DE10001831A1 - Silikatische Beschichtungsmasse mit verbesserter Stabilität - Google Patents
Silikatische Beschichtungsmasse mit verbesserter StabilitätInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine silikatische Beschichtungsmasse, ein Verfahren zu ihrer Herstellung, ihre Verwendung sowie ein mit der silikatischen Beschichtungsmasse beschichtetes Substrat. Die silikatische Beschichtungsmasse umfasst Wasserglas oder eine Mischung aus Wasserglas und Kieselsol, in dem/der das molare Verhältnis von SiO¶2¶ zu Alkalioxid 5 bis 30 Mol SiO¶2¶ pro Mol Alkalioxid beträgt, eine oder mehrere organische Ammoniumverbindung(en), einen oder mehrere Füllstoff(e) und gegebenenfalls weitere Zusätze. Die erfindungsgemäße silikatische Beschichtungsmasse weist im einkomponentigen Zustand eine erhöhte Lagerungsfähigkeit auf und das beschichtete Substrat ist durch eine erhöhte Stabilität gegen Witterungseinflüsse gekennzeichnet.
Description
Die Erfindung betrifft eine silikatische Beschichtungsmasse,
ein Verfahren zu ihrer Herstellung, ihre Verwendung sowie ein
mit der silikatischen Beschichtungsmasse beschichtetes
Substrat.
Silikatische Beschichtungsmassen finden in der Technik eine
Vielzahl von Anwendungen. Hierzu gehören das Aufbringen von
Schutzbeschichtungen auf mineralischen Substraten, wie Kalk-
oder Kalkzementputzen und Beton, auf Kunststoffen wie PVC
sowie auf metallischen Oberflächen aus Eisen oder
Nichteisenmetallen. Zu den silikatischen Beschichtungsmassen
gehören insbesondere die rein anorganischen Silikatfarben
sowie die Dispersionssilikatfarben, die gemäß DIN 18 363 bis
zu 5 Gew.-% organische Anteile enthalten dürfen.
Diese silikatischen Beschichtungsmassen werden in der Praxis
mit Pigmenten, Füllstoffen, Wasser und mit Wasserglas als
Bindemittel formuliert. Unter Wasserglas werden glasartig
erstarrte Schmelzen von Alkalisilikaten und deren wässrige
Lösungen verstanden, die aus Alkalicarbonaten und SiO2
erhältlich sind. Der Wasserglasbinder bewirkt die besonderen
Eigenschaften von silikatischen Beschichtungsmassen. Durch
Wasserverdunstung und der Reaktion mit Kohlendioxid wird die
Beschichtungsmasse silifiziert, d. h. der Binder wird in ein
wasserunlösliches silikatisches Netzwerk umgewandelt, das
gegebenenfalls die Bestandteile des Untergrundes einbezieht.
Hierdurch entsteht eine sehr harte Beschichtung mit einer
hohen Gasdurchlässigkeit. Das verwendete Wasserglas wird im
allgemeinen durch Zusammenschmelzen von Quarzsand mit
Alkalicarbonat hergestellt. Dabei werden in der Regel
Molverhältnisse von SiO2 zu Alkalioxid, den beiden
Hauptbestandteilen des Wasserglases, von maximal 4
eingestellt.
Beschichtungen, die aus silikatischen Beschichtungsmassen
erhalten werden, die einen derartigen Wasserglasbinder
einsetzen, weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie bei
Wassereinwirkung zu Alkaliauswaschung neigen, so dass helle
Streifen, eine verringerte Bindung an den Untergrund und
somit Kreidung, d. h. ein leichtes Abwischen von Partikeln,
resultieren kann. Insbesondere bei chemischen Belastungen wie
saurem Regen oder klimatischen Belastungen wie Frost-Tau-
Wechsel erwiesen sich diese Beschichtungen als ungenügend
stabil.
Für silikatische Beschichtungen, die Wasserglas mit einem
höheren Molverhältnis von SiO2 zu Alkalioxid enthalten, wurde
eine erhöhte Stabilität gegenüber derartigen Belastungen
festgestellt. Es war jedoch nicht möglich, eine
lagerbeständige Beschichtungsmasse für solche Beschichtungen
herzustellen, da silikatische Beschichtungsmassen, die
Wasserglas mit einem Molverhältnis von SiO2 zu Alkalioxid von
< 4 enthalten, nicht stabil sind. Je höher der SiO2-Gehalt,
desto leichter kommt es zu Gelbildung und somit zur
Verfestigung des Wasserglases. Dieses Problem wurde umgangen,
indem Zwei- oder Mehrkomponenten-Systeme bereitgestellt
wurden, deren Komponenten erst unmittelbar vor der Verwendung
vermischt werden konnten. So beschreibt WO 95/29139 eine
Silikatmasse, die einen Wasserglasbinder mit einem
Molverhältnis Siliciumdioxid zu Alkalioxid von 4 bis 25
aufweist und außerdem Oxide aus der Gruppe Aluminiumoxid,
Calciumoxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Zirkonoxid und/oder
Boroxid enthält. Eine solche Silikatmasse besitzt jedoch eine
hohe Reaktivität, so dass sie ausschließlich als
Mehrkomponenten-System mit einer sehr kurzen Topfzeit im
vermischten, einkomponentigen Zustand beschrieben ist.
Insbesondere für die Anwendung im Anstrichbereich ist dies
von Nachteil, da die Komponenten erst unmittelbar vor der
von Nachteil, da die Komponenten erst unmittelbar vor der
Anwendung vermischt werden können und dann schnell
verarbeitet werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
silikatische Beschichtungsmasse mit einem hohen Molverhältnis
von Siliciumdioxid zu Alkalioxid bereitzustellen, die auch im
einkomponentigen Zustand stabil ist und sich für den
Anstrichbereich eignet.
Diese Aufgabe konnte überraschend durch eine silikatische
Beschichtungsmasse gelöst werden, die Wasserglas oder eine
Mischung aus Wasserglas und Kieselsol, in dem/der das molare
Verhältnis von SiO2 zu Alkalioxid 5 bis 30 Mol SiO2 pro Mol
Alkalioxid beträgt, eine oder mehrere organische
Ammoniumverbindung(en) und einen oder mehrere Füllstoff(e)
umfasst.
Eine silikatische Beschichtungsmasse, die Wasserglas oder
eine Mischung aus Wasserglas und Kieselsol, in dem/der das
molare Verhältnis von SiO2 zu Alkalioxid 5 bis 30 Mol SiO2
pro Mol Alkalioxid beträgt, und eine oder mehrere organische
Ammoniumverbindung(en) enthält, weist eine hohe
Lagerstabilität im gebrauchsfertigen, einkomponentigen
Zustand auf. Sie besitzt in der Regel eine Lagerfähigkeit von
mindestens 6 Monaten.
Vorzugsweise beträgt das molare Verhältnis von SiO2 zu
Alkalioxid im Wasserglas oder in der Mischung aus Wasserglas
und Kieselsol 10-25 Mol SiO2 pro Mol Alkalioxid, besonders
bevorzugt 15-25 Mol SiO2 pro Mol Alkalioxid.
Das Alkalioxid des Wasserglases der erfindungsgemäßen
silikatischen Beschichtungsmasse ist vorzugsweise Kaliumoxid.
Kaliumoxid ist bevorzugt, da es im Vergleich zu Natriumoxid
weniger zum Ausblühen neigt und billiger als Lithiumoxid ist.
Das Alkalioxid ist vorzugsweise zu 0,5 bis 3 Gew.-%, besonders
bevorzugt zu 0,5 bis 0,8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der silikatischen Beschichtungsmasse, enthalten. Vor allem
ist ein Gehalt an Alkalioxid von 0,5 Gew.-% bevorzugt.
Die Bezugnahme auf Alkalioxide entspricht der in der
Silikatanalyse üblichen Angabe von Metallgehalten als Oxide,
auch wenn diese tatsächlich in Form chemischer Verbindungen
wie Silikate oder dergleichen vorliegen.
Unter Kieselsol werden wässrige Lösungen kolloidaler
Kieselsäure verstanden. Vorzugsweise wird ein alkalisches
Kieselsol eingesetzt. Weiterhin ist ein Feststoffgehalt von
10 bis 50% bevorzugt. Darüber hinaus weist das Kieselsol
vorteilhafterweise eine mittlere Teilchengröße von < 10 nm
auf. Die erfindungsgemäß verwendeten Kieselsole sind außerdem
vorzugsweise durch ein sehr gleichmäßiges und feines
Verteilungsspektrum gekennzeichnet.
Das Kieselsol kann in einem Anteil von 3 bis 30 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der silikatischen
Beschichtungsmasse, vorliegen.
Das Wasserglas, das ein molares Verhältnis von SiO2 zu
Alkalioxid von 5 bis 30 Mol SiO2 pro Mol Alkalioxid aufweist,
oder die Mischung aus Wasserglas und Kieselsol, die durch ein
molares Verhältnis von SiO2 zu Alkalioxid von 5 bis 30 Mol
SiO2 pro Mol Alkalioxid gekennzeichnet ist, wirken in der
erfindungsgemäßen silikatischen Beschichtungsmasse als
Binder.
Das Wasserglas oder die Mischung aus Wasserglas und
Kieselsol, in dem/der das molare Verhältnis von SiO2 zu
Alkalioxid 5 bis 30 Mol SiO2 pro Mol Alkalioxid beträgt, ist
in der erfindungsgemäßen silikatischen Beschichtungsmasse
vorzugsweise zu 3 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 15 bis
35 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der silikatischen
Beschichtungsmasse, enthalten.
Die organische(n) Ammoniumverbindung(en) in der
erfindungsgemäßen silikatischen Beschichtungsmasse weisen
vorzugsweise die folgende Formel (I) auf:
+NR1R2R3R4X- (I)
wobei R1, R2 und R3 jeweils unabhängig eine Alkylgruppe mit 1
bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer
funktionellen Gruppe substituiert sein kann, eine Arylgruppe
mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer
funktionellen Gruppe substituiert sein kann, oder Wasserstoff
darstellen, R4 eine Alkylgruppe mit 1 bis 20
Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen
Gruppe substituiert sein kann, eine Arylgruppe mit 6 bis 20
Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen
Gruppe substituiert sein kann, Wasserstoff oder
-(CH2)x-N+R5R6R7Y- darstellt, wobei R5, R6 und R7 jeweils
unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen,
die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe
substituiert sein kann, eine Arylgruppe mit 6 bis 20
Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen
Gruppe substituiert sein kann, oder Wasserstoff darstellen,
und wobei zumindest eines von R1, R2, R3 und R4 kein
Wasserstoff ist, x eine Zahl zwischen 1 und 10 ist und X- und
Y- jeweils gleich oder verschieden sein können und ein Anion
darstellen. Die funktionelle Gruppe kann z. B. eine
Hydroxygruppe, eine Aminogruppe, eine Aminoalkylgruppe mit 1
bis 6 Kohlenstoffatomen, eine Thiolgruppe oder eine
Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise eine
Hydroxygruppe, sein. Die Wahl des Anions ist nicht
beschränkt, sofern es die Wirkung der organischen
Ammoniumverbindung nicht vermindert, z. B. kann das Anion F-,
Cl-, Br-, I- oder OH- sein.
Besonders bevorzugt ist eine organische Ammoniumverbindung
der Formel (II)
wobei R1, R2, R5 und R7 jeweils unabhängig eine Alkylgruppe
mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe mit 6 bis 20
Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff darstellen, R3 und R6
jeweils unabhängig eine Hydroxy-substituierte Alkylgruppe mit
1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind, x eine Zahl zwischen 1 und 6
ist und X und Y gleich oder verschieden sein können und
jeweils ein Anion, z. B. F-, Cl-, Br-, I- oder OH-, darstellen.
Vorzugsweise enthalten die Alkylgruppen der Formeln (I) bzw.
(II) 1 bis 6 Kohlenstoffatome, und ausgewählte Beispiele sind
Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, tert-Butyl,
Pentyl, Hexyl sowie Cyclohexyl. Ausgewählte Beispiele für
eine Hydroxy-substituierte Alkylgruppe mit 1 bis 6
Kohlenstoffatomen sind Hydroxymethyl, Hydroxyethyl, 1-
Hydroxypropyl und 2-Hydroxypropyl.
Vor allem ist eine organische Ammoniumverbindung bevorzugt,
bei der R1, R2, R5 und R7 jeweils eine Methylgruppe
darstellen, R3 und R6 jeweils eine 2-Hydroxypropylgruppe
sind, x = 6 ist und X- und Y- jeweils OH- sind.
Der Gehalt der organischen Ammoniumverbindung(en) in der
silikatischen Beschichtungsmasse beträgt vorzugsweise 0,1 bis
3 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 1 bis 3 Gew.-% und besonders
bevorzugt 1,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
silikatischen Beschichtungsmasse.
Die erfindungsgemäße silikatische Beschichtungsmasse umfasst
einen oder mehrere Füllstoffe, vorzugsweise in einem Gehalt
von 10 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
silikatischen Beschichtungsmasse. Quarzitische Füllstoffe,
calcitische Füllstoffe, Schichtsilikate und/oder Feldspate
können z. B. als Füllstoffe Anwendung finden.
Die erfindungsgemäße silikatische Beschichtungsmasse kann
weiterhin ein Polymer enthalten. Polymerhaltige silikatische
Beschichtungsmassen finden insbesondere als
Dispersionssilikatfarben Anwendung. Der Zusatz eines Polymers
bewirkt eine höhere Flexibilität der nach Silifizierung
erhaltenen Beschichtung, welche insbesondere auf natürlichen
Substraten und Polymersubstraten vorteilhaft ist. Nach der
DIN-Vorschrift 18 363, Abs. 2.4.1 können
Dispersionssilikatfarben maximal 5% organische Anteile
enthalten. Unabhängig von dieser DIN-Richtlinie ist jedoch
ein Polymergehalt von bis zu 15 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der silikatischen Beschichtungsmasse,
insbesondere 1 bis 15 Gew.-%, vorteilhaft. Besonders bevorzugt
ist ein Polymergehalt von 3 bis 10 Gew.-%. Das Polymer wird in
der Regel in Form einer Dispersion in die silikatische
Beschichtungsmasse eingearbeitet. Der Feststoffgehalt der
Polymerdispersion beträgt vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%.
Vorzugsweise ist das Polymer ein (Meth)acrylat-Homopolymer
oder -Copolymer. Besonders bevorzugt ist ein Butylacrylat-
Methylmethacrylat-Copolymer oder ein Styrol-Acrylat-
Copolymer.
Die silikatische Beschichtungsmasse kann weiterhin Oxide aus
der Gruppe Aluminiumoxid, Calciumoxid, Titandioxid,
Magnesiumoxid, Zirkonoxid und/oder Boroxid umfassen.
Außerdem können Pigmente zur Anpassung an eine gewünschte
Farbe in der silikatischen Beschichtungsmasse enthalten sein.
Vorteilhafterweise werden mineralische Oxide insbesondere
Oxide mit Rutil- oder Spinellstruktur, wie z. B. Eisenoxide,
verwendet. Die Pigmente sind vorzugsweise zu 5 bis 50 Gew.-%
in der silikatischen Beschichtungsmasse enthalten.
Weiterhin kann die silikatische Beschichtungsmasse als
Zusätze z. B. Verdicker, Hydrophobierungsmittel,
Dispergiermittel und/oder Entschäumer enthalten.
Beispiele für Verdicker sind Polysaccharide, Celluloseether
und Bentonit. Ihr Gehalt kann 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht der silikatischen Beschichtungsmasse,
betragen.
Das Hydrophobierungsmittel kann z. B. Polysiloxane und
insbesondere aminofunktionelle Polysiloxane umfassen. Das
Hydrophobierungsmittel kann zu 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht der silikatischen Beschichtungsmasse,
vorliegen.
Als Dispergiermittel können z. B. Natrium- und
Kaliumpolyacrylate zur Anwendung gelangen. Das
Dispergiermittel liegt bevorzugt zu 0,1 bis 0,5 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der silikatischen
Beschichtungsmasse, vor.
Als Entschäumer können Mineral- und/oder Silikonöle in der
silikatischen Beschichtungsmasse vorhanden sein. Die
bevorzugt vorliegende Menge des Entschäumers beträgt 0,1 bis
1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der silikatischen
Beschichtungsmasse.
Weiterhin kann die silikatische Beschichtungsmasse Wasser
enthalten, vorzugsweise in einem Gehalt von 15 bis 50 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der silikatischen
Beschichtungszusammensetzung.
Obwohl die Vorteile der Erfindung bei einer einkomponentigen
silikatischen Beschichtungsmasse besonders deutlich werden,
ist auch die Aufspaltung der silikatischen Beschichtungsmasse
in zwei Komponenten möglich. Vorzugsweise enthält dann eine
Komponente den Füllstoff und gegebenenfalls weitere Zusätze
wie Pigmente und die zweite Komponente enthält das Wasserglas
oder die Mischung aus Wasserglas und Kieselsol, dessen/deren
molares Verhältnis von SiO2 zu Alkalioxid 5 bis 30 Mol SiO2
pro Mol Alkalioxid beträgt, und die organische
Ammoniumverbindung.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen silikatischen
Beschichtungsmasse kann durch Vermischen des Wasserglases
oder der Mischung aus Wasserglas und Kieselsol, das/die ein
Verhältnis von SiO2 zu Alkalioxid von 5 bis 30 Mol SiO2 pro
Mol Alkalioxid aufweist, mit einer oder mehreren organischen
Ammoniumverbindung(en) erfolgen, wobei der (die) Füllstoff(e)
und gegebenenfalls weitere Zusätze wie Pigmente vor oder nach
dem Vermischen des Wasserglases oder der Mischung aus
Wasserglas und Kieselsol mit der organischen
Ammoniumverbindung zugegeben werden. Wird ein Polymer zu der
silikatischen Beschichtungsmasse gegeben, so wird dieses
vorzugsweise vor dem Vermischen des Wasserglases oder der
Mischung aus Wasserglas und Kieselsol mit der organischen
Ammoniumverbindung in Form einer Polymerdispersion vorgelegt.
Im folgenden werden weitere Varianten zur Herstellung der
erfindungsgemäßen silikatischen Beschichtungsmasse
vorgestellt.
Die erfindungsgemäße silikatische Beschichtungsmasse kann
hergestellt werden, indem zunächst der (die) Füllstoff(e) und
gegebenenfalls die Pigmente in Wasser dispergiert werden,
dann die organische(n) Ammoniumverbindung(en) und
gegebenenfalls anschließend das Polymer in Form einer
Dispersion hinzugefügt werden. Nach gutem Dispergieren wird
das Wasserglas oder die Mischung aus Wasserglas und Kieselsol
zugegeben, anschließend gegebenenfalls weitere Zusätze, z. B.
Verdicker und/oder Hydrophobierungsmittel. Durch weiteres
Rühren wird eine möglichst homogene Dispersion erhalten.
Alternativ lässt sich die erfindungsgemäße silikatische
Beschichtungsmasse wie folgt herstellen:
Zunächst wird das Wasserglas oder die Mischung aus Wasserglas und Kieselsol mit der (den) organischen Ammoniumverbindung(en) vermischt. Hierzu werden gegebenenfalls Pigmente hinzugefügt. Anschließend werden der (die) Füllstoff(e) und gegebenenfalls eine Polymerdispersion eingerührt. Zuletzt erfolgt gegebenenfalls die Zugabe weiterer Zusätze, wie z. B. eines Verdickungsmittels und/oder eines Hydrophobierungsmittels.
Zunächst wird das Wasserglas oder die Mischung aus Wasserglas und Kieselsol mit der (den) organischen Ammoniumverbindung(en) vermischt. Hierzu werden gegebenenfalls Pigmente hinzugefügt. Anschließend werden der (die) Füllstoff(e) und gegebenenfalls eine Polymerdispersion eingerührt. Zuletzt erfolgt gegebenenfalls die Zugabe weiterer Zusätze, wie z. B. eines Verdickungsmittels und/oder eines Hydrophobierungsmittels.
Die erfindungsgemäße silikatische Beschichtungsmasse kann zur
Beschichtung von Substraten Verwendung finden.
Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße silikatische
Beschichtungsmasse zum Schutz von Substraten vor
Witterungseinflüssen Verwendung finden.
Die silikatische Beschichtungsmasse ist für alle Anwendungen,
für die bisher Silikatfarben bzw. Dispersionssilikatfarben
genutzt wurden, geeignet. Hierzu gehören neben
Schutzbeschichtungen gegen Witterungseinflüsse auch
Beschichtungen zur Erzielung von Dekorzwecken oder
Verzierungen.
Die Erfindung beinhaltet weiterhin Substrate, die mit der
erfindungsgemäßen silikatischen Beschichtungsmasse
beschichtet sind. Beschichtete Substrate können erhalten
werden, indem die erfindungsgemäße silikatische
Beschichtungsmasse, beispielsweise durch Tauchen, Streichen,
Rollen, Gießen oder Sprühen, auf ein Substrat aufgetragen
wird und anschließend eine Silifizierung abläuft.
Bei den Substraten, auf die die erfindungsgemäße silikatische
Beschichtungsmasse aufgebracht werden kann, handelt es sich
vorzugsweise um mineralische Substrate, metallische
Substrate, natürliche Substrate oder Kunststoffsubstrate.
Spezielle Beispiele für mineralische Substrate schließen
Mörtel (siehe z. B. DIN 18 555), Putze, z. B. Kalk- und
Zementputze, Beton, Naturstein, z. B. Kalksandstein, und
Mauerwerk ein.
Metallische Substrate sind z. B. verzinkte Oberflächen oder
Aluminiumsubstrate.
Unter natürlichen Substraten werden z. B. cellulosehaltige
Materialien (z. B. Papier, Pappe, Holz, holzhaltige
Materialien wie Spanplatten), biologisch abbaubare Polymere
(z. B. eiweiß- oder stärkehaltige Materialien) und textile
Materialien (z. B. Baumwolle, Leinen) verstanden.
Besonders bevorzugte cellulosehaltige Materialien sind Holz
und holzhaltige Materialien.
Bei Kunststoffsubstraten kann es sich z. B. um
Poly(meth)acrylate, Polycarbonate, Polystyrole,
Polyethylenglykole und/oder PVC handeln.
Substrate schließen auch mit einer Grundierung versehene
Substrate ein. Eine Grundierung kann z. B. dazu dienen, die
Haftung zwischen dem nichtgrundierten Substrat und der
silikatischen Beschichtungsmasse bzw. der durch Auftragen und
Silifizierung erhaltenen Beschichtung zu verbessern.
Beispiele für Grundierungen, auf die die silikatische
Beschichtungsmasse zur Herstellung eines beschichteten
Substrates appliziert werden kann, schließen z. B.
Grundierungen auf der Basis von gegebenenfalls modifizierten
Polyorganosiloxanen ein.
Erfindungsgemäße beschichtete Substrate zeichnen sich durch
die Vorteile einer hohen Wasserbeständigkeit, Haftung und
Abriebfestigkeit aus. Diese Vorteile resultieren aus einer
verringerten bzw. fehlenden Alkaliauswaschung, so dass die
Beschichtung in ihrem ursprünglichen Zustand, d. h. dem
Zustand zum Zeitpunkt der Beendigung der Silifizierung,
verbleibt. Die Bildung von hellen Streifen (Kreidung), eine
Zunahme der Porosität und eine damit verbundene verringerte
Bindung der Beschichtung an das Substrat (Erosion der
Beschichtung) wird wesentlich verzögert bzw. verhindert.
Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Beschichtungszusammensetzung bzw. der erfindungsgemäßen
beschichteten Substrate können mit folgenden Testverfahren
nachgewiesen werden:
Auf Faserzementplatten (z. B. Eterplan) werden zwei Aufzüge
der zu prüfenden silikatischen Beschichtungsmasse in Folge
aufgerakelt. Der erste Aufzug wird mit einer Breite von 80 mm
und einer Länge von 430 mm, der zweite Aufzug mit einer
Breite von 60 mm und einer Länge von ebenfalls 430 mm
aufgetragen. Der Zeitabstand zwischen den Aufzügen beträgt
mindestens 12 Stunden, die Spalthöhe des Rakels beträgt 225 µm.
Die Faserzementplatten, die Beschichtungszusammensetzung
und die beschichteten Platten werden bei Normklima (23°C, 50%
relative Luftfeuchtigkeit) gelagert. Vier Stunden nach
Aufbringen des zweiten Aufzuges werden mit Hilfe einer
Bürette 50 ml vollentsalztes Wasser auf die
Beschichtungsoberfläche aufgetropft. Die Bürette wird so
eingestellt, dass die 50 ml Wasser innerhalb von 10 Minuten
aufgetropft werden. Die Probenoberfläche wird zur Bürette in
einem Winkel von 135° angeordnet. Die Proben werden nach
vollständigem Abtrocknen der Oberfläche, in der Regel nach 24
Stunden, begutachtet. Je nach Intensität der Ablaufspur
unterscheidet man:
Klasse 0: kein Abläufer sichtbar
Klasse 1: sichtbarer Abläufer
Klasse 2: stark sichtbarer Abläufer
Klasse 3: Anstrich wird ausgewaschen
Klasse 0: kein Abläufer sichtbar
Klasse 1: sichtbarer Abläufer
Klasse 2: stark sichtbarer Abläufer
Klasse 3: Anstrich wird ausgewaschen
Die silikatische Beschichtungsmasse wird auf Betonplatten der
Festigkeitsklasse B 55 nach DIN 1045, die eine
Abreissfestigkeit von mindestens 3 N/mm2 aufweisen,
aufgebracht. Die fertig gestellten Proben werden bei
Normklima (23°C, 50% relative Luftfeuchtigkeit) mindestens 14
Tage gelagert. Die Messung der Haftzugfestigkeit wird gemäß
DIN 18 555 Teil 6, Punkt 5 mit einer
Belastungsgeschwindigkeit von 100 N/s durchgeführt.
In Abweichung von der DIN Norm werden die folgenden Substrate
verwendet und die Beschichtung wie nachstehend beschrieben
hergestellt. Auf Faserzementplatten (z. B. Eterplan) werden
zwei Aufzüge der Beschichtungszusammensetzung in Folge
aufgerakelt. Der erste Aufzug wird mit einer Breite von 80 mm
und einer Länge von 430 mm, der zweite Aufzug mit einer
Breite von 60 mm und einer Länge von ebenfalls 430 mm
aufgetragen. Der Zeitabstand zwischen den Aufzügen sollte
mindestens 12 Stunden betragen, die Spalthöhe des Rakels
beträgt 225 µm. Die Faserzementplatten, die
Beschichtungszusammensetzung und die beschichteten Substrate
werden bei Normklima (23°C, 50% relative Luftfeuchtigkeit)
gelagert. Der weitere Prüfungsablauf erfolgt nach DIN 53 778
Teil 2.
Die erfindungsgemäßen silikatischen Beschichtungsmassen
zeigen während einer 6-monatigen Lagerzeit in bezug auf die
Streichbarkeit und Spritzfähigkeit keinen erkennbaren
Unterschied zu den bislang bekannten Dispersions
silikatfarben.
Die beschichteten Substrate, die durch Auftragen und
Silifizieren der erfindungsgemäßen Beschichtungs
zusammensetzungen erhalten werden, sind durch eine hohe
Stabilität gegenüber chemischen Einflüssen, wie saurer Regen,
und klimatische Einflüsse, wie Frost-Tau-Wechsel,
gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beispiele näher
erläutert:
Eine Mischung aus 3,8 Gew.-% einer 30%igen Kaliwasserglas
lösung und 17 Gew.-% eines Kieselsols mit einer Partikelgröße
von 9 nm und einem Feststoffgehalt von 20%, die ein
Molverhältnis von SiO2 zu Kalioxid von 10 Mol SiO2 pro Mol
Kalioxid aufweist, wird mit 1,5 Gew.-% (CH3)2[CH3CH(OH)CH2]N+-
(CH2)6-+N(CH3)2[CH2CH(OH)CH3]OH-OH- (N,N'-Di(2-hydroxypropyl)-
N,N'-tetramethylhexylendiamin, 20%ige wässrige Lösung)
vermischt. Nach Zugabe von 10,5 Gew.-% Eisenoxid wird 5
Minuten gerührt. Anschließend werden 29,3 Gew.-%
Schichtsilikatgemenge (Kaolinit, Chlorit, Muskovit) und 6,0 Gew.-%
Butylacrylat-Methylmethacrylat-Copolymer (als 50%ige
Dispersion) eingerührt, so dass sich eine homogene Dispersion
bildet. Nach Zugabe von 0,2 Gew.-% Bentonit, 0,1 Gew.-%
Xanthan und 1,5 Gew.-% einer wässrigen aminofunktionellen
Polydimethylsiloxanemulsion (Feststoffgehalt 50%) (Wacker BS
1306) wird mit 30,1 Gew.-% Wasser verarbeitungsfertig
eingestellt. Die erhaltene silikatische Beschichtungsmasse
wird zur Beschichtung eines Betonsubstrates eingesetzt.
Das beschichtete Substrat ist durch eine Frühwasserfestigkeit
der Klasse 0, eine Haftzugfestigkeit von 3-4 N/mm2 und eine
Wasch- und Scheuerbeständigkeit von < 10.000 Zyklen
gekennzeichnet.
35 Gew.-% einer 18%igen Kaliwasserglaslösung mit einem
Molverhältnis SiO2/Kalioxid von 6 werden mit 0,5 Gew.-% N,N'-
Di(2-hydroxypropyl)-N,N'-tetramethylhexylendiamin (20%ige
wässrige Lösung) vermischt. 13,95 Gew.-%
Kaliumaluminiumsilikat, 9 Gew.-% Calciumcarbonat, 8 Gew.-%
dehydratisiertes Aluminiumsilikathydrat, 4 Gew.-%
Calciumfluorid und 0,4 Gew.-% Siliciumdioxid als Füllstoffe
sowie 7,5 Gew.-% einer wässrigen Dispersion eines
Methylmethacrylat-Butylacrylat-Copolymers (Feststoffgehalt
50%) werden eingerührt, so dass eine homogene Dispersion
entsteht. Nach der Zugabe von 1 Gew.-% einer wässrigen
Aminoalkylpolydimethylsiloxanemulsion (Feststoffgehalt
50%)(Wacker BS 1306), 0,25 Gew.-% Tetranatrium-N-(1,2-
dicarboxyethyl)-N-alkylsulfosuccinamid, 0,2 Gew.-% einer
Mischung aus hydrophober Kieselsäure, flüssigen
Kohlenwasserstoffen, nichtionogenen Emulgatoren und
synthetischen Copolymeren (Agitan 281), 0,125 Gew.-% Xanthan
und 0,1 Gew.-% Natriumcarboxymethylcellulose wird mit 19,975 Gew.-%
Wasser verarbeitungsfertig eingestellt. Die erhaltene
silikatische Beschichtungsmasse wird zur Beschichtung eines
mineralischen Substrates (Kalkzementputz) eingesetzt.
22 Gew.-% eines Füllstoffes (Chlorit-Quarz-Glimmer-
Verwachsung) werden in 28,6 Gew.-% Wasser dispergiert. 2 Gew.-%
(N,N'-Di(2-hydroxypropyl)-N,N'-tetramethylhexylendiamin
(20%ige wässrige Lösung) werden hinzugefügt. Anschließend
werden 9 Gew.-% einer wässrigen Dispersion eines Butylacrylat-
Methylmethacrylat-Copolymers (Feststoffgehalt 50%)
zugegeben. Eine Mischung aus 20 Gew.-% Kieselsol
(Teilchengröße 7-8 nm, Feststoffgehalt 30%) und 6 Gew.-%
einer 21%igen Kaliwasserglaslösung (Molverhältnis
SiO2/Kalioxid = 10) werden eingerührt. Nach Dispergieren der
genannten Komponenten werden 10 Gew.-% einer
Polysaccharidlösung (Feststoffgehalt 5%) zugefügt. Als
weitere Zusätze werden 2 Gew.-% einer wässrigen Emulsion eines
aminoalkylsubstituierten Polydimethylsiloxans (Wacker BS
1306) (Feststoffgehalt 50%), 0,2 Gew.-% Tetranatrium-N-(1,2-
dicarboxyethyl)-N-alkylsulfosuccinamid und 0,2 Gew.-% einer
Mischung aus hydrophober Kieselsäure, flüssigen
Kohlenwasserstoffen, nichtionogenen Emulgatoren und
synthetischen Copolymeren (Agitan 281) zugesetzt und gerührt
bis eine möglichst homogene Dispersion erhalten wird. Die
hergestellte silikatische Beschichtungsmasse wird zur
Beschichtung eines Natursteinsubstrates (Sandstein)
eingesetzt.
19 Gew.-% einer wässrige Dispersion eines (Meth)acrylsäure-
Copolymers (Feststoffgehalt 50%) wird vorgelegt. Eine
Mischung aus 6 Gew.-% einer 21%igen Kaliwasserglaslösung und
10 Gew.-% Kieselsol (Feststoffgehalt 30%, mittlere
Teilchengröße 7-8 nm) (Molverhältnis SiO2/Kalioxid = 10)
werden mit 1 Gew.-% N'N-Di(2-hydroxypropyl)-N,N'-
tetramethylhexylendiamin vermischt und zur
Copolymerdispersion gegeben. Anschließend werden 22 Gew.-%
eines Füllstoffes (Chlorit-Quarz-Glimmer-Verwachsung),
10 Gew.-% einer 5%igen Polysaccharidlösung, 2 Gew.-% einer
wässrigen Emulsion eines aminoalkylgruppenhaltigen
Polydimethylsiloxans (Wacker BS 1306) (Feststoffgehalt 50%),
0,2 Gew.-% Tetranatrium-N-(1,2-dicarboxyethyl)-N-
alkylsulfosuccinamid und 0,2 Gew.-% einer Mischung aus
hydrophober Kieselsäure, flüssigen Kohlenwasserstoffen,
nichtionogenen Emulgatoren und synthetischen Copolymeren
(Agitan 281) zugesetzt und mit 29,6 Gew.-% Wasser aufgefüllt.
Die erhaltene silikatische Beschichtungsmasse wird zur
Beschichtung eines Mischuntergrundes, der organische Fasern
enthält, (Holzfaserzementsubstrat) eingesetzt.
Claims (13)
1. Silikatische Beschichtungsmasse umfassend
- - Wasserglas oder eine Mischung aus Wasserglas und Kieselsol, in dem/der das molare Verhältnis von SiO2 zu Alkalioxid 5 bis 30 Mol SiO2 pro Mol Alkalioxid beträgt,
- - eine oder mehrere organische Ammoniumverbindung(en) und
- - einen oder mehrere Füllstoff(e).
2. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis von SiO2
zu Alkalioxid 10 bis 25 Mol SiO2 pro Mol Alkalioxid beträgt.
3. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis von SiO2
zu Alkalioxid 15 bis 25 Mol SiO2 pro Mol Alkalioxid beträgt.
4. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Alkalioxid Kaliumoxid ist.
5. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kieselsol eine mittlere
Teilchengröße von < 10 nm aufweist.
6. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die organische(n) Ammoniumverbindung(en)
die folgende Formel (I) aufweisen:
+NR1R2R3R4X- (I)
wobei R1, R2 und R3 jeweils unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, eine Arylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, oder Wasserstoff darstellen, R4 eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, eine Arylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, Wasserstoff oder -(CH2)x-N+R5R6R7Y- darstellt, wobei R5, R6 und R7 jeweils unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, eine Arylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, oder Wasserstoff darstellen, und wobei zumindest eines von R1, R2, R3 und R4 kein Wasserstoff ist, x eine Zahl zwischen 1 und 10 ist, und X- und Y- gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Anion darstellen.
+NR1R2R3R4X- (I)
wobei R1, R2 und R3 jeweils unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, eine Arylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, oder Wasserstoff darstellen, R4 eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, eine Arylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, Wasserstoff oder -(CH2)x-N+R5R6R7Y- darstellt, wobei R5, R6 und R7 jeweils unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, eine Arylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls mit einer funktionellen Gruppe substituiert sein kann, oder Wasserstoff darstellen, und wobei zumindest eines von R1, R2, R3 und R4 kein Wasserstoff ist, x eine Zahl zwischen 1 und 10 ist, und X- und Y- gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Anion darstellen.
7. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die organische
Ammoniumverbindung eine Verbindung der folgenden Formel (II)
ist:
wobei R1, R2, R5 und R7 jeweils unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff darstellen, R3 und R6 jeweils unabhängig eine Hydroxy-substituierte Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind, x eine Zahl zwischen 1 und 6 ist und X- und Y- gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Anion darstellen.
wobei R1, R2, R5 und R7 jeweils unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff darstellen, R3 und R6 jeweils unabhängig eine Hydroxy-substituierte Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind, x eine Zahl zwischen 1 und 6 ist und X- und Y- gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Anion darstellen.
8. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass R1, R2, R5 und R7 jeweils eine
Methylgruppe darstellen, R3 und R6 jeweils eine 2-Hydroxy
propylgruppe sind, x = 6 ist und X- und Y- jeweils OH-
darstellen.
9. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein Polymer umfasst.
10. Silikatische Beschichtungsmasse gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein (Meth)acrylat-
Homopolymer oder -Copolymer ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer silikatischen
Beschichtungsmasse gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserglas oder die
Mischung aus Wasserglas und Kieselsol, das/die ein Verhältnis
von 5 bis 30 Mol SiO2 pro Mol Alkalioxid aufweist, und die
organische(n) Ammoniumverbindung(en) vermischt werden, der
(die) Füllstoff(e) und gegebenenfalls weitere Zusätze vor
oder nach dem Vermischen des Wasserglases oder der Mischung
aus Wasserglas und Kieselsol mit der (den) organischen
Ammoniumverbindung(en) zugegeben werden und gegebenenfalls
mit Wasser verarbeitungsfähig eingestellt wird.
12. Verwendung einer silikatischen Beschichtungsmasse gemäß
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 zur Beschichtung
von Substraten.
13. Beschichtetes Substrat, erhältlich durch Auftragen der
silikatischen Beschichtungsmasse gemäß einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 10 auf ein Substrat und anschließende
Silifizierung.
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