DE10038730A1

DE10038730A1 - Verfahren zur Herstellung von elektrischen Heizelementen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE10038730A1
Application number: DE2000138730
Authority: DE
Inventors: Ingrid Staron; Heiko Liebethal
Original assignee: BURD LIFROR SYSTEMS GmbH
Current assignee: BURD LIFROR SYSTEMS GmbH
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-02-28
Also published as: WO2002011157A3; AU2001285694A1; WO2002011157A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelements, bei dem die Heizschicht mit einer Beschichtungsmasse auf eine Unterlage aufgetragen wird. wobei die Beschichtungsmasse mindestens eine Dispersion von synthetischen Polymeren in einem Dispersionsmittel, mindestens ein gelöstes Dispergierharz von synthetischen Polymeren in dem Dispersionsmittel sowie Graphit und/oder elektrisch leitfähigen Ruß enthält, die Heizschicht nach dem Auftragen der Beschichtungsmasse auf die Unterlage getrocknet wird und elektrische Zuleitungen zur Heizschicht an der Unterlage angebracht werden, indem diese beabstandet zueinander und in elektrischem Kontakt zur Heizschicht auf der Unterlage angeordnet werden, sowie eine Verwendung des Heizelements zur Beheizung von Gebäuden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Heizele menten. Derartige elektrische Heizelemente werden beispielsweise in Gebäu den zur Raumheizung eingesetzt.

Zur Raumheizung werden neben herkömmlichen Heizungsanlagen, wie den Warmwasser- oder Dampfheizungen mit Gas-, Öl- oder Kohlefeuerung und elektrischen, als Konvektionsheizung ausgelegten Heizungsanlagen auch an dere Systeme eingesetzt, beispielsweise elektrische Heizanlagen, bei denen Wärmestrahlung von nahe bei Raumtemperatur betriebenen Wärmequellen ausgesandt wird.

In DD 208 029 ist eine derartige Strahlungsfläche zur Erzeugung elektromagne tischer Wellen und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Die Strah lungsfläche dient u. a. zum Heizen von Gebäuden. Von der Strahlungsfläche wird eine definierte Strahlung in einem Frequenzbereich von 10¹¹ bis 10¹⁵ Hertz abgestrahlt, die dann von den zu erwärmenden Gegenständen wieder absor biert wird. Hierzu werden als Metallfolien ausgebildete Antennenbegrenzer und eine Antennenzuleitung an der Strahlungsfläche angeordnet. Die Strahlungs fläche wird aus einer Dispersion gebildet, die folgende Zusammensetzung auf weist: 10 bis 30 Masse-% natürlich und/oder synthetisch hergestellter Binde mittel, vorzugsweise Polyvinylacetate, Polyacrylate und Polypeptide, 5 bis 20 Masse-% Isolatoren, vorzugsweise Ruß, 0,1 bis 10 Masse-% Dispergierhilfs mittel. Zur dieser Dispersion werden zusätzlich 5 bis 50 Masse-% Graphit zu gegeben.

Gemäß DE 197 17 682 A1 werden zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung mit einem Beschichtungsmaterial ferner Strahlungsflächen herge stellt, die a) 55 bis 65% Stoffmengenanteile einer Grundsubstanz aus 39 bis 49% Stoffmengenanteilen Bindemittel, 18 bis 23% Stoffmengenanteilen Isola tionsmittel, 18 bis 24% Stoffmengenanteilen Dispergiermittel und 12 bis 16% Stoffmengenanteilen destilliertem Wasser sowie b) 35 bis 45% Stoffmengen anteile Graphit enthält. Das Bindemittel ist aus 64 bis 79% Stoffmengenantei len destilliertem Wasser, 4 bis 6% Stoffmengenanteilen sulfuriertem Öl, 0,16 bis 0,24% Stoffmengenanteilen Phenolen, 15 bis 19% Stoffmengenanteilen Casein, 0,8 bis 1,2% Stoffmengenanteilen Harnstoff, 2 bis 3% Stoffmengen anteilen Verdünnungsmittel und 2,5 bis 3,5% Stoffmengenanteilen einer als Carbolactan bezeichneten Substanz zusammengesetzt. Das Casein in dieser Zusammensetzung stellt das eigentliche Bindemittel dar. Als Isolationsmittel wird ein isolierender Ruß verwendet. Der Graphit soll zusammen mit dem isolie renden Ruß eine Vielzahl elektrischer Dipole in der Strahlungsfläche ausbilden, so daß ein hoher Abstrahlgrad im Hinblick auf die Erzeugung und Aussendung elektromagnetischer Strahlung erreicht wird.

Als Druckfarben einsetzbare Beschichtungsmassen sind u. a. in DE 32 26 368 A1, WO 98/44055 A2, DE 39 03 704 A1, DE 34 47 713 A1 und DE 197 05 219 A1 beschrieben:
In DE 32 26 368 A1 ist eine Druckfarbe für ein Flexodruckverfahren angegeben. Die Druckfarbe enthält 15 bis 25 Gew.-% einer mit einem Cellulosenitratträger harz vordispergierten Pigmentpräparation, 5 bis 20 Gew.-% Cellulosenitrat, 5 bis 10 Gew.-% eines alkohollöslichen Polyamidharzes oder eines ester- und alkohollöslichen Polyurethanharzes, 10 bis 60 Gew.-% 1-Methoxypropanol-2, 2-Methoxypropanol-1 oder eines Gemisches dieser Lösungsmittel und/oder Ethylenglykolmonoethylether sowie 15 bis 50 Gew.-% Ethanol.

In WO 98/44055 A2 ist eine Polymerdispersion als Additiv für Lackzubereitun gen offenbart, die sich als Viskositätseinstellmittel und Stabilisator für insbeson dere wäßrige Lackzubereitungen zur Verbesserung der rheologischen Stabilität dieser Lacke hervorragend eignen soll. Durch Zusatz der Polymerdispersion zu den Lackzubereitungen kann das Viskositätsverhalten (Rheologieverhalten) der Lacksysteme derart verändert werden, daß selbst bei Längsbeanspruchung der Lacke durch Scherungen in einer Ringleitung in industriellen Lackieranlagen keine signifikanten Viskositätsänderungen auftreten, die zu schlechten Lackier ergebnissen führen würden. Die Polymerdispersion enthält ein (i) Acrylatpoly mer auf der Basis von 30 bis 60 Gew.-% C₁-C₈-Alkyl(meth)acrylat-Monomeren, 30 bis 60 Gew.-% vinylaromatischen Monomeren und 0,5 bis 10 Gew.-% (Meth)acrylsäure und (ii) einen nicht-assoziativ wirkenden Rheologie-Stabilisa tor, der ein Acrylat-Copolymer auf Basis von C₁-C₆-Alkyl(meth)acrylat und (Meth)acrylsäure enthält.

In DE 39 03 704 A1 sind wäßrige Beschichtungszusammensetzungen auf der Basis von Polyurethan-Dispersionen beschrieben. Diese Zusammensetzungen, die nach dem Trocknen festhaftende, schützende Filme bilden, dienen zum Auftragen auf zu schützende Körperteile. Die Filme müssen eine möglichst ho he Wasserdampfdurchlässigkeit und Abriebfestigkeit aufweisen. Die Zusam mensetzungen enthalten 70 bis 99 Gew.-% einer wäßrigen, nichtreaktiven, phy sikalisch trocknenden Polyurethan-Dispersion und 1 bis 30 Gew.-% Casein und/oder eines Casein/ε-Caprolactam-Copolymers. Die Zusammensetzungen können außerdem 1 bis 10 Gew.-% einer wäßrigen Polyvinylalkohol-Lösung enthalten.

In DE 34 47 713 A1 ist eine wäßrige Überzugsmasse angegeben, die auf eine auf ein Blatt aufgedruckte Druckfarbe auf Ölbasis aufgetragen wird und dort fest haftet, um die Filmeigenschaften der Druckfarbe, wie Glanz und Abriebfestigkeit zu erhöhen, das Abfärben und Kleben beim Aufstapeln nach dem Drucken zu verhindern und das Abbinden und Trocknen der Druckfarbe in der Weise zu verbessern, daß es möglich ist, eine anfallende Nachbearbeitung der Drucksa che unmittelbar nach dem Drucken zu beginnen. Die Überzugsmasse enthält eine wäßrige Dispersion einer Harzkomponente, die überwiegend aus einem Acryl-Copolymer besteht. Es wird angegeben, daß die Wasser- und Chemika lienbeständigkeit des aus der Dispersion gebildeten Films dann beeinträchtigt wird, wenn die Dispersion eine Säurezahl von mehr als 50 aufweist. In diesem Falle werden auch die Filmbildungs- und Trocknungsfähigkeit des Filmes verschlechtert. Ferner enthält die Dispersion mindestens 1 Gew.-% eines Poly- (alkylenglykol-dialkylethers), Alkylenglykol-monoalkylethers, Alkylenglykol-mo noesters, Alkylenglykol-etheresters und/oder Dialkylesters von Dicarbonsäuren. Diese Verbindungen sind erforderlich, um die genannten Eigenschaften der Verarbeitbarkeit der Überzugsmasse sowie deren Einwirkungseignung auf die Eigenschaften der Druckfarbe auf Ölbasis günstig zu beeinflussen. Einwertige und mehrwertige Alkohole, wie Glykole, können zugegeben werden, um die Trocknungseigenschaften der Überzugsmasse einzustellen. Der Dispersion können zusätzlich auch hochmolekulare anionische Emulgatoren zugegeben werden, beispielsweise Acrylsäure-Copolymere. Diese Stoffe verleihen der Überzugsmasse eine besonders gute Wasserbeständigkeit.

In DE 197 05 219 A1 sind Pigmentpasten angegeben, die als Bindemittel min destens ein Polyurethanacrylat in Form einer zumindest teilweise neutralisierten Dispersion enthalten. Die Dispersion wird durch Polymerisation eines Polyure thanharzes mit ethylenisch ungesättigten Monomeren, beispielsweise (Meth) acrylsäure, den aliphatischen oder cycloaliphatischen Estern oder Hydroxyalkyl estern der (Meth)acrylsäure, Styrol, Styrolderivaten und verwandten Verbindun gen, erhalten. Die Pigmentpasten sollen insbesondere eine hohe Pigmentie rungshöhe, ausreichende Lagerstabilität, gute Dispergierbarkeit, gute Verarbeit barkeit (beispielsweise Pumpbarkeit), gute Auflackierbarkeit und Colorisitk und hohe coloristische Sättigung sowie gute Farbstärke, gutes Deckvermögen und gutes Fließverhalten aufweisen. In den Pigmentpasten können außerdem Dis pergierhilfsmittel, beispielsweise Gemische aus Acrylaten mit Tensiden oder Fettsäuren oder Blockpolymere mit pigmentaffinen Ankergruppen sowie Poly urethanoligomere, ferner organische Lösemittel, weitere Bindemittel, beispiels weise Polyurethane, Polyester und Polyacrylate, Emulgatoren und Rheologie hilfsmittel, wie Poly(meth)acrylsäuren, Poly(meth)acrylamid und Polyvinylalkohol, Assoziativverdicker, wie hydrophob modifizierte, ethoxylierte Urethane, Netz mittel, wie Alkylenphenolethoxylate, Entschäumer, wie Silikonölentschäumer, sowie Biozide und Fungizide enthalten sein. Als Pigment wird u. a. Ruß angege ben.

Die vorgenannten Zusammensetzungen zu Druckzwecken sind nicht ohne wei teres zur Herstellung von elektrischen Heizelementen geeignet. Die in DD 208 029 und DE 197 17 682 A1 beschriebenen Zusammensetzungen wei sen den Nachteil auf, daß die elektrischen Eigenschaften der aus den Zusam mensetzungen hergestellten Strahlungsfläche nicht konstant eingestellt werden können. Außerdem ist die Verdruckbarkeit dieser Zusammensetzungen im Siebdruckverfahren nicht zufriedenstellend. Nachteilig ist auch, daß sich der in der Zusammensetzung enthaltene Graphit von der Flüssigkeit leicht absetzt. Diese Zusammensetzungen sind bereits nach zwei bis vier Wochen unbrauch bar.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, ein Verfah ren zur Herstellung eines elektrischen Heizelements aus einer Heizschicht und zugehörigen elektrischen Zuleitungen zu finden, das insbesondere auch zur Raumheizung in Gebäuden geeignet ist. Das Verfahren soll einfach durchführ bar sein und die hergestellte Heizschicht geeignete chemische, mechanische und elektrische Eigenschaften aufweisen. Die zur Herstellung der Heizschicht verwendete Beschichtungsmasse soll insbesondere eine ausreichende Stabili tät bei der Lagerung und eine gute Verarbeitbarkeit, insbesondere Verdruckbar keit vor allem bei einem Siebdruckverfahren, besitzen. Die Schicht soll eine gute Haftfestigkeit auf unterschiedlichen Unterlagen und eine höhere Wasser festigkeit aufweisen. Außerdem sollen die elektrischen Eigenschaften der Schicht nicht nur nach der Herstellung für die Wärmeabstrahlung günstige Ei genschaften aufweisen sondern auch unter wechselnden klimatischen Bedin gungen und/oder nach längerer Betriebszeit.

Gelöst wird dieses Problem durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Ver wendung nach Anspruch 12. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines elektrischen Heiz elements, mit dem Wärmestrahlung beispielsweise an sich in einem Raum be findende Personen abgegeben werden kann. Das Heizelement wird insbesondere zur Beheizung von Gebäuden eingesetzt. Zur Herstellung des Heizelements

a) wird mit einer Beschichtungsmasse eine Heizschicht auf eine Unterla ge aufgetragen, wobei die Beschichtungsmasse
- a) mindestens eine Dispersion von synthetischen Polymeren in einem Dispersionsmittel,
- b) mindestens ein gelöstes Dispergierharz von synthetischen Poly meren in dem Dispersionsmittel sowie
- c) Graphit und/oder elektrisch leitfähigen Ruß enthält,
b) wird die Heizschicht nach dem Auftragen der Beschichtungsmasse auf die Unterlage getrocknet und
c) werden elektrische Zuleitungen zur Heizschicht an der Unterlage an gebracht, indem diese beabstandet zueinander und in elektrischem Kon takt zur Heizschicht auf der Unterlage angeordnet werden.

Die Dispersion kann Wasser als Dispersionsmittel enthalten. Grundsätzlich kann auch ein organisches Lösungsmittel eingesetzt werden, beispielsweise ein einwertiger Alkohol, wie Methanol, Ethanol und Propanol, oder auch Propylen carbonat oder Mischungen dieser Lösungsmittel untereinander oder mit Was ser. Aus Umweltschutzgründen wird jedoch Wasser bevorzugt. Das Disper sionsmittel ist vorzugsweise in einer Menge von 30 bis 75 Gew.-%, insbesonde re 40 bis 75 Gew.-%, in der Beschichtungsmasse enthalten.

Vorzugsweise werden als Filmbildner synthetische Polymere eingesetzt, ausge wählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyacrylat und Polyurethanharzen. Die Polyurethane können durch Emulsionspolymerisation hergestellt werden, wobei in üblicher Weise zwei- oder höherwertige Alkohole mit Isocyanaten umgesetzt werden. Als zwei- oder höherwertige Alkohole können insbesondere Polyethy lenglykole, Polypropylenglykole, Glycerin, Zuckeralkohole, Polyesteralkohole und Polyetheralkohole verwendet werden. Die Polyurethan-Dispersionen kön nen auch durch mehrstufige Polymerisation unter nachträglicher Vernetzung von zunächst leichter löslichen linearen Präpolymeren aus bifunktionellen Alko holen und Diisocyanaten gebildet werden, indem diese beispielsweise mit Diaminen ausgehärtet werden. Die in der Beschichtungsmasse enthaltene Menge des Filmbildners beträgt vorzugsweise 1,5 bis 5,0 Gew.-% (Feststoffgehalt in der Dispersion).

Als Dispergierharze werden vorzugsweise alkalilösliche Harze, beispielsweise Polyacrylatharze, eingesetzt. Zur Herstellung der Dispergierharze werden vor zugsweise synthetische Polymere und/oder Copolymere von ethylenisch unge sättigten Verbindungen eingesetzt. Als ethylenisch ungesättigte Verbindungen werden insbesondere Verbindungen aus der Gruppe der Vinylaromaten, (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylsäureester, (Meth)acrylsäureamide und (Meth) acrylnitril verwendet. Als Vinylaromaten kommen vor allem Styrol, Divinylben zol, Vinyltoluole u. a. in Betracht. Die Menge des in der Beschichtungsmasse enthaltenen Dispergierharzes beträgt vorzugsweise 2,0 bis 6,0 Gew.-%.

Der verwendete Graphit soll möglichst einen mittleren Plättchendurchmesser (Anzahlmittel) von höchstens 40 µm aufweisen. Vorzugsweise beträgt der mitt lere Durchmesser mindestens 6 µm. Die Menge des in der Beschichtungsmas se enthaltenen Graphits beträgt vorzugsweise 15,0 bis 30,0 Gew.-%.

Zusätzlich zu Graphit kann die Beschichtungsmasse gegebenenfalls auch elek trisch leitfähigen Ruß enthalten. Dadurch werden der elektrische Widerstand, die Induktanz und Kapazitanz der Heizschicht optimiert, so daß ein hoher Wir kungsgrad für die IR-Energieabstrahlung erhalten wird. Der leitfähige Ruß soll möglichst eine Teilchengröße von höchstens 20 µm aufweisen. Falls die Be schichtungsmasse leitfähigen Ruß enthält, wird dieser in einer Konzentration von vorzugsweise 0 bis 15,0 Gew.-% eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Beschichtungsmasse weist eine hervorragende Lager stabilität auf. Auch nach einer Lagerung von zwölf Monaten haben sich insbe sondere noch keine beobachtbaren Absetzungen von Feststoffen gebildet. Da durch wird ein häufiges Aufrühren der leitfähigen Partikel (von Graphit, leitfähi gem Ruß) vermieden mit der Folge, daß der Dispergierzustand konstant bleibt und sich insbesondere keine Schwankungen der elektrischen Eigenschaften der mit der Beschichtungsmasse hergestellten Heizschicht einstellen. Vor allem löst sich die Schicht nicht wie die in DE 197 17 682 A1 beschriebene Zusammen setzung in Wasser auf oder quillt in feuchter Atmosphäre. Beim Vergleich einer bekannten mit der erfindungsgemäßen Heizschicht wurde hierzu festgestellt, daß sich die elektrischen Eigenschaften der bekannten Heizschicht beispiels weise beim Aufkleben von mit der Zusammensetzung beschichteten Tapeten bahnen mit herkömmlichem Tapetenkleber auf wäßriger Cellulosebasis nicht nur zeitweilig sondern dauerhaft verändern, während sich die Eigenschaften der mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse hergestellten Heizschichten unter diesen Bedingungen nicht ändern.

Die erfindungsgemäße Heizschicht weist eine hervorragende Wasserbeständig keit auf. Dadurch wird gewährleistet, daß sich die elektrischen Eigenschaften der Heizschicht auch bei sich ändernden klimatischen Bedingungen, insbeson dere schwankender Luftfeuchtigkeit nicht ändern.

Die Beschichtungsmasse ist auch leicht verdruckbar. Beispielsweise kann das Siebdruckverfahren zur Herstellung der Heizschicht eingesetzt werden. Indem die Beschichtungsmasse wegen eines Anteils von Koaleszenzmittel eine äu ßerst geringe Neigung aufweist, am Sieb anzutrocknen, ist die Masse sehr leicht verarbeitbar. Dadurch wird eine gleichmäßigere Dicke der Schicht erreicht als mit den bekannten Beschichungsmassen.

Indem insbesondere eine Polyurethanharz- oder Polyacrylharz-Dispersion für den Filmbildner verwendet wird, können auch Unterlagen aus unterschiedlichen Materialien sehr haftfest mit der Heizschicht beschichtet werden. Dies ist wich tig, da die Heizelemente in unterschiedlichen Ausführungen für die Gebäude heizung herstellbar sein sollen, beispielsweise auf einer Tapete, unter einem Teppichboden oder an anderen Gebäude-Innenflächen. Im Gegensatz hierzu haftet die in DE 197 17 682 A1 beschriebene Zusammensetzung an nicht porö sen und nicht Wasser aufnehmenden Substraten in nur sehr geringem Maße.

Außerdem ist die gebildete Heizschicht äußerst elastisch, so daß sie auch auf flexible Unterlagen aufgetragen werden kann, die nach dem Auftragen im Ge bäude montiert werden, ohne daß sich Risse in der Schicht ausbilden.

Vorteilhaft ist außerdem, daß die Beschichtungsmasse sehr einfach herstellbar ist. Es brauchen keine komplizierten Herstellvorschriften befolgt und insbeson dere kein mehrstufiges Herstellverfahren eingesetzt zu werden. Vor allem ist es nicht nötig, die Mischungen in mehrstufigen Verfahren zu produzieren. Außer dem ist der erforderliche Energieeintrag auch relativ gering. Im Gegensatz zu den Angaben in DD 208 029 zur Herstellung der Dispersion sind ferner auch keine intervallartigen Scherkräfte erforderlich, die nach der Lehre in diesem Dokument auf die Substanz einwirken sollen, um die gewünschten ausgezeich neten Strahlungseigenschaften der Strahlungsquelle zu erreichen. Auch der Einsatz von Ultraschall zum Dispergieren ist nicht erforderlich.

Der pH-Wert der Beschichtungsmasse wird vorzugsweise auf 7,5 bis 9,0 einge stellt. Hierzu werden alkalische pH-Regulatoren in einer Menge von vorzugs weise 0 bis 1,0 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,1 Gew.-%, verwendet, insbesondere Ammoniak oder Amine, beispielsweise Aminomethylpropanol, Mono-, Di- oder Triethanolamin. Falls die Acrylpolymere Säuregruppen auf weisen, kann die Dispersion einen pH-Wert unterhalb von 7 aufweisen. In die sem Falle ist die Anhebung des pH-Wertes erforderlich. In gleichem Maße kann auch die Verwendung von Rußen zu einer Ansäuerung der Dispersion führen, so daß auch in diesen Fällen eine Anhebung des pH-Wertes notwendig wird.

Zur Unterstützung geschlossener Schichten auf der Unterlage beim Auftragen wird der Dispersion vorzugsweise mindestens ein Koaleszenzmittel zugegeben. Als Koaleszenzmittel können insbesondere polare organische Lösungsmittel eingesetzt werden, insbesondere Alkylenglykole, wie Ethylenglykol und Propy lenglykol, oder Glykolether, wie Ethylenglykolmonoethylether oder Diethylen glykol-monobutylether. Grundsätzlich sind auch die zweifach veretherten Glyko le einsetzbar. Durch Verwendung dieser Mittel wird die Neigung der Beschich tungsmasse, nach dem Auftragen Poren zu bilden, verringert. Die Menge des in der Beschichtungsmasse enthaltenen Koaleszenzmittels beträgt vorzugsweise 0 bis 3,0 Gew.-%.

Zur Optimierung der elektrischen Eigenschaften der Heizschicht kann die Be schichtungsmasse ferner zusätzlich zu Graphit und gegebenenfalls elektrisch leitfähigem Ruß auch isolierenden Ruß enthalten.

Die Dispersion kann ferner mindestens ein Benetzungsmittel enthalten. Das Benetzungsmittel ist vorzugsweise nicht-ionisch. Die als Benetzungsmittel ein gesetzten Stoffe werden ausgewählt, um gegebenenfalls auftretende Unver träglichkeiten der Bestandteile der Dispersion untereinander zu besetigen. Da durch wird eine Entmischung oder Flockulation vermieden. Im Gegensatz zu ionischen Benetzungsmitteln können bei Verwendung nicht-ionischer Benet zungsmittel weniger schäumende Dispersionen hergestellt werden, so daß die Verarbeitung der Beschichtungsmasse vereinfacht ist. Als nicht-ionische Benet zungsmittel werden beispielsweise Alkoxylate, insbesondere Phenolalkoxylate, eingesetzt. Bevorzugt sind Phenolethoxylate, beispielsweise ethoxyliertes No nylphenol. Geeignet sind auch Ethylenoxid/Propylenoxid-Blockpolymerisate. Die Menge des in der Beschichtungsmasse enthaltenen Benetzungsmittels beträgt vorzugsweise 0 bis 1,0 Gew.-%.

Außerdem kann in der Dispersion mindestens ein Viskositätsregulator, ausge wählt aus der Gruppe, bestehend aus Celluloseverdickern, Polyurethanverdic kern, Copolymeren und Terpolymeren von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, enthalten sein. Es handelt sich hierbei um nicht vernetzte Polymere mit relativ hohem Molekulargewicht, die geeignete polare funktionelle Gruppen enthalten.

Beispielsweise kann es sich bei den Celluloseverdickern um methylierte oder carboxylierte Cellulose handeln. Durch den Methylierungs- bzw. Carboxylie rungsgrad wird die Wasserlöslichkeit der Celluloseverdicker gesteuert, die sich wiederum auf die Wasserbeständigkeit der Heizschicht auswirkt. Eine zu hohe Wasserlöslichkeit der Celluloseverdicker ist also zu vermeiden.

Polyurethanverdicker bestehen aus über Urethangruppen verknüpften hydrophi len, relativ hochmolekularen Polyethersegmenten, die mit mindestens zwei end ständigen, hydrophoben Molekülgruppen verkappt sind. Dadurch erhalten diese Moleküle Tensidcharakter, so daß die Polyurethanverdicker zur Bildung von Mizellen befähigt sind. Diese treten in Wechselbeziehung mit den dispersen Teil chen des Filmbildners und verbinden diese über sog. "Mizellbrücken". Dies führt zur Verdickung der Beschichtungsmasse.

Die Co- und Terpolymere von (Meth)acrylsäure werden als saure Emulsionen eingesetzt, die durch Neutralisation in hochviskose gelartige Lösungen überge hen. Werden diese Emulsionen zur Beschichtungsmasse zugegeben, so wird die Beschichtungsmasse infolge des darin enthaltenen pH-Regulators verdickt.

Die Verdicker werden als vorzugsweise 2%ige bis 3%ige alkalisch-wäßrige Lösung eingesetzt. Die Menge des in der Beschichtungsmasse enthaltenen Viskositätsregulators beträgt vorzugsweise 0 bis 5,0 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-%.

Vorzugsweise kann zusätzlich auch mindestens ein Schaumverhütungsmittel in der Beschichtungsmasse enthalten sein. Typische Schaumverhütungsmittel sind Polysiloxane oder Mischether, beispielsweise Umsetzungsprodukte von Fettalkoholpolyglykolethern mit Alkylhalogeniden. Durch Verwendung der Schaumverhütungsmittel wird die Verarbeitbarkeit der Beschichtungsmasse noch weiter erhöht, da die Bildung von Gasbläschen, insbesondere Luftbläs chen, während der Herstellung der Heizschicht verhindert wird. Die Menge des in der Beschichtungsmasse enthaltenen Schaumverhütungsmittels beträgt vor zugsweise 0 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,05 Gew.-%.

Um ferner eine Zersetzung der Beschichtungsmasse durch mikrobiellen Abbau oder anderweitige Zersetzung zu verhindern, können der Masse schließlich zusätzlich Konservierungsmittel zugegeben werden, beispielsweise Thiazolino ne bzw. Isothiazolinone, wie Benzisothiazolinon, ferner Carbamate und/oder Phenol(derivate). Die Menge des in der Beschichtungsmasse enthaltenen Kon servierungsmittels beträgt vorzugsweise 0 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere min destens 0,1 Gew.-%.

Die Summe aller Bestandteile der Beschichtungsmasse beträgt 100 Gew.-%.

Die Beschichtungsmasse kann aus den angegebenen Bestandteilen in einem einstufigen Verfahren durch Mischen bzw. Lösen des Filmbildners und der übri gen Bestandteile, portionsweises Zufügen von Ruß (falls eingesetzt) und Gra phit sowie Dispergieren mit einem hochtourigen Dissolver hergestellt werden. Dispergiergeräte mit stärkerer Wirksamkeit, d. h. stärkerem Energieeintrag beim Mischen, beispielsweise mit Perl- oder Sandmühlen, und der Einsatz von Ul traschallgeneratoren sind nicht erforderlich. Erst nach Vermischen aller übrigen Bestandteile wird der gegebenenfalls verwendete Viskositätsregulator einge rührt.

Die hergestellte Beschichtungsmasse kann danach beispielsweise mit dem Siebdruckverfahren auf eine geeignete Unterlage übertragen werden, beispiels weise auf Tapetenbahnen, Gipskarton-Platten oder Kunststofffolien, wie Poly esterfolien. Zur elektrischen Kontaktierung der Heizschichten werden hierzu zunächst elektrisch leitfähige Kontaktstreifen, beispielsweise Kupfer- oder Aluminiumstreifen, in einem Abstand von beispielsweise etwa 80 cm parallel zueinander auf der Unterlage plaziert. Zur Fixierung auf der Unterlage können die Streifen auf die Unterlage geklebt werden. Die Streifen dienen später zum Anschluß an eine Strom/Spannungsversorgung. Alternativ kann auch ein an ders strukturiertes Metallmuster auf die Unterlagen aufgebracht werden, bei spielsweise durch Kleben oder Aufdrucken. Beispielsweise kann ein rautenför miges oder aus Rechtecken oder Quadraten bestehendes Gitter gebildet wer den.

Die Beschichtungsmasse wird dann so auf die Unterlage gedruckt, daß die durch das Drucken entstehenden Heizschichten die Kontaktstreifen zumindest teilweise überdecken, so daß ein elektrischer Kontakt zwischen den Streifen und den Schichten entsteht. Die gedruckten Flächen haben typischerweise eine Größe von 60 cm × 80 cm. Indem die Schichten zwischen bzw. auf jeweils zwei parallel zueinander plazierte Streifen gedruckt werden, führt eine an die jeweili gen Streifenpaare angelegte Spannung nach dem Trocknen der Schicht zu einem entsprechenden Stromfluß durch die Heizschicht, so daß die Heizschicht IR-Strahlung aussenden und damit als Heizelement wirken kann. Zur Fertigstellung des Heizelements wird die Heizschicht entweder langsam an der Luft oder beschleunigt mit Wärmeeinwirkung getrocknet.

Grundsätzlich können die Kontaktstreifen oder anderen Metallmuster auch nach dem Aufdrucken und Trocknen der Heizschicht auf der Unterlage angebracht werden. In diesem Falle muß aber separat Sorge dafür getragen werden, daß die Heizschicht mit den Kontaktstreifen oder -mustern elektrisch kontaktiert wird.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung:

Beispiel 1

Aus den in Tabelle 1 angegebenen Bestandteilen wurde eine Beschichtungs masse hergestellt.

Zuerst wurde hierzu das Dispersionsmittel (Wasser) vorgelegt. Dann wurden das Benetzungsmittel und das Dispergierharz bei langsam laufendem Dissolver eingerührt bzw. aufgelöst. Danach wurde der Filmbildner bei laufendem Dissol ver langsam zugefügt und die entstehende Dispersion homogenisiert. Anschlie ßend wurden das Koaleszenzmittel, der pH-Regulator, das Konservierungs mittel und das Schaumverhütungsmittel in der angegebenen Reihenfolge bei laufendem Dissolver zugefügt und die Dispersion wieder homogenisiert. Da nach wurde der leitfähige Ruß zugegeben und die Dispersion 30 min lang am Dissolver dispergiert. Nach anschließender Zugabe und Dispergieren des Gra phits (30 min lang am Dissolver) wurde schließlich noch der pH-Wert überprüft (Sollwert im Bereich von 7,5 bis 9,0). Gegebenenfalls wurde weiterer pH-Regu lator zugegeben. Zum Schluß wurde der Viskositätsregulator zugegeben. Des sen Menge richtete sich nach der einzustellenden Viskosität im Bereich von 800 bis 1500 mPas. Daher war die angegebene Menge von 36,0 Gewichtsteilen nur als Richtgröße anzusehen. Wegen schwankender Qualitäten des Dispergierhar zes und des leitfähigen Rußes richtete sich die exakte Menge des zuzugeben den pH-Regulators nach der Zusammensetzung der Beschichtungsmasse.

2,50 m × 1,90 m große Gipskartonplatten wurden zum nachfolgenden Druck vorbereitet, indem vier 1 cm breite und 50 µm dicke Kupferstreifen längs der größeren Länge der Platten parallel zueinander aufgeklebt wurden. Jeweils zwei Streifen wiesen einen Abstand von 78 cm auf. Zwischen den mittleren Streifen war ein Abstand von etwa 10 cm vorgesehen.

Die homogenisierte Beschichtungsmasse wurde dann im Siebdruckverfahren in jeweils 60 cm × 80 cm großen ganzflächigen rechteckigen Heizschichtfeldern auf die Gipskartonplatte gedruckt. Die Felder wurden parallel zueinander und so auf die Gipskartonplatte gedruckt, daß sie die jeweils 78 cm voneinander be abstandeten Kupferstreifen um jeweils 1 cm überdeckten. Dadurch kam ein elektrischer Kontakt zwischen der Schicht und den Kupferstreifen zustande. Zwischen den 78 cm voneinander beabstandeten Kupferstreifen wurden jeweils mehrere Felder hintereinander erzeugt.

Beim Verdrucken der Beschichtungsmasse zeigte sich, daß die Masse an dem Sieb nicht antrocknete, so daß auch mit einer einstündigen Pause zwischen zwei Druckvorgängen ohne zwischenzeitliche Reinigung des Siebes unmittelbar weitergedruckt werden konnte.

Anschließend wurden die Druckfelder durch Wärmeeinwirkung getrocknet, in dem ein IR-Strahler den Druckfeldern in geringem Abstand gegenüber angeord net wurde. Nach Anlegen einer Wechselspannung (50 Hz) von etwa 40 V wurde eine Leistungsaufnahme einer 60 cm × 80 cm großen Heizschicht von etwa 40 Watt gemessen. Die Schicht strahlte merkbar Wärmeenergie ab, wobei die Schicht selbst aber kaum über Raumtemperatur hinaus erwärmt wurde.

In einem Lagerversuch wurde die Beschichtungsmasse 12 Monate lang stehen gelassen. Während dieser Zeit setzten sich die Feststoffe in der Masse nicht ab.

Beispiel 2

Nach zwei Monaten wurde der Versuch von Beispiel 1 mit der für Beispiel 1 hergestellten Beschichtungsmasse wiederholt, wobei die Heizelemente unter identischen Bedingungen hergestellt wurden. Eine 60 cm × 80 cm große Heiz schicht nahm in diesem Falle eine Leistung von 40 Watt auf.

Beispiel 3

Der Versuch von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei die Beschichtungsmasse in diesem Falle nicht auf eine Gipskarton-Platte sondern auf eine Tapetenbahn aufgedruckt wurde.

Nach Fertigstellung der Heizelemente wurde die Leistungsaufnahme einer 60 cm × 80 cm großen Heizschicht gemessen. Es wurde eine Leistungsauf nahme von 38 Watt ermittelt.

Beispiel 4

Weitere Tapetenbahnen mit unter identischen Bedingungen gemäß Beispiel 3 hergestellten Heizelementen wurden mit herkömmlichem Tapetenkleber auf wäßriger Cellulosebasis an ein verputztes Mauerwerk geklebt. Die Leistungs aufnahme einer 60 cm × 80 cm großen Heizschicht einer verklebten Tapeten bahn wurde nach dem Verkleben gemessen. Es ergab sich ein Wert der Lei stungsaufnahme von 38 Watt.

Beispiel 5

Es wurde eine weitere Beschichtungsmasse mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 2 hergestellt. Die Herstellvorschrift entsprach der der Beschichtungs masse gemäß Beispiel 1. Im Unterschied zu letzterer wurde jedoch kein Benet zungsmittel verwendet. Dafür wurde aber zusätzlich isolierender Ruß nach der Zugabe des leitfähigen Rußes in die Masse eingerührt und die Dispersion 30 min lang am Dissolver homogenisiert. Außerdem wurde das Schaumverhü tungsmittel erst nach Zugabe des Graphits zugegeben.

Es wurde eine homogenisierte Beschichtungsmasse mit einem pH-Wert von 7,5 bis 9,0 und einer Viskosität von 800 bis 1500 mPas erhalten. Die Masse wurde entsprechend Beispiel 1 auf eine 100 µm dicke Polyesterfolie aufgedruckt und getrocknet. Beim Drucken trocknete die Schicht auch innerhalb von 2 Stunden nicht auf dem Sieb an. Die elektrischen Eigenschaften der leitfähigen Heiz schicht entsprachen denen nach Beispiel 1 ermittelten Werten.

Beispiel 6

Es wurde eine Beschichtungsmasse hergestellt, die sich von der in Beispiel 5 beschriebenen Masse nur durch die Zusammensetzung des Dispersionsmittels unterschied. Anstelle von 40 Gew.-% Wasser wurde nunmehr eine Mischung aus 30 Gew.-% Wasser und 10 Gew.-% Isopropanol eingesetzt.

Im Vergleich zu der gemäß Beispiel 5 hergestellten Beschichtungsmasse wurde eine schnellere Trocknungszeit der Masse auf der Folie erreicht.

Beispiel 7

Es wurde eine Beschichtungsmasse mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 3 hergestellt. Die Herstellvorschrift entsprach der der Beschichtungsmasse ge mäß Beispiel 1. Im Unterschied zu letzterer wurden jedoch kein Koaleszenz mittel und kein Ruß zugegeben.

Die erhaltene Beschichtungsmasse eignete sich insbesondere zum Aufdrucken auf Tapetenpapier. Die elektrischen Eigenschaften der aufgedruckten und ge trockneten Heizschicht auf dem Tapetenpapier entsprachen im wesentlichen denen der gemäß Beispiel 1 hergestellten Heizschicht: Unter gleichen Bedin gungen wurde eine Leistungsaufnahme eines 60 cm × 80 cm großen Heizfeldes von 42 Watt gemessen.

Beispiel 8

Es wurde eine Beschichtungsmasse mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 4 hergestellt. Die Herstellvorschrift entsprach der der Beschichtungsmasse ge mäß Beispiel 1. Im Unterschied zu letzterer wurde jedoch kein Koaleszenzmittel verwendet. Außerdem wurde die Reihenfolge der Zugabe von Graphit und Ruß vertauscht.

Die erhaltene Beschichtungsmasse wurde in einem Fall mit einem Sieb und in einem anderen Fall mit einer Schablone in dickeren Schichten auf ein saugfähi ges Substrat (Karton, Textilmaterial) aufgetragen und getrocknet.

Die elektrischen Eigenschaften der hergestellten Heizschichten wurden ermit telt. Es wurde festgestellt, daß die Leistungsaufnahme von 60 cm × 80 cm gro ßen Heizflächen beim Anlegen einer Spannung von 40 V etwa 43 Watt betrug.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelements, umfassend eine Heizschicht und elektrische Zuleitungen zu der Heizschicht, bei dem

a) die Heizschicht mit einer Beschichtungsmasse auf eine Unterlage auf getragen wird, wobei die Beschichtungsmasse
- a) mindestens eine Dispersion von synthetischen Polymeren in einem Dispersionsmittel,
- b) mindestens ein gelöstes Dispergierharz von synthetischen Poly meren in dem Dispersionsmittel sowie
- c) Graphit und/oder elektrisch leitfähigen Ruß enthält,
b) die Heizschicht nach dem Auftragen der Beschichtungsmasse auf die Unterlage getrocknet wird und
c) elektrische Zuleitungen zur Heizschicht an der Unterlage angebracht werden, indem diese beabstandet zueinander und in elektrischem Kon takt zur Heizschicht auf der Unterlage angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Filmbildner aus synthetischen Polymeren besteht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyacrylat und Polyurethanharzen.

3. Verfahren nach einem der vorsehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das mindestens eine Dispergierharz ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren und/oder Copolymeren von ethylenisch ungesättig ten Verbindungen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ethylenisch ungesättigten Verbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Vinylaromaten, (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylsäureestern, (Meth)acrylsäure amiden und (Meth)acrylnitril.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der pH-Wert der Beschichtungsmasse auf 7,5 bis 9,0 eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß zusätzlich mindestens ein Alkylenglykol und/oder Alkylenglykolether als Koaleszenzmittel enthalten ist.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß zusätzlich elektrisch isolierender Ruß enthalten ist.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß zusätzlich mindestens ein nicht-ionisches Netzmittel enthalten ist.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß zusätzlich mindestens ein Viskositätsregulator enthalten ist, ausge wählt aus der Gruppe, bestehend aus Celluloseverdickern, Polyurethanverdic kern, Copolymeren und Terpolymeren von (Meth)acrylsäure.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß zusätzlich mindestens ein Schaumverhütungsmittel enthalten ist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß zusätzlich mindestens ein Konservierungsmittel enthalten ist.

12. Verwendung des nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten elektrischen Heizelements zur Beheizung von Gebäuden.