DE102018000406A1 - Werkstoff mit freuchtigkeitsabhängiger elektrischer Leitfähigkeit und Feuchtigkeitssensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung eines für begrenzte Zeit bei Raumtemperatur formbaren Gemenges, welches nach der Formgebung unter Bildung eines Funktionswerkstoffes mit feuchtigkeitssensitiver spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aushärtet, bestehend aus
A) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikate, Aluminiumsilikate, Kalk und Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltende, optional chemisch modifizierte Naturstoffe,
B) mindestens eine von Komponente A verschiedene, in Anwesenheit von Wasser bewegliche Ionen bildende Verbindung,
C) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Wasser, wässrige Polymerdispersionen und reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanzen oder Mischungen bei der Aushärtung des Gemenges durch chemische Reaktion ein Polymer bilden, und
D) optional weiteren Zusatzstoffen, ein aus einer solchen Zusammensetzung hergestelltes formbares Gemenge, einen durch Aushärtung eines solchen formbaren Gemenges erhaltenen Funktionswerkstoff, die Verwendung einer solchen Zusammensetzung, eines solchen formbaren Gemenges und eines solchen Funktionswerkstoffes zur Herstellung einer Vorrichtung zur großflächigen Detektion von Feuchtigkeit in Baustrukturen, Bauelementen oder Werkstücken oder zur Detektion von Leckagen in wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen, eine solche Vorrichtung sowie ein Bauelement enthaltend eine solche Vorrichtung.

Description

  • Die Anmeldung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung eines für begrenzte Zeit bei Raumtemperatur formbaren Gemenges, welches nach der Formgebung unter Bildung eines Funktionswerkstoffes mit feuchtigkeitssensitiver spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aushärtet, ein aus einer solchen Zusammensetzung hergestelltes formbares Gemenge, einen durch Aushärtung eines solchen formbaren Gemenges erhaltenen Funktionswerkstoff, die Verwendung einer solchen Zusammensetzung, eines solchen formbaren Gemenges und eines solchen Funktionswerkstoffes zur Herstellung einer Vorrichtung zur großflächigen Detektion von Feuchtigkeit in Baustrukturen, Bauelementen oder Werkstücken oder zur Detektion von Leckagen in wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen, eine solche Vorrichtung sowie ein Bauelement enthaltend eine solche Vorrichtung.
  • In Baustrukturen, Bauelemente oder Werkstücke beispielsweise durch Leckagen an wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen eindringende oder aufgrund mangelhafter Raumbelüftung oder Luftzirkulation verbunden mit Kältebrücken kondensierende Feuchtigkeit kann zu erheblichen Bauschäden oder langfristig zu Schimmelbildung führen, wenn sie nicht frühzeitig detektiert wird.
  • Hierfür grundsätzlich geeignete Feuchtesensoren und Feuchtemessgeräte sind im Stand der Technik vielfältig beschrieben.
  • US 3,356,979 A beispielsweise offenbart einen Sensor zur Bestimmung der Feuchtigkeit in Gasen basierend auf einem feuchteempfindlichen elektrischen Widerstand enthaltend ein Elektrodensystem, welches in einem Gipsmörtel-Block eingebettet ist.
  • US 5,179,347 A offenbart einen Feuchtesensor enthaltend ein perforiertes Gehäuse aus einem leitfähigen Metall, welches einen Hohlraum bildet, wobei dieser Hohlraum mit einem porösen Filter ausgekleidet ist und eine granulare Matrix aus Quarzsand in Kontakt mit einer kompaktierten Gips-Tablette und Elektroden enthält.
  • Derartige Sensoren und Messgeräte eignen sich zum Nachweis von Feuchtigkeit in Raumluft und auch zum örtlich punktuellen Nachweis von Feuchtigkeit in Baustrukturen. Es müssen aber viele Einzelmessungen an unterschiedlichen Stellen durchgeführt werden, um sicher einen großflächigen Nachweis von nur örtlich punktuell in Baustrukturen, Bauelemente oder Werkstücke eindringender oder kondensierender Feuchtigkeit zu führen. Dieses ist umständlich, sofern nicht genau bekannt ist, ob und wo die Feuchtigkeit in Baustrukturen eindringt oder kondensiert. Insofern erfolgen solche Messungen in der Regel nur bei konkretem Verdacht auf eindringende oder kondensierende Feuchtigkeit und somit meist erst zu spät, um einer Schadensausbreitung rechtzeitig wirksam entgegenwirken zu können. Für einen präventiven großflächigen Nachweis von nur örtlich punktuell in Baustrukturen, Bauelemente oder Werkstücke eindringender oder kondensierender Feuchtigkeit in einer einzigen Messung eignen sich die Vorrichtungen des Standes der Technik dagegen nicht.
  • Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, Baustoffe und Bauelemente funktional zu modifizieren, beispielsweise elektrisch leitfähig auszurüsten.
  • WO 2006/016200 A1 beispielsweise offenbart ein elektrisch leitfähiges Baumaterial zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung und Wärme enthaltend Gips, Graphit-Partikel und amorphen Kohlenstoff.
  • US 5,908,584 A offenbart elektrisch leitfähigen Beton enthaltend eine Mischung aus Graphit, amorphen Kohlenstoff, Sand und ein Zement-Bindemittel zur Herstellung von Beschichtungen, Mörtel und Bauelementen.
  • EP 1 749 805 B1 offenbart Gipsbaustoffe mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit und Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlen enthaltend gemahlenes kompaktiertes Graphitexpandat in einem Anteil von 5 bis 50 %.
  • WO 2011/095634 A1 offenbart eine Gipskartonplatte und ein Verfahren zur Herstellung einer Gipskartonplatte enthaltend eine Gipsmatrix und 0,1 bis 10 Gew.-% Kohlenstoffpartikel, wobei die Partikelgröße (D50) der Kohlenstoffpartikel im Bereich von 0,5 bis 4 mm liegt.
  • Diese Baustoffe und Bauelemente sind zwar elektrisch leitfähig, allerdings ist ihre elektrische Leitfähigkeit weitgehend feuchteunabhängig. Sie eignen sich daher auch nicht als Basis für eine Vorrichtung zum großflächigen Nachweis von nur örtlich punktuell in Baustrukturen, Bauelemente oder Werkstücke eindringender oder kondensierender Feuchtigkeit in einer einzigen Messung.
  • Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, einen wasserabsorbierenden und/oder wasseradsorbierenden Funktionswerkstoff mit gegenüber dem Stand der Technik erhöhter und feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit bereitzustellen, der aus einem bei Raumtemperatur für begrenzte Zeit formbaren und nach der Formgebung selbständig bei Raumtemperatur oder zur Beschleunigung des Prozesses bei höheren Temperaturen aushärtendem Gemenge in industriellen Verfahren und Anlagen hergestellt werden kann, sich aber auch zur vor Ort-Herstellung und Formgebung im Bauwesen sowohl für den professionellen Handwerkereinsatz wie auch für den Heimwerker-Einsatz eignet, um daraus individuell geformte Baustrukturen, Bauelemente oder Werkstücke herzustellen, deren feuchtigkeitsabhängige elektrische Leitfähigkeit sich zum großflächigen Nachweis auch von nur örtlich punktuell in Baustrukturen, Bauelemente oder Werkstücke eindringender oder kondensierender Feuchtigkeit, bevorzugt in nur einer singulären Messung eignet. Damit verbundenes Ziel ist es, Feuchtigkeitsschäden im Bauwesen durch irreversible Veränderung der Beschaffenheit von Bau- oder Werkstoffen und durch eindringende oder kondensierende Feuchtigkeit verursachter Schimmelbildung rechtzeitig entgegen wirken zu können.
  • Über die zuvor beschriebene Aufgabe der Erfindung hinaus ist es für einen solchen Funktionswerkstoff erstrebenswert, dass die Änderung seiner spezifischen elektrischen Leitfähigkeit mit der Änderung der Feuchtigkeit seiner unmittelbaren Umgebung über mehrere Feuchteaufnahme-Feuchteabgabe-Zyklen reversibel erfolgt, dass die Feuchtigkeit und damit die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Funktionswerkstoffes möglichst schnell auf eine Änderung der Feuchtigkeit seiner Umgebung reagiert und dass die Integrität des Werkstoffs insoweit unabhängig ist von seinem Wassergehalt, dass die sonstigen beabsichtigten Funktionen und Eigenschaften des Funktionswerkstoffes, beispielsweise seine mechanische Stabilität, davon zumindest im Rahmen der Anforderungen der konkreten Anwendung unbeeinflusst bleiben. Weiterhin ist es für solche Funktionswerkstoffe insbesondere erstrebenswert, dass die spezifische elektrische Leitfähigkeit im feuchten Zustand gegenüber solchen Werkstoffen des Standes der Technik mit ähnlichen Eigenschaften verbessert wird. Dieses ist erforderlich, um zu gewährleisten, dass auch bei nur örtlich punktuell in großflächige, solche Funktionswerkstoffe enthaltende Baustrukturen, Bauelemente oder Werkstücke eindringender oder kondensierender Feuchtigkeit eine ausreichend große Änderung ihres elektrischen Widerstandes bewirkt wird, um diese damit sicher nachzuweisen.
  • Es wurde gefunden, dass Zusammensetzungen bestehend aus
    1. A) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikate, Aluminiumsilikate, Kalk und Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltende, optional chemisch modifizierte Naturstoffe,
    2. B) mindestens eine von Komponente A verschiedene, in Anwesenheit von Wasser bewegliche Ionen bildende Verbindung,
    3. C) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Wasser, wässrige Polymerdispersionen und reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanzen oder Mischungen durch chemische Reaktion ein Polymer bilden, und
    4. D) optional weiteren Zusatzstoffen,
    sich zur Herstellung eines bei Raumtemperatur für begrenzte Zeit formbaren Gemenges, welches nach der Formgebung unter Bildung eines Funktionswerkstoffes mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aushärtet, eignen und diese die erfindungsgemäße Aufgabe erfüllen.
  • In einer speziellen Ausführungsform handelt es sich bei Komponente A um mindestens einen Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikate, Aluminiumsilikate und Kalk, bevorzugt um mindestens einen Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikate und Aluminiumsilikate, besonders bevorzugt um Gips. In dieser speziellen Ausführungsform kommt als Komponente C bevorzugt Wasser zum Einsatz. Aus solchen Zusammensetzungen können mineralische Funktionswerkstoffe mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei Komponente A um mindestens einen Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltenden, optional chemisch modifizierten Naturstoff, bevorzugt um Holz und bei der Komponente C um einen Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend wässrige Polymerdispersionen und reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanzen oder Mischungen durch chemische Reaktion ein Polymer bilden. Bevorzugt kommt in dieser Ausführungsform als Komponente A ein Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltender, optional chemisch modifizierter Naturstoff, besonders bevorzugt Holz und als Komponente C eine wässrige Polymerdispersion zum Einsatz. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei Komponente A um einen Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltenden, optional chemisch modifizierten Naturstoff, besonders bevorzugt um Holz und bei Komponente C um eine reaktive Substanz oder eine Mischung von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanz oder diese Mischung durch chemische Reaktion ein Polymer bilden.
  • Die für begrenzte Zeit formbaren Gemenge werden erhalten durch Vermischen der Komponenten A bis D. Dieses Vermischen kann in einem einzigen Verfahrensschritt geschehen. Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Komponenten in mehreren aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten, das heißt sukzessive zu vermischen. Insbesondere kann es sinnvoll sein, Komponente B oder eine Teilmenge der Komponente B mit Komponente C oder einer Teilmenge der Komponente C vorzumischen, beispielsweise durch Lösen der Komponente B in Wasser zunächst eine wässrige Lösung der Komponente B herzustellen und diese in einem zweiten Verfahrensschritt mit den restlichen Komponenten der Zusammensetzung zu vermischen. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform werden die Komponenten A und B und optional ein Teilmenge oder die Gesamtmenge der Komponente D zunächst vor der Zugabe der Komponente C vorgemischt. Insbesondere bei Verwendung von Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltenden, optional chemisch modifizierten Naturstoffen als Komponente A ist es bevorzugt, die Komponenten A und/oder B oder eine Teilmenge der Komponenten A und/oder B zunächst mit etwas Wasser als Teilkomponente der Komponente C zu beaufschlagen und die Komponenten A, B und diese Teilkomponente der Komponente C vorzumischen, bevor weitere Teilkomponenten der Komponente C hinzugegeben werden. Dadurch wird eine bessere Homogenität der Gemenge, insbesondere eine gleichförmigere Verteilung der Komponente B in den ausgehärteten Werkstoffen erzielt. Hierdurch wiederum wird sichergestellt, dass die ausgehärteten Werkstoffe ortsunabhängige Eigenschaften, insbesondere eine gleichförmig (d.h. makroskopisch ortsunabhängig) von der Materialfeuchte abhängige spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
  • In bevorzugter Ausführungsform kommen die Komponenten A, B und D in feinteiliger Form, beispielsweise als Pulver, in feinkristalliner Form, als Fasern, Plättchen, Schuppen oder Späne, besonders bevorzugt als Pulver zum Einsatz. In den in dieser bevorzugten Ausführungsform zum Einsatz kommenden Pulvern der Komponenten A, B und D weisen diese Substanzen eine mittlere Korngröße von maximal 1 mm, bevorzugt maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt maximal 0,2 mm, am stärksten bevorzugt maximal 0,1 mm auf. In den in dieser bevorzugten Ausführungsform zum Einsatz kommenden Pulvern der Komponenten A, B und D weisen diese Substanzen eine mittlere Korngröße von bevorzugt minimal 1 µm, bevorzugt minimal 2 µm, besonders bevorzugt minimal 5 µm, am stärksten bevorzugt minimal 10 µm auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommt die Komponente A als Pulver mit einer mittleren Korngröße in Bereich von 1 µm bis 1 mm, bevorzugt von 2 µm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 5 µm bis 0,2 mm, am stärksten bevorzugt von 10 µm bis 0,1 mm zum Einsatz. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommen die Komponenten A und B als Pulver mit einer mittleren Korngröße in Bereich von 1 µm bis 1 mm, bevorzugt von 2 µm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 5 µm bis 0,2 mm, am stärksten bevorzugt von 10 µm bis 0,1 mm zum Einsatz. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommen die Komponente A, B und D als Pulver mit einer mittleren Korngröße in Bereich von 1 µm bis 1 mm, bevorzugt von 2 µm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 5 µm bis 0,2 mm, am stärksten bevorzugt von 10 µm bis 0,1 mm zum Einsatz.
  • Als mittlere Korngröße dient dabei der D50-Wert. Dieses ist die Korngröße, die von einem Anteil von genau 50 Gew.-% der Partikel jeweils über- und unterschritten wird. Als Korngröße gilt dabei der hydrodynamische Durchmesser ermittelt durch Sedimentationsanalyse gemäß DIN 66111 (Version 02-1989).
  • In bevorzugter Ausführungsform kommt die Komponente B, bezogen auf die Summe der Gewichtanteile der Komponenten A und B, in einem Anteil von 0,01 bis 15 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt von 0,1 bis 6 Gew.-Teilen, am stärksten bevorzugt von 0,5 bis 2 Gew.-Teilen zum Einsatz, wobei sich die Gew-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
  • Komponente C kommt in bevorzugter Ausführungsform in einem Anteil von 1 bis 500 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt in einem Anteil von 5 bis 200 Gew.-Teilen, am stärksten bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 100 Gew.-Teilen, jeweils bezogen die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, zum Einsatz, wobei sich die Gew-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
  • Komponente D kommt in bevorzugter Ausführungsform in einem Anteil von 0 bis 10 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt in einem Anteil von 0,01 bis 5 Gew.-Teilen, am stärksten bevorzugt in einem Anteil von 0,1 bis 2 Gew.-Teilen, jeweils bezogen die Summe der Gewichtanteile der Komponenten A und B, zum Einsatz, wobei sich die Gew-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, unabhängig von den Mengenanteilen der Komponenten A, B und C, frei von Komponente D.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bestehen die Zusammensetzungen aus
    • - 85 bis 99,99 Gew.-Teilen, bevorzugt 94 bis 99,9 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 98 bis 99,5 Gew.-Teilen jeweils bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, an Komponente A,
    • - 0,01 bis 15 Gew.-Teilen, bevorzugt 0,1 bis 6 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.-Teilen, jeweils bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, an Komponente B,
    • - 1 bis 500 Gew.-Teilen, bevorzugt 5 bis 200 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 10 bis 100 Gew.-Teilen, jeweils bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, an Komponente C und
    • - 0 bis 10 Gew.-Teilen, bevorzugt 0,01 bis 5 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-Teilen, jeweils bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, an Komponente D,
    wobei sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
  • Beispiele und bevorzugte Ausführungsformen der Komponenten A bis D werden weiter unten im Kapitel „Beschreibung der Komponenten der Zusammensetzungen“ beschrieben und erläutert.
  • Die aus den Zusammensetzungen hergestellten Gemenge sind für begrenzte Zeit bei Raumtemperatur formbar. Unter Raumtemperatur wird hierbei eine Temperatur im Bereich von 5 bis 50°C, bevorzugt im Bereich von 10 bis 40°C, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 35°C verstanden. Nach der Verarbeitung härten sie bei Raumtemperatur selbständig aus. Die Zeit, in der die aus den Zusammensetzungen hergestellten Gemenge formbar sind, kann in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung, insbesondere in Abhängigkeit von der Art und Menge der eingesetzten Komponte C im Bereich von wenigen Sekunden bis mehreren Tagen liegen. Die aus den Zusammensetzungen hergestellten Gemenge werden bevorzugt bei Raumtemperatur verarbeitet und auch bevorzugt bei Raumtemperatur ausgehärtet. Die Formung und Aushärtung der Gemenge kann beispielsweise zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften der Gemenge, zur Beschleunigung des Aushärtungsprozesses oder zur Verlängerung der Zeit, in der sich die Gemenge formen lassen, bei vielen der erfindungsgemäßen Gemenge auch bei einer gegenüber Raumtemperatur erhöhten oder erniedrigten Temperatur erfolgen. Dieses kann insbesondere für industrielle Herstellprozesse von Vorteil sein.
  • Die aus den Zusammensetzungen hergestellten, für begrenzte Zeit formbaren Gemenge eignen sich beispielsweise als Putz-, Fugenfüll-, Spachtel- und Mörtelmassen für den Einsatz im Bauwesen.
  • Die durch Aushärtung der für begrenzte Zeit formbaren Gemenge erhaltenen Baustoffe, mineralischen Werkstoffe und Holz- oder Holzverbundwerkstoffe sind so beschaffen, dass sie in Kontakt mit Wasser, Wasser enthaltenden Gemengen, Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltenen Atmosphären Wasser adsorbieren oder absorbieren und sich dabei ihre spezifische elektrische Leitfähigkeit um bevorzugt mindestens den Faktor 100, besonders bevorzugt mindestens den Faktor 250, weiter bevorzugt mindestens den Faktor 500, am stärksten bevorzugt mindestens den Faktor 1000 erhöht.
  • In bevorzugter Ausführungsform sind die durch Aushärtung der für begrenzte Zeit formbaren Gemenge erhaltenen Baustoffe, mineralischen Werkstoffe und Holz- oder Holzverbundwerkstoffe porös, bevorzugt makroporös. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die makroporösen Werkstoffe zusätzlich Mesoporen und/oder Mikroporen auf. Dabei versteht man unter Makroporen solche Poren mit einem Durchmesser von > 50 nm, unter Mesoporen solche Poren mit einem Durchmesser von 2 bis 50 nm und unter Mikroporen solche Poren mit einem Durchmesser < 2 nm. Die Porosität und die Porengrößenverteilung der Werkstoffe lässt sich beispielweise über Quecksilber-Porosimetrie und Stickstoffabsorption bei tiefen Temperaturen (BET-Methode) ermitteln.
  • Ein Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, der erfindungsgemäßen formbaren Gemenge und der erfindungsgemäßen Funktionswerkstoffe zur Herstellung eines Feuchtigkeitssensors oder zur Herstellung einer Vorrichtung, die zur großflächigen Detektion von Feuchtigkeit in Baustrukturen, Bauelementen oder Werkstücken oder zur Detektion von Leckagen in wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen dient.
  • Eine weitere Aufgabe bestand in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur großflächigen Detektion auch von nur örtlich punktuell in Baustrukturen, Bauelemente oder Werkstücke eindringender oder kondensierender Feuchtigkeit sowie zur großflächigen Detektion von örtlich punktuellen Leckagen in wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen. Damit verbundenes Ziel ist es, Feuchtigkeitsschäden im Bauwesen durch irreversible Veränderung der Beschaffenheit von Bau- oder Werkstoffen und durch eindringende oder kondensierende Feuchtigkeit verursachter Schimmelbildung rechtzeitig entgegen wirken zu können oder eine Regelkreis für eine energieeffizientere Raumbelüftung zu schalten, die für ein gesundes und einer Schimmelbildung in Baustrukturen vorbeugendes Raumklima sorgt.
  • Es wurde gefunden, dass eine Vorrichtung enthaltend zwei an keiner Stelle miteinander in unmittelbarem Kontakt stehende metallische Elektroden und eine mit diesen beiden Elektroden in unmittelbarem Kontakt stehende und diese Elektroden räumlich trennende Schicht aus einem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt aus einer Zusammensetzung bestehend aus
    1. A) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikate, Aluminiumsilikate, Kalk und Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltende, optional chemisch modifizierte Naturstoffe,
    2. B) mindestens eine von Komponente A verschiedene, in Anwesenheit von Wasser bewegliche Ionen bildende Verbindung,
    3. C) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Wasser, wässrige Polymerdispersionen und reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanzen oder Mischungen durch chemische Reaktion ein Polymer bilden, und
    4. D) optional weiteren Zusatzstoffen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    • - es sich bei der ersten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Folie, Lochfolie, Platte, Lochplatte oder ein optional dreidimensional geformtes Netz, ein Rohr, einen optional gebogenen Stab oder Draht oder einen anderweitigen dreidimensionalen Körper handelt, wobei diese erste metallische Elektrode auch einer weiteren Funktion dienen kann, und
    • - bei der zweiten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Lochfolie, Lochplatte, ein optional dreidimensional geformtes Netz, einen mit Löchern versehenen Hohlzylinder, eine Spirale oder eine anderweitige dreidimensionale Struktur handelt, die geometrisch so gestaltet ist, dass Feuchtigkeit in die die Elektroden trennende Schicht aus dem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit eindringen kann, wobei eine oder beide Elektroden optional vollständig oder partiell durch den Werkstoff in der die Elektroden trennenden Schicht umschlossen sein können und wobei diese Anordnung über elektrische Anschlüsse an den beiden Elektroden in einem elektrischen Stromkreis als elektrischer Widerstand geschaltet und an die beiden Elektroden eine elektrische Spannung angelegt wird, wobei die in einem solchen Stromkreis gemessene Stromstärke als Messgröße dient, die für einen definierten Aufbau der Vorrichtung und bei definierter Temperatur in eindeutiger Weise mit der Feuchtigkeit des die Elektroden trennenden Werkstoffs in der Vorrichtung korreliert,
    sich zur Detektion von Feuchtigkeit in Baustrukturen, Bauelementen oder Werkstücken und zur Detektion von Leckagen in wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen eignet und somit diese weitere erfindungsgemäße Aufgabe erfüllt.
  • Für die zur Herstellung solcher erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Einsatz kommenden Zusammensetzungen und Werkstoffe gelten dieselben Vorzugsbereiche wie zuvor bereits offenbart.
  • Die beiden Elektroden haben an jeder Stelle in bevorzugter Ausführungsform einen Abstand von maximal 20 mm, weiter bevorzugt maximal 10 mm, besonders bevorzugt maximal 5 mm, am stärksten bevorzugt maximal 2 mm. Weiterhin beträgt der Abstand der beiden Elektroden in bevorzugter Ausführungsform an jeder Stelle minimal 1 mm.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine großflächige Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit in Kontakt stehende Oberfläche mindestens einer der beiden Elektroden, bevorzugt beider Elektroden jeweils mindestens 10 cm2, bevorzugt mindestens 100 cm2, besonders bevorzugt mindestens 1000 cm2, am stärksten bevorzugt mindestens 1 m2 beträgt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich
    • - bei der ersten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Folie, Lochfolie, Platte, Lochplatte oder ein optional dreidimensional geformtes Netz und
    • - bei der zweiten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Lochfolie, Lochplatte oder ein optional dreidimensional geformtes Netz.
  • In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich
    • - bei der ersten metallischen Elektrode um ein Rohr und
    • - bei der zweiten metallischen Elektrode um ein mit Löchern versehenen Hohlzylinder oder eine Spirale.
  • In bevorzugter Ausführungsform steht die erfindungsgemäße Vorrichtung in unmittelbarem Kontakt zu der Baustruktur, dem Bauelement oder dem Werkstück, dessen Feuchtigkeit detektiert werden soll. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein integraler Bestandteil der Baustruktur, des Bauelements oder des Werkstücks, dessen Feuchtigkeit detektiert werden soll.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vollständig oder teilweise eingebettet oder vollständig oder partiell beschichtet von einem weiteren Baustoff, mineralischem Werkstoff oder Holzwerkstoff, welcher verschieden ist von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht in der Vorrichtung.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung vollständig oder teilweise eingebettet oder vollständig oder partiell beschichtet von einem weiteren Baustoff, mineralischem Werkstoff oder Holzwerkstoff, der sich von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht in der Vorrichtung mindestens im Gehalt an Komponente B, bezogen auf die Masse der jeweiligen ausgehärteten Werkstoffe unterscheidet.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung vollständig oder teilweise eingebettet oder vollständig oder partiell beschichtet von einem weiteren Baustoff, mineralischem Werkstoff oder Holzwerkstoff, der sich von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht in der Vorrichtung mindestens dahingehend unterscheidet, dass der Gehalt an Komponente B bezogen auf die Masse des ausgehärteten weiteren Baustoffs, mineralischen Werkstoffs oder Holzwerkstoffs um mindestens den Faktor 10, bevorzugt mindestens den Faktor 50, besonders bevorzugt mindestens den Faktor 100 niedriger ist als der entsprechende Gehalt an Komponente B in dem ausgehärteten Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung vollständig oder teilweise eingebettet oder vollständig oder partiell beschichtet von einem weiteren Baustoff, mineralischem Werkstoff oder Holzwerkstoff, der sich von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht in der Vorrichtung ausschließlich im Gehalt an Komponente B, bezogen auf die Masse der jeweiligen ausgehärteten Werkstoffe unterscheidet.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung vollständig oder teilweise eingebettet oder vollständig oder partiell beschichtet von einem weiteren Baustoff, mineralischem Werkstoff oder Holzwerkstoff, der sich von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht in der Vorrichtung ausschließlich dahingehend unterscheidet, dass der Gehalt an Komponente B bezogen auf die Masse des ausgehärteten weiteren Baustoffs, mineralischen Werkstoffs oder Holzwerkstoffs um mindestens den Faktor 10, bevorzugt mindestens den Faktor 50, besonders bevorzugt mindestens den Faktor 100 niedriger ist als der entsprechende Gehalt an Komponente B in dem ausgehärteten Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht.
  • In einer stärker bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung vollständig oder teilweise einbettet oder vollständig oder partiell beschichtet von einem weiteren Baustoff, mineralischem Werkstoff oder Holzwerkstoff, der im Wesentlichen frei ist und in der am stärksten bevorzugten Ausführungsform frei ist von Komponente B.
  • Durch diese Einbettung in oder Beschichtung mit einem weiteren Baustoff, mineralischem Werkstoff oder Holzwerkstoff, der sich von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht mindestens im Gehalt an Komponente B bezogen auf die Masse des ausgehärteten Baustoffs, mineralischen Werkstoffs oder Holzwerkstoffs unterscheidet, wird eine gute mechanische Stabilität der Vorrichtung im feuchten Zustand auch dann erhalten, wenn die die Elektroden trennende Schicht einen vergleichsweise hohen Gehalt an Komponente B aufweist. Deshalb kann in dieser Ausführungsform der Gehalt an Komponente B weiter erhöht werden, ohne die beabsichtigte Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zu gefährden. In einer solchen Vorrichtung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gehalt an Komponente B 0,01 bis 20 Gew.-Teile, weiter bevorzugt 0,1 bis 15 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 0,5 bis 12 Gew.-Teile, jeweils bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung Teil eines Bauelements, beispielsweise eines Mauerelements, einer optional mehrlagigen dekorativen Mauerwerksbeschichtung, eines Fußbodenaufbaus oder Fußbodenelements, beispielsweise einer Fußbodendiele, eines Fertigparkettelements, eines Fußbodenlaminatelements oder eines Estrichaufbaus, einer Wärmedämmplatte, eines Wandelements, beispielsweise einer Holzpaneele, einer Gipsbauplattenkonstruktion, einer Betonbauplattenkonstruktion oder einer Holzverbundwerkstoffplattenkonstruktion, beispielsweise einer Pressspan- oder Faserverbundwerkstoffplattenkonstruktion. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung Teil einer optional mehrlagigen dekorativen Mauerwerksbeschichtung, eines Estrichaufbaus, einer Gipsbauplattenkonstruktion oder einer Holzverbundwerkstoffplattenkonstruktion. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung Teil einer optional mehrlagigen dekorativen Mauerwerkbeschichtung oder Gipsbauplattenkonstruktion. In einer alternativen besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung Teil einer Holzverbundwerkstoffplattenkonstruktion.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Elektrode um mindestens einen Bestandteil einer aus Metall bestehenden oder Metall enthaltenden wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitung, eines wasserführenden oder wasserenthaltenden Behältnisses oder einer wasserführenden oder wasserenthaltenden Anlage. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt sich bei der Elektrode um ein Wasserrohr, eine Muffe, einen Flansch oder einen Hahn, wobei das Wasserrohr, die Muffe, der Flansch oder der Hahn bevorzugt aus Kupfer besteht, und wobei das Wasserrohr, die Muffe, der Flansch oder der Hahn äußerlich vollständig oder partiell mit einer Schicht aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit ummantelt wird und diese Ummantelung in direkten Kontakt mit der zweiten Elektrode steht. Bei der zweiten Elektrode handelt es sich in dieser bevorzugten Ausführungsform bevorzugt um eine geformte Lochfolie, ein geformtes Netz, einen mit Löchern versehenen Hohlzylinder (d.h. mit anderen Worten ein zweites mit Löchern versehenes Rohr) oder eine Spirale. Zur Erzielung einer besseren mechanischen Stabilität wird diese Vorrichtung bevorzugt zumindest partiell in eine weitere Schicht eingebettet oder zumindest partiell beschichtet, wobei diese weitere Schicht bevorzugt aus einem weiteren Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff besteht, der sich von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht mindestens, besonders bevorzugt ausschließlich in dem Gehalt an Komponente B unterscheidet. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform besteht diese weitere Schicht aus einem Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff, der im Wesentlichen frei, in am stärksten bevorzugter Ausführungsform frei ist von Komponente B.
  • Beschreibung der Komponenten der Zusammensetzungen
  • Im Folgenden werden die Komponenten A bis D der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen beispielhaft weiter beschrieben und erläutert, wobei diese Beschreibungen ausschließlich der Veranschaulichung dienen und den Umfang möglicher weiterer als Komponenten A bis D geeigneter Ausführungsformen in keiner Art und Weise einschränken sollen.
  • Komponente A
  • Bei dem als Komponente A geeignetem Gips handelt es sich bevorzugt um Calciumsulfat-Dihydrat (Ca[SO4]·2H2O). Es kann sowohl als Mineral abgebauter Gips wie auch in industriellen Verfahren als Ziel- oder Nebenprodukt erhaltener, synthetisch hergestellter Gips zum Einsatz kommen. Mineralischer Gips enthält naturgemäß in der Regel kleinere Mengen an Beimischungen anderer Mineralien wie Anhydrit (wasserfreies Calciumsulfat), Quarz oder Tonminerale. Im Rahmen dieser Erfindung werden unter dem Begriff „Gips“ auch solche durch Abbau mineralischer Vorkommen und durch natürliche oder technische Vermahlung gewonnene Produkte enthaltend ihre natürlichen Beimengen verstanden. Als Komponente A kann des Weiteren auch wasserfreies Calciumsulfat (Ca[SO4]) zum Einsatz kommen.
  • Bei dem als Komponente A geeignetem Siliziumdioxid handelt es sich beispielsweise um amorphes oder kristallines Siliziumdioxid mineralischen Ursprungs (beispielsweise Quarz), biogenen Ursprungs (beispielsweise Kieselgur) oder industriellen, synthetischen Ursprungs (beispielsweise Kieselgel oder pyrogenes Siliziumdioxid). Als Komponente A eignet sich kristallines Siliziumoxid jeder Modifikation, also sowohl Quarz als auch Cristobalit, Tridymit, Coesit, Stishovit, Keatit, Melanophlogit und fasriges Silizumdioxid. Eine weitverbreitete Siliziumquelle, welche sich bevorzugt als Komponente A eignet, ist Sand. Bei dem als Komponente A geeignetem Sand handelt es sich um ein Sediment mit hohem Quarzanteil, wobei auch weitere Bestandteile der Erdkruste als Nebenbestandteile enthalten sein können. Der Quarzanteil des als Komponente A geeigneten Sands beträgt bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-%.
  • Als Komponente A eignen sich sowohl Aluminiumoxid im klassischen Sinne (Al2O3) wie auch basische Aluminiumhydroxidoxide (AlO(OH) und Al(OH)3). Die als Komponente A geeigneten Aluminiumoxide können dabei sowohl mineralischen wie industriell synthetischen Ursprungs sein oder durch Aufreinigung von mineralischen Produkten, welche oft mit Beimengungen anderer Mineralien wie beispielsweise Eisenoxiden, Kieselsäuren, Silikaten, Aluminiumsilikaten und/oder Quarz verunreinigt sind, in industriellen Prozessen erhalten werden. Als Aluminiumoxide mineralischen Ursprungs eignen sich beispielsweise Korund, Diaspor, Böhmit, Gibbsit und Bauxit unabhängig davon, ob diese mit Beimengungen anderer Mineralien verunreinigt sind.
  • Bei den als Komponente A geeigneten Silikaten handelt es sich um Salze der Kieselsäure bzw. von Kondensationsprodukten der Kieselsäure. Sie können natürlichen (mineralischen) wie auch industriell synthetischen Ursprungs sein.
  • Silikate lassen sich durch die verallgemeinerte chemische Formel M4x-2y[SixOy] beschreiben, wobei die negative Ladung des Silikatgerüsts 4x-2y beträgt und durch Kationen M eines oder mehrerer unterschiedlicher Elemente, bevorzugt Metalle ausgeglichen wird. An die Stelle der Sauerstoff-Atome können im Silikatgerüst auch Hydroxid oder Fluorid treten. In solchen teilsubstitutierten Silikaten der verallgemeinerten Formel M4x-2y-a-b[SixOy|(OH)a(F)b] beträgt die durch Kationen M auszugleichende Gerüstladung 4x-2y-a-b. In das Gitter von Silikaten kann auch Wasser eingelagert sein.
  • Struktureller Grundbaustein aller Silikate sind SiO4-Tetraeder, in denen ein Siliziumatom von vier Sauerstoffatomen umgeben ist. Je nachdem, wie diese SiO4-Tetraeder strukturell miteinander verbunden sind, unterscheidet man sogenannte Inselsilikate (Nesosilikate), Gruppensilikate (Serosilikate), Ringsilikate (Cyclosilikate), Ketten- oder Bandsilikate (Inosilikate), Schichtsilikate (Phyllosilikate) und Gerüstsilikate (Tectosilikate), welche sich grundsätzlich alle als Komponente A in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eignen.
  • Beispielhafte mineralische Vertreter der als Komponente A geeigneten Silikate sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Olivin, Forsterit, Fayalit, Zirkon, Wollastonit, Kaolinit, Diopsid, Talk, Serpentin, Pyrophyllit und Vertretern der mineralischen Gruppen der Granate, Feldspäte, Glimmer, Pyroxene und Amphibole.
  • Bei den als Komponente A geeigneten Aluminiumsilikaten (oft auch synonym als Alumosilikate bezeichnet) handelt es sich um solche Silikate gemäß der Beschreibung zuvor, in denen im Silikatgerüst einige SiO4-Tetraeder durch AlO4-Tetraeder ausgetauscht sind. Für Aluminiumsilikate gilt die Löwenstein-Regel, nach der AlO4-Tetraeder nie direkt miteinander verknüpft sind. Folglich kann das Al:Si-Verhältnis in den Aluminiumsilikaten den Wert 1 nicht überschreiten. Bei Einbau von Aluminium (Al3+ statt Si4+) in das Silikatgerüst muss Ladungsausgleich durch Einbau weiterer Kationen erfolgen. Aluminiumsilikate lassen sich durch die allgemeine Formel M4x+3z-2y[SixAlzOy] beschreiben, wobei die negative Ladung des Silikatgerüsts 4x+3z-2y beträgt und durch Kationen M eines oder mehrerer unterschiedlicher Elemente, bevorzugt Metalle ausgeglichen wird. Bezüglich der partiellen Substitution von Sauerstoff durch Hydroxid oder Fluorid und der Wassereinlagerung gilt dasselbe wie zuvor für die Silikate beschrieben.
  • Beispielhafte mineralische Vertreter der als Komponente A geeigneten Aluminiumsilikate sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den mineralischen Gruppen der Zeolithe, Feldspäte und Glimmer.
  • Bevorzugt als Komponente A zum Einsatz kommende Silikate oder Aluminiumsilikate sind Tonmineralien. Dabei handelt es sich weiter bevorzugt um mindestens einen Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kaolinit, Kaolin, Serpentin, Talk, Illit, Pyrophyllit und Montmorillonit.
  • Wichtige synthetisch hergestellte Silikate oder Aluminiumsilikate, die sich beispielsweise als erfindungsgemäße Komponente A eignen, sind synthetisch hergestellte Zeolithe wie beispielsweise Faujasite (Zeolith X und Y) und Zeolith A.
  • Bei dem als Komponente A geeignetem Kalk handelt es sich um Calciumcarbonat (CaCO3) oder Calciumoxid (CaO), oft auch als Branntkalk bezeichnet, mineralischen oder industriell synthetischen Ursprungs. Als mineralische Quelle für Kalk im Sinne der vorliegenden Erfindung dient meist Kalkstein. Mineralischer Kalkstein enthält naturgemäß in der Regel kleinere Mengen an Beimischungen anderer Mineralien. Im Rahmen dieser Erfindung werden unter dem Begriff „Kalk“ auch solche durch Abbau mineralischer Vorkommen von Kalkstein und natürliche oder technische Vermahlung gewonnene Produkte enthaltend ihre natürlichen Beimengen verstanden.
  • Bei den als Komponente A geeigneten, Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltenden, optional chemisch modifizierten Naturstoffen handelt es sich um optional chemisch behandelte bzw. modifizierten Stoffe erhalten aus pflanzlicher Biomasse.
  • Beispiele für als Komponente A geeignete, Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltende, optional chemisch modifizierte Naturstoffe sind beispielsweise Pflanzenfasern (wie Baumwolle, Bastfasern, Flachs, Leinen) oder Holz oder können aus solchen Pflanzenfasern oder Holz durch chemische Behandlung erhalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Komponente A um Holz.
  • Cellulose ist ein Polymer (Polysaccharid), welches aus Cellobiose, einem Disaccharid, aufgebaut ist. Die Cellobiose- Einheiten sind durch glycosidische Bindungen miteinander verknüpft. Die Cellobiose selbst besteht aus zwei Molekülen des Monosaccharids Glucose, die ebenfalls über eine glycosidische Bindung verknüpft sind. Cellulose ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände.
  • Durch chemische Modifikation von Cellulose entstehen in industriellen Verfahren unterschiedlichste Cellulosederivate, wie beispielsweise Methylcellulose, Celluloseacetat und Cellulosenitrat. Auch aus pflanzlicher Biomasse durch solche chemische Modifikation der Cellulose gewonnene, Cellulosederivate enthaltene Stoffe eignen sich als Komponente A.
  • Komponente B
  • Bei der Komponente B handelt es sich bevorzugt um ein in Wasser lösliches Salz oder eine Mischung mehrerer solcher Salze in einem beliebigen Verhältnis.
  • Alternativ können aber grundsätzlich auch beliebige andere Stoffe, die in Kontakt mit Wasser bewegliche Ionen bilden, als Komponente B oder Teil der Komponente B zum Einsatz kommen.
  • Die Löslichkeit der bevorzugt als erfindungsgemäße Komponente B zum Einsatz kommenden Salze in Wasser beträgt bei 20°C bevorzugt mindestens 100 g/L, besonders bevorzugt mindestens 200 g/L, insbesondere mindestens 300 g/L.
  • Bei dem Salz handelt es sich dabei in bevorzugter Ausführungsform um ein Halogenid, Sulfat oder Nitrat, besonders bevorzugt um ein Halogenid eines Alkali-, Erdalkali- oder Übergangsmetalls, besonders bevorzugt eines Alkali- oder Erdalkalimetalls.
  • Besonders bevorzugt sind Halogenide, Sulfate oder Nitrate, am stärksten bevorzugt Halogenide von Alkali- oder Erdalkalimetallen, welche eine Löslichkeit in Wasser bei 20°C von mindestens 200 g/L, am stärksten bevorzugt 300 g/L aufweisen.
  • Als Komponente B eignen sich beispielsweise ein Vertreter oder eine Mischung mehrerer Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Lithiumiodid, Lithiumsulfat, Lithiumnitrat, Natriumchlorid, Natriumbromid, Natriumiodid, Natriumsulfat, Natriumnitrat, Kaliumchlorid, Kaliumbromid, Kaliumiodid, Kaliumsulfat, Kaliumnitrat, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Magnesiumiodid, Magnesiumsulfat, Magnesiumnitrat, Calciumchlorid, Calciumbromid, Caliciumiodid, Calciumnitrat, Strontiumchlorid, Strontiumbromid, Strontiumiodid, Strontiumnitrat, Bariumchlorid, Bariumbromid, Bariumiodid und Bariumnitrat.
  • Bevorzugt als Komponente B kommt ein Vertreter oder eine Mischung mehrerer Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Lithiumiodid, Lithiumsulfat, Lithiumnitrat, Natriumchlorid, Natriumbromid, Natriumiodid, Natriumnitrat, Kaliumchlorid, Kaliumbromid, Kaliumiodid, Kaliumnitrat, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Magnesiumiodid, Magnesiumsulfat, Magnesiumnitrat, Calciumchlorid, Calciumbromid, Calciumiodid, Calciumnitrat, Strontiumchlorid, Strontiumbromid, Strontiumiodid, Strontiumnitrat, Bariumchlorid, Bariumbromid und Bariumiodid, besonders bevorzugt ein Vertreter oder eine Mischung mehrerer Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid, Lithiumsulfat, Lithiumnitrat, Natriumchlorid, Natriumnitrat, Kaliumchlorid, Kaliumnitrat, Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, Magnesiumnitrat, Calciumchlorid, Calciumnitrat, Strontiumchlorid, Strontiumnitrat und Bariumchlorid, weiter bevorzugt ein Vertreter oder eine Mischung mehrerer Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Strontiumchlorid und Bariumchlorid, am stärksten bevorzugt Natriumchlorid zum Einsatz.
  • Komponente C
  • Als wässrige Polymerdispersionen gemäß Komponente C eignen sich grundsätzlich sowohl Naturlatices, synthetische Polymerdispersionen, die durch Polymerisation der entsprechenden Monomere in wässriger Phase, bevorzugt in Emulsions- oder Suspensionspolymerisaton hergestellt wurden, als auch durch Dispergierung von bereits in einem vorangehenden Verfahrensschritt hergestellten Polymeren in Wasser hergestellte Dispersionen.
  • Eine als Komponente B geeignete natürlich vorkommende Polymerdispersion ist beispielsweise Naturlatex.
  • Als synthetische oder durch Dispergierung von Polymeren in Wasser hergestellte wässrige Dispersionen eignen sich beispielsweise und bevorzugt wässrige Dispersionen von mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyurethan, Polyacrylat und Vinyl(co)polymeren.
  • Als reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, die durch chemische Reaktion ein Polymer bilden, eignen sich als Komponente C beispielsweise Acrylatmonomere, die katalytisch initiiert unter Bildung eines Polymers aushärten, Substanzmischungen, die bei Reaktion ein Epoxidharz bilden, also Mischungen aus epoxyfunktionalisierten Substanzen mit Diolen oder Polyolen, oder Substanzmischungen, die bei Reaktion ein Polyurethan bilden, bevorzugt Mischungen aus Diisocyanaten oder Polyisocyanaten mit Polyolen oder Polyesterpolyolen.
  • Komponente D
  • Bei der Komponente D handelt es sich um ein oder eine Mischung mehrerer funktionaler Additive oder Füllstoffe, welche verschieden sind von den Komponente A bis C.
  • Als Komponente D können beispielsweise solche Additive eingesetzt werden, die auch in Abwesenheit von Feuchtigkeit eine elektrische Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Funktionswerkstoffe bewirken bzw. das Niveau der elektrischen Leitfähigkeit auch im feuchten Zustand weiter anheben. Hierzu eignen sich beispielsweise Ruß, Carbonfasern, Graphit oder Kohlenstoffnanoröhren.
  • Weitere Beispiele für Komponente D sind Additive, die der Einfärbung der Funktionswerkstoffe dienen (Farbstoffe und/oder Pigmente), der Schimmelbildung in diesen Funktionswerkstoffen entgegenwirken (Fungizide), Additive, die bei Kontakt mit Wasser aufquellen (beispielsweise Superabsorber), und damit beispielsweise einen besseren Kontakt zwischen dem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger elektrischer Leitfähigkeit und den metallischen Elektroden realisieren oder die Freisetzung der Komponente B aus dem Werkstoff in dessen Umgebung bei Kontakt mit Wasser reduzieren, haftvermittelnde Additive, die die Haftung des Funktionswerkstoffs mit weiteren Baustoffen oder den Elektroden verbessern, Verdickungsmittel, die die Viskosität des sich bei Wasserabsorption im Funktionswerkstoff bildenden Elektrolyten erhöhen und dadurch dessen Austritt aus dem porösen Werkstoff verhindern oder die Verarbeitbarkeit der formbaren Gemenge verbessern, Additive, die einem Alterungsprozess der Werkstoffe entgegenwirken oder diesen verzögern und Additive, die die Verarbeitbarkeit der formbaren Gemenge verbessern (z.B. durch Beschleunigung oder Retardation des Aushärteprozesses).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kommt als Komponente D ein Superabsorber zum Einsatz. Als erfindungsgemäße Komponente D geeignete Superabsorber sind Polymere, die in der Lage sind, ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser oder wässrigen Salzlösungen zu absorbieren und dabei aufquellen und ein Gel bilden. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um vernetzte Polymere basierend auf polaren Monomereinheiten. Beispiele sind Polyacrylsäure oder ein Salz, bevorzugt ein Natriumsalz der Polyacrylsäure, Polyacrylamid, Copolymere basierend auf Acrylsäure und Acrylamid oder Salze, bevorzugt ein Natriumsalz solcher Copolymere, wobei das Verhältnis der beiden Monomere zueinander variieren kann, Polyvinylpyrrolidon, Amylopektin, Gelatine und Cellulose.
  • Bevorzugte als erfindungsgemäße Komponente D geeignete Superabsorber sind in der Lage, mindestens das 50-Fache, besonders bevorzugt mindestens das 100-Fache, weiter bevorzugt mindestens das 200-Fache, am stärksten bevorzugt mindestens das 500-Fache ihres Eigengewichts an Wasser oder wässrigen Salzlösungen aufzusaugen.
  • Bevorzugte als Komponente D geeignete Superabsorber werden beispielsweise durch Polymerisation von
    • - 50 bis 99,99 Gew.% mindestens eines Carboxylgruppen enthaltenden Vinylmonomeren,
    • - 0 bis 49,99 Gew.-% mindestens eines weiteren Carboxylgruppen-freien Vinylmonomeren, welches bevorzugt polare Gruppen enthält, und
    • - 0,01 bis 5 Gew.-% mindestens eines copolymerisierbaren, vernetzend wirkenden Monomeren enthaltend zwei oder mehr, bevorzugt drei oder mehr Doppelbindungen,
    erhalten,
    wobei das Polymerisationsprodukt optional partiell durch Behandlung mit einer wässrigen Alkalihydroxid-Lösung in einem weiteren Verfahrensschritt vollständig oder partiell unter Bildung eines Alkalisalzes neutralisiert sein kann.
  • Besonders bevorzugt als Komponente D geeignete Superabsorber sind optional vernetzte Polyacrylsäure, Copolymere von Acrylsäure mit einem oder mehreren, bevorzugt polaren vinylischen Comonomeren oder durch partielle oder vollständige Neutralisation der Acrylsäuregruppen in solchem Polymeren mit Alkalihydroxid erhaltene Salze der Polyacrylsäure oder deren Copolymere. Der Comonomer-Anteil in solchen optional teilweise oder vollständig neutralisieren Acrylsäurecopolymeren beträgt bevorzugt maximal 50 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 20 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 10 Gew.-%.
  • Die hier aufgeführten Beispiele für die Komponente D kommen einzeln wie auch in Kombination untereinander bevorzugt in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zum Einsatz.
  • Die hier aufgeführten Beispiele für die Komponente D dienen ausschließlich der Veranschaulichung und sollen den Umfang möglicher weiterer als Komponente D geeigneter Zusatzstoffe in keiner Art und Weise einschränken.
  • Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen 1 bis 54 der vorliegenden Erfindung beschrieben:
    1. 1.) Zusammensetzung zur Herstellung eines bei Raumtemperatur für begrenzte Zeit formbaren Gemenges, welches nach der Formgebung selbständig bei Raumtemperatur unter Bildung eines Funktionswerkstoffes mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aushärtet, bestehend aus
      1. A) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikate, Aluminiumsilikate, Kalk und Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltende, optional chemisch modifizierte Naturstoffe,
      2. B) mindestens eine von Komponente A verschiedene, in Anwesenheit von Wasser bewegliche Ionen bildende Verbindung,
      3. C) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Wasser, wässrige Polymerdispersionen und reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanzen oder Mischungen bei der Aushärtung des Gemenges durch chemische Reaktion ein Polymer bilden, und
      4. D) optional weiteren Zusatzstoffen.
    2. 2.) Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform 1 enthaltend als Komponente B ein Salz.
    3. 3.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen enthaltend als Komponente B ein Salz mit einer Löslichkeit in Wasser bei 20°C von mindestens 100 g/L.
    4. 4.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen enthaltend als Komponente B ein Salz mit einer Löslichkeit in Wasser bei 20°C von mindestens 300 g/L.
    5. 5.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen enthaltend als Komponente B ein Halogenid, Sulfat oder Nitrat eines Alkali-, Erdalkali- oder Übergangsmetalls.
    6. 6.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen enthaltend als Komponente B einen Vertreter oder eine Mischung mehrerer Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Lithiumiodid, Lithiumsulfat, Lithiumnitrat, Natriumchlorid, Natriumbromid, Natriumiodid, Natriumnitrat, Kaliumchlorid, Kaliumbromid, Kaliumiodid, Kaliumnitrat, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Magnesiumiodid, Magnesiumsulfat, Magnesiumnitrat, Calciumchlorid, Calciumbromid, Calciumiodid, Calciumnitrat, Strontiumchlorid, Strontiumbromid, Strontiumiodid, Strontiumnitrat, Bariumchlorid, Bariumbromid und Bariumiodid.
    7. 7.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen enthaltend als Komponente B ein Alkali- oder Erdalkalihalogenid.
    8. 8.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen enthaltend als Komponente B einen Vertreter oder eine Mischung mehrerer Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Strontiumchlorid und Bariumchlorid.
    9. 9.) Zusammenensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen enthaltend als Komponente B Natriumchlorid.
    10. 10.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente B in einer Menge von 0,01 bis 15 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, zum Einsatz kommt, wobei sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
    11. 11.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente B in einer Menge von 0,1 bis 6 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, zum Einsatz kommt, wobei sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
    12. 12.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente B in einer Menge von 0,5 bis 2 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, zum Einsatz kommt, wobei sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
    13. 13.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente A Calciumsulfat-Dihydrat zum Einsatz kommt.
    14. 14.) Zusammensetzung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente A ein Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltender, optional chemisch modifizierter Naturstoff zum Einsatz kommt.
    15. 15.) Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente A Holz zum Einsatz kommt.
    16. 16.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente C Wasser zum Einsatz kommt.
    17. 17.) Zusammensetzung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 12 enthaltend als Komponente A mindestens einen Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikaten, Aluminiumsilikaten und Kalk und als Komponente C Wasser.
    18. 18.) Zusammensetzung gemäß der einer der Ausführungsformen 1 bis 12 enthaltend als Komponente A mindestens einen Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltenden optional chemisch modifizierten Naturstoff und als Komponente C einen Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend wässrige Polymerdispersionen und reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanzen oder Mischungen bei der Aushärtung des Gemenges durch chemische Reaktion ein Polymer bilden.
    19. 19.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen bestehend aus 85 bis 99,99 Gew.-Teilen Komponente A, 0,01 bis 15 Gew.-Teilen Komponente B, 1 bis 500 Gew.-Teilen Komponente C und 0 bis 10 Gew.-Teilen Komponente D, wobei sich die Gew.-Teile aller Komponenten jeweils auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B beziehen und sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
    20. 20.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen bestehend aus 94 bis 99,9 Gew.-Teilen Komponente A, 0,1 bis 6 Gew.-Teilen Komponente B, 5 bis 200 Gew.-Teilen Komponente C und 0 bis 5 Gew.-Teilen Komponente D, wobei sich die Gew.-Teile aller Komponenten jeweils auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B beziehen und sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
    21. 21.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen bestehend aus 98 bis 99,5 Gew.-Teilen Komponente A, 0,5 bis 2 Gew.-Teilen Komponente B, 10 bis 100 Gew.-Teilen Komponente C und 0 bis 2 Gew.-Teilen Komponente D, wobei sich die Gew.-Teile aller Komponenten jeweils auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B beziehen und sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
    22. 22.) Zusammensetzung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 20 bestehend aus 94 bis 99,9 Gew.-Teilen Komponente A, 0,1 bis 6 Gew.-Teilen Komponente B, 5 bis 200 Gew.-Teilen Komponente C und 0,01 bis 5 Gew.-Teilen Komponente D, wobei sich die Gew.-Teile aller Komponenten jeweils auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B beziehen und sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
    23. 23.) Zusammensetzung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 20 bestehend aus 98 bis 99,5 Gew.-Teilen Komponente A, 0,5 bis 2 Gew.-Teilen Komponente B, 10 bis 100 Gew.-Teilen Komponente C und 0,1 bis 2 Gew.-Teilen Komponente D, wobei sich die Gew.-Teile aller Komponenten jeweils auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B beziehen und sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
    24. 24.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente A als Pulver mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 5 µm bis 0,2 mm zum Einsatz kommt.
    25. 25.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente A als Pulver mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 10 µm bis 0,1 mm zum Einsatz kommt.
    26. 26.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten A, B und D alle als Pulver mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 5 µm bis 0,2 mm zum Einsatz kommen.
    27. 27.) Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten A, B und D alle als Pulver mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 10 µm bis 0,1 mm zum Einsatz kommen.
    28. 28.) Bei Raumtemperatur für begrenzte Zeit formbares Gemenge, welches nach der Formgebung bei Raumtemperatur oder alternativ zur Beschleunigung des Prozesses bei einer erhöhten Temperatur selbständig unter Bildung eines funktionalen Baustoffes, eines funktionalen mineralischen Werkstoffes oder eines funktionalen Holzwerkstoffes, jeweils mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aushärtet, wobei das Gemenge erhalten wird durch Vermischen der Komponenten A bis D einer Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen.
    29. 29.) Formbares Gemenge gemäß der Ausführungsform 28, wobei es sich bei dem Gemenge um einen Baustoff ausgewählt aus der Gruppe umfassend Putz-, Fugenfüll-, Spachtel- und Mörtelmassen handelt.
    30. 30.) Baustoff, mineralischer Werkstoff oder Holzwerkstoff erhalten durch Aushärtung eines Gemenges gemäß einer der Ausführungsformen 28 oder 29.
    31. 31.) Baustoff, mineralischer Werkstoff oder Holzwerkstoff gemäß der Ausführungsform 30, wobei der Werkstoff oder Baustoff so beschaffen ist, dass er in Kontakt mit Wasser, Wasser enthaltenden Gemengen, Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltenen Atmosphären Wasser zu adsorbieren oder absorbieren vermag, dadurch gekennzeichnet, dass sich die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes oder Baustoffes dabei um mindestens den Faktor 100 erhöht.
    32. 32.) Baustoff, mineralischer Werkstoff oder Holzwerkstoff gemäß der Ausführungsform 30, wobei der Werkstoff oder Baustoff so beschaffen ist, dass er in Kontakt mit Wasser, Wasser enthaltenden Gemengen, Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltenen Atmosphären Wasser zu adsorbieren oder absorbieren vermag, dadurch gekennzeichnet, dass sich die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes oder Baustoffes dabei um mindestens den Faktor 500 erhöht.
    33. 33.) Baustoff, mineralischer Werkstoff oder Holzwerkstoff gemäß der Ausführungsform 30, wobei der Werkstoff oder Baustoff so beschaffen ist, dass er in Kontakt mit Wasser, Wasser enthaltenden Gemengen, Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltenen Atmosphären Wasser zu adsorbieren oder absorbieren vermag, dadurch gekennzeichnet, dass sich die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes oder Baustoffes dabei um mindestens den Faktor 1000 erhöht.
    34. 34.) Baustoff, mineralischer Werkstoff oder Holzwerkstoff gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 33, wobei dieser makroporös ist.
    35. 35.) Baustoff, mineralischer Werkstoff oder Holzwerkstoff gemäß Ausführungsform 34, wobei dieser zusätzlich Mesoporen aufweist.
    36. 36.) Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 27, eines formbaren Gemenges gemäß einer der Ausführungsformen 28 oder 29 oder eines Baustoffs, mineralischen Werkstoffs oder Holzwerkstoffs gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 35 zur Herstellung eines Feuchtigkeitssensors oder zur Herstellung einer Vorrichtung, die zur großflächigen Detektion von Feuchtigkeit in Baustrukturen, Bauelementen oder Werkstücken oder zur Detektion von Leckagen in wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen dient.
    37. 37.) Vorrichtung zur Detektion von Feuchtigkeit in Baustrukturen, Bauelementen oder Werkstücken oder zur Detektion von Leckagen in wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen, enthaltend zwei an keiner Stelle miteinander in unmittelbarem Kontakt stehende metallische Elektroden und eine mit diesen beiden Elektroden in unmittelbarem Kontakt stehende und diese Elektroden räumlich trennende Schicht aus einem Stoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass
      • - es sich bei der ersten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Folie, Lochfolie, Platte, Lochplatte oder ein optional dreidimensional geformtes Netz, ein Rohr, einen optional gebogenen Stab oder Draht oder einen anderweitigen dreidimensionalen Körper handelt, wobei diese erste metallische Elektrode auch einer weiteren Funktion dienen kann, und
      • - bei der zweiten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Lochfolie, Lochplatte, ein optional dreidimensional geformtes Netz, einen mit Löchern versehenen Hohlzylinder, eine Spirale oder eine anderweitige dreidimensionale Struktur handelt, die geometrisch so gestaltet ist, dass Feuchtigkeit in die die Elektroden trennende Schicht aus dem Stoff gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 35 eindringen kann, wobei eine oder beide Elektroden optional vollständig oder partiell durch den Stoff gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 35 umschlossen sein können und wobei diese Vorrichtung über elektrische Anschlüsse an den beiden Elektroden in einem elektrischen Stromkreis als elektrischer Widerstand geschaltet und an die beiden Elektroden eine elektrische Spannung angelegt wird, wobei die in einem solchen Stromkreis gemessene Stromstärke als Messgröße dient, die für einen definierten Aufbau der Vorrichtung und bei definierter Temperatur in eindeutiger Weise mit der Feuchtigkeit des die Elektroden trennenden Stoffs in der Vorrichtung korreliert.
    38. 38.) Vorrichtung gemäß Ausführungsform 37, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden an jeder Stelle einen Abstand von maximal 10 mm haben.
    39. 39.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden an jeder Stelle einen Abstand von minimal 1 mm haben.
    40. 40.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden an jeder Stelle einen Abstand von maximal 5 mm und minimal 1 mm haben.
    41. 41.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer Leitfähigkeit in Kontakt stehende Oberfläche mindestens einer der beiden Elektroden mindestens 10 cm2 beträgt.
    42. 42.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer Leitfähigkeit in Kontakt stehende Oberfläche mindestens einer der beiden Elektroden mindestens 100 cm2 beträgt.
    43. 43.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer Leitfähigkeit in Kontakt stehende Oberfläche mindestens einer der beiden Elektroden mindestens 1000 cm2 beträgt.
    44. 44.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer Leitfähigkeit in Kontakt stehende Oberfläche mindestens einer der beiden Elektroden mindestens 1 m2 beträgt.
    45. 45.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Werkstoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer Leitfähigkeit in Kontakt stehende Oberfläche beider Elektroden mindestens den in der jeweiligen Ausführungsform angegebenen Wert aufweist.
    46. 46.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung vollständig oder teilweise eingebettet oder vollständig oder partiell beschichtet ist von einem weiteren Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff, der sich von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht in der Vorrichtung mindestens im Gehalt an Komponente B, bezogen auf die Masse der jeweiligen ausgehärteten Werkstoffe unterscheidet.
    47. 47.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung vollständig oder teilweise eingebettet oder vollständig oder partiell beschichtet ist von einem weiteren Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff, der sich von dem Stoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht in der Vorrichtung ausschließlich im Gehalt an Komponente B, bezogen auf die Masse der jeweiligen ausgehärteten Werkstoffe unterscheidet.
    48. 48.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Komponente B in dem weiteren Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff um mindestens den Faktor 10 niedriger ist als der entsprechende Gehalt an Komponente B in dem ausgehärteten Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht.
    49. 49.) Vorrichtung gemäß Ausführungsform 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Komponente B in dem weiteren Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff um mindestens den Faktor 50 niedriger ist als der entsprechende Gehalt an Komponente B in dem ausgehärteten Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht.
    50. 50.) Vorrichtung gemäß Ausführungsform 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Komponente B in dem weiteren Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff um mindestens den Faktor 100 niedriger ist als der entsprechende Gehalt an Komponente B in dem ausgehärteten Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht.
    51. 51.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass
      • - es sich bei der ersten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Folie, Lochfolie, Platte, Lochplatte oder ein optional dreidimensional geformtes Netz handelt und
      • - bei der zweiten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Lochfolie, Lochplatte oder ein optional dreidimensional geformtes Netz handelt.
    52. 52.) Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass
      • - es sich bei der ersten metallischen Elektrode um ein Rohr und
      • - bei der zweiten metallischen Elektrode um ein mit Löchern versehenen Hohlzylinder oder eine Spirale handelt.
    53. 53.) Bauelement enthaltend eine Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 52.
    54. 54.) Mauerelement, optional mehrlagige dekorative Mauerwerksbeschichtung, Fußbodendiele, Fertigparkettelement, Fußbodenlaminatelement, Estrichaufbau, Wärmedämmplatte, Wandelement, Holzpaneele, Gipsbauplattenkonstruktion, Betonbauplattenkonstruktion oder oder Holzverbundwerkstoffplattenkonstruktion gemäß der Ausführungsform 53.
  • Beispiele
  • Komponente A:
  • Moltofill innen (Molto GmbH, Löhnberg/Lahn, Deutschland) - Spachtelpulver auf Gips-Basis
  • Komponente B:
  • Kochsalz
  • Komponente C:
  • Wasser
  • Herstellung der Gemenge
  • Komponente B wurde fein gemörsert und mit der Komponente A dann in den in Tabelle 1 beschriebenen Mengenverhältnissen homogen vermischt. Komponente C wurde dann in einem zweiten Schritt zu dieser homogenisierten Vormischung der Komponenten A und B in den Mengen gemäß Tabelle 1 hinzugegeben und das Gemenge wiederum homogenisiert. Die Mischschritte erfolgten beide bei Raumklima (Temperatur von 20°C). Es resultierten Pasten, die für ca. eine Stunde formbar waren.
  • Herstellung der Vorrichtungen zur Messung der Feuchtigkeit
  • Die Pasten wurden in eine zylindrische Aluminiumform mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Höhe von 15 mm gefüllt. Die Formen wurden vollständig so mit der Paste befüllt, dass keinerlei Hohlräume resultierten. Nachdem die Massen partiell ausgehärtet, aber grundsätzlich noch formbar waren (nach ca. einer Stunde) wurden zwei Eisenstifte mit einem Durchmesser von 1,5 mm im Abstand von 10 mm als Elektroden jeweils 10 mm tief mittig in den aus dem Gemenge geformten Zylinder gesteckt. Die so präparierten Formkörper wurden 2 Tage lang ausgehärtet. Danach wurden die Formkörper mit den eingebrachten Elektroden entformt und weitere 10 Tage lang bei Raumklima getrocknet.
  • Funktionsprüfung der Vorrichtungen zur Messung der Umgebungsfeuchtigkeit
  • Für die Funktionsprüfung der hergestellten Vorrichtungen zur Messung der Umgebungsfeuchtigkeit wurden die wie zuvor beschrieben hergestellten Vorrichtungen über elektrische Anschlüsse an den beiden Eisenstiftelektroden als elektrischer Widerstand in einem einfachen Stromkreis ohne weitere Verbrauer geschaltet und die elektrische Stromstärke bei Anliegen einer Gleichspannung von 3,2 V (zwei in Reihe geschaltete LR6-Batterien) ermittelt.
  • Die erste Messung erfolgte an den nach einer zweitägigen Aushärtezeit frisch entformten Vorrichtungen (Stromstärke 1). Die zweite Messung erfolgte an den hergestellten Vorrichtungen nach einer in Summe 12-tägigen Aushärte-/Trockenzeit, davon 10 Tage im entformten Zustand (Stromstärke 2). Danach wurden die Formkörper zu etwa zwei Drittel ihrer Höhe mit feuchter Blumenerde kontaktiert, in regelmäßigen Abständen weitere Stromstärkemessungen durchgeführt und dadurch der Anstieg der Stromstärke mit der Zeit als Folge der Wasserabsorption in dem die Elektroden trennenden Stoff in der Vorrichtung verfolgt. In allen Fällen war die Ausgangsfeuchtigkeit (Wassergehalt in Gew.-%) der Erden exakt identisch (10 ml Wasser auf 30 g Blumenerde). Es wurde die sich maximal einstellende Stromstärke in den verschiedenen Vorrichtungen ermittelt (Stromstärke 3). Die maximale Stromstärke wurde in allen Fällen in weniger als 24 Stunden erreicht. Danach wurden die Messanordnungen über sechs weitere Tage offen bei Raumklima gelagert, wodurch sich der Wassergehalt in der Erde und in Folge auch in den Messvorrichtungen durch Trocknung verringerte. Am Ende der sechs Tage wurden erneute Stromstärkemessungen durchgeführt (Stromstärke 4). Danach wurden die Messvorrichtungen aus der noch immer leicht feuchten Erde entnommen und in ähnlicher Anordnung mit zuvor über drei Wochen bei Raumklima getrockneter Erde ansonsten gleicher Art kontaktiert. Es wurden täglich erneute Stromstärkemessungen durchgeführt. Dabei wurde für die verschiedenen Vorrichtungen die Zeit ermittelt, nach der die Stromstärke bei Kontakt mit der trockenen Blumenerde um den Faktor 100 gegenüber dem Wert unmittelbar zuvor, d.h. unmittelbar vor Austausch der noch leicht feuchten durch die trockene Erde, gesunken war. Diese Zeit ist in Tabelle 1 als „Trockenzeit“ bezeichnet und beschreibt, wie schnell die elektrische Leitfähigkeit der Vorrichtungen auf eine Änderung der Umgebungsfeuchte reagiert. Nach 12 Tagen in Kontakt mit der trockenen Erde wurde ein letztes Mal die Stromstärke gemessen (Stromstärke 5) und die Prüfung dann abgebrochen.
  • Als Maß für die elektrische Leitfähigkeit der Vorrichtungen im feuchten Zustand dient die Stromstärke 3, als Maß für ihre elektrische Leitfähigkeit im trockenen Zustand die Stromstärke 5. Das Verhältnis der Stromstärke 3 zu Stromstärke 5 beschreibt, wie stark die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffs von dessen Feuchte abhängt. Es ist identisch mit dem Verhältnis der spezifischen elektrischen Leitfähigkeiten des Werkstoffs im feuchten und trockenen Zustand.
  • Weiterhin wurde beobachtet, ob der Werkstoff im feuchten Zustand merklich weich wurde. Diese Beobachtung dient der Bewertung der mechanischen Stabilität der Vorrichtungen. Tabelle 1: Zusammensetzungen und Eigenschaften
    Zusammensetzung V1 2 3 4
    Komponente Gew.-Teile Gew.-Teile Gew.-Teile Gew.-Teile
    A 100 99 95 90
    B - 1 5 10
    C 50 50 50 50
    Eigenschaften
    Stromstärke 1 (feucht) [mA] 2,1 16 31 80
    Stromstärke 2 („trocken“) [mA] 0,0004 0,0061 1,3 6
    Stromstärke 3 (feucht) [mA] 3,5 14 47 79
    Stromstärke 4 (leicht feucht) [mA] 0,95 5,3 13 16
    Stromstärke 5 (trocken) [mA] 0,0003 0,0068 0,0036 0,14
    Stromstärke 3 / Stromstärke 5 1,2·104 2,1·103 1,3·104 5,6·102
    Trockenzeit [d] 2 6 9 12
    mechanische Stabilität × × × wird weich
  • Die Daten in Tabelle 1 zeigen, dass die Vorrichtungen gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele 2 bis 4 die erfindungsgemäße Aufgabe erfüllen. Sie zeigen alle eine stark und weitgehend reversibel von der Umgebungsfeuchte abhängige elektrische Leitfähigkeit, wobei die elektrische Leitfähigkeit im feuchten Zustand deutlich höher ist als in der Vorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel V1. Die Daten zeigen weiterhin, dass es im Hinblick auf die Trockenzeit wie auch insbesondere im Hinblick auf die mechanische Stabilität der Vorrichtungen vorteilhaft ist, den Gehalt an Komponente B in der Zusammensetzung zur Herstellung des Werkstoffs zu begrenzen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 3356979 A [0004]
    • US 5179347 A [0005]
    • WO 2006/016200 A1 [0008]
    • US 5908584 A [0009]
    • EP 1749805 B1 [0010]
    • WO 2011/095634 A1 [0011]

Claims (10)

  1. Zusammensetzung zur Herstellung eines bei Raumtemperatur für begrenzte Zeit formbaren Gemenges, welches nach der Formgebung selbständig bei Raumtemperatur unter Bildung eines Funktionswerkstoffes mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aushärtet, bestehend aus A) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikate, Aluminiumsilikate, Kalk und Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltende, optional chemisch modifizierte Naturstoffe, B) mindestens eine von Komponente A verschiedene, in Anwesenheit von Wasser bewegliche Ionen bildende Verbindung, C) mindestens einem Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Wasser, wässrige Polymerdispersionen und reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanzen oder Mischungen bei der Aushärtung des Gemenges durch chemische Reaktion ein Polymer bilden, und D) optional weiteren Zusatzstoffen.
  2. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 enthaltend als Komponente A mindestens einen Vertreter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gips, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Silikaten, Aluminiumsilikaten und Kalk und als Komponente C Wasser.
  3. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 enthaltend als Komponente A mindestens einen Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose enthaltenden optional chemisch modifizierten Naturstoff und als Komponente C einen Vertreter ausgewählt aus der Gruppe umfassend wässrige Polymerdispersionen und reaktive Substanzen oder Mischungen von mindestens zwei reaktiven Substanzen, wobei diese Substanzen oder Mischungen bei der Aushärtung des Gemenges durch chemische Reaktion ein Polymer bilden.
  4. Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ansprüche enthaltend als Komponente B ein Alkali- oder Erdalkalihalogenid.
  5. Zusammensetzung gemäß einer der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente B in einer Menge von 0,1 bis 6 Gew.-Teilen, bezogen auf die Summe der Gew.-Teile der Komponenten A und B, zum Einsatz kommt, und wobei sich die Gew.-Teile der Komponenten A und B zu 100 Gew.-Teilen addieren.
  6. Bei Raumtemperatur für begrenzte Zeit formbares Gemenge, welches nach der Formgebung bei Raumtemperatur oder alternativ zur Beschleunigung des Prozesses bei einer erhöhten Temperatur selbständig unter Bildung eines funktionalen Baustoffes, eines funktionalen mineralischen Werkstoffes oder eines funktionalen Holzwerkstoffes, jeweils mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aushärtet, wobei das Gemenge erhalten wird durch Vermischen der Komponenten A bis D der Zusammensetzungen gemäß einer der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Formbares Gemenge gemäß Anspruch 6, wobei es sich bei dem Gemenge um einen Baustoff ausgewählt aus der Gruppe umfassend Putz-, Fugenfüll-, Spachtel- und Mörtelmassen handelt.
  8. Baustoff, mineralischer Werkstoff oder Holzwerkstoff erhalten durch Aushärtung eines Gemenges gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Werkstoff oder Baustoff so beschaffen ist, dass er in Kontakt mit Wasser, Wasser enthaltenden Gemengen, Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltenen Atmosphären Wasser zu adsorbieren oder absorbieren vermag, dadurch gekennzeichnet, dass sich die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes oder Baustoffes dabei um mindestens den Faktor 500 erhöht.
  9. Vorrichtung zur Detektion von Feuchtigkeit in Baustrukturen, Bauelementen oder Werkstücken oder zur Detektion von Leckagen in wasserführenden oder wasserenthaltenden Leitungen, Behältnissen oder Anlagen, enthaltend zwei an keiner Stelle miteinander in unmittelbarem Kontakt stehende metallische Elektroden und eine mit diesen beiden Elektroden in unmittelbarem Kontakt stehende und diese Elektroden räumlich trennende Schicht aus einem Stoff mit feuchtigkeitsabhängiger spezifischer elektrischer Leitfähigkeit gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - es sich bei der ersten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Folie, Lochfolie, Platte, Lochplatte oder ein optional dreidimensional geformtes Netz, ein Rohr, einen optional gebogenen Stab oder Draht oder einen anderweitigen dreidimensionalen Körper handelt, wobei diese erste metallische Elektrode auch einer weiteren Funktion dienen kann, und - bei der zweiten metallischen Elektrode um eine optional dreidimensional geformte Lochfolie, Lochplatte, ein optional dreidimensional geformtes Netz, einen mit Löchern versehenen Hohlzylinder, eine Spirale oder eine anderweitige dreidimensionale Struktur handelt, die geometrisch so gestaltet ist, dass Feuchtigkeit in die die Elektroden trennende Schicht aus dem Stoff gemäß Anspruch 8 eindringen kann, wobei eine oder beide Elektroden optional vollständig oder partiell durch den Stoff gemäß Anspruch 8 umschlossen sein können und wobei diese Vorrichtung über elektrische Anschlüsse an den beiden Elektroden in einem elektrischen Stromkreis als elektrischer Widerstand geschaltet und an die beiden Elektroden eine elektrische Spannung angelegt wird, wobei die in einem solchen Stromkreis gemessene Stromstärke als Messgröße dient, die für einen definierten Aufbau der Vorrichtung und bei definierter Temperatur in eindeutiger Weise mit der Feuchtigkeit des die Elektroden trennenden Stoffs in der Vorrichtung korreliert.
  10. Bauelement enthaltend eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung vollständig oder teilweise eingebettet oder vollständig oder partiell beschichtet ist von einem weiteren Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff, welcher sich von dem Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht in der Vorrichtung mindestens dahingehend unterscheidet, dass der Gehalt an Komponente B, bezogen auf die Masse des ausgehärteten weiteren Baustoffs, mineralischen Werkstoffs oder Holzwerkstoffs um mindestens den Faktor 10 niedriger ist als der entsprechende Gehalt an Komponente B in dem ausgehärteten Baustoff, mineralischen Werkstoff oder Holzwerkstoff in der die beiden Elektroden trennenden Schicht.
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