DE102013005223A1

DE102013005223A1 - Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme

Info

Publication number: DE102013005223A1
Application number: DE102013005223A
Authority: DE
Inventors: Jens Schaller; Knut Stengel; Frank Meister; Sabine Riede
Original assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Current assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-10-02
Also published as: JP6239585B2; CL2014002527A1; PL2831186T3; CN104245862A; JP2015518499A; US20150079291A1; EP2831186B1; WO2013143696A1; US9683124B2; CN104245862B; EP2831186A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme zur Ver- und Abdichtung, zur Abdeckung sowie zur Konservierung von Oberflächen. Sie umfassen eine Zusammensetzung aus polysaccharidischen Materialien und/oder homo- bzw. heteroglycanischen wasserlöslichen Polysaccharidderivaten, polyolischen Spacern und Vernetzern mit einer bzw. mehreren Carbonyl- oder Carboxylfunktionen. Zum Zeitpunkt ihrer Ausbringung ist die Zusammensetzung wasserlöslich und reaktionsfähig, nach ihrer Aushärtung wasseraufnahme- bzw. quellfähig, wasserdampfdurchlässig, wasser- und UV-stabil und kontrolliert biologisch abbaubar. Durch Umsetzung von polysaccharidischen Materialien, Polysaccharidderivaten und polyolischen Spacern mit Vernetzern, die eine oder mehrere Carbonyl- und/oder Carboxylfunktionen besitzen, werden mechanisch stabile, flexible Filme erhalten, die bis zu einem Fremdstoffgehalt von 80% ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten. Die Filme sind kontrolliert quellbar und können entsprechend des Vernetzungsgrades und des eingesetzten Spacers bis zu 75% Wasser, bezogen auf ihre Trockenmasse, binden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft flüssig anwendbare Multifunktionsfilme auf der Basis von homo- und heteroglycanischen Materialien zur Ver- und Abdichtung, zur Abdeckung sowie zur Konservierung von Oberflächen wie beispielsweise Ackerböden, um nicht erwünschten Bewuchs zu verhindern, Gebäudehüllen und Holzkonstruktionen im Dachbereich oder an Orten erhöhter Kondenswasserbildung, wie sie u. a. im Bereich hinterlüfteter Fassaden zu finden sind bzw. im kosmetisch, medizinischen Bereich zur Abdeckung von Körperoberflächen.
Verbautes, Feuchtigkeit exponiertes Holz ist generell einer langsamen bakteriell verursachten Rotte bzw. auch einem Pilzbefall ausgesetzt und wird über einen längeren Zeitraum abgebaut. Durch Absenken des Feuchtigkeitsgehaltes bis auf ca. 12% ebenso wie durch die Behandlung mit Bioziden lässt sich der Abbau verzögern. In letzterem Fall hat man dann allerdings einen recht hydrophilen Werkstoff, da natürlich verbautes Holz immer eine gewisse Menge Wasser resorbiert.
Kritisch zu betrachten ist ebenfalls Holz, welches zwar äußerlich trocken aber immer noch über eine gewisse Kernfeuchte verfügt und mit Oberflächenbeschichtungen versiegelt wurde, welche nur eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit besitzen. Bekannt für eine erhaltende Behandlung derartiger Oberflächen sind lediglich Mittel zur Konservierung von verbauten Hölzern mittels biozider Produkte bzw. Anstriche, die in der Regel allerdings nicht allen Problemen des Holz- und Umweltschutzes gerecht werden. Allgemein wird deshalb der Wirkungsgrad der bekannten Oberflächenbeschichtungen als zu gering beschrieben.
Bekannt ist weiterhin, dass beim gegenwärtigen Stand der Technik bevorzugt Polyolefin-, PET-, PA- und PVC-Folien als Beschichtungsfilme zur Ver- und Abdichtung sowie Abdeckung von Oberflächen und als Feuchtigkeits-, Dampf- und Wärmesperre in der Bau-, Land- sowie Forstwirtschaft, aber auch im Garten- und Landschaftsbau eingesetzt werden. Nachteilig ist dabei der hohe manuelle Aufwand beim Ver- oder Abdecken, insbesondere bei komplexen Oberflächengeometrien oder besonderen konstruktiven Strukturen (Siloabdeckungen, Ernteverfrühungsfolien, usw.).
Alternativ zu diesem Stand der Technik beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2009 049 284 eine zumindest bereichsweise durch Sprühen oder Streichen aufbringbare Folie als Funktionsschicht einer Gebäudehülle und Dampfsperre für Holzkonstruktionen.
Dort werden Kunststoffdispersionen auf der Basis von synthetischen Polymeren, bevorzugt Acrylat/Methacrylat oder Polyurethan, genutzt. Als nutzbarer Kunststoff wird auch Cellulose erwähnt, aber es fehlt jegliche Lehre zu Folien auf Basis von Cellulose im Sinne von zumindest bereichsweise durch Sprühen oder Streichen aufbringbaren Folienabschnitten und deren mögliche Ausführungsformen.
Die Folienbildung aus der aufgebrachten Dispersionsschicht beruht bevorzugt auf physikalisch-mechanischer Verklebung der Kunststoffpartikel beim Verdampfen des Lösungs-/Dispersionsmittels. Deshalb sind die mechanischen Eigenschaften limitiert und nur in sehr engen Grenzen einstellbar. Zur Realisierung der Sprüh- und Folieneigenschaften sind zudem zwingend verschiedene Additive, wie z. B. Entschäumer und Verdicker, notwendig. Eine biologische Abbaubarkeit ist nicht einstellbar. Es werden keine funktionalen Aktivitäten beispielsweise gegen Mikroorganismen sowie Fraßschädlinge beschrieben.
Patent DE 695 23 127 T2 stellt die Erfindung eines vernetzbaren Cellulose-Additivs zur Verwendung in Latex-Anstrichstoffen vor. Bestandteile des Additivs sind Celluloseether, substituiert mit einer hydrophilen Alkengruppierung. Eine Vernetzung ist in diesem Fall nur über biradikalischen Sauerstoff durch Katalysatoren initiiert, möglich. Dieses Additiv dient ausschließlich als Verdickungs- und Rheologie modifizierendes Agens; es fördert die Vernetzung von Latexfarben.
Die Additive dienen der Ablösung von Latex-Zusammensetzungen auf Ölbasis und damit der Ablösung von Anstrichen mit hohem VOC-Gehalt. Der Gehalt an Celluloseether-Additiv in der Latexmatrix beträgt 0,05 bis 3,00 Gew.-%. Latex-Polymere bestehen aus unterschiedlichen, im Allgemeinen synthetischen Makromolekülen, meist auf Basis von Acrylaten und sind handelsüblich. Die vernetzbaren Additive werden im Patent durch Umsetzung von einfach bis mehrfach ungesättigten, aromatischen und aliphatischen Glycidyletherderivaten mit Celluloseethern hergestellt. Die Vernetzungsreaktion geschieht hier katalytisch mit MnSO4 bzw. mit CoCl2 durch Additionsreaktion eines cyclischen Ethers.
Patent DE 103 08 236 beschreibt biologisch abbaubare landwirtschaftliche Flüssigfolien auf der Basis von Polyhydroxypolyethern. Diese werden unter erheblichem Aufwand und unter Verwendung giftiger Chemikalien, wie z. B. Ameisensäure, Wasserstoffperoxid, Phosphor- und Schwefelsäure, durch säurekatalytische chemische Reaktionen bei Temperaturen von 80–120°C hergestellt, was das Kosten/Nutzen Verhältnis belastet. Nach dem Versprühen der Wasser/Aceton-Lösung oder Suspension geschieht die Folienbildung selbst wiederum nur auf rein mechanischem Weg durch Verklebung der Bodenpartikel. Das Anwendungsgebiet ist also auf die Bodenanwendung beschränkt, es entsteht keine Folie mit eigener Stabilität, womit keine weiteren Anwendungen möglich sind. Dem steht auch die nicht genügend steuerbare biologische Abbaubarkeit gegenüber. Darüber hinaus erfolgt die Ausbringung durch Versprühen von Wasser/Aceton-Gemischen, was beispielsweise für die Anwendung im Innenbereich inakzeptabel ist.
DE 10 2005 053 587 beschreibt die Herstellung temporär abbaubarer Folien für die Landwirtschaft auf Basis einer Alkalisilikatlösung bzw. -dispersion, der biologisch abbaubare, native Oligopolyole beigemischt werden. Die Herstellung der Sprühlösung geschieht in mehreren Schritten und ist aus chemisch-technologischer Sicht äußerst aufwändig (Temperaturen bis 200°C, Verwendung 50%-iger Kalilauge, Filtrationsprozesse). Trotz der Verwendung von Plastifizierungskomponenten sind die mechanischen Eigenschaften nur begrenzt einstellbar. Silikate ergeben naturgemäß spröde und harte Formkörper.
Schließlich beschreibt US-PS 2,329,741 die Herstellung von Folien aus Hydroxyalkylcellulosen durch Vernetzungsreaktionen mit bifunktionellen Aldehyden. Es wird keine cellulosische Hauptkomponente, wie z. B. Zellstoff, Recycling-Cellulose oder Holzmehl verwendet. Es werden ausschließlich Cellulosederivate vernetzt, wodurch sich eine völlig andere Vernetzungsstruktur ergibt, die kein breites Anwendungsfeld abdecken kann. Darüber hinaus sind die Kosten bei ausschließlicher Verwendung von heteroglycanischen Polysaccharidderivaten insbesondere bei Gellanen und Xanthanen deutlich höher. Die Vernetzung findet bei einer Temperatur von 105°C statt, was eine praktische Nassverarbeitung nahezu unmöglich macht.
Gegenstand der WO 2008/112419 A2 ist eine lagerstabile wässrige Latex-Farbe, die Titanoxid, Vinyl-Acryl-, Acryl-Latex und PVC enthält. Eine Vernetzung durch Acetal- oder Ketalbildung findet in diesem System nicht statt. Ebenso wenig werden Spacerverbindungen im vorgenannten Patent genannt, die chemisch in Sprühfilme eingebunden sind und ihrerseits bereits biologische und brandhemmende Eigenschaften aufweisen und außerdem die physikalischen Eigenschaften der Beschichtung in Abhängigkeit von der Art des Polyols beeinflussen. Ebenfalls dürfte keine chemische Vernetzung mit der zu beschichtenden Oberfläche durch die Latex-Farbe stattfinden; falls doch, dann auf eine wesentlich andere Art als eine Acetalisierung bzw. Ketalisierung.
Die Hauptkomponenten dieser Beschichtung sind Wasser, Polyvinylchlorid, Acryl-Latex, Vinyl-Acryl-Latex und TiO2, Cellulosederivate sind nur untergeordnete Bestandteile.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demnach, flüssig anwendbare Multifunktionsfilme auf der Basis von polysaccharidischen Materialien zur Ver- und Abdichtung, zur Abdeckung sowie zur Konservierung von Oberflächen wie beispielsweise Ackerböden, Gebäudehüllen und Holzkonstruktionen im Dachbereich oder an Orten erhöhter Kondenswasserbildung, wie sie u. a. im Bereich hinterlüfteter Fassaden auftreten, zu finden. Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, dabei die Nachteile der im Stand der Technik bekannten technischen Lösungen zu vermeiden und kostengünstige und unter den typischen Applikationstemperaturen einsetzbare, ausreichend mechanisch stabile, notwendig dichte und mit zusätzlichen Funktionalitäten ausgestattete Filme zu entwickeln. Als Landwirtschaftsfolie eingesetzt, sollen die mikrobiologischen Parameter des Bodens nicht negativ beeinflusst werden. Darüber hinaus galt es, durch die Wahl der Zusammensetzung Feuchtigkeitsbindung, mechanische Kennwerte, Bioabbaubarkeit, Porengrößen, usw. entsprechend des jeweiligen Anwendungsgebietes in weiten Grenzen anpassen zu können.
Durch Umsetzung von Polysaccharid-Materialien, und/oder wasserlöslichen Polysaccharidderivaten und polyolischen Spacern mit Vernetzern, die eine oder mehrere Carbonyl- und/oder Carboxylfunktionen besitzen, gelingt es, mechanisch stabile und mehr oder minder flexible Filme zu bilden, die bis zu einem zusätzlichen Fremdstoffanteil von 80% ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten.
Die Polysaccharidmaterialien umfassen sowohl homoglycanische, als auch heteroglycanische Materialien, wasserunlösliche Recyclingcellulose, z. B. gemahlenes Altpapier, Cellulosefasern oder Holzmehl und wasserlösliche Polysaccharidderivate. Wasserlösliche Polysaccharidderivate sind insbesondere Cellulosederivate und umfassen beispielsweise Methylcellulose Carboxymethylcellulose-Natrium, Carboxymethylcellulose in der Säureform, Hydroxyethylcellulose. Stärkederivate gehören auch zu den wasserlöslichen Polysaccharidderivaten, bevorzugt Hydroxyethylstärke. Heteroglycanische Materialien sind bevorzugt Xanthan, Gellan und Hyaluronsäure. Zu den besonders geeigneten Polysaccharidderivaten gehören auch Aminogruppen tragende Polysaccharide wie Aminocellulose und Chitosan. Fremdstoffe können nichtreaktive organische oder anorganische Substanzen oder funktionale Additive sein.
Die stabile Filmschicht entsteht nach acetalischer bzw. ketalischer Verknüpfung der Komponenten unter Wasserabspaltung bei Temperaturen über 10°C durch das Vernetzen freier Aldehyd- bzw. Ketogruppen der multifunktionalen Beschichtungsfilme mit den funktionellen Gruppen der zu beschichtenden Oberflächen, was eine zusätzliche Stabilisierung der multifunktionalen Beschichtungsfilme bewirkt. Die multifunktionale Schicht ist wasser- und UV-Licht beständig. Die als Spacer fungierenden Polyole sind bevorzugt natürlichen Ursprunges und beeinflussen durch ihre Funktionalität bzw. ihre sterische Ausbildung die Elastizität und Quellfähigkeit der Folien. Bei Verwendung von Tanninsäure als Polyol wird die Entflammbarkeit der Folien fast vollständig unterbunden. Die Filme sind durchlässig für Wasserdampf, kontrolliert quellbar und können entsprechend des Vernetzungsgrades und des eingesetzten Spacers bis zu 75% Wasser, bezogen auf die Trockenmasse, binden.
Erfindungsgemäß werden dispergierbare, aber wasserunlösliche Feststoffe, wie beispielsweise polysaccharidische Materialien und/oder wasserlösliche Polysaccharid-Derivate mit polyolischen Spacern und Vernetzern in einer Eintopfsynthese vermischt. Es entsteht eine zunächst lagerstabile wässrige Dispersion, die noch wasserlöslich und reaktiv bleibt. Nach flüssiger Applizierung als Beschichtungsfilm auf Oberflächen erfolgt die Aushärtung durch quantitative acetalische bzw. ketalische Vernetzung. Beim Einsatz von CMC-Na in saurem Medium erfolgt die Aushärtung durch die Ausbildung der Säureform, wodurch überraschenderweise eine zusätzliche irreversible Stabilisierung der Folien nach dem Ausbilden der Säureform erreicht wird.
Die Aufgabe der polyolischen Spacer besteht darin, die Elastizität des entstehenden Films zu gewährleisten und die Wasseraufnahme und Dampfdurchlässigkeit zu beeinflussen. Geeignete polyolische Spacer umfassen als aliphatische Polyole besonders Ethylenglycol, Propantriol, Triethylenglycol, Polyethylenglycol und Sorbitol, als cyclische Polyole insbesondere Glucose, Fructose und Galactose und als aromatische Polyole besonders Cyanidin, Corilagin, Digallussäure, Tanninsäure und Gallussäure.
Bei den wasserlöslichen Polysaccharidderivaten eignen sich wasserlösliche Celluloseether, besonders bevorzugt Hydroxyalkylcellulosen wie beispielsweise 2-HEC, Carboxymethylcellulosen, Methylcellulosen und Hydroxyethylstärke wie beispielsweise 2-HES. Zu den besonders geeigneten Polysaccharidderivaten gehören auch Aminogruppen-tragende Polysaccharide wie Aminocellulose und Chitosan.
Die Vernetzer sind ausgewählt aus Verbindungen, die eine oder mehrere Carbonyl- und/oder Carboxylfunktionen besitzen und bevorzugt Dialdehydkomponenten, Diketoverbindungen oder Di-, Tri- bzw. Tetracarbonsäuren sind. Als besonders bevorzugte Dialdehydkomponenten finden Glyoxal, Glutardialdehyd oder Terephthaldialdehyd Anwendung. Besonders geeignete Ketokomponenten sind Aceton und Acetylaceton. Durch die Auswahl eines geeigneten Vernetzers und den Grad der Vernetzung können die Haftung zu der zu beschichtenden Oberfläche und die Abbaubarkeit eingestellt werden. Die Abbaubarkeit richtet sich nach dem Einsatzgebiet der Filme, z. B. ist zur Konservierung und Abdeckung von Gebäudekonstruktionen und Holz keine Abbaubarkeit erwünscht, sondern im Gegenteil sehr lange Standzeiten. Für den Einsatz in der Landwirtschaft dagegen ist eine solche Abbaubarkeit erwünscht, um die Filme nach dem Gebrauch unterpflügen, kompostieren oder anderweitig biologisch entsorgen zu können.
Entsprechend der Färbung der eingesetzten aromatischen Polyole entstehen wasserunlösliche, hellgraue bis schwarze Filme mit einer eigenen Stabilität.
Durch die Umsetzung von polysaccharidischen Materialien und/oder Polysaccharidderivaten mit Vernetzern, die eine oder mehrere Carbonyl- und/oder Carboxylfunktionen besitzen, und polyolischen Spacern entstehen mehr oder minder flexible klare Folien, die bis zu einem Fremdstoffgehalt von 80% ihre vorteilhaften mechanischen Eigenschaften beibehalten. Fremdbestandteile können nichtreaktive organische oder anorganische Substanzen und/oder funktionelle Additive sein. Eine stabile Folienschicht mit genau einstellbaren Standzeiten entsteht bei typischen Gebrauchstemperaturen.
Eine besonders gute Haftung erhält man durch Applikation der Folienlösung auf porösen Oberflächen, wie Beton, Putz oder auf Oberflächen, die über Hydroxyl-, Carboxyl- oder Aminogruppen verfügen, wie Holz, Glas, Papier, Kunststoffe. Auch auf Metalloberflächen wird eine gute Haftung erzielt.
Bei einem Umsatzgrad der polysaccharidischen Materialien, der Polysaccharidderivate und polyolischen Spacer mit den Vernetzern, die eine oder mehrere Carbonyl- und/oder Carboxylfunktionen besitzen, beispielsweise einer Dialdehydkomponente, einer Mono- bzw. Diketoverbindung oder einer Di-, Tri- bzw. Tetracarbonsäure, kleiner als 81% sind noch freie Vernetzerfunktionalitäten vorhanden, die mit den funktionalen Gruppen der zu beschichtenden Oberfläche vernetzen. Als Dialdehydkomponenten finden bevorzugt Glyoxal, Glutardialdehyd oder Terephthaldialdehyd, als Ketoverbindung finden bevorzugt Aceton bzw. Acetylaceton Anwendung.
Die mechanisch stabilen, feuchteabsorbierenden und kontrolliert quellbaren Beschichtungsfilme auf den Oberflächen, beispielsweise auf einer Holzoberfläche, entstehen nach acetalischer bzw. ketalischer Verknüpfung der Komponenten unter Wasserabspaltung bei Temperaturen über 10°C. Die Schicht ist wasser- und UV-Licht stabil. Die Funktionsdauer des Beschichtungsfilms kann eingestellt werden.
Alle zur Folienbildung eingesetzten Substanzen sind bevorzugt biologischen Ursprungs. Die Folienschicht ist für Wasserdampf durchlässig und quellfähig und kann entsprechend des eingestellten Vernetzungsgrades und des eingesetzten Spacers bis zu 75% Wasser, bezogen auf die Trockenmasse, binden.
Die flüssig anwendbaren Multifunktionsfilme auf der Basis von Cellulose bzw. Stärke sind in der Lage, nach dem Auftragen mit den zu beschichtenden Oberflächen unter Ausbildung zusätzlicher acetalischer bzw. ketalischer Bindungen zu reagieren und dadurch eine dauerhafte kovalente Bindung auszubilden. Der dabei entstehende feste Film bildet eine ebenmäßige Struktur aus, dringt in alle Unebenheiten der zu beschichtenden Oberflächen ein und quillt und schwindet entsprechend der Luftfeuchtigkeit ebenfalls wie die beschichteten Oberflächen, so dass diese Schicht nicht wie konventionelle Anstriche oder Kunststofffolien einer Rissbildung unterliegen, sondern auch Oberflächen- oder konstruktiv bedingte Risse oder Spalte bis 6 mm Breite überbrücken können.
Die erfindungsgemäße Lösung beschreibt flüssig anwendbare Multifunktionsfilme zur Ver- und Abdichtung, zur Abdeckung sowie zur Konservierung von Oberflächen wie beispielsweise Ackerböden, Gebäudehüllen und Holzkonstruktionen im Dachbereich oder an Orten erhöhter Kondenswasserbildung, wie sie u. a. im Bereich hinterlüfteter Fassaden zu finden sind.
Durch eine anwendungsbezogene Auswahl der Zusammensetzung der Multifunktionsfilme gelingt es, mechanisch stabile und mehr oder minder flexible Filme zu bilden, die bis zu einem zusätzlichen Fremdstoffgehalt von 80% ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten.
Fremdstoffe der erfindungsgemäßen Beschichtungsfilme können nichtreaktive organische oder anorganische Substanzen wie beispielsweise Bodensubstrat, Lehm, Gestein, Gesteinsmehle, Pigmente, Kunststoffpartikel, o. ä. sein.
Die erfindungsgemäß als Spacer fungierenden Polyole sind bevorzugt natürlichen Ursprungs.
Vernetzungsgrad, Hydrogeleigenschaften, mechanische Festigkeit und Oberflächenhaftung können durch die eingesetzte Menge an Vernetzer, dessen Zahl an funktionellen Gruppen, die Art und Menge des eingesetzten polyolischen Spacers, die Art und Menge der Fremdstoffe und die funktionellen Gruppen der zu beschichtenden Oberflächen in weiten Grenzen angepaßt werden.
Im Fall der Anwendung als Landwirtschaftsfolie lässt sich die Verweildauer im Boden, d. h. die Zeitdauer des Abbaus der erfindungsgemäß flüssig anwendbaren Beschichtungsfilme, durch den Umsetzungsgrad und die Art der chemischen Vernetzung der polysaccharidischen Materialien und/oder der Polysaccharidderivate, und polyolischen Spacer mit dem Vernetzer kontrolliert einstellen. Eine Langzeitstabilität der Folien wird nur bei einem optimalen Vernetzungsgrad erreicht [Tabelle 1].

Umsatzgrad [Masse %] 0,2 0,25 0,3 0,5 0,7 1,0

Abbauzeit*) [d] 10 h 14 h 1 4 225 237

Umsatzgrad [Masse %] 1,2 1,5 2,0 4,0 7,5 12,5

Abbauzeit*) [d] 241 40 21 7 2 10 h

Tabelle 1 Abbau glyoxalvernetzter Hydroxyethylcellulose im Boden *) Beginn einer Rissbildung
Die Tabelle veranschaulicht, dass je nach Umsatzgrad die Standdauer des biologischen Films eingestellt werden kann. Dabei durchläuft die Standdauer ein Maximum und verringert sich bei höherem Umsatzgrad dann wieder. Andere Kriterien für die Einstellung der Standdauer, d. h. für den Zeitpunkt der Abbaubarkeit, sind die Art des Vernetzters und die verwendeten polysaccharidischen Materialien.
Die besonders im Dach- oder Kellerbereich auftretenden Temperaturschwankungen und damit verbundene Kondenswasserbildung wird durch die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtungsfilme zur Hydrogelbildung verhindert.
Darüber hinaus lässt sich durch den Einsatz der erfindungsgemäßen, flüssig anwendbaren Dampf- und Wärmesperre nicht nur die Arbeitszeit bei Dachisolierungen optimieren, sondern es ergibt sich auch die Möglichkeit bei Altbausanierungen an ansonsten nur mit erheblichem Mehraufwand erreichbaren Orten, Flüssigfolie als Dichtschicht auszubringen.
Die erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Beschichtungsfilme können sowohl bei Neubauten als auch in der Altbausanierung eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäß angewandten Polyole werden dem Polymer nicht als kommerziell bekannte Weichmacher zugesetzt, sondern nehmen als Spacer unmittelbar an der Vernetzungsreaktion teil. Die Bindefähigkeit auf Oberflächen hängt vom erreichten Vernetzungsgrad der Folienlösung ab.
Unter Einfluss von natürlichem UV-Licht findet keine Veränderung der Folieneigenschaften statt.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsfolie ist ungiftig und ruft bei fachgerechter Anwendung keine Reizungen von Augen, Haut und Schleimhäuten hervor. Weiterhin zeichnet sich die ausgehärtete Folie dadurch aus, dass sie die Baustoffbrandklasse B2 erfüllt, die Luftdichtigkeit der Folie bei einem Materialeinsatz von 1 l/m² einen Wert von 0,7–1,2/h erreichen kann, und für den Diffusionswiderstand der Folien ein sd-Wert von 0,7–1,4 m bestimmt wird. Die Dehnfähigkeit der Folie ohne Ablösung von der Holzoberfläche liegt bei einer Spannung von 55 N/mm² bei 60%. Die feste Folie verfügt über eine gute Überlackier- bzw. Überarbeitbarkeit.
Die erfindungsgemäß flüssig applizierbaren Folien haften sehr gut auf Holz, Papier, Glas, Putz, Metall und Kunststoffen, wie z. B. Kunststoff-Folien. Besonders gut ist die Haftung auf Oberflächen von Materialien, die über Hydroxyl-, Carboxyl- oder Aminogruppen verfügen. Mit diesen funktionellen Gruppen gehen die flüssig applizierbaren Folien irreversible Aushärtungsreaktionen unter Abspaltung von Wasser ein.
Auch auf porösen, verschmutzten oder staubigen Oberflächen wird eine sehr gute Haftung der erfindungsgemäßen ausgehärteten Folie erreicht. Die ausgehärtete Beschichtung ist schlag- und kratzfest. Für die Verarbeitung der noch flüssigen bzw. pastösen Beschichtungsfilme eignen sich alle dem Fachmann dafür bekannten Techniken, wie beispielsweise Streichen, Sprühen, Spritzen, Spachteln oder ähnliche.
Die flüssig applizierbaren Folien zeigen multifunktionelle Wirkung und eignen sich entsprechend der stöchiometrischen Zusammensetzung neben der Verwendung als Beschichtungsfilm ebenfalls als Fungizid, Herbizid, Insektizid und Akarizid, sie sind brandhemmend und UV-stabil, dienen als Zusatzkomponente der Stabilisierung von Leichtbauwänden und Lehmkonstruktionen und können bedingt durch ihre Quellfähigkeit Raumfeuchtigkeit abgeben bzw. aufnehmen.
Durch die Art der verwendeten Materialien und die Möglichkeit der Verleihung funktioneller Eigenschaften ist eine Verwendung in der Medizintechnik, aber auch zur Wundheilung oder als Wundauflage und in der kosmetischen Industrie möglich.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung illustrieren. Prozente sind darin als Gewichtsprozente zu verstehen, soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang unmittelbar ersichtlich.
Beispiel 1:
Zur Synthese der flüssig applizierbaren Beschichtungsfilme wird eine 0,1 bis 1 molare, bevorzugt 0,4 bis 0,5 molare Lösung des Cellulosederivates in Wasser hergestellt, mit der gleichen Menge Recycling-Cellulose vermischt und mit conc. Essigsäure auf einen pH-Wert von 2 bis 6, bevorzugt 4 bis 5 angesäuert und mit 0,05 bis 0,5 mol, bevorzugt 0,1 bis 0,3 mol Glyoxal, bezogen auf eine 40%ige Lösung, versetzt, 10 min bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, bevorzugt 20 bis 30°C gerührt und anschließend 0,1 bis 0,5 mol, bevorzugt 0,2 bis 0,4 mol der Polyol-Komponente zugegeben und 3 Stunden bei 20 bis 50°C, bevorzugt 30 bis 40°C gerührt. Die so hergestellten Reaktionsgemische sind teilvernetzte, noch wasserlösliche Produkte mit Viskositäten zwischen 0,68 und 1,46 Pa s in einem Temperaturgefälle von 15 bis 30°C. Nach Verdünnen mit Wasser im Verhältnis 1:5 erhält man eine sprühfähige Lösung, die als Dampfsperre für Holzkonstruktionen geeignet ist. Das konzentrierte Produkt ist mindestens zwei Jahre ohne Änderung der Eigenschaften lagerfähig.
Beispiel 2:
Eine 0,1 bis 0,5 molare, bevorzugt 0,3 bis 0,4 molare Lösung der Polyol-Komponente in Wasser wird mit Essigsäure auf pH 3 bis 6, bevorzugt 4 bis 5 eingestellt und mit 0,1 bis 0,5 mol, bevorzugt 0,3 bis 0,4 mol Glyoxal, bezogen auf eine 40%ige Lösung, versetzt, 20 min bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, bevorzugt 30 bis 40°C gerührt und mit einer 0,1 bis 1 molaren, bevorzugt 0,4 bis 0,5 molaren, wässrigen Lösung des Cellulosederivates, welches mit der gleichen Menge Recycling-Cellulose vermischt wurde, versetzt und 4 Stunden bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, bevorzugt 30 bis 40°C gerührt. Die so hergestellten Reaktionsgemische sind teilvernetzte, noch wasserlösliche Produkte mit Viskositäten zwischen 0,72 und 1,32 Pas in einem Temperaturgefälle von 15 bis 30°C. Nach Verdünnen mit Wasser im Verhältnis 1:6 erhält man eine sprühfähige Lösung, die als Dampfsperre für Holzkonstruktionen geeignet ist. Das konzentrierte Produkt ist bis zu zwei Jahren ohne Änderung der Eigenschaften lagerfähig.
Beispiel 3:
Eine 0,1 bis 1 molare, bevorzugt 0,4 bis 0,6 molare wässrige Lösung des Cellulosederivates wird mit Essigsäure auf pH 3 bis 6, bevorzugt pH 4 bis 5 eingestellt und mit 0,5 bis 1,5 mol, bevorzugt 0,8 bis 1,2 mol Glyoxal, bezogen auf eine 40%ige Lösung versetzt und 10 min bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, bevorzugt 30 bis 40°C gerührt. Im Anschluss gibt man 0,1 bis 0,6 mol, bevorzugt 0,3 bis 0,5 mol eines aromatischen Polyols, bevorzugt Tanninsäure, dazu und rührt weitere 60 min bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, bevorzugt 30 bis 40°C. Dieses teilvernetzte, noch wasserlösliche Produkt verfügt neben der Eigenschaft der Folienbildung noch über eine herbizide Wirkung gegen monokotyle und dikotyle Pflanzen.
Beispiel 4:
Zur Synthese wird eine 0,1 bis 1 molare, bevorzugt 0,4 bis 0,5 molare Lösung des Cellulosederivates in Wasser hergestellt, mit konz. Essigsäure auf einen pH-Wert von 2 bis 6, bevorzugt 4 bis 5 angesäuert und mit 0,1 bis 0,5 mol, bevorzugt 0,2 bis 0,3 mol Glyoxal oder Glutardialdehyd, bezogen auf eine 40%ige Lösung, versetzt, 10 min bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, bevorzugt 20 bis 30°C gerührt, Zu dieser Lösung gibt man anschließend 0,1 bis 0,8 mol, bevorzugt 0,3 bis 0,6 mol eines aromatischen Polyols, bevorzugt Tanninsäure und rührt weitere 60 min bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, bevorzugt 30 bis 40°C. Das noch wasserlösliche Produkt verfügt neben der Eigenschaft der Folienbildung noch über eine fungizide Wirkung gegen Ceratocystis sp. Heterobasidiumannosum, Disculapinicola, Fungi imperfecti und Candida albicans. [Tabelle 2] [Bestimmung nach DIN 58940-84, Ausgabedatum: 2002-10 Medizinische Mikrobiologie – Empfindlichkeitsprüfung von mikrobiellen Krankheitserregern gegen Chemotherapeutika – Teil 84: Mikrodilution; Spezielle Anforderungen an die Testung von Pilzen gegen Antimykotika]

HEC-Corilagin 10 μg Ceratocystiss p. Heterobasidionannosum Disculapinicola Fungi imperfecti Candida albicans

Hemmhofdurchmesser [mm] 21 27 22 18 26

Tab. 2.1 Fungizide Wirkung von HEC-Corilagin bei einem Substitutionsgrad von 0,35

HEC-Cyanidin. 10 μg Ceratocystiss p. Heterobasidionannosum Disculapinicola Fungi imperfecti Candida albicans

Hemmhofdurchmesser [mm] 16 19 14 13 11

Tab. 2.2 Fungizide Wirkung von HEC-Cyanidin bei einem Substitutionsgrad von 0,35

HEC-Digallussäure 10 μg Ceratocystiss p. Heterobasidionannosum Disculapinicola Fungi imperfecti Candida albicans

Hemmhofdurchmesser [mm] 18 27 29 16 13

Tab. 2.3 Fungizide Wirkung von HEC-Cyanidin bei einem Substitutionsgrad von 0,35

HEC-Corilagin 10 μg Ceratocystiss p. Heterobasidionannosum Disculapinicola Fungi imperfecti Candida albicans

Hemmhofdurchmesser [mm] 34 41 37 28 39

Tab. 2.4 Fungizide Wirkung von HEC-Corilagin bei einem Substitutionsgrad von 0,7

HEC-Cyanidin. 10 μg Ceratocystiss p. Heterobasidionannosum Disculapinicola Fungi imperfecti Candida albicans

Hemmhofdurchmesser [mm] 22 31 21 19 14

Tab. 2.5 Fungizide Wirkung von HEC-Cyanidin bei einem Substitutionsgrad von 0,7

HEC-Digallussäure 10 μg Ceratocystiss p. Heterobasidionannosum Disculapinicola Fungi imperfecti Candida albi

Hemmhofdurchmesser [mm] 28 38 39 21 18

Tab. 2.6 Fungizide Wirkung von HEC-Digallussäure bei einem Substitutionsgrad von 0,7
Beispiel 5:
Eine 0,4 bis 1,0 molare, bevorzugt 0,6 bis 0,8 molare wässrige Lösung des Polysaccharidderivates wird mit conc. Essigsäure auf einen pH-Wert von 2,5 bis 6,5 bevorzugt 4 bis 5 angesäuert und anschließend mit soviel Aceton versetzt bis das wasserlösliche Polysaccharidderivat auszufallen beginnt. Die noch klare Lösung wird eine Stunde bei 35 bis 55°C, bevorzugt 50°C gerührt und danach mit 0,4 bis 0,9 mol, bevorzugt 0,7 mol einer wässrigen Lösung eines aromatischen Polyols, bevorzugt Tanninsäure versetzt und weitere 20 bis 40 min, bevorzugt 30 min bei dieser Temperatur gerührt. Das noch wasserlösliche Produkt bildet nach der vollständigen Entfernung von Wasser aus dem Reaktionssystem wasserunlösliche flexible Folien.
Beispiel 6:
Eine 0,2 bis 1,2 molare, bevorzugt 0,8 bis 1,0 molare wässrige Lösung des Polysaccharides wird mit conc. Essigsäure auf einen pH-Wert von 3 bis 7 bevorzugt 4 bis 6 angesäuert und anschließend mit soviel Acetylaceton versetzt bis das wasserlösliche Polysaccharid auszufallen beginnt. Die noch klare Lösung wird 2 bis 6 Stunden, bevorzugt 4 Stunden bei einer Temperatur von 40 bis 80°C, bevorzugt 60°C gerührt und danach mit einer 0,8 bis 1,2 molaren, bevorzugt 1 molaren wässrigen Lösung eines aromatischen Polyols, bevorzugt Tanninsäure versetzt und weitere 60 bis 120 min, bevorzugt 80 min bei dieser Temperatur gerührt. Das noch wasserlösliche Produkt bildet nach der vollständigen Entfernung von Wasser aus dem Reaktionssystem wasserunlösliche flexible Folien.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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DE 10308236 [0010]
DE 102005053587 [0011]
US 2329741 [0012]
WO 2008/112419 A2 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 58940-84 [0051]

Claims

Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme zur Ver- und Abdichtung, zur Abdeckung sowie zur Konservierung von Oberflächen, gekennzeichnet dadurch, dass sie eine Zusammensetzung aus polysaccharidischen Materialien und/oder homo- oder heteroglycanischen wasserlöslichen Polysaccharidderivaten, polyolischen Spacern und Vernetzern mit mindestens einer Carbonyl- oder Carboxylfunktion umfassen, die zum Zeitpunkt ihrer Ausbringung wasserlöslich und reaktionsfähig ist, nach ihrer Aushärtung wasseraufnahme- bzw. quellfähig, wasserdampfdurchlässig, wasser- und UV-stabil bleibt, kontrolliert biologisch abbaubar ist und über zusätzliche Funktionaleigenschaften verfügen, die durch inkorporierte Funktionaladditive induziert werden.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spacer aliphatische, cyclische oder aromatische Polyole sind, bevorzugt Ethylenglycol, Propantriol, Triethylenglycol, Polyethylenglycol, Sorbitol, Glucose, Fructose, Galactose, Cyanidin, Corilagin, Digallussäure, Gallussäure oder Tanninsäure.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzer Dialdehyde, Ketone, Diketone, Di-, Tri- oder Tetracarbonsäuren sind, bevorzugt Glyoxal, Glutardialdehyd, Terephthaldialdehyd, Aceton oder Acetylaceton.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die polysaccharidischen Materialien natürlichen oder synthetischen Ursprungs sind, wobei Recycling-Cellulose in Form von gemahlenem Altpapier bevorzugt ist.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserlöslichen Polysaccharidderivate Celluloseether, bevorzugt Hydroxyalkylcellulosen, Methylcellulosen und Carboxymethylcellulosen, oder Stärkederivate, bevorzugt Hydroxyethylstärke sind.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filme quellfähig sind, die Quellfähigkeit der Filme durch die Art des polyolischen Spacers beeinflusst wird und als Hydrogel entsprechend des Vernetzungsgrades bis zu 75 Gew.-% Wasser, bezogen auf ihre Trockenmasse, binden können, ohne die Eigenschaft einer Abdichtschicht zu verlieren.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien bis zu einem Fremdstoffgehalt von 80 Gew.-% ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine konzentrierte Dispersion (Viskosität > 2,0 Pa s) mindestens zwei Jahre ohne Eigenschaftsänderung lagerfähig ist, die Filme die Baustoffklasse B2 erfüllen, die Luftdichtigkeit der Filme bei einem Materialeinsatz von 1 l/m² einen Wert von 0,7–1,2/h erreicht, für den Diffusionswiderstand der Folien ein sd-Wert von 0,7–1,4 m gemessen wird und die Dehnfähigkeit der Filme ohne Ablösung von der Oberfläche bei einer Spannung bis 55 N/mm² zwischen 30 und 60% liegt.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Filme über eine gute Überlackier- bzw. Überarbeitbarkeit verfügen, gut auf Holz, Papier, Glas, Putz und Metall haften und die Beschichtung schlag- und kratzfest ist.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Funktionsschicht zur Ver- und Abdichtung, zur Abdeckung sowie zur Konservierung von Oberflächen wie beispielsweise Gebäudehüllen und Holzkonstruktionen im Dachbereich oder an Orten erhöhter Kondenswasserbildung anwendbar sind.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie herbizide, fungizide, insektizide und akarizide Eigenschaften aufweisen.
Flüssig anwendbare multifunktionale Beschichtungsfilme gemäß den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Bodenstabilisierung und Bodenabdeckung und zur Unterdrückung nicht erwünschten Bewuchses, im landwirtschaftlichen und gärtnerischen Bereich eingesetzt werden können und die Verweilzeit im Boden in Abhängigkeit von der Zusammensetzung/Vernetzungsgrad und vom Substitutionsgrad einstellbar ist.
Verfahren zur Herstellung von flüssig applizierbaren Beschichtungsfilmen auf der Basis von polysaccharidischen Materialien dadurch gekennzeichnet, dass dispergierbare, wasserunlösliche Feststoffe, insbesondere cellulosische Materialien und/oder wasserlösliche Polysaccharidderivate, wie Hydroxyethylcellulosen, Methylcellulosen, Carboxymethylcellulosen und Hydroxyethylstärken, mit polyolischen Spacern und mit Vernetzern, die eine oder mehrere Carbonyl- und/oder Carboxylfunktionen besitzen, in einer Eintopfsynthese zu einer zunächst lagerstabilen wässrigen Dispersion gemischt werden und nach flüssiger Applizierung als Beschichtungsfilme auf Oberflächen in saurem Medium quantitativ acetalisch oder ketalisch vernetzen, alle chemischen Umsetzungen im Lösungsmittel Wasser ablaufen und die Vernetzungsreaktion bei Temperaturen ab 10°C stattfindet.