Композитная система теплоизоляции
Изобретение относится к композитным системам теплоизоляции внешней стены здания. Композитная система теплоизоляции прикреплена к поверхности внешней стены здания, обращенной в сторону, противоположную зданию. Композитная система теплоизоляции содержит по меньшей мере двухслойное теплоизоляционное покрытие, по меньшей мере с двумя слоями, каждый из которых включает от 25 до 95% от массы аэрогеля, от 5 до 75% от массы неорганических волокон и от 0 до 70% от массы неорганических наполнителей. Слои теплоизоляционного покрытия соединены друг с другом посредством неорганического вяжущего вещества. Композитная система теплоизоляции имеет суммарный тепловой потенциал, составляющий меньше чем 3 МДж на килограмм. Изобретение позволяет повысить механическую устойчивость системы теплоизоляции и улучшить ее теплотехнические характеристики. 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.
Изобретение относится к композитным системам теплоизоляции для тепловой изоляции внешней стены здания, причем указанная система содержит по меньшей мере двухслойное теплоизоляционное покрытие, по меньшей мере с двумя слоями, где каждый слой включает от 25 до 95% от массы аэрогеля и от 5 до 75% от массы неорганических волокон, где слои теплоизоляционного покрытия соединены друг с другом посредством неорганического вяжущего вещества, и композитная система теплоизоляции имеет суммарный тепловой потенциал, составляющий меньше чем 3 МДж на килограмм.
В то время когда энергия стоит дорого, теплоизоляция как новых зданий, так и теплоизоляция при реконструкции старых зданий приобретает все большую значимость. С этой целью композитные системы теплоизоляции предпочтительно применяют к внешним стенам или наружным перекрытиям нагреваемых зданий для того, чтобы уменьшить потери тепла посредством теплопередачи от внутренней поверхности здания. Такие композитные системы теплоизоляции включают слой изоляции предпочтительно в виде плит, которые обычно приклеивают к строению. Для того чтобы защитить слой изоляции от влияния атмосферных условий, к слою изоляции применяют слои штукатурки. Обычно применяют основу штукатурки, которая армирована слоем тканого полотна и покрыта слоем облицовочной штукатурки. Оба слоя штукатурки вместе применяют при толщине, составляющей от приблизительно 2 мм до приблизительно 7 мм, предпочтительно меньше чем 3 мм, когда применяют штукатурку на основе синтетической смолы, в то время как системы на основе минеральных штукатурок могут достигать толщины в диапазоне, составляющем от приблизительно 8 мм до приблизительно 20 мм.
Прочность изоляционной плиты и/или способность выдерживать нагрузку поверхности строения, как правило, являются недостаточными для того, чтобы гарантировать надежную долгосрочную устойчивость композитной системы теплоизоляции, которая состоит из изоляционных элементов, которые просто склеивают между собой. По этой причине такие изоляционные элементы, как правило, должны быть защищены, т.е. прикреплены к внешней стене посредством крепежных элементов изоляции. Здесь, частичное приклеивание изоляционных элементов к поддерживающей основе, а именно к внешней стене, служит только для того, чтобы способствовать монтажу, где жесткость изоляционных элементов выдерживает напряжения сдвига, получаемые в результате усадки штукатурки, которая повышается в то же самое время.
Крепежные элементы изоляции закрепляют в поддерживающей основе. Они имеют шайбы, обладающие различными диаметрами в диапазоне от приблизительно 50 до 140 мм, которые применяют со стороны теплоизоляционного покрытия, которая является наиболее удаленной от конструкции. Их способность выдерживать нагрузку является результатом металлической оправки, которая в то же самое время усиливает закрепление таким образом, что получают фрикционное соединение. Крепежные элементы изоляции вводят либо до применения слоя армированной основы штукатурки, либо сразу же после нанесения штукатурки. Вследствие этого шайбы крепежных элементов изоляции находятся либо выше, либо ниже слоя штукатурки. Значительное преимущество установления крепежных элементов изоляции после нанесения штукатурки состоит в том, что вследствие указанного армирующая ткань также поддерживается крепежными элементами изоляции, в результате чего достигают более благоприятного редкого распределения крепежных элементов изоляции и, таким образом, возможного уменьшения количества крепежных элементов изоляции, необходимых на единицу площади.
Количество крепежных элементов изоляции определяется как функция от высоты здания, присущей нагрузки, которая существенным образом определяется толщиной штукатурки, прочности материала изоляции и диаметра крепежных элементов изоляции. Обычно устанавливают от двух до восьми крепежных элементов изоляции на квадратный метр, при этом до четырнадцати крепежных элементов изоляции на квадратный метр может потребоваться в области кромок. Такие области кромок включают области от 1 до 2 м шириной вокруг края внешней стены, которая подлежит изоляции. Дополнительное увеличение количества необходимых крепежных элементов изоляции может быть результатом применения вырезанных в соответствии с размерами изоляционных элементов, что может быть необходимо для практических целей строительной конструкции. Затраты на композитную теплоизоляционную систему увеличиваются в зависимости от количества необходимых крепежных элементов изоляции как в отношении необходимых материалов, так и в отношении рабочего времени, таким образом, точное размещение крепежных элементов изоляции является необходимым.
Следующим недостатком крепежных элементов изоляции, заложенных в слое штукатурки или расположенных под слоем штукатурки, является то, что крепежные элементы изоляции выделяются на поверхности по причине уменьшения покрытия вследствие воздействия атмосферных условий или проникновения влажности через штукатурку. Когда крепежные элементы изоляции расположены в случайном порядке, то указанное приводит к неблагоприятному визуальному эффекту.
В прошлом для изоляционного слоя композитной системы теплоизоляции применяли много изоляционных материалов. В частности, полимерные пены, например пены на основе полиуретанов или полистирола, минеральную шерсть, стекловолокно, а также природные материалы, такие как конопля, пробка или перлиты, применяют в качестве изоляционных материалов. Однако традиционные системы изоляции внешних стен соответствуют желательным требованиям в отношении величины тепловой изоляции только тогда, когда применяют соответственно толстые слои соответствующего материала. Такие массивные наслоения на внешних стенах, однако часто портят общее эстетическое впечатление от конструкции и поэтому нежелательны. Кроме того, такие массивные наслоения означают, что окна и двери должны быть перемещены и во внутренние помещения может проникать меньше света, что приводит к существенному ухудшению качества проживания.
Известно, что гидрогели, например силикатные гидрогели, которые могут быть получены посредством осаждения геля из жидкого стекла, могут быть высушены при сверхкритических условиях с образованием микропористых трехмерно сшитых частиц диоксида кремния. В условиях сверхкритической сушки полностью или в значительной степени устраняется поверхностное натяжение жидкости, присутствующей в микропористых трехмерно сшитых частицах. Задача в данном случае состоит в том, чтобы избежать чрезмерной усадки микропористых трехмерно сшитых частиц во время сушки, так как характерные свойства микропористых трехмерно сшитых частиц полностью или частично теряются в результате усадки. Такой продукт, полученный в результате суперкритической сушки, в случае гелей называют аэрогелем. Соответственно, в отличие от традиционной сушки без специальных мер предосторожности, при которой гели испытывают большое уменьшение объема и образуют ксерогели, во время сушки вблизи критической точки происходит только незначительное уменьшение объема (меньше чем 15% от объема).
Аэрогели, в частности на основе силикатов, уже применяют в композитных системах теплоизоляции по причине их очень хороших свойств изоляции и они имеют то преимущество, что результатом их применения является значительно более низкое наслоение стены при данном способе изоляции. Типичное значение теплопроводности силикатных аэрогелей на воздухе при атмосферном давлении находится в диапазоне от 0,017 до 0,021 Вт/(м·К). Различия в теплопроводности силикатных аэрогелей в основном определяются различным размером пор, получаемых в результате процесса изготовления, который находится в диапазоне от 10 до 100 нм.
Предшествующий уровень техники в отношении изготовления аэрогелей при помощи суперкритической сушки в полном объеме описан, например, в Reviews in Chemical Engineering, том 5, №№1-4, стр.157-198 (1988), в котором также описана новаторская разработка Kistler.
WO-A 9506617 относится к гидрофобным силикатным аэрогелям, которые могут быть получены посредством реакции раствора жидкого стекла с кислотой при значении рН от 7.5 до 11 с удалением большинства ионных компонентов из гидрогеля, образованного при помощи промывания водой или разбавленными водными растворами неорганических оснований, с поддержанием при этом значения рН гидрогеля в диапазоне от 7.5 до 11, с замещением присутствующей в гидрогеле водной фазы спиртом и с последующей сушкой полученного алкогеля при суперкритических условиях.
Известно изготовление изоляционных плит из порошкообразных аэрогелей и органических или неорганических вяжущих веществ и необязательно дополнительных заполнителей. Например, WO 1996/6015997 описывает композитный материал, который содержит от 10 до 95% от массы твердой фазы аэрогеля и по меньшей мере одно неорганическое вяжущее вещество. Однако такие плиты имеют тот недостаток, что необходимо применять относительно большое количество вяжущих веществ для того, чтобы получить устойчивую плиту. Однако указанное приводит к теплоизоляционным характеристикам, значительно худшим по сравнению с аэрогелями; при этом в примерах сообщают о теплопроводности, составляющей 0,15 Вт/(м·К).
Вследствие высокой степени гидрофобизации коммерчески доступные порошки силикатных аэрогелей имеют высокое содержание органических веществ. Гидрофобизация необходима для того, чтобы была возможность высушивать аэрогели при сверхкритических условиях после того, как они были получены, без образования ксерогелей, т.е. без серьезной усадки и, таким образом, без потери хороших теплоизоляционных свойств (см. «Aerogels», N. Husing, U. Schubert, Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, шестое издание, 2000 Electronic Release, Wiley-VCH, Вейнхайм 2000). Органический компонент с высоким уровнем гидрофобизации, введенный в аэрогели, является проблематичным в отношении горючести. Коммерчески доступные порошки силикатных аэрогелей, например Nanogel® от компании Cabot, в соответствии с DIN 4102-1 относятся к классу возгорания В1 (трудновоспламеняющиеся). Однако для высотных зданий, высотой до 100 метров требуются невоспламеняющиеся системы (по меньшей мере с классом возгорания А2).
Композитные аэрогелевые маты, армированные волокнами, в настоящее время поставляются на рынок компанией Aspen Aerogel Inc. под торговой маркой Spaceloft®. Соответственно, например, US 2002/0094426 описывает композитный аэрогелевый мат и его применение. Однако такие маты доступны только с низкой толщиной (приблизительно 1 см), что является следствием процесса изготовления и необходимости в суперкритической сушке. Изготовление при помощи суперкритической сушки имеет то преимущество, что аэрогель должен быть гидрофобизирован в меньшей степени, что является преимущественным в отношении горючести. Однако указанные маты имеют тот недостаток, что их необходимо применять в несколько слоев для того, чтобы достичь удовлетворительных изоляционных характеристик. В этом случае каждый слой должен быть прикреплен к стене отдельно посредством крепежных элементов изоляции, что является трудоемким и дорогим и также может привести к тепловым мостикам. Более того, волокна, применяемые в коммерчески доступных композитных аэрогелевых матах, как правило, включают органические полимеры и, таким образом, являются проблематичными в отношении горючести.
Кроме того, WO 2010/046074 раскрывает композитную систему теплоизоляции для изолирования стены здания, где указанная система содержит первую теплоизоляционную плиту, включающую от 20 до 90% от массы аэрогеля, и вторую теплоизоляционную плиту, которая включает минеральную шерсть. В альтернативном варианте осуществления система также может содержать по меньшей мере одну композитную плиту, которая включает минеральную шерсть и от 20 до 90% от массы аэрогелей.
В связи с указанным задачей настоящего изобретения было обеспечить композитную систему теплоизоляции для тепловой изоляции внешней стены здания, где указанная система имеет очень низкую теплопроводность, и, таким образом, достигаются очень хорошие изоляционные характеристики даже с небольшой толщиной слоя. Теплоизоляционное покрытие должно иметь такую структуру, чтобы пользователь очень легко с ним работал и мог таким образом подбирать его на строительном участке в зависимости от особенностей конструкции. В то же время теплоизоляционное покрытие должно иметь высокое сопротивление изгибу и быть идеально плоским для того, чтобы достичь очень высокой долгосрочной механической устойчивости композитной системы теплоизоляции.
Указанная задача была достигнута посредством изолированной стены здания, содержащей композитную систему теплоизоляции и внешнюю стену здания, где композитную систему теплоизоляции прикрепляют к поверхности стены здания, обращенной в противоположную сторону здания, при этом композитная система теплоизоляции содержит по меньшей мере двухслойное теплоизоляционное покрытие, по меньшей мере с двумя слоями, где каждый слой включает от 25 до 95% от массы аэрогеля и от 5 до 75% от массы неорганических волокон и от 0 до 70% от массы неорганических наполнителей, причем слои теплоизоляционного покрытия соединены друг с другом посредством неорганического вяжущего вещества, и композитная система теплоизоляции имеет суммарный тепловой потенциал, составляющий меньше чем 3 МДж на килограмм.
Цель в отношении всех необходимых условий было возможно достичь в полной мере посредством композитной системы теплоизоляции в соответствии с изобретением. Неожиданно было выявлено, что композитная система теплоизоляции в соответствии с изобретением имеет высокую долгосрочную механическую устойчивость даже тогда, когда теплоизоляционное покрытие приклеивают к конструкции, в частности, посредством строительного раствора. Как правило, можно обойтись без механических креплений, таких как крепежные элементы изоляции. Кроме того, было неожиданным, что конструктивный элемент в соответствии с изобретением позволяет получить композитную систему теплоизоляции, которая является негорючей. Композитная система теплоизоляции подпадает под класс возгорания А2 в соответствии с DIN 4102-1, имея суммарный тепловой потенциал, составляющий меньше чем 3 МДж на килограмм и, таким образом, является подходящей, в том числе, в качестве композитной системы теплоизоляции для высотных зданий.
Суммарный тепловой потенциал композитной системы теплоизоляции определяют в соответствии с DIN EN ISO 1716. Указанный стандарт описывает метод, в котором удельную теплоту сгорания строительных материалов определяют при постоянном объеме в калориметрической бомбе. Суммарный тепловой потенциал также упоминается как значение PCS (теплотворная способность по верхнему пределу) или тепловой потенциал. Суммарный тепловой потенциал предпочтительно составляет меньше чем 2,5 МДж на килограмм, особенно предпочтительно меньше чем 2 МДж на килограмм и, в частности, меньше чем 1 МДж на килограмм. Кроме того, суммарная теплота сгорания неорганических вяжущих веществ составляет меньше чем 4 МДж на квадратный метр поверхности композитной системы изоляции и предпочтительно составляет меньше чем 3 МДж и наиболее предпочтительно меньше чем 2 МДж. Любые материалы покрытия, которые могут применяться в вариантах осуществления настоящей заявки, предпочтительно имеют суммарную теплоту сгорания, составляющую меньше чем 4 МДж на квадратный метр поверхности композитной системы изоляции и особенно предпочтительно меньше чем 3 МДж и наиболее предпочтительно меньше чем 2 МДж. Покрытия и вяжущие вещества наносят в таких количествах, чтобы соответствовать их первичной цели покрытия или связывания, и в то же самое время обеспечить минимальное содержание горючего материала, который может отразится на суммарной теплоте сгорания.
Для того чтобы достичь низких значений PCS, предпочтение отдают применению аэрогелей, которые составлены таким образом, чтобы иметь по сути низкую суммарную теплоту сгорания. В предпочтительном варианте осуществления изобретения предпочтительным является применение суперкритической сушки алкогеля с минимальным содержанием гидрофобных веществ, соответствующих требованиям класса возгорания А2. Такой способ раскрыт, например, в WO 9506617. Указанные способы позволяют получать аэрогели, имеющие низкую степень гидрофобизации и, таким образом, низкую суммарную теплоту сгорания.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения аэрогели, которые предпочтительно присутствуют в виде порошков, могут впоследствии быть смешаны с неорганическими волокнами и спрессованы для того, чтобы получить плиты, с предпочтительно добавленным неорганическим вяжущим веществом. В частности, неорганические волокна смешивают с аэрогелями во время изготовления и перед сушкой последних, что позволяет получить элементы в форме плит, которые изготавливают непосредственно. В связи с этим дается ссылка на US 6068882.
Теплоизоляционное покрытие предпочтительно имеет по меньшей мере два слоя, предпочтительно по меньшей мере три слоя, каждый из которых включает от 35 до 65% от массы аэрогеля, от 15 до 65% от массы неорганических волокон и от 0 до 50% от массы неорганических наполнителей, в частности от 40 до 60% от массы аэрогеля, от 25 до 50% от массы неорганических волокон и от 0 до 35% от массы неорганических наполнителей.
В отдельном варианте осуществления изобретения композитная система теплоизоляции в соответствии с изобретением содержит по меньшей мере трехслойное теплоизоляционное покрытие, по меньшей мере с тремя слоями, где каждый слой включает от 25 до 95% от массы аэрогеля, от 5 до 75% от массы неорганических волокон и от 0 до 80% от массы неорганических наполнителей и где каждый слой имеет толщину в диапазоне от 0,5 до 2 см.
Что касается аэрогелей, то все аэрогели, основанные на оксидах металлов, являются особенно подходящими для настоящего изобретения. Аэрогель предпочтительно представляет собой по меньшей мере один аэрогель на основе кремния, алюминия и/или титана, в частности силикатный аэрогель.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере двухслойное теплоизоляционное покрытие представляет собой плиту, которая изготовлена заводским способом и соединена с другими элементами на строительном участке для того, чтобы получить композитную систему теплоизоляции. Теплоизоляционное покрытие предпочтительно имеет толщину от 250 мм до 10 мм, в частности от 100 мм до 20 мм и особенно предпочтительно от 80 мм до 30 мм. Размеры плиты могут варьироваться в пределах широких диапазонов, и предпочтительно плита имеет высоту, составляющую от 2000 до 800 мм, и ширину, составляющую от 1200 мм до 400 мм.
Неорганическое вяжущее вещество, посредством которого соединяют слои теплоизоляционного покрытия, предпочтительно имеет толщину слоя в диапазоне от 0,05 до 1 см, в частности от 0,1 до 0,6 см и предпочтительно от 0,15 до 0,4 см. Оно может быть смешано с наполнителями для того, чтобы получить строительный раствор перед нанесением его на плиту и/или наполнители могут быть добавлены к нему посредством нанесения и/или распыления после монтажа. В дополнительном варианте осуществления изобретения неорганическое вяжущее вещество содержит полимеры, в частности полярные полимеры и повторно диспергируемые порошки полимеров, предпочтительно гомополимеров или сополимеров, составленных из винилацетата, стирола, бутадиена, этилена, сложных виниловых эфиров Версатиковой кислоты и/или продуктов конденсации мочевины с формальдегидом, силиконовых и силикатных смол и/или продуктов конденсации меламина с формальдегидом. Кроме того, вяжущее вещество может включать загустители, агенты задержания воды, диспергаторы, улучшители реологических свойств, противопенные вещества, замедлители, ускорители, присадки, пигменты, а также органические или неорганические волокна.
Соединение по меньшей мере двух слоев теплоизоляционного покрытия посредством неорганического вяжущего вещества имеет то преимущество, что достигается очень хорошее механическое соединение между слоями. Более того, достигают высокого сопротивления изгибу теплоизоляционного покрытия. По меньшей мере двухслойное теплоизоляционное покрытие предпочтительно представляет собой плиту, таким образом, что ее можно более легко транспортировать к участку применения и обрабатывать там. В целом, таким образом, улучшают важные характеристики применения теплоизоляционного покрытия. В предпочтительном варианте осуществления изобретения неорганическое вяжущее вещество, посредством которого соединяют слои теплоизоляционного покрытия, представляет собой по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из калиевого жидкого стекла, натриевого жидкого стекла, цемента, в частности портлендского цемента, и активизированных щелочами алюмосиликатов, предпочтительно калиевого жидкого стекла.
Многие из неорганических вяжущих веществ или клеящих веществ могут применяться для того, чтобы изготовить скрепленные панели и/или профили. Такие вяжущие вещества могут быть на водной основе или на основе других растворителей. Клеящие вещества на основе воды представляют собой диапазон от чистого силиката натрия, с различным соотношением диоксида кремния к оксиду натрия, до коммерчески доступных смесей на основе силикатов, содержащих различные неорганические наполнители. В таблице 1 показаны клеящие вещества, применяемые при панелизации аэрогеля и состав соответствующего продукта.
| Таблица 1 | ||
| Неорганические клеящие вещества, применяемые для скрепления материалов аэрогеля | ||
| Продукт | Изготовитель | Состав |
| Силикат натрия N | PQ Corporation | SiO2:Na2O=3,22 |
| Силикат натрия D | SiO2:Na2O=2,00 | |
| Stixso RR | SiO2:Na2O=3,25 | |
| Supercalstik | Industrial Insulation Group | Силикат натрия / карбонат кальция |
| Fosters 81-27 | Specialty Construction Brands | Силикат натрия w/ каолиновая глина |
| Rutland Black | Rutland Company | Силикат натрия w/ слюдяной наполнитель |
| Childers CP-97 | Specialty Construction Brands | Силикат натрия w/ тальковый наполнитель |
| Kasil | PQ Corporation | Силикат калия |
Клеящие вещества, перечисленные выше, могут наноситься на поверхность композитного аэрогеля при помощи применения распыления посредством стандартного малообъемного насоса высокого давления или методов непосредственного нанесения. Обычно является преимущественным включать в неорганическое вяжущее вещество очень небольшой процент (<0,02% от массы) смачивающего вещества. Указанные смачивающие вещества обычно способствуют снижению межфазного поверхностного натяжения клеящего вещества на водной основе, что приводит к незначительному смачиванию по сути гидрофобной поверхности аэрогеля и, таким образом, обеспечивает значительно улучшенную прочность склеивания. Отказ от применения смачивающего вещества обычно приводит к ослабленной прочности склеивания при эквивалентных нагрузках, главным образом вследствие недостаточного распределения в основном водосодержащего клеящего вещества по нижней поверхности основ, таких как гидрофобный аэрогель. Может применяться любой тип анионных, катионных или неионных поверхностно-активных веществ. Перечень широко известных смачивающих веществ, которые могут применяться, показан в таблице 2.
| Таблица 2 | ||
| Поверхностно-активные вещества/смачивающие вещества, которые применяют для улучшения легкости скрепления водных неорганических клеящих веществ с аэрогелевыми основами | ||
| Поверхностно-активное вещество/смачивающее вещество | Тип | Химический состав |
| Brij | Неионное | Простой полиоксиэтиленгликольалкиловый эфир |
| Triton Х-100 | Неионное | Простой полиоксиэтиленгликольоктилфеноловый эфир |
| Dow Corning Q2-5211 | Неионное | Простой силиконовый полиэфир |
| СТАВ | Катионное | Бромид цетилтриметиламмония |
| SDS | Анионное | Додецилсульфат натрия |
Для того чтобы изготовить аэрогелевые панели и/или профили, применяют неорганические клеящие вещества с вышеупомянутым поверхностно-активным веществом/смачивающим веществом в количестве, находящемся в пределах между 10 и 600 грамм (масса покрытия в сухом состоянии) на квадратный метр, предпочтительно в пределах между 50 и 400 грамм на квадратный метр, более предпочтительно в пределах между 100 и 300 грамм на квадратный метр. Любое и все неорганические клеящие вещества могут быть разбавлены водой для того, чтобы обеспечить улучшенное смачивание, а также обеспечить и облегчить нанесение посредством распыления.
Клеящие вещества на основе силиката натрия или силиката калия могут воздействовать на склеивание двумя различными способами: (1) посредством химической полимеризации или (2) испарения воды/дегидратации. Испарение остаточного содержания воды клеящего вещества на основе воды может быть выполнено при помощи применения хорошо известных способов нагрева, таких как конвективная теплопередача, нагрев излучением или диэлектрический нагрев. Является предпочтительным вначале обработать влажные панели и/или профили при температуре, составляющей не больше 95°С. Начальное подвержение влажных панелей/профилей воздействию температуры, составляющей выше 95°С приводило к ослаблению прочности склеивания по причине вздутия и вспенивания силикатного склеивания, образованного в результате быстрого/мгновенного испарения воды. После удаления как минимум 80% воды из неорганического клеящего вещества при температуре ниже 95°С, является возможным и предпочтительным последующий нагрев скрепленной панели при температурах, находящихся в пределах между 95 и 370°С, более предпочтительно находящихся в пределах между 150 и 200°С. Ускоренное время отвердевания может быть достигнуто в отношении всех неорганических клеящих веществ на основе воды при помощи применения методов отвердевания с использованием токов сверхвысокой частоты. С помощью использования стандартного (1,2 кВт) собственного сверхвысокочастотного излучателя и ПВХ или картонной оправки были получены скрепленные панели и/или профили с применением всех клеящих веществ, перечисленных в таблице 1, где время отвердевания составляло всего лишь 2 минуты.
Плоская панель или изоляционный материал в виде плиты для горизонтальных, вертикальных или наклонных поверхностей могут быть изготовлены посредством способов и конструктивных элементов настоящего изобретения. Создание указанного конструктивного элемента или системы, содержащей композитный материал аэрогелевого изоляционного материала, неорганическое вяжущее вещество, материал покрытия и внешний покрывающий материал, может быть осуществлено разными способами, как это объясняется с помощью различных вариантов осуществления настоящей заявки.
После того как будет определен габаритный размер системы изоляции, армированный волокном аэрогелевый материал нарезают на соответствующие куски определенной длины и ширины (при условии что они являются прямоугольными по форме, хотя форма может быть любой для того, чтобы соответствовать геометрической форме секции строения, которая подлежит изолированию). Затем определенное количество неорганического или в основном неорганического вяжущего вещества наносят на одну или на обе стороны каждого слоя изоляции за исключением внешних лицевых слоев (т.е. поверхности, обращенной к зданию, и поверхности, обращенной в сторону, противоположную зданию). Масса покрытия указанного неорганического клеящего вещества может находиться в пределах между 1,0-750 г/м2. Указанная система изоляции может содержать минимум два слоя аэрогелевого покрытия. Максимальное количество слоев ограничено только условиями обработки. Как правило, при помощи описанного способа может быть объединено 20 или больше слоев аэрогелевого покрытия.
Как только слои аэрогеля были покрыты неорганическим клеящим веществом, каждый слой укладывают друг на друга и края выравнивают таким образом, чтобы все слои образовывали одну геометрическую форму с гладкими краями (такую как прямоугольник, в данном случае). Является возможным подрезать края указанного элемента изоляции после изготовления, после того как неорганическое вяжущее вещество будет охлаждено/затвердеет, а также либо до, либо после нанесения материала покрытия и/или внешнего покрывающего материала. Необязательно к поверхности скрепленных слоев может быть применен груз для того, чтобы гарантировать сильное скрепление слоев системы изоляции друг с другом, но указанное не является необходимым. Затем система изоляции в виде плоской панели затвердевает либо при комнатной температуре (позволяя растворителю, обычно воде, содержащемся в неорганическом вяжущем веществе, испариться), либо отвердевание ускоряют, помещая систему изоляции в сушильную камеру при температуре 30-115°С. Температура и продолжительность отвердевания могут быть различными в зависимости от количества слоев аэрогеля, количества и содержания сухого остатка неорганического вяжущего вещества и геометрии и/или профиля аэрогелевой системы.
Как только неорганическое вяжущее вещество полностью затвердеет, образуется полужесткий элемент изоляции в виде плиты с высоким сопротивлением изгибу, который представляет собой толстый слой аэрогеля, состоящий из многих слоев. В указанное время может быть нанесен материал покрытия/покрывающий материал. Указанное покрытие в предпочтительном варианте осуществления является полимерным по своей природе, и его наносят посредством распыления, погружения, рифленого валика, валика Мейера, валика с ножом над ним, полотна с ножом над ним, полива, валика или нанесения покрытия методом опрессовки. Первоначально указанный материал покрытия наносили посредством валика.
Элемент изоляции в виде плиты может быть скреплен с вертикальным, горизонтальным или наклонным конструктивным элементом посредством механического или химического скрепления. Крепежные элементы типа болта применяют для того, чтобы либо непосредственно пробить насквозь систему аэрогелевой изоляции, либо вставить их в предварительно просверленные, предварительно проложенные или предварительно прорезанные отверстия в системе изоляции. Крепежный элемент в виде определенного штыря или болта выбирают в зависимости от основы, к которой будет прикреплена аэрогелевая система. Часто отверстие для болта должно быть просверлено в основе для того, чтобы ввести, расширить и закрепить болт посредством фрикционной посадки в структуре основы. Шайба обычно располагается на противоположной стороне указанного крепежного элемента в виде болта. Указанная шайба предназначается для того, чтобы распределить нагрузку, передаваемую крепежным элементом и физически поддерживать систему аэрогелевой изоляции на основе.
Если необходимо, то из плоской секции системы изоляции в виде панели могут быть нарезаны определенные формы. Различные вырезы вокруг окон, дверей или отверстий; рельефы ниже карниза или дренажные отверстия или бордюры панели по длине по краю стены являются возможными в соответствии с указанной многослойной системой изоляции. Статический ручной универсальный нож является практичным и, вероятно, наиболее обычным инструментом, который может использоваться для того, чтобы нарезать изоляционные панели.
Для того чтобы дополнительно улучшить изоляционные характеристики, также возможно, для целей в соответствии с изобретением добавить пигменты в количестве до 50% от массы, предпочтительно до 10% от массы и в частности до 5% от массы, из расчета теплоизоляционного покрытия, причем указанные пигменты рассеивают, поглощают или отражают инфракрасное излучение в диапазоне длины волн, составляющей от 3 до 10 мкм. В частности, указанные пигменты могут представлять собой углеродную сажу. В связи с этим дается ссылка на ЕР 0396076 А1, содержание которого тем самым включено посредством ссылки в заявку.
Предпочтительное значение теплопроводности теплоизоляционного покрытия в соответствии с изобретением на воздухе при атмосферном давлении составляет <0,020 Вт/(м·К), в частности <0,018 Вт/(м·К) и особенно предпочтительно <0,016 Вт/(м·К).
Для механической устойчивости теплоизоляционного покрытия для целей в соответствии с изобретением является существенным, чтобы покрытие содержало волокна. В случае неорганических волокон в предпочтительном варианте осуществления изобретения они могут представлять собой стекловолокна, минеральные волокна, металлические волокна, борные волокна, керамические волокна и/или базальтовые волокна, в частности стекловолокна. Также возможно добавить пропорцию органических волокон в теплоизоляционное покрытие. Особенно подходящие органические волокна представляют собой волокна на основе полиэтилена, полипропилена, полиакрилонитрила, полиамида, арамида или сложного полиэфира. При добавлении органических волокон предпочтение отдают определенному количеству органических волокон, которые выбирают таким образом, чтобы суммарная теплота сгорания композитной системы теплоизоляции составляла меньше чем 3 МДж на килограмм. В предпочтительном варианте осуществления композитная система теплоизоляции в частности содержит <1% от массы органических волокон и предпочтительно не содержит каких-либо органических волокон, так как, в частности, гибкость органических волокон неблагоприятно воздействует на способность композитной системы теплоизоляции поддаваться простой обработке, например, посредством ножа.
Более того, теплоизоляционное покрытие может содержать неорганические наполнители. Они могут, например, представлять собой диоксид магния, диоксид титана, карбид титана, карбид кремния, оксид железа(III), оксид железа(II), силикат циркония, оксид циркония, оксид олова, оксид марганца или их смеси, в частности диоксид магния или диоксид титана.
В предпочтительном варианте осуществления теплоизоляционное покрытие наносят на поверхность, обращенную к зданию, и/или на поверхность, обращенную в сторону, противоположную зданию, предпочтительно на поверхность, обращенную к зданию и на поверхность, обращенную в сторону, противоположную зданию, с использованием полимерного материала, в частности акрилатного покрытия, покрытия, содержащего силикон, покрытия, содержащего фенол, винилацетатного покрытия, этилен-винилацетатного покрытия, стиролакрилатного покрытия, стиролбутадиенового покрытия, покрытия из поливинилового спирта, поливинилхлоридного покрытия, акриламидного покрытия или их смесей, где покрытия также могут включать сшиватели. Что касается покрытия, то предпочтительно необходимо обеспечить такое количество применяемого полимерного материала, чтобы суммарная теплота сгорания покрытия составляла меньше чем 4 МДж на квадратный метр площади стены.
В особенно предпочтительном варианте осуществления теплоизоляционное покрытие наносят на поверхность, обращенную к зданию и/или на поверхность, обращенную в сторону, противоположную зданию, предпочтительно на поверхность, обращенную к зданию и на поверхность, обращенную в сторону, противоположную зданию, с использованием неорганического вяжущего вещества. В этом случае для покрытия является преимущественным, чтобы оно в результате давало особенно устойчивое к кручению теплоизоляционное покрытие и, таким образом, приводило к особенно высокой долгосрочной механической устойчивости композитной системы теплоизоляции. В этом контексте для теплоизоляционного покрытия является особенно преимущественным, чтобы оно прикреплялось к поверхности, обращенной к зданию, и/или к поверхности, обращенной в сторону, противоположную зданию, в направлении наружу в следующем порядке посредством по меньшей мере
α) тканой сетки
и вслед за тем по меньшей мере
β) тканого полотна или нетканого слоя,
где теплоизоляционное покрытие, слой α) и слой β) прикреплены посредством неорганического вяжущего вещества. В предпочтительном варианте осуществления теплоизоляционное покрытие наносят на поверхность, обращенную к зданию, и на поверхность, обращенную в сторону, противоположную зданию, таким образом. Кроме того, для вяжущего вещества считается преимущественным по меньшей мере частично проникать внутрь слоя β).
Неорганическое вяжущее вещество для нанесения на теплоизоляционное покрытие, в частности, представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, предпочтительно цемент, в частности портлендский цемент. Кроме того, геополимеры также возможны в качестве вяжущих веществ. Они представляют собой активизированные щелочью алюмосиликатные вяжущие вещества, т.е. минеральные материалы, которые образованы посредством реакции по меньшей мере двух компонентов. Первый компонент представляет собой один или более гидравлических, химически активных твердых веществ, содержащих SiO2 и Al2O3, например зольную пыль, и/или метакаолин, и/или цемент. Второй компонент представляет собой щелочной активатор, например жидкое натриевое стекло или гидроксид натрия. В присутствии воды соприкосновение этих двух компонентов приводит к отверждению посредством образования содержащей алюмосиликат, частично аморфной кристаллической решетки, которая является водостойкой. Кроме того, гидравлическая известь также может применяться в качестве неорганического вяжущего вещества.
Для нанесения на теплоизоляционное покрытие, неорганическое вяжущее вещество предпочтительно смешивают с наполнителями для того, чтобы приготовить строительный раствор перед нанесением на плиту, и/или наполнители могут быть добавлены к нему посредством нанесения и/или распыления после нанесения на плиту. В дополнительном варианте осуществления неорганическое вяжущее вещество содержит полимеры, в частности полярные полимеры и повторно диспергируемые порошки полимеров, предпочтительно гомополимеров или сополимеров, составленных из винилацетата, стирола, бутадиена, этилена, сложных виниловых эфиров Версатиковой кислоты и/или продуктов конденсации мочевины с формальдегидом и/или продуктов конденсации меламина с формальдегидом. Кроме того, вяжущее вещество может содержать загустители, агенты задержания воды, диспергаторы, улучшители реологических свойств, противопенные вещества, замедлители, ускорители, присадки, пигменты, а также органические или неорганические волокна.
В предпочтительном варианте осуществления тканая сетка α) содержит моноволоконную проволоку или волокна, в частности стекловолокна или металлическую сетку. Предпочтительно могут применяться стойкие к коррозии легированные стали, в частности нержавеющие стали. Однако также возможно применять многонитевые нити, составленные из природных волокон, синтетических волокон или стекловолокон. Тканая сетка α) предпочтительно содержит или состоит из стекловолокон. Тканая сетка предпочтительно имеет широкие отверстия сетки и может, в частности, иметь расстояние между волокнами, находящиеся в диапазоне от 1 до 20 мм. Вследствие этого тканая сетка способна к вмещению большего количества неорганического вяжущего вещества в пустотах, образованных сеткой, и в результате указанное придает плите превосходную изгибную жесткость, что особенно предпочтительно при монтаже сравнительно больших теплоизоляционных плит.
Тканое полотно или нетканый слой β) предпочтительно состоит из нетканого полотна, текстильной ткани, мелкоячеистого тканого полотна или мелкоячеистого трикотажа. Таким образом, слой β) содержит или состоит из отдельных синтетических волокон, синтетической пряжи или стекловолокон. Нетканый слой β) предпочтительно представляет собой структурное нетканое полотно, изготовленное из сложного полиэфира, полипропилена, полистирола, стекловолокон или их смесей, в частности стекловолокон. Для целей в соответствии с изобретением нетканые полотна представляют собой текстильные ткани, которые содержат спутанные отдельные волокна или нити. В противоположность этому тканое полотно, трикотаж с вытянутыми петлями и трикотаж со сжатыми петлями изготовлены из равномерно расположенных нитей или пряжи. Нетканый слой формируется таким образом, чтобы его можно было прессовать при небольшом давлении. Таким образом, вяжущее вещество может поглощаться во время операции прессования, и нетканый слой одновременно может пропитываться вяжущим веществом. Лишнее вяжущее вещество, которое должно быть удалено во время чистовой обработки, таким образом, присутствует лишь в минимальном количестве, если вообще присутствует. В то же самое время нетканый слой также обеспечивается вяжущим веществом на последующей поверхности теплоизоляционного покрытия.
Слои α) и β), присоединенные посредством неорганического вяжущего вещества, предпочтительно имеют совокупную толщину, составляющую от 0,5 до 5 мм.
В предпочтительном варианте осуществления неорганическое вяжущее вещество по меньшей мере частично формирует наиболее удаленный от центра слой теплоизоляционного покрытия. Указанное придает теплоизоляционному покрытию особенно хорошую основу для прилипания, и покрытие является, таким образом, лучшей основой для штукатурки и также может быть более легко прикреплено к поверхности здания, в частности, посредством приклеивания. Вследствие особенно гладкой поверхности теплоизоляционное покрытие в соответствии с изобретением может быть обработано особенно качественно. Для того чтобы еще дополнительно повысить свойства прилипания и устойчивость теплоизоляционного покрытия, также является возможным наносить вяжущее вещество на нетканый слой по меньшей мере на одну сторону теплоизоляционного покрытия после нанесения слоя. Такое вяжущее вещество может снова представлять собой гидравлическое вяжущее вещество, предпочтительно цемент, геополимер, гидравлическую известь и/или жидкое стекло. Кроме того, также возможно, если это является подходящим, применять ускоритель.
Дополнительный аспект настоящего изобретения представляет собой способ изготовления теплоизоляционного покрытия в соответствии с изобретением в виде плит, в котором по меньшей мере два слоя теплоизоляционного покрытия вначале присоединяют посредством неорганического вяжущего вещества, и на теплоизоляционное покрытие впоследствии наносят покрывающий слой, если это является подходящим. Теплоизоляционное покрытие предпочтительно покрывают одновременно с двух сторон.
В одном варианте осуществления теплоизоляционное покрытие покрывают неорганическим вяжущим веществом, причем в каждом случае неорганическое вяжущее вещество предпочтительно вводят между внешней стороной теплоизоляционного покрытия и тканым полотном или нетканым слоем β), при этом все слои собирают и соединяют друг с другом под давлением, в результате чего неорганическое вяжущее вещество проникает в тканое полотно или нетканый слой β).
Неорганическое вяжущее вещество предпочтительно вначале приводят в соприкосновение с тканой сеткой α), причем тканая сетка α) поглощает неорганическое вяжущее вещество и дополнительно служит в качестве контроля толщины слоя неорганического вяжущего вещества. Толщина слоя вяжущего вещества в случае двухстороннего нанесения покрытия на теплоизоляционное покрытие предпочтительно должна быть одинаковой с обеих сторон плиты для того, чтобы предотвратить прогиб пластин вследствие усадки во время сушки. С этой целью тканая сетка α) может, например, быть проведена через расстояние между двумя валками с противоположным вращением и, таким образом, стать обеспеченной неорганическим вяжущим веществом. Тканую сетку α) предпочтительно проводят через резервуар с неорганическим вяжущим веществом. Указанный резервуар может представлять собой, например, пропиточный бак, который заполнен неорганическим вяжущим веществом. Количество поглощенного строительного раствора зависит от вязкости неорганического вяжущего вещества и также, в частности от толщины слоя и структуры тканой сетки. Впоследствии тканую сетку α) объединен со средним слоем и тканым полотном или нетканым слоем β).
Однако также является возможным ввести неорганическое вяжущее вещество непосредственно между средним слоем и тканым полотном или нетканым слоем β). В частности введение может быть осуществлено посредством инъекции с помощью гибкой трубы.
В частности, способ может быть выполнен непрерывно и/или в автоматическом режиме. Было обнаружено, что способ позволяет весьма широкое варьирование относительно толщины теплоизоляционного покрытия. В результате необязательно одновременного нанесения покрывающего слоя на теплоизоляционное покрытие с обеих сторон, теплоизоляционное покрытие стабилизируется особенно хорошо и при этом предотвращается коробление теплоизоляционного покрытия.
Присоединение слоев теплоизоляционного покрытия может быть выполнено под давлением посредством применения всех методов, известных для этой цели специалисту в данной области. В частности, по меньшей мере двухслойное теплоизоляционное покрытие может быть спрессовано между двумя валками с противоположным вращением. Поверхность валков может быть гладкой. Однако также может быть преимущественным для валков иметь определенную структуру поверхности и выдавливать рельеф на поверхности теплоизоляционного покрытия после присоединения слоев. Таким образом, может быть улучшено склеивание при скреплении с поверхностью здания и прилипание штукатурки. Также является особенно преимущественным для поверхности, обращенной к зданию, и/или поверхности, обращенной в сторону, противоположную зданию, чтобы на теплоизоляционное покрытие был нанесен покрывающий слой органического или неорганического вяжущего вещества после присоединения.
В предпочтительном варианте осуществления, когда теплоизоляционное покрытие покрывают любым неорганическим вяжущим веществом, то ускоритель вяжущего вещества приводят в контактирование с неорганическим вяжущим веществом до и/или после нанесения неорганического вяжущего вещества. В этом случае ускоритель предпочтительно приводят в контактирование с вяжущим веществом, предпочтительно посредством распыления, незадолго до нанесения на теплоизоляционное покрытие. Однако для ускорителя также является возможным быть включенным в неорганическое вяжущее вещество заблаговременно. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления ускоритель применяют только после того, как слой вяжущего вещества был нанесен на теплоизоляционное покрытие. Указанное может предпочтительно еще раз быть осуществлено посредством распыления. Ускоритель может представлять собой, например, сульфат, нитрат, нитрит, формат, алюминат, силикат или гидроксид или их смесь. Особое предпочтение отдают солям алюминия, таким как сульфат алюминия и гидроксид алюминия, которые особенно предпочтительно применяют в качестве водных растворов.
Применение ускорителя имеет то преимущество, что теплоизоляционное покрытие имеет высокую прочность по истечении очень короткого периода времени. Если теплоизоляционное покрытие представлено в виде плит и при этом применяют тканую сетку α) и тканое полотно или нетканый слой β), то плиты теплоизоляции также могут быть сложены сразу же после изготовления даже без применения ускорителя. В частности, гидравлические вяжущие вещества получают таким образом оптимальные условия во время дополнительного отвердевания, так как преждевременной потери воды не происходит. В этом случае сушка плит в сушильной камере не является необходимой. Таким образом, указанный способ в соответствии с изобретением особенно хорошо сохраняет ресурсы и также приводит к значительному снижению стоимости и к улучшенной жесткости плиты в зависимости от количества применяемого неорганического вяжущего вещества.
Для теплоизоляционного покрытия в соответствии с изобретением также возможно содержать дополнительные слои; в частности указанные слои могут содержать стекловолокна или минеральную шерсть. В отдельном варианте осуществления композитная система теплоизоляции в соответствии с изобретением имеет меньше чем 4, в частности меньше чем 2 и особенно предпочтительно не имеет точек механического крепления на квадратный метр для прикрепления к стене здания.
Теплоизоляционное покрытие предпочтительно прикрепляют к внешней стене здания посредством склеивания. Подходящим для этой цели является, например, минеральное клеящее вещество и упрочняющая композиция, в частности композиция на основе белой, гидратированной извести и цемента. Кроме того, также возможно применять клеящую композицию на основе синтетической смолы. В предпочтительном варианте осуществления в клеящее вещество добавляют аэрогель, в частности силикатный аэрогель в виде порошка, в количестве, составляющем от 1 до 50% от массы, в частности от 2 до 40% от массы, особенно предпочтительно от 3 до 30% от массы и более предпочтительно от 4 до 20% от массы. Таким образом, толщина слоя всей композитной системы теплоизоляции может быть снижена дополнительно, и при этом коэффициент теплопередачи остается тем же.
Подходящими штукатурками для композитной системы теплоизоляции в соответствии с изобретением являются, в частности, минеральные штукатурки или декоративные штукатурки на основе силиконовой смолы. В предпочтительном варианте осуществления в штукатурку добавляют аэрогель, в частности силикатный аэрогель в виде порошка, в количестве, составляющем от 1 до 5% от массы, в частности от 2 до 40% от массы, особенно предпочтительно от 3 до 30% от массы и более предпочтительно от 4 до 20% от массы. Таким образом, толщина всей композитной системы теплоизоляции может быть уменьшена дополнительно при данном коэффициенте теплопередачи.
В качестве альтернативы также является возможным в соответствии с настоящим изобретением для композитной системы теплоизоляции для теплоизоляции внешней стены здания содержать теплоизоляционное покрытие, где теплоизоляционное покрытие содержит от 25 до 95% от массы аэрогеля, и теплоизоляционное покрытие присоединяют к поверхности, обращенной к зданию, и/или к поверхности, обращенной в сторону, противоположную зданию, в направлении наружу в следующем порядке посредством по меньшей мере
α) тканой сетки
и вслед за тем по меньшей мере
β) тканого полотна или нетканого слоя,
где теплоизоляционное покрытие, слой α) и слой β) прикрепляют посредством неорганического вяжущего вещества. В предпочтительном варианте осуществления теплоизоляционное покрытие наносят таким образом на поверхность, обращенную к зданию, и на поверхность, обращенную в сторону, противоположную зданию. Кроме того, для вяжущего вещества является преимущественным проникнуть по меньшей мере частично в слой β). Теплоизоляционное покрытие в этом случае предпочтительно содержит от 5 до 75% от массы неорганических волокон и от 0 до 70% от массы неорганических наполнителей. В этом контексте дополнительное предпочтение отдают композитной теплоизоляционной системе, имеющей суммарную теплоту сгорания, составляющую меньше чем 4 МДж на квадратный метр площади стены.
Предпочтительные варианты осуществления, раскрытые в отношении основного пункта формулы изобретения, могут соответственно быть предпочтительно применены к вышеупомянутым альтернативным вариантам осуществлениям в соответствии с изобретением и в этом контексте точно также считаются предпочтительными.
В общем, предложена композитная система теплоизоляции, которая улучшила свойства применения. Благодаря структуре теплоизоляционное покрытие имеет высокое сопротивление изгибу и композитная система теплоизоляции в соответствии с изобретением имеет высокую долгосрочную механическую устойчивость. Дополнительное преимущество системы в соответствии с изобретением состоит в том, что в предпочтительном варианте осуществления она подпадает под класс возгорания А2 в соответствии с DIN 4102-1 и может, таким образом, также применяться в качестве композитной системы теплоизоляции для высотных зданий.
Настоящее изобретение иллюстрируют следующие примеры.
Примеры
Изобретение проиллюстрировано ниже с помощью приведенных примеров.
1. Повышение толщины Spaceloft A2, негорючего изоляционного покрытия, доступного от компании Aspen Aerogels, было также проведено с помощью применения неорганических вяжущих веществ. В частности, несколько образцов изоляции 10 мм толщиной, имеющих размер 20×20 см, было скреплено для того, чтобы образовать монолитную систему изоляции размером 50 мм, посредством применения силиката натрия N к каждой межслойной поверхности контакта. Материалу дали высохнуть при температуре 80°С на протяжении 12 часов в лабораторной сушильной камере конвективной теплопередачи, за чем следовала последующая термообработка при температуре 120°С. Предел прочности при сдвиге панелизованного Spaceloft A2, изготовленного таким способом, показана в таблице 3 как функция номинальной нагрузки клеящего вещества.
| Таблица 3 | |
| Предел прочности при сдвиге Spaceloft A2, скрепленного с помощью силиката натрия N | |
| Нагрузка силиката натрия N (г/м2) | Предел прочности при сдвиге (фунт-сила/кв. дюйм) |
| 150 | 2,8 |
| 300 | 4,8 |
| 500 | 7,0 |
| 600 | 8,8 |
Данные в отношении теплопроводности полученных панелей Spaceloft A2 размером 50 мм (изготовленных с применением 300 г/м2 силиката натрия N) были получены в соответствии с методами ASTM C518 (3). Значения теплопроводности находились в пределах 10% от наблюдаемых для отдельных слоев. Значение теплоты сгорания скрепленной панели Spaceloft A2 размером 50 мм также определяли в соответствии с методами, представленными в ISO 1716. Панели, изготовленные таким способом, показали среднее значение теплоты сгорания, составляющее 2,2 МДж на килограмм.
2. Быстрое схватывание неорганических клеящих веществ или вяжущих веществ может быть достигнуто посредством химических методов схватывания. Эти методы обычно включают применение кислотообразующих соединений для того, чтобы промотировать полимеризацию кремния и/или добавление поливалентных ионов, чтобы промотировать быстрое осаждение. Такая стратегия применялась для того, чтобы быстро изготовить системы изоляции Spaceloft A2 с толщиной свыше 10 мм. В частности, смесь 10:1 (мас. : масс.) силиката натрия N и 40 мас.% глиоксала в воде наносили на поверхность контактирования двух слоев Spaceloft A2. После периода времени, составляющего 10 минут, при комнатной температуре, вяжущее вещество подвергали реакции весьма экзотермического диспропорционирования (Cannizzaro) для того, чтобы получить средне кислый побочный продукт, гликолевую кислоту. Образование этой кислоты понизило значение рН неорганического вяжущего вещества промотировало полимеризации кремния и сформировало жесткое в значительной степени нерастворимое клеевое соединение.
3. Панели, изготовленные таким способом, подвергли быстрой термообработке при температуре 120°С на протяжении 15 минут, и определяли предел прочности при сдвиге в соответствии с методами, представленными в ASTM D5034. Применение химических методов схватывания, таких как этот, значительно уменьшает время отвердевания неорганических вяжущих веществ, что приводит к клеевым соединениям, которые имеют прочность, эквивалентную полученным посредством методов испарения/дегидратации.
| Таблица 4 | |
| Предел прочности при сдвиге панели Spaceloft A2, скрепленной с помощью силиката натрия N, и применением методов быстрого схватывания с применением глиоксала | |
| Нагрузка силиката натрия N (г/м2) | Предел прочности при сдвиге (фунт-сила/кв. дюйм) |
| 300 | 5,8 |
| 500 | 6,6 |
| 600 | 8,8 |
4. Следующий пример иллюстрирует аспект изобретения, как изображено на Фигуре 1. Фиг.1 схематично показывает структуру композитной системы теплоизоляции в соответствии с изобретением. Композитную систему теплоизоляции прикрепляют к стене (1) здания. Слой 2 представляет собой упрочненный строительный раствор на основе гидратированной белой извести и цемента (Heck К+Plus® от компании BASF Wall System GmbH), к которому было добавлено 5% от массы порошка силикатного аэрогеля (Nanogel® от компании Cabot Corporation) и который имеет толщину слоя, составляющую от приблизительно 5 до 10 мм. Теплоизоляционное покрытие сформировано посредством пяти плит (3а-3е). Каждая из плит 3а-3е имеет толщину слоя, составляющую 10 мм, и содержит 50% от массы силикатного аэрогеля, 15% от массы неорганического наполнителя (оксид магния) и 35% от массы стекловолокон. Способ изготовления плит 3а-3е раскрыт в US 2002094426. Плиты 3а-3е соединены друг с другом посредством вяжущего вещества калиевого жидкого стекла (5), в каждом случае с приблизительно 120 г вяжущего вещества калиевого жидкого стекла (5), на основе его содержания твердых частиц, которое применяли на квадратный метр площади стены для склеивания двух слоев. Слой полимерного материала (дисперсия акрилата; не показан на Фиг.1) присутствует с обеих сторон теплоизоляционного покрытия между слоями 2 и 3а и между слоями 3е и 4 в количестве приблизительно 90 г, будучи нанесенным на квадратный метр площади стены на каждую из двух сторон теплоизоляционного покрытия (3а-3е), на основе содержания твердых частиц дисперсии. Слой 4 представляет собой декоративную штукатурку на основе силиконовой смолы (Heck SHP® от компании BASF Wall System GmbH), к которой было добавлено 8% от массы порошка силикатного аэрогеля (Nanogel® от компании Cabot Corporation), и которая имеет толщину слоя, составляющую приблизительно 4 мм.
1. Изолированная стена здания, содержащая композитную систему теплоизоляции и внешнюю стену здания, где композитную систему теплоизоляции прикрепляют к поверхности стены здания, обращенной в сторону, противоположную зданию, при этом композитная система теплоизоляции содержит по меньшей мере двухслойное теплоизоляционное покрытие, по меньшей мере с двумя слоями, где каждый слой включает от 25 до 95% от массы аэрогеля, от 5 до 75% от массы неорганических волокон и от 0 до 70% от массы неорганических наполнителей, отличающаяся тем, что слои теплоизоляционного покрытия соединены друг с другом посредством неорганического вяжущего вещества и композитная система теплоизоляции имеет суммарный тепловой потенциал, составляющий меньше чем 3 МДж на килограмм.
2. Изолированная стена здания в соответствии с п. 1, отличающаяся тем, что неорганическое вяжущее вещество представляет собой по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из калиевого жидкого стекла, натриевого жидкого стекла, цемента и активизированных щелочью алюмосиликатов.
3. Изолированная стена здания в соответствии с п. 1 или 2, отличающаяся тем, что аэрогель представляет собой по меньшей мере один аэрогель на основе кремния, алюминия и/или титана.
4. Изолированная стена здания в соответствии с п.1 или 2, отличающаяся тем, что неорганический наполнитель представляет собой диоксид магния, диоксид титана, карбид титана, карбид кремния, оксид железа(III), оксид железа(II), силикат циркония, оксид циркония, оксид олова, оксид марганца или их смесь.
5. Изолированная стена здания в соответствии с п.1 или 2, отличающаяся тем, что неорганические волокна представляют собой стекловолокна, минеральные волокна, металлические волокна, борные волокна, керамические волокна и/или базальтовые волокна.
6. Изолированная стена здания в соответствии с п.1 или 2, отличающаяся тем, что теплоизоляционное покрытие, с применением полимерного материала, наносят на поверхность, обращенную к зданию, и/или на поверхность, обращенную в сторону, противоположную зданию.
7. Изолированная стена здания в соответствии с п.1 или 2, отличающаяся тем, что теплоизоляционное покрытие, с применением неорганического вяжущего вещества, наносят на поверхность, обращенную к зданию, и/или на поверхность, обращенную в сторону, противоположную зданию.
8. Изолированная стена здания в соответствии с п. 7, отличающаяся тем, что теплоизоляционное покрытие присоединяют к поверхности, обращенной к зданию, и/или к поверхности, обращенной в сторону, противоположную зданию, в направлении наружу в следующем порядке посредством по меньшей мере
α) тканой сетки
и вслед за тем по меньшей мере
β) тканого полотна или нетканого слоя,
где теплоизоляционное покрытие, слой α) и слой β) скрепляют посредством неорганического вяжущего вещества.
9. Изолированная стена здания в соответствии с п. 7, отличающаяся тем, что вяжущее вещество проникает по меньшей мере частично в слой β).
10. Изолированная стена здания в соответствии с п. 7, отличающаяся тем, что слой β) представляет собой структурное нетканое полотно, изготовленное из сложного полиэфира, полипропилена, полистирола, стекловолокон или их смесей.
11. Изолированная стена здания в соответствии с п. 7, отличающаяся тем, что слои α) и β), скрепленные посредством неорганического вяжущего вещества, имеют толщину от 0,5 до 5 мм.
12. Изолированная стена здания в соответствии с п. 6, отличающаяся тем, что покрытие теплоизоляционного слоя является гидрофобным и аэрогель представляет собой гидрофильный аэрогель.
13. Изолированная стена здания в соответствии с пп. 1, 2, 8 и 9-12, отличающаяся тем, что теплоизоляционное покрытие представляет собой по меньшей мере трехслойное теплоизоляционное покрытие, где по меньшей мере три слоя включают от 25 до 95% от массы аэрогеля, от 5 до 75% от массы неорганических волокон и от 0 до 70% от массы неорганических наполнителей и каждый слой имеет толщину слоя в диапазоне от 0,5 до 2 см.
14. Изолированная стена здания в соответствии с пп. 1, 2, 8 и 9-12, отличающаяся тем, что композитная система теплоизоляции имеет меньше чем 4 точки механического крепления на квадратный метр для прикрепления к стене здания.
