Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösung
Die Erfindung betrifft Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösung mit verbesserten Eigenschaften, wie sie für Anstrichmittel und Kitte in der Praxis Anwendung finden.
Es ist seit langem bekannt, als Bindemittel für Anstrichmittel Korros ionsschutzfarben sowie Kitte Alkalisilikatlösungen, die gegebenenfalls weitere Zusätze enthalten, als Bindemittel zu verwenden. Insbesondere werden Alkalisilikatbindemittel auch für Metallpigmentfarben, die als Pigmente Stoffe wie Zinkstaub, Aluminium oder Blei erhalten, benutzt. Nachteilig wirken sich bei diesen anorganischen Alkalisilikatbindern die Folgeerscheinungen der hohen Alkalität aus, da das Alkali bereits mit der Kohlensäure der Luft reagiert.
Diese Reaktion begünstigt zwar einerseits das Aushärten des Materials, führt jedoch andererseits infolge Gelbildung vorzeitig zu schlechter Streichfähigkeit und Unbrauchbarkeit des betreffenden Mittels. Die Verarbeitungszeiten (Pot-Life) sind daher häufig sehr kurz.
Mittel, welche Alkalisilikatlösungen und reaktions- fähige Metallpigmente, die Zinkstaub enthalten sind ebenfalls nur kurzzeitig verarbeitungsfähig, da die Bestandteile schnell unter Wasserstoffentwicklung reagieren. Eine längere Bevorratung derartiger Farbmischungen führt daher zu Schwierigkeiten. Aus der deutschen Patentschrift 1 205 218 sind bereits zinkstaubhaltige Anstrichmittel für den Korrosionsschutz bekannt, denen Alkalichromat und Aminoverbindungen mit mindestens 2 Aminogruppen im Molekül zugesetzt sind.
Hierdurch kann die Verarbeitungszeit erheblich erhöht werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Streichfähigkeit dieser Mittel in der Praxis nicht völlig befriedigt.
Es ist daher erwünscht, dass die mit Bindemitteln auf Alkalisilikatbasis hergestellten Produkte eine gute Streichfähigkeit verbunden mit glattem Ablaufen und Vermeidung nachträglicher Rissbildung sowie eine hinreichende Verarbeitungszeit besitzen. Weiterhin soll jedoch die Aushärtungszeit nach der Verarbeitungszeit möglichst kurz sein.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Bindemittel auf Basis von Alkalisilikat zu entwickeln, die diesen Anforderungen der Praxis genügen. Es wurde nun gefunden, dass man die Eigenschaften der Bindemittel auf Alkalisilikatbasis erheblich verbessern kann, wenn man sich der nachstehend beschriebenen Bindemittel bedient.
Die neuen Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösung sind gekennzeichnet durch einen Gehalt an wasserlöslichen quaternären Ammoniumbasen der Formel
EMI1.1
wobei R1, R2, R3 einen Alkyl- oder Alkanolrest mit
1-12 C-Atomen und R4 einen Alkylrest mit 1-4
C-Atomen bedeutet in einer Menge von 0,2-5 Gew.-O/o (bezogen auf die Alkalisilikatlösung). Die Reste R3, R2 und 3 können gleich oder verschieden sowie geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise werden solche quaternären Ammoniumbasen verwendet, die Alkanolund/oder Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen enthalten, zumal diese technisch leicht zugänglich sind.
Für die Herstellung der Bindemittel werden im allgemeinen die handelsüblichen Alkalisilikatlösungen, wie Lithium-, Natrium- und Kaliwassergläser mit Molverhältnissen SiO: Alkalimetalloxid wie 2 bis 4: 1 venvendet. Die Konzentration der zur Anwendung gelangenden Alkalisilikatlösungen kann in erheblichen Grenzen schwanken. Vorzugsweise werden solche Lösungen benutzt, die einen Feststoffgehalt von 20 bis 50 O/o Alkalisilikat aufweisen.
Es wurde gefunden, dass die Eigenschaften der Bindemittel noch verbesert werden können, wenn diese Bindemittel ein Molverhältnis SiO2 : Alkalimetalloxid zwischen 4,5:1 und 9:1 aufweisen.
Die Einstellung dieses SiO2-Alkalimetalloxid-Ver- hältnisses kann in verschiedener, an sich bekannter Weise vorgenommen werden. Einmal kann durch Zugabe von SiO2 der SiO2-Gehalt der Lösung erhöht werden. Hierbei muss das SiO2 in einer auflösbaren Form, z. B. als feinverteilte Kieselsäure oder als Kieselsole bzw. -gele zugefügt werden. Im allgemeinen ist es er forderlich, durch Rühren und Erhitzen die Auflösung zu fördern.
Zum anderen kann aber auch der Alkaligehalt der Lösungen verringert werden, z. B. durch Entfernung der Alkalimetallionen mittels Ionenaustauscher oder - bei Verwendung von Lithiumwassergläsern - durch Ausfällen der Lithiumionen. Bei der Verwendung von Ionenaustauschern ist es von grossem Vorteil, dass bei den erfindungsgemässen Bindemitteln in relativ konzentrierten Lösungen gearbeitet werden kann und die schwierige Aufkonzentrierung der Alkalisilikatlösungen entfällt.
Die weitere Verarbeitung der Bindemittel erfolgt in an sich bekannter Weise, indem in den Binder die einzelnen Füllstoffe, Pigmente oder sonstigen bekannten Komponenten der Anstrichmittel, Kitte oder Korrosionsschutzfarben in den üblichen Mengen eingearbeitet werden. Bei der Verarbeitung der erfindungsgemässen Bindemittel ist ihre relativ geringe Viskosität besonders vorteilhaft.
Es wurde weiterhin gefunden, dass die Verarbeitungszeit der erfindungsgemässen Bindemittel durch einen Zusatz von Alkalichromat in der Menge von 0,1 bis 0,4 Gew.- /0 (bezogen auf die Alkalisilikatlösung) noch verlängert werden kann.
Die neuen Bindemittel haben gegenüber den bisher bekannten den Vorteil, dass durch die erfindungsgemässen Zusätze eine gute Vertreichfähigkeit und Verlängerung der Verarbeitungszeit trotz kurzer Aushärtungszeiten erreicht werden. Sie sind vorzüglich geeignet als Bindemittel für Kitte, Anstrichmittel und Korrosionsschutzfarben, insbesondere Metallpigmentfarben, vorzugsweise auf Basis von Zinkstaub.
Soweit die Bindemittel ein Molverhältnis von Sir : Alkalimetalloxid von 4,5: 1 bis 9: 1 aufweisen, wird die Abrieb- und Wetterfestigkeit noch verstärkt, so dass die damit hergestellten Farbüberzüge noch beständiger sind. Dies gilt auch für die Widerstandsfestigkeit gegenüber hohen Temperaturen. Derartige Über- zuge sind selbst bei Rotglut praktisch noch beständig.
Sie besitzen weiterhin eine grosse Beständigkeit gegen Heisswasser. Diese Wasser- und Heisswasserfestigkeit der erfindungsgemässen Bindemittel wirkt sich z. B.
besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Pressplatten aus, denen diese Bindemittel eine praktisch vollständige Wasserbeständigkeit verleihen.
Beispiel 1 24 kg Wasserglas (Molverhältnis SiO2:Na2O 3,8:1, Feststoffgehalt 29 0/o) werden mit 5 kg Wasser und 1 kg Tetraäthylammoniumhydroxyd in Form einer 20 0/obigen wässrigen Lösung vermischt. Dem so hergestellten Bindemittel werden 110 kg Zinkstaub zugesetzt. Man erhält eine über 24 Stunden verwendbare Zinkstaubfarbe mit zum Spritzen geeigneter Viskosität.
Die Verarbeitungszeit ohne Zusatz beträgt etwa 4 Stunden.
Diese Farbe lässt sich leicht spritzen, wobei während einer vollen Spritzperiode keine Reinigung der Düsen notwendig ist. Ein Überzug von 70 FL und höher ist ohne Rissbildung in einem Arbeitsgang möglich, Die Erhärtungszeit bis zur Beständigkeit gegen heisses Wasser betrug 10 Minuten gegenüber einer Zeit von etwa einer Stunde mit dem gleichen Produkt, jedoch ohne Zusatz der quaternären Ammoniumbase.
Beispiel 2
Aus 590 g Kaliumsilikat (Molverhältnis SiO2:K2O 2,58:1, Konzentration 28/30 Be', 50 g Tetraäthylammoniumhydroxyd (20 ziege Lösung) und 150 g Wasser wurde ein Bindemittel hergestellt. Das Bindemittel wurde mit einer Mischung von 100 g Talkum, 200 g Kaolin und 100 g TiO2 verrührt. Ein Anstrich von Zementputz mit dieser Farbe, die praktisch unbegrenzt im verschlossenen Gefäss haltbar ist, wird nach ca. 15 Minuten lufttrocken und nach 2 bis 3 Stunden wasserfest. Arbeitet man in gleicher Weise, jedoch ohne Zusatz der quaternären Ammoniumbase, so beträgt die Lufttrockenzeit ca. 30 Minuten, und eine etwa gleiche Wasserfestigkeit wurde nach 2 bis 3 Wochen in trockener Atmosphäre erreicht.
Beispiel 3
3 g einer 20 0/obigen Tetraäthylammoniumhydroxydlösung werden mit 1 g Ammoniumdichromat gelöst, in 24 g ionenfreiem Wasser vermischt und die Mischung in 215 g Wasserglas (Molverhältnis Si2O:Na2O 3,8:1, Feststoffgehalt 29 /o) eingerührt.
Das so hergestellte Bindemittel auf Basis von Alkalisilikaten wurde mit 1100 g Zinkstaub verrührt. Die Verarbeitungsdauer (Pot-Life) dieser Mischung betrug 16 bis 20 Stunden. Ein in gleicher Weise hergestelltes Mittel ohne die erfindungsgemässen Zusätze war nach 3 bis 5 Stunden nicht mehr verarbeitbar.
Beispiel 4
Zu 535 g eines Natriumwasserglases mit einem Molverhältnis SiO2:Na2O = 3,9:1 und einem Gehalt an 22,1 Oio SiO2 wurden 20 g Tetraäthylammoniumhydroxyd zugegeben und bei Siedetemperatur unter Rühren hierin 111 g feinverteilte Kieselsäure (87,5 O/o SiO2) gelöst. Durch Zugabe von 154 g Wasser wurde ein klares, niedrig viskoses Bindemittel mit einem Molverhältnis SiO2:Na2O = 7,4:1 erhalten.
Dieses Bindemittel wurde mit einer Mischung von 335 g Talcum, 335 g Mikroglimmer und 335 g Titandioxid unter Zugabe von 500 g Wasser verrührt. Die so erhaltene Weissfarbe war im geschlossenen Gefäss praktisch unbegrenzt haltbar. Ein Anstrich von Asbestzementplatten mit der Farbe war nach ca. 12 Minuten lufttrocken, nach 2 bis 3 Stunden wasserfest und nach 24 Stunden heisswasserfest. Die Abrieb- und Heisswasserfestigkeit des Anstriches übertraf erheblich diejenige, die unter Verwendung von Wasserglas mit einem Molverhältnis SiO2:Na2O von weniger als 4,5:1 hergestellt war.
Die Heisswasserbeständigkeit und Abriebfestigkeit wurde wie folgt getestet:
Asbestzementschindeln wurden mit einem Streifen der erfindungsgemässen Weissfarbe versehen. Zum Vergleich wurden Farbenstreifen von Weissfarben aufgetragen, die auf die gleiche Weise hergestellt waren, nur einmal ohne SiO2-Zusatz (Molverhältnis SiO2:Na2O = 3,9:1) und zum anderen ohne Zusatz von SiO2 und Ammoniumbase. Nach dem Abbinden wurden diese Farbstreifen gleichmässig unter fliessendem Heisswasser von 70 bis 80" C mit einer Bürste behandelt. Wäh rend bei den Vergleichsproben nach 10 Minuten die Farbe fast gänzlich abgetragen war, war die Weissfarbe mit dem erfindungsgemässen Binder praktisch unver ändert.
Beispiel 5
Ein Bindemittel wurde durch Vermischen von 500 g Lithiumwasserglas (3,610/0 Li2O und 20,0 0/o SiO2) mit 15 g Diäthyl-diäthanolammniumhydroxyd und 150 ml Wasser unter Entzug eines Teiles der Lithiumionen mittels 565 g eines starksauren Ionenaustauschers in der H-Form hergestellt. Das Molverhältnis SiO2:Li2O betrug nach Entfernung der Lithiumionen 8,5:1.
Das so hergestellte Bindemittel wurde mit 500 g eines Gemisches aus je einem Drittel Talcum, Mikroglimmer und Titandioxyd verrührt. Die erhaltene Weissfarbe war im geschlossenen Gefäss praktisch unbegrenzt haltbar. Die mit ihr erhaltenen Anstriche auf Zement und Asbestzement besassen eine hervorragende Abriebfestigkeit und Heisswasserbeständigkeit.
Entsprechend diesen Eigenschaften hatte der Anstrich auch eine ausgezeichnete Wetterfestigkeit.
Beispiel 6
In 600 g Natronwasserglas (22,1 0/0 SiO2, Molverhältnis SiO2:Na2O = 3,9:1) mit einem Zusatz von 50 g einer 200/obigen wässrigen Lösung von Hexamethyl äthylendiammoniumhydroxyd wurden 66,5 g feinverteilte Kieselsäure (87,5 O/o SiO2) unter Rühren bei Siedetemperatur gelöst und mit 300 g Wasser verdünnt. Das Molverhältnis SiO2:Na2O betrug bei dem so erhaltenen Bindemittel 5,6:1. Diesem Bindemittel wurden 4 g Ammoniumdichromat und 4600g Zinkstaub zugesetzt. Man erhielt eine über 12 bis 15 Stunden verwendbare Zinkstaubfarbe mit zum Spritzen geeigneter Viskosität. Die Verarbeitungszeit ohne Zusatz der Ammoniumbase betrug nur etwa 4 Stunden.
Diese Zinkstaubfarbe liess sich leicht spritzen und während einer vollen Spritzperiode war keine Reinigung der Düsen erforderlich. Ein Überzug von 70 ,u war ohne Rissbildung in einem Arbeitsgang möglich.
Die Erhärtungszeit war etwa dieselbe wie bei Verwendung des gleichen Bindemittels mit einem SiO2:Na2O Verhältnis von 3,9:1, aber die Wischfestigkeit und Heisswasserbeständigkeit war erheblich grösser.
Beispiel 7
Zur Herstellung von Isolationsleichtbauplatten wurde ein Bindemittel der folgenden Zusammensetzung verwendet: 680 g Kaliwasserglas (20,38 O/o SiO2, Molverhältnis SiO2:K2O = 4,03:1), 87 g feinverteilte Kieselsäure (87,5 O/o SiO2), 32 g Tetramethylammoniumhy droxyd, 200 g Wasser. Die Komponenten wurden unter Rühren erhitzt, bis sich eine klare niedrig viskose Lösung gebildet hat, die ein Mol-Verhältnis SiO2:K2O = 6,0:1 besass.
Dieses Bindemittel wurde mit 250 g feinteiligem Perlit und 750 g Vermiculit vermischt und kalt zu Platten verpresst. Nach einer Aushärtungszeit von 24 Stunden bei normaler Temperatur waren die Presskörper vollkommen wasserbeständig, während Presskörper, die mit dem gleichen Bindemittel, jedoch mit einem SiO2:K2O-Verhältnis von weniger als 4,5:1, hergestellt waren, keine genügende Wasserfestigkeit besassen.