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Die Erfindung betrifft die Verwendung von Beschichtungsmitteln zur Herstellung von Wasser führenden Infrastrukturbeschichtungen sowie Verfahren zur Herstellung von Wasser führenden Infrastrukturbauten.
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Wasser führende Infrastrukturbauten sind beispielsweise Kanäle oder Trinkwassersysteme. Derartige Systeme müssen wasserdicht und beständig sein.
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Im Baubereich ist die Verwendung von Beschichtungsmitteln auf Basis von mineralischen Bindemitteln, Polymeren und Füllstoffen zum Beschichten von Substraten weit verbreitet. Derartige Beschichtungsmittel werden in der
US 4746365 zur Herstellung von Beschichtungen für Mauerwerk beschrieben. Die
WO-A 2009/132967 empfiehlt den Einsatz von Polymer-modifizierten, zementären Dichtschlämmen zur Nachbehandlung von Betonkörpern. Die so beschichteten Betonkörper dienen als Untergrund zum Verlegen von Fliesen oder Platten. Die
JP-A 8-120192 empfiehlt für die Herstellung von Flachdächern oder Veranden den Einsatz zementärer Beschichtungsmittel, die relativ zu Polymeren einen hohen Zementgehalt haben. Die
CN-C 100364916 befasst mit wasserbeständigen, wärmeisolierenden Beschichtungen für Gebäude und empfiehlt hierfür den Einsatz von Beschichtungsmitteln auf Basis von zementären Mörteln, die mit geringen Mengen an Polymeren vergütet sind. Die
US 2006/0054059 beschreibt flexible Beschichtungen auf Basis von hydraulisch abbindenden Bindemitteln und Polymeren als Unterlage für Keramikfliesen. Die
CA 1046361 empfiehlt Matten enthaltend eine Schicht auf Basis von Zement und Polymeren zur Oberflächenbeschichtung von Gebäuden. Die
JP-A 4-300231 empfiehlt zur Herstellung von wasserdichten Beschichtungen den Einsatz von schnellhärtenden zementären Systemen, die 1 bis 100 Gewichtsteile Polymere, bezogen auf 100 Gewichtsteile Zement, enthalten. Die
WO-A 2009/064369 empfiehlt Maßnahmen zur Reparatur von Beton, bei denen zementäre Systeme zum Einsatz kommen.
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Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe, Wasser führende Infrastrukturbauten bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Wasserdichtigkeit wie auch ihren mechanischen oder rissüberbrückenden Eigenschaften den bisher bekannten Wasser führenden Infrastrukturbauten überlegen sein sollen. Risse können in den Infrastrukturbauten, wie Kanälen, in Folge von Erdbeben, Schwindprozessen, hygrothermischen Längenänderungen, Alterungsprozessen oder sonstigen mechanischen Belastungen entstehen. Es sollten nun Beschichtungen gefunden werden, die derartige, im Laufe der Zeit innerhalb der Infrastrukturbauten entstehenden Risse überbrücken und auf diese Weise ein Austreten von Wasser aus den Wasser führenden Infrastrukturbauten unterbinden. Des Weiteren sollen die Wasser führenden Infrastrukturbauten mechanischen Belastungen standhalten, beispielsweise wenn Tiere in Kanäle stürzen, oder wenn Gegenstände, wie Bäume oder Äste, in Kanäle fallen.
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Insgesamt sollen also dauerhafte und beständige Wasser führende Infrastrukturbauten bereitgestellt werden. Des Weiteren sollten die Wasser führenden Infrastrukturbeschichtungen gut auf Untergründen haften. Wässrige Beschichtungsmittel sollten im Zuge der Herstellung der Infrastrukturbeschichtungen rasch und ohne lange Trocknungszeit aushärten.
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Ein Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Beschichtungsmitteln zur Herstellung von Wasser führenden Infrastrukturbeschichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtungsmittel ein oder mehrere mineralische Bindemittel, ein oder mehrere Polymere auf Basis von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren, ein oder mehrere Füllstoffe und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive enthalten,
wobei mindestens 60 Gew.-% der Füllstoffe einen Durchmesser von ≥ 10 μm, bezogen auf das Gesamtgewicht der insgesamt eingesetzten Füllstoffe, haben.
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Bei den Infrastrukturbeschichtungen handelt es sich vorzugsweise um Beschichtungen für Infrastrukturbauten wie Kanäle, Teiche, Schwimmbäder, Wasserrinnen oder Trinkwassersysteme, besonders bevorzugt um Kanäle.
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Als Polymere werden Polymerisate von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren eingesetzt. Bevorzugte ethylenisch ungesättigte Monomere werden ausgewählt aus der Gruppe umfassend Vinylester, (Meth)acrylsäureester, Vinylaromaten, Olefine, 1,3-Diene und Vinylhalogenide und gegebenenfalls weiteren damit copolymerisierbaren Monomeren.
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Geeignete Vinylester sind beispielsweise solche von Carbonsäuren mit 1 bis 15 C-Atomen. Bevorzugt werden Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinyllaurat, 1-Methylvinylacetat, Vinylpivalat und Vinylester von α-verzweigten Monocarbonsäuren mit 9 bis 11 C-Atomen, beispielsweise VeoVa9R oder VeoVa10R (Handelsnamen der Firma Resolution). Besonders bevorzugt ist Vinylacetat.
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Geeignete Monomeren aus der Gruppe Acrylsäureester oder Methacrylsäureester sind beispielsweise Ester von unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen. Bevorzugte Methacrylsäureester oder Acrylsäureester sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, t-Butylacrylat, t-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat. Besonders bevorzugt sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, n-Butylacrylat, t-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat.
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Als Vinylaromaten bevorzugt sind Styrol, Methylstyrol und Vinyltoluol. Bevorzugtes Vinylhalogenid ist Vinylchlorid. Die bevorzugten Olefine sind Ethylen, Propylen und die bevorzugten Diene sind 1,3-Butadien und Isopren.
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Gegebenenfalls können noch 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Monomergemisches, Hilfsmonomere copolymerisiert werden. Bevorzugt werden 0,1 bis 5 Gew.-% Hilfsmonomere eingesetzt. Beispiele für Hilfsmonomere sind ethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren, vorzugsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure und Maleinsäure; ethylenisch ungesättigte Carbonsäureamide und -nitrile, vorzugsweise Acrylamid und Acrylnitril; Mono- und Diester der Fumarsäure und Maleinsäure wie die Diethyl-, und Diisopropylester sowie Maleinsäureanhydrid; ethylenisch ungesättigte Sulfonsäuren bzw. deren Salze, vorzugsweise Vinylsulfonsäure, 2-Acrylamido-2-methyl-propansulfonsäure. Weitere Beispiele sind vorvernetzende Comonomere wie mehrfach ethylenisch ungesättigte Comonomere, beispielsweise Diallylphthalat, Divinyladipat, Diallylmaleat, Allylmethacrylat oder Triallylcyanurat, oder nachvernetzende Comonomere, beispielsweise Acrylamidoglykolsäure (AGA), Methylacrylamidoglykolsäuremethylester (MAGME), N-Methylolacrylamid (NMA), N-Methylolmethacrylamid, N-Methylolallylcarbamat, Alkylether wie der Isobutoxyether oder Ester des N-Methylolacrylamids, des N-Methylolmethacrylamids und des N-Methylolallylcarbamats. Geeignet sind auch epoxidfunktionelle Comonomere wie Glycidylmethacrylat und Glycidylacrylat. Weitere Beispiele sind siliciumfunktionelle Comonomere, wie Acryloxypropyltri(alkoxy)- und Methacryloxypropyl-tri(alkoxy)-Silane, Vinyltrialkoxysilane und Vinylmethyldialkoxysilane, wobei als Alkoxygruppen beispielsweise Ethoxy- und Ethoxypropylenglykolether-Reste enthalten sein können. Genannt seien auch Monomere mit Hydroxy- oder CO-Gruppen, beispielsweise Methacrylsäure- und Acrylsäurehydroxyalkylester wie Hydroxyethyl-, Hydroxypropyl- oder Hydroxybutylacrylat oder -methacrylat sowie Verbindungen wie Diacetonacrylamid und Acetylacetoxyethylacrylat oder -methacrylat.
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Bevorzugt werden ein oder mehrere Polymerisate ausgewählt aus der Gruppe umfassend Vinylester-Homopolymerisate, Vinylester-Mischpolymerisate enthaltend eine oder mehrere Monomereinheiten aus der Gruppe umfassend Vinylester, Olefine, Vinylaromaten, Vinylhalogenide, Acrylsäureester, Methacrylsäureester, Fumar- und/oder Maleinsäuremono- oder -diester; (Meth)acrylsäureester-Homopolymerisate, (Meth)acrylsäureester-Mischpolymerisate enthaltend eine oder mehrere Monomereinheiten aus der Gruppe umfassend Methacrylsäureester, Acrylsäureester, Olefine, Vinylaromaten, Vinylhalogenide, Fumar- und/oder Maleinsäuremono- oder -diester; Homo- oder Mischpolymerisate von Dienen wie Butadien oder Isopren, sowie von Olefinen wie Ethen oder Propen, wobei die Diene beispielsweise mit Styrol, (Meth)acrylsäureestern oder den Estern der Fumar- oder Maleinsäure copolymerisiert sein können; Homo- oder Mischpolymerisate von Vinylaromaten, wie Styrol, Methylstyrol, Vinyltoluol; Homo- oder Mischpolymerisate von Vinylhalogenverbindungen wie Vinylchlorid, wobei die Polymerisate noch Hilfsmonomere enthalten können.
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Besonders bevorzugt werden Mischpolymerisate von einem oder mehreren Vinylestern mit 1 bis 50 Gew.-% Ethylen; Mischpolymerisate von Vinylacetat mit 1 bis 50 Gew.-% Ethylen und 1 bis 50 Gew.-% von einem oder mehreren weiteren Comonomeren aus der Gruppe Vinylester mit 1 bis 12 C-Atomen im Carbonsäurerest wie Vinylpropionat, Vinyllaurat, Vinylester von alpha-verzweigten Carbonsäuren mit 9 bis 13 C-Atomen wie VeoVa9, VeoVa10, VeoVa11; Mischpolymerisate von ein oder mehreren Vinylestern, 1 bis 50 Gew.-% Ethylen und vorzugsweise 1 bis 60 Gew.-% (Meth)Acrylsäureester von unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, insbesonders n-Butylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat; und Mischpolymerisate mit 30 bis 75 Gew.-% Vinylacetat, 1 bis 30 Gew.-% Vinyllaurat oder Vinylester einer alpha-verzweigten Carbonsäure mit 9 bis 11 C-Atomen, sowie 1 bis 30 Gew.-% (Meth)Acrylsäureester von unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, insbesonders n-Butylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat, welche noch 1 bis 40 Gew.-% Ethylen enthalten; Mischpolymerisate mit ein oder mehreren Vinylestern, 1 bis 50 Gew.-% Ethylen und 1 bis 60 Gew.-% Vinylchlorid; wobei die Polymerisate noch die genannten Hilfsmonomere in den genannten Mengen enthalten können, und sich die Angaben in Gew.-% auf jeweils 100 Gew.-% aufaddieren.
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Besonders bevorzugt werden auch (Meth)acrylsäureester-Polymerisate, wie Mischpolymerisate von n-Butylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat oder Copolymerisate von Methylmethacrylat mit n-Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat; Styrol-Acrylsäureester-Copolymerisate mit einem oder mehreren Monomeren aus der Gruppe Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat; Vinylacetat-Acrylsäureester-Copolymerisate mit einem oder mehreren Monomeren aus der Gruppe Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und gegebenenfalls Ethylen; Styrol-1,3-Butadien-Copolymerisate; wobei die Polymerisate noch Hilfsmonomere in den genannten Mengen enthalten können, und sich die Angaben in Gew.-% auf jeweils 100 Gew.-% aufaddieren.
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Beispiele für besonders bevorzugte Comonomere für Vinylchlorid-Mischpolymerisate sind α-Olefine, wie Ethylen oder Propylen, und/oder Vinylester, wie Vinylacetat, und/oder Acrylsäureester bzw. Methacrylsäureester von Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, wie Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, n-Butylacrylat, t-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, t-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und/oder Fumar- und/oder Maleinsäuremono- oder -diester wie die Dimethyl-, Methyl-t-butyl-, Di-n-butyl-, Di-t-Butyl- und Diethylester der Maleinsäure bzw. Fumarsäure.
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Am meisten bevorzugt werden Mischpolymerisate mit Vinylacetat und 5 bis 50 Gew.-% Ethylen; oder Mischpolymerisate mit Vinylacetat, 1 bis 50 Gew.-% Ethylen und 1 bis 50 Gew.-% von einem Vinylester von α-verzweigten Monocarbonsäuren mit 9 bis 11 C-Atomen; oder Mischpolymerisate mit 30 bis 75 Gew.-% Vinylacetat, 1 bis 30 Gew.-% Vinyllaurat oder Vinylester einer alpha-verzweigten Carbonsäure mit 9 bis 11 C-Atomen, sowie 1 bis 30 Gew.-% (Meth)Acrylsäureester von unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, welche noch 1 bis 40 Gew.-% Ethylen enthalten; oder Mischpolymerisate mit Vinylacetat, 5 bis 50 Gew.-% Ethylen und 1 bis 60 Gew.-% Vinylchlorid.
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Die Monomerauswahl bzw. die Auswahl der Gewichtsanteile der Comonomere erfolgt dabei so, das eine Glasübergangstemperatur Tg von –50°C bis +30°C, vorzugsweise –40°C bis +10°C, besonders bevorzugt –30°C bis 0°C resultiert. Die Glasübergangstemperatur Tg der Polymerisate kann in bekannter Weise mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) ermittelt werden. Die Tg kann auch mittels der Fox-Gleichung näherungsweise vorausberechnet werden. Nach Fox T. G., Bull. Am. Physics Soc. 1, 3, Page 123 (1956) gilt: 1/Tg = x1/Tg1 + x2/Tg2 + ... + xn/Tgn, wobei xn für den Massebruch (Gew.-%/100) des Monomeren n steht, und Tgn die Glasübergangstemperatur in Kelvin des Homopolymeren des Monomeren n ist. Tg-Werte für Homopolymerisate sind in Polymer Handbook 2nd Edition, J. Wiley & Sons, New York (1975) aufgeführt.
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Die Herstellung der Polymere erfolgt im Allgemeinen in wässrigem Medium und bevorzugt nach dem Emulsions- oder Suspensionspolymerisationsverfahren – wie beispielsweise in
DE-A 102008043988 beschrieben. Die Polymere fallen dabei in Form von wässrigen Dispersionen an. Bei der Polymerisation können die gängigen Schutzkolloide und/oder Emulgatoren eingesetzt werden, wie in der
DE-A 102008043988 beschrieben. Die Schutzkolloide können anionisch oder vorzugweise kationisch oder nichtionisch sein. Bevorzugt sind auch Kombinationen von kationischen und nichtionischen Schutzkolloiden. Bevorzugte nichtionische Schutzkolloide sind Polyvinylalkohole. Bevorzugte kationische Schutzkolloide sind Polymere, die ein oder mehrere kationische Ladungen tragen, wie beispielsweise in
E. W. Flick, Water Soluble Resins – an Industrial Guide, Noyes Publications, Park Ridge, N. J., 1991, beschrieben. Bevorzugt werden als Schutzkolloide teilverseifte oder vollverseifte Polyvinylalkohole mit einem Hydrolysegrad von 80 bis 100 Mol-%, insbesondere teilverseifte Polyvinylalkohole mit einem Hydrolysegrad von 80 bis 94 Mol-% und einer Höpplerviskosität, in 4%-iger wässriger Lösung von 1 bis 30 mPas (Methode nach Höppler bei 20°C,
DIN 53015). Die genannten Schutzkolloide sind mittels dem Fachmann bekannter Verfahren zugänglich und werden im Allgemeinen in einer Menge von insgesamt 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, bei der Polymerisation zugesetzt.
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Die Polymere in Form von wässrigen Dispersionen können wie in der
DE-A 102008043988 beschrieben in entsprechende in Wasser redispergierbare Pulver überführt werden. Dabei wird in der Regel eine Trocknungshilfe in einer Gesamtmenge von 3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die polymeren Bestandteile der Dispersion, eingesetzt. Als Trocknungshilfe sind die vorgenannten Polyvinylalkohole bevorzugt.
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Geeignete mineralische Bindemittel sind beispielsweise Zement, insbesondere Portlandzement, Aluminatzement, insbesondere Calcium-Sulfo-Aluminatzement, Trasszement, Hüttenzement, Magnesiazement, Phosphatzement, oder Hochofenzement, sowie Mischzemente, Füllzemente, Flugasche, Microsilica, Hüttensand, Kalkhydrat, Weißkalkhydrat, Calciumoxid (ungelöschter Kalk) und Gips. Bevorzugt werden Portlandzement, Aluminatzement und Hüttenzement, sowie Mischzemente, Füllzemente, Kalkhydrat oder Gips.
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Bevorzugt sind auch Mischungen von Aluminatzement und einem oder mehreren weiteren mineralischen Bindemitteln, wie insbesondere Portlandzement, Hüttenzement, Mischzemente, Füllzemente, Kalkhydrat oder Gips. Die Mischungen enthalten vorzugsweise 20 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 80 Gew.-% und am meisten bevorzugt 33 bis 66 Gew.-% Aluminatzement, bezogen auf die mineralischen Bindemittel.
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Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Quarzsand, Quarzmehl, Kalksteinmehl, Calciumcarbonat, Dolomit, Ton, Kreide, Weißkalkhydrat, Talkum oder Glimmer, Gummigranulat oder Hartfüllstoffe, wie Aluminiumsilicate, Korund, Basalt, Carbide, wie Siliciumcarbid oder Titancarbid, oder puzzolanisch reagierende Füllstoffe, wie Flugasche, Metakaolin, Mikrosilica. Bevorzugt werden als Füllstoffe Quarzsand, Quarzmehl, Kalkstein mehl, Calciumcarbonat, Calciummagnesiumcarbonat (Dolomit), Kreide oder Weißkalkhydrat. Vorzugsweise umfassen die Füllstoffe kein Kies. Kies hat im Allgemeinen Durchmesser von ≥ 2 mm, insbesondere ≥ 4 mm.
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Es können auch beliebige Gemische der genannten Füllstoffe eingesetzt werden. Bevorzugte Gemische umfassen ein oder mehrere silikatische Füllstoffe, wie Sand, und ein oder mehrere carbonatische Füllstoffe ausgewählt aus der Gruppe umfassend Calciumcarbonat, Kreide, Dolomit und Kalkstein. Bevorzugte Gemische enthalten ein oder mehrere silikatische Füllstoffe und ein oder mehrere carbonatische Füllstoffe im Verhältnis von 1 zu 1 bis 4 zu 1.
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Die Füllstoffe haben vorzugsweise Durchmesser von 0,01 bis 3 mm, besonders bevorzugt 0,02 bis 2 mm und am meisten bevorzugt 0,1 bis 1 mm.
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Vorzugsweise haben 60 bis 100 Gew.-% der Füllstoffe einen Durchmesser von 10 μm bis 1 mm; besonders bevorzugt haben 70 bis 100 Gew.-% der Füllstoffe einen Durchmesser von 10 μm bis 0,6 mm; jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der insgesamt eingesetzten Füllstoffe.
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In Folge der erfindungsgemäßen Durchmesser der Füllstoffe erleiden die erfindungsgemäß erhältlichen Wasser führenden Infrastrukturbeschichtungen im Zuge ihrer Herstellung einen geringeren Schwund, was der Rissbildung innerhalb der erfindungsgemäßen Beschichtungen entgegenwirkt und der rissüberbrückenden Eigenschaften der Infrastrukturbeschichtungen förderlich ist.
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Typische Rezepturen für die Beschichtungsmittel enthalten vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 55 Gew.-% und am meisten bevorzugt 25 bis 50 Gew.-% Polymere; vorzugsweise 2 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 30 Gew.-% am meisten bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% mineralische Bindemittel; vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-% und besonders bevorzugt 20 bis 60 Gew.-% Füllstoffe; wobei sich die Angaben in Gew.-% auf das Trockengewicht der Beschichtungsmittel beziehen und sich insgesamt auf 100 Gew.-% addieren.
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Die Beschichtungsmittel enthalten vorzugsweise 30 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 90 Gew.-% und am meisten bevorzugt 50 bis 88 Gew.-% Polymere, bezogen auf das Trockengewicht der Polymere und der mineralischen Bindemittel.
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Die Beschichtungsmittel sind also vorzugsweise Trockenmischungen. Den Beschichtungsmitteln wird im Allgemeinen direkt vor ihrer Applikation Wasser zugesetzt. Wässrige Beschichtungsmittel enthalten vorzugsweise 15 bis 40 und besonders bevorzugt 20 bis 40 Wasser, bezogen auf das Trockengewicht der Beschichtungsmittel.
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Die anwendungstechnischen Eigenschaften der Beschichtungsmittel können durch Additive oder Zusatzstoffe verbessert werden. Geeignete Additive sind beispielsweise hochdisperse Kieselsäuren, auch bekannt unter der Abkürzung HDK, wie beispielsweise pyrogene Kieselsäure oder gefällte Kieselsäure. Hochdisperse Kieselsäuren sind vorzugsweise zu 0,1 bis 3 und besonders bevorzugt zu 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der jeweiligen Beschichtungsmittel, in den Beschichtungsmitteln enthalten. Der Einsatz von hochdispersen Kieselsäuren führt zu Infrastrukturbeschichtungen, die gegen das Eindringen von Wasser dichter sind. Darüber bewirken die hochdispersen Kieselsäuren auch verarbeitungstechnische Vorteile aus, da entsprechende wässrige Beschichtungsmittel weniger klebrig sind und im Zuge des Abbindens der mineralischen Bindemittel schneller austrocknen.
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Ein bevorzugtes Additiv sind auch Schichtsilikate. Schichtsilikate enthaltende Beschichtungsmittel führen zu Infrastrukturbeschichtungen mit einer höheren Dichtigkeit gegenüber Wasser. Schichtsilikate sind vorzugsweise zu 0 bis 3 Gew.-% und besonders bevorzugt zu 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Beschichtungsmittel, enthalten.
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Bevorzugte Additive sind auch Fasern. Beispiele für geeignete Fasern sind Keflar, Viskosefasern, Polyamidfasern, Polyesterfasern, Polyacrylnitrilfasern, Dralonfasern, Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, Polyvinylalkoholfasern, Aramidfasern oder Kohlenstofffasern. Fasern sind vorzugsweise zu 0 bis 3 Gew.-% und besonders bevorzugt zu 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Beschichtungsmittel, enthalten. Der Einsatz von Fasern führt zu Infrastrukturbeschichtungen mit stärker rissüberbrückenden Eigenschaften.
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Übliche Zusatzstoffe für Beschichtungsmittel sind Verdickungsmittel, beispielsweise Polysaccharide wie Celluloseether und modifizierte Celluloseether, Stärkeether, Guar Gum, Xanthan Gum, Polycarbonsäuren wie Polyacrylsäure und deren Teilester, sowie Polyvinylalkohole welche gegebenenfalls acetalisiert oder hydrophob modifiziert sein können, Casein und assoziativ wirkende Verdicker. Übliche Zusatzstoffe sind auch Verzögerer, wie Hydroxycarbonsäuren, oder Dicarbonsäuren oder deren Salze, Saccharide, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, Gluconsäure, Zitronensäure, Sucrose, Glucose, Fructose, Sorbit, Pentaerythrit. Gängige Zusatzstoffe sind auch Vernetzen wie Metall- oder Halbmetalloxide, insbesondere Borsäure oder Polyborate, oder Dialdehyde, wie Glutardialdehyd; übliche Zusatzstoffe sind auch Abbindebeschleuniger, beispielsweise Alkali- oder Erdalkalisalze von anorganischen oder organischen Säuren. Weiter Zusatzstoffe sind beispielsweise Pigmente, insbesondere anorganische Pigmente, wie Titandioxid. Darüberhinaus sind noch zu nennen: Konservierungsmittel, Filmbildehilfsmittel, Dispergiermittel, Schaumstabilisatoren, Entschäumer, Verflüssiger, Fließmittel und Flammschutzmittel (z. B. Aluminiumhydroxid).
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Im Allgemeinen beträgt der Anteil an Zusatzstoffen an den Beschichtungsmitteln insgesamt 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 15 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Trockengewicht der Beschichtungsmittel.
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Die Herstellung der Beschichtungsmittel auf Basis von mineralischen Bindemitteln, Polymeren, Füllstoffen und gegebenenfalls Additiven ist an keine besondere Vorgehensweise oder Mischvorrichtung gebunden. Beschichtungsmittel sind erhältlich, indem die einzelnen Bestandteile der Rezeptur in herkömmlichen Pulvermischvorrichtungen, beispielsweise mittels Mörtel-, Beton-Mischer oder Putzmaschinen oder Rührern vermischt und homogenisiert werden. Die einzelnen Bestandteile werden beim Mischen im Allgemeinen in trockener Form eingesetzt.
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Die Polymere können in Form von wässrigen Dispersionen oder vorzugsweise in Form von in Wasser redispergierbaren Pulvern eingesetzt werden.
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Die Beschichtungsmittel können beispielsweise in Form von Einkomponentensystemen oder Zweikomponentensystemen bereitgestellt werden. Einkomponentensysteme enthalten sämtliche Bestandteile der Beschichtungsmittel. Bei Einkomponentensystemen handelt es sich im Allgemeinen um Trockenformulierungen. Einkomponentensysteme werden vorzugsweise hergestellt, indem mineralische Bindemittel, Füllstoffe, Polymere, gegebenenfalls Additive und gegebenenfalls Zusatzstoffe vorgemischt werden. Zur Herstellung der wässrigen Beschichtungsmittel kann das Wasser zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt, im Allgemeinen kurz vor Applikation der Beschichtungsmittel, beigemischt werden.
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Zweikomponentensysteme umfassen eine erste Komponente und eine zweite Komponente. Die erste Komponente enthält alle Bestandteile der Beschichtungsmittel bis auf Polymere. Die erste Komponente ist im Allgemeinen eine Trockenformulierung. Die zweite Komponente enthält die Polymere, vorzugsweise in Form von wässrigen Dispersionen. Zur Herstellung der, gegebenenfalls wässrigen, Beschichtungsmittel werden die erste Komponente und die zweite Komponente gemischt, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasser oder mit anschließendem Zusatz von Wasser.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zur Herstellung von Wasser führenden Infrastrukturbauten durch Applikation von einem oder mehreren Beschichtungsmitteln auf einen Untergrund, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtungsmittel ein oder mehrere mineralische Bindemittel, ein oder mehrere Polymere auf Basis von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren, ein oder mehrere Füllstoffe und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive enthalten,
wobei mindestens 60 Gew.-% der Füllstoffe einen Durchmesser von ≥ 10 μm, bezogen auf das Gesamtgewicht der insgesamt eingesetzten Füllstoffe, haben.
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Die Untergründe können organischer oder anorganischer, natürlicher oder künstlicher Art sein. Beispiele für natürliche Untergründe sind Boden, Fels, Gestein oder Geröll. Beispiele für künstliche Untergründe sind vorwiegend Untergründe aus dem Baubereich, wie Substrate basierend auf Zusammensetzungen enthaltend mineralische Bindemittel, insbesondere Beton, aber auch Holz-, Kunststoffe, insbesondere Polyurethanschaumplatten, oder Metalle, insbesondere Aluminium. Untergründe aus dem Baubereich sind bevorzugt.
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Die wässrigen Beschichtungsmittel können nach manuellen Verfahren oder maschinellen Verfahren appliziert werden. Bei Handverfahren werden die wässrigen Beschichtungsmittel mit Hilfe von Bürsten, Pinseln, Rollern, Spachteln, Kellen, Traufeln oder Schaufeln auf den Untergrund aufgebracht. Bei maschinellen Verfahren werden die wässrigen Beschichtungsmittel mittels Spritzmaschinen, Putzmaschinen oder Robotern auf den Untergrund aufgebracht. Es können mehrere Schichten von Beschichtungsmitteln übereinander aufgetragen werden. Vorzugsweise wird nur eine Schicht der Beschichtungsmittel auf einen Untergrund aufgetragen. Im Anschluss an den Auftrag von Beschichtungsmitteln auf die Untergründe kann die Oberfläche des Auftrags geglättet werden, beispielsweise unter Einsatz von Glättscheiben oder Flügelglättern.
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Die Beschichtungsmittel werden üblicherweise bei Umgebungstemperaturen appliziert, d. h. im Allgemeinen bei Temperaturen von 0 bis 50°C, insbesondere von 5 bis 35°C.
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Die Untergründe können vor Applikation der Beschichtungsmittel grundiert werden. Als Grundierungsmittel eignen sich beispielsweise wässrige Dispersionen der oben genannten Polymere, vorzugsweise mit Feststoffgehalten von 10 bis 50%
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Die Beschichtungsmittel werden in einer Schichtdicke von vorzugsweise 1 bis 10 mm, besonders bevorzugt 2 bis 5 mm und am meisten bevorzugt 2 bis 3 mm auf einen Untergrund aufgetragen.
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Schließlich können auf die Infrastrukturbeschichtungen weitere Schichten aufgebracht werden, wie beispielsweise Farben, insbesondere auf Basis von Titandioxid-Pigmenten. Vorzugsweise bilden die erfindungsgemäßen Beschichtungen aber die oberste bzw. abschließende Schicht der Wasser führenden Infrastrukturbauten.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Beschichtungen zeichnen sich durch vorteilhafte anwendungstechnische Eigenschaften aus und haben beispielsweise hervorragende mechanische Eigenschaften und Wasserdichtigkeit. Überraschenderweise führt der erfindungsgemäße Einsatz von Beschichtungsmitteln zu Beschichtungen, die gegenüber herkömmlichen, mineralischen Beschichtungen ein verbessertes Reißdehnungsverhalten zeigen und somit flexibler sind, was zu einer verbesserten Rissüberbrückung führt, so dass in Untergründen entstehende Risse abgedichtet werden und entsprechend beschichtete Wasser führende Infrastrukturbauten kein Wasser verlieren. Die erfindungsgemäßen Beschichtungen haften auch sehr gut auf unterschiedlichsten Untergründen. Des Weiteren sind die Beschichtungen ausgehend von den Beschichtungsmitteln durch einfache und wenige Arbeitsschritte unter Einsatz von gängigem Baustellenequipment in zeiteffizienter Weise zugänglich. Dies trifft insbesondere auch deswegen zu, da die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel rasch durchtrocknen, selbst wenn die Beschichtungsmittel in größeren Auftragsdicken aufgebracht werden. Insgesamt werden durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise Beschichtungen erhalten, die sich in besonderer Weise für die Bereitstellung von Wasser führenden Infrastrukturbeschichtungen bzw. Infrastrukturbauten eignen.
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Die folgenden Beispiele dienen der detaillierten Erläuterung der Erfindung und sind in keiner Weise als Einschränkung zu verstehen.
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Beispiel 1 (Bsp. 1):
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Zur Herstellung des Beschichtungsmittels wurden die einzelnen Bestandteile der unten angegebenen Rezeptur in folgender Reihenfolge unter Mischen in einen Hobart-Mischer (handelsüblicher Labormischer) gegeben: zuerst Zement, dann die Füllstoffe, das Dispersionspulver und schließlich die übrigen Bestandteile. Anschließend wurde während 15 Minuten auf Stufe 1 homogen vermischt. Aus der so erhaltenen Trockenmischung wurde in Analogie zu EN 196-1 mit der unten angegebenen Wassermenge das wässrige Beschichtungsmittel hergestellt. Das wässrige Beschichtungsmittel wurde auf Teflonschalungen (Grundfläche: 30 × 15 cm) mit einer Traufel geglättet. Nach 24 Stunden Lagerung unter Normalbedingungen nach DIN 50014 waren die Filme ausgehärtet und wurden nach Abziehen von der teflonschalungen für 7 Tage bei Normalklima (23°C/50% relative Luftfeuchtigkeit) gelagert.
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Rezeptur des Beschichtungsmittels (Trockenmischung):
12 Gew.-Teile Portlandzement,
42 Gew.-Teile Dispersionspulver Vinnapas® 5044 N (Vinylacetat-Ethylen-Copolymer, stabilisiert mit Polyvinylalkohol),
0,46 Gew.-Teile hochdisperse Kieselsäure (Wacker HDK H15),
22,3 Gew.-Teile Quarzsand (Medianwert des Durchmessers der Sandpartikel: 150 μm),
22,2 Gew.-Teile Quarzsand (Medianwert des Durchmessers der Sandpartikel: 600 μm).
Wassermenge: 35,2 g Wasser pro 100 g der Trockenmischung.
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Beispiel 2 (Bsp. 2):
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Analog zu Beispiel 1, mit dem Unterschied, dass an Stelle des Dispersionspulvers Vinnapas® 5044 N das Dispersionspulver Vinnapas® LL 4040 N (Vinylacetat-Ethylen-Copolymer, stabilisiert mit Polyvinylalkohol und einem kationischem Schutzkolloid) sowie an Stelle von 35,2 g Wasser pro 100 g der Trockenmischung 34,5 g Wasser pro 100 g der Trockenmischung eingesetzt wurden.
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Beispiel 3 (Bsp. 3):
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Analog zu Beispiel 1, mit dem Unterschied, dass folgende Trockenmischung und folgende Wassermenge zur Herstellung des Beschichtungsmittels eingesetzt wurde:
12 Gew.-Teile Portland Zement,
28 Gew.-Teile Dispersionspulver Vinnapas® 5044 N (Vinylacetat-Ethylen Copolymer, stabilisiert mit Polyvinylalkohol),
0,46 Gew.-Teile hochdisperse Kieselsäure (Wacker HDK H15),
50,0 Gew.-Teile Quarzsand (Medianwert des Durchmessers der Sandpartikel: 150 μm),
10,0 Gew.-Teile Quarzsand (Medianwert des Durchmessers der Sandpartikel: 600 μm).
Wassermenge: 28,1 g Wasser pro 100 g der Trockenmischung.
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Beispiel 4 (Bsp. 4):
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Analog zu Beispiel 3, mit dem Unterschied, dass an Stelle des Dispersionspulvers Vinnapas® 5044 N das Dispersionspulver Vinnapas® LL 4040 N (Vinylacetat-Ethylen-Copolymer, stabilisiert mit Polyvinylalkohol und einem kationischem Schutzkolloid) sowie an Stelle von 28,1 g Wasser pro 100 g der Trockenmischung 28,0 g Wasser pro 100 g der Trockenmischung eingesetzt wurden.
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Vergleichsbeispiel 5 (Bsp. 5):
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Analog zu Beispiel 1, mit dem Unterschied, dass als Beschichtungsmittel eine Acrylatdispersion, d. h. kein zementäres Beschichtungsmittel eingesetzt wurde.
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Anwendungstechnische Ausprüfung
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Nach ISO 527-3 (8/1995) wurden aus dem jeweilgen, nach der Trockenlagerung erhaltenen Film des Beispiels 1 bis 4 bzw. des Vergleichbeispiels 5 Normstäbe vom Typ 1B ausgestanzt. Anschließend wurden die Reißfestigkeit, Reißdehnung der Normstäbe mittels Zugversuch nach ISO 527-3 (8/1995) bestimmt. Die Normstäbe wurden mit einer Zuggeschwindigkeit von 50 mm/min bis zum Versagen gedehnt.
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Die Haftzugfestigkeit wurde nach DIN 18555-6 bestimmt. Die Shore-A-Härte wurde mit einem Nadelpenetrometer bei 23°C und 50% Luftfeuchtigkeit bestimmt.
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Die Ergebnisse der Austestung sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1:
| | Reißfestigkeit (N/mm2) | Reißdehnung (%) | Haftzugfestigkeit (N/mm2) | Shore A |
| Bsp.1 | 1,63 | 49 | 1,33 | 78 |
| Bsp.2 | 1,20 | 69 | 1,36 | 78 |
| Bsp.3 | 1,70 | 28 | 1,57 | 82 |
| Bsp.4 | 1,35 | 37 | 1,54 | 82 |
| Vbsp.5 | n. b.* | n. b.* | n. b.* | 74 |
*:n. b. = nicht bestimmt.
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Die erfindungsgemäßen Produkte (Beispiele 1 bis 4) sind härter als das Vergleichsbeispiel auf Basis der Acrylatdispersion (Vergleichsbeispiel 5) und zeigen zudem hervorragende mechanische Eigenschaften, beispielsweise eine hohe Reißdehnung, die mit gewünschten rissüberbrückenden Eigenschaften einhergeht. Des Weiteren trocknen die erfindungsgemäßen wässrigen Beschichtungsmittel rasch und ohne Rissbildung aus, selbst wenn sie in größeren Schichtdicken appliziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4746365 [0003]
- WO 2009/132967 A [0003]
- JP 8-120192 A [0003]
- CN 100364916 C [0003]
- US 2006/0054059 [0003]
- CA 1046361 [0003]
- JP 4-300231 A [0003]
- WO 2009/064369 A [0003]
- DE 102008043988 A [0019, 0019, 0020]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- T. G., Bull. Am. Physics Soc. 1, 3, Page 123 (1956) [0018]
- J. Wiley & Sons, New York (1975) [0018]
- E. W. Flick, Water Soluble Resins – an Industrial Guide, Noyes Publications, Park Ridge, N. J., 1991 [0019]
- DIN 53015 [0019]
- EN 196-1 [0049]
- DIN 50014 [0049]
- ISO 527-3 (8/1995) [0055]
- ISO 527-3 (8/1995) [0055]
- DIN 18555-6 bestimmt [0056]