EP1828500A1 - Bauplatte - Google Patents

Bauplatte

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Publication number
EP1828500A1
EP1828500A1 EP05821731A EP05821731A EP1828500A1 EP 1828500 A1 EP1828500 A1 EP 1828500A1 EP 05821731 A EP05821731 A EP 05821731A EP 05821731 A EP05821731 A EP 05821731A EP 1828500 A1 EP1828500 A1 EP 1828500A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
building board
zeolites
board according
building
cement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05821731A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Prof. Hans Ulrich Hummel
Georg KRÄMER
Hans Rudolf STÖSSEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knauf Gips KG
Original Assignee
Knauf Gips KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Knauf Gips KG filed Critical Knauf Gips KG
Priority to EP05821731A priority Critical patent/EP1828500A1/de
Publication of EP1828500A1 publication Critical patent/EP1828500A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/04—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres
    • E04C2/043—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres of plaster

Definitions

  • the present invention relates to structural panels.
  • Building boards are widely used in the construction industry for the production of floors, walls and ceilings or ceiling and wall cladding.
  • plates with increased moisture stability for example plates with increased moisture stability, plates with increased fire resistance or with reduced sound transmission behavior.
  • cement boards There are different manufacturing processes for cement boards. All these methods have in common that the binder is premixed with various additives. This mixture is mixed with water and applied on a Abbindeband, which may for example be segmented, surface.
  • a fiberglass scrim or fabric may be required as the cladding. The fiberglass scrim or fabric is then placed on the binding tape immediately prior to application of the binder-aggregate mixture. After application of the binder-aggregate mixture, a second fiberglass scrim or fabric is optionally applied as a finishing layer.
  • the sandwich element thus formed may pass through an extruding or smoothing unit which causes compaction and smoothing of the plates.
  • the raw plates produced in this way can still be separated in the wet state by running saws or separated after complete setting.
  • cement boards have a cement content of about 30 wt .-%, the rest are mineral fillers, such as sand or Kalksteinkörnache.
  • Mineral fiber boards consist of mineral fibers, composed of eg stone and / or glass wool fibers, cellulose fibers, clay aggregates, lightweight aggregates such as perlite, other mineral aggregates and fillers and starch as a binder. Mineral fiber boards are mostly used for the production of ceiling tiles.
  • the mineral fiber plate production runs analogous to the production of paper or cardboard on screening machines, eg Langlochsiebmaschinen. Plates of sufficient strength are made by combining several thin layers Generates and passes through various compaction and drying units. The rope-shaped web is separated by cutting or sawing devices. The resulting individual plates can finally be coated, colored and textured.
  • Gypsum fiber boards consist predominantly of stucco gypsum, CaSO 4 • ⁇ h H 2 O as a binder and 10 to 20% cellulose fibers.
  • the production of the gypsum fiberboards takes place either in accordance with the semi-dry process, known by the name Siempelkamp-Fermacell process or Schenck process, and by wet technology, in the form of a flow-on, winding roll or hat-check technique. All these methods have in common that intimate mixtures of the binder with the pulp, which is produced dry by grinding or by wet pulping by Pulpung produced. These are applied flat by spreading technology in the dry state or wet as a slurry on a moving binding tape. In the case of semi-dry process, the "cake" applied to the belt is then moistened and pressed, with most of the mixing water being squeezed out.
  • Object of the present invention was to provide structural panels with improved properties. Surprisingly, it has been found that structural panels containing 1 to 25% by weight of zeolites can lead to a reduction of indoor air pollutants. Preferred zeolite contents are at least 5% by weight, more preferably at least 10% by weight, more preferably the ranges are 5 to 20% by weight and 10 to 15% by weight.
  • the contents refer to the proportion of zeolite in the entire plate, after drying (atro).
  • the zeolites used according to the invention can be premixed in the production of cement boards together with the binder and the aggregates.
  • the zeolites can also be mixed with the other auxiliaries, such as lightweight aggregates, etc., and used in the production.
  • the zeolites may be added to the stucco, for example, and the gypsum fiber board may be produced in the usual way.
  • WO 2004/033385 discloses an artificial stone slab.
  • This contains zeolites in the range of 40-50% by weight, which are mixed with white cement and an acrylate emulsion in order to achieve a bond between the white cement, the zeolite and the aggregate.
  • the zeolites support the connection between cement and aggregates. It is crucial that the artificial stone is particularly light because it is attached to a wall for decoration.
  • the cement boards according to the invention represent the building material for the wall itself and can remove static loads.
  • the structural panels according to the invention preferably contain less than 5% organic admixtures, preferably less than 3%, and most preferably are substantially free of organic ingredients, especially film-forming organic binders such as latex, acrylates, styrene acrylates.
  • the zeolites are inserted relatively loosely into the panel matrix, which can be observed by scanning electron microscopy. This explains the activity of the zeolites.
  • the cement board according to the invention preferably has a density of 800 to 1200 kg / m 3 .
  • Natural occurring zeolites are therefore those that are mined from deposits.
  • zeolites particularly suitable as zeolites are those with a mineral phase composition which is selected from the group consisting of clinoptilolite, hay Landite, chabazite, phillipsite, morderite and mixtures thereof.
  • the zeolites are not only thermally activated, ie thermally dehydrated, but surprisingly also natively usable.
  • the zeolites are used natively, i. without thermal activation or drainage.
  • a thermal pretreatment of the zeolites is not necessary.
  • the open plate structure allows the air pollutants to interact with the embedded zeolite particles.
  • such a zeolite in the building board according to the invention exhibits the activity required according to the invention for reducing air pollutants.
  • the construction boards preferably contain zeolites with a particle size ⁇ 200 .mu.m, preferably less than 150 .mu.m. This can most easily be achieved by fine grinding.
  • Particularly suitable zeolites have d50 values between about 30 and about 90 microns, more preferably between 40 and 70 microns.
  • the zeolites preferably have an oil number (determined in accordance with DIN 53199) of not more than 25 g / 100 g of zeolite, preferably not more than 10 g / 100 g of zeolite.
  • the materials used according to the invention preferably contain less than 3% diatomaceous earth and the zeolites are not mixed with 'antibacterial cations'.
  • the present invention also relates to the use of the structural panels according to the invention for reducing indoor air pollutants.
  • Air pollutants that can be successfully removed from the indoor air are, for example, formaldehyde, benzene, ammonia and tobacco smoke. Even odors, such as fishy odor, can be reduced, as could be demonstrated experimentally by the degradation of triethylamine.
  • the plates are also suitable for reducing odor nuisance from the food and hygiene sector (manure, toilet areas, etc.).
  • the air pollutants are not bound to the materials, but degraded / decomposed, so that no saturation of the materials occurs.
  • the maximum permissible workplace concentration is 600 ⁇ g / m 3 .
  • the average formaldehyde content is at 220 ug / m 3 .
  • the WHO assumes a guideline value of 100 ⁇ g / m 3 for health protection.
  • a desirable value in apartments is about 60 ⁇ g / m 3 .
  • An average benzene content in a smoking room at an air exchange rate of 0.5 changes / hour is about 45 ⁇ g / m 3 .
  • the desired value in apartments is ⁇ 10 ⁇ g / m 3 .
  • Gypsum board panels with 10% natural zeolites (native ie, non-dewatered) microns with a maximum grain size of 200 and a d 50 of 40 microns were laid out in a room with normal air, whereby on 1 m 3 chamber volume 1.23 m 2 gypsum fiber board surface was , In this room was by continuous supply of a defined Schadgasgemisches a respective noxious gas concentration with the noxious gases formaldehyde and benzene and a noxious gas mixture set from cigarette smoke. The air exchange rate of the respective mixture was 0.5 changes / hour, ie the pollutant mixture was completely renewed within two hours. In the effluent mixture, the remaining pollutant value was measured as the gas concentration.

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Abstract

Bauplatte für den Innenausbau ausgewählt aus der Gruppe umfassend Mineralfaserplatten, Gipsfaserplatten und Zementplatten enthaltend 1 bis 25 Gew.-% Zeolithe.

Description

Bauplatte
Die vorliegende Erfindung betrifft Bauplatten.
Bauplatten werden in großem Umfang im Baubereich zur Herstellung von Böden, Wänden und Decken oder Decken- und Wandverkleidung eingesetzt.
Für verschiedene Einsatzzwecke existieren verschiedene optimierte Platten, beispielsweise Platten mit erhöhter Feuchtigkeitsstabilität, Platten mit erhöhtem Feuerwiderstand oder mit reduziertem Schalldurchgangsverhalten.
Für Zementplatten gibt es unterschiedliche Herstellungsverfahren. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass das Bindemittel mit diversen Zuschlägen vorge- mischt wird. Diese Mischung wird mit Wasser versetzt und auf einem Abbindeband, das beispielsweise segmentiert sein kann, flächig aufgetragen. Zur Verstärkung kann ein Glasfasergelege oder Gewebe als Ummantelung erforderlich sein. Das Glasfasergelege oder -gewebe wird dann unmittelbar vor dem Auftragen des Bindemittel-Zuschlaggemisches auf das Abbindeband gebracht. Nach dem Auftrag des Bindemittel-Zuschlaggemisches wird gegebenenfalls ein zweites Glasfasergelege oder -gewebe als Abschlussschicht aufgelegt. Das Sandwichelement, das so entsteht, kann eine Extrudier- oder Glätteinheit durchlaufen, die eine Verdichtung und Glättung der Platten bewirken. Die so erzeugten Rohplatten können noch im feuchten Zustand durch mitlaufende Sägen vereinzelt oder nach dem vollständigen Abbinden vereinzelt werden. Typischerweise weisen Zementplatten einen Zementgehalt von ca. 30 Gew.-% auf, der Rest sind mineralische Füllstoffe, wie Sand- oder Kalksteinkörnungen.
Mineralfaserplatten bestehen aus Mineralfasern, aufgebaut aus z.B. Stein- und/oder Glaswollefasern, aus Cellulosefasem, Tonzuschlägen, Leichtzuschlägen wie Perlite, weiteren mineralische Zuschlägen und Füllstoffen und Stärke als Bindemittel. Mineralfaserplatten werden meistens zur Herstellung von Deckenplatten verwendet. Die Mineralfaserplattenproduktion verläuft analog zur Herstellung von Papier oder Karton auf Siebmaschinen, z.B. Langlochsiebmaschinen. Platten ausreichender Stärke werden durch Kombination mehrerer Dünnlagen erzeugt und durchlaufen diverse Verdichtungs- und Trocknungseinheiten. Die strangförmige Bahn wird durch Schneide- oder Sägeeinrichtungen vereinzelt. Die so entstehenden Einzelplatten können schließlich beschichtet, eingefärbt und texturiert werden.
Gipsfaserplatten bestehen überwiegend aus Stuckgips, CaSO4 • Λh H2O als Bindemittel und 10 bis 20% Cellulosefasern. Die Herstellung der Gipsfaserplatten erfolgt entweder gemäß Halbtrocken-Verfahren, bekannt unter der Bezeichnung Siempelkamp-Fermacell-Verfahren oder Schenck-Verfahren sowie durch Nasstechnologie, als Flow-on-, Wickelwalzen- oder Hatscheck-Technik ausgebildet. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass innige Mischungen des Bindemittels mit dem Faserstoff, der trocken durch Mahlung oder im Nassaufschluss durch Pülpung erzeugt wird, hergestellt werden. Diese werden flächig durch Streutechnologie im trockenen Zustand oder nass als Slurry auf ein bewegtes Abbindeband aufgetragen. Im Fall von Halbtrockenverfahren wird der auf das Band auf- gebracht "Kuchen" anschließend durchfeuchtet und verpresst, wobei der Großteil des Anmachwassers hierbei ausgepresst wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Bauplatten mit verbesserten Eigenschaften bereit zu stellen. Überraschenderweise wurde gefunden, dass Bauplatten, die 1 bis 25 Gew-% Zeolithe enthalten, zu einer Reduzierung von Luft- Schadstoffen in Innenräumen führen können. Bevorzugte Zeolithgehalte betragen mindestens 5 Gew-%, noch mehr bevorzugt mindestens 10 Gew-%, besonders bevorzugt sind die Bereiche 5 bis 20 Gew-% bzw. 10 bis 15 Gew-%.
Besonders hohe Gehalte an Zeolithen (> 30 Gew.-%) machen die Platte mechanisch instabil, da sie keine bindenden Wechselwirkungen mit der übrigen Plat- tenmatrix eingehen.
Die Gehalte beziehen sich auf den Anteil des Zeolithes in der gesamten Platte, nach Trocknung (atro).
Die erfindungsgemäß eingesetzten Zeolithe können bei der Herstellung von Zementplatten zusammen mit dem Bindemittel und den Zuschlägen vorgemischt werden. Bei Mineralfaserplatten können die Zeolithe ebenfalls mit den weiteren Hilfsstof- fen wie Leichtzuschläge, etc. vermischt und bei der Herstellung eingesetzt werden.
Bei Gipsfaserplatten können die Zeolithe beispielweise dem Stuckgips zugesetzt werden und die Gipsfaserplatte in üblicher Weise hergestellt werden.
Die WO 2004/033385 offenbart eine künstliche Steinplatte. Diese enthält Zeolithe im Bereich von 40-50 Gew.-%, die mit Weißzement und einer Acrylatemul- sion vermischt, um eine Verbindung zwischen dem Weißzement, dem Zeolith und dem Zuschlagsstoff zu erreichen. Die Zeolithe unterstützen hierbei die Ver- bindung zwischen Zement und Zuschlagsstoffen. Entscheidend ist, dass der künstliche Stein besonders leicht ist, da er an eine Wand zur Dekoration angebracht wird. Die erfindungsgemäßen Zementplatten stellen hingegen das Baumaterial für die Wand selbst dar und können statische Lasten abtragen.
Die erfindungsgemäßen Bauplatten enthalten vorzugsweise weniger als 5% organische Beimengungen, bevorzugt weniger als 3% und sind am meisten bevorzugt im wesentlichen frei von organischen Inhaltsstoffen, insbesondere filmbildende organische Bindemittel, wie Latex, Acrylate, Styrolacrylate. Überraschenderweise sind bei den erfindungsgemäßen Bauplatten die Zeolithe relativ locker in die Plattenmatrix eingefügt, was durch Rasterelektronenmikroskopie beobachtet werden kann. Dies erklärt die Aktivität der Zeolithe.
Die erfindungsgemäße Zementplatte hat bevorzugt eine Dichte von 800 bis 1200 kg/m3.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt werden natürliche Zeolithe eingesetzt, d.h. Zeolithe, die nicht synthetisch hergestellt sind (z.B. synthetische Herstel- lung: durch Umsetzung von SiO2-haltigen und AI2O3-haltigen Substanzen mit Alkalihydroxiden bei Temperaturen größer 500C in wässriger Phase). Natürliche vorkommende Zeolithe sind also solche, die aus Lagerstätten abgebaut werden.
Als Zeolithe geeignet sind insbesondere solche mit einer Mineralphasenzusammensetzung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Clinoptilolit, Heu- landit, Chabasit, Phillipsit, Morderit und Mischungen davon. Die Zeolithe sind nicht nur thermisch aktiviert, d.h. thermisch entwässert, sondern erstaunlicherweise auch nativ verwendbar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Zeolithe nativ eingesetzt, d.h. ohne thermische Aktivierung bzw. Entwässerung. Eine thermische Vorbehandlung der Zeolithe ist nicht notwendig. Überraschenderweise wurde gefunden, dass bei der Trocknung der erfindungsgemäßen Bauplatten zumindest eine Teilentwässerung der Zeolithe erfolgt, die für einen katalytischen Schadstoffabbau hinreichend ist. Die offene Plattenstruktur ermöglicht es den Luftschadstoffen mit den eingelagerten Zeolithpartikeln in Wechselwirkung zu treten. Filmbildende organische Bindemittel, wie sie in WO 2004/033385 eingesetzt werden, würden dies ausschließen oder stören.
Erstaunlicherweise tritt während der Herstellung/Trocknung der Produkte anscheinend eine Aktivierung der Zeolithe ein. Die Entwässerung von Zeolithen kann z.B. durch thermogravimetrische Analyse (TGA) gemessen werden.
Trotzdem zeigt ein solcher Zeolith in der erfindungsgemäßen Bauplatte die erfindungsgemäß geforderte Aktivität zur Reduzierung von Luftschadstoffen.
Die Bauplatten enthalten bevorzugt Zeolithe mit einer Korngröße < 200 μm, bevorzugt kleiner 150 μm. Dies kann am einfachsten durch feines Aufmahlen erreicht werden.
Besonders geeignete Zeolithe weisen d50 Werte zwischen etwa 30 und etwa 90 μm auf, noch mehr bevorzugt zwischen 40 und 70 μm.
Die Zeolithe haben bevorzugt eine Ölzahl (Bestimmung gemäß DIN 53199) von maximal 25 g/100 g Zeolith, bevorzugt maximal 10 g/100 g Zeolith.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Materialen enthalten vorzugsweise weniger als 3 % Diatomeenerde und die Zeolithe sind nicht mit 'antibakteriellen Kationen' versetzt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Bauplatten zur Reduzierung von Luftschadstoffen in Innenräumen. Luftschadstoffe, die sich erfolgreich aus der Innenluft entfernen lassen, sind beispielsweise Formaldehyd, Benzol, Ammoniak und Tabakrauch. Auch Gerüche, z.B. Fischgeruch, kann reduziert werden, wie durch den Abbau von Triethylamin experimentell nachgewiesen werden konnte. Damit eignen sich die Platten auch zur Verminderung von Geruchsbelästigungen aus dem Lebensmittel- sowie dem Hygienebereich (Gülle, WC-Bereiche etc.).
Überraschenderweise werden die Luftschadstoffe an den Materialien nicht ge- bunden, sondern abgebaut/zersetzt, so dass keine Sättigung der Materialien eintritt.
Für Formaldehyd beträgt die maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration (MAK- Wert) 600 μg/m3. In einem Raucherzimmer liegt bei einer Luftwechsel rate von 0,5 Wechsel/Stunde der durchschnittliche Formaldehydgehalt bei 220 μg/m3. Die WHO geht von einem Richtwert zum Schütze der Gesundheit von 100 μg/m3 aus. Ein in Wohnungen anzustrebender Wert ist etwa 60 μg/m3.
Ein durchschnittlicher Benzolgehalt in einem Raucherzimmer liegt bei einer Luftwechselrate von 0,5 Wechsel/Stunde bei etwa 45 μg/m3. Der anzustrebende Wert in Wohnungen ist < 10 μg/m3.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Bauplatten können entsprechend reduzierte Werte erhalten werden.
Beispiel
Gipsfaserplatten mit 10% natürliche Zeolithe (nativ, d.h. nicht entwässert) mit einer Korngröße von maximal 200 μm und einem d50-Wert von 40 μm wurden in einem Raum mit Normalklima ausgelegt, wobei auf 1 m3 Raumvolumen 1,23 m2 Gipsfaserplattenfläche kam. In diesem Raum wurde durch kontinuierliche Zuführung eines definierten Schadgasgemisches eine jeweilige Schadgaskonzentration mit den Schadgasen Formaldehyd und Benzol sowie mit einem Schadgasgemisch aus Zigarettenrauch eingestellt. Die Luftwechselrate des jeweiligen Gemisches betrug 0,5 Wechsel/Stunde, d.h. das Schadstoffgemisch wurde innerhalb von zwei Stunden komplett erneuert. In dem ausströmenden Gemisch wurde der verbleibende Schadstoffwert als Gaskonzentration gemessen.
Durch den Kontakt mit den Bauplatten wurden die Schadgase größtenteils abgebaut und es stellte sich in dem System eine Schadgaskonzentration vom Ausgangswert (einströmendes Gemisch) zum Gleichgewichtswert (ausströmendes Gemisch)
bei Formaldehyd von 600 μg/m3 auf < 100 μg/m3 220 μg/m3 auf < 50 μg/m3
bei Benzol von 45 μg/m3 auf <10 μg/m3
ein.
Bei Zigarettenrauch wurde außerdem eine wesentliche Reduzierung der Geruchsbelästigung (Kaltrauchgeruch) durch den Kontakt des Rauches mit den erfindungsgemäßen Gipsfaserplatten durch Olfaktometrie nachgewiesen.
In der Versuchsreihe wurde außerdem festgestellt, dass die Schadstoffe nicht in die Bauplatte eingelagert, sondern reaktiv in unschädliche Verbindungen umgesetzt werden.
Versuche mit veränderten Zeolith-Anteilen in den Platten und Zementplatten bzw. Mineralfaserplatten brachten ähnliche Ergebnisse.

Claims

Patentansprüche
1. Bauplatte für den Innenausbau ausgewählt aus der Gruppe umfassend Mineralfaserplatten, Gipsfaserplatten und Zementplatten enthaltend 1 bis 25 Gew.- % natürlich vorkommender Zeolithe.
2. Bauplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeolithe eine Korngröße < 200 μm aufweisen.
3. Bauplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeolithe einen d50 Wert zwischen 30 und 90 μm aufweisen.
4. Bauplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeolithe eine Mineralphasenzusammensetzung aufweisen, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Clinoptilolit, Heulandit, Chabasit, Phillipsit, Morderit und Mischungen davon.
5. Bauplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith nativ eingesetzt wird.
6. Bauplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Mineralfaserplatte handelt.
7. Bauplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Gipsfaserplatte handelt.
8. Bauplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Zementplatte handelt.
9. Bauplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass < 3 Gew.-% organische Substanzen enthalten sind, insbesondere bezogen auf filmbildende organische Bindemittel.
10. Verwendung einer Bauplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Reduzierung von Luftschadstoffen in Innenräumen.
11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschadstoffe bestehen aus Formaldehyd, Benzol, Ammoniak, Tabakrauch und Mischungen davon.
12. Verwendung einer Bauplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Reduzierung von störenden Gerüchen in Innenräumen.
13. Verwendung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Gerüche aus dem Lebensmittel- oder dem Hygienebereich stammen.
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