Mikro-Hohlglaskugeln als Basis energieeffizienter Dämmung von Gebäuden
01.08.2014 bis 30.11.2017
Franken Maxit Mauermörtel GmbH & Co.
Ziel des Gesamtprojektes ist die Entwicklung einer Produktfamilie von Dämmstoffen auf Basis von Mikro-Hohlglaskugeln (MHGK), die neben sehr guten Dämmeigenschaften eine bisher nicht ereichte Kombination von Materialeigenschaften ausweisen:
Durch Reduzierung der Material- und Verarbeitungskosten sollen die im Projekt entwickelten Baustoffe eine Amortisierung der Sanierungskosten in weniger als 10 Jahren ermöglichen.
F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde (FIB)
Professur Werkstoffe des Bauens
Coudraystr. 11, 99421 Weimar
13N13185
Für das FIB stehen die wissenschaftlichen Belange im Bezug auf die Gips-Zement-Puzzolan-Bindemittel sowie die Grundlagenuntersuchungen zu den Wechselbeziehungen zwischen Bindemittelmatrix und Mikrohohlglaskugeln im Vordergrund. Es soll eine raumbeständige und dauerhafte Zusammensetzung der Bindemittelkomponenten gefunden werden, welche sich nicht negativ auf die MHGK (z.B. durch korrodierenden Angriff) auswirkt. Aufgrund der positiven Eigenschaften – sowohl der der MHGK als auch der GZP-Matrix – wird durch optimale Abstimmung der Rezepturen ein Synergieeffekt erwartet, welcher die konventionelle Dämmsysteme entscheidend verbessert.
Die Arbeitsziele lassen sich wie folgt charakterisieren:
Das FIB ist an der wirtschaftlichen Verwertung der Projektergebnisse nicht direkt beteiligt. Allerdings ermöglicht ein erfolgreicher Projektabschluss die Beantragung von Folgeprojekten, wodurch die Drittmittelquote für den Ausbau die Finanzierung des Instituts gesichert wird.
Für das FIB steht die wissenschaftliche Verwertung im Vordergrund. Es bestehen durch vorherige Projekte im Bereich der GZP-Bindemittel bereits fundierte Kenntnisse, so dass die Übertragung der positiven Eigenschaften auf den Einsatz in Dämmputzen mit hoher Wahrscheinlichkeit verwirklicht werden kann. Mittels des umfangreichen Versuchsprogramms wird die Dauerhaftigkeit verifiziert und trägt so zum erfolgreichen Projektabschluss bei. Durch die grundlegende Erforschung des Systems GZP-MHGK ergibt sich ein hoher Wissenszuwachs, welcher durch auch in weiterführenden Projekten spezifiziert werden kann.
Das FIB plant institutsintern kurz- und mittelfristig die Durchführung von mindestens 2 Masterarbeiten sowie 2 Arbeiten im Rahmen des Wissenschaftlichen Kollegs zum Projektthema. Darüber hinaus werden Teile der Ergebnisse in einer Promotionsschrift verwertet.
Die Erkenntnisse werden sowohl während als auch nach Projektabschluss in der Fachliteratur und auf Kongressen (z.B. zur Gipstagung und zur ibausil in Weimar) publiziert.
Während des letzten Projektjahres wird die Beantragung eines sich anschließenden Forschungsprojektes bei der Deutschen Forschungsgesellschaft angestrebt, um die Grundlagenforschung zur Wechselwirkung zwischen MHGK und unterschiedlichen Bindemittelsystemen weiter vertiefen zu können.
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Azendorf 63, 95359 Kasendorf
Dipl.-Ing. Friedbert Scharfe
T: +49-9220-18-135 | +49-9220-18-200
friedbert.scharfe(at)franken-maxit.de
13N13186
Für die Firma Franken Maxit steht in erster Linie eine innovative Produktentwicklung im Vordergrund. Durch Innovationen können die Wettbewerbsfähigkeit gestärkt und entscheidende –vorteile geschaffen werden. Ziel ist es daher, durch die Funktionalisierung der zu entwickelnden Baustoffe mit Mikrohohlglaskugeln bzw. Gips-Zement-Puzzolan-Bindemitteln deren Eigenschaften gegenüber vergleichbaren Produkten entscheidend zu verbessern.
Die MHGK-haltigen Bausysteme sollen folgenden Anforderungen genügen:
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Dyneon GmbH
3M Advanced Materials Division
Industrieparkstr. 1, 84508 Burgkirchen
Dr. Klaus Hintzer, Dr. Bernd Gangnus, Dr. Tilmann Zipplies, Dr. Friedrich Wolff, Stefan Friedriech
13N13187
Die MHGK-haltigen Polymere nehmen bei den Baustoffen eine Sonderstellung ein. Solche Polymerverbundwerkstoffe werden bereits für den Leichtbau (z.B. in der Luftfahrt und dem Automobilbau) erfolgreich eingesetzt. Die Verarbeitung von MHGK kann auf Standardanlagen erfolgen, allerdings ist dafür ein gewisses Know-how erforderlich, um die MHGK nicht zu zerstören. Dyneon/3M verfügt über die Erfahrung zur Compoundierung der Materialien und zum Spritzguss entsprechender Bauteile. Aufgrund des günstigen Festigkeits- zu Gewichtsverhältnis sollen Bauteile mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit für Bauapplikationen wie beispielsweise Anker für konventionelle Dämmplatten gefertigt werden und mit den Eigenschaften kommerzieller Bauteile verglichen werden.
Mit abnehmender Wärmeleitfähigkeit der MHGK nimmt auch deren Festigkeit ab. So besteht bei der Verwendung von MHGK Typen mit besonders geringer Wärmeleitfähigkeit die Gefahr, dass diese bei der Verarbeitung zerstört werden. Um dies zu verhindern, sollen unterschiedliche Compoundiermethoden untersucht und ggf. optimiert werden (z.B: Schneckenkonfiguration, Position der MHGK-Dosierung). Hierzu stehen verschiedene Verfahren wie ein Doppelschneckenextruder mit Seitendosierung sowie ein BUSS-Kneter zur Verfügung. Darüber hinaus verfügt Dyneon/3M die notwendige Erfahrung im Spritzguss, um auch hier Bauteile herzustellen ohne die MHGK zu zerstören. Die Analysen sollen zeigen, ob durch Optimierung der Verarbeitungsprozesse auch MHGK mit Festigkeiten, geringer als üblicherweise für Thermoplaste verwendet, eingesetzt werden können.
Die Anbindung der Kugeln an die polymere Matrix ist entscheidend, um trotz geringerem Anteil der Bindematrix die mechanischen Eigenschaften dieser Bauteile zu erhalten. Um die Anbindung zu verbessern, sollen die Kugeln im Projekt mit unterschiedlichen Beschichtungen modifiziert und dafür skalierbare Verfahren erarbeitet werden.
Einfluss der Glaszusammensetzung auf die Kosten und den Einsatz der MHGK-Baustoffe
Die bisher am Markt befindlichen Mikrohohlglaskugeln von 3M basieren auf Borosilikatglas. In diesem Arbeitspaket wird überprüft, wie Kosten reduziert werden können, wenn Kalk-Natron-Glas zur Herstellung der MHGK verwendet wird. Es ist zu erwarten, dass insbesondere in stark basischen Baustoffen die Verwendung von Kalk-Natron-Glas im Vergleich zu Borosilikatglas zu einer erhöhten Korrosion führt. Es wird daher überprüft, für welche Produkte eine Umstellung der Glassorte sinnvoll ist.
Die Herstellung von glasbasierten Produkten ist aufgrund der hohen Schmelztemperaturen energieintensiv. Dennoch können glasbasierte Baustoffe kostengünstig hergestellt werden, wie das Beispiel der Glasfasern zeigt. Im Rahmen dieses Arbeitspaketes wird der kumulierte Energieaufwand (KEA), die Materialintensität des Herstellungsprozesses (MIPS) und eine ökologische Bewertung für MHGK auf Basis von Borosilikatglas und Natron-Kalk-Glas durchgeführt.
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Dr. Thorsten Gerdes, Dipl.-Ing. Benedikt Scharfe, Johanna Zimmermann M.Sc., Laura Schwinger M.Sc.
T: +49-921-557202 | F: +49-921-557205
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Für die Baustoffe ist die Anbindung der Kugeln an die polymere oder mineralische Matrix entscheidend, um trotz geringerem Anteil der Bindematrix die mechanischen Eigenschaften dieser Baustoffe zu erhalten. Um die Anbindung. Um die Anbindung zu verbessern, sollen die Kugeln im Projekt mit unterschiedlichen Beschichtungen modifiziert und dafür skalierbare Verfahren erarbeitet werden:
Durch eine Beschichtung der MHGK kann auf Grund einer Veränderung der Strahlungsabsorptionseigenschaften der nötige Heiz- und Kühlaufwand von Gebäuden reduziert werden. Dabei erfordert die Änderung der Matrix von Farben zu Putzen einen Entwicklungsaufwand im Bereich Dauerhaftigkeit der Kugeln, Eigenschaften als Zuschlagstoff und Kosten/Nutzen Evaluation. Auch neue Anwendungskonzepte gilt es zu erarbeiten.
Bisher werden die Kugeln meist in Batch-Prozessen beschichtet bzw. funktionalisiert. Um eine Markteinführung hierdurch nicht zu gefährden, soll in der letzten Projektphase auf Basis der Ergebnisse eine Engineering-Studie einschließlich einer Kostenschätzung für die kontinuierliche Beschichtung der Kugeln folgen.
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