DE10231769B4

DE10231769B4 - Dampfbremsfolie mit erhöhter Reißdehnung in Längs- und Querrichtung und variabler Wasserdampfdurchlässigkeit

Info

Publication number: DE10231769B4
Application number: DE2002131769
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr. Baumann; Norbert Krüger; Sven Dr. Rudolph
Original assignee: ORBITA FILM GmbH; ORBITA-FILM GmbH
Current assignee: ORBITA FILM GmbH; ORBITA-FILM GmbH
Priority date: 2002-07-13
Filing date: 2002-07-13
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2022-07-14
Also published as: DE10231769A1

Abstract

Verwendung einer Copolyamidfolie als Dampfbremse in Wärmedämmungssystemen von Gebäuden (Dampfbremsfolie), welche erhöhte Reißdehnung in Längs- und Querrichtung und einen von der Umgebungsfeuchte abhängigen Wasserdampf-Diffusionswiderstand aufweist, aus einem Material auf Copolyamidbasis, wobei das Material ein mit einem Blend aus einem oder mehreren Vernetzern und/oder einem oder mehreren Polyolefinhomopolymeren und/oder einem oder mehreren Polyolefincopolymeren modifiziertes Copolyamid ist und bei einer relativen Feuchte der die Dampfbremsfolie umgebenden Atmosphäre von 100% und einer Umgebungstemperatur von 0°C einen Wasserdampf-Diffusionswiderstand im Bereich von 4,5 bis 8 g/(m²d) und bei einer relativen Feuchte der die Dampfbremsfolie umgebenden Atmosphäre von 85% und einer Umgebungstemperatur von 23°C einen Wasserdampf-Diffusionswiderstand im Bereich von 11 bis 23 g/(m²d) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Copolyamidfolie als Dampfbremse (Dampfbremsfolie) mit erhöhter Reißdehnung in Längs- und Querrichtung, die einen von der Umgebungsfeuchte abhängigen Wasserdampf-Diffusionswiderstand aufweist, in Wärmedämmsystemen von Gebäuden aus einem Material auf Copolyamidbasis.
Beim Bau neuer Gebäude und der Altbausanierung werden Wärmedämm-Maßnahmen durchgeführt, mit denen eine Absenkung des Kohlendioxidausstoßes beim Beheizen der Gebäude erreicht werden soll. Dabei ist die Erfüllung der DIN 4108-7 zu gewährleisten, die bei jedem Gebäude die Luftdichtheit quer durch die Dämmung vorschriebt.
Der Aufbau der installierten Wärmedämmung (Wärmedämmsystem) besteht im allgemeinen aus den folgenden 4 Bestandteilen in der Reihenfolge von außen nach innen:
Ziegel → Diffusionsoffene Unterspannbahn → Wärmedämmschicht (z. B. Mineralwolle) → Dampfbremse → Verkleidung.
Damit wird zum einen das Eindringen von kalter Außenluft in den Gebäudeinnen-Raum und zum anderen das Entweichen warmer Raumluft aus dem Gebäude verhindert. Die Ursache für die möglichen Luftbewegungen können Risse, Fugen und Spalte im Bereich der angebrachten Dämmung sein. Die Folgen solcher Luftbewegungen sind die sehr hohen Wärmeenergieverluste und die bauwerksschädigende Tauwasserbildung. Die Verwendung einer diffusionsoffenen Innenverkleidung beim Bau und der Sanierung von Gebäuden erfordert eine zusätzliche Dampfbremse.
Die Wasserdampfdurchlässigkeit (WDD) ist definiert als die Wasserdampfmenge, die pro Zeit und Fläche unter definierten Bedingungen (Temperatur, Feuchtigkeitsgefälle, Luftdruck) durch einen Werkstoff diffundiert. Die Einheit der WDD ist g/(m²d).
Eine in der Praxis gleichwertig verwendete Angabe zur Charakterisierung der WDD eines Materials stellt die Nennung der wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke s_d dar. Diese Vergleichsgröße bezeichnet die Dicke einer Luftschicht, welche eine gleich große Dampfdichtigkeit aufweist, wie eine Stoffschicht mit der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl μ und der Schichtdicke s. Der s_d-Wert wird berechnet durch die Multiplikation der Diffusionswiderstandszahl μ mit der Schichtdicke s und in der Einheit [mm] oder [m] angegeben.
Der Stand der Technik wird charakterisiert durch die Verwendung von Folien mit unterschiedlicher Wasserdampfdurchlässigkeit (WDD). Bei den eingesetzten Materialien handelt es sich z. B. um Polyethylenfolie, Natronkraftpapier, Cellulosefolie und Homopolyamidfolie.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Polyethylenfolie eine sehr geringe Wasserdampfdurchlässigkeit besitzt. Sie beträgt zum Beispiel 4,3 g/(m²d) für eine LDPE-Folie mit einer Dicke von 100 μm (Meßtemperatur. 39,5°C). Für Polyethylenfolien gilt, dass zum Beispiel der Wert des Diffusionswiderstandes von s_d ≥ 100 m für unterschiedliche Luftfeuchtigkeiten und Umgebungstemperaturen konstant ist. Diese Dampfbremse ist dann auf Grund des hohen s_d-Wertes als vergleichsweise dicht einzuordnen.
Aus diesem Grund kann dann zwar keine Feuchte aus den Wohnräumen in die Konstruktion hinein kommen, es gelangt aber auch keine Feuchte (z. B. aus dem Holz der Dachstuhlkonstruktion oder aus dem verarbeiteten Dämmstoff) zur Wohnraumseite hin. Dies kann in ungünstigen Fällen zu gravierenden Nässeschäden an der Dachkonstruktion führen. Bekannt sind Produkte, die für eine verbesserte Wärmereflexion teilweise aluminiumbeschichtet sind.
Polyethylenfolien weisen eine Reihe von positiven Eigenschaften aus. Es sind preisgünstige Produkte, die über einen weiten Temperaturbereich gute Weiterverarbeitungseigenschaften aufweisen. Deshalb hat man versucht, die WDD zu verbessern.
Beim Einsatz von Polyethylen kann die Verbesserung der WDD durch die einzelne und/oder gemeinsame Nutzung unterschiedlicher Modifizierungsvarianten erreicht werden. Die Steigerung der Porosität durch den Zusatz blasenbildender oder quellender Zusätze stellt eine mögliche Modifizierungsvariante dar ( JP 63286331 , JP 62282003 ).
Eine zweite Variante zur positiven Beeinflussung der WDD von Polyethylenfolien ist die Erhöhung der Hydrophilie durch Tensidzusatz ( EP 192965 ), Zusatz hydrophiler Füllstoffe ( JP 62081427 ) oder Zusatz hydrophiler Polymere ( JP 11302433 ).
Eine dritte Variante zur Verbesserung der WDD ist die Mikroperforation der Polyethylenfolie.
Mit ihrer von der Umgebungsbedingungen unabhängigen WDD (ca. s_d = 2,5–3 m) kann es unter sommerlichen Verhältnissen im Extremfall zu Schäden an der Dachkonstruktion kommen, deren Ursache eine zu hohe Restfeuchte im Dachbereich ist. Der durch die Mikroperforation erlittene Festigkeitsabfall wird durch die Verstärkung der Folie mit einem Gitternetzmaterial ausgeglichen. Daraus ergibt sich aber ein hohes Flächengewicht (150–200 g/m²), was die Verarbeitungseigenschaften beim Verlegen auf der Baustelle ungünstig beeinflußt.
Für Natronkraftpapier ist bekannt, dass sich der Sperrwert des Papiers bei einer hohen Feuchtebelastung irreversibel ändert und das Auftreten von Schimmelpilzkulturen beobachtet werden konnte.
Auf der Basis von Zellulose hergestellte Folien mit einem saisonabhängigem, variablen s_d-Wert (Sommer: s_d = 3,5; Winter: s_d = 0,8) besitzen nur eine sehr niedrige Bruchdehnung von 2–3%.
Bekannt ist auch der Einsatz einer Homopolyamidfolie. Hier werden feuchtetechnische Kennwerte realisiert, die den Anforderungen des Gebäudeschutzes genügen ( DE 195 14 420 C1 ). Eine Hydrophilierung der Polymermatrix ist auf Grund des polaren Charakters des Polymeren nicht notwendig. Die Einlagerung des Wassers in der Art eines Weichmachers in die polymere Matrix bewirkt eine ausreichende Erhöhung der Wasserdampfdurchlässigkeit.
Von diesen Polyamiden ist auch bekannt, dass deren Wasserdampfdurchlässigkeit von der Umgebungsfeuchtigkeit abhängt. Diese Abhängigkeit ist darin begründet, dass das beschriebene Polymer eine von der Luftfeuchte abhängige Wasserabsorption aufweist. Durch diesen Vorteil der variablen WDD ergibt sich eine Dampfbremse deren s_d-Wert im Winter mindestens 2 m und im Sommer weniger als 1 m beträgt.
Die mechanischen Kennwerte von Dampfbremsfolien auf Polyamidbasis sind temperaturabhängig. Mit abnehmender Temperatur bei der Verarbeitung von Homopolyamidfolien erniedrigt sich aber deren mechanische Belastbarkeit. Infolge dessen ist die Verarbeitung derartiger Folien nicht ganzjährig zu empfehlen. Die im Fall einer Verarbeitung in den Wintermonaten bei niedrigen Außentemperaturen (T = 0°C) mit erhöhter Wahrscheinlichkeit auftretenden Einrisse der Folie machen eine aufwendige Instandsetzung im Bereich der Folienschädigung notwendig. Um die Gesamtfunktionalität der feuchteadaptiven Dampfbremse im Bereich des Einrisses zu erhalten, muss die Folienbahn mit speziellem Dichtungsband repariert werden. Diese Reparaturmaßnahmen sind kostenintensiv und hemmen den Baufortschritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die dem Stand der Technik entsprechende feuchteadaptive Dampfbremse derart zu verbessern, dass das bestehende Eigenschaftsniveau angehoben wird und die derzeitig bestehenden Nachteile nicht mehr vorliegen, d. h. eine feuchteadaptive Dampfbremse erhalten wird, deren mechanische Eigenschaftskennwerte verbessert werden, speziell erhöhte Reißdehnung in Längs- und Querrichtung aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer Copolyamidfolie als Dampfbremse in Wärmedämmungssystemen von Gebäuden (Dampfbremsfolie), welche erhöhte Reißdehnung in Längs- und Querrichtung und einen von der Umgebungsfeuchte abhängigen Wasserdampf-Diffusionswiderstand aufweist, aus einem Material auf Copolyamidbasis, wobei das Material ein mit einem Elend aus einem oder mehreren Vernetzern und/oder einem oder mehreren Polyolefinhomopolymeren und/oder einem oder mehreren Polyolefincopolymeren modifiziertes Copolyamid ist und bei einer relativen Feuchte der die Dampfbremsfolie umgebenden Atmosphäre von 100% und einer Umgebungstemperatur von 0°C einen Wasserdampf-Diffusionswiderstand im Bereich von 4,5 bis 8 g/(m²d) und bei einer relativen Feuchte der die Dampfbremsfolie umgebenden Atmosphäre von 85% und einer Umgebungstemperatur von 23°C einen Wasserdampf-Diffusionswiderstand im Bereich von 11 bis 23 g/(m²d) aufweist.
Die verwendeten Copolyamide sind dadurch charakterisiert, dass sie aus einem Lactam (vorzugsweise aus 85 bis 80 Ma% ε-Caprolactam) und aus einem aliphatischen Diamin in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure (vorzugsweise 20 bis 15 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen im äquimolaren Verhältnis zu einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 Kohlenstoffatomen) bestehen.
Dabei sind folgende Kombinationen besonders geeignet:
Copolyamid 6/66 aus

a) 85 bis 80 Ma% ε-Caprolactam und
b) 20 bis 15 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 Kohlenstoffatomen.

a) 85 bis 80 Ma% ε-Caprolactam und
b) 20 bis 15 Ma% Laurinlactam

a) 85 bis 80 Ma% ε-Caprolactam und
b) 20 bis 15 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 9 Kohlenstoffatomen.

a) 85 bis 80 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 Kohlenstoffatomen und
b) 20 bis 15 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 10 Kohlenstoffatomen.

a) 85 bis 80 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 Kohlenstoffatomen und
b) 20 bis 15 Ma% ε-Caprolactam.

Die Zähmodifikation der Polymermatrix der Folie gelingt durch Modifizieren mit Vertretern verschiedener Produktgruppen, ausgewählt aus

– einem zähelastischen Polyolefinhomopolymer,
– einem Ethen-α-Olefin-Copolymer, vorzugsweise im Dichtebereich 0,868 bis 0,904 g/cm³, z. B. Ethen-1-Hexen-Copolymer,
– einem Polyethylen-Copolymer wie Polyethylen-Vinylacetat-Copolymer,
– einem Wachs wie Polyethylenwachs,
– aus einem Elastomer wie EPDM-Kautschuk,
– aus einem 1,4-Polydien wie Polyisopren,
– aus einem thermoplastischen, elastomeren Blockcopolymeren wie Styrol-Ethenbuten-Styrol-Block-Copolymer,
– aus einem Blend bestehend aus mindestens 2 Polyolefinhomopolymeren oder
– aus einem Blend bestehend aus mindestens 2 Polyolefincopolymeren.

Die eingesetzte chemische Verbindung wird vorzugsweise in einem Bereich von 1,0 Ma% bis 10 Ma% dosiert.
Eine zweite Variation der gesteuerten Modifizierung des als Polymermatrix eingesetzten Copolyamids ergibt sich aus der möglichen Vernetzung der Polymerketten. Die Dampfbremsfolie kann modifiziert werden mit einer zur Vernetzung der Copolyamid-Polymermatrix befähigten chemischen Verbindung wie Ethen-Acrylester-Maleinsäureanhydrid Terpolymer.
Damit ist aber auch die Möglichkeit gegeben, dass das Material aus Copolyamid modifiziert ist mit einem Blend aus einer oder mehreren zur Vernetzung der Copolyamid-Polymatrix befähigten chemischen Verbindung(en) wie Ethen-Acrylester-Maleinsäureanhydrid Terpolymer.
Die zur Vernetzung der Polymermatrix befähigte chemische Verbindung wird vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 Ma% bis 10 Ma% dosiert.
Insgesamt werden Dampfbremsfolien mit erhöhter Reißdehnung in Längs- und Querrichtung als Bestandteil des Wärmedämmungssystems von Gebäuden aus einem Material auf Copolyamidbasis verwendet, bei denen das Material bei einer relativen Feuchte der die Dampfbremsfolie umgebenden Atmosphäre von 100% und einer Umgebungstemperatur von 0°C einen Wasserdampf-Diffusionswiderstand im Bereich von 4,5 bis 8 g/(m²d) und bei einer relativen Feuchte der die Dampfbremsfolie umgebenden Atmosphäre von 85% und einer Umgebungstemperatur von 23°C einen Wasserdampf-Diffusionswiderstand im Bereich von 11 bis 23 g/(m²d) aufweist, wie es in der Tabelle beispielshaft dargestellt ist.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, dass durch die Verwendung von Copolymeren des Polyamids und die gesteuerte Zähmodifikation bzw. Vernetzung der Polymermatrix der Folie im Verlauf des Extrusionsprozesses eine deutliche Verbesserung der Werte im Niedrigtemperaturbereich erreicht wird.
Der erzielte Fortschritt betrifft vor allem die die Festigkeit und Deformationsfähigkeit beschreibenden Kennwerte (Weiterreißkraft, Zugfestigkeit, Reißdehnung) bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Verbesserung der Folie in Bezug auf die Erhöhung der Weiterreißkraft ist sowohl bei Normaltemperatur (20°C) als auch bei deutlich niedrigerer Temperatur (0°C) im Anwendungsfall der Folie gegeben.
Überraschend ist, dass die Zugfestigkeit der Dampfbremsfolie bei 0°C sich in Längs- und Querrichtung der Folie um den Faktor 1,3 bzw. 1,2 im Vergleich zum Stand der Technik (z. B. Homopolyamidfolie) erhöht, wie es die Tabelle zeigt.
Weiterhin neu und überraschend ist, dass die Reißdehnung bei 0°C sich in Längs- und Querrichtung der Folie um den Faktor 1,2 bzw. 2,5 und bei 20°C sich in Längs- und Querrichtung der Folie um den Faktor 1,3 im Vergleich zum Stand der Technik (z. B. Homopolyamidfolie) erhöht.
Überraschend ist, dass die Beeinflussung des Wasserdampfdiffusionswiderstandes durch das neuartige Foliendesign nur in einem sehr geringen Maße entsprechend der ausgewählten Modifizierung erfolgt. Die Standardanforderung an eine feuchteadaptive Dampfbremse bezüglich des Wasserdampfdiffusionswiderstandes beträgt 8 bis 204 g/(m²d) (85% relativen Feuchte, Umgebungstemperatur = 23°C) und wird unabhängig von der Modifizierung in jedem Fall beibehalten.
Aus der Literatur ist bekannt, dass die Vernetzung eines Kunststoffs einen kleineren Permeationskoeffizienten zur Folge hat, da der Diffusionskoeffizient kleiner wird. Deshalb ist es überraschend, dass durch den Einsatz von vernetzenden Additiven in diesem Fall eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Erhalt der Wasserdampfdurchlässigkeit im angestrebten Wertebereich realisiert werden konnte.
Die vorteilhaften Eigenschaften der Dampfbremsfolie werden durch die Werte der folgenden Tabelle deutlich, die im Ergebnis verschiedener Beispiele erhalten wurden: Untersucht wurde ein Copolyamid 6/66 mit der Zusammensetzung von 86 Ma% ε-Caprolactam und 14 Ma% des 1,6 Hexendiamin in Kombination mit Adipinsäure.

Claims

Verwendung einer Copolyamidfolie als Dampfbremse in Wärmedämmungssystemen von Gebäuden (Dampfbremsfolie), welche erhöhte Reißdehnung in Längs- und Querrichtung und einen von der Umgebungsfeuchte abhängigen Wasserdampf-Diffusionswiderstand aufweist, aus einem Material auf Copolyamidbasis, wobei das Material ein mit einem Blend aus einem oder mehreren Vernetzern und/oder einem oder mehreren Polyolefinhomopolymeren und/oder einem oder mehreren Polyolefincopolymeren modifiziertes Copolyamid ist und bei einer relativen Feuchte der die Dampfbremsfolie umgebenden Atmosphäre von 100% und einer Umgebungstemperatur von 0°C einen Wasserdampf-Diffusionswiderstand im Bereich von 4,5 bis 8 g/(m²d) und bei einer relativen Feuchte der die Dampfbremsfolie umgebenden Atmosphäre von 85% und einer Umgebungstemperatur von 23°C einen Wasserdampf-Diffusionswiderstand im Bereich von 11 bis 23 g/(m²d) aufweist.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Copolyamid 6/66 ist aus a) 85 bis 80 Ma% ε-Caprolactam und b) 20 bis 15 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 Kohlenstoffatomen.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Copolyamid 6/12 ist aus a) 85 bis 80 Ma% ε-Caprolactam und b) 20 bis 15 Ma% Laurinlactam.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Copolyamid 6/69 ist aus a) 85 bis 80 Ma% ε-Caprolactam und b) 20 bis 15 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 9 Kohlenstoffatomen.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Copolyamid 66/610 ist aus a) 85 bis 80 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 Kohlenstoffatomen und b) 20 bis 15 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 10 Kohlenstoffatomen.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Copolyamid 66/6 ist aus a) 85 bis 80 Ma% eines aliphatischen Diamins mit 6 Kohlenstoffatomen in Kombination mit einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 Kohlenstoffatomen und b) 20 bis 15 Ma% ε-Caprolactam.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus Copolyamid zur Erhöhung der Zähigkeit mit einer chemischen Verbindung modifiziert ist, ausgewählt aus – einem zähelastischen Polyolefinhomopolymer, – einem Ethen-α-Olefin-Copolymer, – einem Polyethylen-Copolymer, – einem Wachs wie Polyethylenwachs, – einem Elastomer wie EPDM-Kautschuk, – einem 1,4-Polydien wie Polyisopren, – einem thermoplastischen, elastomeren Blockpolymeren wie Styrol-Ethenbuten-Styrol-Block-Copolymer, – einem Blend, bestehend aus mindestens 2 Polyolefinhomopolymeren oder – einem Blend, bestehend aus mindestens 2 Polyolefincopolymeren.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte chemische Verbindung in einem Bereich von 1,0 Ma.% bis 10 Ma.% dosiert wird.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus Copolyamid modifiziert ist mit einer zur Vernetzung der Polyamid-Polymermatrix befähigten chemischen Verbindung wie Ethen-Acrylester-Maleinsäureanhydrid Terpolymer.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 1 und einen der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus Copolyamid modifiziert ist mit einem Blend aus einer oder mehreren zur Vernetzung der Polyamid-Polymermatrix befähigten chemischen Verbindung(en) wie Ethen-Acrylester-Maleinsäureanhydrid Terpolymer.
Verwendung einer Copolyamidfolie nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Vernetzung der Polymermatrix befähigte chemische Verbindung in einem Bereich von 0,5 Ma.% bis 10 Ma.% dosiert wird.