DE60214381T2

DE60214381T2 - Wärmedämmung mit zusätzlichem infrarotstrahlung absorbierenden material

Info

Publication number: DE60214381T2
Application number: DE2002614381
Authority: DE
Inventors: S. Murray Norristown TOAS; Kurt Blue Bell MANKELL; Alain Bryn Mawr YANG; Kevin Plymouth Meeting GALLAGHER; Dave Doylestown OBER; Gary Corbin TRIPP; Eladio Montoya; Jean-Luc Bernard
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2022-05-18
Also published as: ATE338014T1; EP1406848A1; US20110256790A1; DE60214381D1; US20050013980A1; WO2002092528A1; US20030040239A1; DK1406848T3; EP1406848B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Wärmisolierungen. Insbesondere betrifft diese Erfindung Wärmisolierungen, die ein Material zur Absorption und Streuung von Infrarotstrahlung ("IR") enthalten, welches den Strahlungswärmetransfer durch die Wärmeisolierung verringert.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Zwischen zwei Oberflächen mit unterschiedlichen Temperaturen wird die Wärme über drei Mechanismen übertragen: Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung. Diese Wärmetransfermechanismen sind in einem quantitativen Maß des Wärmetransfers, das als "effektive Wärmeleitfähigkeit" bekannt ist, vereinigt.
Das Einbringen einer Glasfaserwärmeisolierung in den Abstand zwischen den beiden Oberflächen verringert die Konvektion als einen der Wärmetransportmechanismen, da die Isolierung die Zirkulation der Luft verlangsamt oder stoppt. Ein Wärmetransfer durch Wärmeleitung durch die Glasfaser der Isolierung ist ebenfalls minimal. Jedoch sind viele Glaszusammensetzungen, die bei Glasfaserisolierungsprodukten verwendet werden, in Bereichen des Infrarotspektrums transparent. Sogar wenn der Abstand zwischen Oberflächen mit einer Glasfaserwärmeisolierung gefüllt wird, verbleibt somit die Strahlung als ein signifikanter Wärmetransfermechanismus. Typischerweise kann die Strahlung von 10 bis 40 % der zwischen Oberflächen bei Raumtemperatur (z. B. 24°C) übertragenen Wärme ausmachen.
Der Strahlungswärmetransfer von Faser zu Faser ist bedingt durch Absorption, Emission und Streuung. Das Ausmaß des Strahlungswärmetransfers zwischen Fasern aufgrund von Emission und Absorption ist abhängig von dem Unterschied der Fasertemperaturen, wobei jede Fasertemperatur mit der vierten Potenz eingeht.
Zur Verringerung des Strahlungswärmeverlusts durch Wärmeisolierungen wurde eine Anzahl an Ansätzen in Betracht gezogen.
Das US-Patent Nr. 2,134,340 offenbart, dass Mehrfachreflexionen der Infrarotstrahlung von einem Pulver eines infrarottransparenten Salzes wie Calciumfluorid, das zu einer Glasfaserisolierung gegeben wird, die Infrarotstrahlung daran hindern kann, eine wesentliche Distanz in die Isolierung einzudringen.
Das US-Patent Nr. 5,633,077 offenbart, dass ein Isoliermaterial, das bestimmte chirale Polymere mit Fasern kombiniert, den Durchgang der Infrarotstrahlung durch das Isoliermaterial blockieren kann.
Das US-Patent Nr. 5,932,499 offenbart, dass Glasfaserzusammensetzungen, die einen verringerten Strahlungsdurchgang im fernen Infrarotbereich aufzeigen, hergestellt werden können aus Natronkalkborsilicatgläsern mit einem hohen Boroxidgehalt und einer geringen Konzentration an Erdalkalimetalloxiden.
Es bleibt die Notwendigkeit für ein kostengünstiges Wärmeisolationsprodukt, das den Verlust durch Strahlungswärme verringern kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein thermisch isolierendes Produkt zur Verfügung gestellt, bei dem ein IR-absorbierendes und -streuendes Material auf Fasern verteilt ist, die in einer porösen Struktur angeordnet sind. Das Wärmeisolationsprodukt ist in Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen des Wärmeisolationsprodukts sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 15 definiert. Das IR-absorbierende und -streuende Material kann auf die Fasern aufgebracht werden, bevor oder nachdem die Fasern zu der porösen Struktur geformt werden. Das IR-absorbierende und -streuende Material verringert den Strahlungswärmeverlust durch die Wärmeisolierung beträchtlich. Das Einbringen des IR-absorbierenden und -streuenden Materials verbessert den wirksamen Wellenlängenbereich, über dem die poröse Struktur Infrarotstrahlung absorbiert, und verbessert dessen Gesamtextinktionskoeffizienten. Das IR-absorbierende und -streuende Material ist ungefähr so wirksam wie Glasfaser bei der Verringerung des Strahlungswärmeverlusts durch eine poröse Faserstruktur, kann aber viel kostengünstiger als Glasfaser sein. Somit kann das IR-absorbierende und -streuende Material ein kostengünstiges Mittel zur Verbesserung der Wärmeisolierung zur Verfügung stellen.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials, umfassend wenigstens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Carbonatverbindungen, Boratverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen, zur Verbesserung des Wärmewiderstands eines Wärmeisolationsprodukts, das Fasern umfasst, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material auf den Fasern verteilt ist, wobei das Produkt eine poröse Struktur hat und wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in Form von Partikeln vorliegt und wenigstens 99 % der Partikel eine Partikelgröße von weniger als 10 μm aufweisen. Diese Verwendung ist in Anspruch 16 definiert. Andere Verwendungen sind in den unabhängigen Ansprüchen 17 und 18 definiert. Bevorzugte Kombinationen der Verwendungen sind wie in den Ansprüchen 19, 20 und 21 definiert.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bildung eines Wärmeisolationsprodukts, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Verteilen eines Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials, umfassend wenigstens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Carbonatverbindungen, Boratverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen, auf Fasern, und
Bilden einer porösen Struktur aus den Fasern,
wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in Form von Partikeln vorliegt und wenigstens 99 % der Partikel eine Partikelgröße von weniger als 10 μm aufweisen.
Das Verfahren ist in Anspruch 22 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind wie in den Ansprüchen 23 bis 40 definiert.
Das Verteilen kann ein Tränken oder Besprühen der Fasern mit einer flüssigen Mischung, welche das Infrarot-absorbierende und -streuende Material enthält, umfassen.
Das Infrarot-absorbierende und -streuende Material kann in der flüssigen Mischung suspendiert vorliegen.
Das Verteilen kann ein Vermischen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials und der Fasern umfassen.
Das Verteilen kann ein Vermischen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials und der Fasern; ein Erwärmen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials und ein Verbinden der Fasern mit dem Infrarot-absorbierenden und -streuenden Material umfassen. Das Vermischen kann ein Saugen oder Blasen eines trockenen Pulvers des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials in die poröse Struktur umfassen.
Das Verteilen kann ein Vermischen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials und der Fasern mit einem Bindemittel, Erwärmen der Fasern und Verbinden der Fasern und des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials zusammen mit dem Bindemittel umfassen, wobei das Vermischen ein Saugen oder Blasen des Bindemittels und eines trockenen Pulvers des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials in die poröse Struktur umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezug auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben, wobei:
1 das Absorptionsspektrum von Siliciumdioxid, Glasfaser, Calciumcarbonat und Borax aufzeigt;
2 ein Verfahren zum Aufbringen eines IR-absorbierenden und -streuenden Materials auf Fasern aufzeigt;
3 ein Verfahren zum Zugeben eines IR-absorbierenden und -streuenden Materials zu einer nicht gebundenen Glasfasermatte aufzeigt;
4 ein Verfahren zum Aufbringen eines IR-absorbierenden und -streuenden Materials auf Fasern, einschließlich recycelten Glasfasern, aufzeigt; und
5 ein Verfahren zum Aufbringen eines IR-absorbierenden und -streuenden Materials auf Fasern aufzeigt.
6 zeigt ein Verfahren zum Ausbilden einer Rohrisolierung durch Wickeln einer Isolationsmatte um eine Spindel auf.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung verringert den Strahlungsdurchgang von Wärme durch ein Wärmeisolationsprodukt auf Faserbasis, indem ein IR-absorbierendes und -streuendes Material auf den Fasern verteilt wird. Da das IR-absorbierende und -streuende Material kostengünstiger als die Fasern sein kann, kann der Austausch des IR-absorbierenden und -streuenden Materials für einige der Fasern zu einer signifikanten Kostenverringerung der Wärmeisolierung führen.
Ein geeignetes IR-absorbierendes und -streuendes Material absorbiert und streut Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 4 bis 40 μm. Das IR-absorbierende und -streuende Material absorbiert vorzugsweise Infrarotstrahlung von 6–8 μm (1667–1250 cm^–1). Das IR-absorbierende und -streuende Material kann Boratverbindungen, Carbonatverbindungen, Aluminiumoxidverbindungen, Nitratverbindungen und Nitritverbindungen einschließen. Diese Verbindungen können Alkalimetallsalze oder Erdalkalimetallsalze sein. Boratverbindungen, Carbonatverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen sind bevorzugt. Geeignete Borate umfassen Lithiumborat, Natriumborat, Kaliumborat, Magnesiumborat, Calciumborat, Strontiumborat und Bariumborat. Das Borat ist vorzugsweise Natriumborat (d. h. Borax, Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O oder Na₂B₄O₇·10H₂O) oder Colemanit (Ca₂B₆O₁₁·5H₂O). Geeignete Carbonate umfassen Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Calciumcarbonat (d. h. Calcit, CaCO₃), Dolomit (CaMg(CO₃)₂), Magnesiumcarbonat (d. h. Magnesit, MgCO₃), Strontiumcarbonat und Bariumcarbonat. Das Carbonat ist vorzugsweise Calciumcarbonat, Dolomit oder Magnesit. Geeignete Aluminiumoxidverbindungen umfassen hydratisiertes Aluminiumoxid (Al₂O₃·3H₂O oder Al(OH)₃) und Aluminiumoxid (Al₂O₃). ALCOA erzeugt HYDRAL und B-303-Partikel aus hydriertem Aluminiumoxid.
Das Infrarot-absorbierende und -streuende Material ist brauchbar bei der Verbesserung des Wärmewiderstands eines porösen Wärmeisolationsprodukts, das Fasern enthält. Insbesondere sind Carbonatverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen brauchbar bei der Verbesserung des Wärmewiderstands von porösen Wärmeisolierungen, welche Fasern enthalten, bei Temperaturen von 300°C oder mehr oder sogar 400°C oder mehr.
1 zeigt das Absorptionsspektrum von Borax und Calciumcarbonat. Die Absorptionseigenschaften von Borax und Calciumcarbonat vervollständigen die von Glasfaser und Siliciumdioxid, welche seit über fünfzig Jahren kommerziell bei Wärmeisolierungen verwendet werden.
Die Menge an IR-absorbierendem und -streuendem Material in dem Wärmeisolationsprodukt kann von 1 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise von 2 bis 30 Gew.-%, weiter bevorzugt von 4 bis 20 Gew.-% reichen. Wenn die Menge an IR-absorbierendem und -streuendem Material weniger als 1 Gew.-% beträgt, dann ist die Verringerung des Strahlungswärmeverlusts vernachlässigbar. Wenn die Menge an IR-absorbierendem Material über 40 Gew.-% liegt, dann bildet das IR-absorbierende und -streuende Material eine unerwünschte Menge an Staub in dem Wärmeisolationsprodukt.
Die Fasern in dem Wärmeisolationsprodukt können organisch oder anorganisch sein. Organische Fasern umfassen Cellulosefasern; Cellulosepolymerfasern wie Rayon; thermoplastische Polymerfasern wie Polyester; tierische Fasern wie Wolle und pflanzliche Fasern wie Baumwolle. Die Fasern sind vorzugsweise anorganisch. Anorganische Fasern umfassen Steinwolle und Glaswolle. Die anorganischen Fasern umfassen vorzugsweise Glas.
Die Fasern bilden eine poröse Struktur. Die poröse Struktur kann gewebt oder nicht gewebt sein. Vorzugsweise ist die poröse Struktur nicht gewebt. Die nicht gewebten Fasern können in der Form einer Platte, einer Matte oder einer Decke vorliegen. Eine bevorzugte poröse Struktur ist die, die bei Glasfasern gefunden wird.
Zusammen mit den Fasern und dem IR-absorbierenden und -streuenden Material kann das Wärmeisolationsprodukt ein Bindemittel einschließen, um die Fasern und das IR-absorbierende Material einzuschließen und zusammenzuhalten. Das Bindemittel kann ein wärmehärtbares Polymer, ein thermoplastisches Polymer oder ein anorganisches Bindemittel sein. Vorzugsweise ist das wärmehärtbare Polymer ein Phenolharz wie ein Phenol-Formaldehyd-Harz. Das thermoplastische Polymer wird beim Erwärmen erweichen oder fließen, um die Fasern und das IR-absorbierende und -streuende Material zu binden, und wird beim Abkühlen und Erhärten die Fasern und das IR-absorbierende und -streuende Material zusammenhalten. In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das IR-absorbierende und -streuende Material selbst die Fasern zusammenbinden und macht somit die Zugabe eines Bindemittels nicht notwendig. Wenn ein Bindemittel in dem Wärmeisolationsprodukt verwendet wird, kann die Menge des Bindemittels von 1 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise von 3 bis 30 Gew.-%, weiter bevorzugt von 4 bis 25 Gew.-% reichen.
Das Wärmeisolationsprodukt der vorliegenden Erfindung kann ausgebildet werden durch Verteilen des IR-absorbierenden und -streuenden Materials auf der Oberfläche von Fasern und durch Ausbilden einer porösen Struktur aus den Fasern. Das verteilte IR-absorbierende und -streuende Material kann in der Form von Partikeln vorliegen. Die optimale Partikelgröße beträgt ungefähr 4 μm. Vorzugsweise besitzen 99 % der Partikel eine Größe von weniger als 10 μm. Das Infrarot-absorbierende und -streuende Material kann vor, nach oder zum Zeitpunkt der Bildung der porösen Struktur aus den Fasern auf den Fasern verteilt werden. Verfahren zur Ausbildung ei ner porösen Struktur aus den Fasern sind dem Durchschnittsfachmann gut bekannt und werden hier nicht ausführlich wiederholt.
2 zeigt ein Verfahren zum Abscheiden von IR-absorbierendem und -streuendem Material auf Glasfasern. Die Glasfasern 21 werden durch einen Wasserübersprühring 23 und einen Bindemittelauftragungsring 22 geleitet. Der Tank 24 ist über Leitungen 25 und 26 mit den Ringen 22 bzw. 23 verbunden. Im Tank 24 ist ein IR-absorbierendes und -streuendes Material in einer flüssigen Mischung gelöst oder suspendiert. Das IR-absorbierende und -streuende Material wird auf die Glasfasern 21 aufgebracht, indem die flüssige Mischung aus dem Tank 24 in den Bindemittelauftragungsring 22 und/oder den Wasserübersprühring 23 eingespritzt wird. Die flüssige Mischung kann Wasser und verschiedene Tenside und Suspensionsmittel einschließen. Wenn das IR-absorbierende und -streuende Material nicht vollständig in der flüssigen Mischung gelöst ist, muss die flüssige Mischung gerührt werden, um das IR-absorbierende und -streuende Material in Suspension zu halten. Die Sprühdüsen in den Ringen 22 und 23 besitzen Düsenöffnungen, die groß genug sind, um einen Durchgang von nicht gelöstem IR-absorbierendem und -streuendem Material durch die Düsen ohne ein Verstopfen zu ermöglichen.
3 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Bindemittel und ein IR-absorbierendes und -streuendes Material aus einer Schwerkraftzuführung 30 oben auf lose Fasern 31 verteilt werden, welche über die Breite eines Förderbands 32 verteilt vorliegen, um eine poröse Matte auszubilden. Das IR-absorbierende und -streuende Material wird getrennt von oder vorvermischt mit einem Bindemittel in die poröse Matte eingebracht. Das Bindemittel kann ein trockenes Pulver sein. Die Fasern mit Bindemittel und IR-absorbierendem und -streuendem Material, das auf den Fasern verteilt ist, werden dann durch eine Mattenbildungseinheit 33 geleitet, wo sie vermischt werden, und werden in die Luftlegeformhaube 34 eingeleitet. Das Bindemittel und das IR-absorbierende und -streuende Material können auch bei der Mattenbildungseinheit 33 zugegeben werden. Die Mischung wird dann durch einen Unterdruck auf einem anderen Förderband (nicht aufgezeigt) gesammelt und in einen Härtungsofen 15 transportiert. Beim Durchleiten durch den Härtungsofen 35 schmilzt das Bindemittel, härtet aus und verbindet das IR-absorbierende Material und die Fasern.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Recyclinggebläse 41 verwendet wird, um IR-absorbierendes Material (z. B. Calciumcarbonatpulver) aus einem Gebläseeinlass 42 und recycelte Glasfaser aus einem Gebläseeinlass 43 anzusaugen und zu vermischen. Das IR-absorbierende und -streuende Material und die recycelten Glasfasern werden aus dem Gebläse 41 beim Auslass 44 in eine Formhaube (nicht aufgezeigt) geblasen. Dort wird die Mischung zusammen mit einem Bindemittel, falls notwendig, auf den Glasfasern verteilt. Nach einem Durchleiten durch einen Härtungsofen (nicht aufgezeigt) werden das IR-absorbierende und -streuende Material und die Glasfasern miteinander verbunden.
5 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Dosierzuführeinrichtung 51 das trockene, pulverförmige IR-absorbierende und -streuende Material einem Gebläselüfter 52 zuführt. Das IR-absorbierende und -streuende Material wird von dem Lüfter in die Formhaube 53 geblasen und, falls notwendig, mit einem Bindemittel auf Glasfasern verteilt. Es können eine Vielzahl an Zuführeinrichtungen und Gebläselüftern verwendet werden.
6 zeigt Ausführungsformen, bei denen eine Rohrwärmeisolierung hergestellt wird durch Wickeln einer Isoliermatte 61 um eine heiße Spindel oder ein Rohr 62, um eine Isolierung mit einem Rohrquerschnitt mit ein oder mehreren Lagen der Isoliermatte 61 auszubilden. Vorzugsweise ist die Isolierung mit einem Rohrquerschnitt zylindrisch. Infrarot-absorbierendes und -streuendes Material 63 kann, in flüssiger oder pulverförmiger Form, durch z. B. Sprühen aus einer Quelle 64 für Infrarot-absorbierendes und -streuendes Material auf der Isoliermatte 61 abgeschieden werden, während die Isoliermatte 61 sich auf der Mattenherstellungslinie befindet und bevor die Isoliermatte 61 um die Spindel 62 gewickelt wird. Das Infrarot-absorbierende und -streuende Material umfasst vorzugsweise mindestens eine Carbonat- oder Aluminiumoxidverbindung.
BEISPIELE
Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele werden die Erfindung weiter veranschaulichen.
Beispiel 1
Im Labor werden Glasfaserproben hergestellt, die entweder durch diese hindurch Borax {Na₂B₄O₇·10H₂O} oder Calciumcarbonat als IR-absorbierende und- streuende Materialien verteilt aufweisen. Die Proben besitzen eine Breite von 30,5 cm, eine Länge von 30,5 cm und eine Dicke von 2,5 cm. Die IR-absorbierenden Ma terialien werden gewogen und in einer Lösung aus 30 % Isopropanol und 70 % Wasser vermischt. Das Borax wird in dem Wasser unter Verwendung eines Mischers und einer Heizplatte gelöst, um eine Boraxlösung auszubilden. Das Calciumcarbonat wird unter Ausbildung einer Calciumcarbonatsuspension per Hand in die Alkohol/Wasser-Mischung gemischt. Die flüssigen Mischungen, welche das IR-absorbierende und- streuende Material enthalten, werden durch entweder Tränken oder durch Besprühen auf die Proben geladen. Das Tränken wird durchgeführt, indem 240 ml von einer der flüssigen Mischungen auf jede Probe gegossen werden und die Probe getränkt wird. Das Sprühen wird durchgeführt unter Verwendung einer Sprühflasche, wobei 120 ml einer jeden der flüssigen Mischungen auf jede Probe gesprüht werden. Die effektive Wärmeleitfähigkeit einer jeden Probe wird vor und nach der Zugabe des IR-absorbierenden Materials gemessen. Die effektiven Wärmeleitfähigkeiten sind in Tabelle 1 aufgezeigt. Tabelle 1

* IRM = Infrarot-absorbierendes und -streuendes Material
** Wärmeleitfähigkeitseinheiten = (mW/m·°C), getestet mittels des Testverfahrens ASTM C518 bei einer mittleren Temperatur von 24°C

Die Tabelle 1 zeigt, dass die Zugabe von Borax oder Calciumcarbonat zu Glasfasern zu einer Verringerung der effektiven Wärmeleitfähigkeit der Isolierung führt. Für die Beispiele mit Calciumcarbonat ist die prozentuale Verringerung der Wärmeleitfähigkeit näherungsweise proportional zu dem Prozentsatz an auf die Glasfaser aufgebrachtem Calciumcarbonat.
Vergleichsbeispiele, welche die Verringerung der effektiven Wärmeleitfähigkeit aufzeigen, die durch eine Zugabe von Glasfaser zur Isolierung erzeugt wird, werden durch die Standardglasfaserisolierungen R11, R13 und R15 zur Verfügung gestellt, wie sie in Tabelle 2 aufgezeigt sind. Tabelle 2

** Wärmeleitfähigkeitseinheiten = (mW/m·°C), getestet mittels des Testverfahrens ASTM C518 bei einer mittleren Temperatur von 24°C

Beispiel 2
Es werden zwei Sets an Glasfaserproben mit unterschiedlichen Zusammensetzungen in einem Verfahren zur Herstellung einer Glasfaserisolierung hergestellt. Das erste Set an Proben wird als Referenz verwendet. Zu dem zweiten Set an Proben werden 12 Gew.-% an Calciumcarbonat gegeben. Die effektive Wärmeleitfähigkeit bei einer mittleren Temperatur von 24°C wird für jede Probe als eine Funktion der Dichte gemäß dem ASTM-Testverfahren C518 bestimmt und in Tabelle 4 aufgezeigt. Tabelle 3

Unter Verwendung der Daten aus Tabelle 3 wird die Verringerung der effektiven Wärmeleitfähigkeit, die aus der Zugabe von Calciumcarbonat resultiert, verglichen mit der Verringerung der effektiven Wärmeleitfähigkeit, die aus einer Erhöhung der Glasdichte in der Glasfaserisolierung resultiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgezeigt. Tabelle 4

Tabelle 4 zeigt, dass die Zugabe von 12 Gew.-% an Calciumcarbonat zu Glasfasern ungefähr 73 % so effektiv ist wie eine 12 %ige Erhöhung der Glasfaserdichte bei der Verringerung der effektiven Wärmeleitfähigkeit einer Glasfaserwärmeiso lierung. Es muss somit ungefähr 1,37-mal (= 1/0,73) so viel Calciumcarbonat wie Glasfaser zugegeben werden, um dieselbe Verringerung der effektiven Wärmeleitfähigkeit zu erreichen.
Die Kosten von Calciumcarbonat können jedoch weniger als 50 % der Kosten von Glasfaser betragen. Somit können die Kosten zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit einer Glasfaserisolierung mit Calciumcarbonat 68 % (= (100)(1,37)(0,50)) oder weniger von den Kosten derselben Wärmeleitfähigkeitsverringerung mit Glasfaser betragen. Somit ist Calciumcarbonat ein kostengünstigeres Additiv zu Glasfasern als Glasfaser selbst für eine Verringerung der effektiven Wärmeleitfähigkeit der Wärmeisolierung.
Beispiel 3
In einem Glasfaserherstellungsverfahren wird eine Glasfaserisolierprobe mit 12 Gew.-% an Calciumcarbonat hergestellt. Die Tabelle 5 zeigt die Verringerung der effekten Wärmeleitfähigkeit bei verschiedenen Temperaturen im Vergleich mit einer Glasfaserisolierprobe ohne Calciumcarbonat. Tabelle 5

** Wärmeleitfähigkeitseinheiten = (mW/m·°C), getestet mittels des Testverfahrens ASTM C518

Beispiel 5
Im Labor werden Glasfaserproben hergestellt unter Verwendung von hydratisiertem Aluminiumoxid, das durch diese hindurch verteilt wird, als einem IR-absorbierenden und -streuenden Material. Das hydratisierte Aluminiumoxid wird durch Besprühen durch die Proben hindurch verteilt. Das hydratisierte Aluminiumoxid wird hergestellt von ALCOA in der Form von Partikeln mit 1 μm (HYDRAL H710), Partikeln mit 2 μm (HYDRAL H716) und Partikeln mit 3,8 μm (B-303). Die Proben besitzen eine Breite von 61 cm, eine Länge von 61 cm und eine Dicke von 2,5 cm. Die effektive Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur einer jeden Probe wird vor und nach der Zugabe des hydratisierten Aluminiumoxids gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgezeigt. Tabelle 6

Die Ergebnisse aus Tabelle 5 zeigen, dass die Zugabe von hydratisierten Aluminiumoxidpartikeln zu Glasfasern die Wärmeleitfähigkeit von Glasfasern bei Raumtemperatur verringern kann und somit die Isoliereigenschaften von Glasfasern verbessern kann.
Die Wärmeleitfähigkeit von Glasfaserproben mit und ohne verteiltem hydratisiertem Aluminiumoxid in der Form von Partikeln mit 1 μm (HYDRAL H710) wird bei 300°C gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 aufgezeigt. Die Daten stellen Mittelwerte aus acht Proben mit identischen Abmessungen dar. Ein Set an Mittelwerten stammt von vier der Proben, welche verteiltes hydratisiertes Aluminiumoxid enthalten. Das andere Set an Mittelwerten stammt von vier Referenzproben, welche keine hydratisierten Aluminiumoxidpartikeln enthalten. Tabelle 7

** Wärmeleitfähigkeitseinheiten = (mW/m·°C), getestet mittels des Testverfahrens ISO 8302 (äquivalent zu ASTM C177-85) bei einer mittleren Temperatur von 300°C

Die Tabelle 7 zeigt, dass die Zugabe von hydratisierten Aluminiumoxidpartikeln zu Glasfasern die Wärmeleitfähigkeit bei 300°C der Glasfasern um ungefähr 2,1 % verringern und somit die Hochtemperaturisoliereigenschaften der Glasfasern verbessern kann.
Während die Erfindung unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die aufgezeigten spezifischen Details beschränkt, sondern umfasst zahlreiche Änderungen und Modifikationen, die dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet als selbstverständlich erscheinen, wobei alle vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die anhängenden Ansprüche definiert ist, umfasst sind.

Claims

Thermisch isolierendes Produkt, umfassend Fasern; und ein Infrarot-absorbierendes und -streuendes Material, das auf den Fasern verteilt ist, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material wenigstens eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Karbonatverbindungen, Boratverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen; wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in der Form von Partikeln vorliegt, und wenigstens 99 % der Partikel eine Partikelgröße von weniger als 10 μm haben, und das Produkt eine poröse Struktur hat.
Produkt nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Teil des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials auf Fasern innerhalb des thermisch isolierenden Produkts verteilt ist.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die poröse Struktur ein Vliesstoff ist.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fasern anorganisch sind.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Fasern ein Glas enthalten.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Produkt das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in einer Menge von 1 bis 40 Gewichtsprozent enthält.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material eine Karbonatverbindung enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kalziumkarbonat, Dolomit und Magnesit.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material eine Boratverbindung enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Borax und Kolemanit.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material hydriertes Aluminiumoxid enthält.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend einen Binder, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wärmehärtenden Polymeren, thermoplastischen Polymeren und anorganischen Verbindungen.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material Infrarotstrahlung absorbiert, die eine Wellenlänge in einem Bereich von 4 bis 40 μm hat.
Produkt nach Anspruch 11, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material Infrarotstrahlung absorbiert, die eine Wellenlänge in einem Bereich von 6 bis 8 μm hat.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Partikelgröße des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials von 1 bis 4 μm beträgt.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material mittels eines Binders an die Fasern gebunden ist.
Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei 99 % der Partikel eine Größe von weniger als 10 μm haben.
Verwendung eines Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials, umfassend wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Karbonatverbindungen, Boratverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen, zur Verbesserung des Wärmewiderstands eines thermisch isolierenden Produkts, das Fasern enthält, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material auf den Fasern verteilt ist, wobei das Produkt eine poröse Struktur hat, und wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in Form von Partikeln vorliegt, und wenigstens 99 % der Partikel eine Partikelgröße von weniger als 10 μm haben.
Verwendung eines Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials, umfassend wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Karbonatverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen zur Verbesserung des Wärmewiderstands eines thermisch isolierenden Produkts, das Fasern enthält, bei einer Temperatur von 300°C oder mehr, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material auf den Fasern verteilt ist, wobei das Produkt eine poröse Struktur hat, und wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in Form von Partikeln vorliegt, und wenigstens 99 % der Partikel eine Partikelgröße von weniger als 10 μm haben.
Verwendung eines Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials, umfassend wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Karbonatverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen zur ^Verbesserung des Wärmewiderstands eines thermisch isolierenden Produkts, das Fasern enthält, bei einer Temperatur von 400°C oder mehr, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material auf den Fasern verteilt ist, wobei das Produkt eine poröse Struktur hat, und wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in Form von Partikeln vorliegt, und wenigstens 99 % der Partikel eine Partikelgröße von weniger als 10 μm haben.
Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Partikelgröße des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials von 1 bis 4 μm beträgt.
Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material mittels eines Binders an die Fasern gebunden ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei 99 % der Partikel eine Größe von weniger als 10 μm haben.
Verfahren zur Bildung eines thermisch isolierenden Produkts, wobei das Verfahren umfaßt: Verteilen eines Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials, umfassend wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Karbonatverbindungen, Boratverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen, auf Fasern; und Bilden der Fasern in eine poröse Struktur, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in Form von Partikeln vorliegt, und wenigstens 99 % der Partikel eine Partikelgröße von weniger als 10 μm haben.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material Kalziumkarbonat enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 und 23, wobei das Verteilen ein Tränken oder Besprühen der Fasern mit einer flüssigen Mischung umfaßt, die das Infrarot-absorbierende und -streuende Material enthält.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material in der flüssigen Mischung suspendiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material auf den Fasern verteilt wird, nachdem die Fasern in die poröse Struktur gebildet worden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei das Verteilen ein Mischen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials und der Fasern umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verteilen umfaßt: Mischen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials und der Fasern; Erhitzen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials; und Verbinden der Fasern zusammen mit dem Infrarot-absorbierenden und -streuenden Material.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Mischen ein Saugen oder Blasen eines trockenen Pulvers des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials in die poröse Struktur hinein umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verteilen ein Mischen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials, der Fasern sowie eines Binders umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verteilen umfaßt: Mischen des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials und der Fasern mit einem Binder; Erhitzen des Binders; und Binden der Fasern und des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials zusammen mit dem Binder.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Mischen ein Saugen oder Blasen des Binders und eines trockenen Pulvers des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials in die poröse Struktur hinein umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die poröse Struktur ein Vliesstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Fasern anorganisch sind.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Fasern ein Glas enthalten.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material eine Verbindung enthält ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Karbonatverbindungen und Aluminiumoxidverbindungen.
Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend das Bilden der porösen Struktur in einen Rohrabschnitt, der das Infrarot-absorbierende und -streuende Material und die Fasern enthält.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Infrarot-absorbierende und -streuende Material auf den Fasern verteilt wird, bevor die poröse Struktur in den Rohrabschnitt gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 38, wobei die Partikelgröße des Infrarot-absorbierenden und -streuenden Materials von 1 bis 4 μm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 39, wobei 99 % der Partikel eine Größe von weniger als 10 μm haben.