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Organosiliciumverbindungen enthaltende Zementmischung Es ist bekannt,
Alkylpolysiloxane enthaltende Zementmischungen herzustellen (USA-Patentschrift
3 043 790), deutsche Aigelegeschriften 1 124 860, 1 070
538, 1 082 847). Diese Mischungen und die daraus hergestellten Mauerwerke sind
zwar wasserabweisend, aber die mechanischen Eigenschaften des Mauerwerke werden
durch den Zusatz von Alkylpolysiloxanen nicht verbessert.
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Es Ist ferner bekannt, Alkylalkalisiliconate zur Imprägnierung
von Mauerwerk zu verwenden (britische Patentschrift 848 352).
Dadurch wird
aber die Betonfestigkeit vermindert, weil wasserlösliche Silikate und Carbonate
entstehen, die durch den Regen ausgewaschen werden. Auch die Mischung von Organotrimethoxysilan
mit Zement ist bekannt (belgische Patentschrift 622 451). Der Zusatz dieser
Siliciumverbindungen hat den Nachteil, da'ß das Abbinden des Betone verzögert wird.
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Es wurde nun gefunden, daß Mischungen aus Zement und einem
Organosilanol oder seinen Polykondensations- oder Umsetzungeprodukten
wertvolle
Eigenschaften haben. Insbesondere das Haften auf Eisen sowie die Biege-Zugibstigkeit
des mit den erfindungsgemäßen Mischungen hergestellten Betons ist gegenüber vergleichbarem
bekanntem Beton wesentlich verbesset. Unter Organosilanolen verstehen wir insbesondere
Monoorganoeilantriole, d.h. Verbindungen, die pro Si-Atom drei OH" Gruppen enthalten.
Unter Polykondensations- oder Umsetzungeprodukten vereb,-hen wir beispielsweise
Monoorganosiloxanole oder andere Produkte, die bei einer Anordnung der Atome in
einer Kette Si-OH-, Si-H-9 Si-NH- oder Si-Si-Gruppen enthalten und zwar nicht nur
an den Endgliedern der Ketbe, sondern auch mindestens bei einzelnen, teilweise auch
bei allen anderen Gliedern der Kette. Wir verstehen darunter ferner Dimere oder
Trimere von Diorganosilandiolen, die Si-OH- oder Si-OR-Gruppen als Endgruppen enthalten,
wobei R einen Alkylrest bedeutet. Solche Verbindungen werden beispielaweise durch
die folgenden Formeln wiedergegeben:
| C H C H |
| 12 5 2 5 12 5 |
| C H 0-Si _O_ Ai- OC H HO -Si-0- H n
2,3, 4 |
| 2 5 2 5 1 .... etwa 1000 |
| 2 H 5 2 H 5 L OH |
| 12 5 |
| HO -#i - -Si 0- H z.B. n = 80 blol% |
| 1 t m = 20 Mol% |
| H L Uh -im |
| (H0) 3 Si(CH 2' Cil 2)6 Si(OH
)3 |
| H c 3 H 7 |
| 110- |
| i c Si - 0 -H z.B. n und m im Molver- |
| hältnis 1 : 1 |
| L Jn 3 7 im |
| J3H7 |
| c2 11 5 Si(OH )3 Ho -Si-O- H |
| Jh n 50 |
| CH H |
| 1 3 3 |
| vio HO - i-C 11 |
| LOH 011 -im |
| m 3, 4, etwa 6 m 1000 |
| CH 2 =CH-Si(Oil) 3 CH 2 =CH-CH 2-Si(OH)
3 |
| H 2 N(CH 2)4 Si(OH) 3 (F-o-Y'(
CH 2)4 Si(OH )3 |
| CH 3 |
| (H0)3 si cil 2- 6 -Sl (OH)
3 |
| V2H 5 H |
| HO -SiO |
| i0 -H z.B. n = 40 Mol% |
| H k m = 60 Mol% |
| L Jn m |
| H C H I |
| 2 5 16 5 |
| HO -ii-0 Yi-0 -H z.B. n = 80 Mol% |
| -bii OH m = 20 Mol% |
| C H CH |
| 12 5 1 3 |
| 110-SiOH HO- -Si-O- -H |
| n 2, 31 4 ..... etwa 1Ö00 |
| v2 H 5 CH 3 z.B. n = 95 Mol% |
| HO- -Si-O- -h-0- -H |
| 1 m = 5 Mol% |
| H |
| m |
| 2 H 5 H |
| (H0)21i - |
| i(C 2H 5)2 |
Die Verbindungen sind im allgemeinen flüssig und werden als solche oder in Lösung
angewendet. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Verbindungen in fester Form
zu verwenden, indem man sie beispielsweise durch Adeorption an übliche. Adsorptionamittel,
beispielsweise Kieselgel, Korkpulver, Schaumpolystyrolflocken, Holzspäne, Bimesteingranulat,
Polyurethanschaum, Zellulose, Papier, Aluminiumoxyd, in die feste Form überführt.
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Unter Zement sind zu verstehen: Sämtliche Zementeorten, die üblich
sind, z.B. Portlandzement (PZ 2759 3751 475), Eisenportlandzement (EPZ) Hochofenzement,
Traßzement, Sulfathüttenzement, Tonerdeschmelzzement.
Die erfindungegemäßen
Zementmiachungen können zusätzlich noch einen Füllstoff enthalten. Der Ausdruck
"Fülletoffell bedeutet feste anorganische oder organische Stoffe. Darunter sind
sowohl aktive Fülletoffe zu verstehen, beispielsweise gelöschter Kalk, die beim
Abbinden-mitreagieren, als auch passive Fülletoffe, beispielsweise feinteiliges
Schaumpolystyrol, welches beim Abbinden lediglich passiv mit eingeschlossen wird.
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Solche Fülletoffe sind beispielsweise: Sand, Gips, Schlefermehl, Tonerde,
Gesteine, wie Kalkstein, Marmor, Granit, Basalt, Quarz, Dolomit, Kieselsäure,Silikate,
Titansäure, Metalloxyde, außer Alkalihydroxyden, z.B. Al 2 0 3'
Mg0, Fe
2 0 3' TiO 29 Pbo21 Cr 2039 Zn0, SiO 21. Metallhydroxyde,
z.B. Al(OH) 39 Mg(OH)2 , Fe(OH) 31 Kiee,elgur, Vermiculit,
Glimmer, Asbest, anorganische Gläser, insbesondere Silikatgläser, Glaswolle, Schlackenwolle,
Steinwolle, keramische Stoffe, z.B. Porzellan, Steingut, Chamotte, Ziegel, Phosphate,
Polyphoophorsäure; Zellulose, Zellulose enthaltende Stoffe, z.B. Holz, Stroh, Papier,
Kork, Torf, Schilf, Zellulose-ester oder -äther sowie Polykondensationaprodukte,
wie Polyester, eolyamide, Polycarbonate und Phenol- oder Aminoplastharze, außerdem
Kunststoffe, insbesondere Polymerisate von m-gß-ungesättigten orgartschen polymerielerbaren
Verbindungen, z.B. von Olefinen, wie Äthylen, Propyle'n, Iaobutylen, Styrolg et-Methylotyrol
oder Vinyltoluolen,ferner von 1,3-Dienen, z.B. Butadien oder Iaopren. Außerdem kommen
Polymerisate
des Vinyl- oder Vinylidenehlorids, von Estern der Acryl- oder Methylacrylaäure von
Alkoholen von 1 bis 8
C-Atomen in Frage. Unter den genannten Verbindungen
haben Styrolhomo- und-copolymerisate eine besondere Bedeutung. Die organischen Kunststoffe
können als Pulver, Granulat, in Form von Perlen, Flocken, Spänen, Röhrchen, Stäbchen,
Platten oder Fasern vorliegen.
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Feintellige schaumförmige Kunststoffe, z.B. schaumförmige Äthylen-(der
Styrolpolymerisate besitzen als Füllstoffe besondere Bedeutung, weil die erfindungegemäß
hergestellten Organosiloxan-Zement-Mischungen insbesondere zum Verbinden von organischen
mit anorganischen Stoffen geeignet sind. Zum Abbinden der Zementmischungen und zu
ihrer Anwendung in der Praxis ist folgendes zu sagen: Die Beton- und Organosilanol-Härtung,
d.h. Polykondensation, sind auf das Innigste miteinander verbunden (=Copolykondeneation).
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Die erfiüungegemäßen Mischungen können beispielsweise schon mit katalytischen
Wassermengen ausgehärtet.werden.
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Die Organosiloxan-Zement-Nischungen dienen zur Hemtellung von Kunatsteineng
Stein-Stein-Verbindungen, zur Herstellung plastifizierter und elaatifizierter Kalk-,
Gips- oder Zement-Mörtel-Mischungen,
ferner zum Beschichten oder
Versiegeln von Kunst- und Natursteinen, zum Beschichten von Kunst- und Natursteinen
mit Kunststoffen, z.B. Polyolefinen, Polystyrol, Polybutadien, Kautschuk, (ungesättigte)
Polyester, zur Herstellug von Formkörpern aus Holz, Torf, Stroh, Schilf, Zellulose
und anderen Zellulose enthaltenden Stoffen. Sie dienen ferner als elastische Fugenkleber.
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Außerdem sind sie geeignet zum Verkleben von Kunststein mit Holz,
Holz-Holz-Verklebung, Holz-Kunststoff-Verklebung, Metall-Kunstatoff-Verklebung,
zur Metall-Stein-Verklebung, Metall-Holz-Verklebung oder Leder-Holz-Verklebung.
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Zur Anwendung: Beispielsweise wird aus einer Mischung von
95 Teilen Monoäthylsiloxanol und 5 Teilen Portlandzement
(275) ein Bindemittel erhalten, welches 3000 Teile Quarzsand (Teilchengröße
011 bis 1 mm) zu dnem sandsteinartigen Formkörper verbindet, der bei
20 0 C im Verlauf von etwa 20 Stunden bis zur Transportfestigkeit aushärtet.
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Stellt man den Vergleichsversuch an und nimmt lediglich
100
Teile Portlandzement auf 3000 Teile Sand, so tritt auch bei längerem
Lagern keine Verfestigung ein. Nach dem Ausformen zerfällt der Formkörper,
Die
erfindungsgemäßen Mischungen benötigen beim AbUnden die Mitwirkung von Wasser. Die
erforderliche Menge Wasser braucht nur eine katalytische Menge sein, wenn man das
Anmachen der Mischung beispielsweise unter Zuhilfenahme von Propanol vornimmt. Wasser
und Alkohole können sich in weiten MischungebEmichen gegenseitig vertreten. An Alkoholen
reiche Mischungen härten langsam, dagegen härten.an Wasser reiche Mischungen rasch.
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Die Wasserzugabe zu den Mischungen kann beispielsweise folgendermaßen
erfolgen: Flüssiges Organosiloxanol, gelöst in einer Alkoholmischung (C i- bis
C 4-Alkohole), wird mit der erforderlichen Wassermenge vermischt und unverzüglich
mit Zement und Sand zusammengebracht oder man gibt zunächst in die Zement-Sand-Mischung
das erforderliche Wasser und setzt das Organosilanol anschließend hinzu. Schließlich
kann man auch so verfahren, daß man zunächst ohne zusätzliche Wasserzugabe arbeitet.
Erst nach dem Verforme n gegebenenfalls nachdem bereits eine gewisse Härtung erfolgt
ist, wird mit Wasser nachbehandelt bzw. durch Feuchtraum- oder Unterwasserlagerung
ausgehärtet. Wasserdampfhärtung dient beispielsweise zur Schnellhärtung. Theoretisch
kann man sich die Vorgänge beim Abbinden von Zement etwa wie folgt erklären:
Im
hydratisierten Zement liegt als wichtigste Komponente die Verbindung HOSi(OCaOH
)3 vor' in veralteter Schreibweise als Si02,3Ca0.2H20 geschrieben.
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Beim Abbinden mit Sand können etwa folgende Vorgänge eintreten:
ein Vorgang, den man als Heteropolykondensation bezeichnet. Beim Anrühren von Zementpulver,
beispielsweise mit der Lösung von Äthyleilantriol in Propanol ohne zusätzliche Wasserzugabe
liefert die Polykondensation
die durch basische -OH-Gruppen ausgelöst wird, die zur vollständigen vorübergehenden
Hydratation des Si02#3Ca0 erforderliche Waasermenge. Diese braucht nur einen Bruchteil
der stöchiometrischen Menge zu betragen, weil das Wasser Zwiedheistoff-Katalyse
bewirkt. Daher ist die Abbindezeit größer, wenn weniger Wasser zug*gen ist und umgekehrt.
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Beim Zementabbinden dient die Hauptmenge des Wassers zum Anrühren.
Nur ein Teil wird für die Hydratation gebraucht.
Außerdem verlieren
die Formkörper einen gewiesen Wasseranteil durch Verdunstung, der durch einen Wasserüberschuß
beim Anrühren ausgeglichen werden muß. In der Praxis liegt das Verhältnis Wassermenge
zu Zementmenge im Bereich von 0,4 bis 0,5 zu 1. Beim Organosiloxan-Beton
dagegen ist während des Mischens und Verformens sowie auch bei der Lagerung der
Formkörper die Wasserverdunstung aus der Masse so stark gehemmt, so daß ein Wasäer-Zement-Verhältnie
von 0,02 : 1
noch unterschritten werden kann. Daher darf man sagen,
daß Organosiloxan-Beton gegebenenfalls mit katalytiochen Wassermengen gehärtet werden
kann.
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Bereits Mengen von 100 g Organosilicium-Verbindung pro m Bauatoff-Mischung
verbessern die Kohäsion frischer Mischungen$ so daß maschinelles Verformen rascher
erfolgen kann. Organoeiloxan-Beton ist in ausgehärtetem Zustand staubfrei, nach
dem Ausformen erhält man glatte bis glänzende Sichtflächen. Organomiloxan-Beton
Ist gegenüber Wässern, die betonzerstörende Stoffe enthalten, widerstandsfähig.
Organoalloxan-Beton kann gegebenenfalls unter Wasser verarbeitet werden. Organosiloxan-Beton
zeigt gutes Haftvermögen auf Mauerwerk, Metallen, keramiechen Stoffen, Glas oder
Holz. Bei der Heretellung üblicher Baustoffmischungen aus Kalk, Gips, Ze»nt
und Sand kann beispielsweise frisch bereiteter Orgänosiloxan-Beton oder fester Organosiloxan-Beton
als Granulat oder auch
feines Pulver zugegeben werden. Die Baustoffmischungen
erhalten bEwits ab etwa 100 g Organosilanol pro m3 deutlich verbesserte Eigenschaften.
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Beispielsweise wird die Benetzbarkeit grober Zuschlagotoffe durch
Zementmilch verbessert.
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Die Wasseraufnahmefähigkeit des gehärteten Formkörpers bzw. seine
Wasserdurchläseigkeit Ist vermindert bis vollständig aufgehoben. Das wirkt sich
sowohl auf das hygroskopische Verhalten an der Luft als auch auf die direkte Wasseraufnabme
im Tauchversuch aus.
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Ferner ist das kapillare Wasseraufsteigevermögen vermindert oder vollständig
aufgehoben.
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Gute bis sehr gute Verbesserungen erreicht man mit 0,5 bis
2 kg Organosilanol pro m3 Baustoffmischung.
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Die Biege-Zugfestigkeit der Formkörper wird durch den Zusatz der Organoolliciumverbindungen
zup Zement ebenfalls verbessert.
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Die folgende Liste enthält Beie piele für erfindungegemäße Zementmischungen.
In der Liste sind A die Organoailiciumverbindungen, B die Zemente und
C die Fülletoffe.
Zu den Beispielen: Unter I sind Mischungen aufgeführt, die beispielsweise
als Fugenkleber oder Beschichtungsmittel angewendet werden. Auf je 1000 Teile
werden zum Anmachen der Mischungen etwa 600 Teile Alkohol (z.B. die Mischung
aus gleichen Teilen c2-0 4-Alkohol) und etwa 200 reile Wasser gegeben. Damit erzielt
man eine Härtezeit, die in etwa 20 Stunden zur Transportfestigkeit der Formkörper
führt.
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Ausnahmen bilden der Vinyleiloxan-Beton Im Beispiel 3 und der
Methylpolysiloxan-Beton im Beispiel 7, welche in Minuten bis Stunden abbinden.
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Unter II sind Mischungen aufgeführt, die zur Herstellung von Formkörpern
dienen können. Dabei erzielt man durch Wasserdampfbehandlung in kurzen Zeiten höhere
Festigkeiten. Der Flüssigkeitsbedarf auf 1000 Teile A bezogen liegt
etwa bei 500 Teilen der Wasser-Alkohol-Mischung.
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In Beispiel 31 ist eine Alischung beschrieben, die als GrundierungBmittel
für Letonflächen dienen kann, um beispielsweise ungesättigte Polyester-Harzschichten
haftfähig zu machen. Die gleiche Mischung gibt auf Eisen, rostfreiem Stahl oder
Leichtmetallen glasu-rartige Uberzüge.
Beispiel 4 1 und
5 11 beschreiben Mischungen, die als Fußbodenbeläge angewendet werden können.
Beispiel 6
beschreibt die Herstellung von.Schaumpolystyrol-Leichtb.,eton von
Raumgewichten von etwa 100 gll an aufwärts.
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In den Beispielen,7 bis 10 sind Mischungen für Formkörper beschrieben,,die.durch.Asbestfasern,
Steinwolle, Glaawolle oder auch Halzapäne gefüllt, bzw. verstärkt sind.