-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Hydrophobierung von Baustoffen und deren Verwendung.
-
Wasser-in-Öl-Emulsionen finden breite Anwendung zum Beispiel in dem Bereich der Kosmetik. Mit diesem Emulsionstyp ist es möglich, feststofffreie, cremeartige bzw. pastöse Zubereitungen bereitzustellen, bei denen die Wirkstoffe unter anderem in der kontinuierlichen Ölphase verteilt sind. Die Ölphase zeichnet sich im Vergleich zu der wässrigen Phase durch eine vergleichsweise niedrige Oberflächenspannung aus, die eine Penetration oder Verteilung der Wirkstoffe erleichtert. Auch im Bereich der Baustoffmprägnierung sind Wasser-in-Öl-Emulsionen als Hydrophobierungsmittel bereits im Einsatz. Der Zweck einer hydrophobierenden Imprägnierung ist die Reduktion der Wasseraufnahme oder des Eindringens sonstiger in Wasser gelöster unerwünschter Stoffe in einen porösen Baustoff, wie beispielsweise Beton, Zement, Naturstein, Holz usw..
-
Bewertungskriterien für eine Zusammensetzung zur Hydrophobierung sind die Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit. Für die Wirksamkeit einer Betonhydrophobierung ist die Reduktion der Wasseraufnahme unter einen Grenzwert von 0,1 kg/(m2h1/2) entscheidend (EN1504-2). Die Dauerhaftigkeit einer Hydrophobierungsmaßnahme wird über die Eindringtiefe des Hydrophobierungsmittels in den Baustoff beurteilt. Es werden Imprägnierungen mit einer Eindringtiefe < 10 mm und > 10 mm unterschieden (EN1504-2). Letztere zeigen eine längere Lebensdauer. Der Kontaktwinkel, der sich nach der Hydrophobierung zwischen dem Baustoff und einem aufgesetzten Wassertropfen ausbildet, ist kein Qualitätskriterium.
-
In der Literatur sind sowohl Verfahren, bei denen die Imprägnierungsmittel flächig auf der Oberfläche des Baustoffes aufgetragen werden, wie auch Verfahren zur Injektion der Hydrophobierungszusammensetzung über Bohrlöcher in das Mauerwerk (
DE 19513238A1 ) bekannt. Der Zweck einer Injektion gegen aufsteigende Feuchtigkeit ist die Unterbrechung des kapillaren Feuchtetransports entgegen der Schwerkraft über den Querschnitt eines Wandbildners, also zum Beispiel einer Ziegelmauer.
-
Bei den bisher bekannten und üblichen cremeartigen bzw. pastösen Hydrophobierungszusammensetzungen werden Kombinationen aus monomeren und polymeren Organosiliziumverbindungen genutzt, die meist weitere Bestandteile wie organische Lösungsmittel, Kohlenwasserstoffe oder Silikonöle aufweisen (
DE19628035A1 ,
DE19904496A1 ,
DE10203247A1 ,
DE10130091A1 und
DE19945305A1 ). Diese Hydrophobierungsmittel reagieren einerseits mit dem Baustoff und in dem Baustoff bzw. mit der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit zu polymeren und hydrophoben Netzwerken, zerfallen gegebenenfalls, und hinterlassen andererseits im Verlauf der Trocknung eine polymere und hydrophobe Schicht auf dem Baustoff, welche unter Umständen wieder entfernt werden muss. Zudem können hierdurch Farb- oder Glanzveränderungen auf den behandelten Baustoffoberflächen hervorgerufen werden.
-
DE19628035A1 betrifft beispielsweise eine wässrige Creme von Organosiliziumverbindungen, deren Herstellung und Verwendung. Es handelt sich um eine wasserhaltige, pastöse und standfeste Hydrophobierungscreme, welche als Wirkstoffe Alkylalkoxysilane, Organopolysiloxane und stickstoffhaltige Organopolysiloxane mit einem Wirkstoffgehalt von 60 bis 95 Gew.-% umfasst. Zudem enthält die Creme Emulgator und Wasser und ist frei von Feststoffen und organischen Lösungsmitteln.
-
Nachteilig ist bei den bekannten Hydrophobierungszusammensetzungen, dass diese hohe Anteile an monomeren und polymeren Organosiliziumverbindungen enthalten. Monomere Organosiliziumverbindungen sind flüchtig und beeinträchtigen somit die Raumluftqualität bei der Anwendung in Innenräumen. Desweiteren werden polymere Organosiliziumverbindungen wie Polysiloxane eingesetzt, die in einigen Einsatzbereichen aufgrund ihrer zwar geringen, aber trotzdem merklichen Flüchtigkeit unerwünscht sind.
-
Die
DE 10 2011 003 975 A1 offenbart ein hydrophobierendes Dispersionsgel, welches bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Gew.-% die Komponenten: (A) 50–80 Gew.-% Alkyltrialkoxysilan, (B) 0,3–1,0 Gew.-% verzweigte Polyacrylsäure, (C) 0,5–2,0 Gew.-% nicht-tensidisches Aminoxid, (D) 0,2–1,0 Gew.-% tensidisches Aminoxid, (E) 5,0–12 Gew.-% nicht-ionisches Tensid und (F) 8,0–40 Gew.-% Wasser umfasst.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung zur Hydrophobierung von Baustoffen in Form einer feststofffreien Wasser-in-Öl-Emulsion bereitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Insbesondere sollen in der Zusammensetzung keine organischen Lösungsmittel, Kohlenwasserstoffe oder andere flüchtige organische Verbindungen sowie möglichst keine polymeren Organosiliziumverbindungen enthalten sein. Ebenso soll der Anteil flüchtiger monomerer Organosiliziumverbindungen weitestgehend reduziert werden, ohne dabei an hydrophobierender Wirkung einzubüßen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zusammensetzung zur Hydrophobierung von Baustoffen in Form einer feststofffreien Wasser-in-Öl-Emulsion mit einer Viskosität von mindestens 10.000 mPa·S, wobei die Zusammensetzung umfasst:
(A) 5 bis 95 Gew.-% Wasser,
(B) 0,1 bis 15 Gew.-% Emulgator,
(C) 0,1 bis 70 Gew.-% einer Wirkstoffkomponente, die ausgewählt ist aus einem oder mehreren monomeren Alkylalkoxysilanen, Arylalkoxysilanen und/oder Acrylatderivaten, und
(D) 0,1 bis 40 Gew.-% mindestens eines Polyesterpolymers,
wobei alle Gew.-%-Angaben auf die Gesamtzusammensetzung bezogen sind.
-
Bevorzugt ist die Wirkstoffkomponente (C) ausgewählt aus Octyltrimethoxysilan, Octyltriethoxysilan und fluorierten Acrylaten.
-
Bevorzugter umfasst die Zusammensetzung 60 bis 95 Gew.-% Wasser (A), 0,1 bis 5 Gew.-%, Emulgalor (B), 0,1 bis 35 Gew.-% der Wirkstoffkomponente (C) und 0,1 bis 35 Gewichtsprozent des mindestens einen Polyesterpolymers (D), bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
-
Noch bevorzugter umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung 65 bis 90 Gew.-% Wasser (A), 0,1 bis 4 Gew.-% Emulgator (B), 0,5 bis 30 Gew.-% der Wirkstoffkomponente (C) und 0,5 bis 30 Gew.-% des mindestens einen Polyesterpolymers (D), bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
-
Desweiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass Komponenten (C) und (D) in der Zusammensetzung in Summe in einem Anteil von 5 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 60 Gew.-%, bevorzugter 10 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung vorliegen.
-
Erfindungsgemäß ist der Emulgator (B) ausgewählt aus bekannten Wasser-in-Öl-(w/o)-Emulgatoren, die vorzugsweise einen HLB-Wert ≤ 6, bevorzugter 0,1–6, aufweisen, noch bevorzugter Emulgator auf Basis von Organosiloxanen wie Cetyl-PEG/PPG-10/1-Polydimethylsiloxan und Glyceryl/Lauryl-Polydimethylsiloxan, PEG2-Cethylether, PLG2-Stearylether oder Emulgator auf Basis von Polyglycerin wie Capryl/Caprintriglycerid (PEG:Polyethylenglykol; PPG:Polypropylen-glykol), oder Mischungen derselben.
-
Der HLB-Wert ist der hydrophilic-lipophilic-alance-Wert, der auf dem Fachgebiet gut bekannt ist.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll es sich bei „bekannten w/o-Emulgatoren” um übliche anionische, kationische und nichtionische Emulgatoren handeln, welche zur Herstellung einer Wasser-in-Öl-Emulsion geeignet sind.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll es sich bei „monomeren Alkylalkoxysilanen” um Verbindungen handeln, die einen oder zwei gleiche oder verschiedene, gegebenenfalls halogensubstituierte, verzweigte oder lineare C1-C20-Alkylreste, wie beispielsweise Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- oder iso-Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl- oder Octylreste usw., aufweisen. Bei den übrigen Resten des Alkylalkoxysilans handelt es sich bevorzugt um C1-C6-Alkoxyreste, welche gegebenenfalls ebenfalls halogensubstituiert, verzweigt oder linear sein können. Bevorzugt sind monomere Alkylalkoxysilane mit einer Alkylgruppe und drei Alkoxygruppen.
-
Erfindungsgemäß können als Wirkstoffkomponente (C) auch Arylalkoxysilane eingesetzt werden, beispielsweise Phenylalkoxysilan, wobei ebenfalls vorzugsweise eine Arylgruppe mit 6–20 Kohlenstoffatomen und drei Alkoxyreste mit vorzugsweise 1–6 Kohlenstoffatomen vorliegen.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll es sich bei „Acrylatderivaten” um niedermolekulare Acrylatpolymere handeln, welche gegebenenfalls halogensubstituiert, vorzugsweise fluorsubstituiert vorliegen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Polyesterpolymer (D) Alkydharz, bevorzugt lufttrocknendes Alkydharz ist.
-
Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Zusammensetzung Hydrolyseprodukte der Wirkstoffkomponente (C), bevorzugt Hydrolyseprodukte von monomeren Alkylalkoxysilanen, vorzugsweise mit einem Anteil von 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, einschließt.
-
In einer weiteren Ausführungsform schließt die erfindungsgemäße Zusammensetzung weitere Hilfsstoffe wie Elektrolyte, vorzugsweise mit einem Anteil von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, ein.
-
Hierbei werden als Elektrolyte vorzugsweise Alkali- und Erdalkalisalze eingesetzt.
-
Bevorzugt ist, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung weniger als 2 Gew.-%, an flüchtigen organischen Verbindungen, wie Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Aldehyden, organischen Säuren und organischen Lösungsmitteln enthält, noch bevorzugter frei von flüchtigen organischen Verbindungen ist.
-
Unter dem Begriff „füchtige organische Verbindungen” sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung organische Verbindungen wie Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, organische Sauren und organische Lösemittel verstanden werden, die aufgrund ihres niedrigen Siedepunktbereiches bis etwa 260°C, vorzugsweise einem Dampfdruck > 0,01 kPa, schnell verdampfen. Erfindungsgemäß fallen hierunter nicht die Wirkstoffkomponente (C) und Wasser (A).
-
Ferner ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung arm oder frei ist an polymeren Organosiliziumverbindungen ist.
-
Erfindungsgemäß ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung eine Viskosität von 50.000–200.000 mPas auf.
-
Die Viskosität der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird gemäß ISO 2555 gemessen, auf Basis der Brookfield-Methode bei 23°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit.
-
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann vorzugsweise thixotrop sein.
-
Weiter ist erfindungsgemäß die Verwendung der Zusammensetzung für die Hydrophobierung von Baustoffen zur Oberflächenbehandlung, Imprägnierung und Injektion, vorzugsweise für die Injektion gegen aufsteigende Feuchtigkeit in Mauerwerk in Innenräumen.
-
Bevorzugt weist die Zusammensetzung einen Zustand einer pastenartigen Creme auf. Unter Creme ist hierbei eine mehrphasige Zubereitung zu verstehen, die aus einer lipophilen und einer wässrigen Phase besteht, Emulgator enthält und zudem feststofffrei ist. Pastenartig soll bedeuten, dass die Konsistenz einer dickflüssigen bis halbfesten sowie streichfähigen Zubereitung einer Paste ähnelt, die jedoch keinen Feststoff enthält.
-
Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zur Hydrophobierung von Baustoffen die Anteile der flüchtigen monomeren Organosiliziumverbindungen, das heißt der Alkylalkoxysilane, und anderer flüchtiger Bestandteile wie der Acrylatderivate, durch den Einsatz von Polyesterpolymeren (D) deutlich eingeschränkt und auf die Verwendung von polymeren Organosiliziumverbindungen sogar vollständig verzichtet werden kann, ohne dabei an hydrophobierender Wirkung der Zusammensetzung einzubüßen.
-
Dies hat den bedeutenden Vorteil, dass die Zusammensetzung auch problemlos innerhalb von Räumen verwendet werden kann. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung sowohl zur Oberflächenbehandlung und Imprägnierung von Baustoffen wie auch zur Injektion in Baustoffe, sowohl im Innen- als auch Außenbereich, verwendet werden kann.
-
Die Zusammensetzung weist außerdem vorzugsweise eine hohe Viskosität auf, was unter anderem eine leichtere Verarbeitung ermöglicht. Zudem zeichnet sie sich durch eine hohe Stabilität aus, so dass auch bei Kontakt mit einer Baustoffoberfläche kein Zerfall der w/o-Emulsion zu beobachten ist. Im Vergleich zu üblichen Hydrophobierungszusammensetzungen, die bereits innerhalb von 24 bis 48 Stunden nach Kontakt mit einer Baustoffoberfläche zerfallen, das heißt ihre pastenartige Konsistenz verlieren, zeigt die erfindungsgemäße Zusammensetzung bis zu mehrere Wochen keine Anzeichen eines Zerfalls. Dennoch zeigen die anwendungstechnischen Untersuchungen ein sukzessives Eindringen der Wirkstoffe in den Baustoff sowie eine entsprechende Wirkungsentfaltung, indem sie die Wasseraufnahme des Baustoffs auf weniger als 10%, der Ausgangswerte reduzieren.
-
für die Anwendung als hydrophobierende Imprägnierung ist dabei von Bedeutung, dass die erfindungsgemäße Hydrophobierungszusammensetzung auf den damit behandelten Oberflächen keinerlei Farb- oder Glanzveränderung hervorruft. Dieses Ziel wird überraschenderweise trotz der Verwendung der Polyesterpolymere (D) erreicht.
-
Der bevorzugte Einsatz einer Kombination aus Alkali-reaktiven Alkylalkoxysilanen und Alkydharzen bietet ferner den Vorteil der Wirkungsentfaltung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung auch auf nicht-alkalischen Baustoffoberflächen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen. Ausführungsbeispiele Beispiel 1 der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
| Alkydharz | 9,7 Gew.-% |
| Octyltriethoxysilan | 97 Gew.-% |
| Cetyl PEG/PPG-10/1 modifiziertes Polydimethylsiloxan | 1,1 Gew.-% |
| Wasser | 78,5 Gew.-% |
| Natriumchlorid | 1,0 Gew.-% |
Beispiel 2 der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
| Alkydharz | 13,8 Gew.-% |
| Octyltriethoxysilan | 7,5 Gew.-% |
| Cetyl PEG/PPG-10/1 modifiziertes Polydimethylsiloxan | 1,5 Gew.-% |
| Wasser | 75,8 Gew.-% |
| Natriumchlorid | 1,4 Gew.-% |
Beispiel 3 der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
| Alkydharz | 28,9 Gew.-% |
| Octyltriethoxysilan | 1,9 Gew.-% |
| Cetyl PEG/PPG-10/1 modifiziertes Polydimethylsiloxan | 1,9 Gew.-% |
| Wasser | 66,0 Gew.-% |
| Natriumchlorid | 1,3 Gew.-% |
-
Beispiel 4 der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
| Alkydharz | 15,8 Gew.-% |
| Octyltriethoxysilan | 6,5 Gew.-% |
| Cetyl PEG/PPG-10/1 modifiziertes Polydimethylsiloxan | 1,2 Gew.-% |
| Wasser | 75,9 Gew.-% |
| Natriumchlorid | 1,6 Gew.-% |
Beispiel 5 der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
| Alkydharz | 25,6 Gew.-% |
| Octyltriethoxysilan | 21,6 Gew.-% |
| 1,1,1-Methylpentyltriethoxysilan | 4,0 Gew.-% |
| PEG2-Stearylether | 8,2 Gew.-% |
| Wasser | 40,6 Gew.-% |
Beispiel 6 der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
| Alkydharz | 5,31 Gew.-% |
| Octyltriethoxysilan | 68,48 Gew.-% |
| PEG2-Cetylesther | 4,0 Gew.-% |
| PEG2-Stearylether | 6,85 Gew.-% |
| Wasser | 15,36 Gew.-% |
Beispiel 7 der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
| Alkydharz | 37,41 Gew.-% |
| Octyltriethoxysilan | 17,61 Gew.-% |
| PTG2-Stearylether | 7,31 Gew.-% |
| Wasser | 7,67 Gew.-% |
-
Als Alkydharz wurde ein Alkydharz mit einer Viskosität von ≤ 750 mPa·s (DIN53211-4; Rheometer, 20°C, C35/1°, 250 s–1), Säurezahl etwa 6 mg KOH/g, lösemittelfrei, Ölgehalt 60– 80%, eingesetzt.
-
Herstellungsbeispiel
-
Die Herstellung erfolgt, indem die Wirkstoffe (C) und (D) zusammen mit den Emulgatoren im Mischbehälter vorgelegt und gründlich miteinander vermischt werden. In diese Lösung wird langsam über einen Zeitraum von ca. 1 Stunde die Wasserphase zugegeben. Bevorzugt wird der Mischprozess mit einem Dissolver durchgeführt. Übliche Umdrehungsgeschwindigkeiten sind hier 20 bis 40 m/s. Die Verwendung eines Dissolvers mit entsprechend hohen Schergeschwindigkeiten ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es können ebenfalls Propeller- oder Turbinenmischer verwendet werden.
-
Die vorgenannten Beispiele zeichnen sich durch folgende Leistungsmerkmale aus:
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zur Hydrophobierung von Baustoffen wurden nach EN1504-2 Werte für die Reduktion der Wasseraufnahme zwischen 0,05 und 0,01 kg/m2h1/2 gemessen. Vergleichsweise liegen die Werte für eine lösungsmittelhaltige Triethoxyoctylsilanzubereitung (10 Gew.-% in entaromatisierten Kohlenwasserstofflösungmitteln) bei 0,04 kg/m2h1/2 und für eine lösungsmittelhaltige Alkylharz/Triethoxyoctylsilanzubereitung bei 1,0 kg/m2h1/2.
-
Bei Kontaktwinkelmessungen werden für Hydrophobierungsmittel grundsätzlich Kontaktwinkel > 90° gemessen. Für die erfindungsgemäßen Hydrophobierungszusammensetzungen liegen die gemessenen Kontaktwinkel zwischen 120° bis 140°. Diese unterscheiden sich somit beispielsweise von denen üblicher Silan/Siloxanbasierter Wasser-in-Öl-Emulsionen, deren Kontaktwinkel liegen bei etwa 100° bis 110°.
-
Im Gegensatz zu handelsüblichen Wasser-in-Öl-Emulsionen zeichnen sich die vorliegenden Hydrophobierungszusammensetzungen durch eine sehr hohe Stabilität gegenüber Elektrolyten und zusätzlich herandringender Feuchtigkeit aus. Dieser Umstand ist in der Anwendung als Imprägnierung von Baustoffoberflächen, wie auch als Imprägnierung im Porengefüge von Baustoffen selbst von Vorteil, da durch diese hohe Stabilität die Wirkstoffe im kompakten räumlich begrenzten Imprägniermittelkörper verbleiben, also nicht z. B. durch Regen abgewaschen oder durch Porenwasser fortgeschwemmt werden. Die Wirkstoffe können so langsam am Ort des Aufbringens oder Einbringens in den Baustoff eindringen. Vergleichsmessungen haben gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Hydrophobierungszusammensetzungen über mehrere Tage stabil bleiben, auch wenn sie in Kontakt mit Baustoffen kommen. Die Tatsache, dass bei bereits bekannten Hydrophobierungsformulierungen ein schnelles Brechen der Emulsion eintritt, ist bereits in der Patentschrift
DE 10 2011 003 974 A1 beschrieben worden. Im Gegensatz zu der Zusammensetzung aus
DE 10 2011 003 975 A1 kommt die vorliegende Erfindung jedoch ohne verdickende Additive aus.