DE102010003868A1

DE102010003868A1 - Zusammensetzung geeignet zur Massenmodifizierung von mineralischen Baustoffen

Info

Publication number: DE102010003868A1
Application number: DE102010003868A
Authority: DE
Inventors: Dr. Friedel Manuel; Spomenko Ljesic
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-10-13
Also published as: WO2011128127A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Massenhydrophobierung von mineralischen Baustoffen, insbesondere von mineralischen Alkali- und/oder Erdalkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoffen, umfassend mindestens ein Kohlenwasserstoff-funktionalisiertes Silan der Formel I, dessen Hydrolysat und/oder Kondensat sowie ein Amin der Formel II, ein Verfahren zur Herstellung dieser Zusammensetzung als auch die Verwendung der Zusammensetzung zur Massenhydrophobierung von vorzugsweise Gips.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Massenhydrophobierung von mineralischen Baustoffen, insbesondere von mineralischen Alkali- und/oder Erdalkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoffen, umfassend mindestens ein Kohlenwasserstoff-funktionalisiertes Silan der Formel I, dessen Hydrolysat und/oder Kondensat sowie ein Amin der Formel II, ein Verfahren zur Herstellung dieser Zusammensetzung als auch die Verwendung der Zusammensetzung zur Massenhydrophobierung von vorzugsweise Gips.
Gips wird unter vielfältigen Einsatzbedingungen als Bau- und Werkstoff eingesetzt. Der Fachmann weiß, dass Gips Calciumsulfat ist, das in verschiedenen Hydratationsstufen vorliegen kann. Bedingt durch die leichte Entwässerbarkeit (Dehydratation) des, z. B. natürlich vorkommenden oder aus industriellen Prozessen gewonnenen, CaSO₄·2H₂O hat es ein vielfältiges Anwendungsgebiet. Dehydratisiertes Gipsanhydrit oder -hemihydrat erlangt durch Zugabe von Wasser unter Bildung eines kristallinen Gefüges eine mehr oder weniger hohe Festigkeit und kann dann als Baustoff verwendet werden. Gipsprodukte wie Gipsplatten und Gipsfaserplatten werden häufig hergestellt, indem Gipsanhydrit oder -hemihydrat in Wasser vormischt wird und den entstehenden Gipsbrei (Slurry) auf großen Bandanlagen auf Karton aufbringt, mit einer zweiten Lage Karton abdeckt, in eine gewünschte Form bringt und abbinden lässt (Gips-Datenbuch, Bundesverband der Gipsindustrie e. V. (Hrsg.), 2006).
In Feuchträumen oder Außenanwendungen ist der Nutzen von Gips als Baustoff allerdings begrenzt, da auch abgebundener Gips eine gewisse Wasserlöslichkeit besitzt und sich bei Durchfeuchtung auflösen würde. Zum Einsatz kommen daher wasserabweisend (hydrophob) ausgerüstete Gipsplatten und -elemente. Besonders erwünscht und wirtschaftlich ist die Hydrophobierung von Gipselementen in der Masse (Massenhydrophobierung) bereits während der Produktion. Dabei ist es vorteilhaft möglich, den wässrigen Gipsbrei mit einem Zusatzmittel zu versetzen, welches dem abgebundenen Material die hydrophoben Eigenschaften verleiht. Vorteilhaft handelt es sich dabei um ein wässriges System oder ein in Wasser leicht lösliches, bzw. dispergierbares System, welches zusammen mit dem Anmachwasser dem entwässerten Gipsanhydrit oder -hemihydrat zugegeben werden kann.
So ist aus US 2007/0028809 die gemeinsame Verwendung von monomeren Siliconaten und einer Hydroxycellulose zur hydrophobierenden Ausstattung von Gips bekannt. Die US 5110684 , WO 00/47536 , DE 4124892 und DE 10220659 betreffen jeweils die Verwendung von hydridisch H-substituierten Siloxanen gegebenenfalls in Gegenwart eines weiteren substituierten Silans zur wasserabweisenden Ausrüstung von Gips. Der bei der Verwendung solcher H-substituierten Siloxane entstehende Wasserstoff bedingt erhöhte Anforderungen an den Arbeitsschutz und die Sicherheitsvorkehrungen.
Aus EP 1112986 und US 2006/0107876 sind jeweils Verfahren zur Herstellung wasserabweisender Gipse bekannt, bei denen Silane und/oder Siloxan und mindestens ein zusätzlicher Katalysator zu einer Gipsmischung gegeben werden. So offenbart die US 2006/0107876 die Verwendung eines Glykol-funktionalisierten Siloxans in Gegenwart von Alkalihydroxiden. Die EP 1112986 betrifft die Verwendung von hydridisch substituierten Siloxanen und einem Katalysator, wie Portlandzement.
GB 2433497 offenbart hydrophobierte Gipsmischungen, die durch Zugabe des pulverförmigen Gipses zu einem hydrolysierbaren Organosilan, Wasser und einem Katalysator erhalten werden, wobei das Organosilan erst in Gegenwart des Gipses hydrolysiert wird. Dazu wird empfohlen den Katalysator erst unmittelbar vor der Zugabe des Stuckgipses zu den monomeren Organosilanen zuzugeben. Nachteil der beschriebenen Mischungen ist der VOC-Gehalt der bevorzugt eingesetzten Alkoxy-Silane. Zudem ist die Reaktivität der Alkoxy-Silane in solchen Gipsmischungen bei Zugabe von nur katalytischen Mengen an bspw. Natriumhydroxid gering und die so erreichbare wasserabweisende Wirkung ist im Allgemeinen nicht ausreichend gross, wie die offenbarten Beispiele belegen.
Die EP 0 819 663 B1 offenbart ein Gipsgemisch, in dem eine physikalische Mischung eines mit Niedrigalkyl-Gruppen substituierten Silans sowie ein mit Amino-Gruppen, Amino-niedrigalkyl-amino-Gruppen oder Dialkylentriamin-Gruppen substituiertes Trialkoxysilan gleichmäßig dispergiert sind. Als mögliche Gewichtverhältnisse der beiden Silane wird 1:1 bis 9:1 angegeben. Die gesamte wässrige Gipsmischung ist VOC haltig und enthält noch den gesamten Hydrolysealkohol der beiden Silane. Nachteilig ist dieser VOC-Gehalt bei der industriellen Herstellung von Gipskartonplatten, da besondere Sicherheitsmaßnahmen zur Reinhaltung der Raumluft und bezüglich des Flammschutzes zu treffen sind. Zudem wird zu poröser Gips gebildet. Aus EP 0796826 sind hydrophobe Gipsmischungen bekannt, die zusätzlich zu den in EP 0819663 beschriebenen Silanmischungen noch Polysiloxane enthalten. Dabei handelt es sich um H-substituierte Polysiloxane, mit den vorstehend erläuterten Nachteilen.
Aus WO 2007/009935 schließlich ist ein Verfahren bekannt, in dem der VOC-Gehalt der hydrophobierenden Komponenten abgesenkt wird, indem ein Vorkondensat herstellt wird, bevor das entstehende Siloxan zur Gipsmischung gegeben wird. Nachteilig wiederum ist die Notwendigkeit der Zugabe eines zweiten Katalysators zur Gipsmischung. Wird auf diesen zweiten Katalysator verzichtet, ist die erreichbare wasserabweisende Wirkung nicht zuverlässig ausreichend stark gegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Zusammensetzung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Hydrophobierung von mineralischen Baustoffen, insbesondere von Gips, in der Masse erlaubt, ohne dass schädliche, flüchtige Stoffe freigesetzt werden und/oder kein zusätzlicher Katalysator eingesetzt werden muss.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Angaben in den Patentansprüchen gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren nach Anspruch 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen sowie in der Beschreibung ausgeführt.
Überraschend konnte die Aufgabe der Hydrophobierung von mineralischen Baustoffen in der Masse mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen gelöst werden. Gegenstand der Erfindung sind Zusammensetzungen zur Massenhydrophobierung von mineralischen Baustoffen, insbesondere von Alkali- und/oder Erdalkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoffen, umfassend mindestens ein Kohlenwasserstoff-funktionalisiertes Alkoxysilan, dessen Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte und ein Amin, insbesondere ein wasserlösliches Alkylamin, dass zudem über mindestens eine Hydroxy-Gruppe, Alkylenoxid-Gruppe oder mindestens eine zweite Amino-Gruppe verfügt oder ein wasserlösliches Bis(trialkoxysilyl)alkylenamin ist, wobei das Gewichtsverhältnis des Amins zum Silan 0,2:5 bis 2,0:0,5 beträgt, bevorzugt 0,4:4 bis 1,5:0,75, besonders bevorzugt 0,5:3 bis 1,5:0,8; ganz besonders bevorzugt 0,75:2,8 bis 1,4:0,9.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Zusammensetzung, insbesondere zur Massenhydrophobierung von mineralischen Baustoffen, bevorzugt von Alkali und/oder Erdalkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoffen, umfassend,

(i) mindestens ein Silan der Formel I, R⁶-Si(R⁷)_y(OR⁸)_3-y (I) wobei R⁶ eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, Arylalkyl-Gruppe mit 7 bis 15 C-Atomen, Aryl-Gruppe mit 6, 10 oder 12 C-Atomen oder Alkenyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen ist; und R⁷ eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder Aryl-Gruppe ist; und jeweils unabhängig R⁸ ein Wasserstoff, eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder ein aus einem Hydroxy-funktionalisierten Amin der Formel II abgeleiteter Ester ist, und y gleich 0 oder 1 ist, vorzugsweise ist y gleich 0, oder ein zumindest teilweises Hydrolysat und/oder Kondensat davon, und
(ii) ein Amin der allgemeinen Formel II, insbesondere ein wasserlösliches Amin, bevorzugt ist das Amin der Formel II ein wasserlösliches Alkylamin, das als weitere Gruppen mindestens eine Hydroxy-Gruppe, Alkylenoxid-Gruppe oder mindestens eine zweite Amino-Gruppe aufweist oder ein wasserlösliches Bis(trialkoxysilyl)alkylenamin ist; R¹R²N-CR⁴R⁵-CH₂R³ (II) mit jeweils unabhängig voneinander in Formel II R¹ ein Wasserstoff oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen ist, bevorzugt mit 1 bis 4 C-Atomen, wobei sowohl Mono- oder Dihydroxyalkyl-Gruppen umfasst sind; R² unabhängig ein Wasserstoff, Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen ist, bevorzugt mit 1 bis 4 C-Atomen, wobei sowohl Mono- oder Dihydroxyalkyl-Gruppen umfasst sind oder R² eine -A-Alkoxysilan-Gruppierung ist, mit A ein bivalentes lineares Alkylen oder Aminoalkylen jeweils mit 1 bis 6 C-Atomen; bevorzugt ist -A-Alkoxysilan eine C-gebundene organofunktionelle Alkoxysilan-Gruppe; R³ ist eine Hydroxy-, Polyalkylenoxid-; insbesondere Polyethylenoxid, -Polypropylenoxid, Polyether; -Methylen verbrückte Alkoxysilan-Gruppe, Amino-Gruppe, Alkylamin- oder Aminoalkyl-Gruppe, insbesondere eine ω-Aminoalkyl-Gruppe; R⁴ ist ein Wasserstoff, eine Hydroxy- oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen, bevorzugt mit 1 bis 4C-Atomen; und R⁵ ist ein Wasserstoff, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen, bevorzugt eine Methyl-Gruppe. Wobei das Silan der Formel I, dessen Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte und das Amin der Formel II sowie die Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte sowie die Mischungen dieser erfindungsgemäß als Hydrophobierungsmittel bezeichnet werden.

Es hat sich als besonders bevorzugt erwiesen, wenn die erfindungsgemäße Zusammensetzung ein Gewichtsverhältnis des Amins der allgemeinen Formel II zum Silan der Formel I, insbesondere des eingesetzten Amins und Silans, 0,2:5 bis 2,0:0,5 aufweisen, bevorzugt sind 0,4:4 bis 1,5:0,75, besonders bevorzugt 0,5:3 bis 1,5:0,8, ganz besonders bevorzugt 0,75:2,8 bis 1,4:0,9. Die Kombination aus Auswahl der Mischung des Amins und Silans sowie dem speziellen Gewichtsverhältnis erlaubt es, auf die Zugabe eines Katalysators in der Zusammensetzung zu verzichten und zugleich mit geringen Mengen einer Mischung aus Silan der Formel I und Amin der Formel II eine hervorragende Hydrophobierung im abgebundenen Baustoff, insbesondere bei abgebundenem Gips zu ermöglichen, wie es das Beispiel zeigt. So nimmt ein mit 0,5 Gew.-% (in Bezug auf den Gips) der erfindungsgemäßen Mischung aus Ethanolamin und Methyltrimethoxysilan modifizierter Gips lediglich 3,5 Gew.-% Wasser (bestimmt nach DIN EN 520) auf, während unbehandelter Gips 24,4 Gew.-% Wasser aufnimmt.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie in der Zusammensetzung bestehend aus Silan der Formel I und Amin der Formel II sowie deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte und ggf. Wasser nur einen geringen VOC-Gehalt von etwas über > 200 g/l aufweisen, bevorzugt unter 150 g/l, weiter bevorzugt sind unter 100 g/l. Bestimmt nach ASTM D5095-91.
Als Silane der Formel I sind die folgenden bevorzugt: Methyl(trimethoxysilan), Methyl(triethoxysilan), Ethyl(trimethoxysilan, Ethyl(triethoxysilan), Propyl(trimethoxysilan), Propyl(triethoxysilan), Butyl(trimethoxysilan), Butyl(triethoxysilan), Pentyl(trimethoxysilan), Pentyl(triethoxysilan), n-Hexyl(trimethoxysilan), n-Hexyl(triethoxysilan), iso-Hexyl(trimethoxysilan), iso-Hexyl(triethoxysilan), Cyclohexyl(trimethoxysilan), Cyclohexyl(triethoxysilan), Heptyl(trimethoxysilan), Heptyl(triethoxysilan), Octyl(trimethoxysilan), Octyl(triethoxysilan), Propylmethyldimethoxysilan, Propylmethyldiethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Phenyl(trimethoxysilan), Phenyl(triethoxysilan) oder eine Mischung enthaltend mindestens zwei der genannten Silane der Formel I. Sowie die dem promovierten Chemiker als Fachmann geläufigen Strukturisomere, wie bspw. aber nicht abschließend: n-Propyltrimethoxysilan, n-Propyltriethoxysilan, n- bzw. i-Butyltrimethoxysilan, n- bzw. i-Butyltriethoxysilan, n- bzw. i-Octyltrimethoxysilan, n- bzw. i-Octyltriethoxysilan. Davon besonders bevorzugte Silane der Formel I sind Propyl(trimethoxysilan), Propyl(triethoxysilan), iso-Butyl(trimethoxysilan), iso-Butyl(triethoxysilan), Hexyl(triethoxysilan), Octyl(triethoxysilan), iso-Octyl(triethoxysilan).
Die Silane der Formel I liegen in der Zusammensetzung umfassend mindestens ein Amin der Formel II, mindestens einen mineralischen Baustoff und Wasser in Bezug auf die Gesamtzusammensetzung mit etwa 0,002 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt zu 0,01 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 0,1 bis 3,5 Gew.-%, weiter bevorzugt zu 0,2 bis 3 Gew.-% vor.
Als besonders bevorzugte Amine haben sich wasserlösliche Alkylamine erwiesen, die vorzugsweise über eine Hydroxygruppe verfügen, die das Amin wasserlöslich machen und zugleich zusammen mit einem Alkoxysilan der Formel I oder einem Silanol der Formel I ein umgeestertes Silan der Formel I in der Zusammensetzung bilden. So bildet sich erfindungsgemäß aus Ethanolamin und Methyltrimethoxysilan ein ein- bis mehrfach umgeestertes Silan der Formel I. Ebenfalls bevorzugt sind Amine der Formel II, die einem wasserlöslichen Alkylamin entsprechen, dass als weitere Gruppen mindestens eine Hydroxy-Gruppe, Alkylenoxid-Gruppe oder mindestens eine zweite Amino-Gruppe aufweist oder ein wasserlösliches Bis(trialkoxysilyl)alkylenamin ist, wie (H₅C₂O)₃Si(CH₂)₃NH(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃.
Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen mit den folgenden Aminen der Formel II oder daraus gegebenenfalls in Gegenwart von Wasser durch Hydrolyse- und/oder Kondensation entstandene Reaktionsprodukte sowie gegebenenfalls mit den Silanen der Formel I, wobei das Amin der Formel II ausgewählt ist aus der Gruppe der Amine: Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, ω-Aminooligoethylenoxid mit mindestens 2 Ethylenoxid-Einheiten, bevorzugt 2 bis 10, insbesondere 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, Bis(ethylenglykol)amin, Tris(ethylenglykol)amin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Decamethylendiamin, Undecamethylendiamin, Dodecamethylendiamin, Tridecamethylendiamin, Tetradecamethylendiamin, Pentadecamethylendiamin, Hexadecamethylendiamin, Heptadecamethylendiamin, Octadecamethylkendiamin, 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol, Bis(3-trialkoxysilyl)alkylenamin, insbesondere Bis(3-trialkoxysilyl)propyl)amin; N-2-Aminoethyl-N'-(3-trialkoxysilyl)-ethylendiamin, insbesondere N-2-Aminoethyl-N'-(3-trimethoxysilyl)-ethylendiamin oder N-2-Aminoethyl-N'-(3-triethoxysilyl)-ethylendiamin.
Die Amine der Formel II liegen in der Zusammensetzung umfassend mindestens ein Silan der Formel I, mindestens einen mineralischen Baustoff und Wasser in Bezug auf die Gesamtzusammensetzung mit etwa 0,002 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt zu 0,01 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 0,1 bis 3,5 Gew.-%, weiter bevorzugt zu 0,2 bis 3 Gew.-% vor.
Erfindungsgemäße Zusammensetzungen enthalten vorzugsweise die folgenden Kombinationen: Butyl(trimethoxysilan) und Ethanolamin, Butyl(trimethoxysilan) und Octamethylendiamin, iso-Butyl(triethoxysilan) und Ethanolamin, Methyl(trimethoxy)silan und Ethanolamin, iso-Butyl(triethoxysilan) und Diethanolamin, Propyl(trimethoxysilan) und Ethanolamin, Propyl(trimethoxysilan) und Diethanolamin, Propyl(triethoxysilan) und Ethanolamin, Propyl(triethoxysilan) und Bis(ethylenglykol)amin, iso-Butyl(triethoxysilan) und Bis(ethylenglykol)amin, Octyl(triethoxysilan) und Ethanolamin, iso-Octyl(triethoxysilan) und Diethanolamin, Propyl(triethoxysilan) und 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol oder iso-Butyl(triethoxysilan) und 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol.
Bevorzugte Amine der Formel II in der Zusammensetzung als auch zur Herstellung einer Zusammensetzung können wie nachfolgend dargestellt substituiert sein, vorzugsweise sind sie ausgewählt aus der Gruppe der Amine: mit a) R¹ = -(CH₂)₂OH, R³ = OH, und R² = R⁴ = R⁵ = Wasserstoff; b) R¹ = R² = -(CH₂)₂OH und R³ = OH und R⁴ = R⁵ = Wasserstoff, c) R¹ = R² = Wasserstoff und R³ = -O-((CH₂)₂-O-)_nH mit n = eine ganze Zahl zwischen 1 bis 100, bevorzugt 1 bis 50, 1 bis 20, R⁴ = R⁵ = H; d) R¹ = C(OH)H-C(OH)H₂, R² = Wasserstoff, R⁴ = R³ = -OH, R⁵ = H e) R¹ = R² = -C(OH)H-C(OH)H₂, R³, R⁴ = -OH, R⁵ = Wasserstoff, f) R¹ = R² = Wasserstoff, R³ = -(CH₂)_mNH₂, mit m = ganze Zahl ausgewählt aus 2 bis 18, insbesondere 6 bis 18, bevorzugt 6 bis 15, besonders bevorzugt 6 bis 12; g) R¹ = R² = Wasserstoff, R³ = -OH, R⁴ = -CH₂OH, R⁵ = -CH₃; h) R¹ = Wasserstoff, R² als A-Alkoxysilan-Gruppierung -(CH₂)₃-Si(R⁷)_x(OR⁸)_3-x, R³ = -Methylen verbrückte Alkoxysilan-Gruppe wie -(CH₂)-Si(R⁷)_x(OR⁸)_3-x, mit R⁷ = lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, R⁸ = Wasserstoff, lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, x = 0 oder 1, und R⁴, R⁵ = Wasserstoff für ein Bis(3-(trialkoxysilyl)propyl)amin; i) R¹ = Wasserstoff, R² als -A-Alkoxysilan-Gruppierung, R⁴, R⁵ = Wasserstoff, R³ = -NH₂ Amino-Gruppe, wie -NH₂, R² als Alkoxysilan-Gruppierung mit A = bivalentes Aminoalkylen, wie -(CH₂)₂-NH-(CH₂)₃- in einer A-Alkoxysilan-Gruppierung -(CH₂)₂-NH-(CH₂)₃-Si(R⁷)_x(OR⁸)_3-x mit R⁷ = lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, R⁸ = Wasserstoff, lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, x = 0 oder 1, bevorzugt ist x = 0, R⁴, R⁵ = Wasserstoff, wie vorzugsweise N-2-Aminoethyl-N'-(3-(trialkoxysilyl)propyl)-ethylendiamin j) (R³ = OH, und R¹ = R² = R⁴ = R⁵ = Wasserstoff.
Bevorzugte mineralische Baustoffe umfassen, insbesondere mineralische Alkali- und/oder Erdalkalimetall enthaltende im Wesentlichen nicht-silikatische Baustoffe. Besonders bevorzugt ist der Baustoff ein Alkali- und/oder Erdalkalimetallsulfat, ein Alkali- und/oder Erdalkalimetallcarbonat, unabhängig voneinander als Anhydrat, als Hydrat, eine Modifikation dieser oder Mischungen davon, bevorzugt ein Erdalkalimetallsulfat, Alkalimetallsulfat, Erdalkalimetallcarbonat, Alkalimetallcarbonat oder eine Mischung enthaltend mindestens eine dieser Verbindungen, besonders bevorzugt CaSO₄, CaSO₄·xH₂O, mit x = 0, 0,5 oder 2; CaCO₃, MgCO₃, BaCO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃; bevorzugt ist Calciumsulfat in verschiedenen Hydratationsformen, insbesondere Calcium-Dihydrat, Calcium-Hemihydrat, Calciumsulfat-anhydrit; Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Bariumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat jeweils in Form der natürlich vorkommenden oder synthetisch hergestellten Mineralien sowie wasserfrei oder wasserhaltig oder deren Modifikationen. Ebenfalls bevorzugte Baustoffe in erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind die Mineralklasse der wasserhaltigen Sulfate und oder der wasserfreien Carbonate, die insbesondere im Wesentlichen frei von Silicaten sind.
Als besonders geeignet haben sich die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen umfassend als Hydrophobierungsmittel ein Silan der Formel I und ein Amin der Formel II oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte zur Massenhydrophobierung von Mineralien und Baustoffen erwiesen, die auf Mineralien der Mineralklasse der wasserhaltigen Sulfate ohne fremde Anionen, der wasserfreien Sulfate ohne fremde Anionen, der wasserfreien Carbonate ohne fremde Anionen als auch der wasserhaltigen Carbonate ohne fremde Anionen basieren. Unter Alkalimetallen werden vorliegend die Erdalkali- als auch die Alkalimetalle verstanden, wie Na, K, Li, Ca, Mg, etc. Besonders bevorzugt sind die mineralischen Sulfate und/oder Carbonate der Alkalimetalle, wie die der Erdalkali- und Alkali-Gruppe, wie vorzugsweise Gips, Gipsanhydrit, Gipshemihydrat, Calciumsulfat in verschiedenen Hydratationsstufen, wie auch aus der Calcit-Gruppe, wie insbesondere Calcit (Kalcit oder Kalkspat), Magnesit (MgCO₃), sowie vorzugsweise die folgenden Carbonate wie Calciumcarbonat (Kalkstein, Kreide, Kesselstein, Marmor, insbesondere Marmor aus den Mineralien Calcit, Dolomit und/oder Aragonit (Ca[CO₃]), und/oder Calcium-Magnesium-Carbonat (Dolomit) oder auch Magnesiumcarbonat (Magnesit), Bariumcarbonat (Witherit), Kaliumcarbonat (Pottasche), Natriumcarbonat (Soda), der wasserhaltigen Carbonate; und/oder Mischungen der vorgenannten Mineralien.
Unter dem Begriff Gips wird erfindungsgemäß ein Calciumsulfat-Dihydrat (CaSO₄·2H₂O) verstanden, wobei zugleich das natürlich vorkommende Mineral als auch die künstlich hergestellten Gipse erfasst werden sowie das Dihydrat, das sich aus der Hydratation von Calciumsulfat-Hemihydrat oder dem Anhydrit bildet. Typische Gipse sind bekannt als Stuckgips, Putzgips, Maschinenputzgips, Haftputzgips oder Fertigputzgips. Unter dem Begriff Calciumsulfat wird Calciumsulfat in allen Hydratationsstufen verstanden, wie Calciumsulfat-dihydrat, Calciumsulfat-Hemihydrat, Calciumsulfat-anhydrat sowie Mischungen dieser.
Die erfindungsgemäßen Baustoff enthaltenden und ausgehärteten Zusammensetzungen zeigen bereits bei geringer Dosierung des Hydrophobierungsmittels überraschend eine hervorragend wasserabweisende Wirkung, selbst bei einer Lagerung in Wasser. So enthalten die Zusammensetzungen mindestens einen mineralischen Baustoff, Wasser und sowie als Hydrophobierungsmittel das Silan der Formel I und das Amin der Formel II, eine Mischung dieser oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte, wobei der Gehalt dieser Zusammensetzung an Hydrophobierungsmittel 0,002 bis 10 Gew.-% beträgt, insbesondere 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 3,5 Gew.-%, besonders vorzugsweise 0,2 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt sind 0,2 bis 1,0 Gew.-%, ad 100 Gew.-% Baustoff und Wasser.
Gleichfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung, wobei die Zusammensetzung die vorstehend erläuterten Hydrophobierungsmittel umfasst, sowie gegebenenfalls Wasser. Zudem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung, wobei die Zusammensetzung die vorstehend erläuterten Hydrophobierungsmittel und mindestens einen mineralischen Baustoff umfasst, sowie gegebenenfalls Wasser. Weiter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer, gegebenenfalls geformten, und ausgehärteten Zusammensetzung mit Hydrophobierungsmitteln und mineralischem Baustoff.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung, insbesondere zur Massenhydrophobierung von mindestens einem mineralischen Baustoff, vorzugsweise von mineralischen Alkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoffen, sowie einer Zusammensetzung erhältlich nach diesem Verfahren, umfasst das Herstellen einer Mischung, umfassend

(i) mindestens ein Silan der Formel I, R⁶-Si(R⁷)_y(OR⁸)_3-y (I) wobei in der Formel I R⁶ eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, Arylalkyl-Gruppe mit 7 bis 15 C-Atomen, Aryl-Gruppe mit 6, 10 oder 12 C-Atomen oder Alkenyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen; R⁷ eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder Aryl-Gruppe ist; und jeweils unabhängig R⁸ ein Wasserstoff, eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder ein aus einem Hydroxy-funktionalisierten Amin der Formel II abgeleiteter Ester ist, und y gleich 0 oder 1 ist, vorzugsweise ist y gleich 0, oder ein zumindest teilweises Hydrolysat und/oder Kondensat davon, und
(ii) ein Amin der allgemeinen Formel II, insbesondere ein wasserlösliches Amin der Formel II, R¹R²N-CR⁴R⁵-CH₂R³ (II) mit jeweils unabhängig voneinander R¹ ein Wasserstoff oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6, bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen, wobei die Hydroxyalkyl-Gruppe Mono- oder Dihydroxyalkyl-gruppen umfasst; R² ein Wasserstoff, Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6, bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen, wobei die Hydroxyalkyl-Gruppe Mono oder Dihydroxyalkyl-gruppen umfasst; oder R² eine -A-Alkoxysilan-Gruppierung, mit A ein bivalentes lineares Alkylen oder Aminoalkylen jeweils mit 1 bis 6 C-Atomen; wie vorstehend definiert; R³ eine Hydroxy-, Polyalkylenoxid-Gruppe, bevorzugt eine Polyethylenoxid, -Polypropylenoxid oder Polyether-Gruppe; eine -Methylen verbrückte Alkoxysilan-Gruppe, Amin-, Alkylamin- oder Aminoalkyl-Gruppe, insbesondere als ω-Aminoalkyl-Gruppe; R⁴ ein Wasserstoff, Hydroxy- oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6, bevorzug 1 bis 4 C-Atomen, wobei die Hydroxyalkyl-Gruppe Mono- oder Dihydroxyalkyl-Gruppen umfasst; R⁵ ein Wasserstoff, Alkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen, bevorzugt Methyl ist.

Bevorzugt werden in dem Verfahren das Amin der allgemeinen Formel II und das Silan der Formel I in einem Gewichtsverhältnis von 0,2 bis 5 bis 2,0:0,5 eingesetzt, besonders bevorzugt wird ein Gewichtsverhältnis von 0,4:4 bis 1,5:0,75, weiter bevorzugt 0,5:3 bis 1,5:0,8, ganz besonders bevorzugt 0,75:2,8 bis 1,4:0,9 eingesetzt oder eingestellt.
Als bevorzugte Silane werden die vorstehend erläuterten Silane der allgemeinen Formel I oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte in dem Verfahren eingesetzt. Und als Amine werden vorzugsweise die Amine der Formel II eingesetzt, die einem wasserlöslichen Alkylamin entsprechen und, das als mindestens eine weitere Gruppe mindestens eine Hydroxy-Gruppe, Alkylenoxid-Gruppen oder mindestens eine zweite Amino-Gruppe aufweist oder ein wasserlösliches Bis(trialkoxysilyl)alkylenamin ist. Ansonsten wird auf die vorstehend eingehend. erläuterten Amine verwiesen, die zur Herstellung der Zusammensetzung eingesetzt werden, wie die Alkoholamine und Polymethlyendiamine etc.
Zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung einer Zusammensetzung wird das Silan der Formel I und das Amin der Formel II oder eine Mischung dieser mit mindestens einem mineralischen Baustoff, insbesondere mit einem Alkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoffen, gegebenenfalls in Gegenwart von Wasser gemischt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird zur Massenhydrophobierung von mineralischen Baustoffen (i) das Silan der Formel I und das Amin der Formel II, eine Mischung dieser oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte gemischt mit (ii) einer Mischung enthaltend mindestens einen mineralischen Baustoff, insbesondere einen Alkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoff, und Wasser. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird (i) das Silan der Formel I und das Amin der Formel II, eine Mischung dieser oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte und Wasser gemischt mit (ii) einer Mischung enthaltend mindestens einen mineralischen Alkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoff und Wasser. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird (i) das Silan der Formel I und das Amin der Formel II, eine Mischung dieser oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte und Wasser gemischt mit (ii) einer Mischung enthaltend mindestens einen mineralischen Alkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoff.
Die Menge an Hydrophobierungsmittel, Baustoff und Wasser wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren so eingestellt, dass die Zusammensetzung umfassend mindestens einen mineralischen Baustoff, Wasser und sowie als Hydrophobierungsmittel das Silan der Formel I und das Amin der Formel II, eine Mischung dieser oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte, einen Gehalt an Hydrophobierungsmittel in dieser Zusammensetzung von 0,002 bis 10 Gew.-% aufweist, insbesondere wird der Gehalt an Hydrophobierungsmittel auf 0,01 bis 5 Gew.-% eingestellt, bevorzugt auf 0,1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt auf 0,1 bis 3,5 Gew.-%, besonders vorzugsweise auf 0,2 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt auf 0,2 bis 1,0 Gew.-%, und ad 100 Gew.-% mit Baustoff und Wasser, wobei das Verhältnis von Baustoff zu Wasser vorzugsweise auf 4:1 bis 1:4 eingestellt wird, insbesondere für Gips, bevorzugt für Gipsanhydrit und/oder Gipshemihydrat auf etwa 1:2.
Als mineralische Baustoffe, vorzugsweise als mineralische Alkalimetall enthaltender Baustoff kommt ein Gips, Gipsanhydrit, Gipshemihydrat, Kalcit, Kalkspat, Magnesit, Kalkstein, Kreide, Kesselstein, Marmor, Dolomit, Aragonit, Magnesit, Witherit, Pottasche, Soda, jeweils wasserfrei oder wasserenthaltend und/oder eine Mischung enthaltend die vorgenannten Mineralien in Betracht, insbesondere natürlich vorkommend oder synthetisch hergestellt sowie alle vorstehend genannten Baustoffe. In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das Verhältnis von Baustoff zu Wasser auf 4:1 bis 1:4 eingestellt, insbesondere für Gips, bevorzugt für Gipsanhydrit und/oder Gipshemihydrat auf etwa 1:2.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung wie vorstehend beschrieben, wobei insbesondere die Wasser enthaltende Zusammensetzung, (i) gegebenenfalls geformt wird, und (ii) ausgehärtet wird. Je nach Bedarf kann nach der Formgebung überstehendes Wasser abdekantiert werden oder durch andere Maßnahmen, wie Filtrieren abgetrennt werden. Dem Fachmann ist klar, dass das Aushärten durch einen aktiven Trocknungsprozess als auch bei Umgebungsbedingungen erfolgen kann. Durch diesen Verfahrensschritt wird eine in der Masse hydrophobierte Zusammensetzung erhalten, umfassend ein Silan der Formel I und ein Amin der Formel II, deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte bzw. Reaktionsprodukte.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren, in dem (i) mindestens ein Silan der Formel I und ein Amin der Formel II im Gewichtsverhältnis 0,2:5,0 bis 2,0 bis 0,5 gemischt werden, (ii) Gipsanhydrit oder -hemihydrat wird mit Wasser gemischt; insbesondere im Verhältnis von 4:1 bis 1:4, bevorzugt von 3:1 bis 1:3, besonders bevorzugt von 3:1 bis 1:1, besser um 2:1; (iii) zu der Mischung aus (ii) wird die Mischung aus (i) zugegeben und vorzugsweise homogenisiert, nachfolgend wird (iv) gegebenenfalls die in (iii) hergestellte Mischung in eine Form überführt oder auf ein Band, das ein Filterband sein kann, überführt, und (v) ausgehärtet. Im Schritt (iv) kann auch ein Aufbringen auf Karton vorgesehen werden.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mindestens eine weitere der folgenden Komponenten aus der Reihe Pigmente, Füllstoffe, Binder, Vernetzer, optische Aufheller, Lackhilfsstoffe oder andere Hilfsstoffe zugesetzt werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer Zusammensetzung zur Massenhydrophobierung von mineralischen Baustoffen, insbesondere von mineralischen Alkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoffen, bevorzugt von Alkalimetallsulfat, Alkalimetallcarbonat, die Alkali- und Erdalkalimetalle umfassen und unabhängig voneinander als Anhydrat, als Hydrat, als Modifikationen dieser oder als Mischung vorliegen, zur Behandlung, Modifizierung, Herstellung von Beschichtungen, Formulierungen, Substraten, Artikeln, zur Massenhydrophobierung von Elementen aus Baustoffen, organischer oder anorganischer Materialien oder Kompositmaterialien oder zur Beschichtung von Substraten, zur Hydrophobierung und Oleophobierung sowie zur schmutz- und farbabweisenden Ausrüstung von Oberflächen oder porösen Substraten, Metallen, Kunststoffen, für den Schutz von Bauten und Fassaden. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Zusammensetzung umfassend das Silan der Formel I, das Amin der Formel II sowie deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte, die einer wässrigen Zubereitung eines mineralischen Baustoffs zugesetzt wird oder der mineralische Baustoff wird einer wässrigen Zubereitung dieser Zusammensetzung zugesetzt und gegebenenfalls die Herstellung von Artikeln, wie Gipskartonplatten oder Gipselementen. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kit umfassend jeweils voneinander getrennt a) ein Silan der Formel I als auch b) ein Amin der Formel II und gegebenenfalls davon getrennt c) ein mineralischer Baustoff, insbesondere einen mineralischen Alkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoff.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung sowie die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, näher, ohne die Erfindung auf diese Beispiele zu beschränken.
Beispiel 1:
Herstellung Zusammensetzung mit Hydrophobierungsmittel Silan/Amin-Mischung In ein sauberes, trockenes Glasgefäß wird Methyltrimethoxysilan (MTMS) in einem Verhältnis von 1:1 mit Ethanolamin versetzt. Die Mischung wird für einige Minuten gerührt und anschließend verwendet.
Beispiel 2:
Herstellung Zusammensetzung mit Hydrophobierungsmittel Silan/Amin-Mischung

Es wurde eine weitere Mischung gemäß Beispiel 1 angesetzt und die Bildung von Silanesterprodukten der Formel I aus dem eingesetzten Alkoxysilan und dem eingesetzten Ethanolamin nachgewiesen. Die Zusammensetzung einer 1:1 (Gewichtsteile, entspricht 1:2,2 molare Anteile) Mischung MTMS und Ethanolamin bei 25°C unter Luftatmosphäre, wurde mittels GC-Chromatographie untersucht (Agilent GC 5890, Flammenionisations-Detektion, Temperaturprogramm: 40°C–7 min–10°C/min–260°C–10 min, Injektion: 1 μl, Kapillarsäule: 30 m HP-5).

	MeOH	MTMS	Ethanolamin	1 × umgeestertes MTMS	2 × umgeestertes MTMS	3 × umgeestertes MTMS
Minuten nach Mischung	25,4%	11,7%	24%	24,2%	13,1%	0%
1 d nach Mischung	21,7%	10,9%	25,1%	23,8%	15,7%	0,8%
21 d nach Mischung	19,9%	9,9%	24%	22,9%	17,3%	3,8%

Die gaschromatographisch ermittelte Zusammensetzung zeigt die zunehmende Umwandlung von MTMS in die Umesterungsprodukte und die Einstellung des chemischen Gleichgewichts unter diesen Bedingungen. Zunächst entstehen 1-fach umgeesterte Produkte, die sich allmählich in mehrfach umgeesterte Produkte umwandeln.
Beispiel 3:
Herstellung Zusammensetzung mit Hydrophobierungsmittel, Baustoff und Wasser-Herstellung der Gipsprobekörper
3.1 Referenz:
Unmodifizierter, im Handel erhältlicher Gips (bspw. der Firma Knauf) wird in einem Behälter mit Wasser versetzt. Dabei entspricht das Massenverhältnis von Wasser: Gips gleich 0,5. Diese Mischung kann für 4 Tage aushärten.
3.2 Erfindungsgemäß:
Unmodifizierter, im Handel erhältlicher Gips (bspw. der Firma Knauf) wird in einem Behälter mit Wasser versetzt. Dabei entspricht das Massenverhältnis von Wasser zu Gips gleich 0,5. In diese Mischung wird die unter Beispiel 1 hergestellte Mischung gegeben und durch Rühren homogenisiert. Anschließend kann die Zusammensetzung für 4 Tage aushärten.
3.3 Ausprüfung der Gips-Probekörper:

Die Unterwasserlagerung erfolgt gemäß den Vorgaben der DIN EN 520. Es wird die Gewichtszunahme der Prüfkörper gemessen. Die Gewichtszunahme soll kleiner 5 Gew.-% sein. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse der Ausprüfung.

Prüfkörper	Zugabemenge (bez. auf Gips)	Gewichtszunahme nach Unterwasserlagerung (DIN EN 530)
3.1 unbehandelt	-	24,4 Gew.-%
3.2 erfindungsgemäß	0,5 Gew.-%	3,5 Gew.-%
3.2 erfindungsgemäß	1,0 Gew.-%	2.1 Gew.-%

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0028809 [0004]
US 5110684 [0004]
WO 00/47536 [0004]
DE 4124892 [0004]
DE 10220659 [0004]
EP 1112986 [0005, 0005]
US 2006/0107876 [0005, 0005]
GB 2433497 [0006]
EP 0819663 B1 [0007]
EP 0796826 [0007]
EP 0819663 [0007]
WO 2007/009935 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Gips-Datenbuch, Bundesverband der Gipsindustrie e. V. (Hrsg.), 2006 [0002]
DIN EN 520 [0013]
ASTM D5095-91 [0014]
DIN EN 520 [0045]
DIN EN 530 [0045]

Claims

Zusammensetzung umfassend (i) mindestens ein Silan der Formel I, R⁶-Si(R⁷)_y(OR⁸)_3-y (I) wobei in der Formel I – R⁶ eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, Arylalkyl-Gruppe mit 7 bis 15 C-Atomen, Aryl-Gruppe mit 6, 10 oder 12 C-Atomen oder Alkenyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen; – R⁷ eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder Aryl-Gruppe ist; und – jeweils unabhängig R⁸ ein Wasserstoff, eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder ein aus einem Hydroxy-funktionalisierten Amin der Formel II abgeleiteter Ester ist, und y gleich 0 oder 1 ist, oder ein zumindest teilweises Hydrolysat und/oder Kondensat davon, und (ii) ein Amin der allgemeinen Formel II R¹R²N-CR⁴R⁵-CH₂R³ (II) mit jeweils unabhängig voneinander – R¹ ein Wasserstoff oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen, – R² ein Wasserstoff, Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen oder eine A-Alkoxysilan-Gruppierung, mit A ein bivalentes lineares Alkylen oder Aminoalkylen jeweils mit 1 bis 6 C-Atomen; – R³ eine Hydroxy-, Polyalkylenoxid-, -Methylen verbrückte Alkoxysilan-Gruppe, Amin-, Alkylamin- oder Aminoalkyl-Gruppe, – R⁴ ein Wasserstoff, Hydroxy- oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen, – R⁵ ein Wasserstoff, Alkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des Amins der allgemeinen Formel II zum Silan der Formel I 0,2:5 bis 2,0:0,5 beträgt, bevorzugt 0,4:4 bis 1,5:0,75, besonders bevorzugt 0,5:3 bis 1,5:0,8, ganz besonders bevorzugt 0,75:2,8 bis 1,4:0,9.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Silan der Formel I Methyl(trimethoxysilan), Methyl(triethoxysilan), Ethyl(trimethoxysilan), Ethyl(triethoxysilan), Propyl(trimethoxysilan), Propyl(triethoxysilan), n-Butyl(trimethoxysilan), n-Butyl(triethoxysilan), iso-Butyl(trimethoxysilan), iso-Butyl(triethoxysilan), Pentyl(trimethoxysilan), Pentyl(triethoxysilan), n-Hexyl(trimethoxysilan), n-Hexyl(triethoxysilan), iso-Hexyl(trimethoxysilan), iso-Hexyl(triethoxysilan), Cyclohexyl(trimethoxysilan), Cyclohexyl(triethoxysilan), Heptyl(trimethoxysilan), Heptyl(triethoxysilan), Octyl(trimethoxysilan), Octyl(triethoxysilan), Propylmethyldimethoxysilan, Propylmethyldiethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Phenyl(trimethoxysilan), Phenyl(triethoxysilan) oder eine Mischung enthaltend mindestens zwei der genannten Silane der Formel I ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin der Formel II ein wasserlösliches Alkylamin ist, das mindestens eine Hydroxy-Gruppe, Alkylenoxid-Gruppen oder mindestens eine zweite Amino-Gruppe aufweist oder ein wasserlösliches Bis(trialkoxysilyl)alkylenamin ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin der Formel II ausgewählt ist aus der Gruppe der Amine: Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, ω-Amino-oligoethylenoxid mit mindestens 2 Ethylenoxid-Einheiten, Bis(ethylenglykol)amin, Tris(ethylenglykol)amin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Decamethylendiamin, Undecamethylendiamin, Dodecamethylendiamin, Tridecamethylendiamin, Tetradecamethylendiamin, Pentadecamethylendiamin, Hexadecamethylendiamin, Heptadecamethylendiamin, Octadecamethylkendiamin, 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol, Bis(3-trialkoxysilyl)alkylenamin, insbesondere Bis(3-trialkoxysilyl)propyl)amin; N-2-Aminoethyl-N'-(3-trialkoxysilyl)-ethylendiamin, insbesondere N-2-Aminoethyl-N'-(3-trimethoxysilyl)-ethylendiamin oder N-2-Aminoethyl-N'-(3-triethoxysilyl)-ethylendiamin.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mineralische Alkali- und/oder Erdalkalimetall enthaltende im Wesentlichen nicht-silikatische Baustoffe umfasst, insbesondere ist der Baustoff ein Alkali- und/oder Erdalkalimetallsulfat, ein Alkali- und/oder Erdalkalimetallcarbonat, unabhängig voneinander als Anhydrat, als Hydrat, eine Modifikation dieser oder Mischungen davon, bevorzugt ein Erdalkalimetallsulfat, Alkalimetallsulfat, Erdalkalimetallcarbonat, Alkalimetallcarbonat oder eine Mischung enthaltend mindestens eine dieser Verbindungen, besonders bevorzugt CaSO₄, CaSO₄·xH₂O, x = 0, 0,5 oder 2; CaCO₃, MgCO₃, BaCO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, bevorzugt ist Calciumsulfat in verschiedenen Hydratationsformen, insbesondere Calcium-Dihydrat, Calcium-Hemihydrat, Calciumsulfat-anhydrit; Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Bariumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat jeweils in Form der natürlich vorkommenden oder synthetisch hergestellten Mineralien sowie wasserfrei oder wasserhaltig oder deren Modifikationen.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen mineralischen Baustoff, Wasser und sowie als Hydrophobierungsmittel das Silan der Formel I und das Amin der Formel II, eine Mischung dieser oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte umfasst, wobei der Gehalt dieser Zusammensetzung an Hydrophobierungsmittel 0,002 bis 10 Gew.-% beträgt, insbesondere 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 3,5 Gew.-%, besonders vorzugsweise 0,2 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt sind 0,2 bis 1,0 Gew.-%, mit Baustoff und Wasser ad 100 Gew.-%.
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung, indem eine Mischung umfassend (i) mindestens ein Silan der Formel I, R⁶-Si(R⁷)_y(OR⁸)_3-y (I) wobei in der Formel I – R⁶ eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, Arylalkyl-Gruppe mit 7 bis 15 C-Atomen, Aryl-Gruppe mit 6, 10 oder 12 C-Atomen oder Alkenyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen; – R⁷ eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder Aryl-Gruppe ist; und – jeweils unabhängig R⁸ ein Wasserstoff, eine lineare oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder ein aus einem Hydroxy-funktionalisierten Amin der Formel II abgeleiteter Ester ist, und y gleich 0 oder 1 ist, vorzugsweise ist y gleich 0, oder ein zumindest teilweises Hydrolysat und/oder Kondensat davon, und (ii) ein Amin der allgemeinen Formel II R¹R²N-CR⁴R⁵-CH₂R³ (II) mit jeweils unabhängig voneinander – R¹ ein Wasserstoff oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen, – R² ein Wasserstoff, Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 oder eine -A-Alkoxysilan-Gruppierung, mit A ein bifunktionelles lineares Alkylen oder Aminoalkylen jeweils mit 1 bis 6 C-Atomen; – R³ eine Hydroxy-, Polyalkylenoxid-Gruppe, -Methylen verbrückte Alkoxysilan-Gruppe, Amin-, Alkylamin- oder Aminoalkyl-Gruppe, – R⁴ ein Wasserstoff, Hydroxy- oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen, – R⁵ ein Wasserstoff, Alkyl-Gruppe mit 1 bis 6 C-Atomen ist, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des Amins der allgemeinen Formel II zum Silan der Formel I 0,2:5 bis 2,0:0,5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Silan der Formel I Methyl(trimethoxysilan), Methyl(triethoxysilan), Ethyl(trimethoxysilan, Ethyl(triethoxysilan), Propyl(trimethoxysilan), Propyl(triethoxysilan), n-Butyl(trimethoxysilan), n-Butyl(triethoxysilan), iso-Butyl(trimethoxysilan), iso-Butyl(triethoxysilan), Pentyl(trimethoxysilan), Pentyl(triethoxysilan), n-Hexyl(trimethoxysilan), n-Hexyl(triethoxysilan), iso-Hexyl(trimethoxysilan), iso-Hexyl(triethoxysilan), Cyclohexyl(trimethoxysilan), Cyclohexyl(triethoxysilan), Heptyl(trimethoxysilan), Heptyl(triethoxysilan), Octyl(trimethoxysilan), Octyl(triethoxysilan), Propylmethyldimethoxysilan, Propylmethyldiethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Phenyl(trimethoxysilan), Phenyl(triethoxysilan) oder eine Mischung enthaltend mindestens zwei der genannten Silane der Formel I ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin der Formel II mindestens eines der folgenden Amine umfasst Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, ω-Amino-oligoethylenoxid mit mindestens 2 Ethylenoxid-Einheiten, Bis(ethylenglykol)amin, Tris(ethylenglykol)amin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Decamethylendiamin, Undecamethylendiamin, Dodecamethylendiamin, Tridecamethylendiamin, Tetradecamethylendiamin, Pentadecamethylendiamin, Hexadecamethylendiamin, Heptadecamethylendiamin, Octadecamethylkendiamin, 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol, Bis(3-trialkoxysilyl)alkylenamin, insbesondere Bis(3-trialkoxysilyl)propyl)amin; N-2-Aminoethyl-N'-(3-trialkoxysilyl)-ethylendiamin, insbesondere N-2-Aminoethyl-N'-(3-trimethoxysilyl)-ethylendiamin oder N-2-Aminoethyl-N'-(3-triethoxysilyl)-ethylendiamin.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Massenhydrophobierung von mineralischen Baustoffen das Silan der Formel I und das Amin der Formel II oder eine Mischung dieser mit mindestens einem mineralischen Baustoff gegebenenfalls in Gegenwart von Wasser gemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass (i) das Silan der Formel I und das Amin der Formel II, eine Mischung dieser oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte und gegebenenfalls Wasser mit (ii) einer Mischung enthaltend mindestens einen mineralischen Alkali- und/oder Erdalkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoff und Wasser gemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammensetzung umfassend mindestens einen mineralischen Baustoff, Wasser und sowie als Hydrophobierungsmittel das Silan der Formel I und das Amin der Formel II, eine Mischung dieser oder deren Hydrolyse- und/oder Kondensationsprodukte hergestellt wird, wobei der Gehalt dieser Zusammensetzung an Hydrophobierungsmittel auf 0,002 bis 10 Gew.-% eingestellt wird, insbesondere auf 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt auf 0,1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt auf 0,1 bis 3,5 Gew.-%, besonders vorzugsweise auf 0,2 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt auf 0,2 bis 1,0 Gew.-%, ad 100 Gew.-% mit Baustoff und Wasser.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Alkali- und/oder Erdalkalimetall enthaltende Baustoff ein Gips, Gipsanhydrit, Gipshemihydrat, Kalcit, Kalkspat, Magnesit, Kalkstein, Kreide, Kesselstein, Marmor, Dolomit, Aragonit, Magnesit, Witherit, Pottasche, Soda, jeweils wasserfrei oder wasserenthaltend und/oder eine Mischung enthaltend die vorgenannten Mineralien ist, insbesondere natürlich vorkommend oder synthetisch hergestellt, insbesondere ist der Baustoff ein Gipsanhydrit, Gipshemihydrat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Baustoff zu Wasser auf 4:1 bis 1:4 eingestellt wird, insbesondere für Gips, Gipsanhydrit und/oder Gipshemihydrat auf etwa 1:2.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass (i) gegebenenfalls geformt und (ii) ausgehärtet wird.
Zusammensetzung erhältlich nach einem der Ansprüche 8 bis 17.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Massenhydrophobierung von mineralischen Baustoffen, insbesondere von mineralischen Alkali- und/oder Erdalkalimetall enthaltenden und im Wesentlichen nicht-silikatischen Baustoffen, bevorzugt von Alkalimetallsulfat, Alkalimetallcarbonat, die die Alkali- und Erdalkalimetalle umfassen und unabhängig voneinander als Anhydrat, als Hydrat, als Modifikationen dieser oder als Mischung vorliegen; zur Massenhydrophobierung von Elementen aus Baustoffen, zur Behandlung, Modifizierung, Herstellung von Beschichtungen, Formulierungen, Substraten, Artikeln, organischer oder anorganischer Materialien oder Kompositmaterialien oder zur Beschichtung von Substraten, zur Hydrophobierung und Oleophobierung sowie zur schmutz- und farbabweisenden Ausrüstung von Oberflächen oder porösen Substraten, Metallen, Kunststoffen, für den Schutz von Bauten und Fassaden.