DE2443280A1 - Verbesserte bauelemente - Google Patents

Verbesserte bauelemente

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DE2443280A1
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Description

5 914 i/eg
PLASTONIUM AG., Zug / Schweiz
Verbesserte Bauelemente
Die Erfindung betrifft Bauelemente und insbesondere Bauplatten, wie beispielsweise Wandplatten, Deckenplatten und Türen, Insbesondere betrifft die Erfindung Bauplatten, die als Wärmeschranken wirksam sind.
Die deutsche Patentanmeldung Nr. P 19 13 Io7.8 beschreibt und beansprucht ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmesperrschicht, die aus einem Erdalkalisulfid, einem Erdalkalisulfat und einer Kohlenstoffquelle besteht. Das Verfahren selbst ist dadurch charakterisiert, daß feine Teilchen eines zugänglichen Kohlenstoffmaterials und Erdalkalisulfat zusammen innig vermischt werden und ein Teil der zugänglichen
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Kohlenstoffquelle und des Erdalkalisulfats zur Bildung einer Oberflächenwärme-Sperrschicht umgesetzt werden, die aus Erdalkalimetallsulfid in Form einer Oberflächenglasur besteht. Die Reaktion ist eine Reduktion des Erdalkalimetallsulfats zu einem Erdalkalimetallsulfid, wobei die Reaktion durch die Wirkung des chemisch aktiven Kohlenstoffs, der bei erhöhten Temperaturen in situ erzeugt oder gebildet wird, auf das Erdalkalimetallsulfat erfolgt.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die chemische Zusammensetzung, die in dem Verfahren, wie es in der deutschen Patentanmeldung Nr. P 19 13 I07.8 beschrieben ist, d.h. eine Mischung einer zugänglichen Kohlenstoffquelle und eines Erdalkalimetallsulfats, wirkungsvoll bei der Herstellung von Bauelementen, wie beispielsweise Bauplatten, die als Wärmesperrschichten geeignet sind, verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement, wie beispielsweise eine Bauplatte, die ein Kernmaterial enthält, welches zwischen zwei Bauteilen angeordnet ist, wobei das Kernmaterial aus einer'innig gebundenen Mischung aus einem zugänglichen Kohlenstoffmaterial (Kohlenstoffquelle) und einem Erdalkalimetallsulfat besteht, wobei wenigstens ein Teil des Kernmaterials fähig ist, bei erhöhten Temperaturen unter Bildung des Sulfids des Erdalkalimetallsulfats zu reagieren.
Unter dem Ausdruck'Kohlenstoffmaterial bzw. Kohlenstoffquelle," wie er hierin verwendet wird, ist jede Form von Kohlenstoff und/oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung
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oder Mischungen solcher Materialien zu verstehen, die eine Reaktion mit einem Erdalkalimetallsulfat bei erhöhten Temperaturen eingehen, um das Erdalkalimetallsulfat zu dem korrespondierenden Erdalkalimetallsulfid zu reduzieren. Es wird angenommen, daß solche Reduktionsreaktion durch die Einwirkung von chemisch aktivem Kohlenstoff, der in situ bei erhöhten Temperaturen hergestellt oder gebildet werden kann, auf das Erdalkalimetallsulfat entsteht. Das Erdalkalimetallsulfid wird während der Reduktion als kontinuierliche Oberflächenschicht gebildet.
Die erfindungsgemäßen Bauelemente sind Wärmesperrsehichten oder Hitzegrenzen, die gute thermische Isolierungseigenschaften besitzen. Die erfindungsgemäßen Bauelementen besitzen im allgemeinen auch latente feuerhemmende bzw. feuerfeste Eigenschaften. Im Falle eines Feuerbrandes werden solche Bauelemente erhöhten Temperaturen unterworfen, und die chemische Reaktion zwischen der zugänglichen Kohlenstoffquelle und dem Erdalkalimetallsulfat wird auftreten. Unter solchen Bedingungen wird eine Reaktion an der Oberfläche des Kernmaterials auftreten, wobei das Erdalkalimetallsulfat unter Bildung einer kontinuierlichen Schicht des korrespondierenden Erdalkalimetallsulfids reduziert wird, welches wiederum als Feuersperr- bzw. Feuerschutzschicht agiert.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Bauelemente auch gewisse lärmisolierende Eigenschaften aufweisen, so daß solche Elemente rrut für die Fertigstellung von Gebäuden verwendet werdenkönnen, in welchen die Eigenschaften sowohl der Wärmeais auch der Lärmisolierung gewünscht sind.
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Beispiele zugänglicher Kohlenstoffquellen, die für die Kernmaterialien der Bauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind hitzehärtbare Kunststoffmaterialien, die die Eigenschaft der Hitzezersetzungj im Gegensatz zum Schmelzen oder Sieden, bei erhöhten Temperaturen aufweisen. Geeignete hitzehärtbare Kunststoffmaterialien sind Phenolharze, wie beispielsweise Bakelit (Bakelit ist ein eingetragenes V/arenzeichen), die in Form eines Puders oder eines Granulats vorliegen können oder die Form kleiner KUgelchen aufweisen, die eine sehr geringe Teilchengröße und eine verhältnismäßig hohe Schüttdichte besitzen. Weitere Beispiele geeigneter hitzehärtbarer Kunststoffmaterialien sind Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze und Diallylphthalat-Polymerisate oder Präpolymerisate.
Es kann ebenfalls eine Mischung von hitzehärtbaren Kunststoffmaterialien verwendet werden. Außerdem können die hitzehärtbaren Kunststoffmaterialien in Kombination mit einem oder mehreren anderen Kunststoffmaterialien, die nicht hitzehärtbar sind, aber die die Zubereitung mit gewissen erwünschten Eigenschaften ausrüsten, verwendet werden. Beispielsweise können Phenolharze in Kombination mit Polyvinylacetat verwendet werden, wobei die erhaltene Zubereitung flexibler ist als die gleiche Zubereitung, wenn sie kein Polyvinylacetat enthält.
Die zugängliche Kohlenstoffquelle kann auch aus Kohlenstoff in fein verteilter oder Pulverform bestehen, sowie aus einem Material, das als Hauptbestandteil Kohlenstoff in fein verteilter Form enthält, wie beispielsweise pulverisierten Anthracit, pulverisierten Koks, Kohlestaub, Ruß oder Kohlen-
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schwarz. Diese Materialien können sowohl alleine oder in Kombination mit anderen kohlenstoffhaltigen Materialien verwendet werden. Beispielsweise kann der Kohlenstoff in fein verteilter oder Pulverform in Mischung mit ein oder mehreren Kunststoffmäterialien, wie beispielsweise Polyvinylester, wie z.B. Polyvinylacetat, Epoxyharze, Melaminharze, Styrol oder dergleichen, verwendet werden.
Beispiele von Erdalkalimetallsulfaten, die für die Kernmaterialien der erfindungsgemäßen Bauelemente verwendet werden können, sind z.B. Magnesium, Calcium oder Bariumsulfat. Das bevorzugte Sulfat ist Calciumsulfat, welches in Form von Gips (CaSO2^-2HpO) ,gebranntem Gips (CaSO1^ 1/2H3O) oder als Anhydrit (CaSOh) verwendet werden kann.
Im allgemeinen hat die zugängliche Kohlenstoffquelle eine maximale durchschnittliche Teilchengröße von unterhalb etwa 5oo Mikron, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 250 Mikron. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben wenigstens 9°$ der Teilchen eine Teilchengröße von unterhalb etwa 7^ Mikron (0,07^ mm = 2oo mesh).
Die Mischungsverhältnisse der zugänglichen Kohlenstoffquelle zu dem Erdalkalimetallsulfat können variieren in Abhängigkeit von Faktoren wie beispielsweise die Bedingungen für die Anwendung oder Verwendung als Wärmesperrschicht, der Natur der zugänglichen Kohlenstoffquelle und der Stärke und/ oder Flexibilität des gewünschten Produktes. Vorzugsweise liegt das Verhältnis von Kohlenstoff in fein verteilter oder Pulverform zu Erdalkalimetallsulfat in dem Bereich von 1 bis Io : loo Gew.-Teilen.
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Die Kernmaterialien, wie sie in den Bauelementen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden vorzugsweise, unter Verwendung von calcinierten Erdalkalimetallsulfaten, d.h. solchen Sulfaten, die nicht vollständig mit Kristallwasser versehen sind, gebildet. Die Sulfate und der Kohlenstoff können in trockener Form vermischt werden, woraufhin V/asser zugegeben wird und das Gemisch sorgfältig vermischt wird, um eine Aufschlämmung zu bilden. Man läßt das Gemisch erstarren, eine Reaktion, die durch die Aufnahme von Kristallisationswasser durch die Erdalkalimetallsulfate erfolgt, wobei eine Zubereitung entsteht, in welcher das Erdalkalimetallsulfat eine Matrix bildet, in welcher die feinen Kohlenstoffteilchen innig dispergiert sind. Die Mischungen können vor dem Erstarren zu Folien bzw. Bögen oder Blöcken verarbeitet werden, woraufhin die Verkleidungs- bzw. Bauteile dann auf dem Kernmaterial angebracht werden oder andererseits kann die Mischung direkt auf eines der Verkleidungs- bzw. Bauteile aufgebracht oder zwischen zwe^/solcher Verkleidungs- bzw. Bauteile vor dem Erstarren eingegeben werden.
Die Kernmaterialien, die für die erfindungsgemäßen Bauelemente verwendet v/erden, können durch die Zugabe eines oder mehrerer Verstärkungsmittel, wie z.B. synthetische Kunststoffmaterialien, wie z.B. Polyvinylacetat, gefestigt oder verstärkt werden. Wenn ein synthetisches Kunststoffmaterial in das Kernmaterial als Verstärkungsmittel eingegeben wird, so bildet dieses auch einen Teil der verfügbaren Kohlenstoffquelle. Im allgemeinen können von 1 bis 5 Gew.-% des Verstärkungsmittels in die Zubereitungsmischung eingegeben werden, wobei es sich versteht, daß der Anteil des verwende-
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ten Verstärkungsmittels innerhalb weiter Grenzen varrieren kann, und zwar in Abhängigkeit von den gewünschten Eigen- · schäften der Bauelemente.
Es versteht sich, daß das Kernmaterial, wenn dieses erwünscht ist, gegebenenfalls auch Zusatzstoffe, wie 'beispielsweise Füllmaterialien, wie z.B. großporigen (expanded) Perlstein, großporigen (expanded) Wurmstein, Glimmer, Asbest, Quarz, Kieselerde oder Calciumcarbonat oder Fasern, wie beispielsweise Glasfasern, SisaIfasern, Holzfasern und Jutefasern enthalten kann, um die Mischung zu verstärken.
Das Kernmaterial der erfindungsgemäßen Bauelemente kann auf jede Art und Weise zwischen den Verkleidungs- bzw. Bauteilen angeordnet sein. Beispielsweise kann das Kernmaterial mit Hilfe eines Klebstoffes oder mit Hilfe geeigneter Befestigungsvorrichtungen, wie beispielsweise Halter, Bänder oder Schrauben, an den Verkleidungs- bzw. Bauteilen befestigt sein. Andererseits kann das Kernmaterial auch direkt mit den-Verkleidungsteilen verbunden sein.
Es versteht sich, daß die Verkleidungs- bzw. Bauteile aus jedem geeigneten Material bestehen können und daß die Wahl des Materials von dem beabsichtigten Verwendungszweck der Bauelemente abhängt. Die Größe und die Form der Verkleidungsbzw. Bauteile hängt ebenfalls von dem beabsichtigten Verwendungszweck der Bauteile ab, beispielsweise können die Verkleidungs- bzw.Bauteile in Form von Streifen oder Platten aus Sperrholz (Furnierholz), Hartholz, Asbest, Asbestpappe, Asbestzementpappe, Fasergipsplatten, Holzspanplatten, Papier oder Tapeten vorliegen, wobei eines oder beide der Verklei-
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dungsteile, wenn dieses erwünscht oder erforderlich ist, mit einem dekorativen Verputz oder Überzug versehen sein kann.
Die Dicke des verwendeten Ifemmaterials in den erfindungsgemässen Bauelementen hängt von der spezifischen Natur des Kernmaterials, dem beabsichtigten Verwendungszweck des Elementes und von den Eigenschaften, die das Bauelement notwendigerweise besitzen muß, ab. Im allgemeinen wird die Dicke im Bereich von 0,635 cm {l/h inch) bis 5*o8 cm (2 inch) variieren. Beispielsweise kann eine Wandplatte ein Kernmaterial von etwa 1,27 cm (1/2 inch) Dicke und eine Tür ein Kernmaterial von etwa 3,8l cm (1 1/2 inch) Dicke enthalten.
Die Dichte des Kernmaterials kann auch mit dem beabsichtigten Verwendungszweck des Bauelementes variieren.
Die Dichte des Kernmaterials kann dadurch reduziert werden, daß man die Zubereitung verschäumt. Eine verschäumte Struktur kann dadurch erhalten werden, daß man Luft oder ein anderes Gas in eine Suspension der einzelnen Bestandteile einleitet, beispielsweise durch Schlagen, um die Zubereitung zu verschäumen, woraufhin die Mischung gestaltet oder verformt wird und die Formen zum Erstarren gebracht v/erden. Andererseits kann ein chemisches Verschäumungsmittel zu der Suspension der Einzelbestandteile, die das Kernmaterial bilden, zugegeben werden, woraufhin das Gemisch aufschäumt und darauf das verschäumte Gemisch gestaltet oder verformt wird und die Formen zur Erstarrung gebracht werden.
Wie schon oben erwähnt, können die Bauelemente der vorliegenden Erfindung Bauplatten sein, wie beispielsweise Wandplatten oder Deckenplatten oder Türen. Die Bauplatten können gemäß
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bekannter Verfahren verstärkt werden. Sie können als einzelne Einheiten für die Montage am vorgesehenen Platz verwendet werden, oder sie können zur Herstellung von Fertigwänden, Decken oder Raumeinheiten verwendet werden. Die Platten können gerahmt werden und sie können öffnungen für Türen oder Fenster enthalten.
Türen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten im allgemeinen einen Rahmen, der das Kernmaterial umgibt, wobei das Kernmaterial und der Rahmen zwischen geeigneten Verkleidungsplatten nach Art eines Sandwiches angeordnet werden.
In einer Modifikation der vorliegenden Erfindung können die Bauelemente ein Kernmaterial enthalten, welches auf ein einziges Verkleidungs- bzw. Bauteil aufgebracht wurde.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Bauelement, beispielsweise eine Bauplatte, die aus einem Kernmäterial besteht, welches auf ein Verkleidungs- bzw. Bauteil aufgebracht ist, wobei das Kernmaterial aus einer innig gebundenen Mischung einer verfügbaren Kohlenstoffquelle und einem Erdalkalimetallsulfat besteht, wobei wenigstens ein Teil des Kernmaterials fähig ist, bei erhöhten Temperaturen ein Sulfid des genannten Erdalkalimetallsulfats zu bilden.
Bauelemente dieses besonderen Typs können an bestehenden Baustrukturen angebracht werden, um beispielsweise die Wärme- und/oder Lärmisolierung der bestehenden Strukturen zu verbessern oder um eine dekorative Verkleidung an bestehenden Strukturen anzubringen. ■
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Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung.
Beispiel:
Herstellung des Kernmaterials
Die folgenden trockenen Ingredientien werden innig mitein ander vermischt:
fy·1/2Η20' loo Gew.-Teile
Perlstein (Perlit),
(Dichte 0,096 g/cm-5) 25 Gew.-Teile
(6 lbs.cu.ft.)
Holzfaser 2 Gew.-Teile
Kohlenstaub (9o^ der Teilchen weniger als 0,072J- mm 1,8 Gew.-Teile (2oo mesh))
Dieses Gemisch wird dann mit 12,5 Gew.-Teilen Polyvinylacetat als 55^-ige Emulsion in Wasser und I3o,5 Gew.-Teilen V/asser unter kontinuierlichem Rühren versetzt. Das Gemisch wird dann zu Folien verformt, in die gewünschten Formen geschnitten und dann getrocknet. Das Kernmaterial wurde dann zwischen zwei Verkloidungsteilen angeordnet, um Bauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung zu ergeben.
Thermische Isolationsprüfung
Die thermische Leitfähigkeit eines Bauelementes, das einen Kern aus dem oben beschriebenen Kernmaterial in den Abmessungen von 3,81 cm χ 30,48 cm χ 3o,48 cm (1 1/2 inch χ 1 ft. x 1 ft.) hat und eine Dichte von 0,6279 g/cnr (39,2 lbs./cu.ft.) aufweist, in v/elchem der Kern mit 0,3175 cm (1/8 inch) Hartholz-Verkleidungsplatten an den Oberflächen versehen ist,
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wurde gemäß DS 874:1973 Appendix C nach dem Auswägen auf konstantes Gewicht getestet.
Die thermische Leitfähigkeit betrug 3,2oo34 Kilokalorien/m2 (1,18 b.t.u. per square foot) pro Sekunde für einen Temperaturgradienten von 1°F pro 2,54 cm (1 inch).
Lärm!solationsprüfung
(A) Eine Tür mit den Abmessungen von 198,12 χ 76,2o χ 4,445 cm (6 ft 6 inch χ 2 ft 6 inch χ 1 3/4 inch) wurde in eine Wand aus Mauersteinen, die eine bekannt gute Lärmisolierung aufwies, eingebaut. Die Tür enthielt einen 3,81 cm (1 1/2 inch) dicken Kern aus· dem oben beschriebenen Kernmaterial, das eine Dichte von 0,6279 g/cnr5 (39,2 lbs/cu.ft.) aufwies, wobei der Kern durch einen Holzrahmen umgeben war und mit Verkleidungsplatten von o,3^75 cm (1/8 inch) Dicke an der Oberfläche verkleidet war.
Der Lärmisolationstest wurde gemäß BS 275"o:l'956 durchgeführt. Ein Ton bekannter Intensität wurde auf die eine Seite der Wand übermittelt und die Intensität des Tones auf der anderen Seite der Wand gemessen. Der normalisierte Pegelunterschied betrug 36,3 Dezibel (36,3 decibels).
(B) Es wurde eine Wand aus Platten kontruiert, die aus ■ einem 3*81 cm (1 1/2 inch) dickem Kern des oben angegebenen Materials mit einer Dichte von 0,6279 G/crP.(39,2 lbs/cu.ft.) be±and und die auf ihren Oberflächen Hartholzverkleidungsplatten von o,3175 cm (1/8 inch) Dicke aufwies. Die Tontransmission durch die Wand wurde gemäß dem unter (A) beschriebenen Verfahren gemessen. Der Tonreduktionsindex betrug
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3ο,4 Dezibel' (3ο,4 decibels).
Heiztürprüfung
Die Feuerfestigkeit einer Heiztür bzw. Ofentür wurde gemäß BS 476 : Part 8 : 1972 von der Fire Research Station, Borehamwood, Hertfordshire, England an einer mit einem Holzrahmen versehenen Testtür getestet. Das Teststück enthielt Holzständer und -riegel mit einem 3,81 cm (1 1/2 inch) dicken Kern aus dem oben beschriebenen Kernmaterial. Das Teststück war mit Hartholz verkleidet und in einem Holzrahmen mit Anschlägen ausgestattet, die aus dem festen Teil mit zwei erhabenen Streifen, die im Bereich der Schließkanten angeordnet waren, ausgearbeitet waren. Die Rahmen, Ständer und Riegel waren alle vorher mit feuerfesten Chemikalien imprägniert worden.
Es wurde gefunden, daß die Tür den Integritätsanforderungen für eine einstündige Feuerfestigkeit der Tür bestand.
- Patentansprüche -
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Claims (16)

Patentansprüche
1.) Bauelement mit einem Kernmaterial zwischen zwei
Verkleidungsteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial aus einer innig gebundenen Mischung aus einer Quelle von verfügbarem Kohlenstoff und einem Erdalkalimetallsulfat besteht, wobei wenigstens ein Teil des Kernmaterials fähig ist, bei erhöhter Temperatur ein Sulfid des genannten Erdalkalimetallsulfats zu bilden.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle aus verfügbarem Kohlenstoff aus Kohlenstoff in fein verteilter oder Pulverform besteht.
3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch g e kennzei chnet , daß der Kohlenstoff in fein verteilter oder Pulverform pulverisiertes Anthracit ist.
4. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff in fein verteilter oder Pulverform pulverisierter Koks ist.'
5. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff in fein verteilter oder Pulverform Kohlenstaub ist.
6. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle von verfügbarem Kohlenstoff aus einem hitzehärtbaren Kunststoffmaterial be-r
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steht.
7. Bauelement nach einem der AnsprUche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalimetallsulfat Calciumsulfat ist.
8. Baueteient nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumsulfat gebrannter Gips (Hämihydrat = CaSO^, .1/2HpO) ist.
9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle von verfügbarem Kohlenstoff eine Partikelgröße von unterhalb etwa 5oo Mikron aufweist.
10. Bauelement nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle von verfügbarem Kohlenstoff eine Partikelgröße im Bereich von 1 bis 25o Mikron aufweist.
11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Kohlenstoff in fein verteilter oder Pulverform zu dem Erdalkalimetallsulfat im-Bereich von 1 bis Io : loo Gew.-Teilen liegt.
12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial ein verstärkendes oder versteifendes Mittel enthält.
13. Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkende oder ver-
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steifende Material in der Mischung in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-Ja vorhanden ist.
14. Bauelement nach Anspruch 12 oder Ij5, dadurch gekennzeichnet , ~ daß das verstärkende oder versteifende Mittel Polyvinylacetat ist.
15. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis lh, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial gegebenenfalls ein oder mehr Zusatzstoffe enthält.
16. Eine Modifikation des Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis I5, in welchem das Kernmaterial auf ein Verkleidungsteil aufgebracht wird, dadurch g e kennzeichnet, daß das Kernmaterial eine innig gebundene Mischung einer Quelle aus verfügbarem Kohlenstoff und ein Erdalkalimetallsulfat enthält, wobei wenigstens ein Teil des Kernmaterials fähig ist, bei erhöhter Temperatur ein Sulfid des genannten Erdalkalimetallsulfats zu bilden. ·
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