DE102009048803A1

DE102009048803A1 - Zwischenbeschichtung mit kationischer Polymerdispersion

Info

Publication number: DE102009048803A1
Application number: DE102009048803A
Authority: DE
Inventors: Peter Grochal
Original assignee: Sto SE and Co KGaA
Current assignee: Sto Se & Co Kgaa De
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Beschichtungssystem für einen basischen Untergrund (A) dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungssystem eine Deckbeschichtung (B), und eine Zwischenbeschichtung (C) aufweist, wobei (i) die Deckbeschichtung (B) von einer Zusammensetzung (D) abgeleitet ist, die einen pH-Wert von mindestens 9.0 aufweist und eine Kunstharzdispersion (E) umfasst, und (ii) die Zwischenbeschichtung (C) auf einer kationischen Polymerdispersion (G) basiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungssystem für basische Untergründe sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Beschichtungssystems.
In Fassendenbeschichtungssystemen und Verbundsystemen stehen die verschiedenen Schichten der Systeme oft in einer intensiven Wechselwirkung miteinander. Dabei kann es zu unerwünschten Effekten, wie etwa Problemen beim Auftragen von Deckbeschichtungen auf basischen Untergründen kommen.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 728 822 sind bspw. wasserhaltige dispersionsgebundene Farben bekannt, die durch Zugabe von Glykol besonders schnell trocknen und auch bei tiefen Temperaturen einsetzbar sind. In dickeren Schichten aufgetragen, verhindert der Anteil an Glykol jedoch eine durchgehende Trocknung, da nach einer Oberflächenfilmbildung die weitere Trocknung unterbunden wird. Ein Ablösen bzw. Abscheren des Systems vom Untergrund ist die Folge.
Bekannt ist auch eine Beschichtungsmasse nach der DE 197 11 864 mit einem den Gefrierpunkt erniedrigenden hohen Salzgehalt sowie Vernetzern, welche durch eine Einstellung des pH-Werts auf 9 oder > 9 mit Ammoniak blockiert sind, bis durch Ammoniakverdunstung der Vernetzungsmechanismus in Funktion tritt. Bei diesen Beschichtungsmassen ist das Entstehen von Frostschäden auch bei nächtlicher Unterschreitung des Gefrierpunktes in der Trocknungsphase weitgehend ausgeschlossen.
Damit lassen sich auch die Nachteile von ebenfalls bekannten Systemen gemäß der DE 32 09 854 vermeiden. Bei den in der genannten Schrift beschriebenen Systemen wird zum Erhalt einer ausreichenden Verarbeitungsfähigkeit auch bei kalter Witterung ein aus ökologischer Sicht bedenklich hoher Gehalt an organischen Lösungsmitteln eingesetzt. Ferner sind damit auch die Nachteile dispersionsgebundener Beschichtungen vorbekannter Systeme gemäß der DE 35 36 261 bzw. DE 35 36 262 weitgehend gelöst. Diese Systeme härten durch chemische Reaktionen und erfordern einen hohen Bindemittelgehalt.
Allerdings hat es sich gezeigt, dass der Vernetzungsmechanismus bei den in der EP 0 728 822 und der DE 197 11 664 beschriebenen Beschichtungsmassen nicht immer einwandfrei funktioniert. Probleme treten insbesondere beim Auftragen der Beschichtungsmassen auf alkalischen Untergründen auf, d. h. wenn die Beschichtung auf einem zement- oder kalkhaltigen Untergrund erfolgt. Unter diesen Umständen wird die Trocknungsgeschwindigkeit der Beschichtungsmasse stark verzögert. Daher muss eine Anwendung auf alkalischen Untergründen ausgeschlossen werden. Das Versagen einer schnellen Abbindung ist umso deutlicher, je frischer und noch nicht vollständig abgebunden und abgewittert (d. h. neutralisiert) die Untergrundoberfläche ist, z. B. bei frischem Beton.
Die DE 198 52 874 beschreibt eine Beschichtungsmasse, die sich im wesentlichen dadurch auszeichnet, dass 0,01 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%, Ammoniumsalz einer mono-, bi- oder trivalenten organischen Carbonsäure mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, wie Ameisen-, Essig-, Propion-, Wein-, Oxalsäure oder deren Mischsalze mit mehrwertigen Metallionen, wie z. B. des Zirkoniums, Titans, Zinks, Aluminiums, oder 0,01 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Gew.-%, Ammoniumsalz einer mono-, bi- oder trivalenten anorganischen Säure, wie z. B. Ammoniumchlorid, Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat, beigemischt sind und der pH-Wert der Beschichtungsmasse mit Ammoniumhydroxid auf pH > 9,5, vorzugsweise pH 10,0, eingestellt ist, oder wenn der pH-Wert mit einem wassermischbaren Aminoalkohol, wie z. B. AMP 90 (2-Amino-2-Methyl-1-Propanol) auf pH > 9,5, vorzugsweise auf pH 10,0, eingestellt ist.
Der in der DE 198 52 874 beschriebene Lösungsgedanke beruht darauf, dass der durch die Alkalität des Untergrundes bewirkten Blockade des Vernetzungsmechanismus durch Zugabe der beschriebenen Salze entgegengewirkt werden kann. Zur Vermeidung einer Vorvernetzung im Gebinde wird der Ammoniakanteil derart erhöht, dass sich wieder ein pH-Wert > 9,5 einstellt.
Allerdings hat es sich gezeigt, dass die in der DE 198 52 874 angegebenen Produkte trotz der Erhöhung des pH-Wertes aufgrund des Zusatzes von Säuren und deren Salzen nur eine unzureichende Lagerstabilität aufweisen. Das gilt insbesondere in der wärmeren Jahreszeit. Ferner erreichen sie nicht die gewünschte Verfilmungsgeschwindigkeit auf alkalisch wirkenden Untergründen, die notwendig ist, um für den praktischen Einsatz erforderliche Frühregenfestigkeiten der Beschichtungen sicherzustellen.
Darüber hinaus werden Fleckenbildungen nicht wirksam unterdrückt und die erforderliche Lagerstabilität durch die Zusätze von Säuren und deren Salzen, insbes. bei längeren Lagerzeiten über den Sommer, nicht erreicht.
Im Zusammenhang mit der Herstellung von Beschichtungssystemen ist es auch bekannt, Produkten auf Basis wässriger, mit flüchtigen Basen wie z. B. Ammoniak neutralisierten Polymerdispersionen zur Verbesserung der Frühregenfestigkeit zusätzlich, bevorzugt direkt vor der Verarbeitung, kationischen Polyethylenimine als Vernetzungshilfen zuzugeben. Eine zuverlässige Wirksamkeit so vorbereiteter Produkte auf alkalischen Untergründen ist aber auch durch die Zugabe von kationischen Polyethylenimine nicht gewährleistet. Insbesondere kann die Fleckenbildung damit nicht zuverlässig unterdrückt werden. Im besonderen kann es in Kombination mit verschiedenen Dispersionen, wie z. B: Dispersionen auf Basis von Venylacetat, zu starken Vergilbungen kommen.
Neben den durch die alkalische Wirkungsweise des Substrates verursachten Trocknungsverzögerungen werden insbes. bei dünnschichtigen Beschichtungen, wie bspw. Kunstharzputz, sehr unterschiedliche Farbtiefen auf der gleichen Fläche beobachtet, wenn diese Beschichtungen auf dem Substrat angewandt werden.
Dieser Mangel geht nachweislich auf die Filmbildung beeinflussende Migrationen löslicher Anteile aus der Grundbeschichtung in den entstehenden Polymerfilm der Deckschicht zurück.
Besonders deutlich wird dieser Mangel bei Fassadensystemen gemäß der DE 197 11 664 , deren Grundbeschichtung auf Basis hydraulisch härtender Bindemittel, wie etwa Zement, aufgebaut ist.
Ähnliche Mängel, d. h. eine verzögerte Trocknung und eine uneinheitliche farbige Erscheinung, werden beobachtet, wenn Anstriche und Beschichtungen wie Kunstharzputze gemäß EP 0 728 822 , DE 197 11 664 und DE 198 52 874 auf Grundputzen, mineralischen Deckputzen und Spachtelmassen, die auf Mauerwerken oder monolithischen Baustoffen aufgebracht sind, zur Anwendung kommen.
Auch hat sich gezeigt, dass organische Armierungsmassen Spachtelmassen und Putze, die als Beschichtungsuntergrund dienen können, abhängig von dem jeweiligen Trocknungszustand der hergestellten Teilflächen, in ihrer Farbtontiefe unterschiedliche Oberflächeneffekte bei nachfolgenden Beschichtungen erzeugen. Dieser Effekt ist insbes. im Bauwesen von großer Bedeutung, wo üblicherweise in mehreren Arbeitsgängen Teilflächen erzeugt werden, die unterschiedliche Trocknungszustände aufweisen können.
Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, dass schnellhärtende Anstriche und Beschichtungen, wie sie in den genannten Schriften beschrieben sind, nur begrenzt nutzbar sind und oft nicht ohne Beeinflussung der äußeren Beschaffenheit des fertigen Beschichtungssystems eingesetzt werden können.
Zur Behebung dieses Mangels wurde bereits der Einsatz von sog. Zwischenbeschichtungen zwischen dem Untergrund und der Deckbeschichtung vorgeschlagen. Bei bekannten Zwischenbeschichtungen werden die beschriebenen Probleme nur gelöst, wenn die Zwischenbeschichtungen auf Basis von in organischen Lösemitteln gelösten Polymarisatharzen rezeptiert sind. Diese Zwischenbeschichtungen enthalten aber regelmäßig große Mengen an VOC (volatile organic compounds) und sind gemäß gültigen EU-Regelungen ab 2007 nicht mehr einsetzbar.
Darüber hinaus besitzen die in solchen Zwischenbeschichtungen verwendeten organischen Lösemittel ein hohes Lösungspotential auf expandiertem Polystytrolhartschaum, so dass die Anwendung solcher Zwischenbeschichtungen auf Wärmedämmverbundsystemen ausscheidet.
In DE 37 116 81 A1 werden kationische Kunststoffdispersionen zum Auftragen auf Mauerwerken, Beton oder Holz bereit gestellt. Vorteil dieser Kunststoffdispersionen ist es, dass sie gegenüber anionischen Dispersionen schnell in den porösen Untergrund eindringen und diesen dadurch glätten und verfestigen. Jedoch gibt diese Patentanmeldung keine Antwort darauf wie auf basischen Untergründen Deckbeschichtungen von alkalischer Beschaffenheit, insbesondere jener wie eingangs beschrieben, erfolgreich aufgetragen werden können.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungssystem für basische Untergründe bereitzustellen, welches durch Aufbringen von Deckbeschichtungen auch bei tiefen Temperaturen erstellt werden kann.
Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung ist es, dass das Aufbringen von alkalischen Deckbeschichtungen auf basischen Untergründen dann möglich ist, wenn die Basizität des Untergrundes kaschiert oder minimiert werden kann.
Folglich richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Beschichtungssystem umfassend einen Untergrund (A) und eine Deckbeschichtung (B), worin zwischen Untergrund (A) und der Deckbeschichtung (B) eine Zwischenbeschichtung (C) vorliegt und

(i) der Untergrund (A) basisch ist,
(ii) die Deckbeschichtung (B) abgeleitet ist von einer Zusammensetzung (D), die einen pH-Wert von mindestens 9.0 aufweist und eine Kunstharzdispersion (E) umfasst, und
(iii) die Zwischenbeschichtung (C) auf einer kationischen Polymerdispersion (G) basiert.

Der Ausdruck basisch bzw. alkalisch nach vorliegender Erfindung bedeutet, dass der pH-Wert > als 7.0 ist.
Das Beschichtungssystem der vorliegenden Erfindung kann auf allen Untergründen durchgeführt werden, jedoch wie oben erwähnt, ist dies insbesondere auf basischen Untergründen möglich.
Demnach kann das erfindungsgemäße Beschichtungssystem auch auf Untergründen (A) mit einem pH-Wert von mindestens 7.5, oder sogar 8.0 errichtet werden.
Typische Untergründe (A) sind zement- und/oder kalkhaltig, wie z. B. Beton oder Rigipsplatten.
Typische Deckbeschichtungen (B), die für die vorliegende Erfindung Verwendung finden, zeichnen sich dadurch aus, dass sie auch bei nassen Gegebenheiten und/oder niedrigen Temperaturen eingesetzt werden können. Solche Deckbeschichtungen (B) sind insbesondere abgeleitet von Zusammensetzungen (D), die eine Kunstharzdispersion (E) und optional ein wasserlösliches und/oder wasserdispergierbares Polymer (F) umfassen. Entscheidendes Merkmal der Zusammensetzungen (D) ist weiterhin, dass sie basisch sind.
Die Kunstharzdispersion (E) ist bevorzugt anionisch. Bevorzugtermaßen basieren solche Kunstharzdispersionen (E), auf Acrylatmonomeren, wie Butylmethacrylat. Bei dem Polymer (F) handelt es sich vorzugsweise um ein Polymer, das aus einem monomeren Gemisch gebildet wird welches mindestens 20 Gew.-% Monomere enthält, die eine Amin-funktionelle Gruppe aufweisen.
Ein weiteres zwingendes Merkmal der Zusammensetzung (D) ist, nicht nur die Kunstharzdispersion (E) sondern auch dass die Zusammensetzung (D) stark alkalisch ist, d. h. ein pH-Wert von mindestens 9.0 noch mehr bevorzugt von mindestens 10.0 aufweist. Solche hohen pH-Werte werden bevorzugtermaßen dadurch erreicht, dass die Zusammensetzung (D) flüchtige Basen wie z. B. Ammoniak umfasst.
Um die oben definierte Deckbeschichtung (B) auf dem basischen Untergrund (A) aufbringen zu können wird eine Zwischenbeschichtung (C) benötigt. Diese Zwischenbeschichtung (C) basiert auf einer kationischen Polymerdispersion (G). Im Gegensatz zum Untergrund (A) bzw. zur Deckbeschichtung (B), weißt die kationische Polymerdispersion (G) einen sauren pH-Wert auf, d. h. einen pH-Wert von nicht mehr als 3.5, vorzugsweise nicht mehr wie 3.0. Typischerweise weißt die kationische Polymerdispersion einen pH-Wert von 2.0 bis 3.0 auf. Durch diesen niedrigen pH-Wert ist es mittels der kationischen Polymerdispersion möglich den basischen Untergrund (A) in seinem pH-Wert abzusenken oder diesen zumindest zu kaschieren. Mit anderen Worten die Zwischenbeschichtung (C) basierend auf einer kationischen Polymerdispersion (G) ermöglicht das Aufbringen von einer alkalischen Deckbeschichtung (B) auf dem basischen Untergrund (A). Folgerichtig weist auch die Zwischenbeschichtung (C) einen pH-Wert kleiner als 7, bevorzugt kleiner als 6, isnbesondere kleiner als 5 auf.
Vorzugsweise handelt es sich bei der kationischen Polymerdispersion (G) um eine Dispersion die auf Acrylester oder Metacrylester basiert. Die Teilchengröße der kationischen Polymerdispersion liegt zwischen 120 und 180 nm.
Zusätzlich zur Polymerdispersion (G) kann die Zwischenbeschichtung (C) auch Füllstoffe (F) und/oder Pigmente umfassen. Dabei ist es in solchen Fällen besonders bevorzugt, dass die Zwischenbeschichtung (C) 33.0 Gew.-% bis 50.0 Gew.-%, insbesondere 37.0 Gew.-% bis 45.0 Gew.-%, Füllstoffe (F) und/oder Pigmente (P) enthält. Als Füllstoffe (F) werden vorzugsweise Quarze und/oder Silikate eingesetzt. Die Pigmente (P) umfassen bzw. sind Titanoxid.
Erfindungsgemäß wird das Beschichtungssystem dadurch hergestellt, dass die eine kationische Polymerdispersion (G) enthaltende Zwischenbeschichtung (C) zunächst auf den Untergrund (A) aufgebracht wird, wodurch der basische Untergrund (A) in seinem pH-Wert deutlich abgesenkt oder zumindest kaschiert wird. Dies ermöglicht das Aufbringen der Zusammensetzung (D), die zur Bildung einer Deckbeschichtung (B) führt. Dabei wird durch den nun nicht mehr basischen Untergrund (A) die flüchtige Base aus der Zusammensetzung (D) ausgetrieben, so dass eine Vernetzung der einzelnen Bestandteile, wie z. B. der Kunstharzdispersion (E) mit dem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer (F), erfolgen kann.

Als bevorzugte Zwischenbeschichtungen sind folgende Beispiele von Zusammensetzungen zu bevorzugen: Tabelle 1: Zwischenbeschichtung für nachfolgende Farbanstriche

Kationische Polymerdispersion	50,0–75,0	Gewichtsteile
(z. B. Ucar Latex DL 418)
Entschäumer	0,1–0,4	Gewichtsteile
Verdicker	0,4–1,0	Gewichtsteile
Incan Konservierungsmittel	0,1–0,2	Gewichtsteile
Wasser	25,0–50,0	Gewichtsteile

Tabelle 2: Zwischenbeschichtung für nachfolgende Putzbeschichtungen

Kationische Polymerdispersion	35,0–50,0	Gewichtsteile
(z. B. Ucar Latex DL 418)
Entschäumer	0,1–0,4	Gewichtsteile
Verdicker	0,2–0,6	Gewichtsteile
Füllstoffe (wie Quarze, Silikate)	33,0–50,0	Gewichtsteile
Pigmente	3,0–10,0	Gewichtsteile
Wasser	5,0–25,0	Gewichtsteile

Demnach eignet sich eine Zwischenbeschichtung auf Basis einer kationischen Polymerdispersion nach vorliegender Erfindung zum festen Aufbringen von basischen Deckbeschichtungen auf basischen Untergründen.

Bei den basischen Deckbeschichtungen handelt es sich insbesondere um Zusammensetzungen wie folgt in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3

CAS-Nr.	Inhaltsstoffe	Anteil %	Kennzeichnung
7732-18-5	Wasser	12–17	-
471-34-1	Calciumcarbonat	60–65	-
13463-67-7	Titandioxid	1–3
68855-54-9	Kieselgur	3–4	Xn, R 20–40
21645-51-2	Aluminiumhydroxid	8–10	-
	Acrylpolymer Dispersion Primal WDV 3317 E	8–15	-
107-98-2	1-methoxy-2-propanol	0,5–1,5	R 10
29911-28-2	1-(-2-Butoxy-1-methylethoxy)propanol	0,5–1,5	-

	Filmkonservierer	0–0,5	-20-38-40-41-43-50/53
	8 Positionen < 2%	2,5

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0728822 [0003, 0006, 0015]
DE 19711864 [0004]
DE 3209854 [0005]
DE 3536261 [0005]
DE 3536262 [0005]
DE 19711664 [0006, 0014, 0015]
DE 19852874 [0007, 0008, 0009, 0015]
DE 3711681 A1 [0020]

Claims

Beschichtungssystem dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungssystem eine Deckbeschichtung (B), und eine Zwischenbeschichtung (C) aufweist, wobei (i) die Deckbeschichtung (B) abgeleitet ist von einer Zusammensetzung (D), die einen pH-Wert von mindestens 9.0 aufweist und eine Kunstharzdispersion (E) umfasst, und (ii) die Zwischenbeschichtung (C) auf einer kationischen Polymerdispersion (G) basiert.
Beschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei das Beschichtungssystem zusätzlich einen Untergrund (A) umfasst, wobei a. der Untergrund (A) basisch ist, und b. die Zwischenbeschichtung (C) zwischen Untergrund (A) und Deckbeschichtung (B) angeordnet ist.
Beschichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, worin der Untergrund (A) mindestens einen pH-Wert von mindestens 7.5 hat.
Beschichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3, worin der Untergrund (A) zement- und/oder kalkhaltig ist.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, worin die Zusammensetzung (D) eine flüchtige Base, z. B. Ammoniak, umfasst.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, worin die Zusammensetzung (D) ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polymer (F) umfasst, worin das Polymer (F) aus einen Monomerengemisch gebildet ist, welches mindestens 20 Gew.-% Monomere enthält, die eine Amin-funktionelle Gruppen enthalten.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, worin die Kunstharzdispersion (E) anionisch ist.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, worin die Kunstharzdispersion (E) auf Acrylat-Monomeren und/oder Styrolacrylat-Monomeren basiert.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, worin die Kunstharzdispersion (E) auf Butylmethacrylat basiert.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, worin die kationische Polymerdispersion (G) einen pH-Wert von nicht mehr als 3.5 aufweist.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, worin die kationischen Polymerdispersion (G) auf Acrylester oder Methacrylester basiert.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, worin die Zwischenbeschichtung (C) Füllstoffe (F) und/oder Pigmente enthält.
Beschichtungssystem nach Anspruch 12, worin die Zwischenbeschichtung (C) 33.0 Gew.-% bis 50.0 Gew.-% Füllstoffe (F) und/oder Pigmente (P) enthält.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, worin die Füllstoffe (F) Quarze und/oder Silikate sind.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, worin die Pigmente (P) Titanoxid umfassen/sind.
Beschichtungssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, worin die Zwischenbeschichtung (C) einen pH-Wert kleiner als 7 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungssystems nach einen der Ansprüche 1 bis 16 umfassend die Schritte a. Aufbringen der auf einer kationischen Polymerdispersion (G) basierenden Zwischenbeschichtung (C) nach einen der Ansprüche 1, 10 bis 16 auf den Untergrund (A), insbesondere auf einen Untergrund (A) nach einen der Ansprüche 2 bis 4, zur Bildung der Zwischenbeschichtung (C) auf dem Untergrund (A) und b. Aufbringen der Zusammensetzung (D) nach einen der Ansprüche 1 und 5 bis 9 auf die Zwischenbeschichtung (C) zur Bildung einer Deckbeschichtung (B).
Verwendung einer auf einer kationischen Polymerdispersion (G) basierenden Zwischenbeschichtung (C) nach einen der Ansprüche 1, 10 bis 16 zum festen Aufbringen von basischen Deckbeschichtungen auf basischen Untergründen.
Verwendung nach Anspruch 18, worin die Deckbeschichtung abgeleitet ist von einer Zusammensetzung (D) nach einen der Ansprüche 1, 5 bis 9 und/oder die Untergründe (A) nach einen der Ansprüche 2 bis 4 darstellen.