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Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung einer einkomponentigen, wasserfreien Beschichtungsmasse zur Bauwerksabdichtung auf Basis von MS-Polymeren bestehend aus einer Mischung von methoxy-alkyl-silanterminierten Polyoxypropylenen unterschiedlicher Viskosität, Kreidepulver, Trockenmittel, Härtungskatalysatoren, Haftvermittlern und 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 Verwendung für 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 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 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 Mischung von methoxy-alkyl-silanterminierten Polyoxypropylenen mit Viskositäten von 5 bis 10 Pa·s bzw. 10 bis 15 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 Beschichtungsmasse zwischen dünnflüssig bis zähflüssig optimal einstellen.
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Zusätzlich ist die Lichtbeständigkeit der 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 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 verwendete 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 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 Vinyltrimethoxysilan. 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 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 enthält die Beschichtungsmasse übliche Hilfsstoffe wie insbesondere Farbpigmente, Weichmacher, Fotostabilisatoren und Füllstoffe von zusammen gerechnet 0 bis 20 Massen-%. 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 Beschichtungsmasse erfolgt in absatzweise betriebenen Vakuummischern. Die flüssigen silanterminierten Polymerkomponenten (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 wird mit Pinsel, Rolle, Rakel oder gewerblichen Spritzgeräten aufgetragen. 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 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 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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Referenzbeispiel 2:
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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 | Referenzbeispiel 1 | Referenzbeispiel 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) | + | + |