Ziel der Entwicklung
In Deutschland ist der Gebäudesektor für zirka ein Drittel der CO₂-Emissionen verantwortlich und gerät aufgrund der Nichterfüllung der im Bundes-Klimaschutzgesetz verbindlich vorgegebenen Werte zur Reduzierung der CO₂-Emissionen immer mehr unter Handlungsdruck. Die Reduzierung der Verwendung fossiler Energien wie Öl, Erdgas oder Kohle bietet natürlich den größten Hebel zur Senkung der Emissionen.
Im Gesamtkontext der energetischen Sanierung sind aber auch begleitende Maßnahmen zur Optimierung der Dämmung der Gebäude zwingend umzusetzen. Das Dach eines Gebäudes trägt nicht nur mit zirka 20 Prozent zum Wärmeverlust in der Heizungsperiode bei, sondern ist zu einem erheblichen Teil an der Aufwärmung in den Sommermonaten und der damit verbundenen Klimatisierung der Räume beteiligt. Durch die Verminderung der Wärmeleitfähigkeit eines Daches ergeben sich also ganzjährig Energiesparpotenziale.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, sowohl die Rezeptur als auch ein Verfahren zur Erzeugung thermoplastischer Dachbahnen auf Basis von PVC oder FPO mit verbesserten Wärmedämmungseigenschaften zu entwickeln. Dazu sollten Aerogele mittels geeigneter Prozesse homogen in die jeweilige Kunststoff-Matrix eingearbeitet werden, ohne die Struktur der Aerogele zu zerstören. Die Wärmeleitung sollte mindestens um 20 Prozent reduziert werden, ohne dass sich die relevanten anwendungstechnischen Eigenschaften der Dachbahnen signifikant verändern.
Vorteile und Lösungen
Wesentliche Arbeitsschritte zum Erreichen des Ziels waren:
Herstellung von PVC- und FPO-Compounds mit Aerogel (5 – 15 Ma%) am gleichläufigen Doppelschneckenextruder mit Variation der Zugabestelle und der Schneckengeometrie
Verarbeitung der Compounds zu Folien auf dem Walzwerk und über Flachfolienextrusion
Messung der Wärmeleitfähigkeit und Analyse der Morphologie über Rasterelektronenmikroskopie
Messung relevanter anwendungstechnischer Eigenschaften wie Zugfestigkeit und -dehnung, Stoßfestigkeit, Schweißbarkeit und Brennbarkeit
Sowohl für PVC- als auch für FPO-Folien wurde herausgearbeitet, dass nur Aerogel-Gehalte ≤ 5 Ma% technisch sinnvoll sind, da höhere Aerogel-Anteile zu einer Versteifung und Versprödung der Folien führen. Die Einarbeitung der Aerogele in die Kunststoffmatrix über einen gleichlaufenden Doppelschneckenextruder mit Zugabe des Additivs in der Einzugszone und einer Schneckenkonfiguration, die aus einer Kombination von Förderelementen und förderneutralen Knetelementen in der Aufschmelzzone bestehen, war am effektivsten.
Vorhandene partikelförmige Funktionsstoffe wie das Flammschutzmittel im FPO können die homogene Einarbeitung des Aerogels massiv beeinflussen und die wärmedämmende Wirkung des Aerogels deaktivieren. Hier ist die Herstellung von zwei Compounds – Compound mit Flammschutzmittel und Compound mit Aerogel – empfehlenswert.
Es konnten mit 5 Ma% Aerogel PVC- und FPO-Folien hergestellt werden, deren Wärmeleitung um 26 Prozent und 14 Prozent gegenüber ungefüllten Folien reduziert war. Die Veränderungen der Folien-Eigenschaften wie Festigkeit, Dehnung und Stoßfestigkeit durch die Aerogel-Zugabe waren für die Anwendung als Dachbahnen als unkritisch zu bewerten. Die Schweißparameter mussten für die aerogelhaltigen Folien angepasst werden, um ausreichend feste Fügenähte zu erhalten. Das Brennverhalten wurde durch das Additiv nicht negativ beeinflusst.
Durch die Entwicklung können wärmedämmende Dachbahnen mit den industriell angewandten Herstellungsverfahren hergestellt werden. Diese Dachbahnen können die Wärmeverluste eines Gebäudes um bis zu 5,2 % reduzieren und dadurch Heizkosten minimieren können.
Zielgruppe und Zielmarkt
Eine Überführung der Ergebnisse insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen zur Diversifizierung der Produktpalette ist unkompliziert und zeitnah möglich. Da die in der Branche üblichen Masseaufbereitungs- und Verarbeitungsverfahren genutzt werden, sodass keine Investitionen für die Umsetzung der Ergebnisse erforderlich sind. Für das erforderliche Skalieren, eine Adaption der Rezeptur sowie die Anpassung einzelner Prozessparameter auf die vor Ort verfügbare Anlagentechnik steht das FILK in Form von Dienstleistungen oder Forschungsaufträgen zur Verfügung.
Das Projekt hat außerdem zu einem weiteren Ausbau der Kompetenzen des Instituts auf dem Gebiet der thermoplastisch hergestellten funktionellen Schichten geführt. Weitere Einsatzmöglichkeiten der Folien liegen in der thermischen und akustischen Isolation von Wänden und Fußböden, flexible Eingangsabschirmungen für Kühl- und Lagerhäuser, flexible Folien oder Verbundmaterialien für Außenanwendungen oder Isolierungen für Wärmeleitungen.
