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

 

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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.

 

Für Rückfragen stehen wir gerne zur Verfügung.

 

Anfrage unter: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!