Im Vergleich zur konventionellen Batterietechnologie erlaubt die neue Technik eine > 80 %ige Entladung.

Die erfolgreichen Tests zeigen die Machbarkeit des Betriebs der bipolaren Batterie in einem Hybrid­ - Modus.

Die Kosten des Systems sind niedriger als die für Nickel­ - Metallhydrid­ oder Lithium­ - Ionen­basierten High­ - Power - ­

Systeme.

 

 

Ein zusätzlicher Vorteil des Rekombinationssystems ist, dass das Recycling solcher Batterien gut etabliert ist.

Als Lebensdauer der Batterien werden mehr als 1.000 Ladezyklen erwartet.

Ein weiterer Entwicklungsaufwand zur Gewichtsoptimierung und zur Verhinderung der Korrosion der Bipolarbatterie

ist möglich.

 

 

Neue ­Akkus werden leichter, kleiner und ökologisch verträglicher als herkömmliche Bleibatterien sein.

Bipolare Batterien ermöglichen Designs, die auch für vorhandene Blei­ - Säure­ - Batterien passend sind.

Es können die selben Recycling­ - Infrastrukturen benutzt werden, die bereits für konventionelle Blei - ­Säure - ­

Batterien bestehen.

 

 

Sie sind auch deutlich günstiger – verglichen mit neueren fortschrittlichen Batterien wie Nickel­ - Metallhydrid und

Lithium­ - Ionen.

 

 

Es lässt sich eine Verbesserung der Systemeigenschaften gegenüber konventionellen Batterien erreichen,

insbesondere bei der Gewichts-­ und volumenbezogenen Leistungsdichte.

 

 

Als bevorzugtes Anwendungsgebiet zeichnet sich der Ersatz für Bleibatterien aus. Aber auch für den Einsatz in Hybrid

- ­Elektrofahrzeugen mit gleichmäßig laufenden Verbrennungsmotoren oder mit Brennstoffzellen sind sie geeignet.

 

 

 

 

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Quelle: H2-Umwelttechnik GbR (www.h2coin.info)

*Änderungen Aufgrund technischer Weiterentwicklungen vorbehalten* 

 

Feuerfeste Farbe:

beständig bis 1.600 Grad Celsius

 

 

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Quelle: H2-Umwelttechnik GbR (www.h2coin.info)

*Änderungen Aufgrund technischer Weiterentwicklungen vorbehalten*

 

 

Unsere anorganische Dämmung kann mehr!

 

 

 

Diese Dämmplatten haben einen Dämmwert von 0.047, vergleichbar mit Styropor.

 

Das Gewicht ist variabel je nach gewünschter Dichte von 50 kg bis 500 kg pro m³.

 

Da das Material vollständig anorganisch ist, liegt hier Brandschutzklasse A1 vor.

Temperaturen von über 1.000° C sind für unseren Dämmstoff kein Problem.

 

 

 

 

Die Festigkeit des Materials kann variiert werden. Vorhandene Produktionstechnik kann in der Regel modifiziert und verwendet werden.

 

Neben der Plattenbauweise kann das Material auch als Schüttgut zur Dämmung eingesetzt werden.

Die Grundmaterialien sind günstig und in großen Mengen verfügbar.

 

Mittelfristig kann dieser Dämmstoff Styropor vollständig ersetzen. Die Gesellschaft achtet immer mehr auf umwelt-freundliche Produkte. Die Feuerfestigkeit ist ein weiteres Argument, welches viele bautechnische Sicherheitsprobleme lösen kann.

 

Zusätzlich kann unser neuartiger Dämmstoff mit verschiedenen Eigenschaften ausgestattet werden.

 

Hier eine kleine Auswahl der Möglichkeiten:

 

  • Wasser abweisend
  • antibakteriell
  • photokatalytisch
  • schock absorbierend
  • atmungsaktiv
  • und vieles mehr...

 

 

Die technische Machbarkeit haben wir bewiesen. Nun folgt die industrielle Umsetzung. Hierzu suchen wir strategische Kooperationspartner. Auf Grundlage unseres Know - how entwickeln wir nach Ihren Vorgaben IHR Produkt im Rahmen eines Projektes.

 

Im Vordergrund stehen dabei neue Applikationen unseres neuartigen Dämmwerkstoffes als technische Anwendung für die Bereiche:

 

 

 

 

- Isolationspaneele

- Fassadenbekleidungen

- Bodenbeläge

- Eindeckungen

- Baubereiche, Bauplatten

- Automobilindustrie

 

 

 

 

 

 

 

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Quelle: H2-Umwelttechnik GbR (www.h2coin.info)

*Änderungen Aufgrund technischer Weiterentwicklungen vorbehalten* 


 

 

 

Unsere Partner haben über viele Jahre Materialforschung im Bereich der Nanoverbundstoffe betrieben. Hierzu liegen nun revolutionäre Ergebnisse vor.

Im Vordergrund stehen dabei neue Applikationen von Nanoverbundwerkstoffen als technische Anwendungen für die Bereiche:

 

  • Isolationspaneele
  • Fassadenbekleidungen
  • Bodenbeläge
  • Eindeckungen
  • Baubereiche, Bauplatten
  • Möbelfertigung (Gartenmöbel, Carports, Zäune, Garagentore, Türen, Dachbalken e.t.c.)
  • Innenausbau
  • Automobilindustrie

 

Die anorganischen Nanoverbundwerkstoffe können als Dämmstoffe zum Einsatz in vielen Industriebereichen, so beispielsweise im Fahrzeugbau, Bauindustrie sowie im Kälte- und Wärmeanlagenbau eingesetzt werden. Alle hier im Folgenden vorgestellten Materialien sind feuerfest, nicht brennbar und ungiftig. Die Umweltverträglichkeit ist hervorragend.

Applikationen können nach Kundenwunsch in folgenden Bereichen erstellt werden:

 

- Rohdichten dieser Komposite zwischen 300 und 1.000 kg/m³

- Druckfestigkeiten zwischen 4 und 10 MPa

- Biegezugfestigkeiten entsprechend zwischen 0,2 und 3,5 MPa.

- Wärmeleitfähigkeit zwischen 0,04 und 0,047 W/(mK)

 

Vergleich

Nano-Holz-Stein

Kalksandstein

Druckfestigkeit

4-10 MPa

35 MPa

Biegezugfestigkeit

0,2-3,5 MPa

6-20 MPa

Wärmeleitfähigkeit

0,04-0,047 W

1,4 W

Preis pro m³

150,- € bis 450,- €

250,- €

 

Die Isolierwerte übertreffen vorhandene Materialien um ein Vielfaches.

Die Preisentwicklung dieser Materialien ist darüber hinaus nicht teurer als heute verwendete Materialien.

Auf eine zusätzliche Isolierung kann darüber hinaus auch noch verzichtet werden.

Die Räume bleiben atmungsaktiv.

Schimmel kann wirksam verhindert werden.

Als geschäumtes Material ist das Nanoverbundmaterial auch gut als Dämm-Material, etwa in vorhandenen Räumen anwendbar.

 

Dies möchten wir Ihnen im Folgenden am Beispiel von Styropordämmplatten darstellen:

Beispielrechnung anhand von Hartschaumplatten, welche als Standarddämmung für Häuser Anwendung finden:

 

Styropor Hartschaum

EPS 040 WI/DI

Nano-Hartschaum

EPS 120 WI/DI

Anwendung

nicht druckbelastete

Konstruktion,

Wandinnendämmung,

Dachinnendämmung

nicht druckbelastete

Konstruktion,

Wandinnendämmung,

Dachinnendämmung

Bemessungswert der

Wärmeleitfähigkeit

W/m·K

0,04

0,02

Brandverhalten

Schwer entflammbar nach DIN 4102

Baustoffklasse B1

nicht brennbar

feuerfest bis 500 Grad Celsius

Preis

120,- € pro m³ Verkauf

100,- € pro m³ Verkauf

 

Hier ist zu erkennen, das nicht nur das Brandverhalten wesentlich besser ist als herkömmliches Styropor. Der deutlich bessere Dämmwert gibt sein übriges. Der Preis ist dabei noch günstiger. Berücksichtigen Sie nun noch die sehr gute

Umweltverträglichkeit, so ergibt sich hieraus ein klarer Marktvorteil sowohl für den Hersteller wie auch für den Kunden.

 

Um 1 cm Nano-Hartschaum zu ersetzen benötigen Sie 6,8 cm Holzwollplatten oder 9,0 cm Porenbetonstein oder 52,5 cm Kalksandstein. PUR-Platten haben einen vergleichbaren Dämmwert, sind aber mindestens 3 x so teuer.

 

Diese Beispielrechnung können wir natürlich für jede gewünschte Anwendung durchführen und damit dokumentieren, wo die Vorteile dieser Materialien liegen. Null-Energie Häuser müssen nicht mehr unrentabel aufwendig sein.

 

Vielmehr wird es in naher Zukunft möglich sein ökologische Häuser zu bauen, welche dabei nicht teurer sein werden, als Häuser in konventioneller Bautechnik. Der Kunde wird dann allerdings den größten Teil seiner konventionell üblichen Heizkosten einsparen können. Ein klarer Profit für den Kunden und ein unschlagbares Verkaufsargument für den Hersteller. Brandschutzanforderungen nach Brandschutzklasse A1 ist problemlos darstellbar.

 

Anorganische

nanostrukturierte

Dämmstoffe

Herstellungsverfahren

Wird aus anorganischen-alumo-silikatischen Mineralien, sowie aus reaktivem Mineralpulver, anorganischem Nanobinder, Wasser und Treibmittel hergestellt. Man kann demzufolge auch teilweise noch Hydrophobierungsmittel und Armierungs-Fasern zugeben.

Physikalische Kennwerte

Wärmeleitfähigkeit λ(R):                          0,040-0,047 W/(mK)

spez. Wärmespeicherkapazität c:             1.000 J/(kgK)

Wasserdampfdiffusionswiderstand μ:                2-6

Baustoffklasse:                                            A 1, A 2

                                                              nicht brennbar

Rohdichte ρ:                                           80-300 kg/m³

Primärenergiegehalt:                           Unbekannt (kWh/m³)

Anwendung

Wand:                                         Außen- und Innendämmung,

Decke:                                                 Unterseitendämmung

Bemerkungen

nanostrukturierte Dämmstoffe sind ein neuer Dämmstoff.

Die erforderlichen Rohstoffe für die Herstellung von dieser Komposite stehen uneingeschränkt und preiswert zur Verfügung.

Umweltaspekte

+ nanostrukturierte Dämmstoff ist anorganische Natur

und deshalb problemlos recycle- oder deponierbar

+ Dämmstoff enthält keine schädlichen Inhaltsstoffe

Bindemittelsysteme sind rein anorganischer Natur und sind dadurch gegen Feuer, Feuchtigkeit und chemische Angriffe resistent.

Bei der Rohstoffherstellung, ist eine Staubentwicklung möglich.

Normen

+ formaldehydfreie anorganische Materialien,

als nichtbrennbare Baustoffklasse A1

weitere Info’s

  • nahezu stehen unbegrenzte Rohstoffe zur Verfügung,

  • Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit bieten die neuen Nanohybridmaterialien Vorteile gegenüber üblichen Dämmstoffen. So liegt das Energieeinsparpotential gegenüber konventionellen Dämmstoffen bei ca. 25%.

 

Ergebnisauswertung und thermisches Verhalten der Nanokomposite

 

1

 

Untersuchungen verschiedener Probekörper auf Thermoschockresistenz und thermische Isolierfähigkeit von hochthermisch isolierten Formkörpern (Isonanokit).

 

 

Thermische Untersuchung

 

 

Einfluss der Temperatur auf die entwickelten Materialien mittels Flammen und Einlagerung in den Hochtemperaturöfen

 

Thermisches Verhalten von Formkörpern

 

 

Untersuchungen verschiedener Probekörper auf Thermoschockresistenz

 

 

Aussehen der Proben vor und nach der thermischen Behandlung

 

Projektvorstellung

 

Der vorliegende Bericht dokumentiert die praxisorientierte Entwicklungstätigkeit eines Projektes. Das Entwicklungsziel ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um einen Bindemittelsystem mit geringem Energieeinsatz wirtschaftlich günstig und technisch einfach herzustellen. Die über einen Polykondensationsprozess herstellbaren Bindemittelsysteme sind rein anorganischer Natur und sind dadurch gegen Feuer, Feuchtigkeit und chemische Angriffe

resistent. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch hohe Temperatur- und Oxidationsstabilität sowie Temperatur-Wechselbeständigkeit aus. Außerdem stehen die erforderlichen Rohstoffe für die Herstellung von dieser Komposite uneingeschränkt und preiswert zur Verfügung. Ferner können die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Steifigkeit der hergestellten Materialien durch anorganische oder organische Fasern verbessert werden. Bei der Projektkonzeption wurden verschiedene Bindemittelsysteme auf der Basis von nanostrukturierten anorganischen Materialien als formaldehydfreie Bindemittel entwickelt und die Einsätze neuer Bindemittelsysteme bei der Herstellung von neuen Nanoverbundwerkstoffe getestet.

 

 

Einsatz neuer Bindemittelsysteme bei der Herstellung von Holzverbundwerkstoffen (siehe auch Nanoverbundwerkstoffe aus Holz)

 

 

Neues Bindemittelsystem stellt sowohl ein Substitutionsprodukt als auch ein Ergänzungsprodukt z.B. zur Herstellung von Plattenwerkstoffen dar. Neben Plattenwerkstoffen lassen sich aus neuem Bindemittel dreidimensional geformte Formkörper herstellen.

 

 

Zur Herstellung von neuen Verbundwerkstoffen, insbesondere von Holzverbundwerkstoffen z.B. als Spanplatte, werden Holzpartikel wie Holzfasern oder Holzspäne mit einem Nanohybridbindemittel unter Druck und bei erhöhter Temperatur verarbeitet. Die Anwendungsbeispiele für das neue Bindemittelsystem sind sehr zahlreich.

 

 

Zu diesem Zweck wurden sowohl neue Nanokomposite auf ihre Eignung als Nanobinder getestet, als auch Modifikationen an etablierten Bindesystemen vorgenommen. Die entwickelten Bindesysteme sollten verbesserte Eigenschaften und auch einen Kostenvorteil bei der Produktion von Holzverbundwerkstoffen aufweisen.

 

 

Als Füllstoffe wurden verschiedene Holzpartikel, Holzspäne unterschiedlicher Feinheiten, Buchenspäne, Hackschnitzel, Nadelholzspäne aber auch Restholz verwendet. Grundsätzlich können alle Holzabfälle in Form von Sägemehl und Sägespänen mit Nanobindern zur Herstellung von verschiedenen Verbundwerkstoffen und Formkörpern auch als Wärmedämmplatten eingesetzt werden.

 

 

Die Eigenschaften dieser Bindemittelsysteme (Nanohybridkomposit) kann durch Verdichtungsgrad und der eingesetzten Spangröße eingestellt werden. Die Rohdichten dieser Komposite kann auch durch ihre Zusammensetzung beliebig eingestellt werden. Die Rohdichten dieser Komposite können zwischen 300 und 1000 kg/m³, die Druckfestigkeiten zwischen 4 und 10 MPa und die Biegezugfestigkeiten entsprechend zwischen 0,2 und 3,5 MPa. variiert werden.

 

 

 

Wegen ökologischer Bewertung der Nanohybridkomposite wurde festgestellt, dass der Einsatz von Naturstoffen, wie Holzspäne als natürlicher organischer Zuschlagsstoff einen positiven Beitrag zum Umweltschutz leistet. Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass die Auswirkungen auf die Umwelt bei der Herstellung der anorganischen Komposite geringer sind als andere nicht mineralische Zuschlagsstoffe.

 

 

Es ist von besonderer Bedeutung, dass die neuen Bindemittel-Kombinationen für die Herstellung von Holzkomposite ohne Holzvorbehandlung herauszuarbeiten sind. Dabei ist herauszustellen, dass mit Holz-Spänen und anderen Restholzfraktionen Holzverbundwerkstoffe hergestellt werden konnten. Aus technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es auch möglich, weitere Optimierungen durch Materialzusammensetzung zu erreichen.

 

 

Die Nanohybridkomposite können grundsätzlich sowohl als Ersatz des mineralischen Rohstoffs, als auch zum vermehrten Einsatz des nachwachsenden Rohstoffes Holz eingesetzt werden. Um damit neue Anwendungsbereiche zu erschließen.

 

 

Diese Holzkomposite wurden für verschiedene Anwendungsbereiche entwickelt – z.B. als Platten für Wandelemente und für innere und äußere Räume als Deckplatte (z.B. als abgehängte Decken usw.).

 

 

 

 

Offenzellige Dämm- und Isolationssysteme aus anorganischen Nanomaterialien

 

Konventionelle Dämm- und Isolationseinheiten bestehen im Allgemeinen aus bekannten natürlichen oder synthetischen wärmeisolierenden und offenzelligen Kunststoffschäumen oder Fasermaterialien sowie Zusatzstoffen oder beispielsweise aus anderen Kunststoffschüttungen.

 

Die Herstellung solcher Isolationssysteme d.h. Dämmstoffen auf der Basis von Mineralöl oder anderer fossiler Rohstoffe, bei dem der Zellulose-Dämmstoff zum Brandschutz eingesetzt wird, sind auch weit verbreitet. Die Ausgangsprodukte sind hierbei sehr teuer, die Rohstoffe stehen zeitlich begrenzt zur Verfügung und erfordern erhebliche Kosten zu ihrer Herstellung.

 

Dämm- und Isolierstoffe auf der Basis neuer Materialien und nachwachsender Rohstoffe sind bei der alternativen Dämmung sehr gefragt, welche in verschiedenen Industriebereichen Anwendung finden.

 

So wurde bei uns ein neues Dämm- und Isoliersystem auf Basis nanostrukturierter Materialien entwickelt, zu dessen Herstellung Ausgangsstoffe, wie Alt - oder Frischholz aus naturbelassenem Rest-Holz, Säge- und Holzspäne auch Stäube aus holzverarbeitenden Bereichen verwendet wurden.

 

Die neuen Nanohybridmaterialien bieten Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit Vorteile gegenüber üblichen Dämmstoffen. So liegt das Energieeinsparpotential gegenüber konventionellen Dämmstoffen bei ca. 25%.

 

Die Entwicklung von neuen Nanohybridmaterialien unter Verwendung von offenporigen oder geschlossen porigen Materialien als Isolationssysteme ist sehr nachgefragt. Sie weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf und sind einfach herstellbar.

 

Eigenschaften:

 

Entwicklung einer neuen Technologie zur Erzeugung von mikro- bzw. nano-strukturierten Formkörpern.

 

Ziel des Projektes war die Entwicklung einer neuen Technologie, um aus anorganischen, nanomodifizierten Bindemitteln, Nanokomposite- und/oder Nanohybridmaterialien entsprechende mikro- bzw. nanostrukturierte Formkörper mit verbesserter thermischer und feuerresistenter Beständigkeit für den industriellen Einsatz herzustellen.

 

Die hierdurch erzeugten strukturierten Formkörper sind z. B. für die Entwicklung formstabiler und wärmeleitfähiger Materialien von maßgeblicher Bedeutung. Dabei handelt es sich um neue Methoden, um neue Materialien mit den gewünschten Eigenschaften zu entwickeln und herzustellen. Einer dieser Verwendungszwecke besteht in der Herstellung von nichtbrennbaren Formkörpern auf der Basis neuer Werkstoffkonzepte wie z.B. neue Hybridmaterialien und anorganischen Nanobindern.

 

Die neuen anorganischen Nanokomposite und die Klebemasse weisen im Vergleich zu vorhandenen, nicht wässrigen und organischen Formkörpern, die unter Inkaufnahme von Problemen bei der Brandlast, der Rauchgasentwicklung und der Entsorgung entwickelt wurden, eine höhere Bruchfestigkeit, höhere Elastizität und eine bessere Resistenz gegenüber Chemikalien und Wärme auf. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Formkörpern sollen auf Nanotechnologie basierende Kompositmaterialien als wärmebeständige Stoffe entwickelt werden, die keine schädlichen Inhaltsstoffe enthalten und unter Brandbelastung keine toxischen Zersetzungsprodukte freisetzen und eine umweltverträgliche Entsorgung ermöglichen. Weil die physikalische und chemische Beständigkeit des Bindemittels optimal beeinflussbar ist, haben die neuartigen Formkörper aus Kaltkeramik nicht nur gute brandschutztechnische Eigenschaften, sondern können demzufolge auch bei einer Vielzahl anderer industrieller Anwendungen im großen Maßstab eingesetzt werden. Dabei wird die Brandfestigkeit der Nanoverbundmaterialien oder Nanokomposite gegenüber den anderen Stoffen ebenfalls erhöht. Auch die Effektivität der Wärmeleitfähigkeit solcher Formkörper ist durch die strukturierte Materialzusammensetzung beeinflussbar.

 

Die diesem Projekt zugrunde liegenden neuen Verbundwerkstoffe sind Formulierungen, die sich aus pulverförmigen, reaktiven und passiven Füllstoffkomponenten zusammensetzen, die in einer vernetzten anorganischen Matrix eingebettet sind. Die Wärmeleitfähigkeit setzt sich daher zusammen aus der Wärmeleitfähigkeit der anorganischen Matrix und der amorphen oder kristallinen keramischen Pulver. Ein zusätzlicher Parameter entsteht durch die Grenzfläche von anorganischer Matrix und Füllstoffpartikeln. Die thermischen Widerstände und auch die Festigkeit sind dabei von der Benetzung, von Hohlräumen mit Gaseinschlüssen und Verunreinigungen abhängig, so dass eine optimale chemische Anbindung der Matrix an der Partikeloberfläche verhindert wird. Deshalb ist auch bei idealer Benetzung und Anbindung die Grenzfläche von entsprechender Bedeutung.

 

Die Anforderungen einer neuen Problemlösung wurden deshalb vorerst wie folgt skizziert: Bei den Anforderungen der neuen Problemlösung gilt es den Wärmetransport zwischen Nanoverbundmaterialien oder Nanokomposite und Metallwärmeleitern zu modifizieren, um die Bindematrix mittels Füllstoffzusammensetzung und Korngrößeverteilung zu optimieren, so dass einerseits die thermische Leitfähigkeit, d.h. der Wärmetransport zwischen Formkörperbauteilen und Metallwärmeleitern durch Modifizieren von Geopolymerformulierungen optimiert und andererseits die bestmögliche Wärmeisolierfähigkeit sichergestellt wird, damit keine unnötigen Wärmeverluste entstehen. Schließlich geht darum, Wärme in einem geschlossenen System verlustfrei zwischen zwei unterschiedlichen Körpern zu übertragen.

 

Abschließend stellt sich nun noch die Frage nach der technischen Umsetzbarkeit solcher Technologien. Im Folgenden finden Sie Schemazeichnungen für die verschiedenen Möglichkeiten einer Fertigung. Hierbei wird auf bereits vorhandene Technologie zurückgegriffen. Somit wird der Aufwand beim Aufbau einer Produktionsanlage minimiert.

 

Hier ein Beispiel für Formkörperfertigung.

 

Bauplatten können so hergestellt werden.

 

 

Hier nun ein Beispiel einer existierenden Produktionsanlage, welche zur Produktion Verwendung finden kann.

 

 

 

Abschließend kann also auf vorhandene Technologien zur Produktion zurückgegriffen werden. Die eigentliche Innovation liegt im Material und nicht im Fertigungsprozess. Somit ist eine Umsetzung in eine industrielle Produktion innerhalb kurzer Zeit möglich.

 

 

 

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Quelle: H2-Umwelttechnik GbR (www.h2coin.info)

*Änderungen Aufgrund technischer Weiterentwicklungen vorbehalten* 

 

 

Entwicklung von Nanoverbundwerkstoffen nach dem Vorbild der Natur

 

Die Entwicklungsstrategie unserer Geschäftspartner, basiert auf Modifikation und Optimierung der natürlichen und biologischen Konstruktionen der Natur. Es geht hier auch um die Optimierung und Übertragung des Wissens der Natur auf unsere Technologie. Um diese Prinzipien in modifizierter Form technisch umzusetzen, müssen uns die Erkenntnisse der Funktionsweise natürlicher Konstruktionen und Prinzipien bekannt sein (Nanobionik).

 

Es können technische Probleme gezielt und einfach mit minimierenden Materialien gelöst werden. Es geht darum

umweltfreundliche, ökologisch unbedenkliche und vergleichsweise kostengünstige Bindemittelsysteme und Verfahren zu entwickeln, die auf lange Sicht nachhaltig ausgelegt sind.

 

Zusätzlich wurde im Rahmen des Holzbaustoffprojektes eine neue Methode und ein Verfahren entwickelt, welches wir als Nano-Modifizierungsverfahren“ für Holz bezeichnen. Mit dieser Methode können die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Holzprodukte manipuliert und verbessert werden.

 

So wird die Brennbarkeit stark reduziert und/oder ganz verhindert. Durch anorganische Nanoinfiltration werden die Holzwerkstoffe völlig durch anorganische Nanohybrid - Teilchen so modifiziert, dass die Oberfläche von organischen Holzpartikeln völlig neue Eigenschaften erhält. Somit ergibt sich eine Stoffartänderung der Holzwerkstoffe.

 

Die Holzverbundwerkstoffe werden gegenüber Umweltwechselwirkungen beständiger. Mikroorganismen können nicht mehr in solchen modifizierten Holzverbundwerkstoffen wachsen. Das erneuern bzw. zeitintensives behandeln mit Schutzlacken von witterungsanfälligen Materialien entfällt.

 

Zu diesen Mikroorganismen zählen Pilze, Hefen, Algen und Flechten. Diese können organische Materialien abbauen und wirken in geologischen Zeiträumen an den Verwitterungsprozessen mit. Algen und Pilze bereiten zunehmend ästhetische Probleme an Holzwerkstoffen. Zum Schutz der Holzoberfläche kommen häufig Biozide zum Einsatz, die für einen gewissen Zeitraum eine Besiedlung verhindern. Nach kurzer Zeit besiedeln Mikro-Organismen (z.B. Algen, Pilze) erneut die Oberflächen der Holzwerkstoffe. Eine sichere Lösung sind hier unsere neuen Holzverbundwerkstoffe.

 

Herstellungsverfahren der Holzverbundstoffe

 

Die Herstellung von Nanoverbundwerkstoffen aus Holz, wurde durch das „Nano-Modifizierungsverfahren“ realisiert, welches durch unsere neue Methode in naher Zukunft umgesetzt werden kann. Durch ein weiteres neues Verfahren, das „Nano-Infiltrationsverfahren“, können wir Holz und Holzwerkstoffe verbessern und robuster machen.

 

Als Holzwerkstoff für die Trägerlage eignen sich plattenförmige Produkte, insbesondere hochdichte Faserplatten (HDF), mitteldichte Faserplatten (MDF), Spanplatten, Oriented Strand Board (OSB), Sperrholz und/oder Massivholz. Die Schutzschicht, die aus mindestens einer, vorzugsweise zwei Außenlagen besteht, ist so wirksam, dass die ohne weitere Maßnahmen nicht brandbeständige Trägerlage vor dem Entflammen geschützt ist.

 

Der mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehrschichtige plattenförmige Werkstoff kann in seinem Aufbau durch Zu- oder Einfügen weiterer Schichten ergänzt werden. Beispielsweise kann durch Zu- oder Einfügen von Furnierlagen bzw. Sperrholzschichten die Biegefestigkeit des plattenförmigen Werkstoffs gesteigert werden. Zufügen dekorativer Beschichtungen mindestens einer Außenlage ist möglich.

 

Durch Einlegen von Kaltkeramik, kann die Brandbeständigkeit, d.h. der Feuerwiderstand, oder die gesamte Eigenschaften der Platte verändert werden.

 

Alternativ oder ergänzend zum Einfügen weiterer Schichten können in einzelnen oder allen Lagen oder Schichten Zuschlagstoffe zugesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften des plattenförmigen Werkstoffs einzustellen. So können beispielsweise Brandhemmer, Schaumbildner (vorzugsweise solche die flammhemmend wirken), Fungizide und/oder Insektizide, aber auch Haftgrund zur besseren Haftung dekorativer Deckschichten wie Tapeten zugesetzt werden.

 

Die Dauer der Brandbeständigkeit, also die Zeit bis zum Entflammen des Werkstoffs, wie auch der Feuerwiderstand hängen unter anderem auch von den Schichtdicken der Außenlage ab. So werden mit einer Schichtdicke von wenigen mm eine hohe Brandbeständigkeit und Feuerwiderstand erreicht. Die Erhöhung der Schichtdicke verbessert diese Eigenschaften noch erheblich.

 

Durch die verhältnismäßig geringe Schichtdicke, die zum Erreichen der Brandbeständigkeit erforderlich ist, wird das Gewicht des plattenförmigen Werkstoffs insgesamt nur geringfügig gegenüber einer reinen Holzwerkstoffplatte erhöht.

 

Besonders positiv werden der Feuerwiderstand und damit die Brandbeständigkeit beeinflusst, wenn auch die Kante, also die Seitenflächen des plattenförmigen Werkstoffs gegen Feuer geschützt sind (Siehe Bild 1). Dies kann entweder durch angemessene konstruktive Verarbeitung geschehen, indem z.B. Kanten auf Stoß verarbeitet werden. Es können aber auch brandbeständige Kantenprofile eingesetzt werden.

 

Während der Herstellung des plattenförmigen Werkstoffs kann auch die Trägerlage der Seitenkanten brandbeständig gestaltet werden, z.B. durch Imprägnierung mit Brandschutzmitteln, Brand- oder Flammhemmern. Dadurch wird neben der Brandbeständigkeit auch die Wasserbeständigkeit der hergestellten Platte erhöht.

 

Das Herstellungsverfahren lässt sich – soweit der Holzwerkstoff ungepresst eingesetzt wird – im Rahmen der üblichen Herstellung von Holzwerkstoffplatten ohne aufwändige Zusatzmaßnahmen realisieren (siehe Bilder 1, 2, 3), wodurch eine preisgünstige und praktikable Herstellung der Platten gewährleistet ist. Wird eine gepresste Holzwerkstoffplatte mit einer oder zwei brandbeständigen Außenlagen beschichtet, so kann dieser Arbeitsgang mit an sich bekannten und üblichen Pressen erfolgen.

 

Nach einer besonderen Herstellungsform wird zunächst die erste Außenlage hergestellt, dann eine ein - oder mehrschichtige Holzwerkstofflage durch Streuvorrichtungen aufgetragen und schließlich darauf eine zweite Außenlage aus Kaltkeramik-Werkstoff hergestellt. Die so hergestellte Platte wird gegebenenfalls vorher verdichtet und in eine Presse überführt. Dort wird unter Anwendung von erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck über einige Minuten die Platte hergestellt.

 

Die Presstemperatur für übliche Produktionsbedingungen beträgt mindestens 130°C bis 180°C. Der Pressdruck hängt von der Wahl des Holzwerkstoffs und Beschichtung ab. Auch die Pressdauer kann je nach Holzwerkstoff und je nach gewähltem Verfahren sehr unterschiedlich sein.

 

Es ist wichtig, das bei der Herstellung der Holzverbund-Werkstoffe die Materialien beim Pressen gut komprimiert werden. Dadurch werden die Partikel mechanisch ineinander verhakt, was die Außenlage zusätzlich stabilisiert. Nachteilige Auswirkungen auf die Eigenschaften, wie z.B. Brandbeständigkeit bei Dämmstoffplatten im Bausektor, bei denen geringe Dichten gefordert sind werden vermieden.

 

Die Verwendung leichter und poröser Füllstoffe kann den Vorteil bieten, dass der Einschluss von Luft im Verbundwerkstoff die Isolations- und Dämmeigenschaften verbessert.

 

Eine zusätzliche Ausrüstung der Außenlage mit einer Versiegelung ist nicht mehr erforderlich, da durch die Brandbeständigkeit auch die Wasserbeständigkeit der hergestellten Holzplatten durch die Kaltkeramik gegeben ist. Dieses findet beispielsweise Verwendung bei Außenfassaden, im Bausektor oder bei Trennwänden im Schiffsbau.

 

Die Nanoverbundwerkstoffe als Holzplatten können gegenüber einer herkömmlichen Holzfaserplatte weiterhin den Vorteil bieten, dass sie bessere Schalldämmeigenschaften aufweisen, indem sie aufgrund der höheren Porosität der Oberfläche Raumschall in höherem Maße absorbiert.

 

Nachfolgend wird der Sachverhalt durch einige Beispiele näher erläutert:

 

Holzplatte aus Nadelholzspänen mit einer brandbeständigen Außenlage aus Kaltkeramik.

 

 

 

 

Bild 1 Nadelholzspäne wurde hier ungepresst, und im Rahmen der üblichen Herstellungsverfahren von Holzwerkstoffplatten, eingesetzt. Die brandbeständige Außenlage besteht aus Kaltkeramik.

Bei der Herstellung von Holzverbundwerkstoffen plastischer Konsistenz mit Nadelholzspänen bilden sich Luftporen, was zur Vergrößerung des Bindevolumens und damit zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit führt.

 

Die Holzwerkstoffplatte kann mit einer oder zwei brandbeständigen Außenlagen aus Kaltkeramik beschichtet werden. So kann dieser Arbeitsgang mit an sich bekannten Anlagen zum Streuen von partikelförmigen, gegebenenfalls mit Bindemittel versehenen Werkstoffen mit üblichen Pressen erfolgen.

 

 

 

 

Bild 2 Hier wurden die Nadelholzspäne ungepresst eingesetzt und mit den üblichen Herstellungsverfahren von Holzwerkstoffplatten ohne aufwändige Zusatzmaßnahmen realisiert, wodurch eine preisgünstige und praktikable Herstellung von Holzfaser-Dämmplatten gewährleistet ist.

 

 

Eine weitere Verkieselung der Nadelholzspäne verbessert mechanische Eigenschaften und kann auch dadurch die Brandbeständigkeit verstärken.

 

 

 

 

Bild 3 Hier wurden die Nadelholzspäne gepresst eingesetzt und mit dem nicht üblichen Herstellungsverfahren von Holzwerkstoffformkörpern realisiert, wodurch ein preisgünstiges und praktikables Herstellungsverfahren von verschiedenen Holzformkörpern gewährleistet ist.

 

Die Eigenschaften dieser Nanoverbundstoffe sind hauptsächlich vom Verdichtungsgrad und der eingesetzten Materialien abhängig. Mit gröberen Holzspänen werden höhere Festigkeiten erreicht. Die Rohdichten dieser Verbundstoffe können gezielt variiert werden. Bei einer Materialdichte zwischen 200 und 900 kg/m³ erreichen wir, Druckfestigkeiten zwischen 1 und 6 MPa und die Biegezugfestigkeiten entsprechend zwischen 0,5 und 2,5 MPa.

 

Die Untersuchungen zum Schwindverhalten zeigen, dass die gestampften Proben mit einem höheren Bindemittelverhältnis ein höheres Schwind- und Quellmaß haben, da mehr Wassermoleküle entweichen müssen. So erreichen die Schwindmaße des hergestellten Verbundstoffs während der Abnahme der relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % auf 35 % Werte bis 0,25 mm/m. Die Schwindmaße der gestampften Proben sind mit 0,5 und 0,80 mm/m etwas höher. Hier ist auch ein höheres Schwindmaß der Verbundstoffe mit feineren Holzspänen im Vergleich zu Verbundstoffe mit gröberen Holzspänen zu beobachten.

 

Es ist uns gelungen geeignete anorganische, nanostrukturierte Bindemittel für die Herstellung von Holzverbundwerkstoffen ohne Holzvorbehandlung herauszuarbeiten. Dabei ist herauszustellen, das mit Sägespänen und anderen Restholzfraktionen, Holzverbundwerkstoffe hergestellt werden konnten. Erste Untersuchungen zur Variation der Holz-Partikelform wurden durchgeführt. Eine weitere Optimierung des untersuchten Bindemittelsystems unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist möglich und aussichtsreich.

 

Nanomodifizierung von Holzpartikeln

 

Die Holzrohstoffe wurden in einem anorganischen kolloidalem Nanohybridsol eingearbeitet. Die Nanohybridsole sind durch ein sehr feines und gleichmäßiges Verteilungsspektrum gekennzeichnet, so dass durch chemische Modifizierung der Nanopartikel, diese gut mit der Oberfläche von Holzpartikeln anhaften können.

 

 

 

 

Bild 5 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (REM) von gebundenem Sägeholzmehl mit Nanohybridsol. Das Bild zeigt den morphologischen Aufbau der Oberfläche von Sägeholzmehl.

 

Die Messung und Ergebnisse der Teilchengrößenverteilung, Konzentration und der Grad der Aggregation von Nanohybridsol ist auch in der folgenden Tabelle dargestellt.

 

 

 

 

 

 

Die Messung zeigt die Teilchengrößenverteilung, Konzentration und den Grad der Aggregation von Nanohybridsol.

 

Zusätzlich zu diesem Projekt wurden Anwendung bezogene Werkstoffe in Form von Multifunktionskeramiken mit nano- bis makroporösen Strukturen als innovative Lösungen für viele Industriebranchen entwickelt, die sich wegen der breiten Variationsmöglichkeiten der Materialeigenschaften für weitere Anwendungsbereiche einsetzen

lassen. Demzufolge lassen sich die hergestellten Nanoverbundwerkstoffe beispielsweise auch als Substrate für die

Funktionskeramiken, witterungs- und feuerresistente oder wärmeisolierende Leichtbauwerkstoffe verwenden.

 

Im Vordergrund stehen dabei neue Applikationen von kaltkeramischen Werkstoffen als technische Anwendungen für die Bereiche:

 

  • Industrieofen und Heißgasturbinen
  • Bauindustrie
  • Holzindustrie (Gartenmöbel, Carports, Zäune, Garagentore, Türen, Dachbalken e.t.c.)
  • Hochtemperatur-Isolierung
  • Automobilindustrie, Schalldämmstoffe
  • Umwelttechnik und Brandschutz - Auskleidungen
  • Maschinen, Werkzeugen – und Anlagenbau
  • Luftfahrt
  • Feuerfesttechnik und Brennkammerauskleidungen
  • Als Binder für hochtoxische anorganische Verbindungen und radioaktiven Materialien
  • Für hohe Thermoschockbeständigkeit
  • Für die Entwicklung von Prototypen und Gießformen einsetzbar

 

Natürlich sollten die gesuchten Materialien darüber hinaus möglichst ungiftig, gut verfügbar und preisgünstig sein. Alle

diese Anforderungen sind wichtig.

 

Zusammenfassung:

 

Durch die Entwicklung neuer Materialien wie ‘Kaltkeramik’ und neuer Prozesse wie ‘Sol-Gel’ wurden in den letzten Jahren spektakuläre Fortschritte auf technologischem Gebiet erzielt. Neue, mittels Polymerisationsreaktionen erzeugte Stoffe eröffnen neuartige Anwendungen und verändern Ansichten, die in der anorganischen Chemie seit langem als gesichert galten. Hochtemperaturtechniken sind nicht mehr notwendig, um Materialien herzustellen, die in ihren Strukturen und Eigenschaften der Keramik gleichen. Solche Substanzen können, ähnlich wie organische Polymere, bei Temperaturen unterhalb 100°C polymer kondensieren.

 

 

Unser Holz brennt nicht!

 

 

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Quelle: H2-Umwelttechnik GbR (www.h2coin.info)

 

*Änderungen Aufgrund technischer Weiterentwicklungen vorbehalten*