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03-12-2015 | Baustoffe | Im Fokus | Article

Hybrid-Aerogele für die thermische Isolation

Author: Christoph Berger

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Aerogele auf Silikatbasis sind brüchig und neigen zur Staubbildung. Forschern gelang jedoch die Entwicklung eines Hybrid-Aerogels aus Biopolymeren. Nun sind die Probleme beseitigt. Und die bekannte thermische Isolationsfähigkeit von Silikat-Aerogelen wurde erhalten.

„Ein Aerogel ist ein offenzelliger, nanoporöser Schaum, der aus einem Netzwerk von miteinander verbundenen Nanostrukturen besteht. Dabei bezieht sich der Begriff Aerogel nicht auf eine bestimmte stoffliche Zusammensetzung, sondern auf eine geometrische Anordnung, in der eine Substanz vorliegen kann.“ So lautet die Begriffsdefinition im Kapitel „Hightech im Bauwesen: Anwendung der Nanotechnologie in Architektur und Bauwesen“ (S. 548) des Springer-Fachbuchs „Bauchemie“. Beschrieben werden darin auch die Vorteile des Silica-Aerogels. Dazu gehören unter anderem

Aerogele auf Silikatbasis gelten als brüchig

Allerdings, so beschreiben es Forscher der Empa, sind Aerogele auf Silikatbasis auch brüchig. Zudem würden sie zur Staubbildung neigen. So hätten elektronenmikroskopische Aufnahmen gezeigt, dass die Verbindungen zwischen den Silikat-Nanopartikeln äußerst feingliedrig sind.

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In einem Hybrid-Aerogel aus Silikat und dem Biopolymer Pektin fanden die Empa-Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit Kollegen der Mines ParisTech jedoch eine Lösung des Problems.

Pektine sind laut dem Kapitel „Coating mit Biopolymeren“ im Springer-Fachbuch „Easy Coating“ pflanzliche Polysaccharide oder Polyuronide, die es abhängig vom Verseifungsgrad in unterschiedlichen Typen gibt. Es handelt sich dabei um einen ökologisch nachhaltigen Rohstoff, der beispielsweise aus Äpfeln gewonnen wird.

Verbesserte mechanische und thermische Eigenschaften

Mit dem nun entwickelten Hybrid-Aerogel schuf das Forscherteam eine neuartige Stoffklasse. Zudem weißt es verbesserte mechanische Eigenschaften auf: So kann das Hybridaerogel um bis zu 80 Prozent komprimiert werden – ohne zu zerbrechen. Durch diesen Gewinn an Widerstandsfähigkeit werde auch die Staubentwicklung von Hybrid-Aerogelen minimiert.

Außerdem wurden dabei die hervorragende Isolationsfähigkeit des Silica-Aerogels erhalten. Die thermische Leitfähigkeit, abhängig vom Pektingehalt, beträgt zwischen 14 und 17 mWm-1K-1 (Milliwatt pro Meter Kelvin). Das ist nur wenig mehr als die Wärmeleitfähigkeit von klassischen Silikat-Aerogelen.

Und schließlich entwickelte das Team auch noch aus einer wässrigen Lösung ein ökologisches Herstellungsverfahren für Hybrid-Aerogele. Damit würden sich beliebige Mengen an Hybrid-Aerogel herstellen und industriell nutzen lassen.

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