DE102016114000A1 - Verfahren zum Infiltrieren einer Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Infiltrieren einer Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche, bei dem ein mit Valenzen an der Oberfläche eine Bindung eingehendes Material auf die Oberfläche aufgebracht und maschinell verrieben wird, wodurch Reibungswärme erzeugt wird, wobei das Material als Lösung oder Suspension eingesetzt wird und ein Aufbringen einer hydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung auf die zu beschichtende Oberfläche, gefolgt von einem Einmassieren bis zu einer homogenen Verteilung und Auffüllung der Poren in der Oberfläche zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften umfasst.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Infiltrieren einer Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche, insbesondere ein Verfahren zum Infiltrieren der Oberfläche von hydraulisch, anorganisch oder harzgebundenem Naturstein-, Quarz-, Keramik-, Glas-, und/oder Kunststeinagglomerat, bei dem ein mit Valenzen an der Oberfläche eine Bindung eingehendes Material auf die Oberfläche aufgebracht und verrieben wird, wodurch Reibungswärme erzeugt wird, und das Material als Lösung oder Suspension eingesetzt wird.
- Derartige Verfahren sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele sind die
DE 103 46 018 undDE 102 01 1087060 desselben Anmelders. - Die
DE 103 46 018 offenbart ein Verfahren, bei dem das auf die Oberfläche des Substrats aufgebrachte Material in Form einer wässrigen Lösung oder Suspension unter höherem Druck verrieben wird. Hierdurch wird Reibungswärme in einem Umfang erzeugt, dass sich die Temperatur einer 8 mm dicken Platte um 10 bis 30 °C erhöht. - Aus der
DE 102 01 1087060 ist insbesondere auch eine Zusammensetzung und ein Verfahren zum Behandeln eines mineralischen Substrats bekannt. - Beide der vorstehend genannten Dokumente haben eine Verbesserung von ein oder mehreren der verschiedensten Oberflächeneigenschaften des jeweiligen Substrats zum Ziel.
- Obwohl der genannte Stand der Technik bereits gute Lösungen zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften mineralischer Substrate offenbart, besteht zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und/oder zur gezielten Beeinflussung der Oberflächeneigenschaften derartiger Substrate weiterhin ein Bedarf an verbesserten Verfahren und Zusammensetzungen.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung zumindest ein Verfahren anzugeben, das dieses zugrunde liegende technische Problem wenigstens in Teilen löst.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird insbesondere durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der auf diesen direkt oder mittelbar rückbezogenen Ansprüche. Nach diesem Verfahren hergestelltes Keramik-, Kunst- oder Natursteinsubstrat, insbesondere ein hydraulisch, anorganisch oder harzgebundenem Naturstein-, Quarz-, Keramik-, Glas-, und/oder Kunststeinagglomerat ist ebenfalls Teil der Erfindung und Lösung der dieser zugrundeliegenden Aufgabe.
- Bei umfangreichen Untersuchungen zur Lösung des zugrunde liegenden technischen Problems wurde überraschenderweise gefunden, dass bereits ein Aufbringen einer hydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung auf eine Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche, insbesondere auf eine Oberfläche von hydraulisch, anorganisch oder harzgebundenem Naturstein-, Quarz-, Keramik-, Glas-, und/oder Kunststeinagglomerat, und ein Einmassieren der Infiltrationszusammensetzung bis zu einer homogenen Verteilung und einer Auffüllung der Poren in der Oberfläche zum Beispiel zu einer Steigerung der Oberflächenglätte, des Oberflächenglanzes, der Oberflächenhärte, der Schmutz- und Chemikalienbeständigkeit und dergleichen führt, allgemein zu einer deutlichen Qualitätssteigerung gegenüber dem Ausgangssubstrat oder -material.
- Obwohl es sich bei den nachfolgend beschriebenen Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberflächen allgemein um Oberflächen einer Platte, eines Slabs oder einer Fliese handelt, insbesondere um die Oberfläche von Kunststeinen aus hydraulisch oder harzgebundenen Naturstein-, Keramik-, Glas-, und/oder Quarzagglomeraten, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Insbesondere müssen die Oberflächen nicht plan oder eben sein, sie können grundsätzlich in jeder realisierbaren dreidimensionaler Form vorliegen.
- Es ist allerdings zu berücksichtigen, dass das erfindungsgemässe Verfahren dann in der Regel manuell oder mit einem geringeren Automatisierungsgrad durchzuführen ist. Dies ist aber kein Problem und liegt grundsätzlich im Vermögen des einschlägigen Fachmanns.
- Zur Durchführung des Verfahrens ist allgemein bevorzugt, wenn die zu behandelnden Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberflächen staubfrei und trocken sind. Hierdurch werden die besten Ergebnisse erzielt. Das Verfahren kann aber auch durchgeführt werden, wenn die zu behandelnde Oberfläche beispielsweise nass oder feucht ist, wenn dies im Verfahrensablauf geboten ist, zum Beispiel, wenn ein Trocknen zu aufwändig wäre oder zu lange dauern würde. Es kommt grundsätzlich auf eine Gesamtabwägung hinsichtlich der angestrebten Produktqualität und Wirtschaftlichkeit an. Grundsätzlich können aber unbehandelte oder unvorbereitete Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberflächen nach dem erfindungsgemässen Verfahren bearbeitet oder behandelt werden. Insbesondere ist das erfindungsgemässe Verfahren leicht in existierende Verfahren zur Herstellung, Bearbeitung und/oder Konfektionierung von Keramik-, Kunst- oder Natursteinsubstraten in Plattenform integrierbar.
- Bei Einsatz einer spontan oder schnell selbsthydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung wurde überraschenderweise festgestellt, dass die Infiltrationszusammensetzung bereits beim Einmassieren, d.h. beim Einarbeiten, ausreichend abreagiert und eventuelle Materialreste oder -überschüsse, die aus der Infiltrationszusammensetzung gebildet wurden oder stammen, bereits in diesem Verfahrensschritt entfernt werden, und die verwendeten Werkzeuge, wie beispielsweise Bürsten, Pads aus Vlies, Filz oder Schaumstoff, sich dabei selbst reinigen. Das Ergebnis ist eine glatte, trockene und schmierfreie Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche mit hervorragenden und verbesserten, äußerst hochwertigen Oberflächeneigenschaften.
- Wie bereits kurz angesprochen wird das Verfahren bevorzugt in automatisierter Form durchgeführt. Dabei werden die zu Behandelnden Platten auf einer Fördereinrichtung, wie beispielsweise einem Förderband transportiert und die Infiltrationszusammensetzung wird aufgebracht.
- Die Art des Aufbringens der Infiltrationszusammensetzung ist nicht besonders beschränkt und kann durch Sprühen, Streichen, Walzen, Auftropfen oder Rollen oder auch durch Tauchen erfolgen. Wichtig ist dabei, dass ein möglichst gleichmässiger Auftrag erfolgt. Dieser gleichmäßige Auftrag erfolgt zum Beispiel durch Verteilen der aufgelegten Linien mittels eines Verteilsatelliten oder Verteiltellers, wobei dem Fachmann selbstverständlich auch andere Möglichkeiten der Verteilung zur Verfügung stehen und geläufig sind.
- Das Aufbringen der Infiltrationszusammensetzung erfolgt grundsätzlich bei einer Temperatur der zu behandelnden Oberfläche in einem Bereich von Raumtemperatur bis 120 °C, bevorzugt bei 20 °C bis 40 °C.
- Nach dem Aufbringen der Infiltrationszusammensetzung wird dieselbe einmassiert, d.h. auf der Oberfläche verteilt und eingearbeitet. Obwohl dies natürlich auch manuell z.B. mit Handpoliermaschinen oder den bereits erwähnten Mitteln erfolgen kann, ist es bevorzugt automatisiert und mit einer Poliereinrichtung, bevorzugt mit einer Satellitenpoliereinrichtung mit mehreren Satellitenköpfen oder mit Poliertellern, zu arbeiten. Die Bearbeitungsdauer ist dabei von einer Kombination einer Vielzahl von Faktoren abhängig und wird allgemein optisch und empirisch bestimmt.
- Bearbeitungsdauer bestimmende Faktoren sind im wesentlichen Umgebungs- und Materialtemperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Intensität des Einarbeitens, wobei die Intensität des Einarbeitens zum Beispiel auf einer Satellitenpoliereinrichtung hauptsächlich durch die Anzahl der Satelliten, der Satellitenköpfe, den gewählten Auflagedruck und die Rotationsgeschwindigkeit sowie der Transportgeschwindigkeit in der Fördereinrichtung bestimmt ist. Vergleichbares gilt in übertragener Form entsprechend auch für andere Einrichtungen als die genannte Satellitenpoliereinrichtung.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt das Einmassieren mehrstufig unter Einsatz von mehreren Poliersatelliten und/oder Poliertellern. Dies ist besonders vorteilhaft, weil es erlaubt den Prozess sehr fein zu steuern indem man die Polierintensität der einzelnen Satelliten und/oder Polierteller unterschiedlich einstellt. So wird gewöhnlich beim ersten Satelliten und/oder Polierteller mit im Vergleich zum nachfolgenden Satelliten und/oder Poliertellern mit langsameren Umdrehungszahlen und geringerem bis mittlerem Auflagedruck gearbeitet. Selbstverständlich können die Satelliten mit unterschiedlichen der bereits genannten Polierwerkzeuge ausgestattet sein. Auch kann eine Stufe zum Entfernen eines etwaigen Materialüberschusses ausgebildet sein oder dienen. Zum Ende des Bearbeitungsvorgangs weist die zu beschichtende Keramik- oder Natursteinoberfläche aufgrund der entstanden Reibungswärme eine Temperatur im Bereich von etwa 25 °C bis 120 °C auf, bevorzugt von 30 °C bis 60 °C.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Schritte des Aufbringens einer hydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung auf die zu behandelnde Oberfläche und das darauf folgende Einmassieren bis zu einer homogenen Verteilung und Auffüllung der Poren ein- oder mehrmals wiederholt, da man auf diese Weise zu einer guten Eindringtiefe der Infiltrationszusammensetzung in das Substrat und einer guten Auffüllung der Poren gelangt. Besonders gute Ergebnisse werden dabei erzielt, wenn diese Schritte ein-, zwei- oder dreimal wiederholt werden.
- Insbesondere bei einem mehrfachen Auftragen der Infiltrationszusammensetzung hat es sich als besonders zweckmässig herausgestellt, wenn das Verteilen und Einmassieren der Infiltrationszusammensetzung unter vergleichsweise milden Bedingen erfolgt. Das bedeutet, dass in diesem Fall mit einem geringen bis mittleren Anpressdruck, geringer Rotationsgeschwindigkeit der Polier- oder Bürstenköpfe und geringer Temperaturerhöhung gearbeitet wird. Hierdurch kann die Infiltrationszusammensetzung besonders gut in das Substrat eindiffundieren und reagiert langsam ab.
- Unter stringenteren Bedingungen des Einmassierens oder Einarbeitens der Infiltrationszusammensetzung, unter denen mit höherem Anpressdruck, höherer Rotationsgeschwindigkeit der Polier- oder Bürstenköpfe und höherer Temperaturerhöhung gearbeitet wird, erfolgt schnell ein weitgehendes oder vollständiges Abreagieren der Infiltrationszusammensetzung, so dass es vorteilhaft sein kann, diese Bedingungen zum Ende dieses Verfahrensschritts zu erreichen.
- Im Fall von Keramik-, Kunst- oder Natursteinsubstrat, insbesondere ein hydraulisch, anorganisch oder harzgebundenem Naturstein-, Quarz-, Keramik-, Glas-, und/oder Kunststeinagglomerat, das insbesondere in Form von Platten verarbeitet wird, wird das bearbeitete Substrat üblicherweise schließlich mit Greifern von der Bearbeitungsstrecke abgenommen und abgelegt. Auch hier ergibt sich ein überraschender Vorteil der spontan oder schnell selbsthydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung, da die herkömmlich verwendeten Silikongreifer keine Abdrücke oder Verschmierungen hinterlassen und somit das Verfahren erheblich erleichtern und kostengünstiger gestalten.
- Bei nicht spontan oder nicht schnell selbsthydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung muss wesentlich besser, intensiver und sauberer gearbeitet werden um Abdrücke zu vermeiden. Auch müssen Polierpads, oder allgemein Poliermittel, häufiger gereinigt und/oder gewechselt werden, was das Verfahren zeitaufwändiger und teurer macht.
- Erfindungsgemäss ist nach dem Schritt des Einmassierens bis zur Bildung einer homogenen Schicht auf der Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche ein Schritt vorgesehen, in dem die Oberfläche getrocknet, abgeblasen und/oder abpoliert wird, letzteres beispielsweise um einen Materialüberschuss zu entfernen.
- Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich die behandelten Oberflächen von anhaftendem Staub oder Materialresten zu befreien. Besondere Vorteile bietet daher diese Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens, wenn die eingesetzte Infiltrationszusammensetzung einen hohen Anteil an Alkoholen im Vergleich zu enthaltenem Wasser aufweist, da die Infiltrationszusammensetzung in diesem Fall nicht spontan oder schnell selbsthydrophobierend ist und ein längeres und/oder intensiveres Abpolieren zum Erhalt einer entsprechend hydrophoben, glatten und gegebenenfalls glänzenden Oberfläche erfordert, wobei dies beispielsweise mit einem langsameren und gleichmässigerem Abreagieren der Infiltrationszusammensetzung einhergehen kann.
- In einer Fortbildung des erfindungsgemässen Verfahrens, die unabhängig von der gewählten und vorstehend beschriebenen Ausgestaltung ist, enthält die hydrophobierende Infiltrationszusammensetzung ein oder mehrere aus der aus Hybridpolymeren, Alkylsilanen, Arylsilanen, aminofunktionellen Silanen, Kieselsäureester, Chlorsilanen, organofunktionellen Silanen, Fluoralkylsilanen, Silazanen, epoxy- und glykolfunktionellen Silanen, mercaptofunktionellen Silane, vinylfunktionellen Silanen, Isocyanatosilanen, Siliconharzen, Siliconölen, Poly-di-C1-6-alkylsiloxanen, C8-18-Alkyl-tri-C1-4-alkoxysilanen, wobei die Alkylgruppen von beiden vorstehenden Verbindungen optional mit ein oder mehreren Fluoratomen substituiert sind, Siloxanoligomeren, Polysiloxan, aminofunktionellen Polysiloxanen, C1-4-Alkanolen, C1-4-Carbonsäuren und Wasser bestehenden Gruppe.
- Von den oben genannten Poly-di-C1-6-alkylsiloxanen sind die Polydimethylsiloxane, Polydiethylsiloxane und Siliconöle aus Gründen der kommerziellen Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit bevorzugt. Vergleichbares gilt für Octyltriethoxysilan, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8 Tridecafluoroctyltriethoxysilan und Hexadecyltrimethylsilan, Hexadecyltriethylsilan als Vertreter der C8-18-Alkyl-tri-C1-4-alkoxysilane, Methanol, Ethanol, Propanol und Isopropanol als Vertreter der Alkohole und Ameisensäure und Essigsäure als Vertreter der C1-4-Carbonsäuren, wobei bei letzteren die guten Verarbeitungseigenschaften in dem erfindungsgemässen Verfahren auch noch eine Rolle spielen.
- Im Gegensatz zu den anderen genannten Verbindungen entstehen die vorgenannten Hybridpolymere, polymere Strukturen mit gemischten anorganisch-organischen Anteilen, in situ in der Infiltrationszusammensetzung durch teilweise Reaktion der Bestandteile. Die Hybridpolymere sind dabei immer noch reaktionsfähig und setzen sich im Verlauf des Verfahrens unter Bildung einer glasartigen Masse und/oder Bindung an das zu beschichtende Material um.
- Überraschend wurde bei der Entwicklung der Infiltrationszusammensetzung gefunden, dass die resultierende Infiltrationszusammensetzung spontan oder schnell selbsthydrophobierend ist, wenn der Anteil an enthaltenem Alkohol im Bereich von 0 bis 25 Gew.-% liegt, bevorzugt bei 1–10 Gew.-%. Der in den beschriebenen Gewichtsanteilen enthaltene Alkohol hilft bei der Penetration und kann sich leicht verflüchtigen.
- Eine allgemeine Zusammensetzung einer solchen spontan oder schnell selbsthydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung enthält z.B. 5 bis 9 Gew.-% Polyalkylsiloxan, 3 bis 8 Gew.-% Alkohol, 1 bis 3 Gew.-% Alkyltrialkoxyslian, 0,05 bis 0,5 Gew.-% aminofunktionelles Polysiloxan, 0,05 bis 0,5 Gew.-% Carbonsäure und 79 bis 90,9 Gew.-% Wasser.
- Diese allgemeine Infiltrationszusammensetzung kann weiterhin an bestimmte Anforderungen hinsichtlich der angestrebten Oberflächeneigenschaften oder des eingesetzten Substrats angepasst werden. Dies geschieht in der Regel durch Hinzufügen von ein oder mehreren der hierein offenbarten Verbindungen in Mengen, die allgemein zwischen 0,1 und 5 Gew.-% liegen, wobei der Wasseranteil üblicherweise entsprechend verringert wird.
- In diesem Zusammenhang ist exemplarisch die Zugabe von 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8 Tridecafluoroctyltriethoxysilan in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 4 Gew.-% für eine extrem verbesserte Schmutz abweisende Ausrüstung zu nennen. Auch die nachfolgend unter Beispiel 4-Funktionalisierung tabellarisch aufgeführten Verbindungen gehören zu deisen Verbindungen.
- Es wird angenommen, dass die spontane oder schnelle Selbsthydrohobierung einer solchen Zusammensetzung in den benetzenden Eigenschaften des Alkohols begründet ist, da ein so geringer Anteil an Alkohol in der Infiltrationszusammensetzung ein Hydrophobieren der Oberfläche aufgrund der schnellen Verflüchtigung bereits sehr schnell ermöglicht. Hierdurch kann ein Materialüberschuss leicht von der zu beschichtenden Oberfläche geblasen werden und muss nicht aufwendig durch viele Polierschritte entfernt werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, da zum vollständigen Füllen der Poren mit einem Materialüberschuss gearbeitet werden muss und das Material konstant unter den Verteilsatelliten geblasen wird, was zu einem geringeren Materialverbrauch führt und somit die Wirtschaftlichkeit erhöht, insbesondere wenn mit der Abblasvorrichtung immer wieder Material in Richtung Penetrationssatellit geblasen wird, welches wiederum immer wieder in die Poren eingetrieben werden kann.
- Eine nicht selbsthydrophobierende oder hydrophile Infiltrationszusammensetzung besitzt demgegenüber bevorzugt einen Alkoholanteil von 20 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 50 Gew.-% an der Infiltrationszusammensetzung, wobei die benetzenden Eigenschaften des Alkohols für eine gute Benetzbarkeit und gute Penetration der aus den langkettigen Polymerprodukten entstehenden Reaktionsprodukte in das Substrat sorgen.
- Eine allgemeine Zusammensetzung einer hydrophilien oder nicht spontan oder nicht schnell hydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung umfasst 30 bis 40 Gew.-% Alkohol, 3 bis 9 Gew.-% Polyalkylsiloxan, 1 bis 3 Gew.-% Alkyltrialkoxyslian, 0,05 bis 0,5 Gew.-% aminofunktionelles Polysiloxan und 47,7 bis 64,95 Gew.-% Siloxan Oligomer.
- Der Vorteil von spontan oder schnell selbsthydrophobierenden und spontan oder schnell selbstoleophobierenden Infiltrationszusammensetzungen liegt gegenüber den zunächst hydrophilen Infiltrationszusammensetzungen darin, dass hierdurch ein sehr gleichmäßiges Infiltrationsbild des Slabs hergestellt werden kann, was die Verarbeitung erleichtert und besonders bei großen Slabs bisher praktisch nicht oder nur mit sehr hohem verfahrenstechnischem Aufwand zu erreichen war. Während des Infiltrationsprozesses hydrophile und damit nicht spontan hydrophobe Infiltrationszusammensetzungen können ausserdem zu ungleichmässigen Farbvertiefungen im resultierenden Produkt führen, wobei die Ursache hierfür darin liegt, dass die an der Verteilvorrichtung befindlichen Pads sich an einigen Stellen, wie z.B. Kanten, stärker abstreifen.
- Ferner entstehen bei nicht spontan oder schnell selbsthydrophobierenden oder spontan oder schnell selbstoleophobierenden Infiltrationszusammensetzungen, an Stellen an denen die Pads öfters über die Oberfläche schwingen, wie etwa in der Mitte der Platte, stärkere Farbvertiefungen durch mehr Materialeintrag in die Poren, da ein feuchtes Pad Material abgibt, und wo das Pad öfter drüber fährt sind die Poren stärker verfüllt und geschlossen und somit farbvertieft.
- Beim Einsatz oder der Verwendung von spontan oder schnell selbsthydrophobierenden Infiltrationszusammensetzungen werden gezielt abperlende Tropfen des Infiltrationsmaterials in Richtung "Penetrations"-Satellit geblasen, wobei die Pads auch spontan hydrophob werden können und sich dadurch stets selbst reinigen. Deshalb nehmen sie kaum bis kein Material auf und ergeben eine zumindest gleichmässigere, in der Regel aber eine Gleichmässige Farbvertiefung. Dies ist auch resourcenschonend und wirtschaftlich, da gewährleistet ist, dass an jeder Stelle gleichmäßig viel Material zur Penetration bereitsteht und in die Poren eingearbeitet wird.
- Durch eine entsprechende Einstellung des Alkoholanteils der Infiltrationszusammensetzung lassen sich daher vorteilhafterweise die Verarbeitungseigenschaften der Infiltrationszusammensetzung auf vielfältige Weise steuern. Dies betrifft sowohl die Verarbeitungsgeschwindigkeit, als zum Beispiel auch die Abstimmung auf die zu beschichtende Oberfläche.
- Setzt man in derartigen, zunächst eigentlich hydrophilen Infiltrationszusammensetzungen ausserdem fluorierte oder mehrfach fluorierte Silane ein, so erhält man oleophobe Infiltrationszusammensetzungen, die für bestimmte Anwendungsbereiche von Interesse sind und im Ergebnis zu beispielsweise besonders schmutzabweisenden Produkten führen.
- Ferner können so selbstoleophobierende Materialien hergestellt werden, bei denen wiederum das überschüssige Beschichtungsmaterial welches das Substrat zunächst nicht mehr penetrieren kann mit einer Abblasevorrichtung kontinuierlich in Richtung Penetrationssatellit geblasen, wodurch ein koninuierliches Nachfüllen der Poren erreicht wird. Ist die Pore zur Gänze gefüllt wird das überschüssige Material vom Slab/der Fliese abgeblasen, so dass auch in diesem Fall eine Selbstreinigung der Poliertools und der Oberfläche des Substrats erfolgt.
- In einer weiteren, besonders interessanten, unabhängigen Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens umfasst die Infiltrationszusammensetzung ein oder mehrere Verbindungen aus der aus SiO2, Al2O3, BN, B2O3, SiC, SiN, TiO2 und Zr2O3 bestehenden Gruppe, was eine weitere Modifikation der Oberflächeneigenschaften des resultierenden Produkts erlaubt.
- Der Einsatz dieser Verbindungen führt allgemein zu einer besseren Ausfüllung von in den zu beschichtenden Oberflächen grundsätzlich vorhandenen Poren, was im wesentlichen, es sei denn man verwendet diese Verbindungen in einer Form mit Partikelgrößen die etwas über dem durchschnittlichen Porendurchmesser liegen, zu einer Glättung der Oberflächen des resultierenden Produkts. Hieraus resultiert ein Abdichten der Oberflächen gegenüber Diffusionsvorgängen, ein Erhöhen der mechanischen Festigkeit, eine bessere chemische Beständigkeit und auch, aufgrund der Reaktivität dieser Verbindungen in der Infiltrationszusammensetzung zu schnelleren Produktionsprozessen.
- Auf vergleichbare Weise können die Oberflächen des resultierenden Produkts oder der resultierenden Produkte erfindungsgemäss durch geeignete Zugabe entsprechender Verbindungen sehr einfach hochglänzend, matt, satiniert, geläppt, antibakteriell, nicht bemoosend, ritzbeständig, kratzfest, abriebfest, rutschhemmend, fleckgeschützt, beständig gegen Chemikalien, footprintbeständig, photokatalytisch, antistatisch, elektrisch leitend, wärmereflektierend und/oder wärmeabsorbierend ausgestaltet werden. Als Beispiele sind in diesem Zusammenhang Silber-, Kupfer- oder Zinnverbindungen für antimikrobielle Eigenschaften, also antibakterielle und antivirale Eigenschaften, als auch nicht bemoosende Wirkung zu nennen. Durch den Einsatz bestimmter Modifikationen von TiO2 werden photokatalytische Eigenschaften erzielt und dergleichen.
- Weitere, durch das erfindungsgemässe Verfahren bedingte Vorteile wie beispielsweise eine bessere Fixierung von Pigmenten, insbesondere in hydraulisch oder harzgebundenen Naturstein- und/oder Quarzagglomeraten, Steigerung der Oberflächenhärte und dergleichen werden im Folgenden in Verbindung mit weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens und sofern nicht bereits geschehen näher beschrieben, da sie auf vergleichbare Effekte zurückzuführen sind.
- Die Verbesserung der Oberflächeneigenschaften und dabei insbesondere das Erhöhen der Oberflächenhärte, die als Ritzbeständigkeit gemessen werden kann, und auch der Oberflächenglätte beruht auf dem tiefen Eindringen der Infiltrationszusammensetzung in die zu behandelnde Oberfläche und dem anschliessenden Abreagieren der reaktiven Bestandteile der Infiltrationszusammensetzung. Neben dem einfachen Auffüllen von in der Oberfläche vorhandenen, offenen oder geöffneten Poren dringt die Infiltrationszusammensetzung in Zwischenräume auf molekularer Ebene und bildet beim abreagieren reaktiv gebundene, zusätzlich zu den bereits im Ausgangssubstrat vorhandenen Strukturen, dreidimensionale Gitterstrukturen aus. Auf molekularer Ebene wird somit erfindungsgemäss die Materialdichte entsprechend der Eindringtiefe der Infiltrationszusammensetzung erhöht. Dieses Erhöhen der Packungsdichte führt durch Ausbilden von dreidimensionalen Gerüst- oder Gitterstrukturen zu einem besseren Abstützen von molekularen Hohlräumen, stabilisiert diese somit und führt schliesslich zu einem Erhöhen der Oberflächenhärte und Ritzbeständigkeit.
- Die reaktive Anbindung und/oder die bessere Raumausfüllung sorgt dabei ausserdem dafür, dass in pigmentierten Substraten die Pigmente besser fixiert und somit ein Auswaschen und/oder ausbleichen durch z.B. scharfe Reinigungsmittel wie Chlorbleiche stark herabgesetzt ist oder vollständig vermieden wird.
- Dieser besondere Effekt ist mit der vorliegenden Erfindung überraschend gefunden und erstmals in gezielter Weise verfügbar gemacht worden.
- In diesem Zusammenhang ergibt sich auch zwanglos, dass ein mehrmaliges Wiederholen des Auftragens und Einmassierens, bevorzugt ein ein-, zwei- oder dreimaliges Wiederholen die genannten Effekte auf vorteilhafte Weise steigert, da die in der Infiltrationszusammensetzung enthaltenen reaktiven Bestandteile beim erstmaligen Auftrag nicht für ein vollständiges Auffüllen der Zwischenräume auf molekularer Ebene ausreichen. Bei entsprechendem Wiederholen des Auftragens und des Einmassierens findet dann ein immer stärkeres Auffüllen auch dieser, verbleibenden, Hohlräume unter immer stärkerem Erhöhen der Oberflächenhärte und anderer Oberflächeneigenschaften statt.
- Unabhängig von den bereits beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens ist in einer weiteren, besonders vorteilhaften Weiterbildung desselben ferner vorgesehen vor dem Auftragen der Infiltrationszusammensetzung ein kolloidales Kieselsol, enthaltend z.B. amorphes SiO2, kolloidale Siliziumdioxid und/oder kolloidale Siliziumdioxiddispersion, auf die zu beschichtende Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche aufzutragen, wobei auf vergleichbare Weise vorgegangen wird wie bei dem Auftragen der Infiltrationszusammensetzung. D.h. Es wird zunächst ein Kieselsol aufgetragen, das von einem Einmassieren bis zum Beginn der Ausbildung einer nassen, homogenen Schicht auf der Oberfläche gefolgt wird. Da der Auftrag und die Verarbeitung des Kieselsols in nassem Zustand erfolgt, wird die behandelte Oberfläche dann zunächst getrocknet und anschliessend wird ein üblicherweise vorhandener Materialüberschuss abpoliert.
- In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass hierbei bevorzugt so vorgegangen wird, dass mit einem Materialüberschuss gearbeitet wird. Das führt zu einer Überfüllung der Poren und dem Zurückbleiben von Materialresten auf der Oberfläche des Substrats. Nach dem Trocknen wird dieser Materialüberschuss flächenbündig abpoliert, wodurch eine besonders gute Glättung der Oberfläche erfolgt. Ausserdem werden vom Kieselsol oder vom Wasserglas stammende Materialreste in dem nachfolgenden Verfahrensschritt, in dem eine hydrophobierende Infiltrationszusammensetzung aufgebracht wird, vorteilhafterweise in die Oberflächenstruktur eingebunden.
- Hierbei können grundsätzlich handelsübliche Kieselsole, die z.B. unter den Handelsbezeichnungen Levasil® und Köstrosol® kommerziell erhältlich sind, in den handelsüblichen Konzentrationen, einzeln oder in Kombination von mehreren in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Einige modifizierte Kieselsolzusammensetzungen haben sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders vorteilhaft herausgestellt und sind in den Beispielen näher erläutert, wobei aber herauszustellen ist, dass bereits handelsübliche Kieselsole hervorragende Ergebnisse liefern.
- Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Einsatz von Wasserglasverbindungen anstelle von kolloidalem Kieselsol, was auf gleiche Weise zu vergleichbaren Ergebnissen führt.
- Der besondere Vorteil dieser Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass die zu behandelnde Materialoberfläche, also die zu beschichtende Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche und insbesondere die Oberfläche von hydraulisch oder harzgebundenen Naturstein-, Keramik-, Glas-, und/oder Quarzagglomeraten in ihren Eigenschaften noch stärker beeinflusst und verbessert werden kann. Das trifft auf praktisch sämtliche der bereits diskutierten Oberflächeneigenschaften zu und es wird angenommen, dass dieses das nachfolgend eingehender beschriebene Auffüllen von in der Materialoberfläche vorhanden Poren zurückzuführen ist. Gleichzeitig können die bereits in Zusammenhang mit der hydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung beschriebenen Oberflächenmodifikationen auf gleiche Weise, also durch Zugabe von entsprechenden, modifizierenden Verbindungen zum Kieselsol oder Wasserglas, zumindest teilweise ebenfalls erzielt werden. Zumindest werden so angestrebte Oberflächenmodifikationen unterstützt und/oder verstärkt. Das trifft besonders auf die bereits in Verbindung mit der Infiltrationszusammensetzung erwähnten Verbindungen zu, so dass diese Verbindungen uneingeschränkt auch in diesen vorgelagerten Verfahrensschritten uneingeschränkt zu den selben Zwecken einsetzbar sind.
- Es ist dabei bevorzugt, wenn das eingesetzte kolloidale Kieselsol, amorphes SiO2 mit einer Partikelgröße 0,1 bis 500 nm, bevorzugt 0,1 bis 150nm, stärker bevorzugt einer mittleren Partikelgröße D50 von 5 bis 50 nm, insbesondere 7–20 nm, enthält und anionisch oder kationisch stabilisiert ist und das kolloidale Kieselsol optional mit Säuren, Laugen, Katalysatoren, Polysiloxan, Organopolysiloxan, Siloxan, Silan und/oder Epoxysilan modifiziert ist, da so eine gute Füllung von Poren in der Materialoberfläche neben einer extrem guten Bindung an selbige erreicht wird.
- Als besonders vorteilhaft haben sich nach neuesten Erkenntnissen kationisch oder neutral stabilisierte Kieselsole gezeigt, die bisher alleine gesehen, wie auch anionische, saure oder alkalische Kieselsole, praktisch nicht alleine im erfindungsgemässen Rahmen als fleckunempfindliche Porenfüllung einsetzbar waren, und nach der Füllung der Pore mit einer schmutzabweisenden Infiltrationslösung oder -dispersion infiltriert werden mussten, um die Schmutzunempfindlichkeit zu erreichen.
- In anionische, saure oder alkalische kolloidale Kieselsole lassen sich hydrophobierende Silane, Siloxane, Siliconöle, Hybridpolimere usw. nur sehr schwer einarbeiten, wodurch eine Schmutz abweisende Wirkung nur schwer oder teilweise zu erreichen war.
- Nunmehr sind diese in der Lage bei nur einem Auftrag ein SiO2-Gerüst nach Art einer dichten Packung auszubilden und gleichzeitig eine starke schmutzabweisende Wirkung zu erzielen, was bisher nicht realisierbar war.
- Das in dem Kieselsol enthaltene SiO2, gleiches gilt für optional in dem Kieselsol enthaltene Verbindungen wie zum Beispiel Al2O3, TiO2 und Zr2 O3, fungiert in der Bindung an die zu beschichtende Oberfläche als Haft- und Reaktionsbrücke und resultiert in einer besonders festen Bindung. Eine direkte Folge ist, zumindest bei harzgebundenen Naturstein- und Quarz-, Keramik-, Glasagglomeraten, ein gleichmässigeres Saugvermögen der Oberfläche. Dies ist besonders für die nachfolgende Beschichtung mit der Infiltrationszusammensetzung vorteilhaft.
- Darüber hinaus schwindet das Kieselsol, oder besser das entstehende silikatische Netzwerk, nicht in der Pore und sorgt so auch für eine bessere Restfüllung mit der Infiltrationszusammensetzung, was sich positiv auf die resultierende Oberflächenglätte und Oberflächenhärte auswirkt, um nur zwei verbesserte Eigenschaften zu nennen.
- Die Oberflächenglätte, und wenn gewünscht auch der Glanzgrad, kann dann ferner durch ein flächenbündiges Abschleifen der Oberfläche nochmals verbessert werden. In diesem Zusammenhang ist ausdrücklich herauszustellen, dass erfindungswesentlich ist, dass eine Verfüllung der in der Oberfläche des jeweiligen Substrats vorhanden Poren erfolgt, da die Infiltrationszusammensetzung und gegebenenfalls auch das Kieselsol oder Wasserglas in die Poren eingetrieben werden, und im Resultat keine aufliegende Schicht oder Lage gebildet wird.
- Dies ist deswegen besonders vorteilhaft, weil Schicht- oder Layer-Systeme allgemein mechanisch von geringer Stabilität sind, wohingegen erfindungsgemäss Vernetzungen im Substrat, d.h. in den Poren des Substrats erfolgen. Ein Delaminieren und Unterwandern der aufliegenden Schicht durch Schmutz, und der damit verbundenen Penetration von Schutz in die Poren und oder zwischen Oberfläche und Schicht, z.B. durch Zerkratzen, ist erfindungsgemäss ausgeschlossen.
- Das Kieselsol, das idealerweise hydrophil ausgebildet ist, saugt die Infiltrationszusammensetzung auch tiefer in das zu beschichtende Material ein und verstärkt so die Hydrophobierung der Oberfläche, woraus die Bildung von dreidimensionalen Gerüsten resultiert und die Oberflächen wesentlich abriebfester, härter und chemisch beständiger werden lassen. Eine Kombination von Kieselsolauftrag und anschliessendem Aufbringen einer Infiltrationszusammensetzung wirkt somit synergistisch im Sinne der Erfindung. D.h. die angestrebten Verbesserungen in den Oberflächeneigenschaften wird auf diese Weise besonders gut erreicht.
- Ist das Kieselsol aber weniger hydrophil und stärker hydrophob ausgebildet, resultiert dies in einem besonders Schmutz abweisenden Produkt. Die hierdurch erhaltenen Produkte sind zwar nicht in allen Oberflächeneigenschaften, wie beispielsweise den optischen Eigenschaften, so hochwertig, aber trotzdem noch vorteilhaft hinsichtlich der verbesserten Oberflächenhärte und dergleichen, so dass qualitativ hochwertige Produkte kostengünstig erhalten werden, die zum Beispiel besonders gut für eine gewerbliche Anwendung geeignet sind.
- Es ist ferner festzustellen, dass die feste Einbindung des Kieselsols, was zumindest teilweise auch auf die Infiltrationszusammensetzung zutrifft, und durch Ausbilden einer stabilen Matrix in dem zu beschichtenden Material enthaltene Pigmente besser gebunden werden und so vor einem Herauslösen oder sonstigen farbverändernden Einflüssen besser geschützt sind.
- Vorteilhafterweise lässt sich in dem erfindungsgemässen Verfahren durch entsprechende Wahl insbesondere der Temperaturparameter auch die Diffusionstiefe und somit die Durchdringung der Obersten Schicht des zu beschichtenden Materials steuern.
- Bei den Verfahrensschritten des Einmassierens und Polierens, dies gilt sowohl hinsichtlich der Infiltrationszusammensetzung als auch in Bezug auf das Kieselsol und das Wasserglas, wird die Diffusion in das zu beschichtende Material durch Erhöhen der Temperatur verstärkt, wobei auch ein Erstauftrag von Kieselsol oder Wasserglas diffusionsverstärkend wirkt.
- Eine Temperaturerhöhung kann dabei durch Erwärmen des zu beschichtenden Materials durch externe Wärmequellen, durch die frei werdende Reaktionswärme, z.B. bei einem Erstauftrag von Kieselsol, oder durch beim Einmassieren und Polieren entstehende Reibungswärme bewirkt und gesteuert werden.
- Die beschriebene Temperaturerhöhung kann grundsätzlich in einem weiten Bereich erfolgen und liegt allgemein in einem Bereich von 5 °C bis 120 °C. Da eine Temperaturerhöhung direkter Auswirkungen auf die Reaktionsgeschwindigkeit hat, erlaubt eine entsprechende Einstellung oder ein entsprechend gewähltes Temperaturregime weiter Möglichkeiten zur feinen Steuerung des erfindungsgemässen Verfahrens. Für mildere Bedingungen und langsameres, gleichmässigeres Abreagieren wird allgemein eine geringe Erwärmung bevorzugt, die zwischen 0 °C und 30 °C liegt, stärker bevorzugt zwischen 0 °C und 10 °C, während stringentere Bedingungen mit höherer Reaktionsgeschwindigkeit bevorzugt mit einer Temperaturerhöhung im Bereich von 30 °C bis 120 °C, stärker bevorzugt mit einer Temperaturerhöhung im Bereich von 50 °C bis 80 °C erreicht werden.
- Sowohl bei der Infiltrationszusammensetzung, als auch bei dem Kieselsol lassen sich weitere, vorteilhafte Modifikationen vornehmen, die insbesondere in Abstimmung auf die Natur und die Art der zu beschichtenden Oberfläche erfolgen.
- Hier ist zum einen das Einstellen des pH-Werts der Infiltrationszusammensetzung und/oder des Kieselsols zu nennen, so dass die zu beschichtende Oberfläche angeäzt und/oder aktiviert und somit reaktiver wird. Zum anderen der Einsatz von Reaktionsstartern oder von Katalysatoren, die zum eine die Reaktion beschleunigen, zum anderen aber auch eine Umsetzung mit den in Agglomeraten enthaltenen Bindemitteln, insbesondere mit Harzen, Pigmenten und Füllstoffen, zumindest ermöglichen oder verbessern, wobei beispielhaft Dibutylzinndilaurat, Dimethylzinndilaurat, Organometallverbindungen, Lewissäure-Katalysatoren, Lewisbase-Katalysatoren, Säuren, Basen, tertiäre Aminoverbindungen, Alkylmercaptidverbindungen sowie Zinn, Zink, Eisen, Blei, Cobalt, Wismut, Antimon, elektro- und nukleophile organische Verbindungen, und insbesondere deren Verbindungen oder Mischungen derselben zu erwähnen sind.
- Ferner lässt sich die Partikelgröße der in Infiltrationszusammensetzung und/oder Kieselsol enthaltenen Partikel vorzugsweise in Abhängigkeit von der Porengröße und/oder der Porengrößenverteilung der zu beschichtenden Oberfläche einstellen, um Poren so möglichst gut unter Bilden einer dichten Packung auszufüllen.
- Zusammenfassend ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung es vorteilhafterweise erstmals erlaubt große Platten oder Slabs, die zum Teil deutlich größer als Fliesen von 30 × 30 cm, z.B. mit einer Kantenlänge von 2 oder 3 m, zu infiltrieren und deren Oberfläche wie beschrieben zu veredeln, ohne dass es zu Fehlern in der optischen Erscheinung wie Farbvertiefungen und/oder der Ausbildung von sogenannten Halos oder wolkigen Schattierungen kommt. Hierdurch wird ermöglicht große, gleichmäßige und unterbrechungs- oder nahtfreihe Flächen zu erhalten, die in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung finden, so beispielsweise als Küchenarbeitsplatten oder Fassadenplatten und Bodenplatten.
- Ferner ist von besonderer Bedeutung, dass die erfindungsgemässe hydrophobe Ausrüstung der Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche im Gegensatz zum Stand der Technik aufgrund der reaktiven Anbindung an das Substrat von sehr hoher Beständigkeit ist, was insbesondere auch die Beständigkeit gegenüber Chemikalien betrifft. So wird eine erfindungsgemäss behandelte Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche z.B. auch von Chlorbleiche, wenn überhaupt, nur in geringem Maß angegriffen.
- Während die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie wenigstens ein Teil der erhaltenen Vorteile vorstehend allgemein beschrieben wurden, wir die Erfindung nachfolgend anhand von Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert, wobei Angaben in % sich auf Gewichtsprozent der Gesamtzusammensetzung beziehen, wenn nicht anders angegeben.
- Es zeigen:
-
1A –C 3 Elektronenmikroskop-Aufnahmen einer unbeschichteten Oberfläche eines Kunststeins aus einem harzgebundenen Quartzagglomerat in unterschiedlicher Auflösung -
2A –C 3 Elektronenmikroskop-Aufnahmen derselben Oberfläche mit einer Beschichtung mit kolloidalem Kieselsol in unterschiedlicher Auflösung -
3A –C 3 Elektronenmikroskop-Aufnahmen der Oberfläche aus1 mit 2-facher Beschichtung mit kolliodalem Kieselsol in unterschiedlicher Auflösung -
4A –C 3 Elektronenmikroskop-Aufnahmen der Oberfläche aus1 mit 2-facher Beschichtung mit kollidalem Kieselsol und selbsthydrophobierender - Infiltrationszusammensetzung
-
5A bis9B Elektronenmikroskop-Aufnahmen einer nach dem Stand der Technik beschichteten Oberfläche einer Keramik und einer Oberfläche die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurde nach einem Ritztest im Vergleich in unterschiedlicher Auflösung -
10 bis12 Elektronenmikrosop-Aufnahmen einer Oberfläche eines Kunststeins aus einem harzgebundenen Quartzagglomerat in unterschiedlicher Auflösung - Im einzelnen ist den
1A –C bis4A –C deutlich zu entnehmen, dass die Oberfläche durch den Kieselsol-Auftrag deutlich geglättet wird und auch die abschliessende Behandlung mit einer hydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung die Glätte der Oberfläche nicht merklich herabsetzt. Hierzu ist anzumerken, dass die Hydrophobierung der Oberfläche insbesondere für ein verbessertes Anschmutzverhalten und ein Erhöhen der Beständigkeit gegen Chemikalien sorgt. - Die
5 bis9B zeigen Vergleiche der Ergebnisse eines Ritztests, wobei die5A ,6A ,7A ,8A und9A eine nach dem Stand der Technik beschichtete Kunststeinoberfläche in unterschiedlichen Auflösungen wiedergeben und die5B ,6B ,7B ,8b und9B eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelte Kunststeinoberfläche nach dem Test zeigen. Die Tests sind abgesehen von dem jeweiligen Testgegenstand identisch durchgeführt worden und es ist offensichtlich, dass die nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelte Oberfläche eine höhere Ritzbeständigkeit zeigt und somit auch härter ist. Darüber hinaus zeigt die nach dem Stand der Technik beschichtete Oberfläche auch ein Delaminieren oder Abplatzen der aufgebrachten Schicht, was erfindungsgemäss nicht erfolgt und auch gar nicht möglich ist. - Die
10 bis12 zeigen schliesslich Elektronenmikrosop-Aufnahmen einer Oberfläche eines Kunststeins aus einem harzgebundenen Quarzagglomerat in unterschiedlicher Auflösung, aus denen eine hervorragende Steigerung der Oberflächenglätte hervorgeht, ohne dass zuvor ein kolloidales Kieselsol aufgetragen werden muss. Ein vorheriger Auftrag eines Kieselsols ist aber in dem Fall vorteilhaft, in dem die zu behandelnde Oberfläche vergleichsweise große Poren aufweist, da diese durch einen alleinigen Auftrag einer hydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung nicht vollständige verfüllt und geglättet werden können. Dies ist insbesondere aus10A ersichtlich, in der in der oberen rechten Ecke ein solche Pore deutlich erkenn bar ist. Beispiel 1 – Selbsthydrophobe Infiltrationszusammensetzung• Polydimethylsiloxan ((CH3)2SiO)n 7,8 % • H2O 85 % • Essigsäure CH3COOH 0,1 % • Isopropylalkohol C3H8O 5 % • Hexadecyltrimethoysilan (C19H42O3Si) 2 % • Polysiloxan aminofunktionell 0,1 % • Isopropylalkohol C3H8O 34,9 % • Siloxan Oligomer 58 % • Hexadecyltrimethoxysilan (C19H42O3Si) 2 % • Polyalkylsiloxan 5 % • Polysiloxan aminofunktionell 0,1 % - Beispiel 3 – Kieselsol
- Die erfindungsgemäss verwendeten Kieselsole sind grundsätzlich nicht besonders beschränkt und werden allgemein kommerziell in unterschiedlichen Qualitäten und mit unterschiedlichem Feststoffgehalt angeboten. Grundsätzlich richtet sich der Partikeldurchmesser der eingesetzten Kieselsole nach der Größe der Poren in der zu behandelnden Oberfläche. Allgemein können die eingesetzten Kieselsole daher Feststoffe mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 nm bis 500 nm enthalten. Die Kieselsole sind in den üblicherweise angebotenen Konzentrationen einsetzbar und liegen im
- allgemeinen in dem Bereich von 1 % bis 60 %. Es ist bevorzugt anionisch stabilisierte Kieselsole in dem erfindungsgemässen Verfahren einzusetzen, wobei kationisch stabilisierte und oder neutrale, saure, alkalische Kieselsole aber ebenfalls eingesetzt werden können.
- Je nach zu behandelndem Substrat und angestrebten Resultat können auch modifizierte Kieselsole eingesetzt werden, wie z.B. silanmodifizierte Kieselsole. Dabei kann der Silananteil im Verhältnis zum Kieselsol stark variieren und liegt grundsätzlich im Bereich 1:99 (Silan:Kieselsol) bis 5:1.
- Des weiteren ist es möglich die Reaktivität der eingesetzten Kieselsole zu steigern in dem man die den pH-Wert durch geeignete Zugabe von Säuren und Basen verschiebt. Auch hier ist es möglich in einem breiten Bereich zu variieren, allgemein durch Zusatz von 10 % bis 80 % einer 3 %-igen KOH zum Kieselsol. Besonders Vorteilhaft hat sich die Zugabe von 5% bis 60 % einer 5%-igen KOH herausgestellt, da die Umsetzung des Kieselsols in diesem Bereich entsprechend schnell und besonders gleichmässig abläuft.
- Beispiele für Kieselsole, auch in modifizierter Form, sind in den nachfolgenden Formeln 1 bis 3 exemplarisch dargestellt und erläutert:Formel 1
- Das in Formel 1 dargestellte Kieselsol ist ein üblicherweise verwendetes Kieselsol, das gewöhnlich anionisch mit Ammoniak, KOH und/oder NaOH stabilisiert ist.Formel 2
- In Formel 2 ist ein mit Aluminium modifiziertes Kieselsol wiedergegeben, das gewöhnlich ebenfalls anionisch mit Ammoniak, KOH und/oder NaOH stabilisiert istFormel 3
- Das silanmodifizierte Kieselsol gemäss Formel 3 ist üblicherweise ebenfalls alkalisch mit Ammoniak, KOH und/oder NaOH stabilisiert. Die einsetzbaren Kieselsole sind aber nicht auf die vorstehend beschriebenen Kieselsole beschränkt. Andere Modifkationen sind ebenfalls leicht möglich und dem Fachmann geläufig. Allgemein sind eine Vielzahl von Metalloxiden im Rahmen der vorliegenden Erfindung für eine derartige Modifikation einsetzbar. Besipielsweise Oxide von Titan, Zirkon und Bor.
- Die nachfolgenden Beispiele sind Zusammensetzung von kationisch und neutral stabilisierten Kieselsolen, die sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft herausgestellt haben. Bei Köstrosol K 1530 handelt es sich um eine Handelsbezeichnung für kolloiddisperse Lösungen von SiO2 in Wasser mit einer durchschnittliche Partikelgröße von 5–80 nm und einer Konzentration von 30 %, die kationisch stabilisiert sind, während es sich bei Levasil CC 301 und Levasil CC 401 um neutrale Silicasole in einer Konzentration von 30 bzw. 40 % handelt: Beispiel 3.1 kationisch stabilisiertes Kieselsol
Octamethylcyclotetrasiloxan 0,04% Aminoalkyl funkionelles Polysiloxan 2 % Poly[3-((2-aminoethyl)amino)propyl]methy l(dimethyl)siloxan, methoxyterminiert 1% Tridecanolethoxylat, verzweigt 1% H2O 16% Köstrosol K1530 80% Octamethylcyclotetrasiloxan 0,02% Aminoalkyl funkionelles Polysiloxan 1 % Poly[3-((2-aminoethyl)amino)propyl]methy l(dimethyl)siloxan, methoxyterminiert 0,5% Tridecanolethoxylat, verzweigt 0,5% Köstrosol K1530 80% Hexadecyltrimethylammoniumchloride 0,1% 3-Aminopropyltriethoxysilane 0,05% 2-Bromo-2-nitropropane-1,3-diol 0,01% H2O 17,82% Hexadecyltrimethylammoniumchloride 0,2% 3-Aminopropyltriethoxysilane 0,1% 2-Bromo-2-nitropropane-1,3-diol 0,02% H2O 19,68% Köstrosol K1530 80% Oxirane, phenyl-polymer with oxirane, mono (3,5,5-trimethylhexyl)ether 2,0% Alkyl-Dimethylbenzylammonium-Chlorid 0,2% H2O 17,8% Köstrosol K1530 80% Triethoxy (2,4,4-trimethylpentyl)silan 6,0% α-iso-Tridecyl-omega-hydroxy-polyglycolether 0,15% H2O 13,85% Köstrosol K1530 80% 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-Tridecafluorooctyltriethoxysilan 0,2% Octadecyltriethoxysilan 1,5% Triethoxy (2,4,4-trimethylpentyl)silan 3,0% α-iso-Tridecyl-omega-hydroxy-polyglycolether 0,55% H2O 14,75% Köstrosol K1530 80% Octamethylcyclotetrasiloxan 0,04% Aminoalkyl funkionelles 2 % Polysiloxan Poly[3-((2-aminoethyl)amino)propyl]methy l(dimethyl)siloxan, methoxyterminiert 1% Octamethylcyclotetrasiloxan 0,02% Aminoalkyl funkionelles 1 % Polysiloxan Poly[3-((2-aminoethyl)amino)propyl]methy l(dimethyl)siloxan, methoxyterminiert 0,5% Tridecanolethoxylat, verzweigt 0,5% Levasil CC301 40% Levasil CC401 40% Hexadecyltrimethylammoniumchlorid 0,1% 3-Aminopropyltriethoxysilane 0,05% 2-Bromo-2-nitropropan-1,3-diol 0,01% H2O 17,82% Tridecanolethoxylat, verzweigt 1% H2O 16% Levasil CC 301 40% Levasil CC 401 40% Hexadecyltrimethylammoniumchlorid 0,2% 3-Aminopropyltriethoxysilan 0,1% 2-Bromo-2-nitropropan-1,3-diol 0,02% H2O 19,68% Levasil CC 301 40% Levasil CC 401 40% Oxiran, phenyl-polymer mit Oxiran-mono (3,5,5-trimethylhexyl)ether 2,0% Alkyl-Dimethylbenzylammonium-Chlorid 0,2% H2O 17,8% Levasil CC 301 40% Levasil CC 401 40% Triethoxy (2,4,4-trimethylpentyl)silan 6,0% α-iso-Tridecyl-omega-hydroxy-polyglycolether 0,15% H2O 13,85% Levasil CC 301 40% Levasil CC 401 40% 3,3,4,4,5,5,6,6,6-Nonafluorohexyltrimethoxysilan 0,1% Hexadecyltrimethoxysilan 1,2% α-iso-Tridecyl-omega-hydroxy-polyglycolether 0,25% H2O 18,45% Levasil CC 301 40% Levasil CC 401 40% - Beispiel 4 – Funktionalisierung
- In diesem Beispiel sind Verbindungen für die Beimischung zur Infiltrationszusammensetzung oder zum kolloidalen Kieselsol bzw. Wasserglas und die sich daraus ergebende Funktionalisierung aufgeführt. Die Prozentangaben verstehen sich als Gewichtsprozent und sind jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Infiltrationszusammensetzung oder des kolloidalen Kieselsols bzw. Wasserglas. Es können einzelne Verbindungen oder auch Mischungen und/oder Kombinationen eingesetzt werden.
• anitbakteriell/ Cu-Salze 0,005–2 % antiviral/ Sn-Salze 0,005–2 % antibemosend: Zn-Salze 0,005–2% Rhozone 0,5–2 % (Dichloroctylisothiazolinon) Silbernitrat 0,005–1% • antistatisch: Metalloxide 0,5–5 % CuO • Rutschhemmung: Zr2O3 0,1–50% AlzO3 • Oberflächenhärte: ZrzO3 0,1–50% AlzO3 BN • chemische Beständigkeit: Hexadecylsilan 0,05–10% ZrzO3 0,1–50% - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10346018 [0002, 0003]
- DE 102011087060 [0002, 0004]
Claims (12)
1. Verfahren zum Infiltrieren einer Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche, bei dem ein mit Valenzen an der Oberfläche eine Bindung eingehendes Material auf die Oberfläche aufgebracht und verrieben wird, wodurch Reibungswärme erzeugt wird, wobei das Material als Lösung oder Suspension eingesetzt wird und folgende Schritte umfasst:
(a) Aufbringen einer hydrophobierenden Infiltrationszusammensetzung auf die zu behandelnde Oberfläche,
(b) Einmassieren bis zu einer homogenen Verteilung und Auffüllung der Poren in der Oberfläche
(c) Trocknen und Abblasen der Oberfläche und
(d) Abschleifen oder Abpolieren von überschüssigem Material,
wodurch beim Abreagieren der Infiltrationszusammensetzung in den so behandelten Substrat vorhandenen Hohlräumen dreidimensionale Gitter- oder Gerüststrukturen ausgebildet werden, die die Materialdichte erhöhen und bis zur Eindringtiefe der Infiltrationszusammensetzung die mechanische Stabilität erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) und (b) ein- oder mehrmals wiederholt werden, bevorzugt ein-, zwei-, oder dreimal.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobierende Infiltrationszusammensetzung zwei oder mehrere aus der aus Hybridpolymer, Alkylsilanen, Arylsilanen, aminofunktionellen Silanen, Kieselsäureester, Chlorsilanen, organofunktionellen Silanen, Fluoralkylsilanen, Silazanen, epoxy- und glykolfunktionellen Silanen, mercaptofunktionellen Silane, vinylfunktionellen Silanen, Isocyanatosilanen, Siliconharz, Poly-di-C1-6-alkylsiloxan, C8-18-Alkyl-tri-C1-4-alkoxysilan, wobei die Alkylgruppen von beiden vorstehenden Verbindungen optional mit ein oder mehreren Fluoratomen substituiert sind, Siloxanoligomer, Polysiloxan, aminofunktionelles Polysiloxan, Siliconöl, C1-4-Alkanol, C1-4-Carbonsäure und Wasser bestehenden Gruppe enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Infiltrationszusammensetzung ferner ein oder mehrere Verbindungen aus der aus SiO2, Al2O3, BN, B2O3, SiC, SiN, TiO2 und Zr2O3 bestehenden Gruppe umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, vor Schritt (a) weiterhin umfassend:
i. Auftragen eines kolloidalen Kieselsols oder einer Wasserglaszusammensetzung, gefolgt von einem Einmassieren bis zu einer homogenen Verteilung und Auffüllung der Poren in der Oberfläche,
ii. Trocknen der Oberfläche und Abpolieren eines Materialüberschusses, und
iii. optionales ein- oder mehrmaliges Wiederholen der Schritte i. und ii., bevorzugt einmaliges Wiederholen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte kolloidale Kieselsol amorphes SiO2 mit einer Partikelgröße 0,1 bis 500 nm, bevorzugt 0,1 bis 150 nm, stärker bevorzugt mit einer mittleren Partikelgröße D50 von 15 bis 30 nm, insbesondere 20 nm, enthält, neutral, sauer, alkalisch, ausgebildet, oder und anionisch oder kationisch stabilisiert ist und das kolloidale Kieselsol optional mit Säuren, Laugen, Katalysatoren, Polysiloxan, Organopolysiloxan, Siloxan, Silan, Siliconöl und/oder Epoxysilan modifiziert ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kieselsol ferner ein oder mehrere Verbindungen aus der aus SiO2, Al2O3, TiO2, und Zr2O3 bestehenden Gruppe umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) und/oder Schritt ii. unter einer Temperaturerhöhung von 5 bis 120 °C durchgeführt wird, bei geringer Erwärmung bevorzugt unter einer Temperaturerhöhung von 0 bis 30 °C, stärker bevorzugt unter einer Temperaturerhöhung von 0 bis 10 °C, und bei stärkerer Erwärmung bevorzugt unter einer Temperaturerhöhung von 30 bis 120 °C., stärker bevorzugt unter einer Temperaturerhöhung von 50 bis 80 °C.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche ausgewählt ist aus Naturstein, Keramik, Lappato und hydraulisch, anorganisch oder harzgebundenem Naturstein-, Quarz-, Keramik-, Glas- und/oder Kunststeinagglomerat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Keramik-, Kunst- oder Natursteinoberfläche um die Oberfläche einer Platte, eines Slabs oder einer Fliese handelt, insbesondere um die Oberfläche Kunststeinen aus hydraulisch oder harzgebundenen Naturstein-, Keramik-, Glas-, und/oder Quarzagglomeraten.
Keramik-, Kunst- oder Natursteinsubstrat, insbesondere ein hydraulisch, anorganisch oder harzgebundenem Naturstein-, Quarz-, Keramik-, Glas-, und/oder Kunststeinagglomerat, bearbeitet mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Keramik-, Kunst- oder Natursteinsubstrat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es hochglänzend, matt, satiniert, antibakteriell, nicht bemoosend, ritzbeständig, kratzfest, abriebfest, rutschhemmend, fleckgeschützt, beständig gegen Chemikalien, footprintbeständig, photokatalytisch, antistatisch, elektrisch leitend, wärmereflektierend und/oder wärmeabsorbierend ist.
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