WO2019091832A1 - Faserprodukte mit einer beschichtung aus wässrigen polymerdispersionen - Google Patents

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Jan-Valentin ROLLE
Ulrike Henkel
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Definitions

  • the present invention relates to textile fiber products having a coating comprising polymers based on ethylenically polymerizable monomers having a glass transition temperature of at least 60 ° and a Be Schweizerungsver- method for coating fiber products with an aqueous polymer dispersion, wherein initially an aqueous polymer dispersion based on ethylenically, in particular vinylic polymerizable Providing monomers having a glass transition temperature of at least 60 ° C, bringing them into contact with a fiber product and then drying.
  • the invention furthermore relates to the use of corresponding polymer dispersions for coating fiber products, corresponding coated fiber products, their use for reinforcing mineral matrices and corresponding fiber composite materials, in particular textile-concrete composites.
  • the invention relates to a coating agent which can be applied to a textile fabric in a continuous, water-based process and allows optimum introduction of force from the mineral matrix into the textile reinforcement.
  • Reinforced concrete is an indispensable part of today's construction industry. This offers a high level of robustness at an acceptable price.
  • a disadvantage of this building material is the tendency to corrosion of the steel reinforcement.
  • the concrete is usually mixed with steel or plastic fibers. These are undirected in the matrix.
  • the approach of using directional fibers in the form of reinforcing structures is relatively new.
  • basic research has been conducted on this composite textile-reinforced concrete.
  • textile concrete continuous fibers (filaments) of, for example, glass, basalt and carbon are used in the form of two- or three-dimensional textile surface or space formations.
  • fibers with high strength and high rigidity or comparable modulus of elasticity such as steel, such as, for example, alkali-resistant glass fibers or carbon fibers, are suitable for this purpose.
  • steel such as, for example, alkali-resistant glass fibers or carbon fibers
  • the technical textiles can be tailored to the stress.
  • the variable distances between the yarns in the layers require a special grain composition of the concrete. These have a smaller largest grain diameter compared to conventional cements. Therefore, fine concretes are used in combination with textile reinforcements.
  • the distances between the carbon fiber strands in the scrim are essential for component design. Due to the reduced grain size, the interpenetration of the scrim is improved and viable composites between several Textilbetonschich- th can be realized.
  • the use of textile reinforcements makes it possible to achieve some interesting improvements in terms of processing and properties of composites.
  • the biggest advantage is the elimination of the usual concrete cover in the reinforced concrete as corrosion protection.
  • the layer thickness of the concrete in addition to the concrete properties, depends only on the geometry and strength of the yarn or fiber composite materials used, in order to ensure the minimum requirements of the load on the composite.
  • the total thickness of a component can be reduced to about one quarter of the typical thickness of a reinforced concrete component and material savings of up to 80% are reported. This allows a lighter construction and the realization of previously impossible for non-prestressed reinforcement systems forms and applications, since the components can be constructed thinner with the same load capacity.
  • Textile reinforcement structures have a higher effectiveness in improving composite properties when incorporated as geometric structures. They have found commercial use as a reinforcing element in concrete components or as reinforcing structures in the field of building maintenance. Because the requirements for textile reinforcement structures are manifold are also a variety of different fiber types use. The spectrum covers inorganic fibers such as carbon, glass and basalt fibers to organic fibers of aramid, polyethylene or polypropylene.
  • WO 2004/007161 Al describes the use of textile-reinforced concrete structures for reinforcing concrete sewage pipes.
  • the reinforcement of road surfaces made of asphalt and concrete is known from US 6,632,309 Bl.
  • the production of precast concrete parts is disclosed in EP 2 894 272 A2 and also in WO 2014/106685 Al.
  • the sized filamentary fibers are generally first processed and bundled into a yarn or rovings (bundle, multifilament yarn, based on DIN 60 001, Part 2) of several thousand filaments. Subsequently, these are processed via textile processes into a reinforcement textile with a defined geometry. Following processing, these textiles are soaked in a polymeric material. This impregnation / coating surrounds as far as possible all individual filaments and thus enables the inner composite of the fibers or the rovings, as well as the connection of the edge fibers to the concrete, the so-called outer composite. Furthermore, the coating causes a form stabilization of the scrim and ensures the geometry accuracy of the reinforcement.
  • This process step can be carried out on the one hand in the form of a discontinuous textile process by impregnation and curing with a reactive resin.
  • a reactive resin for example, epoxy resins or unsaturated polyester resins are used.
  • composite textiles can be soaked in a continuous textile coating process, for example by foiling, with a coating agent.
  • X-SBR carboxylated styrene-butadiene copolymers
  • the coated fabrics undergo a drying and a curing step.
  • the composite textiles thus produced metric and the coating used as drapeable roll goods for applications in the field of maintenance or as mat products in new buildings or prefabricated components.
  • the corresponding composite material is obtained. If concrete or cementitious and / or mineral matrix materials are used as matrix materials, this is referred to as textile-reinforced concrete components or structures.
  • the textiles used as reinforcement in concrete have the task of absorbing the loads acting from outside, in particular in the form of tensile forces, over the boundary surface to the concrete.
  • these tensile forces must be transferred to the individual filaments.
  • Full exploitation of the fiber properties is only possible by impregnating the rovings with a suitable material and enables significantly higher tensile strengths (> 40%) to be achieved than in unimpregnated roving.
  • the coating agent has the function within this composite material to ensure an optimal bond between the concrete matrix and the composite textile.
  • the polymeric coating material has a central importance with regard to the properties of the entire component: it enables the optimum introduction of force both at the interface concrete composite textile as well as between the respective individual filaments of a roving within the composite textile.
  • the binder system can be applied via a continuous dipping and / or casting process and the lattices produced can be wound up on rolls due to their property profile and adapted to the required geometries by bending / forming within certain limits on the construction site.
  • the use of the reactive melamine-formaldehyde crosslinker gives a very narrow time window for processing (pot life), which considerably limits the practical usability of this system.
  • Another disadvantage is that the bond strengths achieved with this system require high anchoring lengths.
  • the measured composite properties in the textile concrete component prove to be very temperature-dependent: Due to the low glass transition temperature of the X-SBR, outdoor use is not possible and the approval was accordingly granted only indoors and for temperatures up to 40 ° C. A similar system is also used in DE 10 2005 048 190 AI.
  • aqueous polymer dispersions as a coating for textile reinforcements in concrete is also described in EP 2004712 Bl.
  • an aqueous polychloroprene dispersion is used in combination with inorganic particles for fiber-reinforced concrete.
  • the production of a stiff textile was achieved by the crystallinity of the polychloroprene coating after film formation or drying.
  • a truly relevant enhancement of the mechanical properties in the composite is achieved only by the addition of inorganic particles in the same coating.
  • AR glass fibers were coated with polyacrylate dispersions in order to test them for use in texti reinforced concrete components (Dissertation M.
  • curable reactive resin systems for use in a higher temperature range, curable reactive resin systems, in particular epoxy resins, are used as polymeric matrix materials in reinforcing textiles.
  • Such systems are described for example in DE 102008040919 AI and EP 2 530 217 Bl.
  • the composites mentioned there consist of reinforcing textiles made of technical fibers such as glass, carbon, basalt or aramid in cement-based systems.
  • epoxy resins By using epoxy resins, reinforcing structures of high rigidity and strength are obtained.
  • the achievable tensile strengths in the case of carbon fiber are in the range of 3500 N / mm 2 .
  • the bond strength, anchoring length and resistance to the alkaline mineral matrix in cementitious systems are described as good.
  • curable reactive resins for example epoxy resins
  • polymeric coating materials gives lattices characterized by a high yarn tensile strength level on carbon fibers up to 3500 N / mm 2 and high alkali stability.
  • the composite properties in textile-concrete composite are temperature-stable up to 100 ° C.
  • the disadvantage is that a continuous application of the impregnation material is impossible due to the limited processing times.
  • only rigid, non-drapable grids can be obtained, which is why with these systems, the production of coilable reinforcing textiles, from which easy to be transported roll goods can be produced, is not possible.
  • Critical also is the health risk posed by the processing of epoxy resins and amines on a large scale.
  • Coating systems based on polychloroprene dispersions provide according to the prior art only in combination with inorganic particles sufficiently good composite properties.
  • the properties related to temperature resistance and alkali resistance are not demonstrated by examples.
  • the object of the present invention therefore, over the described prior art, is to provide a polymeric coating agent which can be applied to a fiber product in a continuous, water-based process and allows optimum introduction of force from a mineral matrix into a textile reinforcement.
  • the corresponding coated textile reinforcing structures should be suitable for use in cement-like matrices and can be wound on rolls (diameter from 20 cm).
  • the tensile strengths of 48K carbon fiber rovings impregnated with a coating composition according to the invention should be in the range from -30 to + 100 ° C. in a range greater than 3000 MPa.
  • the composite properties of the coated reinforcing structure in a textile-concrete composite of -30 ° C. to + 100 ° C. are to be retained and a sufficient resistance to the alkaline environment in cement-like or mineral-bound matrices must be present.
  • the object of the invention is achieved by a textile fiber product having a coating comprising between 5 wt .-% and 100 wt .-% of an applied material, based on the raw material of the fiber product, wherein the material
  • the coating comprises 10 to 60% by weight of the applied material.
  • the polymerizable monomers are vinylic polymerizable.
  • the polymers are obtainable from a monomer composition wherein the monomer composition comprises from 5% to 100% of base monomers A, from 0% to 50% of functional monomers B and from 0% to 30% of crosslinker monomers C, based in each case on the total mass of the monomers Monomer composition, wherein in particular the base monomers A are selected from the group of vinylaromatic monomers and C 1 to C 24 -alkyl (meth) acrylates, in particular the functional monomers B are selected from the group of (meth) acrylic acid, C 2 - to C 8 -hydroxyalkyl (meth) acrylates, C 2 - to Cs - (alkyl) - aminoalkyl (meth) acrylates, sulfonated monomers, phosphated monomers and vinylpyridines and in particular the crosslinker monomers C comprise at least two ethylenically unsaturated non-conjugated groups, N-methylol groups and / or epoxy groups, and.
  • the crosslinker building blocks preferably comprise monomers C and / or external crosslinkers having a reactivity towards the functional monomers B and are in particular selected from the group of di-, tri- and / or polyfunctional unblocked or blocked isocyanates, epoxysilanes, formaldehyde resins, melamine resins, carbodiimides and epoxy resins , These building blocks react with crosslinking with the other constituents of the coating.
  • the fiber product according to the invention preferably comprises linear textile structures, two-dimensional textile fabrics and / or three-dimensional textile spatial structures.
  • the fiber product according to the invention comprises carbon fibers, glass fibers, basalt fibers, aramid fibers, polyethylene fibers and / or polypropylene fibers, including mixtures thereof, or consists of said fibers.
  • the object of the invention is achieved by a process for coating fiber products with an aqueous polymer dispersion, in particular for producing the fiber products according to the invention, wherein
  • an aqueous polymer dispersion which comprises a polymer based on ethylenically, in particular vinylically polymerizable monomers having a glass transition temperature of at least 60 ° C. and optionally a suitable material for crosslinking the polymer,
  • aqueous dispersions of polymers having a glass transition temperature of at least 60 ° C based on vinylic polymerizable monomers, optionally in combination with external crosslinkers are well suited for coating fiber products for use in textile-concrete composite systems having the above-mentioned properties.
  • the glass transition temperature of the polymers in the dispersion used is preferably at least 70.degree.
  • the fiber product used is linear textile structures, two-dimensional textile fabrics and / or three-dimensional textile fabric structures.
  • Suitable linear textile structures include, for example, yarns, rovings, threads and / or ropes without being limited thereto.
  • Suitable practically two-dimensional textile fabrics include, for example, scrims, woven fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics, braids, stitchbonded fabrics, nonwovens and / or felts without being restricted to these.
  • the fiber product comprises carbon fibers, glass fibers, basalt fibers, aramid fibers, polyethylene fibers and / or polypropylene fibers.
  • the fiber product consists of fibers of one of these types of fibers or mixtures thereof.
  • the contacting of the aqueous polymer dispersion and the fiber product according to the invention can be carried out in any manner known in the art.
  • the fiber product is brought in with the aqueous polymer dispersion Contact using a continuous or discontinuous textile application method of the prior art.
  • Particularly preferred application methods are soaking, spraying, dipping, pouring and / or spraying, but the invention is not limited to these methods.
  • the amount of material thus obtained in relation to the raw weight of the fiber product is between 5% by weight and 100% by weight, preferably between 10% by weight and 60% by weight, particularly preferably between 25% by weight and 50% by weight. %, most preferably between 30 wt.% And 40 wt.%.
  • the proportions of the components of the aqueous polymer dispersion are selected such that the solids content is between 10% by weight and 70% by weight, more preferably between 25% by weight and 60% by weight and most preferably between 40 % By weight and 50% by weight, based on the total mass of the polymer dispersion.
  • the solids content of the dispersion preferably contains from 20 to 100% by weight of polymer, from 0 to 80% by weight of crosslinker and from 0 to 20% by weight of other additives, based on the solids content of the dispersion, the percentages adding up to 100%.
  • the aqueous dispersion according to the invention may optionally contain other auxiliaries and additives known from the construction, textile and paint industries, such as, but not limited to, flow control agents, wetting agents, defoamers, deaerators, organic or inorganic thickeners, tackifiers Resins, fillers, pH adjusting agents and / or preservatives.
  • auxiliaries and additives known from the construction, textile and paint industries, such as, but not limited to, flow control agents, wetting agents, defoamers, deaerators, organic or inorganic thickeners, tackifiers Resins, fillers, pH adjusting agents and / or preservatives.
  • aqueous polymer dispersion based on vinylically polymerizable monomers is provided in a preferred embodiment of the process according to the invention by means of suitable continuous, semi-continuous or discontinuous polymerization processes known from the prior art.
  • Particularly preferred are emulsion polymerization, suspension polymerization or dispersion polymerization.
  • Very particular preference is given to obtaining the polymer dispersion by emulsion polymerization, which has been technically established and has been described many times (Hans-Georg Elias, Makromolekule Volume 3 ").
  • the polymer dispersion may be stabilized with surfactants customary in the art, such as anionic surfactants, nonionic surfactants and / or protective colloids, and mixtures thereof without
  • surfactants customary in the art, such as anionic surfactants, nonionic surfactants and / or protective colloids, and mixtures thereof without
  • any suitable type of initiator can be used, such as, but not limited to, peroxides, azo compounds, and / or redox initiator systems.
  • Reactants may also be employed, typically in one such as, but not limited to, electrolytes, pH adjusters, and / or chain regulators / carriers.
  • the aqueous polymer dispersion is provided by polymerization of a monomer composition comprising from 5% to 100% by weight of base monomers A, from 0% to 50% by weight of functional monomers B and from 0% to 30% by weight. % Crosslinker monomers C, based in each case on the total weight of the monomer composition.
  • Suitable base monomers A are in particular C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and methacrylic acid, and vinylaromatic monomers such as styrene, ⁇ -methylstyrene or vinylpyridine. These monomers may be used alone or in any mixture so that the glass transition temperature of the resulting polymer is at least 60 ° C. This can be determined by means of the Fox equation known to the person skilled in the art (TG Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1, 123 (1956)) or Pochan equation (J.M.Pochan, CL Beatty, DF Hinman, Macromolecules 11, 1156 (1977)) from the glass transition temperatures of the monomers to be used.
  • functional monomers B it is possible in particular to use the following monomers with a reactive group, alone or in mixtures: (meth) acrylic acid, C 2 - to C 8 -hydroxyalkyl (meth) acrylates, for example hydroxyethyl methacrylate, C 2 - to C 8 - (alkyl) aminoalkyl (meth) acrylates such as dimethylaminoethyl methacrylate, sulfonated monomers such as sodium styrenesulfonate, phosphated monomers such as monoacryloxyethyl phosphate and / or vinylpyridines.
  • the invention is not limited to the said functional monomers. Any suitable functional monomer of the prior art Technology can be used. Suitable monomers are those in which the glass transition temperature of the resulting polymer is at least 60 ° C.
  • Crosslinking monomers C used are preferably monomers comprising at least two ethylenically unsaturated non-conjugated groups, N-methylol groups and / or epoxy groups.
  • Suitable monomers include divinyl and polyvinyl monomers, such as divinylbenzene, di- or poly (meth) acrylic acid esters, di- or polyallyl ethers and di- or polyvinyl ethers of diols or polyols.
  • an external crosslinker such as, for example, N-methylolacrylamide and / or glycidyl methacrylate.
  • an external crosslinker may be added to the aqueous polymer dispersion provided by the invention to improve the mechanical properties of the coated fiber products and the bond properties of the resulting textile-concrete composites.
  • This preferably has a suitable reactivity with the functional groups present in the polymer dispersion.
  • blocked and unblocked polyisocyanates, carbodiimides, aziridines, epoxy resins, epoxy silanes, formaldehyde resins, urea resins, reactive phenolic resins may be employed.
  • the application in the coating system takes place in such a way that the polymer dispersion and the external crosslinker are mixed immediately before the contacting of the fiber product and the aqueous polymer dispersion.
  • the object underlying the invention is achieved by a coated fiber product obtainable by the coating method according to the invention.
  • the fiber product according to the invention is obtainable according to one of the preferred embodiments of the method according to the invention. Preferred embodiments of the method steps and of the reagents used can also be combined here.
  • the coated fiber products according to the invention have excellent tensile strength and bond strength in concrete and can thus be used to particular advantage as reinforcement / reinforcement of concrete.
  • carbon fibers coated in accordance with the invention exhibit a comparable level of tensile strength and tensile strength from the concrete, such as an epoxy resin system according to the prior art (compare Table 1, entry 2 versus Table 3, entries 1-5).
  • fiber products coated according to the invention can be used to reinforce existing concrete structures which are used outdoors (for example facade panels or other exterior constructions) and are exposed to temperatures or weathering conditions of up to 100 ° C.
  • a coating based on the aqueous polymer dispersion according to the invention is likewise highly interesting for use on hydrolysis-sensitive fiber materials such as glass or basalt fibers.
  • hydrolysis-sensitive fiber materials such as glass or basalt fibers.
  • the residual strength for the imposition of the class II must be at least 350 MPa, that is, the waste maximum 65% If these glass fibers are coated according to the invention (see Table 3, entry 6), a significant increase of Alkali stability, since the decrease in strength is only 35% In the case of basalt fibers coated according to the invention (Table 3, entry 7), the drop is 60%.
  • aqueous polymer dispersion provided according to the invention surprisingly has good alkali resistance and is therefore outstandingly suitable for use as a coating of textile reinforcements for cementitious materials. bound matrices.
  • Table 3 shows the values for tensile strengths of carbon fibers coated according to the invention in concrete (entries 1-5) at room temperature and 80 ° C. In both cases, excellent levels are achieved, which are at the level of prior art epoxy-coated fibers. Table 3 also shows the relevant values for alkali-resistant glass fibers (AR glass) (entry 6). These values are significantly higher than, for example, the values given in patent EP 2 004 712 Bl.
  • Carbon fiber fiber products coated in accordance with the present invention also proved to be windable about a 20 cm diameter chute along the machine direction via a 12k roving.
  • the object underlying the invention is achieved by the use of an aqueous polymer dispersion, as provided in the process according to the invention described above, as a coating agent for fiber products.
  • the aqueous polymer dispersion used may have all the preferred features of the polymer dispersion used in the process according to the invention. The use according to the invention makes it possible to produce fiber products according to the invention with the advantages described.
  • the object according to the invention is achieved by a composite material which has a coated fiber product according to the invention and a mineral matrix, in particular a concrete matrix.
  • a composite material of a fiber product according to the invention in a mineral matrix, in particular a concrete matrix is particularly preferred.
  • the composite material according to the invention is in particular a textile-concrete composite with the advantages of the invention described above.
  • the composite material comprises a fiber product according to the invention in the form of a linear textile structure, a two-dimensional textile fabric and / or a three-dimensional textile fabric.
  • the object underlying the invention is achieved by the use of the coated fiber products according to the invention, in particular in the form of linear textile structures, two-dimensional textile fabrics and / or three-dimensional textiles Space structures, for reinforcing mineral materials, in particular for reinforcing concrete components.
  • the use according to the invention makes it possible to provide the composite materials according to the invention with the technical advantages described above.
  • Coated fiber products and corresponding textile-concrete composites resulting therefrom were produced by means of the method according to the invention.
  • the polymer dispersions according to the invention were first applied by impregnation to carbon fibers of the type 3200tex TohoTenax and then dried at 160 ° C.
  • Test specimens for determining the tensile strength at room temperature (RT), at 100 ° C. and after alkali storage were prepared from the resulting fiber products according to the invention (see characterization methods / tensile test).
  • textile-concrete composite materials were produced by embedding the fiber products coated in accordance with the invention in fine concrete (test pieces see FIG. 1) and subjected to a pull-out test (see characterization methods / pull-out test).
  • Basalt fiber type 2400tex from Irish Basalt Faser GmbH
  • polymer dispersions Commercially available products can be used as polymer dispersions.
  • model polymers were prepared by a classical semi-continuous emulsion polymerization process.
  • the polymer dispersions all have a solids content of 47% by weight.
  • monomer compositions having a high proportion of monomers which give hard polymers, for example styrene have been selected.
  • polymers not according to the invention contained higher proportions of soft comonomers, for example ethylhexyl acrylate.
  • the exact composition for a given glass transition temperature was estimated using the Fox equation and confirmed after synthesis by DSC measurements.
  • the amount applied to the fibers used was about 30% by weight for all aqueous binder dispersions used.
  • the components of the epoxy resin system were based on commercially available cycloaliphatic epoxide with cycloaliphatic amine as hardener.
  • the system was solvent and water free.
  • the amount applied was about 50 wt.% Solid on the fiber after drying.
  • Crosslinker 1 Blocked polyisocyanate from Covestro
  • Crosslinker 2 Reactive polyisocyanate from Covestro secretisierunqsmethoden
  • Yarns of carbon, glass or basalt fibers can be used as the yarn to be finished.
  • the yarns are coated or impregnated in a hand process. During coating, between 10 and 60% by weight of polymer is applied to the fiber. The thus coated yarn is then dried at 160 ° C.
  • DIN EN ISO 527-4 and DIN EN ISO 527-5 are the relevant European standards for fiber-reinforced materials (FVW).
  • the two standards only describe the tensile test of the FVWs.
  • the stress-strain behavior in the limit states 0 ° and 90 ° orientation of the fiber reinforcement to be able to determine characteristic values such as transverse contraction number v, tensile strength ⁇ , elongation at break ⁇ and modulus of elasticity.
  • the tensile test has a priority position in the plastics testing and is regarded as a basic test under the quasi-static or static test methods.
  • a traverse is moved at constant speed according to standard DIN EN ISO 527-4.
  • the FVW usually show a hard brittle behavior. Therefore, tensile strength ⁇ and yield stress ⁇ are the same. The breaking stress ⁇ can fall to the same point.
  • the test specimen type 1B from DIN EN ISO 527-4 is mainly used for fiber-reinforced thermoplastics and thermosets. This is the orientation of the test specimen used.
  • the materials are tested under three conditions: at room temperature, at 100 ° C and after storage in the alkaline medium. For the latter test, the samples are stored for 14 days at 45 ° C in a solution of pH 13.7 and tested at 45 ° C without drying.
  • the test solution is based on the solution described in ETAG004 composition.
  • the concrete cover of 0.5 cm was used analogously to abZ No. Z-31.10-182.
  • the coated yarns were prepared overhanging the concrete at a distance of 1.5 cm in the direction of extension in order to always ensure the same composite surface to the concrete during the test.
  • the test conditions were chosen analogously to abZ No. Z-31.10-182.
  • the test speed is 1 mm / min to 3 mm extension length and from 3 mm extension length 5 mm / min to complete extraction.
  • the specimens are measured at room temperature and at 80 ° C.
  • the maximum pull-out force Fmax is evaluated.
  • ACR pure acrylate
  • SAC styrene acrylate
  • PETA pentaerythritol triacrylate
  • ACR pure acrylate
  • SAC styrene acrylate
  • PETA pentaerythritol triacrylate

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft textile Faserprodukte mit einer Beschichtung umfassend Polymere basierend auf ethylenisch polymerisierbaren Monomeren mit einer Glasübergangstemperatur von mindestens 60° sowie ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung von Faserprodukten mit einer wässrigen Polymerdispersion, wobei man zunächst eine wässrige Polymerdispersion basierend auf vinylisch polymerisierbaren Monomeren mit einer Glasübergangstemperatur von mindestens 60°C bereit stellt, diese mit einem Faserprodukt in Kontakt bringt und anschließend trocknet. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung entsprechender Polymerdispersionen zur Beschichtung von Faserprodukten, entsprechende beschichtete Faserprodukte, deren Verwendung zur Bewehrung von mineralischen Matrices sowie entsprechende Faser-Verbundwerkstoffe, insbesondere Textil-Beton-Verbundwerkstoffe. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Beschichtungsmittel, das in einem kontinuierlichen, wasserbasierenden Prozess auf ein textiles Flächengebilde aufgebracht werden kann und eine optimale Krafteinleitung von der mineralischen Matrix in die textile Bewehrung ermöglicht..

Description

Faserprodukte mit einer Beschichtunq aus
wässriqen Polvmerdispersionen
Die vorliegende Erfindung betrifft textile Faserprodukte mit einer Beschichtung umfassend Polymere basierend auf ethylenisch polymerisierbaren Monomeren mit einer Glasübergangstemperatur von mindestens 60° sowie ein Beschichtungsver- fahren zur Beschichtung von Faserprodukten mit einer wässrigen Polymerdispersion, wobei man zunächst eine wässrige Polymerdispersion basierend auf ethylenisch, insbesondere vinylisch polymerisierbaren Monomeren mit einer Glasübergangstemperatur von mindestens 60°C bereitstellt, diese mit einem Faserprodukt in Kontakt bringt und anschließend trocknet.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung entsprechender Polymerdispersionen zur Beschichtung von Faserprodukten, entsprechende beschichtete Faserprodukte, deren Verwendung zur Bewehrung von mineralischen Matrices sowie entsprechende Faser-Verbundwerkstoffe, insbesondere Textil-Beton-Verbundwerk- stoffe. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Beschichtungsmittel, das in einem kontinuierlichen, wasserbasierten Prozess auf ein textiles Flächengebilde aufgebracht werden kann und eine optimale Krafteinleitung von der mineralischen Matrix in die textile Bewehrung ermöglicht.
Stahlbeton ist aus der heutigen Bauindustrie nicht mehr wegzudenken. Dieser bietet eine hohe Robustheit zu einem akzeptablen Preis. Ein Nachteil dieses Baustoffes ist die Neigung zur Korrosion der Stahlbewehrung. In den 1990er Jahren etablierte sich neben Stahlbeton noch der Faserbeton als Alternative. Dem Beton werden hierbei meist Stahl- oder Kunststofffasern beigemischt. Diese liegen ungerichtet in der Matrix vor. Der Ansatz, gerichtete Fasern in Form von Armierungsstrukturen zu verwenden, ist relativ neu : Seit knapp 20 Jahren wird Grundlagenforschung an diesem Verbundwerkstoff Textilbeton betrieben. Im Textilbeton kommen Endlosfasern (Filamente) aus beispielsweise Glas, Basalt und Kohlenstoff zum Einsatz in Form von zwei- oder dreidimensionalen textilen Flächen- oder Raumgebilden. Grundsätzlich eignen sich hierfür Fasern mit hoher Festigkeit und hoher Steifigkeit beziehungsweise vergleichbarem Elastizitätsmodul wie Stahl, wie beispielsweise alkaliresistente Glasfasern oder Kohlefasern. Durch die Geometrie der Gelege lassen sich die technischen Textilien auf die Beanspruchung maßschneidern. Die variablen Abstände zwischen den Garnen in den Gelegen bedingen eine spezielle Kornzusammensetzung des Betons. Diese haben gegenüber den herkömmlichen Zementen einen geringeren Größtkorndurchmesser. Daher kommen in Kombination mit textilen Bewehrungen Feinbetone zum Einsatz. Die Abstände zwischen den Kohlefasersträngen im Gelege sind für die Bauteilbemessung essentiell. Durch die reduzierte Korngröße wird die Durchdringung der Gelege verbessert und tragfähige Verbünde zwischen mehreren Textilbetonschich- ten können realisiert werden.
Der Einsatz von textilen Bewehrungen ermöglicht es, einige interessante Verbesserungen in Bezug auf Verarbeitung sowie Eigenschaften von Verbunden zu erzielen. Der größte Vorteil ist der Wegfall der im Stahlbeton üblichen zusätzlichen Betondeckung als Korrosionsschutz. Bei Textilbeton richtet sich die Schichtdicke des Betons neben den Betoneigenschaften nur nach der Geometrie und Festigkeit der verwendeten Garn- bzw. Faserverbundmaterialien, um die Mindestanforderungen der Belastbarkeit an den Verbund sicherzustellen. Hierdurch kann die Gesamtdicke eines Bauteils auf etwa ein Viertel der typischen Dicke eines Stahlbetonbauteils reduziert werden, und es wird von Materialeinsparungen von bis zu 80% berichtet. Dies ermöglicht eine leichtere Bauweise sowie die Realisierung von bisher für nichtvorgespannte Armierungssysteme unmöglichen Formen und Anwendungen, da die Bauteile bei gleicher Tragfähigkeit dünner konstruiert werden können.
Textile Bewehrungsstrukturen haben eine höhere Wirksamkeit in der Verbesserung von Verbundeigenschaften, wenn sie als geometrische Strukturen eingebracht werden. Sie haben als Bewehrungselement in Betonbauteilen oder als Verstärkungsstrukturen im Bereich Instandhaltung von Bauwerken kommerzielle Verwendung gefunden. Da die Anforderungen an textile Bewehrungsstrukturen vielfältig sind, finden auch eine Vielzahl verschiedener Fasertypen Verwendung . Das Spektrum umfasst anorganische Fasern wie Kohle-, Glas- und Basaltfasern bis hin zu organischen Fasern aus Aramid, Polyethylen oder Polypropylen.
Textilbewehrte Betonstrukturen finden schon heute zahlreiche interessante Anwendungen, beispielsweise für die nachträgliche Verstärkung und Instandhaltung von Bauwerken oder als Fassadenelemente.
WO 2004/007161 AI beschreibt die Anwendung textilbewehrter Betonstrukturen zur Verstärkung von Beton-Abwasserrohren. Die Verstärkung von Fahrbahndecken aus Asphalt und Beton ist aus US 6,632,309 Bl bekannt. Die Herstellung von Betonfertigteilen ist in EP 2 894 272 A2 und auch in WO 2014/106685 AI offenbart.
Zur Herstellung der textilen Bewehrungsstrukturen werden die geschlichteten Fila- mentfasern in der Regel zunächst zu einem Garn beziehungsweise zu Rovings (Bündel, Multifilamentegarn, angelehnt an DIN 60 001, Teil 2) aus mehreren tausend Filamenten verarbeitet und gebündelt. Anschließend werden diese über tex- tile Prozesse zu einem Verstärkungstextil mit definierter Geometrie verarbeitet. Im Anschluss der Verarbeitung werden diese Textilien mit einem polymeren Material getränkt. Diese Tränkung/Beschichtung umschließt möglichst alle Einzelfilamente und ermöglicht so den inneren Verbund der Fasern beziehungsweise des Rovings, sowie die Anbindung der Randfasern zum Beton, den sogenannten äußeren Verbund . Weiterhin bewirkt die Beschichtung eine Formstabilisierung der Gelege und stellt die Geometrietreue der Armierung sicher. Dieser Prozessschritt kann zum einen in Form eines diskontinuierlichen textilen Prozesses durch Tränkung und Härtung mit einem Reaktivharz durchgeführt werden. Bei diesen Prozessen werden beispielsweise Epoxid-Harze oder ungesättigte Polyesterharze verwendet. Zum anderen können Verbundtextilien in einem kontinuierlichen textilen Beschichtungs- prozess, zum Beispiel durch Fouiardieren, mit einem Beschichtungsmittel getränkt werden.
Bisher werden zum Beispiel carboxylierte Styrol-Butadien-Copolymere (sogenannte X-SBR) in solchen Prozessen eingesetzt. Nach der Tränkung durchlaufen die beschichteten Flächengebilde einen Trocknungs- sowie einen Härtungsschritt. Die so hergestellten Verbundtextilien können je nach Eigenschaften der Textilgeo- metrie und der verwendeten Beschichtung als drapierbare Rollenware für Anwendungen im Bereich Instandhaltung oder als Mattenware im Neubau beziehungsweise für Fertigbauteile verwendet werden. Durch geeignetes Einbringen dieser textilen Flächengebilde in ein Matrixmaterial erhält man den entsprechenden Verbundwerkstoff. Werden als Matrixmaterialien Beton beziehungsweise zementartige und/oder mineralische Matrixmaterialien verwendet, spricht man von Textilbeton- bauteilen oder -strukturen.
Die als Bewehrung im Beton verwendeten Textilien haben die Aufgabe, die von außen einwirkenden Lasten insbesondere in Form von Zugkräften über die Grenzfläche zum Beton aufzunehmen. Innerhalb der Verbundstruktur, das heißt insbesondere innerhalb jedes einzelnen Rovings müssen diese Zugkräfte auf die Einzel- filamente übertragen werden. Die vollständige Ausnutzung der Fasereigenschaften ist nur durch Tränkung der Rovings mit einem geeigneten Material möglich und ermöglicht es, erheblich höhere Zugfestigkeiten (>40%) zu erreichen als im un- getränkten Roving . Das Beschichtungsmittel hat innerhalb dieses Verbundwerkstoffes die Funktion, einen optimalen Verbundschluss von der Betonmatrix in das Verbundtextil hinein zu gewährleisten. Dem polymeren Beschichtungsmaterial kommt somit eine zentrale Bedeutung im Hinblick auf die Eigenschaften des Gesamtbauteils zu : Es ermöglicht die optimale Krafteinleitung sowohl an der Grenzfläche Beton-Verbundtextil wie auch zwischen den jeweiligen Einzelfilamenten eines Rovings innerhalb des Verbundtextils.
Bestimmend für die Leistungsfähigkeit eines Verbundwerkstoffes wie Textilbeton ist die Kraftübertragung an den genannten Grenzflächen. Insbesondere bedeutet dies, dass diese Eigenschaften unter den geforderten Umwelteinflüssen und über die gesamte Lebensdauer des Bauteils gewährleistet werden müssen. So sind Tex- tilbetonbauteile beispielsweise Temperaturanforderungen im Außenbereich von - 30°C bis + 100°C ausgesetzt, müssen der alkalischen Porenlösung des Betons widerstehen oder je nach Anwendung auch gegen Salzbelastung resistent sein. Daraus ergeben sich hohe Anforderungen an die zu wählenden Beschichtungsmate- rialien.
Für den Verstärkungsbereich liegt eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik in der Bundesrepublik Deutschland (abZ) des Handelsprodukts TUDALIT® (Z-31.10-182) vor. In dieser ist ein wässriges Be- schichtungsmaterial auf Basis einer Dispersion eines carboxylierten Styrol-Buta- dien-Copolymer (sog. X-SBR) beschrieben, welches mit Melamin-Formaldehyd- Harzen vernetzt wird. Die so erhaltenen Systeme zeigen eine ausreichende Beständigkeit gegenüber dem alkalischen Medium der Betonporenlösung und weisen ein mittleres Niveau an Garnzugfestigkeit im Bereich 1700 N/mm2 auf. Weiterhin kann das Bindersystem über einen kontinuierlichen Tauch- und/oder Gießprozess appliziert werden und die hergestellten Gitter lassen sich aufgrund ihres Eigenschaftsprofil auf Rollenware aufwickeln und in bestimmten Grenzen auf der Baustelle den geforderten Geometrien durch Biegen/Umformen anpassen. Allerdings ist zu erwähnen, dass durch die Verwendung des reaktiven Melamin-Formaldehyd- Vernetzers ein sehr enges Zeitfenster für die Verarbeitung vorliegt (Topfzeit), was die praktische Verwendbarkeit dieses Systems erheblich einschränkt. Weiterhin nachteilig ist, dass die mit diesem System erzielten Verbundfestigkeiten hohe Verankerungslängen erfordern. Außerdem erweisen sich die gemessenen Verbundeigenschaften im Textilbetonbauteil als sehr stark temperaturabhängig : Aufgrund der niedrigen Glasübergangstemperatur des X-SBR ist ein Einsatz in Außenanwendungen nicht möglich und die Zulassung wurde dementsprechend nur im Innenbereich und für Temperaturen bis 40 °C erteilt. Ein ähnliches System wird auch in DE 10 2005 048 190 AI verwendet.
Die Verwendung von wässrigen Polymer-Dispersionen als Beschichtung für textile Bewehrungen in Beton wird außerdem in EP 2004712 Bl beschrieben. Hier wird eine wässrige Polychloropren-Dispersion in Kombination mit anorganischen Partikeln für faserverstärkten Beton eingesetzt. Hier wurde die Herstellung eines steifen Textils durch die Kristallinität der Polychloroprenbeschichtung nach der Filmbildung beziehungsweise Abtrocknung erzielt. Eine wirklich relevante Aufwertung der mechanischen Eigenschaften im Verbund wird allerdings erst durch den Zusatz von anorganischen Partikeln in der gleichen Beschichtung erzielt. Weiterhin wurden schon 2001 AR-Glasfasern mit Polyacrylat-Dispersionen beschichtet um diese für den Einsatz in texti Verstärkten Betonbauteilen zu prüfen (Dissertation M . Schleser „Einsatz polymerimprägnierter, alkaliresistenter Glastextilien zur Bewehrung zementgebundener Matrices", Aachener Berichte Fügetechnik, Band 06/2008, Hrsg . Prof. Dr. Ing. U . Reisgen, 1. November 2008 Shaker Verlag). Allerdings wurden ausschließlich Polymere mit einer Glasübergangstemperatur von deutlich unter 60°C eingesetzt, sowie die Bauteil-Eigenschaften bei höheren Anwendungstemperaturen nicht untersucht.
Für den Einsatz in einem höheren Temperaturbereich kommen aushärtbare Reaktivharz-Systeme, insbesondere Epoxidharze, als polymere Matrixmaterialien in Armierungstextilien zur Anwendung. Solche Systeme sind zum Beispiel in DE 102008040919 AI sowie EP 2 530 217 Bl beschrieben. Die dort erwähnten Verbundwerkstoffe bestehen aus Armierungstextilien aus technischen Fasern wie Glas, Carbon, Basalt oder Aramid in zementgebundenen Systemen. Durch die Verwendung von Epoxidharzen werden Armierungsstrukturen hoher Steifigkeit und Festigkeit erhalten. Die erreichbaren Zugfestigkeiten im Fall von Kohlefaser liegen im Bereich von 3500 N/mm2. Die Verbundfestigkeit, Verankerungslänge und Beständigkeit gegenüber der alkalischen mineralischen Matrix in zementgebundenen Systemen werden als gut beschrieben. Diese Systeme gewährleisten die Beibehaltung der Verbundeigenschaften für Temperaturen bis 100°C, weshalb hier Anwendungen im Außenbereich in Frage kommen. Die mit Reaktivharz, insbesondere Epoxidharz, beschichteten Armierungstextilien lassen sich allerdings nur diskontinuierlich herstellen und sind aufgrund ihrer Steifigkeit nicht mehr auf Rollen wickelbar oder um vorhandene Geometrien drapierbar.
Darüber hinaus besitzen diese Reaktivharze, insbesondere Epoxidharze, kurze Verarbeitungszeiten von in der Regel unter 90 Minuten. Die Verbundeigenschaften im Betonbauteil sowie die Temperaturabhängigkeit der Verbundeigenschaften sind gut untersucht und im Rahmen der Sonderforschungsbereiche 528 und 532 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) publiziert, (beispielsweise Manfred Cur- bach, Regine Ortlepp (Hrsg .) SFB 528 Textile Bewehrungen zur Bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung, Abschlussbericht -gekürzte Fassung- für die Periode 2008/2 - 2011/1). Insgesamt ist die Verwendung von Reaktivharzsystemen zur Tränkung von textilen Bewehrungen für Betonstrukturen Stand der Technik. Dies wird auch beschrieben in EP 2 666 922 Bl, in dem kunststoff bewehrte Ro- vings, beispielsweise bei 80°C getrocknete mit Epoxidharz getränkte Glas-Langfasern (sogenannte Prepregs), als Bewehrungsstrukturen verwendet werden. Leichte Betonverstärkungseinheiten aus Harz-getränkten Fasermaterialien werden ebenfalls in EP 0 227 207 Bl beschrieben; hier werden neben Epoxidharzsystemen zusätzlich praktisch alle marktüblichen Reaktivharzsysteme verwendet. In US 4 910 076 A werden zwei verschiedene Ansätze kombiniert und ein mit Reaktivharz (Polyurethan oder Epoxid) getränktes Fasernetzwerk nachträglich mit einer selbstvernetzenden SBR-Dispersion beschichtet.
Bei der Verwendung von aushärtbaren Reaktivharzen, beispielsweise Epoxidharzen, als polymere Beschichtungsmaterialien werden Gitter erhalten, die sich durch ein hohes Garnzugfestigkeitsniveau auf Kohlefaser bis zu 3500 N/mm2 und hohe Alkalistabilität auszeichnen. Zudem sind die Verbundeigenschaften in Textil-Beton- Verbund temperaturstabil bis 100°C. Nachteilig ist jedoch, dass eine kontinuierliche Applikation des Tränkungsmaterials aufgrund der limitierten Verarbeitungszeiten unmöglich ist. Weiterhin können lediglich steife, nicht drapierfähige Gitter erhalten werden, weshalb mit diesen Systeme die Herstellung von wickelbaren Verstärkungstextilien, aus denen einfach zu transportierende Rollenware hergestellt werden kann, nicht möglich ist. Kritisch zu werten ist weiterhin die gesundheitliche Gefährdung durch die Verarbeitung von Epoxidharzen und Aminen im Großmaßstab.
Das alternative Beschichtungsmittel auf Basis von carboxylierten Styrol-Butadien- Copolymeren erlaubt zwar die Herstellung Wickel- und drapierbarer Armierungstextilien, welche zudem prinzipiell in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt werden können. Die erhaltenen Armierungstextilien zeigen jedoch nur geringe Garnzugfestigkeiten auf Kohlefaser von 1700 N/mm2. Zur Erzielung von ausreichenden Verbundeigenschaften im Textil-Beton-Verbund werden weiter große Verankerungslängen benötigt, was grundsätzlich von Nachteil ist in Bezug auf eine Bauteilbemessung und Bauteilgestaltung . Zudem können mit diesem Beschich- tungssystem lediglich Verbundeigenschaften bis 40°C gewährleistet werden - was für die kommerzielle Anwendung insbesondere im Außerbereich eine wesentliche Einschränkung darstellt.
Beschichtungssysteme auf Basis von Polychloropren-Dispersionen ergeben nach dem Stand der Technik nur in Kombination mit anorganischen Partikeln ausreichend gute Verbundeigenschaften. Die Eigenschaften im Bezug zu Temperaturbeständigkeit und Alkalibeständigkeit werden nicht durch Beispiele belegt. Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung besteht gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik daher darin, ein polymeres Beschichtungsmittel bereitzustellen, das in einem kontinuierlichen, wasserbasierten Prozess auf ein Faserprodukt aufgebracht werden kann und eine optimale Krafteinleitung von einer mineralischen Matrix in eine textile Bewehrung ermöglicht. Die entsprechenden beschichteten textilen Armierungsstrukturen sollen zur Anwendung in zementartigen Matrices geeignet sein und auf Rollen (Kaulendurchmesser ab 20 cm) gewickelt werden können. Insbesondere die Zugfestigkeiten von mit einem erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel getränkten 48K Kohlefaserrovings sollen im Temperaturbereich zwischen -30 und +100°C in einem Bereich größer 3000 MPa liegen. Weiter sollen die Verbundeigenschaften der beschichteten Armierungsstruktur in einem Textilbeton-Verbund von -30°C bis +100°C erhalten bleiben sowie eine ausreichende Beständigkeit gegenüber der alkalischen Umgebung in zementartigen beziehungsweise mineralisch gebundenen Matrices gegeben sein.
In einer ersten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Aufgabenstellung gelöst durch ein textiles Faserprodukt mit einer Beschichtung umfassend zwischen 5 Gew.-% und 100 Gew.-% eines aufgebrachten Materials, bezogen auf die Rohmasse des Faserprodukts, wobei das Material
20 bis 100 Gew.-% Polymere basierend auf ethylenisch polymerisierbaren Monomeren mit einer Glasübergangstemperatur von mindestens 60°C,
0 bis 80 Gew.-% Vernetzerbausteine sowie
0 bis 20 Gew.-% sonstige Additive
umfasst.
Vorzugsweise umfasst die Beschichtung 10 bis 60 Gew. % des aufgebrachten Materials.
Vorzugsweise sind die polymerisierbaren Monomere vinylisch polymerisierbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Polymere aus einer Monomerzusammensetzung erhältlich, wobei die Monomerzusammensetzung 5% bis 100% Basismonomere A, 0% bis 50% funktionelle Monomere B und 0% bis 30% Vernet- zer-Monomere C, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerzusammensetzung, enthält, wobei insbesondere die Basismonomere A ausgewählt sind aus der Gruppe der vinylaromatischen Monomere und der Ci- bis C24-Alkyl(meth)ac- rylate, insbesonderedie funktionellen Monomere B ausgewählt sind aus der Gruppe der (Meth)acrylsäure, C2- bis C8-Hydroxyalkyl(meth)acrylate, C2- bis Cs-(Alkyl)- aminoalkyl(meth)acrylate, sulfonierten Monomere, phosphatierte Monomere und Vinylpyridine und insbesondere die Vernetzer-Monomere C mindestens zwei ethy- lenisch ungesättigte nicht konjugierte Gruppen, N-Methylolgruppen und/oder Epo- xygruppen umfassen und.
Bevorzugt umfassen die Vernetzerbausteine Monomere C und/oder externe Vernetzer mit einer Reaktivität gegenüber den funktionellen Monomeren B und sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der di-, tri- und/oder polyfunktionellen ungeblockten oder geblockten Isocyanaten, Epoxysilanen, Formaldehydharzen, Melaminharzen, Carbodiimiden und Epoxidharzen. Diese Bausteine reagieren unter Vernetzung mit den anderen Bestandteilen der Beschichtung.
Das erfindungsgemäße Faserprodukt umfasst vorzugsweise linienförmige textile Gebilde, zweidimensionale textile Flächengebilde und/oder dreidimensionale textile Raumgebilde.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Faserprodukt Carbonfasern, Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfasern, Polyethylenfasern und/oder Polypropylenfasern einschließlich deren Gemische oder besteht aus den genannten Fasern.
In einer alternativen Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Aufgabenstellung gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung von Faserprodukten mit einer wässrigen Polymerdispersion, insbesondere zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faserprodukte, wobei man
i) eine wässrige Polymerdispersion bereitstellt, die ein Polymer basierend auf ethylenisch, insbesondere vinylisch polymerisierbaren Monomeren mit einer Glasübergangstemperatur von mindestens 60°C sowie gegebenenfalls ein geeignetes Material zur Vernetzung des Polymers enthält,
ii) ein Faserprodukt mit der wässrigen Polymerdispersion in Kontakt bringt und iii) das so beschichtete Faserprodukt trocknet, insbesondere bei Raumtemperatur oder einer erhöhten Temperatur von bis zu 220°C. Im Stand der Technik wurden zur Beschichtung von Faserprodukten mit wässrigen Polymerdispersionen bisher fast ausschließlich SBR- und Polychloropren-Typen eingesetzt mit dem Argument, dass diese in alkalischer Umgebung hoch beständig sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun überraschenderweise gefunden, dass auch bestimmte Dispersionen von Polymeren beispielsweise auf Basis (meth-)acrylischer Monomere und/oder styrenischer Monomere eine ausreichend hohe Alkalibeständigkeit aufweisen. Überraschenderweise sind wässrige Dispersionen von Polymeren mit einer Glasübergangstemperatur von mindestens 60°C auf Basis vinylisch polymerisierbarer Monomere, gegebenenfalls in Kombination mit externen Vernetzern, gut geeignet zur Beschichtung von Faserprodukten zur Verwendung in Textil-Beton-Verbundsystemen, welche die oben genannten Eigenschaften aufweisen.
Bevorzugt liegt die Glasübergangstemperatur der Polymere in der eingesetzten Dispersion bei mindestens 70°C.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Faserprodukt linienförmige textile Gebilde, zweidimensionale textile Flächengebilde und/oder dreidimensionale textile Raumgebilde eingesetzt.
Geeignete linienförmige textile Gebilde umfassen beispielsweise Garne, Rovings, Zwirne und/oder Seile ohne darauf beschränkt zu sein. Geeignete praktisch zweidimensionale textile Flächengebilde umfassen beispielsweise Gelege, Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte, Nähgewirke, Vliesstoffe und/oder Filze ohne auf diese beschränkt zu sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens um- fasst das Faserprodukt Carbonfasern, Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfasern, Po- lyethylenfasern und/oder Polypropylenfasern. Insbesondere besteht das Faserprodukt aus Fasern einer dieser Faserarten oder deren Mischungen .
Das erfindungsgemäße Inkontaktbringen der wässrigen Polymerdispersion und des Faserprodukts kann auf jede aus dem Stand der Technik bekannte Art erfolgen. Bevorzugt bringt man das Faserprodukt mit der wässrigen Polymerdispersion in Kontakt, indem man ein kontinuierliches oder diskontinuierliches textiles Applikationsverfahren aus dem Stand der Technik anwendet. Besonders bevorzugte Applikationsverfahren sind Tränken, Sprühen, Tauchen, Gießen und/oder Spritzen, wobei die Erfindung nicht auf diese Verfahren beschränkt ist. Die so erzielte aufgetragene Masse Material in Bezug auf die Rohmasse des Faserprodukts beträgt zwischen 5 Gew.-% und 100 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 Gew. % und 60 Gew. %, besonders bevorzugt zwischen 25 Gew. % und 50 Gew. %, ganz besonders bevorzugt zwischen 30 Gew. % und 40 Gew. %.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Anteile der Komponenten der wässrigen Polymerdispersion so gewählt, dass der Feststoffgehalt zwischen 10 Gew. % und 70 Gew. %, besonders bevorzugt zwischen 25 Gew. % und 60 Gew. % und ganz besonders bevorzugt zwischen 40 Gew. % und 50 Gew. % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Polymerdispersion. Der Feststoffanteil der Dispersion enthält vorzugsweise 20 bis 100 Gew. % Polymer, 0 bis 80 Gew. % Vernetzer sowie 0 bis 20 Gew. % sonstige Additive, bezogen auf den Feststoffanteil der Dispersion, wobei sich die Prozentangaben zu 100% addieren.
Neben den beschriebenen Hauptkomponenten kann die erfindungsgemäße wäss- rige Dispersion gegebenenfalls weitere aus der Bau-, Textil-und Lackindustrie bekannte Hilfsmittel und Additive enthalten, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Verlaufshilfsmittel, Netzmittel, Entschäumer, Entlüfter, organische beziehungsweise anorganische Verdickungsmittel, klebrigmachende Harze, Füllstoffe, pH-Wert einstellende Mittel und/oder Konservierungsmittel.
Die wässrige Polymerdispersion basierend auf vinylisch polymerisierbaren Monomeren wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels aus dem Stand der Technik bekannter geeigneter kontinuierlicher, semikontinuierlicher oder diskontinuierlicher Polymerisationsverfahren bereitgestellt. Besonders bevorzugt sind die Emulsionspolymerisation, Suspensionspolymerisation oder Dispersionspolymerisation. Ganz besonders bevorzugt wird die Polymerdispersion durch Emulsionspolymerisation erhalten, welche technisch etabliert und vielfach beschrieben ist (Hans-Georg Elias, Makromoleküle Band 3„In- dustrielle Polymere und Synthesen", 6. Auflage, Wiley-VCH). Die Polymerdispersion kann mit den mit im Stand der Technik üblichen oberflächenaktiven Agenzien stabilisiert werden, wie beispielsweise anionischen Tensiden, nichtionischen Ten- siden und/oder Schutzkolloiden sowie deren Mischungen, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt wäre. Für die Initiation der Polymerisationsreaktion kann jede geeignete Art von Initiatoren genutzt werden, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Peroxide, Azoverbindungen und/oder Redoxinitiator-Systeme. Es können weiterhin Reaktanden eingesetzt werden, die typischerweise in einem solchen Prozess verwendet werden, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Elektro- lyte, Mittel zur Einstellung des pH-Werts und/oder Kettenregler/-überträger.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die wässrige Polymerdispersion durch Polymerisation einer Monomerzusammensetzung bereitgestellt, die 5 Gew. % bis 100 Gew. % Basismonomere A, 0 Gew. % bis 50 Gew. % funktionelle Monomere B und 0 Gew. % bis 30 Gew. % Vernetzer-Monomere C, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Monomerzusammensetzung, enthält.
Als Basismonomere A eignen sich insbesondere Ci- bis C24-Alkylester der Acryl- und Methacrylsäure, sowie vinylaromatische Monomere wie Styrol, a-Methylstyrol oder Vinylpyridin. Diese Monomere können allein oder in beliebiger Mischung so eingesetzt werden, dass die Glasübergangstemperatur des resultierenden Polymers mindestens 60°C beträgt. Diese lässt sich mittels der dem Fachmann bekannten Fox-Gleichung (T.G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1, 123 (1956)) oder Pochan-Gleichung (J. M . Pochan, C. L. Beatty, D. F. Hinman, Macromolecules 11, 1156 (1977)) aus den Glasübergangstemperaturen der einzusetzenden Monomere abschätzen.
Als funktionelle Monomere B können insbesondere folgende Monomere mit einer reaktiven Gruppe allein oder in Mischungen eingesetzt werden : (Meth)acrylsäure, C2- bis C8-Hydroxyalkyl(meth)acrylate wie beispielsweise Hydroxyethylmethac- rylat, C2- bis C8-(Alkyl)aminoalkyl(meth)acrylate wie beispielsweise Dimethylami- noethylmethacrylat, sulfonierte Monomere wie beispielsweise Natriumstyrolsulfo- nat, phosphatierte Monomere wie beispielsweise Monoacryloxyethylphosphat und/oder Vinylpyridine. Die Erfindung ist nicht auf die genannten funktionellen Monomere beschränkt. Jedes geeignete funktionelle Monomer aus dem Stand der Technik kann eingesetzt werden. Geeignete Monomere sind solche, bei denen die Glasübergangstemperatur des resultierenden Polymers mindestens 60°C beträgt.
Als Vernetzer-Monomere C werden vorzugsweise Monomere eingesetzt, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte nicht konjugierte Gruppen, N-Methylolgrup- pen und/oder Epoxygruppen umfassen. Geeignete Monomere umfassen Divinyl- und Polyvinylmonomere, wie zum Beispiel Divinylbenzol, Di- beziehungsweise Poly-(Meth)acrylsäureester, Di- beziehungsweise Polyallylether sowie Di- beziehungsweise Polyvinylether von Diolen beziehungsweise Polyolen. Weiterhin können Monomere eingesetzt werden, die nach dem Tränkungsprozess und Bildung der Beschichtung noch zu einer Vernetzung des Polymers führen können, ohne dass ein externer Vernetzer hinzugefügt werden muss, wie zum Beispiel N-Methy- lolacrylamid und/oder Glycidylmethacrylat.
Zusätzlich kann der erfindungsgemäß bereitgestellten wässrigen Polymerdispersion ein externer Vernetzer zugesetzt werden, um die mechanischen Eigenschaften der beschichteten Faserprodukte und der Verbundeigenschaften der resultierenden Textil-Beton-Komposite zu verbessern. Dieser weist vorzugsweise eine passende Reaktivität zu den in der Polymerdispersion vorhandenen funktionellen Gruppen auf. Eingesetzt werden können zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, geblockte und ungeblockte Polyisocyanate, Carbodiimide, Aziridine, Epoxidharze, Epoxy- silane, Formaldehydharze, Harnstoffharze, reaktive Phenolharze, ohne auf die genannten beschränkt zu sein. Die Anwendung im Beschichtungssystem erfolgt derart, dass unmittelbar vor dem Inkontaktbringen des Faserprodukts und der wässrigen Polymerdispersion die Polymerdispersion sowie der externe Vernetzter gemischt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung gelöst durch ein beschichtetes Faserprodukt, das nach erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren erhältlich ist. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Faserprodukt nach einer der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlich. Bevorzugte Ausgestaltungen der Verfahrensschritte sowie der eingesetzten Reagenzien können hierbei auch kombiniert werden. Die erfindungsgemäßen beschichteten Faserprodukte weisen eine exzellente Zugfestigkeit sowie Verbundfestigkeit im Beton auf und können so besonders vorteilhaft als Verstärkung /Bewehrung von Beton eingesetzt werden. So zeigen erfindungsgemäß beschichtete Carbonfasern ein vergleichbares Niveau der Zugfestigkeit sowie der Auszugskraft aus dem Beton wie ein dem Stand der Technik entsprechendes Epoxidharzsystem (vergleiche Tabelle 1, Eintrag 2 gegen Tabelle 3, Einträge 1-5). Somit ist eine Verwendung solcher Faserprodukte, nicht ausschließlich, aber besonders vorteilhaft für die Bewehrung von Beton- und/oder Zement- Erzeugnissen. Weiterhin können erfindungsgemäß beschichtete Faserprodukte zur Verstärkung bestehender Beton -Strukturen verwendet werden, welche im Außenbereich zur Anwendung kommen (beispielsweise Fassadenplatten oder andere Außenkonstruktionen) und Temperaturen beziehungsweise Witterungsbedingungen bis zu 100°C ausgesetzt sind.
Eine erfindungsgemäße Beschichtung basierend auf der wässrigen Polymerdispersion ist ebenfalls hochinteressant für die Verwendung auf hydrolyseempfindlichen Fasermaterialien wie Glas- oder Basaltfasern. Durch die in Tabelle 3, Einträge 6 und 7, gezeigten Messwerte wird deutlich, dass gute Zugfestigkeiten der beschichteten Rovings bei Raumtemperatur und bei 100 °C erreicht werden. Diese liegen deutlich über den Werten, die durch Beschichtung mit nicht erfindungsgemäßen Polymerdispersionen erreicht werden (Tabelle 2, Einträge 6 und 7). Die in den Beispielen verwendete Glasfaser besteht laut Hersteller Klasse II des sogenannten SiC-Tests („Strength in Concrete", EN 14649). Bei diesen Tests werden Glasfasern einbetoniert und für 96 h bei 80 °C und 80 % relativer Luftfeuchte gelagert. In der anschließenden Prüfung muss bei einer Ausgangsfestigkeit von 1000 MPa die Rest- Festigkeit zur Erteilung der Klasse II mindestens 350 MPa betragen, der Abfall also maximal 65 %. Beschichtet man diese Glasfasern erfindungsgemäß (siehe Tabelle 3, Eintrag 6), erreicht man eine signifikante Erhöhung der Alkalistabilität, da der Festigkeitsabfall nur noch 35 % beträgt. Bei erfindungsgemäß beschichteten Basaltfasern (Tabelle 3, Eintrag 7) beträgt der Abfall 60 %.
Dies zeigt, dass eine erfindungsgemäß bereitgestellte wässrige Polymerdispersion überraschenderweise gute Alkaliresistenz aufweist und daher hervorragend geeignet ist zur Verwendung als Beschichtung von Textil-Bewehrungen für zementge- bundene Matrices. In Tabelle 3 sind die Werte für Auszugsfestigkeiten von erfindungsgemäß beschichteten Carbonfasern in Beton aufgeführt (Einträge 1-5) bei Raumtemperatur und 80 °C. In beiden Fällen werden exzellente Werte erreicht, die auf dem Niveau von Epoxid-beschichteten Fasern laut Stand der Technik liegen. In Tabelle 3 sind ebenfalls die betreffenden Werte für alkaliresistente Glasfasern (AR-Glas) aufgeführt (Eintrag 6). Diese Werte liegen deutlich höher als zum Beispiel die im Patent EP 2 004 712 Bl angegebenen Werte.
Erfindungsgemäß beschichtete Faserprodukte aus Carbonfasern erwiesen sich auch als wickelbar um eine Kaule mit einem Durchmesser von 20 cm entlang der Maschinenlaufrichtung über ein 12k-Roving .
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung gelöst durch die Verwendung einer wässrigen Polymerdispersion, wie sie in dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt wird, als Beschichtungsmittel für Faserprodukte. Die verwendete wässrige Polymerdispersion kann sämtliche bevorzugten Merkmale der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Polymerdispersion aufweisen. Die erfindungsgemäße Verwendung ermöglicht die Herstellung erfindungsgemäßer Faserprodukte mit den beschriebenen Vorteilen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Aufgabenstellung gelöst durch einen Verbundwerkstoff, der ein erfindungsgemäßes beschichtetes Faserprodukt sowie eine mineralische Matrix, insbesondere eine Betonmatrix, aufweist. Besonders bevorzugt ist ein Verbundwerkstoff aus einem erfindungsgemäßen Faserprodukt in einer mineralischen Matrix, insbesondere einer Betonmatrix. Bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff handelt es sich insbesondere um einen Textil-Beton-Verbund mit den zuvor beschriebenen Vorteilen der Erfindung . Insbesondere umfasst der Verbundwerkstoff ein erfindungsgemäßes Faserprodukt in Form eines linienförmigen textilen Gebildes, eines zweidimensionalen textilen Flächengebildes und/oder eines dreidimensionalen textilen Raumgebildes.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung gelöst durch die Verwendung der erfindungsgemäßen beschichteten Faserprodukte, insbesondere in Form von linienförmigen textilen Gebilden, zweidimensionalen textilen Flächengebilden und/oder dreidimensionalen textilen Raumgebilden, zur Verstärkung mineralischer Werkstoffe, insbesondere zur Verstärkung von Betonbauteilen. Die erfindungsgemäße Verwendung ermöglicht die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe mit den zuvor beschriebenen technischen Vorteilen.
Ausführunqsbeispiele
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden beschichtete Faserprodukte und daraus resultierende entsprechende Textil-Beton-Verbundwerkstoffe hergestellt. Hierfür wurden zuerst die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen durch Tränkung auf Carbonfasern vom Typ 3200tex von TohoTenax aufgebracht und anschließend bei 160°C getrocknet. Aus den erhaltenen erfindungsgemäßen Faserprodukten wurden Prüfkörper zur Bestimmung der Zugfestigkeit bei Raumtemperatur (RT), bei 100°C und nach Alkalilagerung hergestellt (siehe Charakterisierungsmethoden/Zugprüfung). Weiterhin wurden Textil-Beton-Verbundwerkstoffe durch Einbettung der erfindungsgemäß beschichteten Faserprodukte in Feinbeton hergestellt (Prüfkörper siehe Figur 1) und einer Auszugsprüfung unterzogen (siehe Charakterisierungsmethoden/Auszugsprüfung).
In gleicher Weise wurden Beispiele mit Glas- und Basaltfasern, sowie Vergleichsbeispiele mit nicht erfindungsgemäßen Polymerdispersionen und Polymeren aus dem Stand der Technik durchgeführt.
Es wurden folgende Messungen durchgeführt: Zugprüfungen der beschichteten Rovings bei Raumtemperatur RT, bei 100°C und nach Lagerung im alkalischen Medium (ETAG004), Auszugsprüfungen der Textil-Beton-Verbünde bei Raumtemperatur RT und bei 80°C). In Tabelle 1 sind die Ergebnisse dieser Prüfungen für Beispiele zum Stand der Technik aufgeführt. In Tabelle 2 sind die erhaltenen Prüfwerte für nicht erfindungsgemäß hergestellte Probekörper dargestellt. In Tabelle 3 sind die entsprechenden Prüfwerte für erfindungsgemäß hergestellte Prüfkörper zusammen gefasst.
Im Folgenden werden die verwendeten Materialien sowie die Durchführung der Zugprüfungs- und Auszugsprüfungsversuche genauer beschrieben. Verwendete Materialien
Rovings/Garne:
Kohlefaser vom Typ 3200tex von TohoTenax
Basaltfaser vom Typ 2400tex von Deutsche Basalt Faser GmbH
Alka Ii resistente Glasfaser vom Typ 2400tex von Owens Corning
Fein beton:
In einem Planetenrührer werden 115 g Wasser und 1 kg Pagel TF 10 Feinbeton aus Portlandzement vorgelegt und für 5 min gemischt (gemäß Technischem Datenblatt des verwendeten Betons).
Polymerdispersionen:
Als Polymerdispersionen können handelsübliche Produkte eingesetzt werden. In den aufgeführten Beispielen wurden Modellpolymere nach einem klassischen semikontinuierlichen Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt. -Die Polymerdispersionen weisen alle einen Feststoffgehalt von 47 Gew. % auf. Um Polymere mit einer erfindungsgemäß hohen Glasübergangstemperatur von 60°C und mehr herzustellen, wurden Monomerzusammensetzungen mit einem hohen Anteil an Monomeren gewählt, die harte Polymere ergeben, beispielsweise Styrol. Nicht erfindungsgemäße Polymere enthielten dementsprechend höhere Anteile an weichen Comonomeren, beispielsweise Ethylhexylacrylat. Die genaue Zusammensetzung für eine bestimmte Glasübergangstemperatur wurde mit Hilfe der Fox-Gleichung abgeschätzt und nach der Synthese durch DSC-Messungen bestätigt. Die Auftragsmenge auf die verwendeten Fasern lag für alle verwendeten wässrigen Binderdispersionen bei ca. 30 Gew. %.
Die Komponenten des Epoxidharzsystems basierten auf handelsüblichem cyc- loaliphatischen Epoxid mit cycloaliphatischem Amin als Härter. Das System war lösungsmittel- und wasserfrei. Die Auftragsmenge lag bei ca. 50 Gew. % Feststoff auf der Faser nach Trocknung.
Vernetzer:
Vernetzer 1 : Blockiertes Polyisocyanat der Firma Covestro
Vernetzer 2 : Reaktives Polyisocyanat der Firma Covestro Charakterisierunqsmethoden
Beschichtung des Garns
Als auszurüstendes Garn können Garne aus Kohle-, Glas- oder Basaltfasern verwendet werden. Die Garne werden in einem Handprozess beschichtet beziehungsweise getränkt. Während der Beschichtung werden zwischen 10 und 60 Gew.-% Polymer auf die Faser aufgetragen. Das so beschichtete Garn wird anschließend getrocknet bei 160 °C.
Zugprüfung
DIN EN ISO 527-4 und DIN EN ISO 527-5 sind die in Europa relevanten Standards für faserverstärkte Werkstoffe (FVW). Die beiden Normen beschreiben nur die Zugprüfung der FVWs. Hierbei wird das Spannungs-Dehnungs-Verhalten in den Grenzzuständen 0°- und 90° Orientierung der Faserverstärkung um Kennwerte wie Querkontraktionszahl v, Zugfestigkeit σΜ, Bruchdehnung εΜ und E-Modul bestimmen zu können.
Der Zugversuch hat in der Kunststoffprüfung eine vorrangige Stellung und gilt unter den quasistatischen beziehungsweise statischen Prüfmethoden als Grundversuch. Es wird eine Traverse mit konstanter Geschwindigkeit laut Norm DIN EN ISO 527-4 verfahren. Die FVW zeigen in der Regel ein hart sprödes Verhalten. Daher sind Zugfestigkeit σΜ und Streckspannung σΥ gleich. Die Bruchspannung σΒ kann auf den gleichen Punkt fallen. Der Prüfkörpertyp 1B aus DIN EN ISO 527-4 wird hauptsächlich für faserverstärkte Thermoplaste und Duroplaste verwendet. An diesem orientiert sich der verwendete Prüfkörper.
Die Materialien werden unter drei Bedingungen geprüft: bei Raumtemperatur, bei 100 °C und nach Lagerung im alkalischen Medium. Für die letztere Untersuchung werden die Proben für 14 Tage bei 45 °C in einer Lösung mit pH 13,7 gelagert und bei 45 °C ohne vorherige Trocknung geprüft. Die Prüflösung orientiert sich an der Lösung in ETAG004 beschriebenen Zusammensetzung .
Auszugsprüfung
In der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik in der Bundesrepublik Deutschland (abZ) Nr. Z-31.10-182 wird die Prüfung der Verbundfestigkeit des Textils zum Feinbeton beschrieben. Hierbei wird ein tex- tilbewehrter Probekörper belastet. Die Einleitung der Kraft erfolgt über die Klemmung an Ober- und Unterseite des Probekörpers. Die textile Bewehrung ist in Belastungsrichtung im Probekörper ausgerichtet (0° zur Belastungsrichtung). Zur Auswertung wird die maximale Maschinenkraft Fmax herangezogen. Zur Charakterisierung der Faserstrangproben wird eine Methode verwendet die an die obige angelehnt ist. Diese ist ebenfalls an anderer Stelle beschrieben (State-of-the-Art report of RILEM Technical Committee TC 201-TRC; EP 2 004 712 Bl) zur Charakterisierung der Verbundfestigkeit zwischen Garn und Textil . Die beschichteten Garne wurden in Beton mit der Abmessung Breite x Dicke = 5 cm x 6 cm mit einer Betondicke von 1 cm mittig eingebettet, wie in Figur 1 dargestellt ist. Hier wurde die Betondeckung von 0,5 cm analog zur abZ Nr. Z-31.10-182 verwendet. Die beschichteten Garne wurden dabei mit 1,5 cm über den Beton in Auszugsrichtung überstehend präpariert, um immer die gleiche Verbundfläche zum Beton während der Prüfung zu gewährleisten. Die Prüfbedingungen wurden analog zu abZ Nr. Z- 31.10-182 gewählt. Die Prüfgeschwindigkeit beträgt dabei 1 mm/min bis 3 mm Auszugslänge und ab 3 mm Auszugslänge 5 mm/min bis zum vollständigen Auszug . Die Prüfkörper werden bei Raumtemperatur und bei 80 °C vermessen. Ausgewertet wird die maximale Auszugskraft Fmax.
Tabelle 1 - Referenzen zum Stand der Technik
Figure imgf000022_0001
1 SBR = Styrol-Butadien-Kautschuk, EP = Epoxidharz
2 wässrige SBR-Dispersion Lefasol VL 90/1 (Lefatex)
3 cycloaliphatisches Epoxid mit cycloaliphatischem Amin gehärtet, Tg =100°C
4 Zugfestigkeit bei 45°C nach Lagerung in Betonporenlösung pH 13,7 14 Tage ohne Trocknung
4* Zugfestigkeit bei RT eines beschichteten Rovings nach Lagerung in Betonporenlösung (pH 12,8) über 7 Tage und Trocknung
5 Beton während der Prüfung aufgrund der zu hohen Verbundfestigkeiten entlang der Belastung gerissen
Tabelle 2 - Nicht erfindungsgemäße Beispiele
Figure imgf000023_0001
1 ACR = Reinacrylat, SAC = Styrolacrylat
2 PETA = Pentaerythritoltriacrylat
3 Zugfestigkeit bei 45°C nach Lagerung in Betonporenlösung pH 13,7 14 Tage ohne Trocknung
Tabelle 3 - Erfindungsgemäße Beispiele
Figure imgf000024_0001
1 ACR = Reinacrylat, SAC = Styrolacrylat
2 PETA = Pentaerythritoltriacrylat
3 Zugfestigkeit bei 45°C nach Lagerung in Betonporenlösung pH 13,7 14 Tage ohne Trocknung
4 Beton während der Prüfung aufgrund der zu hohen Verbundfestigkeiten entlang der Belastung gerissen

Claims

Patentansprüche
1. Textiles Faserprod ukt mit einer Beschichtung umfassend zwischen 5 Gew. - % und 100 Gew. -% eines aufgebrachten Materials, bezogen auf die Rohmasse des Faserprod ukts, wobei das Material
20 bis 100 Gew. -% Polymere basierend auf ethylenisch polymerisierbaren Mono¬ meren mit einer Glasü bergangstemperatur von mindestens 60°C,
0 bis 80 Gew. -% Vernetzerbausteine sowie
0 bis 20 Gew. -% sonstige Add itive
umfasst.
2. Faserprod ukt nach Anspruch 1 mit einer Beschichtung umfassend 10 bis 60 Gew. % des aufgebrachten Materials.
3. Faserprod ukt nach Anspruch 1 oder 2, dad urch gekennzeichnet, dass d ie polymerisierbaren Monomere vinylisch polymerisierbar sind .
4. Faserprod ukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dad urch gekennzeichnet, dass die Polymere aus einer Monomerzusammensetzung erhältl ich sind, wobei die Monomerzusammensetzu ng 5% bis 100% Basismonomere A, 0% bis 50% funktionelle Monomere B und 0% bis 30% Vernetzer- Monomere C, jeweils bezo¬ gen auf die Gesamtmasse der Monomerzusammensetzung, enthält, wobei insbesondere die Basismonomere A ausgewäh lt sind aus der Gruppe der vinylaroma- tischen Monomere und der Ci- bis C24-Al kyl (meth)acrylate, insbesonderedie funk¬ tionel len Monomere B ausgewählt sind aus der Gruppe der (Meth)acrylsäure, C2- bis C8- Hydroxyalkyl (meth)acrylate, C2- bis C8-(Alkyl)-aminoal kyl (meth)acrylate, sulfonierten Monomere, phosphatierte Monomere und Vinyl pyrid ine und insbe¬ sondere die Vernetzer- Monomere C mindestens zwei ethylenisch ungesättigte nicht konjugierte Gruppen, N- Methylolgruppen und/oder Epoxygruppen umfassen und .
5. Faserprodukt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichent, dass die Vernetzer Monomere C und/oder externe Vernetzer mit einer Reaktivität gegenüber den funktionellen Monomeren B aufweist und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe der di-, tri- und/oder polyfunktionellen ungeblockten oder geblockten Isocyanaten, Epoxysilanen, Formaldehydharzen, Melaminharzen, Carbodiimiden und Epoxidharzen.
6. Faserprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es linienförmige textile Gebilde, zweidimensionale textile Flächengebilde und/oder dreidimensionale textile Raumgebilde umfasst.
7. Faserprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es Carbonfasern, Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfasern, Polyethylenfasern und/oder Polypropylenfasern einschließlich deren Gemische umfasst oder aus den genannten Fasern besteht.
8. Verfahren zur Herstellung eines textilen Faserprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei man
i) eine wässrige Polymerdispersion bereitstellt, die ein Polymer basierend auf ethylenisch ungesättigten polymerisierbaren Monomeren mit einer Glasübergangstemperatur von mindestens 60°C sowie gegebenenfalls ein geeignetes Material zur Vernetzung des Polymers und/oder weitere Additve enthält,
ii) ein Faserprodukt mit der wässrigen Polymerdispersion in Kontakt bringt und iii) das so beschichtete Faserprodukt trocknet, insbesondere bei Raumtemperatur oder einer erhöhten Temperatur von bis zu 220°C.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man das Faserprodukt mit der wässrigen Polymerdispersion in Kontakt bringt, indem man ein kontinuierliches oder diskontinuierliches textiles Applikationsverfahren, insbesondere Tränken, Sprühen, Tauchen, Gießen und/oder Spritzen, anwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt in einem Bereich von 10% bis 70%, insbesondere in einem Bereich von 25% bis 60%, bezogen auf die Gesamtmasse der Polymerdispersion, einsetzt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polymerdispersion mittels eines kontinuierlichen, semikontinuierlichen oder diskontinuierlichen Polymerisationsverfahren, insbesondere mittels Emulsionspolymerisation, Suspensionspolymerisation oder Dispersionspolymerisation, erhalten wird .
12. Verbundwerkstoff aus einem Faserprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer mineralischen Matrix, insbesondere einer Betonmatrix.
13. Verwendung eines Faserprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verstärkung mineralischer Werkstoffe, insbesondere Betonbauteilen.
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