VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG HYDROPHOBER, WÄRMEDÄMMENDER FORMKÖRPER

Verfahren zur Herstellung hydrophober, wärmedämmender Formkörper

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hydrophober,

wärmedämmender Formkörper unter definierten Druckbedingungen.

Aus DE-A-3037409 ist bekannt Wärmedämm-Materialien aus geschäumten Perliten mit Stearaten, Silikonaten, Wachsen und Fetten wasserabstoßend zu gestalten. Dies ist auf eine Oberflächenbelegung mit diesen Stoffen

zurückzuführen. Die so behandelten Wärmedämm-Materialien sind zwar für flüssiges Wasser abstoßend, absorbieren aber Wasserdampf, in Form von

Luftfeuchtigkeit. Dies führt zu einer Verschlechterung der Dämmeigenschaften. Aus DE-A-4221716 ist bekannt, pyrogene Kieselsäure mit Organosilanen umzusetzen und dadurch Wasser abweisend zu machen. Derartige hydrophobe Kieselsäure lässt sich aber nicht ausreichend verdichten und ist nicht verpressbar. Ebenfalls führt eine Verpressung einer mit hydrophober Kieselsäure versehenen Mischung nicht zu akzeptablen Ergebnissen. In EP-A-1988228 wird ein Verfahren zur Verpressung zu hydrophoben,

mikroporösen Wärmedämm-Formkörpern durch Zugabe von Organosilanen während eines Mischprozesses beschrieben. Als nachteilig an diesem Verfahren kann angesehen werden, dass eine Verpressung zu stabilen Platten nur sehr schwer möglich ist, insbesondere wenn bei der Hydrophobierung gasförmige Produkte entstehen.

Es bestand daher die technische Aufgabe ein Verfahren bereitzustellen, welches die Nachteile, die bei der Hydrophobierung von Wärmedämmstoffen auftreten, minimiert und zudem einfach und wirtschaftlich durchzuführen ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Hydrophobierung eines

mikroporösen, hydrophile Kieselsäure aufweisenden Wärmedämm-Formkörpers, bei dem dieser mit wenigstens einem Organosilan behandelt wird, wobei man in eine Kammer, die den mikroporösen, hydrophile Kieselsäure aufweisenden Wärmedämm-Formkörper enthält, solange ein oder mehrere, unter den Reaktionsbedingungen dampfförmige Organosilane einbringt, bis die

Druckdifferenz Δρ > 20 mbar beträgt.

Δρ = p2 - p1 , mit p1 = Druck in der Kammer vor Einbringen des Organosilanes, p2 = Druck in der Kammer bei der das Einbringen des Organosilanes gestoppt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird so ausgeführt, dass bevorzugt 50 mbar < Δρ < 5 bar, besonders bevorzugt 100 mbar < Δρ < 500 mbar, ganz besonders bevorzugt 200 mbar < Δρ < 400 mbar ist.

Unter einer hydrophilen Kieselsäure ist im Rahmen dieser Erfindung eine zu verstehen, die an ihrer Oberfläche keine organischen Gruppen, wie beispielsweise Alkylgruppen, trägt, die ihr einen hydrophoben, wasserabweisenden Charakter verleihen würden. Vielmehr sollen die sich an der Oberfläche befindlichen

Gruppen weitestgehend oder vollständig aus Si-OH- und Si-O-Si-Gruppen bestehen. Beispielhaft sei die Herstellung pyrogener Kieselsäuren durch

Flammenhydrolyse genannt, bei der eine dampfförmige Siliciumverbindung in einer Wasserstoff-/Sauerstoffflamme verbrannt wird. Diese pyrogene Kieselsäure ist hydrophil.

An die Kammer ist lediglich die Anforderung gestellt, dass sie die im

erfindungsgemäßen Verfahren erforderlichen Drücke aufrecht erhalten kann.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren so ausgeführt, dass Druck in der Kammer vor Einbringen des Organosilanes kleiner als Atmosphärendruck ist. Insbesondere ist es günstig, wenn 0, 1 mbar < p1 < Atmosphärendruck mbar ist. Besonders bevorzugt ist eine Variante bei der 1 < p1 < 500 mbar ist. Bei dieser besonderen Ausführungsform erfolgt das Einbringen des Organosilanes also in eine evakuierte Kammer. Bei diesem

Unterdruckverfahren wird das Organosilan selbst in die feinsten Poren des hydrophilen Formkörpers„gesaugt" und optimal verteilt.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren so ausgeführt, dass Druck in der Kammer vor Einbringen des Organosilanes Atmosphärendruck oder mehr beträgt. In diesem Fall ist es günstig, wenn Atmosphärendruck < p1 < 10 bar ist. Bei diesem Überdruckverfahren wird das Organosilan in die Poren des hydrophilen Wärmedämm-Formkörpers„gedrückt" und dadurch optimal verteilt.

Bevorzugt kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als mikroporöse, hydrophile Kieselsäure eine pyrogene Kieselsäure und/oder ein

Siliciumdioxidaerogel eingesetzt werden.

Siliciumdioxid-Aerogelen werden durch spezielle Trocknungsverfahren von wässrigen Siliciumdioxidgelen hergestellt. Sie weisen ebenso eine sehr hohe Porenstruktur auf und sind daher hoch wirksame Dämmstoffe. Pyrogene Kieselsäuren werden durch Flammenhydrolyse von flüchtigen

Siliciumverbindungen wie organischen und anorganischen Chlorsilanen hergestellt. Bei diesem Verfahren wird ein verdampftes oder gasförmiges, hydrolysierbares Siliciumhalogenid mit einer Flamme zur Reaktion gebracht, 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. Eine so hergestellte Kieselsäure wird als pyrogene Kieselsäure bezeichnet. Bei diesem Prozess werden zunächst Primärpartikel gebildet, die nahezu frei von inneren Poren sind. Diese Primärteilchen verschmelzen während des Prozesses über sogenannte„Sinterhälse" zu Aggregaten. Aufgrund dieser Struktur ist pyrogen hergestellte Kieselsäure ein idealer Wärmedämmstoff, da die

Aggregatstruktur eine hinreichende mechanische Stabilität bewirkt, die

Wärmeübertragung durch Festkörperleitfähigkeit über die„Sinterhälse" minimiert und eine ausreichend hohe Porosität erzeugt. Die eingesetzten Organosiiane reagieren mit den Silanolgruppen der hydrophilen Kieselsäure und gestalten dadurch den Wärmedämm-Formkörper

wasserabstoßend.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können bevorzugt ein oder mehrere Organosiiane aus der Gruppe bestehend aus Rn-Si-X ₄ - _n , RsSi-Y-SiR3, R _n Si _n O _n , (CH ₃ )3-Si-(0-Si(CH ₃ )2)n-OH, HO-Si(CH ₃ )2-(0-Si(CH ₃ )2)n-OH, mit n = 1 -8; R = -H, -CH ₃ , -C ₂ H ₅ ; X = -Cl, -Br; -OCH ₃ , -OC ₂ H ₅ , -OC ₃ H ₈ , Y= NH, 0 ausgewählt werden.

Explizit seien (CH ₃ ) ₃ SiCI, (CH ₃ ) ₂ SiCI ₂ , CH ₃ SiCI ₃ , (CH ₃ ) ₃ SiOC ₂ H ₅ ,

(CH ₃ ) ₂ Si(OC ₂ H ₅₎₂ , CH ₃ Si(OC ₂ H ₅ ) ₃ , (CH ₃ ) ₃ SiNHSi(CH ₃ ) ₃ , (CH ₃ ) ₃ SiOSi(CH ₃ ) ₃ , (CH ₃ ) ₈ Si ₄ 0 ₄ [Octamethyltetracyclosiloxan], (CH ₃ ) ₆ Si ₃ 0 ₃

[Hexamethyltricyclosiloxan] und (CH ₃ ) ₃ Si(OSi(CH ₃ ) ₂ ) ₄ OH [niedrigmolekulares Polysiloxanol] genannt. Bevorzugt werden (CH ₃ ) ₃ SiCI, (CH ₃ ) ₂ SiCI ₂ , CH ₃ SiCI ₃ , (CH ₃ ) ₃ SiNHSi(CH ₃ ) ₃ und (CH ₃ ) ₈ Si 0 eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass das Organosilan unter den in der Kammer vorliegenden

Reaktionsbedingungen dampfförmig ist. Das Organosilan selbst kann in flüssiger oder dampfförmiger Form in die Kammer eingebracht werden. In flüssiger Form eingebracht, etwa durch Eindüsen, soll es in der Kammer in den dampfförmigen Zustand übergehen. Bevorzugt wird ein dampfförmiges Organosilan eingebracht. Das Verfahren kann auch durchgeführt werden, indem man polare Substanzen während oder nach dem Einbringen des Organosilanes in die Kammer einbringt. Bevorzugt können dies Wasser, Alkohole und Wasserstoffhalogenide sein.

Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte mikroporöse, hydrophile Kieselsäure enthaltende Wärmedämm-Formkörper kann weiterhin Trübungsmittel, Fasern und/oder feinteilige anorganische Zusatzstoffe enthalten.

Als Trübungsmittel kommen Titanoxide, Zirkonoxide, llmenit, Eisentitanat,

Eisenoxide, Zirkonsilikat, Siliciumcarbid, Manganoxid und Ruß in Frage.

Vorzugsweise weisen diese Trübungsmittel im Infrarot-Spektralbereich ein

Maximum zwischen 1 ,5 und 10 pm auf. Die Partikelgröße dieser Teilchen liegt vorzugsweise zwischen 0,5 - 15 pm. Ihr Anteil an der Gesamtmischung beträgt bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%.

Zur Armierung, also zur mechanischen Verstärkung, werden Fasern mit eingesetzt. Diese Fasern können anorganischen oder organischen Ursprungs sein und betragen bis zu 12 Gew.-% der Mischung. Beispiele einsetzbarer

anorganischer Fasern sind Glaswolle, Steinwolle, Basalt-Fasern, Schlacken-Wolle und keramische Fasern, die aus Schmelzen von Aluminium und/oder

Siliciumdioxid, sowie weiteren anorganischen Metalloxiden bestehen. Reine Siliciumdioxidfasern sind beispielsweise Silica-Fasern. Beispiele einsetzbarer organischer Fasern sind Cellulosefasern, Textilfasern oder Kunststofffasern. Der Durchmesser der Fasern beträgt bevorzugt 1 -12 pm, besonders bevorzugt 6-9 pm und die Länge bevorzugt 1 - 25 mm, besonders bevorzugt 3-10 mm. Weiterhin können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anorganische

Füllmaterialien zugesetzt werden. Zum Einsatz kommen können verschiedene, synthetisch hergestellte Modifikationen von Siliciumdioxid, wie gefällte

Kieselsäuren, Lichtbogenkieselsäuren, Si02-haltige Flugstäube, die durch

Oxidationen von flüchtigem Siliciummonoxid, die bei der elektrochemischen Herstellung von Silicium oder Ferrosilicium entstehen. Ebenso Kieselsäuren, die durch Auslaugen von Silikaten wie Calciumsilicat, Magnesiumsilicat und

Mischsilicaten wie Olivin mit Säuren hergestellt werden. Ferner können natürlich vorkommende SiO2-haltige Verbindungen wie Diatomenerden und Kieselguren zum Einsatz kommen. Ebenfalls können thermisch aufgeblähte Mineralien wie Perlite und Vermiculite, feinteilige Metalloxide wie Aluminiumoxid, Titandioxid, Eisenoxid zugesetzt werden.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der mikroporöse, hydrophile Kieselsäure enthaltende Wärmedämm-Formkörper 45 - 95 Gew.-%, vorzugsweise 55 - 90 Gew.-%, pyrogenes Siliciumdioxid und/oder

Siliciumdioxidaerogel, 5 - 20 Gew.-%, vorzugsweise 7 - 15 Gew.-%,

Trübungsmittel, 5-35 Gew.-%, vorzugsweise 10-30 Gew.-% feinteilige

anorganische Zusatzstoffe und 0 - 12 Gew.-%, vorzugsweise 1 -5 Gew.-%, Fasern enthält.

Um das Verfahren zu beschleunigen kann der zu behandelnde Wärmedämm- Formkörper zusätzlich perforiert werden. Durch die Perforationskanäle können die jeweils eingesetzten Organosilane schneller und gezielt in den Wärmedämm- Form körper verbracht werden. Eventuell zu entfernende Überschüsse oder Reaktionsprodukte können durch die Perforationskanäle ebenfalls beschleunigt wieder abgeführt werden. Die Perforation kann durch Nadelung des zu

behandelnden Wärmedämm-Formkörpers, vorzugsweise bereits während des Pressens des Wärmedämm-Formkörpers durch Nadelgreifer erfolgen.

Vornehmlich bei Dämmstoffplatten kann die Perforierung einseitig, vorzugsweise aber beidseitig vorgenommen werden. Die Lochtiefe ist abhängig von der Stärke des hydrophilen Wärmedämm-Formkörpers und kann zwischen 5mm bis zum völligen Durchstoßen, vorzugsweise bei ca. 2/3 der Dicke des hydrophilen

Wärmedämm-Formkörpers betragen. Um Wärmebrücken zu vermeiden sollte vorzugsweise eine beidseitige Perforierung mit versetztem Lochbild vorgenommen werden, wobei der hydrophile Wärmedämm-Formkörper nicht durchstoßen wird. Der Durchmesser eines Perforierungskanals sollte zwischen 0, 1 mm und 3,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1 ,0 mm liegen. Der Abstand der

Perforationskanäle voneinander kann zwischen 5mm und 200mm liegen, vorzugsweise sollte er bei einseitiger Perforierung der Abstand der Kanäle voneinander so groß sein wie die Nadeltiefe, bei beidseitiger Perforierung wie die doppelte Nadeltiefe.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Temperatur in der Kammer 20°C bis 300°C ist. Hierdurch kann die Behandlungszeit gesteuert werden. Abhängig von der Art des eingesetzten Organosilanes kann es besonders vorteilhaft sein eine Temperatur von 50 bis 200°C zu wählen.

Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn man den mikroporösen, hydrophile

Kieselsäure enthaltenden Wärmedämm-Formkörper vom Zeitpunkt an, an dem das Organosilan zugegeben wird 1 Minute bis 1 Stunde, besonders bevorzugt 2 bis 20 Minuten, in der Kammer belässt.

Nach Beendigung der Behandlung können die eventuell überschüssigen

Organosilane und Reaktionsprodukte aus dem nun hydrophoben Formkörper durch Aufheizen entfernt werden. Zur mechanischen Stabilisierung und zum besseren, auch staubfreien Handhabung kann der hydrophobe Formkörper mit Vliesen und Folien, vorzugsweise Schrumpffolien, umhüllt werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hydrophobierten Wärmedämm- Formkörpers zur Herstellung von Dämmungen in Bauhohlsteinen,

Kerndämmungen bei mehrschaligen Bausteinen, Kerndämmungen für

Wärmedämmstoff-Verbundsysteme für die Innen- und Außendämmung von Gebäuden, Dämmungen bei zweischaligen Mauerwerken, Dämmungen im Ofenbau und Vakuum-Isolations-Paneelen.

Einsatzgebiete für diese, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hydrophoben Wärmedämm-Formkörper sind unter anderem alle Anwendungen bei denen die Dämmmaterialien Feuchtigkeit oder Nässe ausgesetzt sind.

Beispiele

Beispiel 1 : In einem auf ca. 100°C geheizten Exsikkator befindet sich ein mikroporöses Wärmedämmstoffpaneel mit einer Größe 250 x 250 x 20 mm einem Gewicht von 184,4 g, entsprechend einer Rohdichte von 147,5 kg/m ³ , und einer Zusammensetzung von 87,0 Gew.-% pyrogener Kieselsäure mit einer BET- Oberfläche von 300m ² /g, 9,0 Gew.-% Flammruß und 4,0 Gew.-% Viskose- Kurzschnittfasern (09pm; L 6mm). Der Druck im Exsikkator wird mit Hilfe einer Wasserstrahlpumpe auf 15 mbar reduziert. Anschließend wird soviel

dampfförmiges Hexamethyldisilazan in den Exsikkator gegeben, bis der Druck auf 300 mbar steigt.

Beispiel 2: In einem auf ca. 100°C geheizten Exsikkator befindet sich ein mikroporöses Wärmedämmstoffpaneel mit einer Größe 250 x 250 x 20 mm einem Gewicht von 189,3 g, entsprechend einer Rohdichte von 151 ,4 kg/m ³ , und einer Zusammensetzung von 87,0 Gew.-% pyrogener Kieselsäure mit einer BET- Oberfläche von 300m ² /g, 9,0 Gew.-% Flammruß und 4,0 Gew.-% Viskose- Kurzschnittfasern (09pm; L 6mm). Der Druck im Exsikkator wird mit Hilfe einer Wasserstrahlpumpe auf 15 mbar reduziert. Anschließend wird soviel

dampfförmiges Dimethyldichlorsilan in den Exsikkator gegeben, bis der Druck auf 300 mbar steigt. Die gemäß der Beispiele 1 und 2 erhaltenen Platten sind vollständig wasserabweisend, besitzen eine gute mechanische Stabilität und eine unverändert geringe Wärmeleitfähigkeit.