EP3966388A1 - Elektrisch leitendes papiergefüge, verfahren zum herstellen desselben und verwendung - Google Patents

Elektrisch leitendes papiergefüge, verfahren zum herstellen desselben und verwendung

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EP3966388A1
EP3966388A1 EP20723991.4A EP20723991A EP3966388A1 EP 3966388 A1 EP3966388 A1 EP 3966388A1 EP 20723991 A EP20723991 A EP 20723991A EP 3966388 A1 EP3966388 A1 EP 3966388A1
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EP
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electrically conductive
paper structure
thread
embedded
paper
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EP3966388B1 (de
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Rudolf Seidler
Daniel Lenssen
Maik Rudolf Johann Scherer
Christoph HUNGER
Erwin Bacher
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Definitions

  • the invention relates to an electrically conductive paper structure, a method for producing the same and the use of the electrically conductive paper structure.
  • Electrically conductive paper structures e.g. based on cellulosic pulps and carbon fibers are known in the art, see e.g. EP 2 770 104 Bl. It is therefore fundamentally known to use flat paper substrates with conductive fibers, in particular metal fibers or graphitized carbon fibers, or other materials that provide conductivity, e.g. Carbon-N anotubes to be equipped so that the electric current flows through the flat paper substrate.
  • the paper substrate can be used for different purposes, e.g. as a heating element, as an element for electromagnetic shielding or as an element for signal detection.
  • the electrically conductive paper structure can be contacted in various ways in order to conduct electrical current through the paper structure starting from the contacts.
  • Adhesive contacts that are applied to parts of the surface of the electrically conductive paper structure are common, for example.
  • the disadvantage here is the contact through rather poorly conductive organic adhesive layers, which are also susceptible to peeling off under mechanical stress.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an electrically conductive paper structure with improved contacting.
  • Electrically conductive paper structure according to Clause 1 wherein in the electrically conductive paper structure a plurality of continuous, electrically conductive threads for contacting the electrically conductive paper structure from one end to the opposite end of the paper structure are embedded, the majority preferably being embedded assumes a value in the range from two to eight, more preferably a value in the range from two to six and particularly preferably the value two. 3.
  • Electrically conductive paper structure according to Clause 1 or 2 the electrically conductive fibers being metallic fibers, in particular special metallic short-cut fibers with a preferred fiber length in a range of 3 mm to 12 mm, and / or carbon fibers.
  • Electrically conductive paper structure according to one of clauses 1 to 3, the electrically conductive paper structure containing additional electrically conductive materials, in particular carbon particles and / or carbon nanotubes.
  • Electrically conductive paper structure according to one of the clauses 1 to 4, wherein the electrically conductive thread for contacting the electrically conductive paper structure is a metal wire, a metal thread, a metal band, a on a carrier substrate such as a plastic film ba with a Metal-coated thread, a laminate of (plastic films and metal foils, a metal mesh, a plait, a knit or a Lahn tape. 6.
  • Electrically conductive paper structure according to one of clauses 1 to 5 the paper structure on a single Paper layer is based in which the electrically conductive thread for contacting the electrically conductive paper structure is embedded. 7.
  • the electrically conductive thread for contacting the electrically conductive paper structure is completely embedded in the paper structure, so that the thread is not visible to the viewer from the front or from the back;
  • the thread is embedded in the paper structure that the thread in the paper structure is freely accessible on one side;
  • the thread is embedded in the paper structure in such a way that the surface of the thread is partially exposed at least at one point on the paper structure.
  • Electrically conductive paper structure consisting essentially of cellulose-containing fibers, characterized in that a continuous, electrically conductive thread for contacting the paper structure from one end to the opposite end of the paper structure is embedded in the paper structure, wherein the thread is embedded in the structure of the paper in such a way that the thread is in several places of the Paper structure is partially exposed on its surface, the paper structure being printed with a conductive pattern of conductor tracks so that the contacting of the conductive pattern with the thread embedded in the paper structure takes place via the points at which the thread is partially exposed.
  • Electrically conductive paper structure according to Clause 15, two or more continuous, electrically conductive threads for contacting the paper structure being embedded in the paper structure from one end to the opposite end of the paper structure, the threads being embedded in the paper structure, that each thread is partially exposed on its surface at several points of the paper structure, the paper structure being printed with a conductive pattern of conductor tracks in such a way that the conductive pattern is contacted with the threads embedded in the paper structure via the points at which the threads are partially expose.
  • the present invention is based on the idea of providing an electrically conductive paper structure with improved contacting in analogy to a security thread introduced into bank note paper by embedding continuous, electrically conductive contact threads in the electrically conductive paper structure.
  • the electrically conductive paper structure is thus from one end to the opposite end of the continuous, conductive contact threads. This enables easy contacting of the electrically conductive paper structure at the ends of the contact threads and, through the introduction of the contact threads over the entire surface of the paper structure, provides a local power supply for all areas of the paper structure.
  • the electrically conductive paper structure expediently contains a plurality of continuous, electrically conductive threads for contacting the electrically conductive paper structure, each of which is embedded from one end to the opposite end of the paper structure, the majority preferably having a value in the range from two to eight, further preferably a value in the range from two to six and in particular before given the value two.
  • the electrically conductive paper structure according to the invention can be produced, for example, by means of conventional cylinder mold technology. In this way it is basically possible to process varying fiber compositions. It is useful to mix conductive, metallic short-cut fibers with the cellulose-containing fibers.
  • the short cut metallic fibers typically have a fiber length in the range from 3 to 12 mm.
  • the amount in which the conductive, metallic short-cut fibers are added is expediently chosen so that there are sufficient fiber-to-fiber contacts and thus a suitable electrical current flow is ensured.
  • the electrically conductive paper structure can contain other natural and / or synthetic fiber materials, optionally chemical additives and optionally residual moisture.
  • the electrical conductivity can not only be achieved by conductive, metallic fibers, in particular short-cut metallic fibers, but also by adding Carbon fibers, carbon particles or carbon-N anotubes achieved who the.
  • the cylinder mold technology makes it possible to embed a continuous, conductive thread in the core of the electrically conductive paper structure, so that the electrically conductive paper structure is permeated with the continuous, conductive thread from one end to the opposite end.
  • the continuous, conductive thread embedded in the electrically conductive paper structure in this way thus represents a contact thread.
  • the term "contact thread” is to be understood here as a thread for contacting the electrically conductive paper structure, which is located within the electrically conductive paper structure in many places directly is conductively connected to the conductive, metallic (short cut) fibers, carbon fibers, carbon particles and / or carbon nanotubes contained therein.
  • the contact thread embedded in the electrically conductive paper structure according to its arrangement in the paper is a banknote pa
  • a continuous, conductive thread is introduced into the electrically conductive paper structure, but a plurality of continuous, conductive threads are advantageously introduced into the electrically conductive paper structure possible, on the one hand, a slight contact at the ends of the threads and, on the other hand, through their introduction over the entire surface of the electrically conductive paper structure, a local power supply for all areas.
  • the contact threads thus fulfill a double function in a particularly advantageous manner.
  • the inven tion, provided with contact threads, electrically conductive paper structure is also characterized by its robustness and long-term resistance.
  • the cellulose-containing fibers that can be used for the electrically conductive paper structure according to the invention can be selected, for example, from fibers of natural origin or from synthetic fibers.
  • Cellulosic fibrous materials of natural origin include, for example, wood fibers, semi-pulps, thermomechanical pulp, cotton fibers, chemically disrupted cellulose such as sulfate or sulfite pulp, wood pulp, chemically modified wood pulp, recycled fiber materials and combinations of two or more of the above-mentioned elements.
  • the cellulose-containing fibers are conductive materials, in particular conductive fibers, such as metallic (short-cut) fibers, graphitized carbon fibers (also simply referred to herein as "carbon fibers") or metallized plastic fibers, and / or conductive particles such as carbon particles, carbon -Nanotubes or fullerenes.
  • metallic short-cut fibers such as metallic (short-cut) fibers, graphitized carbon fibers (also simply referred to herein as "carbon fibers”) or metallized plastic fibers, and / or conductive particles such as carbon particles, carbon -Nanotubes or fullerenes.
  • the proportion of metallic short-cut fibers that are added with respect to the cellulosic fibrous materials can vary, depending on the application, in particular in a range from a few percent by weight (% by weight) to 50% by weight or more It is expedient to add so many conductive fibers that the so-called percolation threshold is exceeded in order to ensure sufficient conductivity. Accordingly,
  • carbon fibers in particular, can be admixed with the cellulosic fibrous materials as conductive materials.
  • Carbon fibers are preferably industrially produced fibers that are formed from carbon-containing material and are converted into a graphite-like carbon arrangement, for example by pyrolysis. Such fibers can be produced isotropically or anisotropically and usually have one Diameter in a range from 5 mhi to 8 gm. During processing, these individual fibers are combined into bundles (rovings) with 1000 to 400,000 individual fibers and can then be further processed. Carbon fibers have good electrical and thermal conductivity.
  • carbon fibers are understood to be fibers from a group comprising high-strength carbon fibers, high-strength carbon fibers and / or high-strength carbon fibers.
  • the carbon fibers which can be used according to the invention can have a preferred length distribution or a corresponding focus, which is preferably in a range from 1 gm to 50,000 gm, for example in a range from 8,000 gm to 50,000 gm, in particular in a range from 1 gm to 8000 gm and particularly preferably in a range from 5000 gm to 8000 gm.
  • This length distribution is advantageous when using primary carbon fibers as well as with recycled carbon fibers, as the corresponding carbon fibers can be mixed well and especially homogeneously with the other cellulosic fibers of the stable mix to produce the paper structure.
  • the aim here is, in particular, to ensure the most homogeneous possible distribution of the at least two fiber constituents both in the suspension for producing a paper structure and in the paper structure itself.
  • the proportion of carbon fibers in the paper structure (under controlled climatic conditions of 23 ° C. and 50% relative humidity) is greater than 35% by weight.
  • the specific resistance of the paper structure thus formed may decrease and the conductivity of the paper thus formed increases.
  • the advantages of an increased proportion of carbon fibers in the paper structure include improved conductivity, the reduction in electrical resistance in the sheet or paper structure and the associated higher power consumption.
  • the increased use of carbon fibers can be achieved through the selected fiber length distribution of the carbon fibers and / or the combination with the paper pulp. This can be, for example, cotton fiber, which is specifically fibrillated by targeted grinding (Dutch grinding) and can thus provide a particularly high strength potential for the paper structure to be produced.
  • the specific resistance of the paper structure according to the invention is, for example, in the range from IO 2 Om to IO 5 Om.
  • Chemical additives can optionally be added to the electrically conductive paper structure according to the invention, which are selected, for example, from a group which includes retention aids, drainage aids, retention aid dual systems or microparticle systems, wet and dry strength agents, sizing agents, fillers and / or pigments, in particular a group of talc, titanium dioxide, aluminum hydroxide, bentonite, barium sulfate, calcium carbonate, kaolin selected, defoamers, deaerators, biocides, enzymes, bleaching aids, optical brighteners, dyes, shading dyes, contaminant scavengers, precipitants (fixatives), wetting agents, pH regulators .
  • retention aids titanium dioxide, aluminum hydroxide, bentonite, barium sulfate, calcium carbonate, kaolin selected, defoamers, deaerators, biocides, enzymes, bleaching aids, optical brighteners, dyes, shading dyes, contaminant scavengers,
  • the chemical additive can also be selected from a group of preferably water-soluble polymers, which in particular contain amine-containing polymers, polyethyleneimine, pyrolidine, polyamides, polyacrylamide, aridine, proteins, peptides, polyether-containing polymers, in particular polyethylene oxide, polyethers, hydroxyl groups
  • Polymers in particular starch, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, charged polymers, especially cationic polymers, especially cationic starch, corn starch, potato starch, wheat starch, rice starch, polymers containing ammonium groups, anionic polymers, especially anionically modified polyac- rylamides, sulfonated polymers, inorganic salts with a high charge density, in particular aluminum salts, aluminum (III) chlorides, aluminum sulfate, sodium aluminate, inorganic, charged particles / pigments, in particular bentonite, montmorillonite, sodium silicate, wet strength agents, in particular epichlor
  • the paper structure according to the invention has a basis weight in accordance with DIN EN ISO 536, which is in a range from 15 g / m 2 to 1000 g / m 2 , preferably in a range from 20 g / m 2 to 300 g / m 2 .
  • the paper structure according to the invention also has, for example, a power consumption which is in the range from 50 W / m 2 to 5000 W / m 2 .
  • a temperature in the range from 15 ° C to 130 ° C, for example, can be achieved on the surface of the paper structure.
  • the electrically conductive paper structure according to the invention can be provided with additional reinforcing fibers to control the desired properties. Surface sizing or surface impregnation is also possible.
  • contact threads different designs are conceivable. It is important in all designs that contact with the conductive components located in the paper structure, in particular metallic fibers and / or carbon fibers, is ensured.
  • a metallic thread for example made of rolled metal, can be used as the contact thread
  • Metal tape or a metal wire can be used, the metal being selected in particular from a highly conductive metal such as silver, copper, gold, aluminum, tungsten, iron or the like or an alloy of one or more of the aforementioned elements.
  • a metallized thread is also possible, for example the use of a thread metallized on a plastic carrier film as the carrier substrate and with a highly conductive metal such as silver, copper, gold, aluminum, tungsten, iron or the like.
  • a highly conductive metal such as silver, copper, gold, aluminum, tungsten, iron or the like.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a metallized foil or a laminate of foils and rolled metal foils can be used as the contact thread.
  • ZIF Zero Insertion Force
  • metallized threads of this type can additionally be equipped, at least on one side, with an adhesive, which is advantageously a conductive adhesive. Furthermore, it is possible that the contact thread embedded in the electrically conductive paper structure is partially exposed in the area of the contacting point, as is the case with so-called window threads in the banknote area.
  • the contact threads can additionally be provided with a protective layer or protective film on the upper side, which as required in the contacting area, i.e. in the pane, is removed.
  • contact thread is not necessarily limited to the sole Ausgestal device as a (rather narrow) thread, for example, a width of 2 mm or less, but configurations such as (rather wide) strips or bands are also conceivable, which have a width of 4 mm to 20 mm, or even a width of up to 30 mm, for example.
  • a simple conductive metal wire or a metal mesh is used as the contact thread.
  • Variants such as flat strands, plaited braids, knitted fabrics, lath strips and the like are also possible.
  • the thickness of the contact thread can be selected, for example, in a range from 10 to 300 mih, preferably in a range from 10 to 200 mih, more preferably in a range from 10 to 100 mih and particularly preferably in a range from 10 to 50 mih.
  • the electrically conductive paper structure according to the invention can additionally be printed with a conductive pattern of conductor tracks in order to reduce the distances between two (or a plurality of greater than two) contact threads serving as electrodes in this way.
  • the printing ie the provision of the printed conductor tracks, can take place, for example, by means of a screen printing process.
  • Water-based screen printing inks based on soot particles, silver particles or other particles that create conductivity can be used as conductive paints that generate the conductive pattern.
  • the conductive pattern of printed conductor tracks is expediently produced in such a pattern that the distances between two of the two electrodes are approximately similar in all areas.
  • the contacting of the conductive pattern with the contact threads embedded in the substrate can take place according to a preferred variant in such a way that the contacting takes place via the points (so-called thread windows) at which the contact threads are partially exposed.
  • the measure of additional printing with a conductive pattern has the effect that the product can be operated as a conductive surface element with relatively low voltages. Due to the reduced distance between two electrodes with a lower number of conductive fibers in the substrate, the current required for the respective application, e.g. heating, can be achieved. Alternatively, with the same number of conductive fibers in the substrate, a desired current can be achieved with a lower voltage.
  • the percolation threshold can even be reduced.
  • the latter describes the minimum proportion of conductive fibers that are required to achieve a continuously conductive fiber network between two contact threads that serve as electrodes and thus a relevant current flow. This results in a cost saving in terms of the cost-intensive conductive fibers.
  • a lower operating voltage also reduces the work involved, for example for the control electronics, and increases work safety.
  • the present invention further comprises a method for producing an electrically conductive paper structure.
  • the method used for this is a cylinder mold technology which is known from the field of manufacturing banknote paper, see, for example, EP 0 279 880 A1 and EP 0 492 407 A1.
  • the thread is introduced into the pulp and brought to the sieve in such a way that the thread is embedded in the fiber structure during sheet formation.
  • the thread can be completely embedded in the structure of the paper so that the thread is not visible to the observer from the front or the back.
  • the thread can also be embedded in such a way that it is freely accessible on one side after it has been embedded in the paper structure.
  • window security threads is known in the field of manufacturing banknote paper, see, for example, EP 0 059 056 A1.
  • the thread is brought up to the paper sieve outside the pulp in such a way that the thread comes to rest on raised areas (or bumps) that are applied to the paper sieve. At the points where the thread rests on the bumps, no paper can form on the side facing the sieve, so that the thread is freely accessible precisely at these points in the later finished paper.
  • the method for producing the electrically conductive paper structure according to the invention can also be carried out in that the paper structure is composed of two separate paper layers and the thread is arranged between these paper webs.
  • Such a production is known from the production of banknote paper with embedded security thread, see e.g. EP 0 229 645 A1.
  • a preferred method for producing the electrically conductive paper structure according to the invention has in particular the following steps:
  • electrically conductive material in particular electrically conductive fibers such as carbon fibers.
  • the drainage takes place by draining the water into the inside of the cylinder mold.
  • the invention also includes the use of the electrically conductive paper structure as a heating element, in particular as a heating element in floors, walls, wallpaper, containers, fabrics, clothing, table tops, heating plates, heating mats, car interior heaters, in particular door, seat or dashboard heating , use for electromagnetic shielding and use as an element for signal detection.
  • a heating element in particular as a heating element in floors, walls, wallpaper, containers, fabrics, clothing, table tops, heating plates, heating mats, car interior heaters, in particular door, seat or dashboard heating , use for electromagnetic shielding and use as an element for signal detection.
  • the paper structure according to the fourth aspect of the invention represents a separate, alternative solution according to the invention compared to the paper structure according to the first aspect of the invention (clause 1).
  • the electrically conductive paper structure consists essentially of cellulose-containing fibers, wherein A continuous, electrically conductive thread for contacting the paper structure is embedded in the paper structure from one end to the opposite end of the paper structure, the thread being embedded in the paper structure in such a way that the thread is partially exposed on its surface at several points of the paper structure, whereby the Paper structure is printed with a conductive pattern of conductor tracks in such a way that the conductive pattern is contacted with the thread embedded in the paper structure via the points at which the thread is partially exposed.
  • the phrase "consisting essentially of cellulose-containing fibers” means that the paper structure may contain any additives or stabilizers or the like in addition to cellulose-containing fibers (e.g.
  • the paper structure according to the fourth aspect of the invention realizes a partial, structured and inexpensive conductivity.
  • two or more continuous, electrically conductive threads for contacting the paper structure are in the paper structure End to the opposite end of the paper structure are embedded, the threads are embedded in the paper structure that each thread is exposed at several points of the paper structure on its surface par- üeii, the paper structure is printed with a conductive pattern of conductor tracks that the contacting of the conductive pattern with the threads embedded in the paper structure takes place via the points at which the threads are partially exposed.
  • a plurality of continuous, electrically conductive threads for contacting the paper structure from one end to the opposite end of the paper structure can be embedded in the paper structure, the majority preferably having a value in the range from two to eight, more preferably a value in the range from two to six and particularly preferably assumes the value two.
  • Fig. 2 is a plan view of a first embodiment of a fiction, contemporary, electrically conductive paper structure with fully constantly embedded contact threads; 3 shows the electrically conductive paper structure according to the first exemplary embodiment in a cross-sectional view;
  • Fig. 4 in plan view a second embodiment of an inven
  • FIG. 5 shows the electrically conductive paper structure according to the second exemplary embodiment in a cross-sectional view
  • Fig. 6 is a plan view of a third embodiment of a fiction, contemporary, electrically conductive paper structure with contact threads that are embedded tet in the form of window threads in the paper structure.
  • Fig. 7 in plan view a fourth embodiment of an inven
  • electrically conductive paper structure with two contact threads embedded in the paper structure
  • 8 shows a plan view of a fifth embodiment of an electrically conductive paper structure according to the invention with two contact threads which are each embedded in the paper structure in the form of window threads, the electrically conductive paper structure also being printed with a conductive pattern.
  • Figures 1 through 8 are particularly directed to the first, second, and third aspects of the invention described in clauses 1 through 14 of the Summary of the Invention.
  • Fig. 1 shows in cross-sectional view an embodiment of a thread 1 (contact thread) for contacting an electrically conductive paper structure.
  • the thread 1 to be introduced into an electrically conductive paper structure is initially in the form of a e.g. on a bobbin wound filament and is based on a carrier substrate 2, in the example polyethylene terephthalate (PET), which is coated on its surface with a conductive metal 3, e.g. Copper or silver, is coated.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the thread 1 has a width of 3 mm and a thickness of 50 ⁇ m.
  • FIG. 2 shows a plan view of a first exemplary embodiment of an electrically conductive paper structure 4 according to the invention with four separate contact threads 6 completely embedded in the paper structure.
  • the contact threads 6 have the structure shown in FIG. 1 above.
  • the electrically conductive paper structure 4 is based on a mixture containing paper pulp and short cut metallic fibers.
  • the contact threads 6 were completely embedded in the paper layer 5 by means of a cylinder mold paper machine, as shown in particular in FIG. 3 of EP 0 279 880 A1, so that the Contact threads 6 are not visible to the viewer either from the front or from the rear of the electrically conductive paper structure 4. It can be seen from FIG. 2 that the contact threads 6 pull through the electrically conductive paper structure 4 from one end to the opposite end.
  • the electrically conductive paper structure 4 thus has excellent contact at both ends.
  • the paper structure 4 shown in FIG. 2 has the shape of a square arc with four contact threads 6 embedded therein.
  • the sheet can be cut into a format suitable for the user at will.
  • the number of contact threads 6 present in the cut sheet can be freely selected.
  • the paper structure 4 can be cut so that four individual, strip-shaped, electrically conductive paper structure are obtained, each of which contains an embedded contact thread 6.
  • Fig. 3 shows the electrically conductive paper structure 4 according to the first Ausfer approximately example in cross-sectional view.
  • the contact threads 6 completely embedded in the electrically conductive paper structure 4 are each arranged in the paper layer 5 in such a way that the electrically conductive metallization 3 shown in FIG. 1 is on top and the PET carrier substrate 2 is on the bottom.
  • Fig. 4 shows a plan view of a second embodiment of a fiction, contemporary, electrically conductive paper structure 7 with embedded contact threads 9, which are freely accessible on one side.
  • the contact threads 9 have the structure shown in FIG. 1 above.
  • the electrically conductive paper structure 7 is based on a mixture containing paper pulp and carbon fibers.
  • the contact threads 9 were embedded in the paper layer 8 by means of a cylinder mold paper machine so that the contact threads 9 can be seen from the front by the viewer. This can be done, for example, by using a suitable cylinder sieve, which has suitable raised areas at the points that come into contact with the threads to be embedded.
  • the production of the paper layer deposited on one side of the thread can take place by means of mechanical removal, in particular by suction.
  • the contact threads 9 pull through the electrically conductive paper structure 7 from one end to the opposite end.
  • the electrically conductive paper structure 7 thus has a marked contact at its two ends. Because the contact threads 9 are freely accessible on the front side of the paper structure 7, the electrically conductive de paper structure 7 can be contacted on its front side at numerous locations.
  • Fig. 5 shows the electrically conductive paper structure 7 according to the second exemplary embodiment in a cross-sectional view.
  • the freely accessible contact threads 9 on the front side of the electrically conductive paper structure 7 are each arranged in the paper layer 8 in such a way that the electrically conductive metallization 3 shown in FIG. 1 is present at the top and the PET carrier substrate 2 at the bottom.
  • Fig. 6 shows a plan view of a third embodiment of a fiction, contemporary, electrically conductive paper structure 10 with contact threads 12 which are embedded in the paper layer 11 in the form of window threads.
  • the contact threads 12 embedded in the electrically conductive paper structure 10 are freely accessible in certain areas 13 (so-called window areas).
  • the electrically conductive paper structure is based on a mixture containing paper pulp and short-cut metallic fibers.
  • the contact threads 12 were embedded in the paper similar to the method known from EP 0 059 056 A1 for producing banknotes with window security threads. tet.
  • the electrically conductive paper structure 10 thus has excellent contact at both of its ends. Because the contact threads 12 are freely accessible in the window areas 13, the front side of the electrically conductive paper structure 10 can also be contacted at these locations.
  • the contact thread was based on a plastic substrate coated with a conductive metal.
  • a carrierless metallic thread could alternatively be used, so that the PET carrier substrate 2 shown in FIG. 1 is omitted.
  • Such a carrierless metallic thread has better electrical conductivity compared to a plastic substrate coated with conductive metal.
  • threads based on (thin) rolled conductive metal are advantageous.
  • a wire made of conductive metal is used as the contact thread.
  • Fig. 7 shows a plan view of a fourth embodiment of a fiction, contemporary, electrically conductive paper structure 14 with two contact threads 16 and 17 which are completely embedded in the paper layer 15 with the exception of two points 18 and 19.
  • the contact threads 16 and 17 embedded in the electrically conductive paper structure 14 are in the areas 18 and 19, at which the contact to the power source is made, freely accessible.
  • the positive pole or negative pole of the power source is designated in each case.
  • Fig. 8 shows a plan view of a fifth embodiment of an inventive, electrically conductive paper structure 20 with twomaschinefä the 22 and 23, which are each embedded in the form of window threads in the paper structure 21, the electrically conductive paper structure 21 additionally with a conductive pattern 28 is printed from printed conductor tracks. In this way, the distance between the two contact threads 22 and 23, which act as electrodes, is reduced.
  • the contact threads 22 and 23 embedded in the electrically conductive paper structure 21 are freely accessible in the areas 24 and 25 where contact is made with the power source. With the signs "+" and In FIG. 8, the positive pole or negative pole of the power source is designated in each case.
  • the contact threads 22 and 23, which are each embedded in the form of window threads in the paper structure 21, are also made in such a way that they are partially exposed on the surface (so-called thread windows) at several points (see e.g. the reference numbers 26 and 27) of the paper structure. .
  • Contacting the contact threads 22 and 23 with the additionally printed conductive pattern 28 takes place via the thread window.
  • the printing was carried out by means of a screen printing process.
  • An aqueous screen printing ink based on silver particles was used as the conductive varnish that generates the conductive pattern 28.
  • the conductive pattern 28 is expediently present in such a pattern that the distances between the two electrodes 22 and 23 are approximately similar in all areas.
  • the measure of additional printing with the conductive pattern 28 has the effect that the product can be operated as a conductive surface element with relatively low voltages.
  • Another embodiment (which does not fall within the scope of the appended claims), which is not illustrated in the figures, is directed to the fourth aspect of the invention described in clause 15 of the Summary of the Invention.
  • the paper structure is similar to the paper structure shown in FIG. 8, the paper only having cellulosic fibrous materials, ie electrically conductive fibers are not present in this case.
  • Additives or stabilizers or the like can optionally be included, for example fillers such as titanium dioxide, detergents, surfactants or the like.
  • Two (or more) continuous, electrically conductive threads for contacting the paper structure are embedded in the paper structure from one end to the opposite end of the paper structure, the threads being embedded in the paper structure in such a way that each thread is located at several points on the paper structure on its surface partially exposed, the paper structure being printed with a conductive pattern of conductor tracks in such a way that the conductive pattern is contacted to the threads embedded in the paper structure via the points at which the threads are partially exposed.

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Abstract

Elektrisch leitendes Papiergefüge mit cellulosehaltigen Faserstoffen und elektrisch leitfähigen Fasern, wobei im elektrisch leitenden Papiergefüge ein kontinuierlicher, elektrisch leitfähiger Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet ist.

Description

Elektrisch leitendes Papiergefüge, Verfahren zum Herstellen desselben und
Verwendung
Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes Papiergefüge, ein Verfahren zum Herstellen desselben und die Verwendung des elektrisch leitenden Pa- piergefüges.
Elektrisch leitende Papiergefüge, die z.B. auf cellulosehaltigen Faserstoffen und Kohlenstofffasern basieren, sind im Stand der Technik bekannt, siehe z.B. die EP 2 770 104 Bl. Es ist somit grundsätzlich bekannt, flächige Pa- piersubstrate mit leitfähigen Fasern, insbesondere Metallfasern oder graphi- tisierte Kohlefasern, oder anderen, eine Leitfähigkeit bereitstellenden Mate riahen, z.B. Carbon-N anotubes, so auszustatten, dass der elektrische Strom durch das flächige Papiersubstrat hindurchfließt. Je nach dem vorliegenden spezifischen Widerstand kann das Papiersubstrat für unterschiedliche Zwe- cke genutzt werden, z.B. als Heizelement, als Element für die elektromagne tische Abschirmung oder als Element für die Signaldetektion.
Das elektrisch leitende Papiergefüge kann auf verschiedene Art und Weise kontaktiert werden, um ausgehend von den Kontakten elektrischen Strom durch das Papiergefüge hindurch zu leiten. Üblich sind z.B. Klebekontakte, die auf Teile der Oberfläche des elektrisch leitenden Papiergefüges aufge bracht werden. Von Nachteil ist dabei die Kontaktierung durch eher schlecht leitfähige organische Klebschichten, die zudem anfällig gegenüber einem Ablösen bei mechanischer Beanspruchung sind. Weiterhin ist es oftmals wünschenswert, das elektrisch leitende Papiergefüge mit sogenannten Crimpkontakten zu verbinden. Dies ist mittels aufgeklebter Elemente nur sehr schwer realisierbar. Der vorhegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch leitendes Papiergeftige mit einer verbesserten Kontaktierung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Ge genstand der abhängigen Ansprüche. Die Aufgabe wird insbesondere in al ternativer Weise durch die in den Klauseln 1 und 15 definierten Merkmals kombinationen gelöst. Die in den Klauseln 15 und 16 definierten Merkmals kombinationen fallen nicht unter den Schutzumfang der beigefügten An- Sprüche, sondern bilden die Basis für eventuelle Teilanmeldungen oder Fort setzungsanmeldungen.
Zusammenfassung der Erfindung
1. (Erster Aspekt der Erfindung) Elektrisch leitendes Papiergefüge mit cellu losehaltigen Faserstoffen und elektrisch leitfähigen Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass im elektrisch leitenden Papiergefüge ein kontinuierlicher, elektrisch leitfähiger Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Pa- piergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet ist.
2. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach Klausel 1, wobei im elektrisch leitenden Papiergefüge eine Mehrzahl kontinuierli- eher, elektrisch leitfähiger Fäden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Pa piergefüges eingebettet sind, wobei die Mehrzahl vorzugsweise einen Wert im Bereich von zwei bis acht, weiter bevorzugt einen Wert im Bereich von zwei bis sechs und insbesondere bevorzugt den Wert zwei annimmt. 3. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach Klau sel 1 oder 2, wobei die elektrisch leitfähigen Fasern metallische Fasern, insbe sondere metallische Kurzschnittfasern mit einer bevorzugten Faserlänge in einem Bereich von 3 mm bis 12 mm, und/ oder Kohlenstofffasem sind.
4. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einer der Klauseln 1 bis 3, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge zusätzliche elektrisch leitfähige Materialien, insbesondere Köhlens toffpartikel und/ oder Carbon-Nanotubes, enthält.
5. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einer der Klauseln 1 bis 4, wobei der elektrisch leitfähige Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges ein Metalldraht, ein Metallfaden, ein Metallband, ein auf einem Trägersubstrat wie etwa eine Kunststofffolie ba sierender, mit einem Metall beschichteter Faden, ein Laminat aus (Kunst stofffolien und Metallfolien, ein Metallgeflecht, ein Zopfgeflechte, ein Ge strick oder ein Lahnband ist. 6. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einer der Klauseln 1 bis 5, wobei das Papiergefüge auf einer einzelnen Papierlage beruht, in die der elektrisch leitfähige Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges eingebettet ist. 7. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einer der Klauseln 1 bis 5, wobei das Papiergefüge auf zwei separaten Papierlagen beruht, zwischen denen der elektrisch leitfähige Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges angeordnet ist. 8. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einer der Klauseln 1 bis 7, wobei
- der elektrisch leitfähige Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges vollständig im Papiergefüge eingebettet ist, sodass der Faden für den Betrachter weder von der Vorderseite, noch von der Rückseite sichtbar ist; oder
- der Faden so im Papiergefüge eingebettet ist, dass der Faden im Papierge füge auf einer Seite frei zugänglich vorliegt; oder
- der Faden so im Papiergefüge eingebettet ist, dass der Faden zumindest an einer Stelle des Papiergefüges an seiner Oberfläche partiell freiliegt.
9. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einer der Klauseln 1 bis 8, wobei das elektrisch leitendes Papiergefüge zusätzlich chemische Additive und Restfeuchte aufweist
10. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einer der Klauseln 1 bis 9, wobei das elektrisch leitendes Papiergefüge zusätzlich mit einem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt ist.
11. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach Klau sel 10, wobei im elektrisch leitenden Papiergefüge zwei oder mehr kontinu ierliche, elektrisch leitfähige Fäden zur Kontaktierung des elektrisch leiten den Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberhegenden Ende des Papiergefüges eingebettet sind, wobei die Fäden jeweils so im Papiergefüge eingebettet sind, dass jeder Faden an mehreren Stellen des Papiergefüges an seiner Oberfläche partiell freiliegt, wobei das elektrisch leitende Papiergefü ge so mit dem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt ist, dass die Kontaktierung des leitfähigen Musters zu den im Papiergefüge eingebetteten Fäden über die Stellen erfolgt, an denen die Fäden partiell freihegen. 12. (Zweiter Aspekt der Erfindung) Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitenden Papiergefüges nach einer der Klauseln 1 bis 11, aufwei send:
- das Bereitstellen einer Stoffsuspension aus cellulosehaltigem Faserstoff und
Wasser;
- gegebenenfalls das Zugeben wenigstens eines chemischen Additivs;
- das Zugeben elektrisch leitfähiger Fasern;
- das Einführen zumindest eines kontinuierlichen, elektrisch leitfähigen Fa- dens in die in einer Rundsiebpapiermaschine befindliche Stoffsuspension, wobei der Faden so an das Rundsieb herangeführt wird, dass während der Blattbildung (bzw. während der Bildung der Papierbahn) eine Einbettung des Fadens in den Faseraufbau erfolgt. 13. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verfahren nach Klausel 12, wobei das Papiergefüge so gebildet wird, dass es sich aus zwei separaten Papierlagen zusammensetzt und der Faden zwischen diesen Papierlagen angeordnet wird.
14. (Dritter Aspekt der Erfindung) Verwendung des elektrisch leitenden Pa- piergefüges gemäß einer der Klauseln 1 bis 11 als Heizelement, als Element für die elektromagnetische Abschirmung oder als Element für die Signalde tektion.
15. (Vierter Aspekt der Erfindung) Elektrisch leitendes Papiergefüge beste- hend im Wesentlichen aus cellulosehaltigen Faserstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass im Papiergefüge ein kontinuierlicher, elektrisch leitfähiger Faden zur Kontaktierung des Papiergefüges von einem Ende bis zum ge genüberhegenden Ende des Papiergefüges eingebettet ist, wobei der Faden so im Papiergefüge eingebettet ist, dass der Faden an mehreren Stellen des Papiergefüges an seiner Oberfläche partiell freiliegt, wobei das Papiergefüge so mit einem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt ist, dass die Kon taktierung des leitfähigen Musters zu dem im Papiergefüge eingebetteten Faden über die Stellen erfolgt, an denen der Faden partiell freiliegt.
16. (Bevorzugte Ausgestaltung) Elektrisch leitendes Papiergefüge nach Klau sel 15, wobei im Papiergefüge zwei oder mehr kontinuierliche, elektrisch leitfähige Fäden zur Kontaktierung des Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet sind, wobei die Fäden so im Papiergefüge eingebettet sind, dass jeder Faden an mehreren Stellen des Papiergefüges an seiner Oberfläche partiell freiliegt, wobei das Papiergefüge so mit einem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt ist, dass die Kontaktierung des leitfähigen Musters zu den im Papiergefüge ein gebetteten Fäden über die Stellen erfolgt, an denen die Fäden partiell freilie- gen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Die folgende Beschreibung richtet sich insbesondere auf den in den Klauseln 1 bis 14 in der Zusammenfassung der Erfindung beschriebenen ersten, zwei ten und dritten Aspekt der Erfindung.
Die vorhegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein elektrisch leiten- des Papiergefüge mit verbesserter Kontaktierung in Analogie zu einem in ein Banknotenpapier eingebrachten Sicherheitsfaden dadurch bereitzustel len, dass kontinuierliche, elektrisch leitfähige Kontaktfäden in das elektrisch leitende Papiergefüge eingebettet werden. Das elektrisch leitende Papierge füge wird damit von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende von den kontinuierlichen, leitfähigen Kontaktfäden durchzogen. Dies ermöglicht eine leichte Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges an den Enden der Kontaktfäden und stellt durch die Einbringung der Kontaktfäden über die gesamte Fläche des Papiergefüges eine ortsnahe Stromversorgung aller Bereiche des Papiergefüges dar.
Zweckmäßigerweise liegt im elektrisch leitenden Papiergefüge eine Mehr zahl kontinuierlicher, elektrisch leitfähiger Fäden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges vor, die jeweils von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet sind, wobei die Mehrzahl vorzugsweise einen Wert im Bereich von zwei bis acht, weiter bevorzugt einen Wert im Bereich von zwei bis sechs und insbesondere bevor zugt den Wert zwei annimmt.
Das erfindungsgemäße elektrisch leitende Papiergefüge kann z.B. mittels einer konventionellen Rundsiebtechnologie hergestellt werden. Auf diese Weise ist es grundsätzlich möglich, variierende Faserzusammensetzungen zu verarbeiten. Es ist zweckmäßig, den cellulosehaltigen Faserstoffen leitfä hige, metallische Kurzschnittfasern beizumischen. Die metallischen Kurz schnittfasern weisen typischerweise eine Faserlänge im Bereich von 3 bis 12 mm auf. Die Menge, in der die leitfähigen, metallischen Kurzschnittfasern beigemischt werden, wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass genügend Faser-zu-Faser-Kontakte gegeben sind und somit ein geeigneter elektrischer Stromfluss gewährleistet ist. Das elektrisch leitende Papiergefüge kann wei tere natürliche und /oder synthetische Faserstoffe, gegebenenfalls chemische Additive und gegebenenfalls Restfeuchte enthalten. Des Weiteren kann die elektrische Leitfähigkeit nicht nur durch leitfähige, metallische Fasern, insbe sondere metallische Kurzschnittfasern, sondern auch durch Zugabe von Kohlenstofffasern, Kohlenstoffpartikeln oder Carbon-N anotubes erzielt wer den.
Die Rundsiebtechnologie ermöglicht es, einen kontinuierlichen, leitfähigen Faden in den Kern des elektrisch leitenden Papiergefüges einzubetten, so- dass das elektrisch leitende Papiergefüge von einem Ende bis zum gegen überliegenden Ende mit dem kontinuierlichen, leitfähigen Faden durchzo gen ist. Der auf diese Weise in das elektrisch leitende Papiergefüge eingebet tete, kontinuierliche, leitfähige Faden stellt somit einen Kontaktfaden dar. Der Begriff„Kontaktfaden" ist hierin als Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges zu verstehen, der innerhalb des elektrisch leitenden Papiergefüges an vielen Stellen direkt mit den darin enthaltenen leitfähigen, metallischen (Kurzschnitt-)Fasern, Kohlenstofffasern, Kohlen- stoffpartikeln und/ oder Carbon-N anotubes leitfähig verbunden ist. Der er findungsgemäß in das elektrisch leitende Papiergefüge eingebettete Kontakt faden ist bezüglich seiner Anordnung im Papier einem in ein Banknotenpa pier eingebetteten Sicherheitsfaden vergleichbar. Zweckmäßigerweise wird nicht lediglich ein kontinuierlicher, leitfähiger Faden in das elektrisch leiten den Papiergefüges eingebracht, sondern es wird mit Vorteil eine Mehrzahl kontinuierlicher, leitfähiger Fäden in das elektrisch leitende Papiergefüge eingebracht. Die Kontaktfäden ermöglichen einerseits eine leichte Kontaktie rung an den Enden der Fäden und stellen andererseits durch ihre Einbrin gung über die gesamte Fläche des elektrisch leitenden Papiergefüges hinweg eine ortsnahe Stromversorgung aller Bereiche her. Die Kontaktfäden erfüllen somit in besonders vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion. Das erfin dungsgemäße, mit Kontaktfäden versehene, elektrisch leitende Papiergefüge zeichnet sich darüber hinaus durch seine Robustheit und Langzeitbeständig keit aus. Die für das erfindungsgemäße, elektrisch leitende Papiergefüge verwendba ren cellulosehaltigen Faserstoffe können z.B. von Faserstoffen natürlichen Ursprungs oder von synthetischen Faserstoffen gewählt werden. Cellulose haltige Faserstoffe natürlichen Ursprungs umfassen z.B. Holzfasern, Halb zellstoffe, Thermomechanical Pulp, Baumwollfasern, chemisch aufgeschlos sene Cellulose wie Sulfat- oder Sulfitzellstoff, Holzstoff, chemisch modifizierten Holzstoff, wiederaufbereitete Faserstoffe und Kombinationen zweier oder mehrerer der vorstehend genannten Elemente.
Den cellulosehaltigen Faserstoffen werden leitfähige Materialien, insbeson dere leitfähige Fasern, wie etwa metallische (Kurzschnitt-)Fasern, graphiti- sierte Kohlefasern (hierin auch einfach„Kohlenstofffasern" genannt) oder metallisierte Kunststofffasern, und/ oder leitfähige Partikel, wie etwa Koh lenstoffpartikel, Carbon-Nanotubes oder Fullerene, zugesetzt. Beispielsweise kann der Anteil an metallischen Kurzschnittfasern, die mit Bezug auf die cellulosehaltigen Faserstoffe beigemischt werden, je nach Anwendung insbesondere in einem Bereich von wenigen Gewichtsprozent (Gew.-%) bis 50 Gew.-% oder mehr variieren. Zweckmäßigerweise werden so viele leitfähige Fasern beigemengt, dass die sogenannte Perkolationsschwelle überschritten wird, um eine ausreichende Leitfähigkeit sicherzustellen. Demzufolge ist ein ausreichendes Netzwerk an leitfähigen Fasern nötig, sodass der elektrische Stromfluss gewährleistet ist.
Des Weiteren können den cellulosehaltigen Faserstoffen als leitfähige Mate rialien insbesondere Kohlenstofffasern beigemischt werden. Unter Kohlen stofffasern werden vorzugsweise industriell erzeugte Fasern, die aus kohlen stoffhaltigem Material gebildet und z.B. durch Pyrolyse in eine graphitartige Kohlenstoffanordnung umgewandelt werden, verstanden. Solche Fasern können isotrop oder anisotrop erzeugt werden und haben meist einen Durchmesser in einem Bereich von 5 mhi bis 8 gm. Diese Einzelfasern wer den bei der Verarbeitung zu Bündel (Roving) mit 1000 bis 400 000 Einzelfa- sem zusammengefasst und können dann weiterverarbeitet werden. Kohlen stofffasern sind sowohl elektrisch, als auch thermisch gut leitfähig. Darüber hinaus werden als Kohlenstofffasern Faserstoffe aus einer Gruppe verstan den, die hochfeste Kohlenstofffasern, hochsteife Kohlenstofffasern und/ oder hochfeste Kohlenstofffasern aufweist. Die erfindungsgemäß verwendbaren Kohlenstofffasern können eine bevorzugte Längenverteilung bzw. einen entsprechenden Schwerpunkt aufweisen, welche vorzugsweise in einem Be reich von 1 gm bis 50 000 gm, z.B. in einem Bereich von 8000 gm bis 50 000 gm, insbesondere in einem Bereich von 1 gm bis 8000 gm und insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 5000 gm bis 8000 gm liegt. Diese Längenver teilung ist sowohl beim Einsatz von primären Kohlenstofffasern, als auch bei wiederaufbereiteten Kohlenstofffasern von Vorteil, da sich so die entspre chenden Kohlenstofffasern gut und insbesondere homogen mit den übrigen cellulosehaltigen Faserstoffen des Stallgemisches zur Herstellung des Pa piergefüges mischen lassen. Ziel ist es insbesondere hierbei, eine möglichst homogene Verteilung der wenigstens zwei F aserstoffbestand teile sowohl in der Suspension zur Herstellung eines Papiergefüges, als auch im Papierge füge selbst zu gewährleisten. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Anteil an Kohlenstoff fasern in dem Papiergefüge (bei kontrollierten klimatischen Bedingungen von 23 °C und 50 % rel. Luftfeuchtigkeit) größer als 35 Gew.-%. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass mit der Zunahme des Anteils an primären und/oder wiederaufbereiteten Kohlenstofffasern der spezifische Widerstand des hiermit gebildeten Papiergefüges unter Umständen abnimmt und die Leitfähigkeit des so gebildeten Papiers zunimmt. Vorteil eines erhöhten An teils an Kohlenstofffasern im Papiergefüge sind unter anderem eine verbes serte Leitfähigkeit, die Reduzierung des elektrischen Widerstandes im Blatt- bzw. Papiergefüge und die damit verbundene höhere Leitungsaufnahme. Erzielt werden kann der erhöhte Einsatz von Kohlenstofffasern durch die gewählte Faserlängenverteilung der Kohlenstofffasern und/oder die Kom bination mit dem Papierfaserstoff. Dieser kann beispielsweise Bauwollfaser- stoff sein, der insbesondere durch eine gezielte Mahlung (Holländermahlung) gezielt fibrilliert wird und damit ein besonders hohes Festigkeitspoten tial für das zu erzeugende Papiergefüge bereitstellen kann. Der spezifische Widerstand des erfindungsgemäßen Papiergefüges liegt z.B. im Bereich von IO 2 Om bis IO 5 Om.
Dem erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Papiergefüge können gegebenenfalls chemische Additive hinzugefügt werden, die z.B. aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche insbesondere Retentionsmittel, Entwässerungs hilfsmittel, Retentionsmittel-Dual-Systeme oder Mikropartikelsysteme, Nass- und Trockenverfestiger, Leimungsmittel, Füllstoffe und/ oder Pigmente, insbesondere aus einer Gruppe von Talkum, Titandioxid, Aluminiumhydroxid, Bentonit, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Kaolin ausgewählt, Ent schäumer, Entlüfter, Biozide, Enzyme, Bleichhilfsmittel, optische Aufheller, Farbstoffe, Nuancierfarbstoffen, Störstofffänger, Fällungsmittel (Fixiermit tel), Benetzungsmittel, pH-Regulatoren umfasst. Alternativ oder in Kombi nation kann das chemische Additiv auch aus einer Gruppe von vorzugswei se wasserlöslichen Polymeren ausgewählt werden, welche insbesondere aminhaltige Polymere, Polyethylenimin, Pyrolidin, Polyamide, Polyac rylamid, Aridin, Proteine, Peptide, polyetherhaltige Polymere, insbesondere Polyethylenoxid, Polyether, hydroxylgruppenhaltige Polymere, insbesonde re Stärke, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol, geladene Polymere, insbesondere kationische Polymere, insbesondere kationische Stärke, Mais stärke, Kartoffelstärke, Weizenstärke, Reisstärke, ammoniumgruppenhaltige Polymere, anionische Polymere, insbesondere anionisch modifizierte Polyac- rylamide, sulfonisierte Polymere, anorganische Salze mit hoher Ladungs dichte, insbesondere Aluminiumsalze, Aluminium(III)Chloride, Alumini umsulfat, Natriumaluminat, anorganische, geladene Partikel/ Pigmente, insbesondere Bentonit, Montmorillonit, Natriumsilikat, Naßverfestiger, ins besondere Epichlorhydrinharze, Glyoxal, Zirkoniumsalze, Zirkoncarbonat, Kombination aus anionischen Polymeren und kationisch modifiziertem Pigmenten, Hilfsmittel zur Reduzierung des Entflammpunktes, Kombinatio nen hiervon und dergleichen umfasst.
Das erfindungsgemäße Papiergefüge weist gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ein Flächengewicht nach DIN EN ISO 536 auf, welches in einem Bereich von 15 g/ m2 bis 1000 g/ m2, vorzugsweise in einem Bereich von 20 g/m2 bis 300 g/ m2, liegt.
Das erfindungsgemäße Papiergefüge weist ferner z.B. eine Leistungsauf nahme auf, welche im Bereich von 50 W/m2 bis 5000 W/m2 liegt. Hierbei ist auf der Oberfläche des Papiergefüges z.B. eine Temperatur im Bereich von 15 °C bis 130 °C erzielbar.
Das erfindungsgemäße, elektrisch leitende Papiergefüge kann zur Steuerung der gewünschten Eigenschaften mit zusätzlichen Armierungsfasern verse hen werden. Zusätzlich ist eine Oberflächenleimung oder eine Oberflächenimprägnierung möglich.
Mit Bezug auf die Kontaktfäden sind unterschiedliche Ausführungen denk bar. Wichtig bei allen Ausführungen ist, dass ein Kontakt zu den im Papier gefüge befindlichen, leitfähigen Komponenten, insbesondere metallischen Fasern und/oder Kohlenstofffasern, sichergestellt ist. Im einfachsten Fall kann als Kontaktfaden ein metallischer Faden, z.B. aus gewalztem Metall, ein Metallband oder ein Metalldraht verwendet werden, wobei das Metall ins besondere von einem gut leitfähigen Metall wie etwa Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Wolfram, Eisen oder dergleichen oder einer Legierung eines oder mehrerer der vorstehend genannten Elemente gewählt ist. Des Weiteren ist aber auch die Verwendung eines metallisierten Fadens möglich, z.B. die Verwendung eines auf einer Kunststoffträgerfolie als Trägersubstrat ba sierenden, mit einem gut leitfähigen Metall wie etwa Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Wolfram, Eisen oder dergleichen metallisierten Fadens. Als Kunststoffträgerfolie kann insbesondere Polyethylenterephthalat (PET) ver wendet werden. Des Weiteren kann als Kontaktfaden eine metallisierte Folie oder ein Laminat aus Folien und gewalzten Metallfolien verwendet werden. Eine besonders zuverlässige Kontaktierung mittels Crimp-Kontakten oder ZIF-Steckverbindern (ZIF = Zero Insertion Force) ist mit rein metallischen Fäden, die als Metallband, z.B. mit einer Breite in einem Bereich von 2 bis 5 mm, ausgeführt sind, denkbar. Eine erhöhte Metalldicke verbessert dabei den dauerhaften Kontakt. Metallisierte Fäden dieser Art können zur besse ren Fixierung des Kontaktfadens im elektrisch leitenden Papiergefüge zusätzlich, zumindest einseitig, mit einem Klebstoff ausgestattet sein, der mit Vorteil ein leitfähiger Klebstoff ist. Weiterhin ist es möglich, dass der im elektrisch leitenden Papiergefüge eingebettete Kontaktfaden im Bereich der Kontaktierungsstelle partiell freiliegt, wie es im Banknotenbereich bei soge nannten Fensterfäden der Fall ist.
Weiterhin können die Kontaktfäden zusätzlich an der Oberseite mit einer Schutzschicht oder Schutzfolie versehen sein, die nach Bedarf im Kontaktie rungsbereich, d.h. im Fensterbereich, entfernt wird.
Der Begriff Kontaktfaden ist nicht zwangsläufig auf die alleinige Ausgestal tung als (eher schmaler) Faden beschränkt, der z.B. eine Breite von 2 mm oder weniger aufweist, sondern Ausgestaltungen wie (eher breite) Streifen oder Bänder sind ebenfalls denkbar, die z.B. eine Breite von 4 mm bis 20 mm, oder sogar eine Breite bis 30 mm, aufweisen. Grundsätzlich ist es ebenfalls denkbar, dass als Kontaktfaden ein einfacher leitfähiger Metalldraht oder ein Metallgeflecht verwendet wird. Auch Ausführungsvarianten wie z.B. Flach litzen, Zopfgeflechte, Gestricke, Lahnbänder und dergleichen sind möglich. Die Dicke des Kontaktfadens kann z.B. in einem Bereich von 10 bis 300 mih, bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 200 mih, weiter bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 100 mth und insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 50 mih gewählt werden.
Das erfindungsgemäße elektrisch leitende Papiergefüge kann zusätzlich mit einem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt werden, um auf diese Weise die Distanzen zwischen zwei (oder eine Mehrzahl größer als zwei) als Elektroden dienenden Kontaktfäden zu verringern. Das Bedrucken, d.h. das Bereitstellen der gedruckten Leiterbahnen, kann zum Beispiel mittels eines Siebdruckverfahrens erfolgen. Als leifähige Lacke, die das leitfähige Muster erzeugen, können z.B. wässrige Siebdruckfarben auf Basis von Rußpartikeln, Silberpartikeln oder anderen die Leitfähigkeit herstellenden Partikeln ver wendet werden. Das leitfähige Muster aus gedruckten Leiterbahnen wird zweckmäßigerweise in einem solchen Muster erzeugt, dass die Distanzen zwischen zwei den beiden Elektroden in allen Bereichen annähernd ähnlich ist. Die Kontaktierung des leitfähigen Musters zu den im Substrat eingebette ten Kontaktfäden kann gemäß einer bevorzugten Variante so erfolgen, dass die Kontaktierung über die Stellen (sogenannte Fadenfenster) erfolgt, an de nen die Kontaktfäden partiell freihegen. Die Maßnahme des zusätzlichen Bedruckens mit einem leitfähigen Muster bewirkt, dass das Erzeugnis als ein leitfähiges Flächenelement mit relativ niedrigen Spannungen betrieben wer den kann. Durch den verringerten Abstand zweier Elektroden kann schon bei geringerer Anzahl an leitfähigen Fasern im Substrat ein für die jeweilige Anwendung, z.B. eine Heizung, nötiger Strom erreicht werden. Alternativ kann bei der gleichen Anzahl an leitfähigen Fasern im Substrat ein ge wünschter Strom bereits mit einer niedrigeren Spannung erreicht werden. Durch eine geeignete Anpassung der Dimension der leitfähigen Fasern und des auf gedruckten, leitfähigen Musters kann sogar die Perkolationsschwelle herabgesetzt werden. Letztere beschreibt den Mindestanteil an Leitfasern, die nötig sind, um ein durchgängig leitfähiges Fasernetzwerk zwischen zwei als Elektroden dienenden Kontaktfäden und somit einen relevanten Strom fluss zu erreichen. Somit ergibt sich eine Kostenersparnis hinsichtlich der kostenintensiven leitfähigen Fasern. Eine geringere Betriebsspannung be wirkt darüber hinaus die Senkung des Aufwands, z.B. für die Ansteuerelekt ronik, und die Erhöhung der Arbeitssicherheit.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Herstellen ei nes elektrisch leitenden Papiergefüges. Als Verfahren wird hierfür eine Rundsiebtechnologie eingesetzt, die aus dem Bereich der Herstellung von Banknotenpapier bekannt ist, siehe z.B. die EP 0 279 880 Al und die EP 0 492 407 Al. Bei Rundsiebanlagen wird der Faden in die Pulpe eingeführt und an das Sieb derart herangeführt, dass während der Blattbildung eine Einbettung des Fadens in den Faseraufbau erfolgt. Der Faden kann dabei vollständig in das Papiergefüge eingebettet werden, sodass der Faden für den Betrachter weder von der Vorderseite, noch von der Rückseite sichtbar ist. Der Faden kann aber auch so eingebettet werden, dass er nach dem Einbetten in das Papiergefüge auf einer Seite frei zugänglich vorliegt. Dies ist z.B. durch mechanisches Entfernen, insbesondere durch Absaugen, der sich auf einer Seite des Fadens abgelagerten Papierschicht möglich. Die Bildung frei zugängli cher Bereich auf zumindest einer Seite des eingebetteten Fadens kann aber auch dadurch erfolgen, dass die Breite das Fadens genügend hoch gewählt wird, siehe z.B. die EP 0 625 431 Al. Des Weiteren kann der Faden so in das Papiergefüge eingebettet werden, dass der Faden zumindest an einer Stelle des Papiergefüges an dessen Oberfläche freihegt, um einen sogenannten Fensterfaden zu bilden. Die Hersteüung von Fenstersicherheitsfäden ist im Bereich der Flerstellung von Banknotenpapier bekannt, siehe z.B. die EP 0 059 056 Al. Der Faden wird dabei außerhalb der Pulpe so an das Papiersieb herangeführt, dass der Faden auf erhabenen Stellen (bzw. Höcker), die auf dem Papiersieb aufgebracht sind, zu liegen kommt. An den Stellen, an denen der Faden auf den Höckern aufliegt, kann sich auf der dem Sieb zugewand ten Seite kein Papier bilden, sodass der Faden genau an diesen Stellen in dem später fertigen Papier frei zugänglich ist.
Das Verfahren zum Herstellen des erfind ungsgemäßen elektrisch leitenden Papiergefüges kann des eiteren so erfolgen, in dem man das Papiergefüge aus zwei separaten Papierlagen zusammensetzt und den Faden zwischen diesen Papierbahnen anordnet. Eine solche Herstellung ist aus der Herstel lung von Banknotenpapier mit eingebettetem Sicherheitsfaden bekannt, sie he z.B. die EP 0 229 645 Al.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Papiergefüges weist insbesondere die folgenden Schritte auf:
- Das Bereitstellen einer Stoffsuspension aus cellulosehaltigem Faserstoff und Wasser.
- Gegebenenfalls das Zugeben wenigstens eines chemischen Additivs.
- Das Zugeben des elektrisch leitfähigen Matetrials, insbesondere elektrisch leitfähige Fasern wie etwa Kohlenstofffasern.
- Das Einführen eines kontinuierlichen, elektrisch leitfähigen Fadens in die in einer Rundsiebpapiermaschine befindliche Stoffsuspension, wobei der Faden so an das Rundsieb herangeführt wird, dass während der Blattbildung eine Einbettung des Fadens in den Faseraufbau erfolgt.
Die Entwässerung erfolgt dabei durch Ablaufen des Wassers in das Innere des Rundsiebes.
Die Erfindung umfasst ferner die Verwendung des elektrisch leitenden Pa piergefüges als Heizelement, insbesondere als Heizelement in Böden, Wän den, Tapeten, Behältnissen, Stoffen, Kleidung, Tischplatten, Heizplatten, Heizmatten, Auto-Innenheizungen, insbesondere Tür-, Sitz- oder Armatu renbretheizungen, die Verwendung für die elektromagnetische Abschir mung sowie die Verwendung als Element für die Signaldetektion.
Die folgende Beschreibung richtet sich insbesondere auf den in der Klausel 15 in der Zusammenfassung der Erfindung beschriebenen vierten Aspekt der Erfindung (fällt nicht unter den Umfang der beigefügten Ansprüche). Das Papiergefüge gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung (Klausel 15) stellt verglichen mit dem Papiergefüge gemäß dem ersten Aspekt der Erfin dung (Klausel 1) eine separate, alternative erfindungsgemäße Lösung dar. Dabei besteht das elektrisch leitende Papiergefüge im Wesentlichen aus cel lulosehaltigen Faserstoffen, wobei im Papiergefüge ein kontinuierlicher, elektrisch leitfähiger Faden zur Kontaktierung des Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet ist, wobei der Faden so im Papiergefüge eingebettet ist, dass der Faden an meh reren Stellen des Papiergefüges an seiner Oberfläche partiell freiliegi, wobei das Papiergefüge so mit einem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt ist, dass die Kontaktierung des leitfähigen Musters zu dem im Papiergefüge eingebetteten Faden über die Stellen erfolgt, an denen der Faden partiell frei- liegt. Mit der Formulierung„bestehend im Wesentlichen aus cellulosehaltigen Fa serstoffen" ist gemeint, dass im Papiergefüge neben cellulosehaltigen Faser stoffen eventuelle Zusätze bzw. Stabilisatoren oder Ähnliches weiterhin ent- halten sein dürfen (z.B. Füllstoffe wie etwa Titandioxid, Detergenzien, Ten side oder dergleichen), elektrisch leitfähigen Fasern allerdings nicht vorhan den sind. Das Papiergefüge gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung reali siert eine partielle, strukturierte und preisgünstige Leitfähigkeit. Gemäß ei ner bevorzugten Ausführungsform sind im Papiergefüge zwei oder mehr kontinuierliche, elektrisch leitfähige Fäden zur Kontaktierung des Papierge füges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet sind, wobei die Fäden so im Papiergefüge eingebettet sind, dass jeder Faden an mehreren Stellen des Papiergefüges an seiner Oberfläche par- üeii freiliegt, wobei das Papiergefüge so mit einem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt ist, dass die Kontaktierung des leitfähigen Musters zu den im Papiergefüge eingebetteten Fäden über die Stellen erfolgt, an denen die Fäden partiell freiliegen. Insbesondere kann im Papiergefüge eine Mehr zahl an kontinuierlichen, elektrisch leitfähigen Fäden zur Kontaktierung des Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Pa- piergefüges eingebettet sein, wobei die Mehrzahl vorzugsweise einen Wert im Bereich von zwei bis acht, weiter bevorzugt einen Wert im Bereich von zwei bis sechs und insbesondere bevorzugt den Wert zwei annimmt.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nach- folgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß- stabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die An schaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen: Fig. l in Querschnittansicht ein Ausführungsbeispiel eines Fadens (Kontaktfaden) zur Kontaktierung eines elektrisch leitenden Papiergefüges;
Fig. 2 in Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges mit darin voll ständig eingebetteten Kontaktfäden; Fig. 3 das elektrisch leitende Papiergefüge gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel in Querschnittansicht;
Fig. 4 in Draufsicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges mit eingebetteten Kontaktfäden, die einseitig frei zugänglich sind;
Fig. 5 das elektrisch leitende Papiergefüge gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel in Querschnittansicht; Fig. 6 in Draufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges mit Kontaktfäden, die in der Form von Fensterfäden in das Papiergefüge eingebet tet sind. Fig. 7 in Draufsicht ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges mit zwei in das Papiergefüge eingebetteten Kontaktfäden; und Fig. 8 in Draufsicht ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges mit zwei Kontaktfäden, die jeweils in der Form von Fensterfäden in das Papiergefüge eingebettet sind, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge zusätzlich mit einem leitfähigen Muster bedruckt ist.
Die Figuren 1 bis 8 richten sich insbesondere auf den in den Klauseln 1 bis 14 in der Zusammenfassung der Erfindung beschriebenen ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in Querschnittansicht ein Ausführungsbeispiel eines Fadens 1 (Kontaktfaden) zur Kontaktierung eines elektrisch leitenden Fapiergefüges. Der in ein elektrisch leitendes Papiergefüge einzubringende Faden 1 liegt zunächst in Form eines z.B. auf eine Spule aufgewickelten Endlosfadens vor und basiert auf einem Trägersubstrat 2, im Beispiel Polyethylenterephthalat (PET), das auf seiner Oberfläche mit einem leitfähigen Metall 3, z.B. Kupfer oder Silber, beschichtet ist. Der Faden 1 weist eine Breite von 3 mm und eine Dicke von 50 pm auf.
Fig. 2 zeigt in Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges 4 mit vier separaten, vollstän dig im Papiergefüge eingebetteten Kontaktfäden 6. Die Kontaktfäden 6 wei- sen den in der obigen Figur 1 gezeigten Aufbau auf. Das elektrisch leitende Papiergefüge 4 beruht auf einem Papierfaserstoff und metallische Kurz schnittfasern enthaltenden Gemisch. Die Kontaktfäden 6 wurden mittels einer Rundsiebpapiermaschine, wie sie insbesondere in der Figur 3 der EP 0 279 880 Al gezeigt ist, vollständig in die Papierlage 5 eingebettet, sodass die Kontaktfäden 6 für den Betrachter weder von der Vorderseite, noch von der Rückseite des elektrisch leitenden Papiergefüges 4 sichtbar sind. Anhand der Figur 2 ist erkennbar, dass die Kontaktfäden 6 das elektrisch leitende Papier gefüge 4 von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende durchziehen. Das elektrisch leitende Papiergefüge 4 weist somit an seinen beiden Enden eine ausgezeichnete Kontaktierung auf. Das in der Figur 2 gezeigte Papierge füge 4 weist die Form eines quadratischen Bogens mit vier darin eingebetteten Kontaktfäden 6 auf. Der Bogen kann je nach Belieben zu einem für den Benutzer geeigneten Format zurechtgeschnitten werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der im zugeschnittenen Bogen vorliegenden Kontaktfäden 6 frei gewählt werden. Beispielsweise kann das Papiergefüge 4 so zuge schnitten werden, dass vier einzelne, streifenförmige, elektrisch leitende Pa piergefüge erhalten werden, die jeweils einen eingebetteten Kontaktfaden 6 enthalten.
Fig. 3 zeigt das elektrisch leitende Papiergefüge 4 gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel in Querschnittansicht. Die vollständig in das elektrisch leitende Papiergefüge 4 eingebetteten Kontaktfäden 6 sind jeweils so in der Pa pierlage 5 angeordnet, dass die in der Figur 1 gezeigte, elektrisch leitende Metallisierung 3 oben und das PET-Trägersubstrat 2 unten vorliegen.
Fig. 4 zeigt in Draufsicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges 7 mit eingebetteten Kontaktfäden 9, die einseitig frei zugänglich sind. Die Kontaktfäden 9 weisen den in der obigen Figur 1 gezeigten Aufbau auf. Das elektrisch leitende Papiergefü ge 7 beruht auf einem Papierfaserstoff und Kohlenstofffasern enthaltenden Gemisch. Die Kontaktfäden 9 wurden mittels einer Rundsiebpapiermaschine so in die Papierlage 8 eingebettet, sodass die Kontaktfäden 9 für den Betrach ter von der Vorderseite her erkennbar sind. Dies kann z.B. durch Verwenden eines geeigneten Rundsiebs bewerkstelligt werden, das an den Stellen, die mit den einzubettenden Fäden in Berührung kommen, geeignete erhabene Bereiche aufweist. Alternativ kann die Erzeugung mittels eines mechanischen Entfernens, insbesondere durch Absaugen, der sich auf einer Seite des Fadens abgelagerten Papierschicht erfolgen. Anhand der Figur 4 ist erkenn bar, dass die Kontaktfäden 9 das elektrisch leitende Papiergefüge 7 von ei nem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende durchziehen. Das elektrisch leitende Papiergefüge 7 weist somit an seinen beiden Enden eine ausge zeichnete Kontaktierung auf. Dadurch, dass die Kontaktfäden 9 an der Vor derseite des Papiergefüges 7 frei zugänglich sind, kann das elektrisch leiten de Papiergefüge 7 an seiner Vorderseite an zahlreichen Orten kontaktiert werden.
Fig. 5 zeigt das elektrisch leitende Papiergefüge 7 gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel in Querschnittansicht. Die an der Vorderseite des elektrisch leitenden Papiergefüges 7 frei zugänglichen Kontaktfäden 9 sind jeweils so in der Papierlage 8 angeordnet, dass die in der Figur 1 gezeigte, elektrisch leitende Metallisierung 3 oben und das PET-Trägersubstrat 2 unten vorlie gen.
Fig. 6 zeigt in Draufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges 10 mit Kontaktfäden 12, die in der Form von Fensterfäden in der Papierlage 11 eingebettet sind. Die im elektrisch leitenden Papiergefüge 10 eingebetteten Kontaktfäden 12 sind in bestimmten Bereichen 13 (sogenannte Fensterbereiche) frei zugänglich. Das elektrisch leitende Papiergefüge beruht auf einem Papierfaserstoff und me tallische Kurzschnittfasern enthaltenden Gemisch. Die Kontaktfäden 12 wurden ähnlich dem aus der EP 0 059 056 Al bekannten Verfahren zur Her stellung von Banknoten mit Fenstersicherheitsfäden in das Papier eingebet- tet. Das elektrisch leitende Papiergefüge 10 weist somit an seinen beiden En den eine ausgezeichnete Kontaktierung auf. Dadurch, dass die Kontaktfäden 12 in den Fensterbereichen 13 frei zugänglich sind, kann die Vorderseite des elektrisch leitenden Papiergefüges 10 auch diesen Orten kontaktiert werden.
Der Querschnitt entlang der in der Figur 6 gezeigten, gedachten Linie A-A' entspricht dem in der Figur 5 gezeigten Querschnitt.
Der Querschnitt entlang der in der Figur 6 gezeigten, gedachten Linie B-B' entspricht dem in der Figur 3 gezeigten Querschnitt.
In den obigen Ausführungsbeispielen basierte der Kontaktfaden auf einem mit einem leitfähigen Metall beschichteten Kunststoffsubstrat. Anstelle eines solchen Fadens könnte alternativ ein trägerloser metallischer Faden verwen det werden, sodass das in der Figur 1 gezeigte PET-Trägersubstrat 2 wegge lassen wird. Ein solcher trägerloser metallischer Faden weist verglichen mit einem mit leitfähigem Metall beschichteten Kunststoffsubstrat eine bessere elektrische Leitfähigkeit auf. Insbesondere Fäden, die auf (dünn) gewalztem leitfähigem Metall basieren, sind von Vorteil.
In weiteren Ausführungsbeispielen, die an die obigen Ausführungsbeispiele angelehnt sind, wird als Kontaktfaden ein Draht aus leitfähigem Metall ver wendet.
Fig. 7 zeigt in Draufsicht ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges 14 mit zwei Kontaktfäden 16 und 17, die mit Ausnahme zweier Stellen 18 und 19 vollständig in der Papierlage 15 eingebettet sind. Die im elektrisch leitenden Papiergefüge 14 ein gebetteten Kontaktfäden 16 und 17 sind in den Bereichen 18 und 19, an de- nen die Kontaktierung zur Stromquelle erfolgt, frei zugänglich. Mit den Zei chen" +" und in der Figur 7 wird jeweils der Pluspol bzw. Minuspol der Stromquelle bezeichnet.
Fig. 8 zeigt in Draufsicht ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen, elektrisch leitenden Papiergefüges 20 mit zwei Kontaktfä den 22 und 23, die jeweils in der Form von Fensterfäden in das Papiergefüge 21 eingebettet sind, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge 21 zusätzlich mit einem leitfähigen Muster 28 aus gedruckten Leiterbahnen bedruckt ist. Auf diese Weise wird die Distanz zwischen den beiden als Elektroden die nenden Kontaktfäden 22 und 23 verringert Die im elektrisch leitenden Pa piergefüge 21 eingebetteten Kontaktfäden 22 und 23 sind in den Bereichen 24 und 25, an denen die Kontaktierung zur Stromquelle erfolgt, frei zugänglich. Mit den Zeichen"+" und in der Figur 8 wird jeweils der Pluspol bzw. Minuspol der Stromquelle bezeichnet. Die Kontaktfäden 22 und 23, die je weils in Form von Fensterfäden im Papiergefüge 21 eingebettet sind, sind darüber hinaus so beschaffen, dass sie an mehreren Stellen (siehe z.B. die Bezungsnummern 26 und 27) des Papiergefüges an der Oberfläche partiell freiliegen (sogenannte Fadenfenster). Über die Fadenfenster erfolgt eine Kontaktierung der Kontaktfäden 22 und 23 mit dem zusätzlich aufgedruck ten leitfähigen Muster 28. Das Bedrucken erfolgte mittels eines Siebdruckver fahrens. Als leifähiger Lack, der das leitfähige Muster 28 erzeugt, diente eine wässrige Siebdruckfarbe auf Basis von Silberpartikeln. Das leitfähige Muster 28 liegt zweckmäßigerweise in einem solchen Muster vor, dass die Distanzen zwischen den beiden Elektroden 22 und 23 in allen Bereichen annähernd ähnlich ist. Die Maßnahme des zusätzlichen Bedruckens mit dem leitfähigen Muster 28 bewirkt, dass das Erzeugnis als ein leitfähiges Flächenelement mit relativ niedrigen Spannungen betrieben werden kann. Ein weiteres Ausführungsbeispiel (das nicht unter den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fällt), das in den Figuren nicht veranschaulicht ist, richtet sich auf den in der Klausel 15 in der Zusammenfassung der Erfin dung beschriebenen vierten Aspekt der Erfindung. Das Papiergefüge ähnelt dabei dem in der Figur 8 gezeigten Papiergefüge, wobei das Papier lediglich cellulosehaltige Faserstoffe aufweist, d.h. elektrisch leitfähige Fasern sind in diesem Fall nicht vorhanden. Zusätze bzw. Stabilisatoren oder Ähnliches können gegebenenfalls enthalten sein, z.B. Füllstoffe wie etwa Titandioxid, Detergenzien, Tenside oder dergleichen. Im Papiergefüge sind zwei (oder mehr) kontinuierliche, elektrisch leitfähige Fäden zur Kontaktierung des Pa piergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papier gefüges eingebettet, wobei die Fäden so im Papiergefüge eingebettet sind, dass jeder Faden an mehreren Stellen des Papiergefüges an seiner Oberfläche partiell freiliegt, wobei das Papiergefüge so mit einem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt ist, dass die Kontaktierung des leitfähigen Musters zu den im Papiergefüge eingebetteten Fäden über die Stellen erfolgt, an denen die Fäden partiell freiliegen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektrisch leitendes Papiergefüge mit cellulosehaltigen Faserstoffen und elektrisch leitfähigen Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass im elektrisch leitenden Papiergefüge ein kontinuierlicher, elektrisch leitfähiger Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet ist.
2. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach Anspruch 1, wobei im elektrisch leitenden Papiergefüge eine Mehrzahl kontinuierlicher, elektrisch leitfähiger Fäden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet sind, wobei die Mehrzahl vorzugsweise einen Wert im Bereich von zwei bis acht, insbesondere bevorzugt im Bereich von zwei bis sechs, annimmt.
3. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrisch leitfähigen Fasern metallische Fasern, insbesondere metallische Kurzschnittfasern mit einer bevorzugten Faserlänge in einem Bereich von 3 mm bis 12 mm, und / oder Kohlenstofffasem sind.
4. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge zusätzliche elektrisch leitfähige Materia lien, insbesondere Kohlenstoffpartikel und/ oder Carbon-N anotubes, enthält.
5. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der elektrisch leitfähige Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges ein Metalldraht, ein Metallfaden, ein Metallband, ein auf ei nem Trägersubstrat wie etwa eine Kunststofffolie basierender, mit einem Metall beschichteter Faden, ein Laminat aus (Kunststoff-)Folien und Metall- folien, ein Metallgeflecht, ein Zopfgeflechte, ein Gestrick oder ein Lahnband ist.
6. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Papiergefüge auf einer einzelnen Papierlage beruht, in die der elektrisch leitfähige Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges eingebettet ist.
7. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Papiergefüge auf zwei separaten Papierlagen beruht, zwischen denen der elektrisch leitfähige Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges angeordnet ist.
8. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei
- der elektrisch leitfähige Faden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges vollständig im Papiergefüge eingebettet ist, sodass der Faden für den Betrachter weder von der Vorderseite, noch von der Rückseite sicht bar ist; oder
- der Faden so im Papiergefüge eingebettet ist, dass der Faden im Papierge füge auf einer Seite frei zugänglich vorhegt; oder
- der Faden so im Papiergefüge eingebettet ist, dass der Faden zumindest an einer Stelle des Papiergefüges an seiner Oberfläche partiell freihegt.
9. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das elektrisch leitendes Papiergefüge zusätzlich chemische Additive und Restfeuchte aufweist.
10. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wo bei das elektrisch leitendes Papiergefüge zusätzlich mit einem leitfähigen Muster aus Leiterbahnen bedruckt ist.
11. Elektrisch leitendes Papiergefüge nach Anspruch 10, wobei im elektrisch leitenden Papiergefüge zwei oder mehr kontinuierliche, elektrisch leitfähige Fäden zur Kontaktierung des elektrisch leitenden Papiergefüges von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende des Papiergefüges eingebettet sind, wobei die Fäden jeweils so im Papiergefüge eingebettet sind, dass jeder Fa den an mehreren Stellen des Papiergefüges an seiner Oberfläche partiell frei liegt, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge so mit dem leitfähigen Mus ter aus Leiterbahnen bedruckt ist, dass die Kontaktierung des leitfähigen Musters zu den im Papiergefüge eingebetteten Fäden über die Stellen erfolgt, an denen die Fäden partiell freiiiegen.
12. Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitenden Papiergefüges nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend:
- das Bereitstellen einer Stoffsuspension aus cellulosehaltigem Faserstoff und Wasser;
- gegebenenfalls das Zugeben wenigstens eines chemischen Additivs;
- das Zugeben elektrisch leitfähiger Fasern;
- das Einführen zumindest eines kontinuierlichen, elektrisch leitfähigen Fa dens in die in einer Rundsiebpapiermaschine befindliche Stoffsuspension, wobei der Faden so an das Rundsieb herangeführt wird, dass während der Blattbüdung bzw. während der Bildung der Papierbahn eine Einbettung des Fadens in den Faseraufbau erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Papiergefüge so gebildet wird, dass es sich aus zwei separaten Papierlagen zusammensetzt und der Faden zwischen diesen Papierlagen angeordnet wird.
14. Verwendung des elektrisch leitenden Papiergefüges gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 11 als Heizelement, als Element für die elektromagnetische Abschirmung oder als Element für die Signaldetektion.
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