WO2012143221A1 - Mineralische zusammensetzung zur herstellung elektrischer heizschichten - Google Patents

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Marcin Molek
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Wilhelm Hartmann
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention is in the field of mineral compositions which are particularly suitable as or for the production of putty, screed or ground leveling compounds. It concerns
  • Mainly meandering flexible tubes are introduced into the area to be heated, is passed through the actual heating warm water.
  • prefabricated mats which also contain a meandering heating wire, which can be electrically heated up. Both are associated with high design effort.
  • a mechanical violation of the systems is extremely problematic. If, for example, the heating pipe is accidentally drilled, the heating water leaks out and can lead to extensive damage.
  • the repair is expensive. The floor, wall or ceiling structure must be pried open and the pipe exposed to carry out the necessary repair work. The heating wire is comparatively thin. If this is drilled or otherwise damaged, no electricity can flow and the complete heating mat fails. Again, the repair is expensive and requires the exposure of the damaged area. There is therefore a need for heating elements that can be installed with less effort and that are insensitive to mechanical damage.
  • a flexible, flat heating element is known.
  • This includes, inter alia, a heating means which contains at least one electrically conductive material which comprises at least carbon particles, and arranged on the edge region of the heating means, electrical
  • the heating means may consist solely of carbon particles, which may have a variety of morphology, processing and conditioning. Preferably, however, a heating means based on Kuststoffbasis used, in the carbon particles and
  • the heating medium contains a organic binder.
  • inorganic binders is generally mentioned, but no concrete heating means based on such binders are described.
  • Preferred carbon particles are graphite and carbon nanotubes. A combination of these substances should each
  • WO 01/22434 A1 US Pat. No. 6,086,791 and WO 2005/036562 A1 each disclose electrically conductive coating compositions which can generate and release heat when connected to a voltage source.
  • the compositions each contain a binder, special soot particles, special graphite particles and a volatile solvent.
  • the addition of carbon fibers is not mentioned.
  • Suitable binders are all known binders, provided that they are stable at the temperatures which the operation of the coating brings with it as a heating source. Examples include a variety of organic polymers, but also called silicones, silicates and inorganic binders such as Portland cement and gypsum. Silicone resins are used in the concrete examples disclosed.
  • the compositions are in the form of a paint by means of a conventional
  • EP 1 749 805 A1 describes gypsum building materials having increased thermal conductivity and shielding against electromagnetic radiation. These can be processed into moldings that can be used in floor, ceiling or wall heating systems. The moldings serve the uniform distribution of heat generated elsewhere, not the generation of heat itself.
  • the gypsum building materials contain ground, compacted graphite expandate and may also contain natural graphite, carbon fibers and other additives. The addition of synthetic graphite, carbon black and the like is described as being disadvantageous. On the one hand, these additives are intended to impair the room-conditioning effect of the gypsum-based building materials, on the other hand they lead to undesirable dust formation during the machining of molded parts from these building materials.
  • compositions according to WO 01/22434 A1, US Pat. No. 6,086,791 and WO 2005/036562 A1 allow the production of very thin coatings. For large-scale heating of buildings such thin layers are poorly suited. From plaster building materials according to EP 1 749 805 A1 moldings are obtained which do not serve the generation of heat itself.
  • heating elements that can be installed with little effort and that are insensitive to mechanical damage. These are intended in particular as Part of a large floor, ceiling or wall heating be suitable to allow the heating of complete rooms and buildings. It is an object of the present invention to provide compositions for producing such heating elements.
  • compositions containing defined amounts of at least one inorganic binder, carbon black and carbon fibers are containing defined amounts of at least one inorganic binder, carbon black and carbon fibers.
  • the subject of the invention is therefore a composition containing
  • Such a composition is suitable for the production of fillers, screed or floor leveling compounds, in particular those with self-leveling properties. Since appropriate masses in the reconstruction of a floor, wall or ceiling construction, be it in the context of a new building or a basic renovation, must be applied anyway, in one operation, for example, a screed or floor leveling applied and simultaneously formed an electrically conductive layer, the can be used as a heating layer after suitable connection to a current / voltage source. It is particularly advantageous that the composition can be applied without difficulty, regardless of the geometry of the surfaces to be heated.
  • self-leveling ground leveling compounds can be cast onto a complexly shaped floor on pillars such as bay windows, ledges, or in space, and distributed to the edges and corners using standard techniques. In classic underfloor heating based on heating coils or prefabricated heating mats, this is not readily possible.
  • compositions according to the invention contain from 5 to 90% by weight of at least one inorganic binder, based on the total weight of the composition.
  • latent hydraulic, pozzolanic or non-hydraulic inorganic binders are used.
  • Hydraulic binders are understood as meaning those binders which also set under water, ie harden. These include, in particular, hydraulic limestones and cements. Cements consist predominantly of calcium silicates, calcium aluminates and calcium ferrites, which are formed during the "burning" of the raw materials (eg limestone, clay, limestone marl, clay marl, etc.) at temperatures of up to about 1,500 ° C in the clinker. The essential properties of the cements depend on the Composition of raw materials, the proportion of components to be ground and the fineness of grinding.
  • pozzolans components which react in the presence of Ca (OH) 2 and hydraulically setting.
  • These include naturally occurring pozzolans such as metakaolin, trass or phonolite, as well as artificially produced pozzolans such as silica dusts, for example microsilica, or flyashes or reactive silicas.
  • Natural pozzolans are usually ground before their use to particle sizes smaller than 200 ⁇ to increase the reactivity.
  • latent-hydraulic binder binders which set hydraulically in the presence of an exciter.
  • the lime content of latent-hydraulic binders is significantly higher than that of pozzolanic binders.
  • Latent hydraulic binders are, for example, slag sands or blastfurnace slag.
  • Non-hydraulic binders only harden in air, not under water. These include chromeum sulfates such as gypsum, calcium sulfate hemihydrate and anhydrite, and calcium oxides such as white lime.
  • the inorganic binder is selected from the group of cements, preferably Portland cements, Portland composite cements, calcium aluminate cements, calcium sulfoaluminate cements, blastfurnace cements and composite cements, calcium sulfates, preferably calcium sulfate hemihydrate, pozzolans, calcium oxides and calcium hydroxides.
  • cements preferably Portland cements, Portland composite cements, calcium aluminate cements, calcium sulfoaluminate cements, blastfurnace cements and composite cements, calcium sulfates, preferably calcium sulfate hemihydrate, pozzolans, calcium oxides and calcium hydroxides.
  • the inorganic binder used may be a mixture of at least two different inorganic binders, in particular cements and / or calcium sulfates.
  • Calcium aluminate cement such as, for example, high-alumina cement, Portland cement, calcium sulfate hemihydrate or mixtures thereof, is particularly preferably used.
  • the proportion of inorganic binder is preferably from 6 to 80% by weight, preferably from 7 to 70% by weight, more preferably from 8 to 60% by weight and most preferably from 10 to 50% by weight, in each case based on the total weight of the composition. If the composition contains a plurality of inorganic binders, for example a mixture of two, three, four or even more inorganic binders, the amounts given relate to the total amount of all inorganic binders present.
  • the compositions contain as inorganic binder 0 to 50 wt .-%, preferably 0 to 40 wt .-%, particularly preferably 0 to 30 wt .-%, of at least one cement and 0 to 60 wt .-%, preferably 0 to 50 Wt .-%, particularly preferably 0 to 40 wt .-%, of at least one calcium sulfate, each based on the total weight of the composition, wherein the sum of the Amount of cement (s) and calcium sulfate (s) at least 5 wt .-% and at most 90 wt .-%, preferably 6 to 80 wt .-%, preferably 7 to 70 wt .-%, particularly preferably 8 to 60 wt. -% and most preferably 10 to 50 wt .-%, is.
  • compositions according to the invention also contain from 0.1 to 10% by weight of carbon black, based on the total weight of the composition.
  • the composition contains carbon black in an amount of 0.5 to 7 wt .-%, preferably 1 to 4 wt .-% and particularly preferably 1, 5 to 3 wt .-%, each based on the total weight of the composition.
  • Carbon black is a carbon modification that forms in the form of a black powdered solid upon incomplete combustion or thermal cracking of vaporous carbonaceous substances. Carbon black is commercially available in a wide variety of qualities.
  • Amorphous, pulverulent carbon black is preferably used in the compositions according to the invention, in particular carbon black, which has a maximum particle size of at most 2000 ⁇ m, determined by sieve analysis according to DIN 66165-1: 1987-04 and DIN 66165-2: 1987-04. Coarse-grained soot qualities have proven to be disadvantageous, since the use of such soils suffers from the electrical conductivity of the composition or layers produced therefrom. This heats up such layers worse.
  • carbon blacks are used which have a maximum particle size of at most 1500 ⁇ m, particularly preferably at most 1000 ⁇ m and very particularly preferably at most 500 ⁇ m.
  • composition may contain a mixture of a plurality of different types of carbon black, for example two, three, four or even more types of carbon black.
  • the above quantities refer to the total amount of all types of carbon black contained.
  • compositions of the invention further contain from 0.1 to 15% by weight of carbon fibers, based on the total weight of the composition.
  • the composition contains carbon fibers in an amount of 0.5 to 10 wt .-%, preferably 1 to 5 wt .-% and particularly preferably 1, 5 to 3 wt .-%, each based on the total weight of the composition.
  • carbon fibers having a fiber length of 50 to 8000 ⁇ , preferably 100 to 6000 ⁇ are used. Preference is given in particular to carbon fibers which are commercially available under the name Tenax A HAT M100 (100 ⁇ m, Tenax HT C124 (6000 ⁇ m) and STW carbon fiber filler SFC 4.0 MFC, or mixtures thereof. In a particular embodiment, a mixture of at least two different carbon fibers is used, wherein at least one type of carbon fiber has a fiber length of 50 to 500 ⁇ m and at least one other type of carbon fiber has a fiber length of 5000 to 8000 ⁇ m. The stated fiber lengths can be determined microscopically in a conventional manner.
  • composition may comprise a mixture of a plurality of different carbon fibers, for example two, three, four or even more carbon fibers.
  • the above quantities refer to the total amount of all carbon fibers contained.
  • compositions may contain other ingredients that have a positive effect on the properties of the composition or layers and heating elements made therefrom.
  • composition according to the invention preferably also contains graphite and / or a metal, particularly preferably graphite.
  • Graphite is a widely used carbon modification that occurs naturally among others. Graphite is commercially available in a wide variety of qualities. There is a wide range of different properties such as particle sizes, specific surface areas, densities and electrical conductivities. In the compositions according to the invention comparatively fine-grained graphite is preferably used.
  • graphite is used, which has a maximum particle size of at most 1000 ⁇ , determined by sieve analysis according to DIN 66165-1: 1987-04 and DIN 66165-2: 1 987- 04, has.
  • graphite is used, which has a maximum particle size of at most 500 ⁇ , more preferably at most 100 ⁇ and very particularly preferably at most 50 ⁇ .
  • graphites can be used which are commercially available from the company Lüh under the name Graphite GHL 2 and Graphite GHL 95/1 5. Preference is given to the use of graphite GHL 2. This is characterized in addition to a small particle size and high purity (carbon content about 99.8%) and high conductivity.
  • the metals used are preferably metals, which are characterized by very high conductivity and also insensitivity to common environmental influences.
  • the metal is preferably introduced in the form of a powder, fibers or small beads. Examples of preferred metals include copper and silver.
  • Graphite and / or metal are preferably used in an amount of 0.5 to 5 wt .-%, particularly preferably 0.75 to 4 wt .-%, most preferably 1 to 2 wt .-%, each based on the total weight of the composition used.
  • composition may contain a mixture of several different types of graphite and / or metals, for example two, three, four or more types of graphite and / or metals.
  • the above quantities refer to the total amount of all contained
  • composition according to the invention preferably also contains at least one filler.
  • fillers which are known for use in construction-chemical products are suitable as fillers, it being preferred to use exclusively inorganic fillers.
  • Calcium carbonate, in particular limestone flour, quartz, in particular quartz sand and quartz gravel, and mixtures thereof are preferably used as the filler.
  • lightweight fillers are recommended. These typically have densities of less than 2000 kg / m 3 , preferably less than 1500 kg / m 3 , very particularly preferably less than 1200 kg / m 3 or even less than 1000 kg / m 3 .
  • Suitable for this purpose are, for example, inorganic hollow microspheres, expanded glass, expanded mica, expanded perlite, expanded slate or expanded clay. It can also be combined with each other two or more of these different lightweight fillers.
  • the proportion of filler is for example 5 to 90 wt .-%, preferably 10 to 90 wt .-%, particularly preferably 15 to 90 wt .-%, most preferably 25 to 85 wt .-% and particularly preferably 50 to 85 wt .-%, each based on the total weight of the composition.
  • composition may contain a mixture of several different fillers, for example two, three, four or even more fillers.
  • the above quantities refer to the total amount of all contained fillers.
  • the filler is wholly or partially coated with a conductive layer, in particular a conductive carbon layer
  • Silicon dioxide is.
  • Corresponding fillers are commercially available and are sold, for example, by the company Worlee under the name Quartz AS 0104 (0.1-0.4 mm), Quartz AS 0408, Quartz AS 0712 and Quartz AS 1020.
  • Quartz AS 0104 is preferred according to the invention.
  • compositions are obtained which are distinguished by increased conductivity and excellent processing properties. It is therefore preferred that, based on the total amount of filler, the proportion of coated with a conductive carbon layer silicon dioxide is at least 20 wt .-%, preferably at least 30 wt .-% and particularly preferably at least 50 wt .-% ,
  • inorganic binder, carbon black, carbon fiber, graphite and / or metal and filler preferably make at least 85 wt .-%, more preferably at least 90 wt .-% and most preferably at least 95 wt .-% of the composition according to the invention from, in each case based on the total weight of the composition.
  • auxiliaries and additives which affect the application properties of the composition are suitable as further ingredients.
  • the further ingredients are, for example, in an amount of 0 to 15 wt .-%, preferably 0 to 10 wt .-%, particularly preferably 0.5 to 7 wt .-% and most preferably 1 to 5 wt .-%, respectively based on the total weight of the composition.
  • Examples include thixotropic and / or water retention agents, plasticizers, accelerators, defoamers, stabilizers, air entrainers, water repellents, sulfate carriers, retarders and dust reducing agent mentioned.
  • cellulose ethers or methylcellulose ethers can be used.
  • certain dispersion powders for example based on a water-redispersible polymer binder, preferably based on vinyl acetate and ethylene (ethylene / vinyl acetate copolymer).
  • Water retention agents can be used in particular in amounts of from 1 to 15% by weight, preferably from 1 to 10% by weight, based on the total weight of the composition.
  • Condensers may be used in particular in amounts of 0.01 to 5 wt .-%, preferably 0.05 to 2 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 0.5 wt .-%, each based on the total weight of the composition become.
  • preferred liquefiers according to the invention are liquefiers based on modified polycarboxylate ethers, as well as caseins.
  • the liquefiers are selected in such a way that they reduce the need for water when they are worn and, in addition, advantageously lead to or promote particularly good early strength development.
  • Composition also contains at least one accelerator, in particular a hardening accelerator, for example based on alkali or alkaline earth metal carbonates, more preferably lithium carbonate, or aluminum sulfate.
  • the accelerator can be used in quantities of 0.001 to 1 % By weight, in particular 0.05 to 0.25% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • At least one defoamer for example a solid combination of liquid hydrocarbons, polyglycols and amorphous silicic acid.
  • Such an antifoaming agent can be used in particular in amounts of from 0.001 to 1% by weight, preferably from 0.05 to 3% by weight, based in each case on the total weight of the composition.
  • composition according to the invention may additionally comprise at least one stabilizing agent.
  • stabilizing agents may for example be selected from gums, e.g. As diutan gum, or based on cellulose or cellulose derivatives, z. As hydroxyethyl cellulose, be formed.
  • various stabilizers may be combined with each other, e.g. B. gums on the one hand and cellulose or cellulose derivatives on the other. If as
  • Stabilizing agent gums are used, they can be used in amounts of 0.001 to 0.2 wt .-%, preferably 0.03 to 0.08 wt .-%, each based on the total weight of the composition. If as stabilizer cellulose or cellulose derivatives, for. B.
  • Hydroxyethylcellulose they can be used in amounts of 0.001 to 0.5 wt .-%, preferably 0.05 to 0.15 wt .-%, each based on the total weight of the composition.
  • the salts of lauric acid in particular the zinc salt, called as sulfate carrier iron sulfate.
  • Suitable retarders are, for example, alkaline earth salts, in particular calcium salts, of amino acids, sodium phosphonate and hydroxypolycarboxylic acids, for example dihydroxysuccinic acid or citric acid, and salts thereof.
  • compositions may tend to form dust in the dry state.
  • when decanting or when mixing with water may cause dust.
  • the fine dust settles on the user's clothing and skin and in the worst case is absorbed via the respiratory tract. It is therefore desirable this
  • compositions may therefore further comprise at least one additive for reducing the
  • Dust-removing additives based on hydrocarbons or hydrocarbon mixtures or polyethylene glycols are preferably used. These cause a long-term dedusting with respect to the compositions treated herewith, which both in closed storage and in open storage, especially under
  • Atmospheric oxygen is preserved.
  • liquid hydrocarbons or hydrocarbon mixtures or polyethylene glycols are used as dedusting additives.
  • this has the advantage that liquid application forms can be better applied to the compositions to be dedusted, and the application is more homogeneous than in the case of solid dedusting additives and, moreover, smaller quantities are required than in the case of solid dedusting additives.
  • the adhesion of liquid additives or additive mixtures is improved compared to solid forms with respect to the compositions to be treated. Therefore, under normal conditions, liquid hydrocarbons or hydrocarbon mixtures or polyethylene glycols are preferably used as dedusting additives.
  • dedusting additives based on hydrocarbons or hydrocarbon mixtures can be used according to the invention in particular aliphatic hydrocarbons or
  • Hydrocarbon mixtures in particular linear or branched, preferably linear, saturated or unsaturated hydrocarbons or hydrocarbon mixtures, preferably saturated aliphatic hydrocarbons or hydrocarbon mixtures used.
  • the aliphatic hydrocarbons or hydrocarbon mixtures preferably used may contain certain aromatic constituents, in particular aromatic hydrocarbons; This is especially the case when technical hydrocarbons or hydrocarbon mixtures are used, for.
  • technical mineral oils often contain aromatic components.
  • the aromatics content based on the total hydrocarbons or total hydrocarbon mixtures used, should advantageously not exceed 30% by weight, preferably 20% by weight, preferably 17.5% by weight, particularly preferably 15% by weight.
  • hydrocarbons or hydrocarbon mixtures used as dedusting additives in particular aliphatic hydrocarbons or hydrocarbon mixtures (optionally with aromatic fractions, as defined above), preferably have boiling points or boiling ranges in the order of 100 to 400 ° C, especially 150 to 350 ° C, preferably 200 to 300 ° C, on, in each case based on atmospheric pressure.
  • Such hydrocarbons or hydrocarbon mixtures, in particular aliphatic hydrocarbons or hydrocarbon mixtures (optionally with aromatic contents, as defined above) can be processed well as dedusting additives with the construction chemical products and have only extremely low volatility, so that a long-term dedusting effect is achieved and not appreciable amounts be volatilized in dedusting additive over a certain storage time.
  • hydrocarbons or hydrocarbon mixtures which are liquid under standard conditions (25 ° C. and atmospheric pressure) in the total mixture used as dedusting additive.
  • the hydrocarbons or hydrocarbon mixtures used in the compositions according to the invention are preferably hydrocarbons having one
  • Preferably used hydrocarbons or hydrocarbon mixtures have densities in the range of 800 to 900 kg / m 3 , in particular 825 to 875 kg / m 3 , on.
  • the hydrocarbons or hydrocarbon mixtures used as dedusting additives at a temperature of 107 ° C for a evaporation loss over 24 hours of less than 5 wt .-%, preferably less than 2 wt .-%, particularly preferably less than 1 % By weight, based on the hydrocarbons or hydrocarbon mixtures. In this way it is ensured that on the one hand a long-term dedusting in relation to the
  • compositions is achieved and on the other hand, the compositions at least in
  • the dedusting additives based on hydrocarbons or hydrocarbon mixtures may generally be used in amounts of from 0.01 to 10% by weight, in particular from 0.01 to 5% by weight, preferably from 0.1 to 5% by weight, more preferably 0 , 25 to 3 wt .-%, each based on the total weight of
  • compositions are used.
  • the above lower limits are in particular due to the fact that a significant dedusting effect is to be achieved, while the upper limits on the one hand by the processing or application properties and on the other hand by
  • composition according to the invention has the following
  • Composition are added and add up to 100 wt .-%:
  • compositions which contain the abovementioned components in each case in an amount as defined above as being preferred, more preferably and very particularly preferably, any desired combinations of the individual ranges being possible.
  • the compositions of the invention may differ with respect to the preferred composition.
  • composition of the invention may also be referred to as a construction chemical product. Depending on the specific composition, it can be used, for example, as a filler, screed or floor leveling compound.
  • composition around a self-leveling ground-stabilizing composition based on gypsum which has the following constituents, the following quantities being based in each case on the total weight of the composition and each adding up to 100% by weight:
  • a composition around a self-leveling ground-leveling composition based on cement which has the following constituents, the following quantities being based in each case on the total weight of the composition and each adding up to 100% by weight:
  • a composition comprising a gypsum-based solid putty which has the following constituents, the following quantities being based in each case on the total weight of the composition and each adding up to 100% by weight:
  • a composition comprising a cement-based, firm putty compound having the following constituents, the following quantities being based in each case on the total weight of the
  • Composition are added and each add up to 100 wt .-%:
  • composition around a cement-based screed composition comprising the following constituents, the following quantities being based in each case on the total weight of the composition and each adding up to 100% by weight:
  • Silica is and its content, based on the total amount of filler, at least 20 Wt .-%, preferably at least 30 wt .-% and particularly preferably at least 50 wt .-%.
  • Composition is usually a powdered dry mix, it must be mixed before use with water or an aqueous dispersion, wherein the ratio is selected so that a spreadable suspension is formed.
  • the viscosity can be adjusted by changing the quantitative ratio to the specific application.
  • the ready-mixed mixture is applied by means of suitable equipment, such as a spatula or trowel, on the surface to be treated and allowed to harden.
  • Both the dry mix and the ready-to-use mixture made with water or an aqueous dispersion will vary depending on the specific composition and desired
  • leveling screed or ground leveling compound.
  • Another object of the invention are therefore fillers, screed or floor leveling compositions containing a composition of the invention and water. With regard to the preferred and particularly preferred embodiments of the compositions contained, the above applies accordingly.
  • the amount of added water is preferably chosen so that the water content in the spatula, screed or floor leveling compound at 10 to 40 wt .-%, preferably at 15 to 30% by weight and particularly preferably at 20 to 30 wt. -% lies.
  • compositions according to the invention can be produced in a very simple manner conductive layers of almost any geometry that can be used as a heating layer of a flat heating element.
  • the composition is mixed with water, that is turned on, and applied the resulting, ready-mix on a surface on which the heating element is to be formed.
  • an inventive leveling, screed or ground leveling compound which already contains the composition mixed with water.
  • the result is a conductive layer, which is provided with suitable electrical contact means that allow a connection to a voltage source. If the resulting heating element is now supplied with current, the conductive layer, hereinafter also referred to as heating means, heats up and releases the resulting heat to the environment.
  • Another object of the invention is therefore a method for producing a planar
  • Heating element in particular for electrically heating a floor, wall or ceiling surface, comprising at least the steps
  • the contacting with electrical contact means can be done in different ways.
  • the heating element can be constructed according to the capacitor principle.
  • This can be, for example, a thin metal foil or electrically conductive, temperature-stable plastic film which is fastened to the surface, for example by gluing.
  • a conductive lacquer for example by spraying or painting. Suitable paints are commercially available.
  • the layer is contacted with a component via which a voltage source can be connected. In the simplest case, the component may be a simple copper wire or a copper lug.
  • the highly conductive layer is then turned on with water
  • composition of the invention and, if necessary, evenly distributed over the entire surface.
  • the mass is preferably used in such an amount that after curing, a layer having a thickness of 1 to 20 mm, preferably from 2 to 10 mm and more preferably from 3 to 5 mm results.
  • a second thin, highly conductive layer is finally applied, which in turn is contacted with a component, via which a voltage source can be connected.
  • the two components are with the two poles of
  • Voltage source connected. When the voltage source is switched on, current flows from the lower conductive layer to the upper or vice versa, penetrating the heating medium in the vertical direction.
  • Both contact means can be mounted on the top of the heating medium. However, it is also possible to place one or both contact means on the underside or in the heating medium layer.
  • the two contact means are in turn connected to the two poles of a voltage source. When power is turned on, power flows from one Contact means to the other by the heating means and in this case penetrates the heating means substantially parallel to the layer direction.
  • compositions according to Example 3 or 4 100 g of the compositions according to Example 3 or 4 were mixed with approximately 24 g or approximately 26 g of water respectively for the preparation of ready-to-use putties.
  • the masses can be used as fillers.
  • Layers made therefrom are electrically conductive after curing and heat up when exposed to current.
  • Example 5 100 g of the composition according to Example 5 were mixed with about 16 g of water to prepare a ready-to-use screed mortar. The mass can be applied to a floor. The resulting layer is electrically conductive after curing and heats up at the

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Abstract

Zusammensetzung, enthaltend -5 bis 90 Gew.-% mindestens eines anorganischen Bindemittels, -0,1 bis 10 Gew.-% Ruß und -0,1 bis 15 Gew.-% Kohlenstofffasern, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmassen, enthaltend diese Zusammensetzung, sowie die Verwendung der Zusammensetzung bzw. daraus erhältlicher Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmassen zur Herstellung eines flächigen Heizelements, insbesondere zur elektrischen Beheizung einer Boden-, Wand- oder Deckenfläche.

Description

Mineralische Zusammensetzung zur Herstellung elektrischer Heizschichten
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der mineralischen Zusammensetzungen, die insbesondere als oder zur Herstellung von Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmassen geeignet sind. Sie betrifft
Zusammensetzungen, enthaltend definierte Mengen mindestens eines anorganischen Bindemittels, Ruß und Kohlenstofffasern, sowie Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmassen, enthaltend diese Zusammensetzung, und die Verwendung der Zusammensetzung bzw. daraus erhältlicher Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmassen zur Herstellung eines flächigen Heizelements, insbesondere zur elektrischen Beheizung einer Boden-, Wand- oder Deckenfläche.
Im modernen Hausbau ist die Beheizung von Räumen mittels Fußbodenheizung weit verbreitet. Auch Wand- oder Deckenheizungen kommen aufgrund des angenehmen Raumklimas, das sich durch Beheizung eines Raums mit einer solchen Vorrichtung erzielen lässt, vermehrt zum Einsatz.
Überwiegend werden dazu in die zu beheizende Fläche mäanderförmig verlegte flexible Rohre eingebracht, durch die zum eigentlichen Heizen warmes Wasser geleitet wird. Alternativ lassen sich auch vorgefertigte Matten nutzen, die einen in der Regel ebenfalls mäanderförmig verlegten Heizdraht enthalten, der sich elektrisch aufheizen lässt. Beides ist mit hohem konstruktivem Aufwand verbunden. Zudem ist eine mechanische Verletzung der Systeme äußerst problematisch. Wrd etwa versehentlich das Heizrohr angebohrt, tritt das Heizwasser aus und kann zu großflächigen Schäden führen. Die Reparatur ist aufwändig. Der Boden-, Wand- oder Deckenaufbau muss aufgestemmt und das Rohr freigelegt werden, um die notwendigen Reparaturarbeiten ausführen zu können. Der Heizdraht ist vergleichsweise dünn. Wird dieser angebohrt oder anderweitig beschädigt, kann kein Strom mehr fließen und die komplette Heizmatte fällt aus. Wiederum ist die Reparatur aufwändig und erfordert das Freilegen der beschädigten Stelle. Es besteht also Bedarf an Heizelementen, die sich mit geringerem Aufwand installieren lassen und die gegenüber mechanischer Beschädigung unempfindlich sind.
DE 20 2009 01 1 565 U1 schlägt eine Fliesenkleberheizung vor. In einem herkömmlichen, mineralischen, flexiblen Fliesenkleber werden Kohlenstoff-Nanoröhrchen (carbon nanotubes) dispergiert. Die Dispersion kann zum Verkleben von Fliesen aller Art verwendet werden, wobei gleichzeitig eine Fliesenheizung entsteht, die mit Niedervolt betrieben werden kann.
Aus DE 20 2010 009 208 U1 ist ein flexibles, flächiges Heizelement bekannt. Dieses umfasst unter anderem ein Heizmittel, das mindestens ein elektrisch leitfähiges Material enthält, das zumindest Kohlenstoffpartikel umfasst, sowie am Randbereich des Heizmittels angeordnete, elektrische
Kontaktmittel. Das Heizmittel kann ausschließlich aus Kohlenstoffpartikeln bestehen, wobei diese unterschiedlichste Morphologie, Verarbeitung und Konditionierung aufweisen können. Vorzugsweise kommt jedoch ein Heizmittel auf Kuststoffbasis zum Einsatz, in dem Kohlenstoffpartikel und
gegebenenfalls weitere Leitfähigkeitsadditive enthalten sind. In diesem Fall enthält das Heizmittel also ein organisches Bindemittel. Die Zugabe anorganischer Bindemittel ist allgemein erwähnt, wobei jedoch keine konkreten Heizmittel auf Basis solcher Bindemittel beschrieben sind. Bevorzugte Kohlenstoffpartikel sind Graphit und Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Eine Kombination dieser Stoffe soll jede
Kombination anderer Kohlenstoffpartikel bezüglich der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit und Verarbeitung übertreffen.
WO 01/22434 A1 , US 6,086,791 und WO 2005/036562 A1 offenbaren jeweils elektrisch leitfähige Beschichtungszusammensetzungen, die bei Anschluss an eine Spannungsquelle Wärme erzeugen und abgeben können. Die Zusammensetzungen enthalten jeweils ein Bindemittel, spezielle Russpartikel, spezielle Graphitpartikel und ein flüchtiges Lösemittel. Die Zugabe von Kohlenstofffasern ist nicht genannt. Als Bindemittel eignen sich alle bekannten Bindemittel, sofern sie bei den Temperaturen stabil sind, die der Betrieb der Beschichtung als Heizquelle mit sich bringt. Als Beispiele werden unter anderem eine Vielzahl organischer Polymere, aber auch Silicone, Silicate und anorganische Bindemittel wie Portlandzement und Gips genannt. In den konkret offenbarten Beispielen kommen Siliconharze zum Einsatz. Die Zusammensetzungen werden in Form eines Anstrichs mittels einer herkömmlichen
Spritzpistole aufgebracht und bilden dünne Beschichtungen mit einer Dicke von etwa 25 Mikrometer aus.
Schließlich sind in EP 1 749 805 A1 Gipsbaustoffe mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit und Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlen beschrieben. Diese können zu Formteilen verarbeitet werden, die in Fußboden-, Decken- oder Wandheizungen zum Einsatz kommen können. Die Formteile dienen dabei der gleichmäßigen Verteilung anderweitig erzeugter Wärme, nicht der Erzeugung von Wärme selbst. Die Gipsbaustoffe enthalten gemahlenes, kompaktiertes Graphitexpandat und können zudem Naturgraphit, Kohlenstofffasern und weitere Zusatzstoffe enthalten. Die Zugabe von synthetischem Graphit, Russ und ähnlichem wird als nachteilig beschrieben. Einerseits sollen diese Zusätze die raumklimatisierende Wirkung der gipsbasierenden Baustoffe verschlechtern, andererseits führen sie zu unerwünschter Staubbildung bei der Bearbeitung von Formteilen aus diesen Baustoffen.
Obwohl die beschriebenen Zusammensetzungen prinzipiell zur Herstellung flächiger Heizelemente geeignet sind, haben Sie deutliche Nachteile, insbesondere wenn großflächige Heizflächen erzeugt werden sollen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind eine vergleichsweise neue Verbindungsklasse, deren Synthese aufwändig ist. Hinsichtlich damit verbundener Gesundheitsrisiken ist diese Verbindungsklasse noch nicht abschließend untersucht. Der Einsatz in großen Mengen sollte daher derzeit nach Möglichkeit unterbleiben. Zusammensetzungen gemäß WO 01/22434 A1 , US 6,086,791 und WO 2005/036562 A1 erlauben die Herstellung sehr dünner Beschichtungen. Zum großflächigen Beheizen von Gebäuden sind solch dünne Schichten nur schlecht geeignet. Aus Gipsbaustoffen gemäß EP 1 749 805 A1 werden Formteile erhalten, die nicht der Erzeugung von Wärme selbst dienen.
Es besteht also nach wie vor Bedarf an Heizelementen, die sich mit geringem Aufwand installieren lassen und die gegenüber mechanischer Beschädigung unempfindlich sind. Diese sollen insbesondere als Bestandteil einer großflächigen Fußboden-, Decken- oder Wandheizung geeignet sein, die das Beheizen kompletter Räume und Gebäude erlauben. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung Zusammensetzungen zur Herstellung solcher Heizelemente zur Verfügung zu stellen.
Es wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe durch Zusammensetzungen gelöst wird, die definierte Mengen mindestens eines anorganischen Bindemittels, Ruß und Kohlenstofffasern enthalten.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Zusammensetzung, enthaltend
- 5 bis 90 Gew.-% mindestens eines anorganischen Bindemittels,
- 0,1 bis 10 Gew.-% Ruß und
- 0,1 bis 15 Gew.-% Kohlenstofffasern, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Eine solche Zusammensetzung eignet sich zur Herstellung von Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmassen, insbesondere solchen mit selbstverlaufenden Eigenschaften. Da entsprechende Massen beim Neuaufbau einer Boden-, Wand- oder Deckenkonstruktion, sei es im Rahmen eines Neubaus oder einer grundlegenden Sanierung, ohnehin aufgebracht werden müssen, wird in einem Arbeitsgang beispielsweise ein Estrich oder eine Bodennivellierung aufgebracht und gleichzeitig eine elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet, die nach geeignetem Anschluss an eine Strom-/Spannungs- quelle als Heizschicht genutzt werden kann. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Zusammensetzung unabhängig von der Geometrie der zu beheizenden Flächen problemlos aufgebracht werden kann. So können etwa selbstverlaufende Bodenausgleichsmassen auf einen etwa durch Erker, Vorsprünge oder im Raum stehende Säulen komplex geformten Fußboden gegossen und mit den üblichen Techniken bis an die Ränder und in die Ecken verteilt werden. Bei klassischen Fußbodenheizungen auf Basis von Heizschlangen oder vorgefertigter Heizmatten ist dies nicht ohne weiteres möglich.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten 5 bis 90 Gew.-% mindestens eines anorganischen Bindemittels, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Als anorganische Bindemittel können im Rahmen der vorliegenden Erfindung hydraulische,
latenthydraulische, puzzolanische oder nichthydraulische anorganische Bindemittel zum Einsatz kommen.
Unter hydraulischen Bindemitteln werden solche Bindemittel verstanden, die auch unter Wasser abbinden, d.h. aushärten. Dazu gehören insbesondere hydraulische Kalke und Zemente. Chemisch bestehen Zemente überwiegend aus Calciumsilicaten, Calciumaluminaten und Calciumferriten, welche beim "Brennen" der Rohstoffe (z. B. Kalkstein, Ton, Kalkmergel, Tonmergel etc.) bei Temperaturen bis zu ca. 1 .500 °C im Klinker entstehen. Die wesentlichen Eigenschaften der Zemente sind abhängig von der Zusammensetzung der Rohstoffe, vom Mengenanteil der zu mahlenden Bestandteile und von der Mahlfeinheit.
Als Puzzolane werden erfindungsgemäß Komponenten bezeichnet, die in Anwesenheit von Ca(OH)2 reagieren und hydraulisch abbinden. Hierzu zählen natürlich vorkommende Puzzolane wie Metakaolin, Trass oder Phonolith, ebenso wie künstlich hergestellte Puzzolane wie Silicastäube, beispielsweise Microsilica, oder Flugaschen oder reaktive Kieselsäuren. Natürliche Puzzolane werden in der Regel vor ihrer Verwendung auf Korngrößen kleiner 200 μηι gemahlen, um die Reaktivität zu steigern.
Als latent-hydraulische Bindemittel werden Bindemittel bezeichnet, die in Anwesenheit eines Anregers hydraulisch abbinden. Der Kalkanteil bei latent-hydraulischen Bindemitteln ist dabei deutlich höher als der von puzzolanen Bindemitteln. Latent-hydraulische Bindemittel sind beispielsweise Hüttensande bzw. Hüttensandmehle.
Nichthydraulische Bindemittel erhärten nur an Luft, nicht unter Wasser. Dazu gehören unter anderem Caciumsulfate, wie Gips, Calciumsulfat-Hemihydrat und Anhydrit, und Calciumoxide, wie Weißkalk.
Vorzugsweise ist das anorganische Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe der Zemente, vorzugsweise Portlandzemente, Portlandkompositzemente, Calciumaluminatzemente, Calciumsulfoaluminatzemente, Hochofenzemente und Kompositzemente, der Calciumsulfate, vorzugsweise Calciumsulfat-Hemihydrat, der Puzzolane, der Calciumoxide und der Calciumhydroxide.
Selbstverständlich kann als anorganisches Bindemittel ein Gemisch von mindestens zwei verschiedenen anorganischen Bindemitteln, insbesondere Zementen und/oder Calciumsulfaten eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt kommt Calciumaluminatzement, wie beispielsweise Tonerdeschmelzzement, Portlandzement, Calciumsulfat-Hemihydrat oder Gemische davon zum Einsatz.
Der Anteil an anorganischem Bindemittel liegt bevorzugt bei 6 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise bei 7 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt bei 8 bis 60 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt bei 10 bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Enthält die Zusammensetzung mehrere anorganische Bindemittel, beispielsweise ein Gemisch aus zwei, drei, vier oder noch mehr anorganischen Bindemitteln, so beziehen sich die Mengenangaben auf die Gesamtmenge aller enthaltenen anorganischen Bindemittel.
Bevorzugt enthalten die Zusammensetzungen als anorganisches Bindemittel 0 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 30 Gew.-%, mindestens eines Zements und 0 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 40 Gew.-%, mindestens eines Calciumsulfats, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, wobei die Summe der Menge an Zement(en) und Calciumsulfat(en) mindestens 5 Gew.-% und höchstens 90 Gew.-%, bevorzugt 6 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 7 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 8 bis 60 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, beträgt.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten weiterhin 0,1 bis 10 Gew.-% Ruß, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Bevorzugt enthält die Zusammensetzung Ruß in einer Menge von 0,5 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 4 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 ,5 bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Ruß ist eine Kohlenstoffmodifikation, die sich bei unvollständiger Verbrennung oder thermischer Spaltung von dampfförmigen Kohlenstoff-haltigen Substanzen in Form eines schwarzen, pulverförmigen Feststoffs bildet. Ruß ist in verschiedensten Qualitäten kommerziell erhältlich.
Vorzugsweise kommt in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen amorpher, pulverförmiger Ruß zum Einsatz, insbesondere Ruß, der eine maximale Partikelgröße von höchstens 2000 μηι, bestimmt mittels Siebanalyse nach DIN 66165-1 : 1987-04 und DIN 66165-2: 1987-04, aufweist. Grobkörnigere Rußqualitäten haben sich als nachteilig erwiesen, da bei Einsatz solcher Ruße die elektrische Leitfähigkeit der Zusammensetzung bzw. daraus hergestellter Schichten leidet. Damit heizen sich solche Schichten schlechter auf. Vorzugsweise werden Ruße eingesetzt, die eine maximale Partikelgröße von höchstens 1500 μηι, besonders bevorzugt höchstens 1000 μηι und ganz besonders bevorzugt höchstens 500 μηι, aufweisen. Beispielsweise können Ruße eingesetzt werden, die kommerziell von der Firma Evonik unter der Bezeichnung Printex erhältlich sind, wie Printex L, Printex L6, Printex 95 und Printex 260. Bevorzugt ist der Einsatz von Printex L6.
Selbstverständlich kann die Zusammensetzung ein Gemisch mehrerer, verschiedener Rußtypen enthalten, beispielsweise zwei, drei, vier oder noch mehr Rußtypen. In diesem Fall beziehen sich obige Mengenangaben auf die Gesamtmenge aller enthaltenen Rußtypen.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten weiterhin 0,1 bis 15 Gew.-% Kohlenstofffasern, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Bevorzugt enthält die Zusammensetzung Kohlenstofffasern in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 ,5 bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Es können übliche, kommerziell erhältliche Kohlenstofffasern eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Kohlenstofffasern mit einer Faserlänge von 50 bis 8000 μηι, vorzugsweise 100 bis 6000 μηι eingesetzt. Bevorzugt sind insbesondere Kohlenstofffasern, die kommerziell unter der Bezeichnung Tenax A HAT M100 (100 [im), Tenax HT C124 (6000 μητι) und STW Carbonfaserfüllstoff SFC 4,0 MFC erhältlich sind, oder deren Mischungen. In einer besonderen Ausführungsform wird ein Gemisch mindestens zweier unterschiedlicher Kohlenstofffasern eingesetzt, wobei mindestens eine Art Kohlenstofffaser eine Faserlänge von 50 bis 500 μηι und mindestens eine andere Art Kohlenstofffaser eine Faserlänge von 5000 bis 8000 μηι aufweist. Die genannten Faserlängen können in üblicher Art und Weise mikroskopisch bestimmt werden.
Selbstverständlich kann die Zusammensetzung ein Gemisch mehrerer, verschiedener Kohlenstofffasern enthalten, beispielsweise zwei, drei, vier oder noch mehr Kohlenstofffasern. In diesem Fall beziehen sich obige Mengenangaben auf die Gesamtmenge aller enthaltenen Kohlenstofffasern.
Neben den genannten zwingenden Bestandteilen können die Zusammensetzungen weitere Inhaltsstoffe enthalten, die sich auf die Eigenschaften der Zusammensetzung oder daraus hergestellter Schichten und Heizelemente positiv auswirken.
Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung weiterhin Graphit und/oder ein Metall, besonders bevorzugt Graphit.
Graphit ist eine weit verbreitete Kohlenstoffmodifikation, die unter anderem natürlich vorkommt. Graphit ist in verschiedensten Qualitäten kommerziell erhältlich. Es existiert ein breit gefächertes Sortiment mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie Partikelgrößen, spezifischen Oberflächen, Dichten und elektrischen Leitfähigkeiten. In den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wird vorzugsweise vergleichsweise feinkörniger Graphit eingesetzt. Bevorzugt wird Graphit eingesetzt, der eine maximale Partikelgröße von höchstens 1000 μηι, bestimmt mittels Siebanalyse nach DIN 66165-1 : 1987-04 und DIN 66165-2: 1 987- 04, aufweist. Vorzugsweise wird Graphit eingesetzt, der eine maximale Partikelgröße von höchstens 500 μηι, besonders bevorzugt höchstens 100 μηι und ganz besonders bevorzugt höchstens 50 μηι, aufweist. Beispielsweise können Graphite eingesetzt werden, die kommerziell von der Firma Lüh unter der Bezeichnung Graphite GHL 2 und Graphite GHL 95/1 5 erhältlich sind. Bevorzugt ist der Einsatz von Graphite GHL 2. Dieser zeichnet sich neben einer geringen Partikelgröße auch durch hohe Reinheit (Kohlenstoffgehalt ca. 99,8 %) und eine hohe Leitfähigkeit aus.
Als Metall kommen vorzugsweise Metalle zum Einsatz, die sich durch sehr hohe Leitfähigkeit und zudem Unempfindlichkeit gegenüber üblicher Umwelteinflüsse auszeichnen. Das Metall wird dabei vorzugsweise in Form eines Pulvers, von Fasern oder kleiner Kügelchen eingebracht. Als bevorzugte Metalle seien beispielsweise Kupfer und Silber genannt. Graphit und/oder Metall werden vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,75 bis 4 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 1 bis 2 Gew-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt.
Selbstverständlich kann die Zusammensetzung ein Gemisch mehrerer, verschiedener Graphittypen und/oder Metalle enthalten, beispielsweise zwei, drei, vier oder noch mehr Graphittypen und/oder Metalle. In diesem Fall beziehen sich obige Mengenangaben auf die Gesamtmenge aller enthaltenen
Graphittypen und/oder Metalle.
Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung weiterhin mindestens einen Füllstoff.
Als Füllstoff sind prinzipiell alle für den Einsatz in bauchemischen Produkten bekannten Füllstoffe geeignet, wobei vorzugsweise ausschließlich anorganische Füllstoffe eingesetzt werden. Bevorzugt kommen als Füllstoff Calciumcarbonat, insbesondere Kalksteinmehl, Quarz, insbesondere Quarzsand und Quarzkies, und Gemische davon zum Einsatz. Sollen sich die Zusammensetzungen durch ein besonders niedriges spezifisches Gewicht auszeichnen, empfiehlt sich der Zusatz von Leichtfüllstoffen. Diese weisen typischerweise Dichten von weniger als 2000 kg/m3, bevorzugt weniger als 1500 kg/m3, ganz besonders bevorzugt weniger als 1200 kg/m3 oder gar weniger als 1000 kg/m3 auf. Hierfür geeignet sind z.B. anorganische Mikrohohlkugeln, Blähglas, Blähglimmer, Blähperlite, Blähschiefer oder Blähton. Es können dabei auch zwei oder mehr dieser unterschiedlichen Leichtfüllstoffe miteinander kombiniert werden.
Der Anteil an Füllstoff beträgt beispielsweise 5 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 90 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 25 bis 85 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 50 bis 85 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Selbstverständlich kann die Zusammensetzung ein Gemisch mehrerer, verschiedener Füllstoffe enthalten, beispielsweise zwei, drei, vier oder noch mehr Füllstoffe. In diesem Fall beziehen sich obige Mengenangaben auf die Gesamtmenge aller enthaltenen Füllstoffe.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn es sich bei dem Füllstoff ganz oder teilweise um ein mit einer leitfähigen Schicht, insbesondere einer leitfähigen Kohlenstoffschicht beschichtetes
Siliziumdioxid handelt. Entsprechende Füllstoffe sind kommerziell erhältlich und werden beispielsweise von der Firma Worlee unter der Bezeichnung Quartz AS 0104 (0,1 - 0,4 mm), Quartz AS 0408, Quartz AS 0712 und Quartz AS 1020 vertrieben. Erfindungsgemäß bevorzugt ist der Einsatz von Quartz AS 0104. Durch Einsatz dieser speziellen Füllstoffe werden Zusammensetzungen erhalten, die sich durch erhöhte Leitfähigkeit, sowie ausgezeichnete Verarbeitungseigenschaften auszeichnen. Es ist daher bevorzugt, dass, bezogen auf die Gesamtmenge an Füllstoff, der Anteil an mit einer leitfähigen Kohlenstoffschicht beschichtetem Siliziumdioxid bei mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise bei mindestens 30 Gew.-% und besonders bevorzugt bei mindestens 50 Gew.-% liegt.
Die bislang genannten Komponenten, anorganisches Bindemittel, Ruß, Kohlenstofffaser, Graphit und/oder Metalll und Füllstoff, machen vorzugsweise mindestens 85 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-% der erfindungsgemäßen Zusammensetzung aus, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Als weitere Inhaltsstoffe kommen insbesondere Hilfs- und Zusatzstoffe in Frage, die die Anwendungseigenschaften der Zusammensetzung, insbesondere der anwendungsfertigen, mit Wasser vermischten Zusammensetzung, wie beispielsweise deren Viskosität oder Abbindeverhalten beeinflussen. Die weiteren Inhaltsstoffe sind beispielsweise in einer Menge von 0 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 7 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthalten.
Beispielhaft seien Thixotropierungs- und/oder Wasserretentionsmittel, Verflüssiger, Beschleuniger, Entschäumer, Stabilisierungsmittel, Luftporenbildner, Hydrophobierungsmittel, Sulfatträger, Verzögerer und Staubminderungsmittel genannt.
Als Thixotropierungs- und/oder Wasserretentionsmittel können beispielsweise Celluloseether oder Methylcelluloseether eingesetzt werden. Geeignet sind beispielsweise auch bestimmte Dispersionspulver, beispielsweise auf Basis eines in Wasser redispergierbaren Polymerbindemittels, vorzugsweise auf Basis von Vinylacetat und Ethylen (Ethylen/Vinylacetat-Copolymer). Thixotropierungs- und/oder
Wasserretentionsmittel können insbesondere in Mengen von 1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt werden.
Verflüssiger können insbesondere in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt werden. Beispiele für erfindungsgemäß bevorzugte Verflüssiger sind Verflüssiger auf der Basis modifizierter Polycarboxylatether, sowie Caseine. Insbesondere werden die Verflüssiger derart ausgewählt, dass sie den Wasserbedarf beim Anmachen reduzieren und zudem vorteilhafterweise auch zu einer besonders guten Frühfestigkeitsentwicklung führen bzw. diese fördern.
Weiterhin kann es für die Optimierung der Anwendungseigenschaften förderlich sein, wenn die
Zusammensetzung außerdem mindestens einen Beschleuniger, insbesondere einen Erhärtungsbeschleuniger, enthält, beispielsweise auf Basis von Alkali- oder Erdalkalicarbonaten, besonders bevorzugt Lithiumcarbonat, oder Aluminiumsulfat. Der Beschleuniger kann in Mengen von 0,001 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt werden.
Weiterhin kann auch mindestens ein Entschäumer enthalten sein, beispielsweise eine feste Kombination von flüssigen Kohlenwasserstoffen, Polyglykolen und amorpher Kieselsäure. Ein solcher Entschäumer kann insbesondere in Mengen von 0,001 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt werden.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung außerdem mindestens ein Stabilisierungsmittel enthalten. Solche Stabilisierungsmittel können beispielsweise ausgewählt sein aus Gummen, z. B. Diutan Gum, oder aber auf Basis von Cellulose oder Cellulosederivaten, z. B. Hydroxyethylcellulose, ausgebildet sein. Gleichermaßen können verschiedene Stabilisierungsmittel miteinander kombiniert werden, z. B. Gummen einerseits und Cellulose oder Cellulosederivate andererseits. Wenn als
Stabilisierungsmittel Gummen eingesetzt werden, können diese in Mengen von 0,001 bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,03 bis 0,08 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt werden. Wenn als Stabilisierungsmittel Cellulose bzw. Cellulosederivate, z. B.
Hydroxyethylcellulose, eingesetzt werden, können diese in Mengen von 0,001 bis 0,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt werden.
Als geeignetes Hydrophobierungsmittel seien beispielsweise die Salze der Laurinsäure, insbesondere das Zinksalz, genannt, als Sulfatträger Eisensulfat.
Geeignete Verzögerer sind beispielsweise Erdalkalisalze, insbesondere Calciumsalze, von Aminosäuren, Natriumphosphonat und Hydroxypolycarbonsäuren, wie beispielsweise Dihydroxybernsteinsäure oder Citronensäure, und deren Salze.
In Abhängigkeit von den konkreten Inhaltsstoffen können die Zusammensetzungen im trockenen Zustand zu Staubbildung neigen. Insbesondere beim Umfüllen oder beim Anmischen mit Wasser kann es zu Staubentwicklung kommen. Der feine Staub setzt sich auf Kleidung und Haut des Anwenders fest und wird im schlimmsten Fall über die Atemwege aufgenommen. Es ist daher wünschenswert, dieser
Staubentwicklung entgegen zu wirken.
Die Zusammensetzungen können daher weiterhin mindestens ein Additiv zur Verminderung des
Staubens (synonym auch als "Staubminderungsmittel", "Staubminderungsadditv" oder
"Entstaubungsadditiv" bezeichnet) enthalten. Vorzugsweise kommen dabei Entstaubungsadditive auf Basis von Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen oder Polyethylenglycolen zum Einsatz. Diese bewirken eine Langzeitentstaubung in Bezug auf die hiermit behandelten Zusammensetzungen, welche sowohl bei geschlossener Lagerung als auch bei offener Lagerung, insbesondere unter
Luftsauerstoff, erhalten bleibt.
Vorteilhafterweise werden unter Normalbedingungen (d. h. 25 °C und Atmosphärendruck) flüssige Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische oder Polyethylenglycole als Entstaubungsadditive eingesetzt. Dies hat zum einen den Vorteil, dass sich flüssige Anwendungsformen besser auf die zu entstaubenden Zusammensetzungen applizieren lassen und der Auftrag homogener ist als im Falle fester Entstaubungsadditive und man zudem mit geringeren Mengen als im Falle fester Entstaubungsadditive auskommt. Auch ist die Adhäsion bzw. Anfangshaftung flüssiger Additive oder Additivgemische im Vergleich zu festen Formen in Bezug auf die zu behandelnden Zusammensetzungen verbessert. Daher werden bevorzugt unter Normalbedingungen flüssige Kohlenwasserstoffe bzw. Kohlenwasserstoffgemische oder Polyethylenglycole als Entstaubungsadditive eingesetzt.
Als erfindungsgemäß einsetzbare Entstaubungsadditive auf Basis von Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen werden insbesondere aliphatische Kohlenwasserstoffe oder
Kohlenwasserstoffgemische, insbesondere lineare oder verzweigte, vorzugsweise lineare, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische, vorzugsweise gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische, eingesetzt. Die bevorzugt eingesetzten aliphatischen Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische können jedoch gewisse aromatische Anteile, insbesondere aromatische Kohlenwasserstoffe, enthalten; dies ist insbesondere dann der Fall, wenn technische Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische zur Anwendung kommen, z. B. technische Mineralöle, die oftmals aromatische Anteile enthalten. In einem solchen Fall sollte der Aromatenanteil, bezogen auf die eingesetzten Gesamtkohlenwasserstoffe oder Gesamtkohlenwasserstoffgemische, vorteilhafterweise 30 Gew.-%, vorzugsweise 20 Gew.-%, bevorzugt 17,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 Gew.-%, nicht überschreiten.
Die als Entstaubungsadditive eingesetzten Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische, insbesondere aliphatische Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische (gegebenenfalls mit aromatischen Anteilen, wie zuvor definiert), weisen vorzugsweise Siedepunkte oder Siedebereiche in der Größenordnung von 100 bis 400 °C, insbesondere 150 bis 350 °C, vorzugsweise 200 bis 300 °C, auf, jeweils bezogen auf Atmosphärendruck. Derartige Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische, insbesondere aliphatische Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische (gegebenenfalls mit aromatischen Anteilen, wie zuvor definiert), lassen sich als Entstaubungsadditive gut mit den bauchemischen Produkten verarbeiten und weisen eine nur äußerst geringe Flüchtigkeit auf, so dass eine Langzeitentstaubungswirkung erzielt wird und keine nennenswerten Mengen an Entstaubungsadditiv über eine gewisse Lagerzeit verflüchtigt werden. Die vorgenannten Siedepunkte oder Siedebereiche beziehen sich insbesondere auf die unter Normalbedingungen (25 °C und Atmosphärendruck) flüssigen Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische in der als Entstaubungsadditiv eingesetzten Gesamtmischung. Bei den in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eingesetzten Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen handelt es sich vorzugsweise um Kohlenwasserstoffe mit einer
Kohlenstoffanzahl zwischen 10 und 40, bevorzugt zwischen 15 und 30.
Bevorzugt eingesetzte Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische weisen Dichten im Bereich von 800 bis 900 kg/m3, insbesondere 825 bis 875 kg/m3, auf.
Bevorzugt ist es zudem, wenn die als Entstaubungsadditive eingesetzten Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische bei einer Temperatur von 107 °C einen Verdampfungsverlust über 24 Stunden von weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise von weniger als 2 Gew.-%, besonders bevorzugt von weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf die Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische, aufweisen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass einerseits eine Langzeitentstaubung in Bezug auf die
Zusammensetzungen erreicht wird und andererseits die Zusammensetzungen zumindest im
wesentlichen geruchsfrei bzw. geruchsarm sind, da Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische allenfalls in geringsten Mengen freigesetzt werden.
Die Entstaubungsadditive auf Basis von Kohlenwasserstoffen bzw. Kohlenwasserstoffgemischen können im allgemeinen in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der
Zusammensetzung, eingesetzt werden. Die vorstehenden Untergrenzen sind insbesondere dadurch begründet, dass ein nennenswerter Entstaubungseffekt erzielt werden soll, während die Obergrenzen einerseits durch die Verarbeitungs- bzw. Anwendungseigenschaften und andererseits durch
ökonomische Erwägungen, auch im Hinblick auf eine technische Realisierbarkeit, bedingt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Zusammensetzung folgende
Bestandteile auf, wobei die nachfolgenden Mengenangaben jeweils auf das Gesamtgewicht der
Zusammensetzung bezogen sind und sich auf 100 Gew.-% aufaddieren:
- 5 bis 90 Gew.-% mindestens eines anorganischen Bindemittels,
- 0,1 bis 10 Gew.-% Ruß,
- 0,1 bis 15 Gew.-% Kohlenstofffasern,
- 0,5 bis 5 Gew.-% Graphit und/oder Metall,
- 5 bis 90 Gew.-% Füllstoff und
- 0 bis 15 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe.
Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen, die die genannten Komponenten jeweils in einer Menge enthalten, wie sie oben als bevorzugt, besonders bevorzugt und ganz besonders bevorzugt definiert ist, wobei beliebige Kombinationen der im Einzelnen genannten Bereiche möglich sind. Je nach gewünschtem Einsatzzweck können sich die erfindungsgemäßen Zusammensetuzungen bezüglich der bevorzugten Zusammensetzung unterscheiden.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann auch als bauchemisches Produkt bezeichnet werden. Je nach konkreter Zusammensetzung kann sie beispielsweise als Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmasse Verwendung finden.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung um eine selbstverlaufende Bodenausgleichsmasse auf Gipsbasis, die folgende Bestandteile aufweist, wobei die nachfolgenden Mengenangaben jeweils auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bezogen sind und sich jeweils auf 100 Gew.-% aufaddieren:
- 0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Zements,
- 20 bis 35 Gew.-% mindestens eines Calciumsulfats,
- 1 bis 4 Gew.-% Ruß,
- 1 bis 5 Gew.-% Kohlenstofffasern,
- 0,75 bis 4 Gew.-% Graphit,
- 40 bis 77,25 Gew.-% Füllstoff und
- 0 bis 15 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung um eine selbstverlaufende Bodenausgleichsmasse auf Zementbasis, die folgende Bestandteile aufweist, wobei die nachfolgenden Mengenangaben jeweils auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bezogen sind und sich jeweils auf 100 Gew.-% aufaddieren:
- 10 bis 19 Gew.-% mindestens eines Zements,
- 0 bis 15 Gew.-% mindestens eines Calciumsulfats und/oder Calciumhydroxids,
- 1 bis 4 Gew.-% Ruß,
- 1 bis 5 Gew.-% Kohlenstofffasern,
- 0,75 bis 4 Gew.-% Graphit,
- 40 bis 87,25 Gew.-% Füllstoff und
- 0 bis 15 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung um eine standfeste Spachtelmasse auf Gipsbasis, die folgende Bestandteile aufweist, wobei die nachfolgenden Mengenangaben jeweils auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bezogen sind und sich jeweils auf 100 Gew.-% aufaddieren:
- 0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Zements, - 36 bis 50 Gew.-% mindestens eines Calciumsulfats,
- 1 bis 4 Gew.-% Ruß,
- 1 bis 5 Gew.-% Kohlenstofffasern,
- 0,75 bis 4 Gew.-% Graphit,
- 40 bis 61 ,25 Gew.-% Füllstoff und
- 0 bis 15 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung um eine standfeste Spachtelmasse auf Zementbasis, die folgende Bestandteile aufweist, wobei die nachfolgenden Mengenangaben jeweils auf das Gesamtgewicht der
Zusammensetzung bezogen sind und sich jeweils auf 100 Gew.-% aufaddieren:
- 20 bis 50 Gew.-% mindestens eines Zements,
- 0 bis 15 Gew.-% mindestens eines Calciumsulfats und/oder Calciumhydroxids,
- 1 bis 4 Gew.-% Ruß,
- 1 bis 5 Gew.-% Kohlenstofffasern,
- 0,75 bis 4 Gew.-% Graphit,
- 40 bis 77,25 Gew.-% Füllstoff und
- 0 bis 15 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung um eine Estrichmasse auf Zementbasis, die folgende Bestandteile aufweist, wobei die nachfolgenden Mengenangaben jeweils auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bezogen sind und sich jeweils auf 100 Gew.-% aufaddieren:
- 5 bis 50 Gew.-% mindestens eines Zements,
- 0 bis 15 Gew.-% mindestens eines Calciumsulfats und/oder Calciumhydroxids,
- 0,5 bis 15 Gew.-% mindestens eines weiteren anorganischen Bindemittels, vorzugsweise
ausgewählt aus pyrogenen Kieselsäuren, Flugaschen und Mischungen daraus,
- 1 bis 4 Gew.-% Ruß,
- 1 bis 5 Gew.-% Kohlenstofffasern,
- 0,75 bis 4 Gew.-% Graphit,
- 40 bis 91 ,75 Gew.-% Füllstoff und
- 0 bis 15 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe.
Hinsichtlich der bevorzugten und besonders bevorzugten Vertreter der einzelnen Inhaltsstoffe und deren Mengen gilt in allen Fällen das oben Gesagte analog. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass es sich bei mindestens einem Teil des Füllstoffs um mit einer leitfähigen Kohlenstoffschicht beschichtetes
Siliziumdioxid handelt und dessen Anteil, bezogen auf die Gesamtmenge an Füllstoff, bei mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise bei mindestens 30 Gew.-% und besonders bevorzugt bei mindestens 50 Gew.-% liegt.
Die Anwendung der Zusammensetzungen erfolgt in üblicher Art und Weise. Da es sich bei der
Zusammensetzung in der Regel um eine pulverförmige Trockenmischung handelt, muss diese vor der Anwendung mit Wasser oder einer wässrigen Dispersion vermischt werden, wobei das Mengenverhältnis so gewählt wird, dass eine streichfähige Suspension entsteht. Die Viskosität kann durch Änderung des Mengenverhältnisses an den konkreten Anwendungsfall angepasst werden. Die anwendungsfertige Mischung wird mittels geeigneter Gerätschaften, beispielsweise einer Spachtel oder Kelle, auf die zu behandelnde Fläche aufgetragen und aushärten gelassen.
Sowohl die Trockenmischung, als auch die mit Wasser oder einer wässrigen Dispersion angemachte anwendungsfertige Mischung wird je nach konkreter Zusammensetzung und gewünschtem
Anwendungsbereich als Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmasse bezeichnet. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind daher Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmassen, die eine erfindungsgemäße Zusammensetzung und Wasser enthalten. Hinsichtlich der bevorzugten und besonders bevorzugten Ausführungsformen der enthaltenen Zusammensetzungen gilt das oben Gesagte entsprechend.
Die Menge an zugesetztem Wasser wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass der Wasseranteil in der Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmasse bei 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise bei 15 bis 30 Gew.- % und besonders bevorzugt bei 20 bis 30 Gew.-% liegt.
Aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen lassen sich auf sehr einfache Weise leitfähige Schichten nahezu beliebiger Geometrie herstellen, die als Heizschicht eines flächigen Heizelements genutzt werden können.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung oder einer anwendungsfertigen, erfindungsgemäßen Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmasse zur Herstellung eines flächigen Heizelements.
Dazu wird die Zusammensetzung mit Wasser vermischt, d.h. angemacht, und die resultierende, anwendungsfertige Mischung auf eine Fläche aufgebracht, auf der das Heizelement ausgebildet werden soll. Selbstverständlich kann dazu auch eine erfindungsgemäße Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmasse genutzt werden, die bereits die Zusammensetzung im Gemisch mit Wasser enthält. Es entsteht eine leitfähige Schicht, die mit geeigneten elektrischen Kontaktmitteln versehen wird, die einen Anschluss an eine Spannungsquelle erlauben. Wird das entstehende Heizelement nun mit Strom beaufschlagt, heizt sich die leitfähige Schicht, im Folgenden auch als Heizmittel bezeichnet, auf und gibt die entstehende Wärme an die Umgebung ab. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen
Heizelements, insbesondere zur elektrischen Beheizung einer Boden-, Wand- oder Deckenfläche, umfassend mindestens die Schritte
- Anmachen einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit Wasser und Aufbringen des
Gemischs auf eine zu beheizende Fläche,
- In Kontaktbringen des gegebenenfalls zuvor getrockneten Gemischs mit elektrischen
Kontaktmitteln, und
- Verbinden der elektrischen Kontaktmittel mit einer Spannungsquelle.
Das In Kontaktbringen mit elektrischen Kontaktmitteln kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise lässt sich das Heizelement nach dem Kondensatorprinzip aufbauen. Dazu wird auf die zu beheizende Fläche zunächst eine dünne, d.h. maximal 1 mm, vorzugsweise maximal 100 μηι dicke, hochleitfähige Schicht aufgebracht. Dies kann beispielsweise eine dünne Metallfolie oder elektrisch leitfähige, temperaturstabile Kunststofffolie sein, die auf der Fläche, beispielsweise durch Verkleben, befestigt wird. Weniger aufwändig und daher bevorzugt ist es jedoch, einen leitfähigen Lack aufzubringen, beispielsweise aufzusprühen oder aufzustreichen. Geeignete Lacke sind kommerziell erhältlich. Die Schicht wird mit einem Bauteil kontaktiert, über das sich eine Spannungsquelle anschließen lässt. Im einfachsten Fall kann es sich bei dem Bauteil um einen einfachen Kupferdraht oder eine Kupferfahne handeln. Auf die hochleitfähige Schicht wird anschließend die mit Wasser angemachte
erfindungsgemäße Zusammensetzung aufgebracht und, sofern erforderlich, gleichmäßig über die komplette Fläche verteilt. Die Masse wird dabei vorzugsweise in einer solchen Menge eingesetzt, dass nach dem Aushärten eine Schicht mit einer Dicke von 1 bis 20 mm, vorzugsweise von 2 bis 10 mm und besonders bevorzugt von 3 bis 5 mm resultiert. Auf die ausgehärtete Schicht wird schließlich eine zweite dünne, hochleitfähige Schicht aufgebracht, die wiederum mit einem Bauteil kontaktiert wird, über das sich eine Spannungsquelle anschließen lässt. Die beiden Bauteile werden mit den beiden Polen der
Spannungsquelle verbunden. Beim Einschalten der Spannungsquelle fließt Strom von der unteren leitfähigen Schicht zur oberen oder umgekehrt und durchdringt dabei in senkrechter Richtung das Heizmittel.
Alternativ kann auf das großflächige Aufbringen hochleitfähiger Schichten verzichtet werden. Es ist beispielsweise ebenso möglich, die mit Wasser angemachte erfindungsgemäße Zusammensetzung direkt auf die zu beheizende Fläche aufzubringen und an der ausgehärteten Schicht, d.h. dem Heizmittel, zwei Kontaktmittel vorzusehen, die ausschließlich zumindest einen Teil gegenüberliegender
Randbereiche des Heizelements bedecken. Dabei können beide Kontaktmittel auf der Oberseite des Heizmittels angebracht sein. Es ist jedoch auch möglich, ein oder beide Kontaktmittel auf der Unterseite oder in der Heizmittelschicht zu platzieren. Die beiden Kontaktmittel werden wiederum mit den beiden Polen einer Spannungsquelle verbunden. Beim Einschalten der Spannungsquelle fließt Strom von einem Kontaktmittel zum anderen durch das Heizmittel und durchdringt in diesem Fall das Heizmittel im Wesentlichen parallel zur Schichtrichtung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, wobei die Beispiele lediglich der Illustration der Erfindung dienen und keine Einschränkung des Erfindungsgedankens darstellen.
Beispiele:
Bei den im Folgenden angegebenen Mengenangaben handelt es sich - soweit nichts anderes vermerkt ist - um Gewichtsprozent.
Beispiele 1 und 2:
Durch Vermischen der in Tabelle 1 aufgeführten Rohstoffe wurden selbstverlaufende Bodenausgleichsmassen auf Gipsbasis (Beispiel 1) bzw. Zementbasis (Beispiel 2) hergestellt:
Tabelle 1 :
Rohstoffe B1 B2
Portlandzement 1 ,3 5,7
Tonerdeschmelzzement - 8,9
Calciumsulfat-Hemihydrat 27,2 4,4
Calciumhydroxid - 0,6
Printex L6 (Ruß) 1 ,9 1 ,9
Kohlenstofffasern 1 ,9 1 ,9
Graphit GHL 2 1 ,3 1 ,3
Kalksteinmehl 12,7 16,5
Quarzsand 20,6 24,1
Leitfähig beschichtetes Siliziumdioxid 31 ,6 31 ,6
Vinylacetat/Ethylen Copolymer 1 ,3 1 ,9
Casein - 0,3
Weitere Hilfs- und Zusatzstoffe Ad 100 Ad 100
Zur Herstellung anwendungsfertiger Bodenausgleichsmassen wurden jeweils 100 g der Zusammensetzungen gemäß Beispiel 1 bzw. 2 mit ca. 22 g bzw. ca. 28 g Wasser vermischt. Die Massen weisen selbstverlaufende Eigenschaften auf. Daraus hergestellte Schichten sind nach dem Aushärten elektrisch leitfähig und heizen sich bei der Beaufschlagung mit Strom auf. Beispiele 3 und 4:
Durch Vermischen der in Tabelle 2 aufgeführten Rohstoffe wurden standfeste Spachtelmassen für Wand und Boden auf Gipsbasis (Beispiel 3) bzw. Zementbasis (Beispiel 4) hergestellt:
Tabelle 2:
Rohstoffe B3 B4
Portlandzement - 6,6
Tonerdeschmelzzement - 14,6
Calciumsulfat-Hemihydrat 38,0 3,8
Printex L6 (Ruß) 1 ,9 1 ,9
Kohlenstofffasern 1 ,9 1 ,9
Graphit GHL 2 1 ,3 1 ,3
Kalksteinmehl 23,7 1 ,9
Quarzsand - 24,6
Leitfähig beschichtetes Siliziumdioxid 31 ,6 31 ,6
Omegasperes (keramische - 8,2
Mikrohohlkugeln)
Poraver (Blähglas) - 1 ,3
Vinylacetat/Ethylen Copolymer 1 ,3 1 ,9
Weitere Hilfs- und Zusatzstoffe Ad 100 Ad 100
Zur Herstellung anwendungsfertiger Spachtelmassen wurden jeweils 100 g der Zusammensetzungen gemäß Beispiel 3 bzw. 4 mit ca. 24 g bzw. ca. 26 g Wasser vermischt. Die Massen lassen sich als Spachtelmassen einsetzten. Daraus hergestellte Schichten sind nach dem Aushärten elektrisch leitfähig und heizen sich bei der Beaufschlagung mit Strom auf.
Beispiel 5:
Durch Vermischen der in Tabelle 3 aufgeführten Rohstoffe wurde ein zementbasierter Estrich-Mörtel hergestellt: Tabelle 3:
Rohstoffe B5
Portlandzement 8,8
Tonerdeschmelzzement 3,8
Pyrogene Kieselsäure 0,9
Flugasche 0,15
Calciumhydroxid 0,01
Printex L6 (Ruß) 1 ,9
Kohlenstofffasern 1 ,9
Graphit GHL 2 1 ,3
Kalksteinmehl 0,1
Quarzkies 2-4 mm 16,4
Quarzkies 1 -2 mm 7,0
Quarzgemisch 0,2-1 mm 12,2
Quarzsand 13,9
Leitfähig beschichtetes Siliziumdioxid 31 ,6
Weitere Hilfs- und Zusatzstoffe Ad 100
Zur Herstellung eines anwendungsfertigen Estrichmörtels wurden jeweils 100 g der Zusammensetzung gemäß Beispiel 5 mit ca. 16 g Wasser vermischt. Die Masse kann auf einen Boden aufgebracht werden. Die resultierende Schicht ist nach dem Aushärten elektrisch leitfähig und heizt sich bei der
Beaufschlagung mit Strom auf.

Claims

Patentansprüche
1 . Zusammensetzung, enthaltend
- 5 bis 90 Gew.-% mindestens eines anorganischen Bindemittels,
- 0,1 bis 10 Gew.-% Ruß und
- 0,1 bis 15 Gew.-% Kohlenstofffasern, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie das mindestens eine anorganische Bindemittel in einer Menge von 6 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 7 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 8 bis 60 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
3. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe der Zemente, vorzugsweise Portlandzemente, Calciumaluminatzemente, Calciumsulfoaluminatzemente, Hochofenzemente, Portlandkompositzemente und Kompositzemente, der Calciumsulfate, vorzugsweise Calciumsulfat- Hemihydrat, der Puzzolane, der Calciumoxide und der Calciumhydroxide.
4. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung als anorganisches Bindemittel 0 bis 50 Gew.-% mindestens eines Zements und 0 bis 60 Gew.-% mindestens eines Calciumsulfats, jeweils bezogen auf das
Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält, wobei die Summe der Menge an Zement(en) und Calciumsulfat(en) mindestens 5 Gew.-% und höchstens 90 Gew.-% beträgt.
5. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,5 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 4 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 ,5 bis 3 Gew.- % Ruß, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
6. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ruß um einen amorphen, pulverförmigen Ruß handelt.
7. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 ,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstofffasern, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
8. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,75 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis
2 Gew-% Graphit und/oder Metall, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
9. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin mindestens einen Füllstoff enthält.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Füllstoff ganz oder teilweise um ein mit einer leitfähigen Kohlenstoffschicht beschichtetes Siliziumdioxid handelt.
1 1 . Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die
Gesamtmenge an Füllstoff, der Anteil an mit einer leitfähigen Kohlenstoffschicht beschichtetem Siliziumdioxid bei mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise bei mindestens 30 Gew.-% und besonders bevorzugt bei mindestens 50 Gew.-% liegt.
12. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung folgende Bestandteile aufweist, wobei die nachfolgenden
Mengenangaben jeweils auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bezogen sind und sich auf 100 Gew.-% aufaddieren:
- 5 bis 90 Gew.-% mindestens eines anorganischen Bindemittels,
- 0,1 bis 10 Gew.-% Ruß,
- 0,1 bis 15 Gew.-% Kohlenstofffasern,
- 0,5 bis 5 Gew.-% Graphit und/oder Metall,
- 5 bis 90 Gew.-% Füllstoff und
- 0 bis 15 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe.
13. Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmasse, enthaltend eine Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 und Wasser.
14. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 oder einer Spachtel-, Estrich- oder Bodenausgleichsmasse gemäß Anspruch 13 zur Herstellung eines flächigen Heizelements.
15. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Heizelements, insbesondere zur elektrischen Beheizung einer Boden-, Wand- oder Deckenfläche, umfassend mindestens die Schritte - Anmachen einer Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 mit Wasser und Aufbringen des Gemischs auf eine zu beheizende Fläche,
- In Kontaktbringen des gegebenenfalls zuvor getrockneten Gemischs mit elektrischen
Kontaktmitteln, und
- Verbinden der elektrischen Kontaktmittel mit einer Spannungsquelle.
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