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DE20021096U1 - Naturfaserdämmvlies - Google Patents

Naturfaserdämmvlies

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Publication number
DE20021096U1
DE20021096U1 DE20021096U DE20021096U DE20021096U1 DE 20021096 U1 DE20021096 U1 DE 20021096U1 DE 20021096 U DE20021096 U DE 20021096U DE 20021096 U DE20021096 U DE 20021096U DE 20021096 U1 DE20021096 U1 DE 20021096U1
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natural
fibers
natural fiber
fiber
biodegradable
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DE20021096U
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Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
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    • E04—BUILDING
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    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
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Description

[Beschreibung]
Das Gebrauchsmuster betrifft ein Naturfaserdämmvlies bestehend aus Naturfasern und biologisch abbaubaren Bindefasern.
[Stand der Technik]
Die Verringerung des Kohlendioxidausstoßes ist einer der dringlichsten Aufgaben unserer Zeit. Die Einsparung von Energie ist der bislang effektivste und kostengünstigste Weg, diese Aufgabe zu lösen. Für den Baubereich fordert der Gesetzgeber effektive Heizungsanlagen in Kombination mit wirkungsvoller Wärmedämmung. Wärmedämmstoffe werden in großer Vielfalt und mit unterschiedlichen Produkteigenschaften für jeden Anwendungsfall angeboten. Sie müssen im Preis, in der Verarbeitbarkeit und Funktionalität anforderungsgerecht sein. Nach wie vor werden überwiegend künstliche Dämmstoffe verwendet. Alternative Lösungen bieten die ökologischen Dämmstoffe. So haben sich in den letzten Jahren neben den traditionellen Dämmstoffen wie Mineralwolle und den geschäumten Dämmstoffen durch zunehmende Sensibilisierung und steigendes Umweltbewußtsein der Verbraucher, alternative/biogene Wärmedämmstoffe zur Marktreife entwickelt. Der Gesamtmarktanteil dieser Wärmedämmstoffe wird heute auf ca. 5% geschätzt. Obwohl dieser Marktanteil noch keinen Massenmarkt darstellt, liegt hier ein enormes Wachstumspotential. Innerhalb der nachwachsenden Rohstoffe ist neben Zellulose (recycl.Papier), Kork, Holz, Schafwolle, Baumwolle, Stroh oder Keramikglas, auch die Naturfaser Flachs/Hanf - als einheimisches Produkt - für den Einsatz als Wärmedämmstoff eine interessante Alternative geworden. Trotz der mannigfaltigen positiven Eigenschaften marktverfügbarer Flachs-/Hanfdämmstoffe, ist zwei-0 feilos ein ökologischer Schwachpunkt der Faserdämmatten der Zusatz synthetischer Stützfasern/ Bindefasern. Derzeit werden zur Verfestigung der Dämmstoffmatten aus Flachs/Hanf den Naturfasern synthetische Fasern beigemischt. Von Bedeutung für den Bereich Dämmstoffe sind Polyesterbikomponentenfasern
• 1 :
• ·
• ·
mit side-by-side Struktur. Sie verleihen dem Dämmstoff nach der Thermofusion Rückstellvermögen/ Elastizität bei entsprechender Festigkeit. Der Anteil des synthetischen Materials liegt in der Regel bei 10-20% und richtet sich nach der Qualität der eingesetzten Naturfaserstoffe bzw. dem Anforderungsprofil des Dämmproduktes. Der Einsatz derartiger Materialien widerspricht jedoch dem Trend, umweltbelastende Zusatzprodukte zu minimieren bzw. zu eliminieren und dem Verkaufsargument, das Bauprodukt „Natur pur" anzubieten. Eine andere Möglichkeit der Vliesverfestigung wird mittels Versprühen einer thermisch-mechanisch aufgeschlossenen Kartoffelstärke praktiziert (Fa. Flachshaus - Firmenprospekt). Von Nachteil ist bei diesem Verfahren der aufwendige Reinigungsprozeß der Anlagentechnik.
Bekannt ist aus DE 195 17 763 Al ein Verbundmaterial auf der Basis von Celluloseacetat und verstärkenden natürlichen Cellulosefasern. Dieses Material kann ebenfalls als Dämmmaterial eingesetzt werden. Ungeeignet für den flexiblen, ohne Druck formbaren Einsatz ist die Celluloseacetatfaser aufgund der zu hohen Erweichungstemperatur. Eine Verarbeitung unter Druck erfolgt bei Temperaturen von etwa 220 bis 28O0C. Voraussetzungen für eine anforderungsgerechte Einsetzbarkeit der Biofasern sind Thermoplastizität, Verspinnbarkeit, thermische Stabilität, Fließfähigkeit, die Verarbeitbarkeit zum Florgelege und zum verfestigten Vliesstoff.
[Aufgabe der Erfindung]
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung von Wärmedämmvliesen auf Basis CO2-neutraler, nachwachsender Rohstoffe unter Ausnutzung neuartiger thermoplastischer, bioabbaubarer Polymere als Bindekomponente. Die ökologischen Dämmstoffe sollen sich einfach und auf konventionelle Art und Weise an industrieüblicher Anlagentechnik herstellen lassen und zugleich
eine ausreichende Festigkeit, gute Flexibilität, geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen.
Damit sollen neuartige, vollständig bioabbaubare Dämmaterialien mit hoher Leistungsfähigkeit für den Bausektor, speziell für Wände, Decken, Dächer, zwischen Sparren- und Balkenlagen entwickelt werden.
Die Aufgabe wird überraschend einfach und in guter Erzeugnisqualität dadurch gelöst, dass diese zu 80-90 Masse-% aus Naturfasern, wie beispielsweise Flachs-, Hanf-, Sisal-, Jute-, Kokos-, Kenaf-, Nessel-, Ramie- und/oder anderen Cellulosefasern und zu 10-20 Masse-% aus biologisch abbaubaren Bindefasern der Gruppe der aliphatisch/aromatischen Copolyestern und/oder aliphatischen Homopolyestern und/oder der Stärkeacetaten und/oder Cellulosediacetaten und/oder Stärkeblends, wobei diese Blends als Stärke mit bioabbaubaren synthetischen Polymeren im Sinne der Erfindung zu verstehen sind, und/oder biotechnologisch hergestellte Polymeren aus der direkten Fermentation des Zuckers bestehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 genannt.
0 Die Verwendung biologisch abbaubarer Bindekomponenten im Dämmvlies, mit dem Ziel ein komplett natürliches Bauprodukt zu erhalten, ist eine zukunftsträchtige Alternative zu den bisher verwendeten synthetischen Bindefasern mit gegebenenfalls Zumischungen von Zusatzstoffen wie beispielsweise brandhemmenden Mitteln. Die Granulate der biotechnologisch hergestellten Polymere, wie beispielsweise BIONOLLE, SCONA-CELL oder Eastar - Bio Copolyester, werden zu Filamentgarn versponnen, als Bindefaser aufbereitet und als Verfestigungskomponente dem Naturfaservlies mit industrieüblicher Technik 0 und angepasster Technologie zugemischt. Die Verspinnung der ausgewählten Biopolymere kann an industrieüblichen Extrudern (z.B. der Fa. Randcastle und Fa. FEP Polymertechnik) erfolgen. Die Verspinnung kann in sehr unterschiedlichen Feinheitsbereichen kleiner 50dtex erfolgen. Unter dem Aspekt
einer geringen Wärmeleitfähigkeit, Rohdichten zwischen 3 0 bis 60 kg/m3 und einer Vliesfestigkeit >10 tnN/mm2 erfolgt die Vliesherstellung. Als Ausgangsmaterial dient beispielsweise ein weitgehend homogener, feinfaseriger, gut gerösteter Flachs in einer mittleren Feinheit von 45 dtex. Er wird mit den erfindungsgemäß ausgewählten Bindefasern unterschiedlicher Stapelfaserfeinheit und -länge vermischt und thermisch verfestigt. Neben Bindefaserprovenienz, Feinheit und Länge werden die Einsatzmenge und die Thermofusionstechnologie variiert. Ergänzt werden die Arbeiten mit verschiedenen Trägerfasern mit grober Faserfeinheit (Grünflachs pur, in Mischung mit Röstflachs und/oder Hanf oder anderen Naturfasern) .
Die Filamentgarne werden zunächst in zuvor geweiften Bündeln an der Pierretschneide in definierte Längen geschnitten. Das Schneiden erfolgt im feuchten Zustand - insbesondere der synthetischen Filamengarne - um ein Verkleben der Schnittstellen zu vermeiden. Die gleichmäßige Mischungsverteilung der Stapelfaser in der Naturfaser kann auch der folgende technologische Ablauf im Labormaßstab gewährleisten: - pneumatisches Öffnen der Naturfaser
- manuelles Mischbettlegen,
- Vormischen des Mischbettes im Faseröffner,
- Mischen/Auflösen und Faserparallelisieren auf der Krempel, - Quertäfeln, Florschichten mittels Täfler.
Für die Herstellung der Dämmvliese kann das Material von einer Wirrvliesanlage oder einer Krempel der Verfestigung zugeführt werden. Der z.B. auf der Krempel gemischte/aufgelöste und getäfelte Faserflor (z.B. Flächenmasse 0 3 50g/m2 im Labormaßstab) wird nunmehr in diskontinuierlicher Verfahrensweise abgenommen und anschließend dem Trockner vorgelegt.
Die Vliesverfestigung erfolgt mittels Thermofusion - einer industrieüblichen Dämmvliesverfestigungstechnologie - an
einem Trockner. Der Trockner arbeitet nach dem Prinzip der Durchbelüftung/ Belüftungs-/ Bedüsungsintensität, Thermofusionstemperatur und Siebbandgeschwindigkeit sind variierbar. Das bindefaserhaltige Naturfaservlies wird auf die Schmelz- bzw. Erweichungstemperatur der Bindefaser aufgeheizt, die Bindefasern schmelzen oder erweichen und umschließen mehr oder weniger die Trägerfaser und führen nach dem Abkühlen zu einer haftenden, rein mechanischen Verankerung der zu verbundenen Komponenten. Da für eine gute Vliesverfestigung die Mischungsverteilung zwischen Bindefaser und Naturfaser wesentlich ist, sind verschiedene Mischungsvarianten bzw. Mischungstechnologien möglich.
Im Vordergrund der thermischen Eigenschaftsuntersuchungen standen Messungen der thermischen Stabilität wie Schmelz-/Erweichungspunkt, Temper- und Aushärtevorgänge und Viskositätsuntersuchungen. Sie dienten der Kenntnisgewinnung technologischer Eigenschaften der Materialien und ermöglichten die Auswahl zur Einsetzbarkeit als Bindefaser. Mikroskopische Untersuchungen zur Charakterisierung des 0 Bindeverhaltens Naturfaser/Biopolymer wurden durchgeführt. Biopolymere weisen in Abhängigkeit ihrer polymeren Herkunft erhebliche Unterschiede im Schmelz- und Erweichungsverhalten auf.
Um jedoch eine gute Haftung zur Trägerfaser zu gewährleisten muss die Bindefaser während der Temperaturbehandlung ausreichend fließfähig sein, nur dann ist das Umfließen der Trägerfaser gewährleistet. Nach dem Abkühlen kommt es zu einer haftenden, rein mechanischen Verankerung der zu verbindenen Komponenten. Die Bilder 1 und 2 zeigen die Bindepunkte, die sich auf der Trägerfaser bilden. Je nach Art des Biopolymeren bzw. seiner Materialspezifik bilden sich Bindepunkte in unterschiedlicher Größe und Form aus.
Die Bindepunkte - gebildet durch Bionolle - liegen fein verteilt (bereits bei einer Temperatur von 1200C) im Vlies
OE 200 Si 0% Ui
vor. Das Sconacell verbindet sich mit der Trägerfaser unter Ausbildung relativ großer Bindepunkte, was auf eine nur mäßige Fließfähigkeit schließen lässt. Das Polymer verteilt sich schlechter zwischen den Trägerfasern und umfließt diese folglich weniger intensiv.
Einen vollständig biogener Wärmedämmstoff, nicht druckbelastbar, für die Einsatzgebiete z.B. Wände, Decken und Dächer (Anwendungstyp W) und/oder für die Einsatzgebiete z.B. für Dämmungen zwischen Sparren- und Balkenlagen (Anwendungstyp WL) mit einer Vliesfestigkeit von > lOmN/mm2 (gemäß DIN 18165T1) , einer Wärmeleitfähigkeit von &lgr; lotr. 0,037 W/mK, erhält man mit folgender Spezifikation: Biologisch abbaubare Bindefaser vorzugsweise aus synthetisch hergestellten Polymeren
- Einsatzmenge 20%, Faserlänge 50mm Stapelfaserfeinheit <. 5dtex
Thermofusionstemperatur <. 1600C
Trägerfaser Röstflachs 45dtex, Rohdichte 30...60kg/m3
[Beispiele]
Beispiel 1
Flachsfasern mit einer Feinheit von 45dtex wurden mit einer Rohdichte zwischen 3 0 und 60kg/m3 in Mischung mit einer biologisch abbaubaren Bindefaser zu einem Wärmedämmvlies verarbeitet. Dabei wurde als biologisch abbaubare Bindefaser ein aliphatischer Homopolyester verwendet.
Rezeptur
Biofaser - BIONOLLE 1020
Biofaser Einsatzmenge von 20%
Biofaserlänge 50mm
Biofaserfeinheit 5dtex
DE 200 24 096 Ul
··· ttfm
Das Flachsmaterial wird pneumatisch geöffnet, mit der Biofaser gemischt, gekrempelt und mittels Täfler zum Fasermischflor geschichtet. Der auf der Krempel gemischte und getäfelte Faserflor wird über Thermofusion bei einer Temperatur von 12O0C verfestigt.
Dabei konnte eine Vliesfestigkeit von 1/q 7mN/mm2/2 0mN/mm2 erreicht werden. Die Wärmeleitfähigkeit lag bei Lambda 1Otr. 0,037W/mK.
Beispiel 2
Flachsfasern mit einer Feinheit von 45dtex wurden mit einer Rohdichte zwischen 30 und 60kg/m3 in Mischung mit einer biologisch abbaubaren Bindefaser zu einem Wärmedämmvlies verarbeitet. Dabei wurde als biologisch abbaubare Bindefaser ein aliphatischer Homopolyester verwendet.
Rezeptur
Biofaser - BIONOLLE 1020
Biofaser Einsatzmenge von 10%
Biofaserlänge 2 0mm
Biofaserfeinheit 5dtex
Das Flachsmaterial wird pneumatisch geöffnet, mit der Biofaser gemischt, gekrempelt und mittels Täfler zum Fasermischflor geschichtet. Der auf der Krempel gemischte und getäfelte Faserflor wird über Thermofusion bei einer Temperatur von 14O0C verfestigt.
Beispiel 3
Eine Flachsmischung mit 50% Grünflachs mit einer Feinheit von 87dtex und mit 50% Röstflachs mit einer Feinheit von 45dtex
DE 200 24 096 Ui
wird mit der biologisch abbaubaren Bindefaser vermischt und zu einem Dämmvlies verfestigt.
Rezeptur
Biofaser - BIONOLLE 1020
Biofaser Einsatzmenge von 20%
Biofaserlänge 50mm
Biofaserfeinheit 5dtex
Das Flachsmaterial wird pneumatisch geöffnet, mit der Biofaser gemischt, gekrempelt und mittels Täfler zum Fasermischflor geschichtet. Der auf der Krempel gemischte und getäfelte Faserflor wird über Thermofusion bei einer Temperatur von 14O0C verfestigt.
Aufgrund des derzeit hohen Materialpreises der Biopolymere, ist eine Reduzierung der Einsatzmenge für den potentiellen Anwender interessant. Das Beispiel mit der Bindefaser Bionol-Ie zeigt, dass eine Einsatzmengenreduzierung erwartungsgemäß zu einer Festigkeitseinbuße führt. Die Verwendung von nur 10% Bindefasern hat eine Reduzierung der Festigkeit von ca. 3 0% zur Folge. Dennoch liegen die ermittelten Werte im Zulassungsbereich. Die Möglichkeiten der Erhöhung der Thermofusionstemperatur, der Verweilzeit oder der Einsatz einer feineren Bindefaser wären Alternativen zur Verbesserung der Vliesfestigkeit.
Ul
[Anhängende Zeichnungen]
Anzahl Anhängende Zeichnungen: [2]
1 Bionolle/Flachs
2 Sconacell/Flachs

Claims (6)

1. Naturfaserdämmvlies bestehend aus Naturfasern und Bindefasern, dadurch gekennzeichnet, dass der Naturfaseranteil bei 80-90 Masseprozent und die Bindefasern biologisch abbaubar sind, wobei sie einen Anteil von 10-20 Masseprozent besitzen und aus aliphatisch/aromatischen Copolyestern und/oder aliphatischen Homopolyestern und/oder Stärkeacetaten und/oder Cellulosediacetaten und/oder Stärkeblends, wobei diese Blends Stärke mit bioabbaubaren synthetischen Polymeren sind, und/oder biotechnologisch hergestellten Polymeren aus der direkten Fermentation des Zuckers bestehen.
2. Naturfaserdämmvlies nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlänge der biologisch abbaubaren Bindefasern vorzugsweise bei 20 mm bis 50 mm liegt.
3. Naturfaserdämmvlies nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfeinheit der biologisch abbaubaren Bindefasern vorzugsweise unter 50 dtex liegt.
4. Naturfaserdämmvlies nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern Flachs-, Hanf-, Sisal-, Jute-, Kokos-, Kenaf-, Nessel-, Ramie- und/oder andere cellulosische Fasern sind.
5. Naturfaserdämmvlies nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass natürliche Färbemittel und/oder natürlich abbaubare Zusatzstoffe, wie Brandschutzmittel, antimikrobielle Ausrüstungen und/oder Antischimmelausrüstungen, beigemischt sind.
6. Naturfaserdämmvlies nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämmvlies im Bausektor, im verpackungsbereich oder im Automobilinnenbereich zum Einsatz kommt.
DE20021096U 2000-12-13 2000-12-13 Naturfaserdämmvlies Expired - Lifetime DE20021096U1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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