DE19937325B4

DE19937325B4 - Verfahren zur Hydrophobierung von Oberflächen grobkeramischer Dachziegel und grobkeramischer Dachziegel mit einer ein Kapillargefüge aufweisenden hydrophobierten Oberfläche

Info

Publication number: DE19937325B4
Application number: DE1999137325
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Dendl; Jan Interwies
Original assignee: Erlus AG
Current assignee: Erlus AG
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: EP1076050A3; EP1076050A2; DE19937325A1; CZ20002830A3

Abstract

Ein Verfahren zur Hydrophobierung von keramischen Oberflächen, insbesondere von Dachziegeln oder Ziegeln, bei dem eine keramische Oberfläche mit einer ein Fluorsilan enthaltenden Flüssigkeit behandelt und anschließend getrocknet wird. Hierdurch wird eine Hydrophobierung ohne Beeinträchtigung der Atmungsfähigkeit der keramischen Oberfläche erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrophobierung von grobkeramischen Dachziegeln.
Von in der Bautechnik verwendeten grobkeramischen Gegenständen, zum Beispiel von Dachziegeln oder Ziegeln aus Ton, wird u.a. Atmungsfähigkeit gefordert. Diese ist durch ein beim Brennvorgang sich einstellendes Kapillargefüge gewährleistet und fuhrt dazu, daß in den Keramikkörper eingedrungene Feuchtigkeit in Trockenzeiten aufgrund der Kapillarwirkung rasch an die Oberfläche transportiert und durch Abtrocknen entfernt wird. Zugleich ist es jedoch erwünscht, die Wasseraufnahmefähigkeit von keramischen Oberflächen dieser Art möglichst weitgehend zu begrenzen, um die in den Keramikkörper eindringende Feuchtigkeitsmenge von vornherein gering zu halten. Hierzu ist es insbesondere von. Dachziegeln seit langem bekannt, deren Oberflächen zu hydrophobieren, um aufgrund der wasserabweisenden Eigenschaft der Oberflächen ein rasches Abfließen, von Regen- und Schmelzwasser zu erreichen. Üblicherweise. erfolgt das Hydrophobieren oder Imprägnieren durch Polysiloxane, die meist in einem Tauchverfahren auf die Oberflächen aufgebracht werden. Es ist auch bekannt, die hydrophobe Eigenschaft dadurch zu steigern, dass auf die Oberflächen ein feines Pulver, z. B. aus Tonpartikeln, mittels einer organischen Silikonharzlösung aufgebracht und anschließend durch Aushärten des Silikonharzes fixiert wird ( CH-A 268 258 , DE 197 46 053 A1 ).
Die DE 689 12 879 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer haftenden Organofluorsilanbeschichtung auf verschiedenen Oberflächenmaterialien.
Die DE 196 06 011 A1 beschreibt Werkstoffe mit Antifouling-Eigenschaften der Oberflächen, die durch das Beschichten mit einer Zubereitung erhältlich sind, wobei die Zubereitung organofunktionelle Silane und Fluororganosilane und/oder deren Hydrolisate und/oder deren Kondensationsprodukte enthält.
Die DE 197 46 053 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft von Oberflächen, insbesondere der Oberfläche von Dachziegeln, bei Beregnung oder Berieselung mit Wasser. Die Oberfläche weist hydrophobe Erhebungen mit einer Höhe von 5 bis 200 μm in verteilter Form auf. Zur Erzeugung dieser Hebungen wird eine Oberfläche mit einer Dispersion von Pulverpartikeln aus inertem Material in einer Siloxan-Lösung benetzt und das Siloxan anschließend ausgehärtet.
Um durch die Hydrophobierung der keramischen Oberflächen deren Atmungsfähigkeit nicht zu beeinträchtigen, erfordern die Auswahl der zur Hydrophobierung herangezogenen Polysiloxane und der Verfahrensablauf Sorgfalt. Denn eine zu dichte Belegung der Oberfläche und insbesondere der freien Flächen des Kapillargefüges kann zu einer Verringerung des zur Verfügung stehenden Atmungsquerschnitts führen. Deshalb gilt es bei der Hydrophobierung der in Betracht gezogenen keramischen Oberflächen stets einen Kompromiß zwischen Atmungsfähigkeit und Begrenzung der Wasserdurchlässigkeit zu schließen.
Die Wasseraufnahmefähigkeit verbunden mit der Neigung aufgenommenes Wasser aufgrund fehlender Atmungsfähigkeit zu halten bestimmt weiterhin die Frostbeständigkeit von grobkeramischen Oberflächen, insbesondere von Dachziegeln. Um die Frostbeständigkeit zu verbessern, d. h. die Wasserdurchlässigkeit herabzusetzen, werden keramische Oberflächen dieser Art in der geschilderten Weise hydrophobiert und häufig auch, verbunden mit einer besonderen gewünschten Farbgebung, glasiert. Die Glasur führt in der Regel zu einem weitgehend dichten Abschluß der Oberfläche gegen eindringendes Wasser. Jedoch können geringfügige Risse oder mechanische Beschädigungen der Glasur ein Eindringen von Wasser doch ermöglichen, das in Folge der Glasur dann aber sehr lange gehalten wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einfach zu hadhabendes Verfahren zur Hydrophobierung grob keramischer Dachziegel sowie einen entsprechenden Dachziegel vorzuschlagen, eine gute hydrophobe Eigenschaft der Oberflächen ergibt, die Wasserdurchlässigkeit verringert, die Atmungsfähigkeit der Oberflächen aber nicht oder nur unwesentlich herabsetzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Als Fluorsilane kommen fluoralkylfunktionelle Silane in Betracht, die mit Wasser unter Hydrolyse und Abspaltung von Ethanol zu einem reaktiven Silanol reagieren, wobei das Silanol chemisch an ein anorganisches Substrat gebunden werden kann. Durch chemische Reaktion mit der zu behandelnden Oberfläche wird eine Si-O-Bindung an die Oberfläche ausgebildet. Daran schließt sich eine Quervernetzung unter Ausbildung eines Siloxan-Netzwerks an. Die Fluorsilane ergeben außerordentlich dünne Schichten im Nanometerbereich, die in den Porenöffnungen des Kapillargefüges der keramischen Oberfläche und auf den freien Flächen des Kapillargefüges nahe der Oberfläche im Inneren des Keramikkörpers aufgebaut werden. Daher läßt sich mittels der Fluorsilane eine Hydrophobierung erreichen, durch welche die Atmungsfähigkeit nicht herabgesetzt wird. Da zugleich die Fluorsilan-Schichten eine ausgeprägte hydrophobe und lipophobe Eigenschaft der keramischen Oberfläche erzeugen, können Schmutzansammlungen darauf vermieden werden, weil sie allein durch Beregnung oder Berieselung mit Wasser fortgespült werden. Daraus folgt wiederum, dass durch Schmutzansammlungen bedingtes Anstehen von Wasser und bleibende Feuchtigkeit vermieden werden, durch die üblicherweise das Eindringen von Wasser mit den beschriebenen nachteiligen Folgen in das Innere des Keramikkörpers besonders begünstigt ist. Damit wird trotz Aufrechterhaltung der erwünschten Atmungsfähigkeit die Wasseraufnahmefähigkeit der keramischen Oberfläche herabgesetzt.
Die Fluorsilane können mit Wasser und Lösemitteln, z. B. Ethanol, gemischt werden, so dass das Auftragen auf die zu behandelnde Oberfläche mit den üblichen Beschichtungstechniken wie Tauchen, Sprühen, Streichen oder Polieren möglich ist. An dass Auftragverfahren schließt sich ein Trocknungs- oder Vernetzungsprozeß an, der durch thermische Behandlung oder mit Hilfe von UV- oder Wärmestrahlung durchführbar ist. Die thermische Behandlung kann zwischen 80 und 150°C durchgeführt werden. Günstiger ist jedoch ein Einbrennvorgang bei Temperaturen bis 600°C, weil sich gezeigt hat, dass dadurch ohne ins Gewicht fallende Herabsetzung der erhaltenen hydrophoben Eigenschaft eine erhebliche Steigerung der mechanischen Belastbarkeit, wie Abriebfestigkeit, mit einhergeht.
Die Fluorsilane haben weitere Eigenschaften, die sie auch für die Verwendung zur Hydrophobierung von keramischen Oberflächen geeignet machen. So besteht keine Gefahr, dass dadurch Farben der Oberflächen verändert oder beeinträchtigt werden, weil aufgrund der so geringen Schichtdicken die Reflexionsfähigkeit der keramischen Oberflächen nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin wird durch die genannte hydrophobe und lipophobe Eigenschaft eine deutliche Selbstreinigungseigenschaft der dadurch behandelten keramischen Oberflächen erzielt. Deshalb kann damit gerechnet werden, dass Dachbaustoffe, insbesondere Dachziegel sowie Klinker- und Fassadenwände, die erfindungsgemäß behandelte keramische Oberflächen aufweisen, allein durch Regen (oder durch gezielte Berieselung mit Wasser) von Schmutz frei bleiben. Selbst durch die Ausbildung von gezielten Erhebungen oder Rauhigkeitsstrukturen schon selbstreinigend gemachte keramische Oberflächen (vgl. DE 197 46 053 A1 ) können durch Hydrophobierung mit Fluorsilanen eine Steigerung der selbstreinigenden Eigenschaft erfahren. Wenn solche Strukturen durch den Brand der keramischen Oberfläche ausgebildet sind, z.B. durch eine quasi-keramische Bindung von Pulverpartikeln an die Oberfläche, kann die zur Erzielung der Selbstreinigungseigenschaft solcher Strukturen notwendige Hydrophobierung durch ein Fluorsilan erhalten werden.
Darüber hinaus sind die Fluorsilane sehr UV- und witterungsbeständig, wodurch die stark hydrophobe Eigenschaft der keramischen Oberflächen lang erhalten bleibt. Diese Eigenschaft lässt sich mit einer Silikonisierung kombinieren, bei der zunächst durch einen herkömmlichen Silikonisierprozess mit einem Polyloxan die keramische Oberfläche beschichtet wird und daraufhin eine Beschichtung mit einem Fluorsilan durchgeführt wird. Das Fluorsilan wirkt in diesem Fall neben seiner hydophoben Eigenschaft als UV-Schutzschicht für das wenig UV-beständige Polysiloxan.
Die Fluorsilane haben von sich aus bereits eine bewuchshemmende Wirkung, die sie sogar zum Einsatz als Antifouling-Mittel in Farben geeignet macht. Diese Wirkung wird jedoch erfindungsgemäß noch unterstützt, indem neben der Behandlung der keramischen Oberfläche mit einem Fluorsilan auch eine Behandlung mit einem gesonderten bewuchshemmenden Mittel durchgeführt wird bzw. an das Fluorsilan eine bewuchshemmende Verbindung gebunden ist. Das bewuchshemmende Mittel kann neben dem Fluorsilan in der Trägerflüssigkeit, mit der die keramische Oberfläche behandelt wird, enthalten sein. Als solche Mittel werden in bekannten Antifouling-Farben eingesetzte Kupfer-, Zink- oder Zinnpräparate verwendet. Es können aber auch die bewuchshemmenden Gruppen oder Radikale der genannten Verbindungen unmittelbar in das Netzwerk der Fluorsilane eingebunden sein.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Fluorsilane haben neben ihrer hydrophoben Eigenschaft auch eine hohe mechanische und chemische Widerstands- und Haftfestigkeit. Daher ist nach der Trocknung bzw. Aushärtung keine Beeinträchtigung der erzielten hydrophoben Eigenschaft durch mechanische Abtragung zu befürchten. So können erfindungsgemäß behandelte Dachziegel in üblicher Weise transportiert und nach dem Eindecken auch begangen werden.
Die starke hydrophobe Eigenschaft und die damit verbundene Fähigkeit zur Selbstreinigung der erfindungsgemäß behandelten grobkeramischen Oberflächen, vor allem von Dachziegeln, führt zu einer ständigen Freihaltung der Oberfläche von insbesondere fettigem Schmutz und Ruß, d. h. von Verunreinigungen, die vor allem in Industriegegenden zu erwarten sind. Verunreinigungen dieser Art setzen häufig die gewünschte Atmungsfähigkeit herab und fördern dadurch die Neigung aufgenommenes Wasser länger zu halten ohne dass im gleichen Maß die Wasseraufnahmefähigkeit verringert wird. Damit wird die Frostbeständigkeit der keramischen Oberflächen verschlechtert. Durch die genannte Freihaltung der Oberflächen von Verschmutzungen dieser Art wirkt die erfindungsgemäße Behandlung selbst bei glasierten grobkeramischen Oberflächen, da hierdurch anstehendes Wasser und dessen Eindringen in eventuell vorhandene mechanische Beschädigungsstellen oder Sprünge der Glasur vermieden wird.

Claims

Verfahren zur Hydrophobierung von Oberflächen von grobkeramischen Dachziegeln, bei dem • die Oberfläche zunächst in bekannter Weise mit einem Polysiloxan hydrophobiert wird, • dann auf die Oberfläche a) eine Fluorsilan und ein bewuchshemmendes Mittel, ausgewählt aus Kupfer-, Zink- und Zinnpräparaten, enthaltende Flüssigkeit oder b) eine Flüssigkeit mit einem Flursilan, an das eine bewuchshemmende Kupfer-, Zink- und Zinnverbindung gebunden ist, derart aufgetragen wird, dass die Flüssigkeit in das oberflächennahe Kapillargefüge des Dachziegels eindringt, • und anschließend eine Trocknung erfolgt.
Grobkeramischer Dachziegel mit einer ein Kapillargefüge aufweisenden hydrophobierten Oberfläche, dadurch gekennzeichent, dass • die Oberfläche des Dachziegels mit einem Polysiloxan hydrophobiert ist • und über der Polysiloxanbeschichtung eine Beschichtung aus a) einem Fluorsilan und einer bewuchshemmende Verbindung, ausgewählt aus Kupfer-, Zink oder Zinnpräparaten, oder b) einem Flursilan, an das eine bewuchshemmende Kupfer-, Zink oder Zinnverbindung gebunden ist, vorgesehen ist, die die freien Flächen des oberflächennahen Kapillargefüges im Inneren des Keramikkörpers bedeckt.