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Verfahren zur Herstellung kunstharzgehundener Mineralmas sen Neuerdings
gewinnen Überzugsmittel, Mörtel und Beton, die mit Epoxydharz gebunden sind, zunehmende
Bedeutung, weil solche Körper gegenüber den üblichen zementgebundenen Massen eine
erhöhte Druckfestigkeit, mehrfache Biegezugfestigkeit und hohe chemische Beständigkeit
aufweisen.
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Ein noch nicht überwundener Mangel dieser epoxydharzgebundenen Mineralmassen
besteht darin, daß die Epoxydharze, auch wenn sie flüssig sind, bestenfalls die
Konsistenz eines dünnen Honigs haben und deshalb bei Mischung mit kornabgestuften
Mineralstoffen schwer verarbeitbare, zähe Massen ergeben.
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Vor allem ist es schwierig, das aus wirtschaftlichen und technischen
Gründen notwendige Bindemitteloptimum, das bei einem kornabgestuften Mineralgemisch
zwischen 10 und 209/ liegt, einzuhalten, weil die Massen dann praktisch kaum mehr
zu verarbeiten sind. Deshalb läßt es sich in der Praxis meist nicht umgehen, höhere
Bindemittelgehalte zu verwenden.
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Um die Verarbeitbarkeit solcher Massen zu verbessern, hat man versucht,
das zähflüssige Epoxydharz mit einem Lösungsmittel zu verdünnen. Dies ist jedoch
nur bei dünnen Überzügen ratsam, während bei Mörtelschichten und Betonkörpern das
Lösungsmittel nicht entweichen kann und dadurch die Festigkeit der Bindung ganz
wesentlich herabgesetzt wird.
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Es ist auch eine Emulsion eines dünnflüssigen Epoxydharzes bekannt,
für deren Härtung das Einrühren eines Polyamins empfohlen wird. Diese Emulsion ist
jedoch zur Bindung von kornabgestuften Mineralmassen ungeeignet, weil sie beim Mischen
infolge der mechanischen Reibwirkung bricht und vor allem deswegen, weil bei dem
empfohlenen Einmischen des Polyamins dieses nur grob verteilt wird.
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Damit sind aber die Voraussetzungen für eine gute Durchhärtung des
Reaktionsbindemittels nicht gegeben, denn dazu müssen Harz und Polyaminhärter in
feinster Verteilung und Vermischung vorliegen.
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Es wurden auch schon Emulsionen von Epoxydharzlösungen, d. h. Emulsionen
von Auflösungen von Epoxydharzen in organischen Lösungsmitteln empfohlen, und als
Härter wurde eine Lösung von Polyamidharz in Essigsäure vorgeschlagen. Diesem Emulsionssystem
ist infolge seines Lösungsmittelgehalts unstabil und bricht beim Mischen mit kornabgestuften
Mineralmassen, wobei die Mischung zäh wird und sich praktisch nicht mehr von einer
Mischung unterscheidet, welche nur mit Epoxydharzlösung, wie bereits beschrieben,
hergestellt wird. Ungeachtet dessen ist dieser Weg auch deshalb nicht von Vorteil,
weil das Bindemittel beträchtliche Mengen Lösungsmittel ent-
hält, welche aus dickeren
Schichten nicht entweichen können und die Festigkeiten stark vermindern.
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Es hat sich gezeigt, daß es nicht zweckmäßig ist, von einem bei Normaltemperatur
flüssigen Epoxydharz auszugehen, wie dies bisher empfohlen wurde, weil es damit
nur unter Schwierigkeiten und bei Verwendung großer Emulgatormengen möglich ist,
eine stabile Emulsion herzustellen, welche beim Mischen mit der Mineralmasse nicht
bricht. Auch die üblichen harten Epoxydharze sind ungeeignet, denn abgesehen davon,
daß sie sich schlecht emulgieren lassen, liegen sie bei feiner Verteilung gewissermaßen
nur als Pulverdispersion vor und werden bei der Reaktion mit dem Aminhärter nicht
flüssig, sondern noch härter, so daß diese festen Teilchen nicht in der Lage sind,
die Mineralkörner zu verkitten, wozu eine optimale Fließfähigkeit Voraussetzung
ist.
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Es wurde gefunden, daß die optimalen Vernetzungseigenschaften dann
gegeben sind, wenn der Erweichungspunkt des Epoxydharzes bzw. des Epoxydharzgemisches
zwischen 20 und 700 C, vorzugsweise zwischen 30 und 500 C, liegt. Mit derartigen
Harzen ist es möglich, druckstabile Emulsionen unter Verwendung von wenig Emulgator
herzustellen, welche, ohne zu brechen, mit kornabgestuften Mineralmassen mischbar
sind. Solche Emulsionen haben gegenüber den bekannten Emulsionen von flüssigen Harzen
noch den Vorteil, daß sie praktisch ungiftig sind, während die flüssigen Epoxydharze
um so gesundheitsschädlicher sind, je flüssiger sie sind.
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Weiterhin wurde gefunden, daß ein wesentlich besseres Ergebnis dadurch
erzielt wird, daß man den Härter nicht wie bisher lediglich in die Masse einrührt
und
dabei grob verteilt; vielmehr soll auch der Härter zweckmäßigerweise in feinster
Verteilung als Emulsion vorliegen. Die in Frage kommenden Härtersubstanzen besitzen
aber durchweg eine mehr oder weniger große Wasseraffinität und lassen sich deshalb
nicht bzw. nur bei Verwendung großer Emulgatormengen emulgieren. Letztere sind aber
unerwünscht, weil darunter die Festigkeit der Bindung und vor allem die Wasserbeständigkeit
leidet.
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Es erscheint naheliegend, in diesem Fall mit wasserlöslichen Polyaminhärtern,
wie sie vielfach bekannt sind, zu arbeiten. Dies ist jedoch unmöglich, weil durch
die Vermischung mit Wasser die Härtungseigenschaften verlorengehen, möglicherweise
weil sich aus dem Amin und dem Wasser Hydrate bilden, welche nicht mehr mit Epoxydharzen
reagieren. Vor allem aber wird durch die Zugabe wasserlöslicher Polyamine die Stabilität
der Epoxydharzemulsionen gestört und diese vorzeitig zum Brechen gebracht.
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Geeignete Härtungssysteme für Epoxydharzemulsionen werden erzielt,
wenn das Härtungsmittel wasserunlöslich ist und gleichfalls in Emulsionsform der
Art vorliegt, daß beide Emulsionen ohne Ausfällungserscheinungen miteinander gemischt
werden können. Solche wasserunlöslichen Polyamine gibt es in der Gruppe der cycloaliphatischen
Amine. Sie lassen sich, wenn auch unter Schwierigkeiten, emulgieren.
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Wesentlich einfacher wird die Emulgierung, wenn man Reaktionsgemische
von Polyaminen und Epoxydharzen, sogenannte Addukte, verwendet. Bei diesen Stoffen
ist die Wasseraffinität des Polyamins weitgehend durch Vernetzung aufgehoben und
dadurch eine gute Emulgierbarkeit gegeben. Ein gleichfalls gutes Ergebnis wird erzielt,
wenn man die freien Aminogruppen des Polyamins mit Phenolkörpern, wie z. B. Phenol,
Kresol und höheren Phenolen, zur Umsetzung bringt. Es bilden sich dabei sogenannte
Aminsalze; dies sind meist zähflüssige, organische Verbindungen, welche ohne Schwierigkeiten
zu emulgieren sind.
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Wenn vor der Verarbeitung Epoxydharzemulsionen und die eben beschriebene
Härteremulsion gemischt werden, dann wird die Salzbindung im Härter aufgehoben,
und das Polyamin reagiert unter Vernetzung mit dem Epoxydharz. Die dabei frei werdende
Phenolverbindung bringt noch zusätzlich den großenVorteil, daß sie eine intensive
Lösungsvermischung des erfindungsgemäß verwendeten Weichharzes mit dem gleichfalls
zähflüssigen Härter bewirkt, weil Phenole die besten Löser für solche Reaktionssysteme
sind.
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Besonders gut und stabil zu emulgieren sind Härtersysteme, welche
sich aus einem Dreiergemisch von Polyaminen, Phenolkörpern und Epoxydharzen in Form
eines niedermolekularen Addukts zusammensetzen. Es ist dabei zweckmäßig, darauf
hinzuarbeiten, daß dieses Addukt gleichfalls in dem Weichheitsbereich des emulgierten
Harzes der anderen Emulsion liegt, d. h. einen Erweichungspunkt zwischen 20 und
700 C hat.
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Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin,
daß Verschnittmöglichkeiten mit Kunstharzen und Steinkohlenteer bestehen. So können
beispielsweise Mischungen aus Epoxydharz und Cumaronharz hergestellt werden, wobei
sich noch der Vorteil ergibt, daß der für die Emulgierung optimale Erweichungspunkt
im Bereich von 30 bis 500 C dadurch eingestellt werden kann, daß man beispiels-
weise
ein flüssiges Epoxydharz mit einem harten Cumaronharz vermischt oder umgekehrt ein
weiches oder flüssiges Cumaronharz mit einem harten Epoxydharz. Dasselbe gilt für
die Verwendung von Steinkohlenteerpech als Verschnittmittel für das Epoxydharz.
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Mischungen von Epoxydharz mit Kunstharzen oder Steinkohlenteer sind
bekannt. Es besteht jedoch ein grundsätzlicher Unterschied darin, daß bei den bisher
bekannten Lösungssystemen der Kunstharzanteil wie auch das Steinkohlenteerbindemittel
verflüssigt werden mußten, was durch einen entsprechend hohen Lösungsmittelanteil
erreicht wurde. Lösungsmittel sind aber, wie beschrieben, von Nachteil bei der Herstellung
von Überzugsmassen für dicke Mörtelschichten und insbesondere für Beton. Bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren dagegen kann der Kunstharz-bzw. Steinkohlenteerpechzusatz
ohne Lösungsmittel direkt emulgiert werden.
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Das beschriebene Verfahren hat technisch eine große Bedeutung, weil
es dadurch möglich ist, leicht verarbeitbare, den bisher üblichen Zementmörteln
ähnliche Massen ohne innere Zähigkeit herzustellen, welche innerhalb kurzer Zeit
erhärten und eine hohe chemische Beständigkeit sowie sehr gute Festigkeitseigenschaften
aufweisen.
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Beispiel 1 65 Teile eines festen Epoxydharzes mit einem Epoxywert
von 0,2 werden mit 35 Teilen eines flüssigen Epoxydharzes mit einem Epoxywert von
0,5 zusammengeschmolzen. Diese Mischung wird bei 900 C emulgiert, indem 60 Teile
davon mit 39 Teilen Wasser und 1 Teil nichtionogenem Emulgator im Turbomischer intensiv
gemischt werden. 100 Teile dieser Epoxydharzemulsion werden mit 25 Teilen einer
Emulsion aus 45 Teilen wasserunlöslichem cycloaliphatischem Polyamin und 54 Teilen
Wasser sowie 1 Teil nichtionogenem Emulgator gemischt und eine kornabgestufte Sandmischung
in den Korngrößen 0,2 bis 2 mm zugegeben. Man erhält einen kellengerechten, leicht
verarbeitbaren Mörtel, der innerhalb weniger Stunden fest wird.
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Beispiel 2 65 Teile Steinkohlenteerweichpech mit einem Erweichungspunkt
von 200 C R. u. K. werden mit 35 Teilen festem Epoxydharz mit einem Epoxywert von
0,2 in der Wärme zusammengeschmolzen und anschließend emulgiert, indem 50 Teile
dieser Mischung mit 49 Teilen Wasser in Gegenwart von 1 Teil nichtionogenem Emulgator
in einem Intensivrührwerk gemischt werden. Vor der Verarbeitung werden zu 100 Teilen
dieser Emulsion 20 Teile einer Emulsion zugegeben, enthaltend 25 Teile cycloaliphatisches
Polyamin, 25 Teile Phenol, 49 Teile Wasser und 1 Teil nichtionogenen Emulgator.
Die verarbeitungsfertige Mörtelmischung wird hergestellt aus 75 Teilen kornabgestuftem
Sand und 25 Teilen des oben beschriebenen Emulsionsgemischs.
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Beispiel 3 50 Teile Cumaronharz mit einem Erweichungspunkt von 900
C werden mit 50 Teilen flüssigem Epoxydharz mit einem Epoxywert von 0,6 in der Wärme
gemischt. 65 Teile dieser Mischung werden bei 900 C mit 32 Teilen Wasser, 2 Teilen
konzentriertem Ammoniak und 1 Teil Kasein emulgiert. Für die
Herstellung
der Härteremulsion werden 24 Teile cycloaliphatisches Polyamin mit 16 Teilen Xylenol
vermischt und in eine Lösung von 2 Teilen nichtionischem Emulgator in 50 Teilen
Wasser intensiv gemischt.
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In diese Emulsion werden anschließend weitere 8 Teile eines flüssigen
Epoxydharzes (Epoxywert 0,6) einemulgiert. 20 Teile der obigen Epoxydharz-Cumaronharz-Emulsion
werden mit 10 Teilen der eben beschriebenen Härteremulsion gemischt; dazu werden
20 Teile Quarzsand und 50 Teile Kiessand der Korngröße 2 bis 10 mm hinzugegeben.
Man erhält eine leicht verarbeitbare Betonmasse, die innerhalb weniger Stunden erhärtet.