DE10160370B4

DE10160370B4 - Verfahren zur atmungsaktiven Formulierung von offenporigen Materialien unter Verwendung von strukturverschiedenen Hydrokolloiden

Info

Publication number: DE10160370B4
Application number: DE2001160370
Authority: DE
Inventors: Günter Link
Original assignee: LINK GmbH
Current assignee: LINK GmbH
Priority date: 2001-12-08
Filing date: 2001-12-08
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2021-12-09
Also published as: DE10160370A1

Abstract

Verfahren zur atmungsaktiven Formulierung von offenporigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass
a) natürliche oder synthetische Hydrokolloide, die wasserquellbar und/oder wasserlöslich sind zusammen mit
b) Hydrokolloiden, die in der Lage sind primäre, sek. und tert. dreidimensionale Gel-Netzwerkstrukturen zu bilden
auf das offenporige Substrat aufgetragen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur atmungsaktiven Formulierung von offenporigen Materialien unter Verwendung von strukturverschiedenen Hydrokolloiden, die mit Wasser aufgrund ihrer polymeren Kettenstruktur und assoziativen Verknüpfungen Netzwerke bilden, wobei weiterhin die Bildung zusätzlicher sekundärer/tertiärer dreidimensionaler Netzwerke durch in situ Reaktionen vor Ort in der Kapillare angezeigt sind, die Imprägnierungen ermöglichen, die Wasser als Flüssigkeit nicht mehr passieren lassen und dabei trotzdem ihre ursprüngliche Atmungsaktivität erhalten bleibt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von Materialien, mit porösen offenporigen, kapillaraktiven Oberflächen. Hierdurch ergeben sich qualitativ hochwertige Oberflächenvergütungen, deren Wirksamkeit sich in der Veränderung der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften zeigt.
Es wurden von jeher große Anstrengungen unternommen bautechnische Materialien auf Basis mineralischer Produkte, wie Stein, Keramik, Beton, Zement durch eine Oberflächenbehandlung zu verbessern, wobei ein Ergebnisschwerpunkt die Reduzierung des W-Wertes (als ein Maß für die Wasseraufnahme) ist. Die primäre Folge dieser bautechnischen Maßnahme ist, dass letztlich eine effektive Energieeinsparung ermöglicht wird. Gleichzeitig werden Schäden an Bauwerken erheblicher reduziert, da durch den unterbundenen Wassertransport zerstörerische Prozesse zurückgedrängt werden. Auch organische Materialien, wie sie z.B. in Form textiler, polymerer und cellulosehaltiger Werkstoffe vorliegen müssen zum Teil wasserabweisend ausgerüstet werden.
Für das oben beschriebene Anwendungsfeld werden heute bevorzugt Hydrophobierungsmittel eingesetzt. Diese können sowohl Wasser, als auch Wasserdampf undurchlässig sein. Eine andere Variante führt zu Systemen, die wasserdicht aber atmungsaktiv sind. Die letztgenannte Eigenschaft wird bevorzugt angestrebt, da gerade im Baubereich atmosphärische Feuchtigkeitsschwankungen immer auftreten und eine sinnvolle Klimasteuerung über diese Eigenschaft möglich ist. Durch die Oberflächenmodifizierung durch Hydrophobierung werden den behandelten Werkstoffen weitere, attraktive Einsatzmöglichkeiten erschlossen. Wirtschaftlichkeit und ökologische Unbedenklichkeit sind, neben der Verbesserung der Oberflächengüte, entscheidende Anwendungskriterien.
Das Auftragen herkömmlicher hydrophober Hydrophobierungsmittel oder üblicher Schutzschichten aus Lacken und Beschichtungen ist der heute praktizierte Stand der Technik (siehe z.B. Kittel- Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen, 1. und 2. Aufl. 1973/1998, S. Hirzel Verlag, Stuttgart/Leipzig u.a.). Allen Beschichtungssystemen ist gemeinsam, das sie den Durchtritt von Wasser als Flüssigkeit und Wasser in der Gasphase verhindern bzw. einschränken sollen. Es gibt eine Vielzahl derartiger Lacke und Beschichtungen mit diversem chemischen Aufbau, die als bekannt vorausgesetzt werden und deren Vor- und Nachteile hier nicht diskutiert werden müssen. Üblicherweise ist als sinnvoller Schichtauftrag bei Lacken und Beschichtungen eine Trockenschicht von ca. 50–100 μm anzusetzen. Das Prinzip der Beschichtung ist das Bilden von Film-Barrieren, die ein Durchdringen von Wasser bremsen bzw. unterbinden. Der Stand der Technik zum Thema Beschichtungsstoffe beinhaltet prinzipiell den Schichtauftrag auf eine Materialoberfläche, wobei deren Eindringen in das zu beschichtende Material und Objekt möglich, aber nicht primäre Aufgabe ist. Selbstverständlich kann der Beschichtungsprozess so gesteuert werden, dass das flüssige Auftragsmaterial in die Kapillare eindringt. Schlussendlich wird es jedoch darin verfilmen, eine Eigenschaft die allen Beschichtungsmaterialien eigen ist. Auf diese Weise gelingt es auch "wasserdichte Materialien" zu erhalten, doch kann ein so beschichtetes Material "nie mehr atmen" und erzeugt bautechnisch erhebliche Probleme. Eine andere Eigenschaft der Finalbeschichtung ist, dass diese eher hydrophob eingestellt werden muss.
Diese unerwünschte Materialeigenschaft besitzen Hydrophobierungsmittel nicht. Sie werden in weitaus geringeren Schichtstärken angewandt. Funktionell bewegen sich die Schichtstärken hier bei 2–20 μ. Das Prinzip der Hydrophobierung verhindert ein Durchdringen von Wasser aufgrund der sich ausbildenden Grenzflächenspannung zum Substrat, indem Wasser abperlt. Ein Hydrophobierungsmittel kann nur als finale Beschichtung angesehen werden, da meist nicht nur Wasser von derartigen Beschichtungen abgewiesen wird, sondern auch alle weiteren aufgetragenen Materialien, die unter Umständen gewünscht sind, von derartigen Untergründen abgewiesen werden oder Haftprobleme zeigen. Es ist eine Vielzahl von Produkten zur Hydrophobierung seit langem bekannt. Als solche werden technisch meist organophile, paraffinische Kohlenwasserstoffe in gelöster bzw. wachsartiger Form angewandt, weiter langkettige Fettverbindungen wie Fettester, Fettsäuresalze (Stearate, Dekanate, Oktate von Ca, Al, Ti), weiter Silizium- und Fluorverbindungen wie Fluoralkylpolysiloxanverbindungen, Silikonate, Silikonharze, Silane und oligomere Silikone.
Es werden für die Gebiete Bau, Textil, Holz Produkte und Verfahren aufgezeigt, die Werkstoffe hydrophobieren bzw. wasserdichte, aber dampfdurchlässige Beschichtungsmittel ermöglichen. Sie stellen den Stand der Technik dar und arbeiten sowohl nach dem Prinzip einer Beschichtung, als auch gleichzeitig nach dem physikalischen Prinzip der Hydrophobierung oder sind eine Kombination aus beiden. Auszugsweise seien genannt: Die DE 42 40 108 beschreibt polysiloxanhaltige Bindemittel, die in schmutzabweisenden Überzugsmitteln zur Herstellung von Antigraffiti – Schutz – Überzugslacken Verwendung finden. Die EP 695772 und die EP 0739923 beschreibt ein Verfahren zum Überziehen und Schutz von Steinoberflächen durch Perfluorpolyetherpolymere, ebenfalls als Antigraffitibeschichtung. Die DE 197 19 713 beansprucht ein Verfahren zur gleichzeitigen Stabilisierung und Hydrophobierung von Holz mit Zucker und/oder Salzlösungen in Gegenwart von Sauerstoffdonatoren. In der DE 195 17 346 werden siliciumorganische Verbindungen als Hydrophobiermittel für mineralischen Baustoffe genannt. Nach der DE 198 24 88 eignet sich eine wässrige Zubereitung zur Behandlung mineralischer Baustoffe, sie beinhaltet Carbosilane und/oder Siloxane und weiterhin ein Organo(poly)siloxan. Die DE 199 21 876 beschreibt Kombinationen hydrophober Harze, Harzvorprodukte und Wachse, die zusammen mit Pigmenten, Füllstoffen und Additiven einen sogenannten Lotosblumen-Abperleffekt besitzen. Auch die DE 199 39 152 beschreibt hydrophobierende, antihaftende anorganische Beschichtungen auf Basis von cyclischen Carbosiloxane, anorganischer Polykondensate und lineare Oligosiloxane.
Die DE 695 13 580 zeigt wie die DE 696 09 240 ein Verfahren zum Überziehen und Schutz von Steinoberflächen durch Verwendung von Perfluorpolyethern. Die DE 697 02 980 benutzt Silikonemulsionen zur wasserabweisenden Behandlung von Baumaterialien, die DE 697 02 306 behandelt ein Verfahren zum Hydrophobieren von Beton, Mörtel, Zementformkörpern mit einem Silikonharz. Die DE 196 34 421 beschreibt ein Verfahren zur Hydrophobierung mit Hilfe von PIT-Emulsionen, die als Hydrophobiermittel höherkettige Kohlenwasserstoffe und Cetylpalmitat verwendet. Die DE 195 06 398 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Gipswerkstoffen mit hydrophober Ausrüstung mit Hilfe von Dispersionspulvern auf Basis von Vinylacetat-Mischpolymerisaten und thixotropen Additiven. Die DE 198 24 188 verwendet Organopolysiloxan, organische Polymere und anorg. Nanopartikel.
Überraschenderweise konnten nun ein Verfahren gefunden werden, das nach einem völlig anderen Prinzip arbeitet. Im Gegensatz zu Beschichtungen werden die Bestandteile in Wasser gelöst und in sehr niedriger Konzentration angewandt, sodass bewusst ein Eindringen in den porösen Körper erfolgen kann und soll. Gleichzeitig arbeiten sie nicht wie die oben genannten Hydrophobierungsmittel indem sie eine hohe Grenzflächenspannung zu Wasser bilden, sondern genau gegenteilig besitzen sie eine gute Benetzung zu Wasser. Sie sind auch nicht wie Beschichtungen und Hydrophobiermittel als finales Endprodukt grundsätzlich wasserunlöslich, sondern können sowohl wasserlöslich, bedingt wasserlöslich oder aber nicht wasserlöslich sein. Sie bleiben aber in jedem Fall durchlässig für Wasser in gasförmigen Zustand. Sie bleiben auch bedingt wasserquellbar. Diese Eigenschaft bewirkt, dass derartige Imprägnierungen mit der vorhandenen Feuchtigkeit bei direktem Wasserangriff oder auch dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft ständig korrespondieren Ist die Feuchtigkeit hoch, bzw. erfolgt der direkte Angriff von Wasser vergrößern sie ihr Volumen ungemein, unterbleibt der Wasserangriff trocknet das Hydrokolloidgerüst ab und reduziert damit das eingenommene Volumen. Der normale Gasaustausch kann erfolgen.
Prinzipiell erscheinen alle rheologischen Hilfsmittel, die Wasser verdicken können als geeignet. Dazu gehören anorganische und organische Produkte. Als anorganische Materialien sind als Verdicker bekannt: Montmorillonite, Bentonite und pyrogene Kieselsäuren und Modifikationen dieser. Als organische Verdicker werden verwendet Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrolidon, Polyacrylate, Polyacrylamid, Polyurethane. Bevorzugt geeignet sind jedoch Hydrokolloide wie Polysaccharide und Polypeptide. Besonders bevorzugt sind Produkte wie Celluloseether, Gallactomannane, (Guar/Tara- und Johannesbrotkernmehl), Alginate, Traganth, Gummi arabicum, Carrageene, Pektin, Chitin, Scleroglutan, Xanthan, Stärkeether u.a. Sie können natürlichen Ursprung besitzen oder aber in ihrer Kettenlänge variiert und/oder in der Seitenkette synthetisch modifiziert sein, wobei als Beispiele hierfür zu nennen sind: Methyl-, Methylhydroxyethyl-, Methylhydroxypropyl-, Hydroxyethyl-, Carboxymethyl – Cellulosen, amidiertes Pektin, Hydroxypropylierter Guar, Propylenglykolalginat.
Die Verwendung von Hydrokolloiden auf Basis der Polysaccharide, insbesondere Celluloseabkömmlinge wie Methylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose und Xanthan, Guar u.a. mit ihren Derivaten im Bereich der Baustoff-, Farben- und Lackindustrie ist seit langem bekannt. Die in vielen Patenten beschriebene Anwendung bezieht sich jedoch immer auf die Nutzung des rheologischen Verdickungseffektes. Dieser ist für die Verarbeitung der diversen Baustoffe, Putze, Dispersionsfarben für den Hausinnen – und Außenbereich wesentlich. Die Verwendung der Hydrokolloide als Mittel zum Schutz von porösen und kapillaraktiven Materialoberflächen gegen eindringendes Wasser und Feuchtigkeit ist neu. Gleiches gilt für die Nutzung des Effektes für "energiesparende Baustoffe" durch Reduzierung des W-Wertes, sowie einer generellen Vor- oder Nachbehandlung porösen Formkörper.
Bevorzugt und besonders geeignet sind Hydrokolloide die – in situ – neben eigenen auf polymeren Ketten und assoziativen Verknüpfungen beruhenden Netzwerken, gleichzeitig zusätzliche sekundäre/tertiäre Netzwerke ausbilden können. Diese Eigenschaft ermöglich einen "reaktiven Imprägniervorgang" am zu imprägnierenden Objekt vor Ort.
Die Ausbildung von gelverstärkenden Zusatznetzwerken ist durch verschiedene Mechanismen und Synergien möglich. Dabei können Polysaccharide Sekundär- und Tertiärstrukturen bilden, die dreidimensional vernetzte Gelstrukturen bilden können. [Rees, A., David: Welsh, E.,J.; Angew.Chem.89, 228–239 (1977)] Eine beispielhafte Zusammenfassung liefert die nachfolgende Übersicht, wobei unter den namentlich genannten Hydrokolloid auch immer seine Abkömmlinge und Modifikationen zu verstehen sind:.

a)Ausbildung synergistischer Gele durch Kombination verschiedener Hydrokolloide. Als Beispiel seien hier genannt Gummi arabicum und Gelatine, Xanthan und Johannesbrotkernmehl, Johannesbrotkernmehl und Agar, Johannesbrotkernmehl und Alginate, Johannesbrotkernmehl und Carrageen, Carboxymethylcellulosen und Proteine
b) Ausbildung von spontan erzeugbaren Sekundär/Tertiär-Gelen durch Versalzung mit +1,+2, +3 wertigen Kationen. Beispiele sind mit +1 wertige Kationen z.B. K⁺ und Furcellan, quat. Ammoniumverbindungen und Carboxymethylcellulose +2 wertige Kationen z.B. Ca⁺² und Karaya, Ca⁺² und Pektin, Ca⁺² und Alginsäure, Fe⁺² und Alginsäure, Ca⁺² und Carrageen, Ca⁺² und Amid – Pektin, Sr⁺² und Guar +3 wertige Kationen z.B. Fe⁺³ und Carboxymethylcellulose
c) Ausbildung von spontan erzeugbaren Sekundär/Tertiär-Gelen durch Versalzung mit Anionen. Geeignete Anionen sind z.B. BO₃ ^-3 und Guar, BO₃ ^-3 und hydroxypropylierter Guar,

Die Imprägnierung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Grundsätzlich gemeinsam ist diesem Verfahren jedoch, um in situ zu reagieren, dass man das Agens, welches die verstärkenden Netzwerkstrukturen bewirkt, immer getrennt anwendet. Dabei ist es. möglich mit dem reaktiven Agens die Kapillare zu besetzen oder aber im nachhinein von außen die Oberflächen in eine höhere Vernetzung zu bringen. Weiterhin ist es denkbar den porösen Körper mit der Hydrokolloidlösung unreaktiv zu behandeln um ein tiefes Eindringen zu ermöglichen und erst im Nachhinein die Oberfläche mit dem reaktiven Agens zur Gelbildungsreaktion zu bringen. Selbstverständlich ist auch die beidseitige Imprägnierung möglich. Die höhere Vernetzung kann bis zur Unlöslichkeit des Hydrokolloids führen.
Die Imprägnierung kann weiterhin die natürlich vorgegebene Oberflächeneigenschaft des zu imprägnierenden porösen Materials nutzen. So werden aus mineralischen Untergründen beim Auftrag wässriger Lösungen praktisch immer Ca – Ionen gelöst. Diese werden selbstverständlich beim Auftrag z.B. von Alginaten spontan wasserunlösliche Gelgerüste bilden.
Eine weitere Variante ist Anwendung von multifunktionellen Schichten. Nach dieser Methode ist es möglich unterschiedliche Hydrokolloide mit unterschiedlichem chemischen Aufbau auf der Materialoberfläche, bzw. in deren Poren und Kapillaren zu platzieren und die gewünschte Imprägnierung schichtselektiv auszuführen. Als Beispiel nennen wir die Kombination einer wässrigen Lösung aus Alginsäure und Borsäure auf der einen Seite und einer wässrigen Lösung von hydroxypropyliertem Guar und Calciumhydroxid auf der anderen Seite. In beiden Fällen ist das jeweilige Hydrokolloid mit dem für das jeweils andere Hydrokolloid gelbildende Agens versetzt. Eine der beiden Hydrokolloidlösungen wird als Primärschicht aufgebracht und getrocknet. Beim Auftrag der anderen Hydrokolloidlösung tritt an der Kontaktstelle kurzfristig ein Lösevorgang ein, der zum Austausch der reaktiven Agenzien führt. Erkennbar ist dies, dass derartig hergestellte Schichten praktisch undurchdringlich für "flüssiges Wasser" werden. Die Anzahl der aufgetragenen Schichten ist beliebig den jeweiligen Erfordernissen anzupassen.
Eine weitere Variante ist ein Schichtaufbau von Hydrokolloiden deren gelbildendes Agens gleichzeitig hydrophobiert. Als Beispiel sei hier der primäre Auftrag einer Lösung von Na-Carboxymethylcellulose genannt, welche nach dem Trocknen mit einer Lösung eines quaternären hydrophoben Ammoniumsalzes zur Gelbildung gebracht wird. Derartig erzeugte Schichten zeigen schlechte Benetzung mit Wasser, d.h. bei Beregnung perlt das aufgetragene Wasser leicht ab.
Diese bautechnisch ausgezeichnete Eigenschaft macht derart "manipulierte Hydrokolloidgele" zu technisch wertvollen Rohstoffen. Die aufgezeigte Ausbildung der – in sito – Zusatzvergelung in den Poren und Kapillaren aller porösen Körper macht sie hochinteressant für Baustoffe die Kontakt zu Wasser und Feuchtigkeit stehen. Insbesondere gilt dies für alle Baumaterialien, wobei hier insbesondere Baumaterialien wie: Steine, Ziegel, Kalksandsteine, YTONG u.a. aber auch Holzwerkstoffe für den Innen- und Außenbereich angezeigt sind. Voraussetzung für eine sinnvolle Imprägnierung ist die Vorbereitung des zu imprägnierenden Materials Es muss trocken sein. Restwasser bzw. – feuchte bestimmen den Erfolg der Imprägnierung. Mit Wasser besetzte Poren und Kapillaren können das flüssige Imprägniermittel nicht aufnehmen. Die Restfeuchte ist allerdings material- und verwendungsspezifisch.
Als automatische Verfahrensbeispiele zur Einbringung der Imprägnierlösung seien genannt: Tauchen, Druckimprägnieren. Weitere Appliziermethoden sind: Gießen, Fluten, Spritzen, Streichen, Rollen usw. Der Auftrag kann allseitig oder nur auf der beanspruchten Seite sein. Letztere Methode wird bevorzugt bei erforderlichen Sanierungsarbeiten anzuwenden sein.
Beispiel 1 (Kalksandsteinziegel)
Ein trockener Kalksandsteinziegel (1 Woche RT) wird mit diversen 2% igen Hydrokolloidlösungen
Verdicker A = Cecalgum S 500 (Alginsäure/ Fa. SKW Biosystems, Baupte, F)
Verdicker G = Polyprint CT 305 (hydroxipropylierter Guar/Fa.Polygal, Märstetten, CH)
Verdicker C = Walocel CRT 40.000 (Carboximethylcellulose/Fa. Wolff, Walsrode, D)
in einer Stärke von 100 μ beschichtet. Die wässrige Lösung dringt in das Material, das Wasser verdunstet und das Hydrokolloid befindet sich bevorzugt in der Kapillare. Nach dem Trocknungsvorgang ist ein imprägnierter Ziegel vom Ausgangsziegel nicht zu unterscheiden. Wird der Kalksandstein später mit Feuchtigkeit bzw. Wasser konfrontiert lösen sich die in der Kapillare befindlichen Hydrokolloide spontan an und Verdicken das eindringende Wasser. Damit schließt sich die Pore zuverlässig, ein weiteres Eindringen von Wasser ist nicht. mehr möglich. Der Kern des Kalksandsteins bleibt für immer trocken.
Siehe 1 der Zeichnung
Nach Ende der Belastung trocknet, das oberflächlich eingedrungene Wasser ab. Bei normaler Witterung erfolgt dieses relativ rasch. Da beim Löse- bzw. Quellvorgang das Hydrokolloid nicht ausgewaschen werden, kann trocknet dieses wieder. Der durch Quellung verursachte Verschluss entfällt und die Pore ist zur "Gasatmung" wieder frei.
Beispiel 2 YTONG
Auf trockenem YTONG wird eine 2 %ige Alginsäurelösung (Cecalgum S 500, Fa. SKW, Baupte, F) mit dem Pinsel 2-fach mit Zwischentrocknung aufgetragen. (Auf Grund der porösen Struktur konnte dieser nicht definiert mit dem Filmaufziehgerät beschichtet werden, ein auf Glas mitgeführter Vergleichsversuch ergibt eine Schichtstärke von 3–4 μ) Nach 24 Stunden Trocknung wurde die Schicht mit einer geschlämmten Ca-hydroxidlösung nachbehandelt. Nach weiteren 24 Std. wurden die Wasseraufnahmeprüfungen vollzogen. Es wurden immer 1 g Wasser aufgebracht und dann erneut Wasser zugesetzt, wenn die Wassermenge vom Stein aufgesaugt war. Der Einwirkzeitraum des Wassers war 5 Minuten. Tabelle 1
Der 5 cm dicke geblähte YTONG- Kalksandstein zeigt nach ca. 3-4 Minuten eine totale Durchwässerung. Eine Beurteilung der Steine zeigt, dass 15 Minuten nach Versuchsende der imprägnierte Stein bereits trocken war. Im 0-Versuch breitet sich dann das eindringende Wasser weiter aus und bedeckt letztlich eine Fläche von ca. 350 cm² am oberen Teil des Ziegels und ca. 75 cm² nach dem Durchtritt unten. Selbst nach 24 Std. Trocknung bei Raumtemperatur ist noch eine Restfeuchte von 50% im Stein.
Beispiel 3 YTONG
Auf trockenem YTONG wird eine 2% ige Lösung hydroxypropylierter Guar (Polyprint CT 305, Fa.Polygal AG, CH) mit dem Pinsel aufgebracht. Das Material wird gut aufgesaugt. Nach 24 Std. Trocknung bei Raumtemperatur erfolgt die Prüfung der Wasseraufnahme.
In einem identischen Versuch wird nach 2 Stunden Trocknung die Oberfläche des mit der 2% igen Guarlösung beschichteten Material mit einer 3% igen Borsäurelösung besprüht und der imprägnierte Stein weitere 22 Stunden wie oben getrocknet und danach auf Wasseraufnahme geprüft. Die Prüfung erfolgte gegen einen unbehandelten Ytong-Stein. Die Einwirkzeit des Wassers bzw. der Aufsaugvorgang war 15 Minuten. Es wurde immer dann neues Wasser zugetropft, wenn der Aufsaugvorgang beendet war. Tabelle 2
Beispiel 4 YTONG
Auf trockenem YTONG werden 100 μ einer 2% igen Lösung A aufgetragen. Anschließend wird die Platte nach dem Trocknen mit 100 μ der Lösung B beschichtet. Nach 24 Std. Trockenlagerung ist die aufgetragene Imprägnierung belastungsfähig. Lösung A
In die vorgelegte Wassermenge (2) wird unter Rühren hydroxypropylierter Guar (3) gelöst. Nach dem Lösen wird die Position (3) zugefügt und homogen verteilt. Lösung B
In die vorgelegte Wassermenge (2) wird unter Rühren Alginsäure (3) gelöst. Nach dem Lösen wird die Position (3) zugefügt und homogen verteilt.
Die Prüfung erfolgte gegen einen unbehandelten Ytong-Stein. Die Einwirkzeit des Wassers bzw. der Aufsaugvorgang war 15 Minuten. Es wurde immer dann neues Wasser zugetropft, wenn der Aufsaugvorgang beendet war.
Tabelle 3
Es ist zu vermuten, dass überhaupt kein Wasser aufgenommen wurde. Die ausgewogene Menge von 0,1g Wasser scheint aufgrund der Benetzung oberflächlich adsorbiertes Wasser zu sein (siehe Versuch 5).
Beispiel 5 (Vergleichsversuch auf Glas)
Die Lösung A nach Versuch 4 wurde in einer Schicht von 1 00 μ Nassfilm mit dem Filmziehlineal aufgebracht und getrocknet. (Diese Lösung war mit 1 % einer 1 %igen Phtalocyaninblau – Farbstofflösung versetzt um am trockenen Film Auflösvorgänge besser sichtbar zu machen.) Nach dem Trocknen erfolgte der Auftrag der Lösung B ebenfalls in einer Schichtstärke von 1 00 μ Nassfilm.
Es wurden die in der folgenden Tabelle zum Vergleich mitgeführten Proben ebenfalls als 2% ige Lösungen aufgetragen und getrocknet. Tabelle 4
Im Versuch 4d, 4g und 4h wurde die Lösung B mit 1 % einer Phtalocyaninblau – Farbstofflösung versetzt um am trockenen Film Auflösvorgänge besser sichtbar zu machen. Das Ergebnis zeigt, dass durch die im jeweils anderen Hydrokolloid vorhandenen, zusätzliche Netzwerke bildenden Kationen oder Anionen unlösliche Strukturen erzielbar sind.
Beispiel 6 Kalksandstein
Zwei trockene Kalksandsteinziegel (1 Woche RT) werden mit einer 2% igen wässrigen Carboxymethylcelluloselösung (Walocel CRT 40.000, Fa. Wolff) mit ca.100 μ Lösung beschichtet. Mehrheitlich wird die Flüssigkeit in die Poren gesaugt. Ein Ziegel wird nach 2 Stunden Trocknung bei Raumtemperatur mit einer 3% igen Trimethyl(octadecyl)ammonium-chloridlösung (Dodigen 5594, Fa. Hoechst, D) besprüht. Beide Ziegel werden danach 24 Stunden bei Raumtemperatur gelagert. Danach erfolgt die Prüfung der Wasseraufnahme über einen Zeitraum von 15 Minuten. Es zeigt sich das folgende Bild, wobei der mit hydrophoben quaternären Ammonverbindungen behandelte Ziegel gleichzeitig neben der imprägnierenden Wirkung hydrophobierend ist: Tabelle 5
Beispiel 7 Holz (Eiche)
Ein Eichenholzparkett wird unbehandelt bzw. imprägniert mit Wasser benetzt und nach einer Einwirkzeit von 5 Minuten die aufgenommene Wassermenge gemessen bzw. der Durchmesser der vollgesogenen Fläche bestimmt. Die Imprägnierung erfolgte durch Auftragen einer 2,5 %igen Borsäurelösung, deren Eindringen in das Holz und einer anschließenden Trocknung von 15 Minuten. Danach erfolgte der Auftrag einer 2%igen Lösung von hydroxypropyliertem Guar in einer Schichtstärke von 100 μ bzw. 200 μ Tabelle 6
Beispiel 8 Holz (Eiche
Die nach Beispiel 7 beschriebene Prozedur wird doppelt ausgeführt. Am Ergebnis ändert sich grundsätzlich nichts. Es ist jedoch die Beobachtung zu machen, dass alle Imprägnierungen, die als oberste Beschichtung Guarauftrag besitzen wasserlöslich bleiben. Wird diese Zone jedoch noch einmal mit Borsäurelösung gespült, tritt innerhalb kurzer Zeit Vernetzung ein und die Oberfläche verliert die Wasserempfindlichkeit. Die Benetzung durch Wasser ist jedoch grundsätzlich möglich und bleibt erhalten. Der Wirkungsgrad steigt tendenziell in Richtung 100% an.
Beispiel 9 Holz (Eiche)
Die nach Beispiel 7 beschriebene Probe des doppelt imprägnierten Eichenparketts wurde mit 0,5 ml Olivenöl punktuell benetzt. Nach 15 Minuten Einwirkzeit dringt das Öl bei unbehandeltem Holz durch die Holzoberfläche in das Material ein. Der dunkel gefärbte Ölfleck besitzt nach 15 Minuten eine Flächenausdehnung von 18 cm². Die mit dem System Guar/Borsäure behandelte Probe zeigt nach 15 Minuten kein Eindringen. Das aufgetragene Öl lässt sich ansatzfrei entfernen.
Beispiel 10 Holz (Eiche)
Ein ähnlicher Versuch erfolgte durch Auftrag eines Trocknenden Öles (Leinölfirnis). Auch hier zeigt ein Flächenvergleich, dass das trocknende Öl in die Holzoberfläche eindringt und prinzipiell solange weiter diffundiert, bis durch die Trocknung das Öl verfestigt wird.
Wird das trocknende Öl auf die Oberfläche des mit Guar/Borsäure imprägnierte Holz aufgebracht, tritt ebenfalls Benetzung ein, allerdings ohne ein Eindringen in tiefe Holzschichten. Die Haftung ist jedoch nach wie vor ausgezeichnet. Für den Lackaufbau bedeutet dies, das die üblicherweise einsaugende Grundierung entfällt, bzw. geringere Auftragsmengen an finaler Beschichtung erforderlich sind.
Beispiel 11 Holz (Balsa)
Blau eingefärbtes Wasser wird auf eine unbehandelte Balsaholzoberfläche getropft. Nach dem jeweiligen Aufsaugen im Holz wird immer genau die Fläche neu benetzt, von der die Tinte aufgenommen wurde. Nach 5 Minuten bildet sich eine blau gefärbte ellipsenförmige Holzfläche von ca. 100 cm², wobei aufgrund der Struktur der Faserrichtung deren Längenausdehnung zur Breitenausdehnung wie 3 : 1 ist. Ein mit Borsäure/Guar 2fach beschichtetes Vergleichsholz zeigt nach 1 Minute eine benetzte Fläche von 2,3 cm³, nach 3 Minuten eine Fläche von 4,3 cm³, nach 5 Minuten eine Fläche von 7,8 cm³. Die Wasseraufnahme beträgt ca. 0,05 g. Dies entspräche einem Wirkungsgrad von 80 %, wobei die ausgewogene Wassermenge noch adsorbierte Feuchtigkeit darstellt. Die Farbtiefe der Tinte zeigt deutlich, dass effektiv geringere Tintenmengen eingedrungen sind.
Beispiel 12 Kunststoffe (PUR-Schaum offenporig)
Ein flexibler PUR-Schaum (10 cm × 5 cm × 5cm) mit einem Trockengewicht von 10 g wird mit einer 4% igen wässrigen Lösung von Methylcellulose XM 20.000, Fa. Wolff, D) beschichtet. Im Versuch wurde der Schaum dabei ca. 0,5 cm stark getränkt. Nach dem Trocknen wurde der Schaum mit Wasser betropft. Dabei saugt der Schaum die erste Wassermenge auf, doch bereits nach ca. 3 Minuten ist ein weiteres Eindringen von Wasser nicht mehr möglich. Durch das Lösen der Celluloseether im Innern des Schaums, welches mit einem Volumenanstieg verbunden ist, schließen sich die vorhandenen Poren und ein weiteres Eindringen des Wassers ist nicht mehr möglich. Es erfolgte ein Vergleich mit einem analogen, unbehandelten PUR-Schaum, mit dem in Tabelle 7 gefundenen Werten, die das Prinzip der Wirkung aufzeigen:

Claims

Verfahren zur atmungsaktiven Formulierung von offenporigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass a) natürliche oder synthetische Hydrokolloide, die wasserquellbar und/oder wasserlöslich sind zusammen mit b) Hydrokolloiden, die in der Lage sind primäre, sek. und tert. dreidimensionale Gel-Netzwerkstrukturen zu bilden auf das offenporige Substrat aufgetragen werden.
Verfahren nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den wasserlöslichen Hydrokolloiden um Polyvinylalkohol, Polyacrylate und Polyacrylamid handelt.
Verfahren nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den wasserlöslichen Hydrokolloiden um die Exudate, Gummi arabicum, Traganth, Karaya oder Ghatti, oder um die Samenmehle Guar, Johannesbrotkernmehl, Tarakernmehl, Tamarinden, oder um die Gerüstsubstanzen von Lärchen, Pektin, Agar, Alginsäure, Carrageen, Furcellan oder um die biosynthetische Polysaccharide Xanthan, Dextran, Curdlan, Sclerogucan, Gellan oder um die modifizierten Polysaccharide Propylenglykolalginat, Amid-Pektin, hydroxypropylierter Guar oder um die Cellulosederivate Methylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Methylhydroxypropylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Carboxymethylcellulose oder um Derivate oder Modifikationen und/oder Mischungen der genannten Verbindungsklassen handelt.
Verfahren nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Gel-Netzwerk bildende Polysaccharid Guar oder ein Guarderivat ist und das strukturbildende Anion ein Boration ist.
Verfahren nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Gel-Netzwerk bildende Polysaccharid Polyalginsäure, Pektin, Amid-Pektin, Carrageen, oder Carboxycellulose ist und das Gel-bildende Kation Ca²⁺, Fe²⁺ oder Fe³⁺ ist.
Verfahren zur Hydrophobierung nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die wasserunlöslichen Hydrokolloide aus Gemischen kationen- und anionenaktiver Polysaccharide mehrschichtig in situ erzeugt werden, wobei das Gelbildungs-Agens jeweils der anderen Komponente zugesetzt wird.