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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine einkomponentige, wasserfreie
Beschichtungsmasse zur Bauwerksabdichtung auf Basis von MS-Polymeren
bestehend aus einer Mischung von methoxy-alkyl-silanterminierten
Polyoxypropylenen unterschiedlicher Viskosität, Kreidepulver, Trockenmittel,
Härtungskatalysatoren,
Haftvermittlern und gegebenenfalls weiteren Additiven. Die erhaltene
luftfeuchtigkeitshärtende
Beschichtungsmasse zeichnet sich aus durch Standfestigkeit, hohe
Elastizität,
Witterungsunempfindlichkeit, geringen Schrumpf und gute Überlackierbarkeit;
es können
sowohl vertikale als auch horizontale Flächen sowie Übergänge zwischen verschiedenen
Dachteilen abgedichtet werden.
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In
der Bautechnik ist es erforderlich, Bauwerke beziehungsweise Bauteile
aus mineralischen oder organischen Baustoffen gegen das Eindringen
von Wasser abzudichten; besonders wichtig ist in diesem Zusammenhang
die Abdichtung von Fugen oder von Rissen. Um diesen Erfordernissen
zu genügen,
werden seit vielen Jahren dauerplastische oder viskoelastische Beschichtungen
auf Flachdächern
bei der Errichtung oder bei erforderlichen Reparaturarbeiten aufgebracht.
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Nach
dem Stand der Technik kann man unterschiedliche Abdichtungsstoffe
einsetzen:
Seit Beginn des vergangenen Jahrhunderts werden
Bitumenbahnen verwendet. Diese Technik wird heute jedoch nur noch
selten eingesetzt, weil die Abdichtung an Ecken, Kanten und Durchlässen nicht
einfach ist und sich trotz umsichtigen Arbeitens an diesen Stellen
leicht Undichtigkeiten ergeben.
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Beim
Arbeiten mit heißflüssigem Bitumen
oder Kunststoffmischungen lassen sich diese Probleme zwar vermeiden,
die mit den Beschichtungsarbeiten betrauten Handwerker werden aber
erheblichen toxischen Emissionen ausgesetzt. Ähnliche Schwierigkeiten verursachen
lösemittelhaltige
Bitumen- bzw. Kunstharzgemische, weshalb lösemittelhaltige Dichtstoffe
kaum mehr angewandt werden. Beschichtungsmassen auf Polyurethanbasis,
ein oder zweikomponentig, können
zwar ohne organische Lösemittel
formuliert werden, sie enthalten aber stark toxische Isocyanatverbindungen,
was die Anwendung sehr erschwert.
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Günstiger
liegen die Verhältnisse
beim Aufstreichen oder -spritzen von wässrigen Polymerdispersionen
oder -emulsionen. Diese Abdichtungsmaterialien trocknen jedoch nur
bei Umgebungstemperaturen größer 15°C ausreichend
rasch ab. Bei Trockentemperaturen über 20°C wird andererseits leicht Wasser
eingeschlossen, was zur Blasenbildung und Leckstellen führen kann.
Zudem ist die Standfähigkeit
der wässrigen Beschichtungsmassen
schlecht, weshalb man mehrere Beschichtungen übereinander auftragen muss,
um ausreichende Schichtdicken und damit ausreichenden Schutz gegen
eindringende Feuchtigkeit zu erzielen.
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Einkomponentige
Beschichtungsmassen auf Silikonbasis härten unter dem Einfluss von
Luftfeuchtigkeit aus. Am bekanntesten sind die Acetatsysteme, welche
beim Aushärten
Essigsäure
emittieren. Von Nachteil bei diesen Systemen ist die ungenügende Haftung
auf vielen Baumaterialien sowie die mangelnde Überlackierbarkeit. Außerdem genügt die Bewitterungsstabilität bei Außenanwendungen
den Anforderungen, wie sie in Mitteleuropa zu fordern sind, gewöhnlich nicht.
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Vor
diesem Hintergrund wurden schon vor ca. 25 Jahren Hybridpolymere
aus üblichen
Gerüstpolymeren,
wie zum Beispiel Polypropylenoxid, und Silanen entwickelt. Die Silangruppen
tragen dabei überwiegend Methoxygruppen,
aus denen beim Härtungsvorgang
durch Luftfeuchtigkeit Methanol freigesetzt wird. Die entstandenen
Silanolgruppen reagierend dann unter Vernetzung weiter.
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Diese
Hybridpolymere, genau betrachtet Prepolymere, werden von der Industrie
unter der Bezeichnung MS-Polymere (modifizierte Silan-Polymere)
vermarktet. G. Habenicht gibt im Buch „Kleben, Springer Verlag,
3. Auflage, Berlin, 1997” einen Überblick
zu dieser Technologie.
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In
diesem Zusammenhang sollen jedoch zusätzlich mehrere Patentschriften
zum Stand der Technik angeführt
werden:
Die
DE
10 2004 008 668 A1 offenbart einen Zubereitung eines Hybridkleb-
und Hybriddichtstoffes aus mindestens einem Aminoalkoxysilan und/oder
mindestens einem Aminoalkoxysiloxan und mindestens einer Zinnverbindung.
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Die
EP 0 461 737 A2 beschreibt
eine Ein-Komponenten-Form- und Dichtungsmasse auf Basis von Propolymeren
mit Silylendgruppen und einer metallorganischen Zinnverbindung und
anorg. Füllstoffe,
welche zudem PVC und einem thixotropierend wirkenden Fettsäureamid.
Die PVC/Fettsäureamid-Kombination
bewirkt dabei eine Verringerung der Oberflächenklebrigkeit der Dichtmasse,
wodurch Verschmutzungen leichter zu entfernen sind.
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Die
US 2003/0083399 A1 offenbart
einen Zahnfüllstoff
mit alkoxysilyl-funktionalisierten
Polyethern mit linearem oder verzweigten Aufbau und Alkoxysilylgruppen.
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In
der
EP 0 824 574 wird
die Verwendung eines zweikomponentigen Dichtstoffs auf Basis silanterminierter
Polyether-Prepolymerisate vorgeschlagen, wobei die zweite Komponente
als Vernetzer für
die Prepolymerisate dient. Das System konnte sich jedoch wegen des
hohen Aufwands nicht durchsetzen.
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Die
EP 0 442 380 offenbart einen
Kontaktkleber, der aus silanterminierten Polyoxyalkylenen besteht und
ein Verfahren zur Verklebung von Fügeteilen. Eine Eignung als
Beschichtungsmasse zur Bauwerksabdichtung ergibt sich aus dieser
Anmeldung jedoch nicht.
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Aus
der
EP 0 342 411 ist
bekannt, spezielle Stabilisatoren, wie zum Beispiel monomere Isocyanate, den
MS-Polymerisaten zuzusetzen, um die Standfestigkeit der Abdichtmassen
auf ein praktisch brauchbares Niveau anzuheben. Wegen der hohen
Toxizität
dieser Verbindungen wurde der Vorschlag jedoch in der Technik nicht
weiterverfolgt.
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Die
Anwendung der reinen MS-Polymere als Beschichtungsmassen zur Bauwerksabdichtung
konnte sich trotz grundsätzlich
vorteilhafter Eigenschaften bislang jedoch nicht durchsetzen. Gründe dafür lagen
zusammenfassend betrachtet an der schwierigen Applikation, da sich
mit reinen MS-Polymerisaten nur sehr geringe Schichtdicken aufbauen
lassen. Größere Schichtdicken,
wie zum Beispiel für
Flächenabdichtungen
oder Fugen- beziehungsweise Rissabdichtung erforderlich, erbrachten
unbefriedigende Ergebnisse, weil die MS-Polymerisate zu langsam
aushärteten
beziehungsweise die Standfestigkeit auf vertikalen beziehungsweise
schrägen
Flächen
nicht ausreichte, um gleichmäßig dichte
Beschichtungen zu erhalten.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Formulierung für eine einkomponentige,
lösemittel-
und wasserfreie, dauerelastische Beschichtungsmasse zur Bauwerksabdichtung
auf Basis MS-Polymeren bereitzustellen, die zwar selbstverlaufend
eingestellt werden kann, aber gleichzeitig auch ausreichende Standfestigkeit
zeigt, um mit ihr auch schräge
beziehungsweise senkrechte Flächen
abdichten zu können.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale
gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungsmasse
zur Bauwerksabdichtung haftet auf allen im Bau üblichen Werkstoffen, wie zum
Beispiel Beton, Holz, Kunststoffen und Metallen, sehr gut, so dass
sich eine Vorbehandlung mit einem Primer erübrigt. Der Schrumpf ist zudem
sehr gering und Blasenbildung tritt nicht auf. Die Überlackierbarkeit
mit lösemittelhaltigen
ist ebenso wie mit wasserhaltigen Lacken im Gegensatz zu reinen
Silikonen sehr gut. Außerdem
kann die beanspruchte Beschichtungsmasse auch auf feuchten Untergründen angewandt
werden. Dauerelastisches Verhalten über einen Zeitraum von mehreren
Jahren ist gegeben. Die genaue Elastizitätsdauer hängt natürlich ab von den vorherrschend
Umgebungsbedingungen, wie Feuchte, pH-Wert, Temperatur und mechanische
Belastung.
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Die
Beschichtungsmasse härtet
durch einen Zyklus von Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen der Silangruppen
aus. Ausgelöst
werden diese Reaktionen durch die Luftfeuchtigkeit. Dabei entsteht
unter Abspaltung geringer Mengen von Methanol aus den Methoxygruppen
ein elastisches und unlösliches
Netzwerk. Steuerbar ist die Reaktionsgeschwindigkeit durch Zusatz
von Härtungskatalysatoren.
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Es
wird eine erfindungsgemäße Mischung
von methoxy-alkyl-silanterminierten Polyoxypropylenen mit Viskositäten von
5 bis 10 Pa·s
bzw. 10 bis 25 Pa·s
(gemessen bei 20°C
und einem Schergefälle
von 10 s–1)
im Massenverhältnis
10:1 bis 1:5 verwendet. Durch diese Kombination der beiden Typen
von MS-Polymeren sowie der übrigen
Bestandteile der Zubereitung lässt
sich das Fließverhalten
der beanspruchten Beschichtungsmasse zwischen dünnflüssig bis zähflüssig optimal einstellen.
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Zusätzlich ist
die Lichtbeständigkeit
der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse
durch Photostabilisatoren verbessert. Besonders gut geeignet sind
dafür die
sogenannten HALS-Verbindungen (sterisch gehinderte Lichtschutzmittel),
wie zum Beispiel das Bis(2.2.6.6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacat
oder Verbindungen aus der Gruppe der Benzotriazole, wie z. B. 2.4-Di-tert-butyl-6-(5-chlorobenzotriazol-2-yl)phenol.
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Die
Verwendung unterschiedlich zähflüssiger silanterminierter
Polyoxypropylene ermöglicht
die Viskosität
der beanspruchten Beschichtungsmasse gezielt einzustellen. Bestimmt
wird die Viskosität
der silanmodifizierten Polyoxypropylen-Prepolymere durch die Molmassen beziehungsweise
die Molmassenverteilung der MS-Polyoxypropylene. Praktisch gesehen
soll die zahlenmittlere Molmasse der eingesetzten silanterminierten Polyoxypropylen-Prepolymerisate,
d. h. vor hydrolytischer Abspaltung der Methoxygruppen, zwischen
ca. 1.000 und ca. 30.000 g/mol variieren. Dabei entspricht eine
Viskosität
von ca. 7 Pa·s
einer zahlenmittleren Molmasse von ca. 10.000 g/mol und eine Viskosität von 15
Pa·s
einer zahlenmittleren Molmasse von ca. 25.000 g/mol.
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Eine
erfindungsgemäß hergestellte
Beschichtungsmasse nach Anspruch 1 unter Verwendung der angegebenen
silanterminierten Polyoxypropylene mit einer Viskosität von 5
bzw. 15 Pa·s
bei einem Massenmischungsverhältnis
von beispielsweise 5 zu 1 ergibt ohne Kreidezusatz ein Produkt mit
einer Viskosität
von 7 Pa·s
(20°C, 10
s–1).
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Nach
Unteranspruch 2 enthält
die einkomponentige, lösemittel-
und wasserfreie Beschichtungsmasse 30 bis 70 Massen-% mit Stearat
hydrophobiertes Kreidepulver. Die verwendeten Kreidematerialien
werden mit üblichen
Stearaten, wie zum Beispiel Calciumstearat oder auch Stearinsäure, hydrophobiert.
Der Stearatgehalt soll 3% nicht überschreiten.
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Der
Kreidezusatz hat allgemein gesehen die Aufgabe die physikalischen
und mechanischen Eigenschaften der beanspruchten Abdichtungsmassen
möglichst
anwendungsorientiert einzustellen. Speziell die Klebefestigkeiten
werden durch den Kreidezusatz günstig
beeinflusst. Gleichzeitig kann die Viskosität auf das gewünschte Niveau
abgesenkt werden.
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Die
Korngröße der eingesetzten
Kreidepulver kann sich innerhalb eines breiten Bandes bewegen, abhängig davon
welche Schichtdicken angestrebt werden. Bevorzugt verwendet werden
im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch Kreidepulver mit Korngrößen kleiner
20 μm und
besonders bevorzugt kleiner 10 μm.
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Da
die Methoxygruppen der silanterminierten Prepolymeren unter Feuchtigkeitseinwirkung
hydrolisieren und vernetzen, ist es erforderlich den beanspruchten
Beschichtungsmassen bei der Herstellung ein Trockenmittel mit der
Funktion eines Wasserfängers
zuzusetzen. Dadurch kann die Lagerfähigkeit der Kleb- und Dichtstoffe
gewährleistet
werden. Für
diese Aufgabe eignet sich besonders Vinyltri methoxysilan. Bedingt durch
die elektronische Struktur dieser Verbindung hydrolisieren die Methoxygruppen
sehr viel rascher als die Methoxygruppen der eingesetzten MS-Polymere.
Erst wenn das Trockenmittel weitgehend aufgebraucht ist, erfolgt
die Vernetzung der MS-Polymeren. Die zugesetzten Mengen an Vinyltrimethoxysilan
orientieren sich am Wassergehalt der Einsatzstoffe; praktisch liegen
sie meist um 1 Massen-%.
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Zur
Verbesserung der Hafteigenschaften der Beschichtungsmasse auf Oberflächen werden
zusätzlich Haftvermittler,
speziell auf Silanbasis, zugesetzt. Als sinnvoll haben sich Zusätze von
0,2 bis 5 Massen-% von Aminopropyltrimethoxysilan oder Aminoethyl-aminopropyl-trimethoxysilan
erwiesen.
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Um
die Aushärtung
der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse
nach Applikation zu beschleunigen, werden bei der Herstellung Silanolkondensationskatalysatoren
(Härtungskatalaysatoren)
zugegeben. Als geeignet haben sich Carboxylate und Chelate des Zinns,
Titans und Aluminiums erwiesen. Besonders geeignet ist Dibutyl-zinn-diacetylacetonat.
Der Massenanteil des Katalysators liegt bei 0,1 bis 5 Massen-%,
bevorzugt 1 bis 2 Massen-%.
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Zusätzlich kann
die beanspruchte Beschichtungsmasse übliche Hilfsstoffe wie insbesondere
Farbpigmente, Weichmacher, Fotostabilisatoren und Füllstoffe
von zusammen gerechnet 0 bis 20 Massen-% enthalten. Geeignete Farbpigmente
sind zum Beispiel Titandioxid, Eisenoxid, Ruß oder organische Farbpigmente.
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Für die Weichmachung
kann man auf bewährte
Verbindungen zurückgreifen.
In erster Linie wären
hier zu nennen die bekannten Phthalsäureester, Cyclohexandicarbonsäureester
oder Polypropylenoxid.
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Andere
mögliche
Zusätze,
die fallweise von Nutzen sein können,
sind feinteilige Füllstoffe,
beschichtet oder unbeschichtet. Als Beispiele seien hier angeführt: Dolomit,
Talkum, Glimmer und Schwerspat.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse
erfolgt in absatzweise betriebenen Vakuummischern. Die flüssigen silanterminierten
Polymerkompo nenten (MS-Polymere) werden abgewogen und im Mischer
vorgelegt; dann werden, falls erwünscht, Weichmacher, Pigmente
und Lichtschutzmittel zugesetzt. Diese Einsatzstoffe werden vorsichtig
gemischt und danach unter starker Scherung die festen Komponenten, hauptsächlich Kreidepulver,
bei gleichzeitig anliegendem schwachem Vakuum (ca. 100 mbar) eingearbeitet.
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Nach
Abkühlung
des Ansatzes auf ca. 50°C
oder darunter wird das Trockenmittel eingearbeitet. Anschließend können die
Härtungskatalysatoren
zugesetzt und eingemischt werden. Da sich nach Belüftung wieder
Gasblasen im Ansatz gebildet haben können, wird noch einmal kurz
entgast.
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Die
so zugängliche
einkomponentige, lösemittel-
und wasserfreie Beschichtungsmasse zur Bauwerksabdichtung findet
Anwendung im industriell-technischen Bereich, im Handwerk und bei
Heimwerkern. Die Beschichtungsmasse kann mit Pinsel, Rolle, Rakel
oder gewerblichen Spritzgeräten
aufgetragen werden. Sie haftet auf allen üblichen technischen Baumaterialien,
wie z. B. Metallen, Dachpappen, Fasergeweben, Kunststoffen, Glas,
Keramik und mineralischen Baustoffen. Bedingt durch die variabel
einstellbaren Viskositäten
ist eine Applikation auf senkrechten und waagrechten Flächen möglich. Im
Regelfall ist zudem eine Grundierung des Untergrunds nicht nötig.
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Die
beanspruchte Beschichtungsmasse eignet sich in besonderer Weise
zur Bauwerksabdichtung sowohl bei der Errichtung von Dachkonstruktionen
als auch für
erforderliche Reparaturarbeiten an Flachdächern. Besonders angeführt sei
das Abdichten von Flachdächern
mit Einbettung von Glasfasergittergeweben in rissgefährdeten
Bereichen; weitere Beispiele sind das Abdichten von Schornsteinanschlüssen, Lichtkuppeln
sowie kritische Rand- und Eckbereiche von Flachdächern. Zusätzlich eignen sich die beschriebenen
Beschichtungsmassen auch zum Schutz von Fundamenten, Balkonen, Terrassen,
Estrichen oder Bodenplatten gegen Durchfeuchtung. Ein anderes großes Anwendungsgebiet
ist die Abdichtung von Fugen aller Art; als Beispiele seien angeführt die
Dehnungs- und Bewegungsfugen auf Flachdächern oder Übergangsfugen auf Bauwerksabdichtungen.
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungsmasse
ist ein einkomponentiges System, sie enthält keine organischen Lösemittel,
kein Bitumen und auch kein Wasser. Die Abtrockenzeit einer 1,5 mm
starken Schicht beträgt
etwa 24 Stunden bei 20°C
und 60% rel. Luftfeuchte. Mehrere Schichten können problemlos übereinander aufgetragen
werden. Der Volumenschrumpf bei Aushärtung ist minimal, die Überstreichbarkeit
mit wässrigen Dispersionslacken
als auch mit lösemittelhaltigen
Lacken ist gegeben. Die Abdichtungen sind anhaltend elastisch und
auch lichtbeständig.
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Beispiele:
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Referenzbeispiel 1:
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10
kg Polyoxypropylen, dimethoxy-methyl-silanterminiert mit einer Viskosität von 1
Pa·s
und 15 kg Polyoxypropylen, dimethoxy-methyl-silanterminiert mit
einer Viskosität
von ca. 10 Pa·s
(alle Werte bei 20°C
und 10 s–1),
15 kg Diisodecylphthalat, 1 kg Titandioxid-Pigment und 0,25 kg Bis(2.2.6.6.-tetramethyl-4-piperidyl)sebacat
werden in einem evakuierbaren Planetenmischer vorgelegt und vorsichtig
bei Normaldruck homogenisiert. Danach werden 50 kg hydrophobiertes
Kreidepulver mit einer Korngröße 90 Massen-% < 10 μm bei 50 mbar
Vakuum zugemischt.
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Dann
lässt man
auf 40°C
abkühlen,
belüftet
und mischt bei Normaldruck 1 kg Vinyltrimethoxysilan zu. Anschließend werden
0,5 kg Aminpropyltriethoxysilan und zum Schluss 0,5 kg Dibutyl-zinn-diacetylacetonat zugesetzt,
glatt gerührt
und noch mal bei 100 mbar entgast.
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Die
Viskosität
der Formulierung beträgt
30 Pa·s.
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Zur
Prüfung
wird die erhaltene Beschichtungsmasse auf Betonprobeplatten (B 25)
1,5 mm dick mit einer Rakel aufgezogen und 5 Tage lang bei 20°C und 60%
rel. Luftfeuchte trocknen gelassen. Die erhaltenen Kennwerte aus
den Prüfungen
sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
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Beispiel 1:
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20
kg Polyoxypropylen, dimethoxy-methyl-silanterminiert mit einer Viskosität von 10
Pa·s
und 4 kg Polyoxypropylen, dimethoxy-methyl-silanterminiert mit einer
Viskosität
von 20 Pa·s
(alle Werte bei 20°C
und 10 s–1),
10 kg Diisodecylphthalat, 1 kg Ruß, 0,5 kg Titandioxid und 0,33
kg Bis(2.2.6.6.-tetramethyl-4-piperidyl)sebacat
werden in einem evakuierbaren Mischer vorgelegt und bei Normaldruck
kurz verrührt.
Dann gibt man 35 kg Kreidepulver, 90 Masse-% < 15 μm,
zu und schert die Mischung homogen.
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Den
Ansatz lässt
man auf unter 50°C
abkühlen,
belüftet
und mischt bei Normaldruck 1,5 kg Vinyltrimethoxysilan zu. Dann
werden 0,6 kg Aminotriethoxysilan und zum Schluss 0,6 kg Dibutyl-zinn-diacetylacetonat zugesetzt,
glatt gerührt
und nochmals bei 50 mbar kurz entgast. Die Viskosität der erhaltenen
Beschichtungsmasse liegt bei 60 Pa·s.
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Zur
Prüfung
wird das Material auf eine Glasfasermatte 1,5 mm dick aufgetragen.
Die in Tabelle 1 angegebenen Kennwerte wurden nach 5 Tagen Trocknungszeit
bei 25°C
und 60% rel. Luftfeuchte erhalten. Tabelle 1:
Kennwert | Beispiel
1 | Beispiel
2 |
Hautbildung
(min)
(20°C,
60% rel. Luftfeuchte) | 15 | 15 |
Haftfestigkeit
(MPa) | 0,7 | 1,1 |
Wärmebeständigkeit
(°C)
(nach
DIN 52123) | 70 | 80 |
Rissüberbrückung (mm) | 7 | 5 |
Wasserbeständigkeit
(20°C) | + | + |
Wasserdampfdiffusionskoef. | 4000 | 3500 |
Härte nach
Shore A | 35 | 45 |
Wasserundurchlässigkeit
(bei
0,4 N/mm2) | + | + |