CN112055653A - 建筑板 - Google Patents

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CN112055653A CN201980029471.6A CN201980029471A CN112055653A CN 112055653 A CN112055653 A CN 112055653A CN 201980029471 A CN201980029471 A CN 201980029471A CN 112055653 A CN112055653 A CN 112055653A
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Heka Graphittechnology GmbH
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Abstract

本发明涉及一种建筑板，该建筑板包括至少一层绝缘层、至少一层热活性层，所述热活性层至少包括电供暖和/或电制冷元件；以及用于将所述至少一层热活性层连接到电流源的连接器装置。热活性层优选是活性供暖或制冷层。

Description

建筑板
技术领域
本发明涉及一种具有至少一层热活性层的建筑板，特别涉及一种用于支撑一层或多层活性层的建筑板，例如，展现良好的隔热性的支撑的建筑板并且其还可以作为防火屏障。本发明还涉及由这些组合物制成的建筑板和板布置以及形成这种板和板布置的方法。
背景技术
已知由聚合物泡沫制成的绝缘板提供良好的隔热性，并被广泛用作建筑业中的建筑组件。例如，发泡塑料材料用于如外墙或隔墙、舱壁、天花板、地板、储罐和屋顶结构的建筑结构中的绝缘目的。通常，此类建筑板基于硬质聚氨酯/聚异氰脲酸酯(PU/PIR)泡沫。有机多异氰酸酯和水反应生成聚合物，其结构单元通过脲键连接在一起。该反应的副产物是二氧化碳，其可能导致组合物起泡。聚氨酯和聚异氰脲酸酯泡沫以其特别好的绝缘效率而著称，尤其是当泡沫单元主要是封闭时、尤其是当封闭的单元的百分比大于80％或大于85％时。在某些应用中，这些细胞不仅包含由异氰酸酯与化学发泡剂(例如水)反应产生的二氧化碳，而且还包含物理发泡剂，例如碳氢化合物、含氟碳氢化合物或可以在制造过程中使用的氢氯氟烃试剂中的一种。市面上可以买到各种尺寸的这种板，并且通常可以通过用柔性泡沫垫片使在脚架之间的侧向接头密封而连接这些板，从而形成较大的板布置。
PU/PIR泡沫通常是易燃的，但燃烧时几乎没有碳质残留物。然而，这种板在着火情况下仅具有有限的结构完整性。为了增加结构完整性以延长建筑稳定性并维持对热、烟和火通过的屏障，这种板通常由聚合物泡沫芯制成，该聚合物泡沫芯设有外部金属层，例如钢或铝。
还已知通过在泡沫中掺入阻燃添加剂和/或通过使用由不可燃材料(例如石膏)制成的厚外层来提高绝缘板的性能。
最近的火灾(例如2017年6月在伦敦发生的Grenfell塔火灾)表明，在发生火灾的情况下，具有由可燃聚合物制成的覆层/绝缘材料的建筑对居民的生命造成了极大的危险。
因此，需要基于聚合物的改进的建筑材料，其允许制造建筑板，该建筑板在发生火灾的情况下不太容易产生危险。
还已知的是，壁或地板元件可设置有电阻供暖元件以提供室内供暖。已知元件相当昂贵，并且就实现舒适的室内气候所需的功耗而言，效率较低。
此外，据观察，人为的气候变化的影响在全球夏季期间趋向于升高每日温度，不仅需要有效地供暖，而且还需要为人们居住的房屋和房间降温。
发明内容
这些技术问题通过根据本发明的绝缘板得以解决。因此，本发明涉及一种绝缘板，其包括至少一层绝缘层、至少一层热活性层，所述热活性层包括至少一个电供暖元件和/或电制冷元件以及用于连接所述至少一层热活性层到电流源的连接器装置。
令人惊讶地发现，本发明的包括具有至少一层热活性层的绝缘层的绝缘板允许提供各种各样的供暖板和/或制冷板，这些供暖板和/或制冷板就其制造成本和其能量消耗的效率而言，既经济又有效。
在本发明的意义上，热活性层是可以通过引入电能而呈现与其环境不同的温度的层，所述电能转换成热层的供暖或制冷的表面。另外，本发明的绝缘板可以设置有适当的结构，用于循环热介质(例如制冷流体或供暖流体)，例如水或空气通过热层的结构，例如管。
术语“连接器装置”应广义地理解，并且包括外部或内部电流源与热活性层之间的任何类型的连接，例如导电线、片、可释放或不可释放的连接器元件等。可以将任何一种类型的电流源应用于本发明的绝缘板，例如电网、电池、太阳能、风能或水能。
术语“绝缘板”还必须广义地理解为电绝缘或热绝缘或两者。在非常广泛的意义上，绝缘层可以是为热活性层的结构提供电绝缘和/或热绝缘支撑的任何基底，例如电绝缘片、网、纸、特别是墙纸。然而，优选地，绝缘层包括热绝缘层，尤其是当暴露于火时降低风险的层。
在一个优选的实施例中，绝缘层使用两相聚脲硅酸盐体系(PUS)来构造用作绝缘板的建筑板。
在一个实施例中，本发明的建筑板包括至少一层绝缘层，该绝缘层包括泡沫以及稳定材料，其中泡沫由包含多异氰酸酯和含水硅酸盐的成分反应而获得的发泡第一硅质基聚脲组合物制成；
两相聚脲硅酸盐体系(PUS)是本领域已知的。通过改变反应物的性质和相对比例以及反应条件，可以得到具有不同物理特性的固体产物。例如，可以得到具有油灰稠度的反应产物，或者可替代地获得硬的致密团块，或者是仍然具有低密度的蜂窝状结构，或者是处于前述状态之间的任何物理状态的产物。有机组分和无机组分的混合比可以确定哪种液体形成连续相。
这种建筑材料例如由德国的BASF SE以商标名
Figure BDA0002752839200000021
商业化。这些硅质基聚脲组合物通常通过使包含多异氰酸酯和含水硅酸盐的成分反应而获得。反应成分可以进一步包含多元醇和/或惰性填料。
已知所得绝缘材料的泡沫特性可以由组合物中使用的含水硅酸盐的量改变。如果使用大量的含水硅酸盐，则由多异氰酸酯与水反应生成的所有二氧化碳趋于被硅酸盐组分消耗，用于沉淀水合二氧化硅，因此反应混合物将不会发泡。典型的非发泡两组分聚脲硅酸盐树脂由BASF SE以商品名“
Figure BDA0002752839200000022
MP 368”商业化。另一方面，当使用少量的含水硅酸盐时，获得了轻质的泡沫材料。这种发泡组合物由BASF SE以商品名“
Figure BDA0002752839200000023
MP 367”商业化。这些组合物用于地表固结，尤其是空隙和空腔的填充以及地下结构(如隧道或煤矿)中岩石的固结。令人惊讶地发现，可以用这些材料制造改进的绝缘板。
通过非发泡组合物获得的板结构通常比通过发泡材料获得的板结构更硬。因此，在一个优选的实施例中，非发泡的二组分聚脲硅酸盐树脂可以在由发泡材料获得的层内充当稳定材料。因此，在一个优选的实施例中，根据本发明的建筑板的稳定材料包含由非发泡第二硅质基聚脲组合物获得的树脂，所述非发泡第二硅质基聚脲组合物通过使包含多异氰酸酯和含水硅酸盐的成分反应而获得，其中所述非发泡第二硅质基聚脲组合物与所述发泡第一硅质基聚脲组合物相比，具有更高的含水硅酸盐浓度。
在一个优选的实施例中，本发明的建筑板由如
Figure BDA0002752839200000031
MP 367的发泡聚脲硅酸盐树脂和如
Figure BDA0002752839200000032
MP 368的非发泡聚脲硅酸盐树脂制成的复合材料制成。优选地，发泡聚脲硅酸盐树脂形成建筑板的核心区域，而由非发泡聚脲硅酸盐树脂制成的区域形成建筑板的增强结构或附接点。因此，非发泡聚脲硅酸盐树脂优选形成建筑板的边缘区域，例如，边缘区域构造成舌状和凹槽状，以允许将本发明的建筑板组装成更大的板布置。在其它实施例中，非发泡聚脲硅酸盐树脂像骨架结构一样布置在聚脲硅酸盐泡沫内。
根据本发明的多异氰酸酯是脂族异氰酸酯、芳族异氰酸酯或组合的脂族/芳族异氰酸酯，其-NCO官能度优选≥2。合适的多异氰酸酯包括四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)、十二亚甲基二异氰酸酯、3-异氰酸甲基-3,5,5-三甲基-环己基异氰酸酯，即异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)、1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)、4,4'-二异氰酸二环己基-2,2-丙烷、对苯二异氰酸酯、2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)或它们的混合物、甲苯二异氰酸酯、2,2'-，2,4'-和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或它们的混合物、1,2-萘二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯(TMXDI)及其混合物。二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或聚合二苯基甲烷二异氰酸酯(PMDI)及其混合物是特别优选的。
已发现可商购的含水碱金属硅酸盐可提供令人满意的结果。这种硅酸盐可以表示为M2O.SiO2，其中M表示碱金属原子，并且它们在M2O:SiO2的比例上不同。已经发现，硅酸钠是非常令人满意的，同时也会使用其它碱金属硅酸盐，例如硅酸钾和硅酸锂，但从经济角度考虑，它们是较不优选的。使用优选的硅酸钠，M2O:SiO2的比例可以变化，例如从1.6∶1.0至3.3∶1.0。然而，通常发现优选使用所述比例在20:10至2.3：1.0范围内的硅酸盐。
除了非发泡聚脲硅酸盐树脂之外或作为其替代，可以在聚脲硅酸盐树脂泡沫层中结合其它稳定材料，这将在下面更详细地描述。
在本发明的替代实施例中，本发明的建筑板的绝缘层可以由与上述实施例中描述的不同材料制成。因此，在一个实施例中，建筑板包括至少一层绝缘层，该绝缘层包括由聚苯乙烯组合物制成的硬质泡沫和稳定材料。
在两个实施例中，稳定材料包括由玻璃、碳、玄武岩和芳族聚酰胺纤维制成的二维织物或三维织物。这样的织物例如由德国Helmbrechts的“V.FRAAS Solutions in TextileGmbH”公司以商标名
Figure BDA0002752839200000041
商品化。二维织物或三维织物可以具有网格布置，其网格宽度在3毫米到几厘米的范围内。
然而，已知的三维织物具有以下缺点：板必须保持基本平坦的构造。在许多应用中，例如关于火车或公共汽车的绝缘板，该板必须形成弯曲的构造。因此，根据本发明，可以使用通过使用由玻璃、碳、玄武岩和芳族聚酰胺纤维制成的由非发泡聚脲硅酸盐树脂补片隔开的两个二维织物制得的三维稳定材料,来获得弯曲构造的建筑板。这些三维稳定材料可以轻松地以复杂的弯曲构造布置。然后用发泡聚脲硅酸盐树脂使最终构造发泡，从而获得最终的绝缘板。泡沫稳定材料可以是连接相邻的二维层的点状固定点，以便获得三维构造。可替代地，固定点可以由硅酸盐材料制成，该硅酸盐材料为三维结构提供了改善的耐热性。对于这些类型的三维结构，可以通过首先在它们之间使用间隔物将二维结构构造成所需的形状，然后施加发泡的固定点以获得最终稳定的三维结构来获得本发明的板。之后，可根据需要将间隔物移除或留在结构内。最后，该结构填充有发泡硅质基聚脲组合物。通常，该结构的一个表面将设置有所述至少一个热活性层和/或制冷层，而另一表面或两个表面都可以得到最终的表面饰面。具有复杂的三维构造的这种板可以成功地用作车辆或飞机的客舱中的内衬。
通过适当地配置经线和纬线的材料、直径、密度和交叉角度等，可以根据需要调节二维织物的机械性能，例如，弹性、抗压和抗张强度方面。
其它优选的稳定材料包括通过将无端玻璃纤维线毡合成枕状形式而获得的无端玻璃纤维，然后将其填充本发明的泡沫以产生高强度的平面结构。通过结合玻璃纤维或玄武岩棒也可以改善结构稳定性。在其它实施例中，诸如铝型材的金属型材也可以包括在建筑板中。
填充材料可以是有机或无机的、纤维的或颗粒的、或它们的混合物，例如沙子、氧化铝、硅铝酸盐、氧化镁和其它颗粒耐火材料；金属纤维、石棉、玻璃纤维、岩棉、硅铝酸盐、硅酸钙纤维和其它纤维质耐火材料；木粉、焦炭和其它有机或碳质颗粒；纸浆、棉花废料、棉花、黄麻、剑麻、大麻、亚麻、人造丝或合成纤维，例如聚酯、聚酰胺和丙烯腈纤维以及其它有机纤维材料。在优选的实施例中，绝缘材料还包括填充材料，例如无机填充材料，例如玻璃微球。填充材料不仅增加了结构稳定性，而且还提供了增强的绝热能力。填充材料可以包含不同尺寸的微球，也可以包含实心或中空的微球。在其它实施例中，填充材料包括例如由二氧化硅制成的无机颗粒和/或纤维。例如，也可以包括通常以“cat litter”商品化的可商购获得的二氧化硅颗粒。
在其它实施例中，稳定材料包括布置在绝缘层的一侧或两侧(例如，平面)上的三维织物。三维织物优选地由无机材料或碳材料制成，例如由陶瓷材料或由玻璃、碳、玄武岩和芳族聚酰胺纤维制成。
根据本发明，电供暖元件和/或制冷元件可以例如包括一个或多个导电层，例如金属板或金属网，例如银铜片或银铜网格。
在一个实施例中，建筑板的导电层包括由二维半导体制成的一层或多层。例如，石墨烯层或石墨层/石墨烯层可用于建立二维半导体层。
在一个实施例中，导电层包括一层或多层导电微粒材料(粉末、纤维或颗粒)，例如石墨，其分散在粘合剂(优选丙烯酸酯粘合剂)中，导电层包括30％至96％重量的石墨以及4％至30％重量的粘合剂和0至40％重量的功能添加剂。合适的组合物在申请人的国际专利申请WO2016/087673A1中详细描述。通过适当地调节导电微粒材料与粘合剂的比例，可以改变层的电、热和辐射吸收/反射特性。
在优选的实施例中，所述导电层包括印刷图案，例如通过丝网印刷获得的印刷图案。使用印刷技术，可以轻松获得用于在热活性层内分配电流的复杂图案。因此，可以优化板的供暖或制冷区域。
然后，合适的添加剂可包括人造增稠剂，例如Rehovis AS 1180或Rheovis AS1125(BASF，德国)，其设计用来束缚水并使印刷涂料粘稠，以防止其通过丝网织物。这些增稠剂特别适用于丙烯酸酯类应用。其它添加剂包括盐，例如EFKA IO 6785或EFKA IO 6783(BASF，德国)，用于调节电导性。流变改性剂，例如Sterocoll BL(BASF，德国)，可用于优化粘度性能。如Disponil FES 77(BASF，德国)的表面活性剂可用于改善剪切稳定性，并在刮板施工期间实现水分离方面的改进。本文提及的添加剂仅具有指示性，本领域技术人员将发现各种替代方案以改善例如用于所需制造工艺的导电涂料。该组合物也可以基于硅酸盐/矿物基。包含溶剂或多组分的制剂也是可能的，例如紫外线固化制剂。
根据本发明的一个实施例，建筑板中包括的任何层，特别是绝缘层和/或热活性层，可以包括粘合增强剂，该粘合增强剂增加层之间的粘合和/或建筑板和任何底层之间的粘合性。在一个优选的实施粒中，所述粘合增强剂包括氧化锌晶体，优选具有四个臂的氧化锌晶体，即表现出四臂结构，例如在国际专利申请WO 2011/116751A2中所述。这种四臂晶体增加了热活性层的长期粘合性能。此外，该层的机械性能得到改善，从而允许减少粘合剂含量，从而提高了热活性层的电导性，进而降低了建筑板的功耗。而且，提高了层的柔韧性和板的整体柔韧性。因此，板可以更容易地运输、处理和工作，而没有损坏或破坏的风险。也可以使用四角氧化锌，它们至少部分地被导电材料(尤其是石墨烯)覆盖，从而进一步降低了该层的电阻。
在一个实施例中，电供暖元件和/或制冷元件布置成形成Peltier元件的分层结构，该Peltier元件可以例如通过将导电微粒材料的所述层夹在两块金属板或箔之间、或两块碳片或箔之间、或金属板或箔或碳板或箔之间而获得。外部金属板或箔代表热活性表面，根据电流极性，制冷或供暖该热活性表面，而附着在绝缘层上的内部金属板或箔则代表热交换表面，必须通过适当的供暖或制冷介质除去或提供热量。
使用Peltier元件时，板应具有以下层：绝缘板设置有由氧化铝制成的第一绝缘层。在氧化铝层上施加例如由金属网制成的导电层。随后，施加导电/导热填料/灰泥材料的层(例如2mm厚的层)，其构造成表现出半导体的特性。随后的导电层可以再次由金属网制成。最后，提供氧化铝的外层。
在某些实施例中，改性的建筑板可包括水制冷，例如用于水循环和/或Peltier元件的系统。在一个简单的实施例中，板包括例如以曲折图案的凹槽，以允许插入PVC管元件。为了获得高的热传递率，可以用如导热填料的导热材料覆盖管元件。因此，热活性层可以包括：用于制冷流体的管，其布置在设置在所述至少一层绝缘层的表面上的凹槽中；以及导热板，其布置在所述凹槽上，该导热板与所述管热接触。
在本发明的优选实施例中，建筑板设置有渐缩的边缘，从而允许用合适的灰泥或填充材料填充并整平相邻板的邻接边缘。此外，为了增加结构稳定性，可以在邻接边缘的区域中加入稳定薄纸材料。
因此，在一个实施例中，本发明的绝缘板可设置有导电层和用于使电流通过导电层的合适的电触点。
电缆、金属网或金属形式可以例如以条带的形式并入设置在建筑板中的相应腔中。
建筑板还可以包括其它设备，例如温度传感器、安全开关(例如，双金属安全开关)和相应的电缆。
一旦所有元件集成在一起，就可以应用导电层。它可以由改性的导电灰泥或填充材料组成，然后将其干燥。或者，可以使用其它制剂，例如基于棕榈油或聚苯胺的耐紫外线粘合剂。例如，可以合成基于棕榈油的聚酯粘合剂并将其与聚苯胺共混，并与马来酸一起配制以获得耐紫外线粘合剂。这种导电层代表建筑板的供暖表面。
板最终可以设置有灰泥/填充层，例如由石膏/水泥层组成。供暖层可以包括具有高导热性的材料，例如氧化铝或硼硅酸盐等。
板还可以包括集成的照相机(例如，用于面部识别)或语音识别传感器，或用于感测移动电话、智能电话、RFID芯片等的传感器，从而可以识别用户以创建用于个性化供暖/制冷的系统，并适应个性化用户群体的供暖和/或制冷情况。
在电动车辆中，本发明的建筑板可以例如用作内部衬里作为辐射供暖器，从而避免了常规的通风供暖。
可以通过使用合适的模具，将用于增加结构稳定性的组件插入模具中以及将适量的泡沫材料压入模具中并固化泡沫来获得该板。合适的模具例如可从Henneke Formbau,58849Herscheid,Germany获得。
模具的内部形式可以设置各种凹槽和肋条，以构造建筑板，例如，允许定义用于电缆管理、测量点、引入表面网格或导电灰泥或填料等的区域。
在室温下，本发明的板的绝缘层的导热率通常在λ＝0.012至0.024W m-1K-1的范围内。容积密度在100g/l至400g/l的范围内。在容积密度的上限范围内，绝缘材料具有几乎类似木材的强度。
活性供暖层的热效率通常优于80W m-2，以便使用例如包含碳粉的层获得温度达40℃的表面温度(值越低表示效率越高)。使用由碳纤维制成的网，可以实现9W m-2或更高的热效率。例如，可获得一种基于聚酯织物作为矩阵并包含碳纤维作为供暖元件的纺织物。可以使用镀银纤维来沿着供暖板的(例如垂直)边缘分配电流。使用包含石墨烯的碳基层可以实现更高的效率。
典型地，热活性供暖层可以非常薄，例如，其厚度为1mm至5mm，通常为2mm。
本发明的板的绝缘层表现出改善的耐火性能。例如，具有20mm的厚度和200g/l的容积密度的绝缘层可以暴露于燃烧器，在表面上加热至超过1200℃超过2分钟。被加热的表面没有损坏，而相反的表面达到几乎手暖温度。
本发明的建筑板可优选用于墙壁、密封和地板供暖。
优选地，优选在保护性低压通过直流电或交流电来提供电力。
在一个实施例中，板是毛细活性的，并且热活性层直接施加绝缘层上或在将支撑层预先施加到绝缘层上之后施加。
在一个实施例中，绝缘层可包括硅酸钙板，该硅酸钙板可例如用于如浴室的潮湿的房间。虽然毛细活性是例如硅酸钙板的特性，但使用的是从背面印刷的大瓷砖(通常为3mx 1m)，所得的板基本上是不透蒸汽的。
当绝缘层是热绝缘层时，电能到可用的房间供暖/制冷的转换效率可以最大化。
在一个实施例中，热活性层产生高达约50℃的表面温度，从而允许通过发射的红外辐射供暖安装有板的房间。通常，也将采用对流供暖。
优选地，各个供暖/制冷板将被分别控制，从而允许在给定的房间内创建不同的温度环境。
通常，供暖/制冷元件在操作期间将呈现恒定的电流供应。通过采用具有不同脉冲速率或脉冲宽度的脉冲电流供应，可以实现板之间不同的供暖/制冷输出。可以通过对热活性层的最大和最小表面温度的单独定义来控制各个供暖/制冷板的差异化脉冲，例如，可以通过集成的温度传感器进行测量。
室温可以由室内恒温器控制，该恒温器测量房间的总温度并为整个系统的控制单元提供数据。
在一个实施例中，热活性层和/或导电层可以包括碳纳米管，例如，具有大约5nm的直径和大约10μm的长度的纳米管，通常为该层的总固体成分的10％(重量)的浓度。可以使用这样的碳纳米管在层内提供更均匀的导热率和/或电导率，从而降低操作期间出现热点的风险。合适的纳米管以商品名TUBALLTMMATRIX 302(OCSiAl EUROPE,Luxembourg)商业化，这是一种导电添加剂，包含石墨烯纳米管，设计用于需要导电率的应用。这些纳米管形成某种“编织物”，该“编织物”还包封了其他色素，例如石墨，从而确保了电流的分配更加均匀，从而改善了供暖特性。
在优选的实施例中，使用例如丝网印刷技术的印刷技术来制造一层或多层热活性层。由于热活性层的整体几何形状对其供暖功率有很大影响，因此，对其功耗也有很大影响，因此可以根据特定要求采用印刷技术轻松地优化热活性层的几何形状。
例如，热活性层的更紧密堆积的几何结构(极端情况：全固态表面)会导致更高的热输出，但也会带来更高的能耗。通常，供暖功率(W/m2)取决于具体电阻率(Ω/m2)。因此，更开放/更薄的几何形状(高电阻)导致较低的具体供暖输出，而更密集和更厚的几何形状(较小的电阻)导致较高的具体供暖功率。
该一般概念可用于在本发明的建筑板中组合一层以上的热活性层。如果使用一层以上的热层，则这些层的热/供暖或制冷特性可以彼此不同。通过组合多个层，建筑板可以适应不同的要求。例如，致密的增强层可确保快速供暖，而条状层可用于以节能方式维持给定温度。因此，在一个实施例中，具有一层以上热活性层的建筑板也与控制装置一起使用，以独立地向每层热活性层提供电能，从而允许每个层在不同的时期操作，或者如果需要的话在类似的时期操作。分离层的各个特征可以用于个性化，因此可以以各种组合使用供暖单元。
发明人还已经观察到，本发明的建筑板上的不同涂层可对板的导热性具有很大的影响，从而降低或增加了供暖功率和能量效率。优选的是，涂层包含氧化铝，该氧化铝一方面显示出高导热性，同时仍保持热活性层的电绝缘。
附图说明
现在将参考附图中描述的某些优选实施例更详细地描述本发明。
在附图中：
图1示出了本发明的建筑板包括供暖层的示意性第一实施例；
图2示出了本发明的建筑板的边缘几何形状的各种实施例，其允许将多个建筑板结合在一起以形成大的布置；
图3示出了用于连接本发明的建筑板的替代实施例；
图4示出了本发明的建筑板的另一实施例；
图5示出了本发明的建筑板的截面图，其中，活性供暖层构造为Peltier元件；
图6示出了热活性层的供暖单元的示意性制造过程；以及
图7示出了热活性层的供暖单元的几何形状的各种实施例。
具体实施方式
图1所示的建筑板10包括绝缘层11，该绝缘层11通过使多异氰酸酯组分与含水硅酸盐组分反应而形成硅质基聚脲组合物而制成。在本示例中，绝缘层约为2cm厚。为了获得可加热的板，在绝缘层11上涂覆有热活性层12，在当前情况下，该热活性层是通过在绝缘层上涂覆2mm厚的分散在丙烯酸酯粘合剂中的微粒状石墨材料层而获得的。通过使电流流过热活性层来产生供暖效果。为此，设置控制元件13，其经由电力线14从(未示出的)电源接收电流，并且经由附接到如电触点16的连接器装置的电缆15电连接至热活性层12，以向热活性层12传递预定量的电流。热活性层的电阻取决于微粒状石墨材料中导电成分的浓度。产生的电阻决定了注入的电能的量，其转化为热能。为了完成电路，还必须设置有到地面或电源的(未显示)返回线。在其它实施例中，建筑板包括布置在其一个或多个边缘上的电触点，以将电流传递到相邻的建筑板。
通常，几个建筑板将组合成更大的布置。图2在图2a、2b和2c中示出了合适的边缘几何形状的各种实施例，其允许相邻的板组装在一起。在图2a中，两个相邻的建筑板20、30分别设有凸圆形边缘21和凹圆形边缘31。图2b示出了与图2a类似的布置，其中，相邻的板40、50设置有凸圆形边缘41和凹圆形边缘51，但是还设置有渐缩边缘区域42、52，从而在相邻的建筑板40、50的邻接区域处形成有凹部43、53。这些凹部43、53可以填充有合适的灰泥或填充材料，通常将其施加到与板40、50的外部平面齐平。图2c示出了典型的榫舌端部凹槽布置，其中，建筑板60的一个边缘设置有凹槽61，而另一建筑板70设置有榫舌71。在组装时，榫舌71装配到设置在相邻的建筑板60、70的边缘处的凹槽61中。类似于图2a和2b的实施例，图2c的实施例可设置有渐缩边缘62、72以形成凹部63、73(如图所示)或具有非渐缩边缘(未示出)。
图3示出了用于连接本发明的建筑板的替代实施例。在该实施例中，使用具有两个尖钉18、19的塑料T形连接器17来连接两个建筑板10、10'，所述两个尖钉18、19可以插入到相应的板10、10'中。当然，可以容易地想到其它连接器。例如，可以采用包括金属元件的连接器，以在相邻的板之间建立电连接。
图4示出了图1所示的建筑板10的另一替代实施例。在图4的实施例中，建筑板80还设置有绝缘层81，该绝缘层的一侧涂覆有热活性层82。此外，在绝缘层81的相对侧上，布置了背衬层83，该背衬层83不仅为板10提供额外的结构稳定性，还可以用于安装目的等。背衬层可以由任何适当的刚性塑料、金属或陶瓷材料制成，并且可以采用诸如板、网格等的任何构造。建筑板80的前表面覆盖有饰面84，例如其上的抹灰基底/灰泥基底，例如可以应用合适的矿物灰泥或填充物。表面饰面可以包括装饰元件，例如薄木板，其可以例如借助于导热粘合剂或合适的夹持系统附接到建筑板。
图5示出了本发明的实施例，其中，绝缘板90设置有施加在绝缘层91上的热电制冷器/供暖器层92。已知可以通过使用Peltier效应在两种不同类型的半导体材料的连接处之间产生热通量，通过在两个金属板之间布置p型和n型半导体可以获得电制冷/供暖效果。当电流通过热加电制冷器时，热量会从夹层结构的一侧转移到另一侧，具体取决于所施加电流的极性。在本发明的上下文中，热电制冷器/供暖器(即Peltier元件)由直接或经由中间层布置在绝缘层91上的金属内层93、具有半导体特性的石墨/石墨烯基中间层94、作为供暖/制冷元件的外部热活性表面的金属外部层95组成。
石墨/石墨烯基中间层94构造成分别具有n型和p型半导体特性的交替区域96、97。这可以通过适当地选择导电微粒材料、粘合剂材料和可选地包括的掺杂剂来实现。在图5中，n型区域96由实心圆形微粒表示，而p型区域97由空心圆形微粒表示。
当用作制冷元件时，必须除去传递到内部金属层93的热量，从而优选地设置适当的制冷回路。为此，在绝缘层91的上表面上设置凹槽98，其中制冷管99可在该凹槽中循环诸如水之类的合适的制冷介质。制冷管与内部金属层93的内表面热接触。可替代地，可以采用被动或强制的空气制冷。
同样地，在相反的不同极性下，当外金属层95用作供暖元件时，内金属层93制冷，可以通过管99提供热量给内金属层93。
根据本发明的建筑板也可以由Betol K 42T(由德国，
Figure BDA0002752839200000102
GmbH,Ludwigshafen,商业化的基于硅酸钾水溶液的无机粘合剂)和Master Roc 367Foam Part B(BASF)的组合物制成。其它合适的组合物包括Betol K 5020T(Woellner)和Master Roc367Foam PartB。
但是，也可以使用Master Roc组合物以外的其它组合物。例如，板是由BetolK5020T、作为粘合剂的水玻璃的混合物制成的，此外还加入了作为固化剂的Fabutit 748(Chemische Fabrik Budenheim KG,Buddenheim,Germany)和作为消泡剂的Warofoam 720
Figure BDA0002752839200000101
中空球体(Poraver)用作填充材料。在所有变体中，均使用3-D织物(Fraas)。为了进一步使该织物变硬，将玄武岩条另外插入该织物中。这使得长度为2.7m的易于管理的板具有更高的刚度。
此外，中空球体、水泥、水和Contopp发泡剂SFS 3的混合物也可用于生产包含3-D织物和玄武岩棒的建筑板。
可以使用具有例如低至5W的功耗以产生40℃温度的织物。
可以考虑建筑板的其它应用：例如，作为自由悬挂的面板、球体、立方体、椭圆形管或其它形式，由于其出色的声学特性，自由悬挂的“辐射器”还可用于显着改善室内声学。供暖表面可以应用于所有侧面，包括管子内部或其它中空形式。通过额外使用电离模块，此类中空形式也可以实现健康效益。也可以将照明装置并入其中。
本发明的建筑板可以用作办公室隔墙。它们具有出色的声学特性，能够更直接地供暖工作区域，从而节省能源。还可以将针对电磁辐射的屏蔽特性并入其中。
在本发明的优选实施例中，本发明的建筑板的热活性层包括多个供暖单元，其可以根据所涉及的布线和控制电路的复杂性而联合、分组或甚至单独操作。图6示出了这些供暖单元100的示意性制造过程，该过程通过印刷由具有一定电阻率的材料制成的导电结构来将电流转换成热。在图6a所示的印刷步骤1中，将正极101及其电源布线102印刷在电绝缘基底上。另外，示出了用于将单元100与相邻单元连接的连接线103。在第二步中，将电绝缘层(未显示)印刷在未覆盖正极本身的电源和连接布线上。在步骤2中提供的绝缘层上，印刷有负极104(在图6的示例中具有矩形构造)和连接正极101和负极104的供暖丝105，从而得到图6b所示的构造。负极104通过负极电源线106连接到电流源。图6c示出了如何在热活性层内布置多个单独单元100。在此示例中，一列内的单元可以共同操作，但如果需要，可以分别操作各个列。供暖单元本身可以具有任何构造，例如圆形或多边形。如果需要更复杂的布置和更精细的控制，则打印步骤的数量可以超过三个。
图7显示了由不同供暖单元设计组成的各种热活性层。在图7a中，热活性层由多个方形供暖单元100组成，每个供暖单元包括多个线性供暖丝105。图7b示出了包括多个线性供暖条/丝105的热活性层，而图7c示出了多个zic-zac供暖条/丝105。图7d、e和f分别示出了多边形(特别是六边形)、圆形和椭圆形的供暖丝105。图7g和7h分别示出了没有供暖结(图7g)和具有供暖节点107(图7h)的供暖丝105的简单的矩形网格结构和三角形网格结构。供暖节点107是供暖丝105的加厚的交叉点，从而允许在特定位置产生更多的热。图7i显示了供暖丝105的菱形图案。在该示例中，供暖节点107不是设置在丝的每个交叉点处，而是设置在旨在获得预先设计的供暖图案的特定位置处。图7j显示了供暖丝的鱼骨图案。在该示例中，供暖丝分为连接到正极的供暖丝105a和连接到负极的供暖丝105b。丝之间的电连续性是通过导电层材料108的补片建立的，例如基于导电碳化合物(例如，方晶石、石墨烯及其组合)的层材料。最后，图7k显示了供暖丝105的混沌图案。
应当指出，丝的几何形状可以调整为使得在热活性层的边界附近丝的堆积更紧密以提供改善的电流。此外，任何所描绘的图案都可以以单层或多层的构造布置。

Claims (15)

1.建筑板，其包括：
至少一层绝缘层，
至少一层热活性层，所述热活性层至少包括电供暖元件和/或电制冷元件；以及
连接器装置，其用于将所述至少一层热活性层连接到电流源。
2.根据权利要求1所述的建筑板，其中，所述至少一层绝缘层包括由发泡第一硅质基聚脲组合物制成的泡沫和稳定材料，所述发泡第一硅质基聚脲组合物由包含多异氰酸酯和含水硅酸盐的成分反应获得。
3.根据权利要求2所述的建筑板，其中，所述稳定材料包括由非发泡第二硅质基聚脲组合物获得的树脂，所述非发泡第二硅质基聚脲组合物由包含多异氰酸酯和含水硅酸盐的成分反应获得，其中所述非发泡第二硅质基聚脲具有比所述发泡第一硅质基聚脲组合物更高的所述含水硅酸盐浓度。
4.根据权利要求1所述的建筑板，其中，所述至少一层绝缘层包括由聚苯乙烯组合物制成的硬质泡沫和稳定材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的建筑板，其中，所述稳定材料包括由玻璃、碳、玄武岩和芳族聚酰胺纤维制成的二维织物或三维织物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的建筑板，其中，所述至少一层绝缘层包括无机填充材料。
7.根据权利要求6所述的建筑板，其中，所述无机填充材料选自二氧化硅微球、颗粒或纤维中的一种或多种。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的建筑板，其中，所述电供暖元件和/或制冷元件包括一层或多层导电层。
9.根据权利要求8所述的建筑板，其中，所述导电层包括由金属板或金属网制成的一层或多层。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的建筑板，其中，所述导电层包括由二维半导体制成的一层或多层。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的建筑板，其中，所述导电层包括分散在粘合剂中的一层或多层石墨，优选分散在丙烯酸酯粘合剂中，导电层包括30％至96％重量的石墨和4％至30％重量的粘合剂和0至40％重量的功能添加剂。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的建筑板，其中，所述导电层包括印刷图案。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的建筑板，其中，所述绝缘层和/或所述至少一层热活性层包括粘合增强剂。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的建筑板，其中，所述电供暖元件和/或制冷元件包括peltier元件层。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的建筑板，其中，所述热活性层包括：用于制冷流体的管，所述管布置在设置于所述至少一层绝缘层的表面上的凹槽中；以及导热板，其布置在所述凹槽上，所述导热板与所述管热接触。
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