogene Kieselsäure. Deren Ausgangsmaterial ist eine hydrophile, pyrogene Kieselsäure, die durch Flammenhydrolyse erhalten und anschließend hydrophobiert wird. Bei der Flammenhydrolyse wird ein verdampftes oder gasförmiges, hydrolysierbares Siliciumhalogenid mit einer Flamme zur Reaktion bringt, die durch Verbrennung von Wasserstoff und eines sauerstoffhaltigen Gases gebildet worden ist. Die Verbrennungsflamme stellt dabei Wasser für die Hydrolyse des Siliciumhalogenides und genügend Wärme zur Hydrolysereaktion zur Verfügung. Ein so hergestelltes Siliciumdioxid wird als pyrogene Kieselsäure bezeichnet. Sie liegt in Form von Aggregaten vor, die aufgrund ihrer dreidimensionalen, offenen Struktur mikroporös und makroporös sind. Aufgrund dieser Struktur sind pyrogen hergestellte Kieselsäuren ideale Wärmedämmstoffe, da die Aggregatstruktur eine hinreichende mechanische Stabilität bewirkt, die Wärmeübertragung durch Festkörperleitfähigkeit über die sehr kleinen Kontaktstellen innerhalb eines Aggregates minimiert und eine ausreichend hohe Porosität erzeugt.
Bevorzugt wird wie in WO 2013/013714 beschrieben, zunächst eine Platte hergestellt, die die hydrophile, pyrogene Kieselsäure enthält. Diese wird nachfolgend bei Unterdruck oder Überdruck hydrophobiert. Zur Hydrophobierung werden bevorzugt Organosilane eingesetzt, die mit den Silanolgruppen der hydrophilen Bestandteilen der Wärmedämm-Mischung reagieren. Als Organosilane kommen R_n-Si-X_4-n, R₃Si-Y-SiR₃, R_nSi_nO_n, (CH₃)₃-Si-(O-Si(CH₃)₂)_n-OH, HO-Si(CH₃)₂-(O-Si(CH₃)₂)_n-OH, mit n = 1–8; R = -H, -CH₃, -C₂H₅; X = -Cl, -Br; -OCH₃, -OC₂H₅, -OC₃H₈, Y = NH, O in Betracht. Explizit seien (CH₃)₃SiCl, (CH₃)₂SiCl₂, CH₃SiCl₃, (CH₃)₃SiOC₂H₅, (CH₃)₂Si(OC₂H₅)₂, CH₃Si(OC₂H₅)₃, (CH₃)₃SiNHSi(CH₃)₃, (CH₃)₃SiOSi(CH₃)₃, Octamethyltetracyclosiloxan, Hexamethyltricyclosiloxan und niedrigmolekulares Polysiloxanol der Formel (CH₃)₃Si(OSi(CH₃)₂)₄OH genannt. Die Platte enthält weiterhin bevorzugt IR-Trübungsmittel und stabilisierende, anorganische Fasern, beispielsweise Glasfasern. Geeignete IR-Trübungsmittel sind Titanoxide, Zirkonoxide, Ilmenite, Eisentitanate, Eisenoxide, Zirkonsilikate, Siliciumcarbid, Manganoxide, Graphite und/oder Ruße. Die Partikelgröße der Trübungsmittel liegt in der Regel zwischen 0,1 und 25 µm. Bei Siliciumcarbid und Titanoxiden ist der mittlere Partikeldurchmesser d₅₀ bevorzugt 1 bis 10 µm, besonders bevorzugt 2 bis 8 µm. Der Anteil in der Wärmedämmplatte an hydrophober Kieselsäure beträgt bevorzugt 45–95 Gew.-%, an IR-Trübungsmittel 5–35 Gew.-% und an anorganischen Fasern 1–5 Gew.-%.
Der erfindungsgemäße Isolationsverbund weist zwei Deckschichten (3) aus einem nicht-kapillaraktiven, diffusionshemmendem oder diffusionsdichtem Material auf. Dieses Material kann zum Beispiel aus Blech, Aluminium, Edelstahl, Polymethylmethacrylat, Keramik oder Glas bestehen. Die Deckschicht soll eine ausreichende Steifigkeit aufweisen um die mechanische Stabilität des Isolationsverbundes zu gewährleisten. So sollte die die Deckschicht eine Dicke von wenigstens 0,5 mm aufweisen.
Es ist jedoch möglich, dass die Deckschicht (4) aus mehreren Schichten besteht. Es ist ferner möglich, dass eine kapillaraktive, diffusionshemmende oder diffusionsoffene auf der von der Dämmschicht (1) abgewandten Seite mit einer gemäß der Erfindung nicht kapillaraktiven, diffusionshemmenden oder diffusionsdichten Material auf der dem Dämmstoff zugewandten Seite zu versehen. Sofern dieses Material eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist, kann die nicht-kapillaraktive, diffusionshemmende oder diffusionsdichte Schicht dann als sehr dünne Schicht, kleiner 0,5 mm auf der der Dämmschicht zugewandten Seite ausgeführt sein. Beispielhaft seien Naturstein oder Sichtbeton als diffusionsoffene, kapillaraktive Schicht genannt die auf der dem Dämmstoff zugewandten Seite mit einer Zwei-Komponenten Epoxidharzbeschichtung versehen sind.
Die Anker des erfindungsgemäßen Isolationsverbundes bestehen bevorzugt aus Materialien mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als < 0,035 W/(m·K), beispielsweise aus carbon- oder glasfaserverstärktem Kunststoff.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Isolationsverbundes bei der Isolierung einer Gebäudehülle umfassend Fassaden, Dächer, Decken Türen, vorgefertigte Fassadenelemente, Fertighäuser, einer Fahrzeughülle umfassend PKW, LKW, Flugzeuge, Hubschrauber, Schiffe, Raumschiffe, von Transport- und Lagerbehältnissen für temperaturempfindliche Güter.
1 zeigt eine Skizze des erfindungsgemäßen Isolationsverbundes mit Dämmschicht mit VIP (1), Stege (2), Deckschicht (3), Anker (4) und optionaler Dämmschicht (5).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1436471 A [0003]
WO 2012/041823 A1 [0004]
DE 202004004187 U [0005]
WO 2014/095277 [0006]
WO 2013/013714 [0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 4108-3 [0009]
DIN EN 12667 [0010]
DIN 4108-3 [0011]

Claims

Isolationsverbund mit einem diffusionsoffenen Randverbund aufgebaut aus mehreren spaltenfrei verlegten aufeinanderfolgenden, plattenförmigen Schichten umfassend. a) wenigstens eine Dämmschicht (1), bei der eine Vielzahl von Vakuumisolationspaneelen, die jeweils allseitig durch Stege (2) voneinander getrennt sind und die Stege den Rand der Dämmschicht (1) darstellen, wobei die Stege jeweils aus einem nicht-kapillaraktiven, diffusionsoffenen, hydrophoben Wärmedämmmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von höchstens 0,025 W/(m·K) bestehen und b) zwei Deckschichten (3), aus einem nicht-kapillaraktiven, diffusionsdichten oder diffusionshemmendem oder Material bestehen und c) eine Vielzahl von an den Deckschichten angebrachten Ankern (4), die die beiden Deckschichten kraftschlüssig miteinander verbinden und die Dämmschicht (1) im Bereich der Stege (2) durchstossen.
Isolationsverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Dämmschicht (1) und Deckschicht (3) wenigstens eine weitere Dämmschicht (5) bestehend aus einer Wärmedämmplatte enthaltend ein nicht-kapillaraktives, diffusionsoffenes, hydrophobes Wärmedämmmaterial
Isolationsverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-kapillaraktive, diffusionsoffene, hydrophobe Wärmedämmmaterial eine hydrophobierte Kieselsäure umfasst.
Isolationsverbund nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobierte Kieselsäure eine hydrophobierte, pyrogene Kieselsäure ist.
Isolationsverbund nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-kapillaraktive, diffusionsoffene, hydrophobierte Wärmedämmmaterial ein IR-Trübungsmittel und/oder Fasern umfasst.
Isolationsverbund nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine Dicke von wenigstens 0,5 mm aufweist.
Isolationsverbund nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus Blech, Aluminium, Edelstahl, Polymethylmethacrylat, Keramik oder Glas besteht.
Isolationsverbund nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht auf der von der Dämmschicht (1) abgewandten Seite mit Naturstein oder Sichtbeton versehen ist.
Isolationsverbund nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus Materialien mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als < 0,035 W/(m·K) bestehen.
Verwendung des Isolationsverbundes gemäß der Ansprüche 1 bis 9 bei der Isolierung einer Gebäudehülle, einer Fahrzeughülle, von Transport- und Lagerbehältnissen für temperaturempfindliche Güter.