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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberfläche, insbesondere eine Bodenfläche, die wenigstens eine Schicht aus einem zementgebundenen Material umfasst, mit einer magnetischen und/oder magnetisierbaren Deckschichtzusammensetzung.
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Magnetische Bodenbeschichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Diese Bodenbeschichtungen werden gewöhnlich unmittelbar in einer Schichtdicke von beispielsweise 0,5 mm auf eine getrocknete Zementoberfläche wie eine Estrich- oder Betonoberfläche aufgebracht. Ein derart beschichteter Boden kann in der Folge mit magnetischen Teppich- oder Vinylfliesen belegt werden. Die magnetische Wechselwirkung zwischen der Bodenbeschichtung und den Teppichfliesen hält die Teppichfliesen in ihrer Position. Gleichzeitig jedoch können die Fliesen einfach ausgewechselt werden, wenn beispielsweise der Teppich ausgetreten ist oder nur die Bodenfarbe verändert werden soll.
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Eine Beschichtungszusammensetzung, die für einen solchen Zweck geeignet ist, wird in
EP 2 107 081 B1 beschrieben. Diese Druckschrift offenbart eine Gummizusammensetzung zum Herstellen eines Elastomers, wobei die Gummizusammensetzung wenigstens eine Gummiverbindung und wenigstens einen Initiator mit freien Radikalen aufweist. Die Gummiverbindung wird ausgehärtet, indem sie einer Reaktion unterworfen wird, die die Radikale untereinander verbindet. Die Gummiverbindung kann ferner magnetische oder magnetisierbare Partikel enthalten.
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Manchmal wird es jedoch als nachteilig angesehen, dass die bislang bekannten magnetischen Bodenbeschichtungszusammensetzungen nur auf getrocknete Oberflächen aufgetragen werden können. Das ASTM F 2170-11 Standardtestverfahren zum Bestimmen der relativen Feuchte in Betonbodenplatten stellt beispielsweise fest, dass „Feuchte, die aus Betonbodenplatten austritt, die Wirkung von Bodensystemen wie belastbaren und textilen Bodenbelägen und -beschichtungen beeinträchtigt” und dass „starke Feuchte, die aus Bodenplatten nach dem Verlegen austritt, Schäden an Bodenbelagsystemen, wie z. B. ein Ablösen oder Verschlechtern von Bodenbelägen und -beschichtungen sowie Mikrobenwachstum verursachen kann”. In der Praxis wurde gewöhnlich gefordert, dass die relative Feuchte einer Zementoberfläche 75% oder weniger betragen sollte, bevor eine Bodenbeschichtung aufgebracht wird. Mit anderen Worten muss die Zementoberfläche wie beispielsweise eine Estrich- oder Betonoberfläche während einer bestimmten Zeitspanne getrocknet werden, bevor eine Bodendeckschicht wie z. B. eine magnetische Bodenbeschichtung aufgebracht werden kann. Dies schließt nicht nur eine Wartezeit ein, die die Nutzung des jeweiligen Raums verzögert, sondern erfordert zudem eine fortlaufende Bestimmung der aktuellen Feuchte.
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EP 2 457 937 offenbart eine Deckschichtzusammensetzung zum Beschichten eines Betonbodens.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oberfläche mit einer Schicht aus einer magnetischen und/oder magnetisierbaren Deckschichtzusammensetzung anzugeben, die auf zementgebundene Oberflächen mit einem höheren Grad an Feuchte aufgetragen werden kann und dadurch die Nachteile des Stands der Technik überwindet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Oberfläche, insbesondere eine Bodenfläche, die wenigstens eine Schicht aus einem zementgebundenen Material umfasst, die eine Schicht aus einer Deckschichtzusammensetzung trägt, die ein Polymer-Bindemittel und magnetische und/oder magnetisierbare Partikel umfasst, wobei die Schicht aus der Deckschichtzusammensetzung eine Wasserdampfdurchlässigkeit von wenigstens 0,25 gh–1m–2 gemäß ASTM D1653 aufweist, und die Oberfläche und/oder die Schicht aus dem zementgebundenen Material eine relative Feuchte von mehr als 75% gemäß ASTM F 2170-11 besitzt, wenn die Schicht aus der Deckschichtzusammensetzung aufgebracht wird.
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Der Begriff Zement, wie er oben und unten allgemein verwendet wird, bezeichnet ein Material, das die Eigenschaften von Zement hat. Zemente sind Bindungsmittel, die unabhängig erstarren und aushärten, und andere Stoffe binden können. Portland-Zement, der in der Bauindustrie weithin verwendet wird, kann z. B. in einer Kalzinierungsreaktion durch Erhitzen von Kalk (Kalziumcarbonat) mit kleinen Mengen anderer Materialien (wie Lehm) auf 1.450°C hergestellt werden, wobei Kohlendioxid aus dem Kalziumkarbonat freigesetzt wird, um Kalziumoxid zu bilden. Kalziumoxid (auch als Kalkerde bezeichnet) kann dann mit anderen Materialien wie Flugasche oder Kieselerde vermischt werden. Die resultierende harte Substanz kann dann beispielsweise mit einer kleinen Menge Gips in ein Pulver zerrieben werden, um „gewöhnlichen Portland-Zement”, den gebräuchlichsten Typ von Zement (oft als OPC bezeichnet), herzustellen.
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Zementgebundene Materialien sind die Grundzutaten von Beton, Mörtel, Estrich usw. Beton ist ein Kompositmaterial, das insbesondere Zement, Gestein wie Kies und Sand sowie Wasser umfasst. Erstaunlicherweise wurde im Unterschied dazu, was allgemein in dem Standardtestverfahren ASTM F 2170-11 behauptet wird, herausgefunden, dass eine magnetische und/oder magnetisierbare Deckschichtzusammensetzung mit einer Wasserdampfdurchlässigkeit von wenigstens 0,25 gh–1m–2 gemäß ASTM D1653 auf sehr feuchte oder nasse zementgebundene Materialien aufgetragen werden kann. Es wurde erkannt, dass die Deckschichtzusammensetzung, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist, eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit haben sollte, so dass die Feuchte in dem zementgebundenen Material nicht eingeschlossen ist, sondern stattdessen durch die Deckschichtzusammensetzung diffundieren kann und so dem zementgebundenen Material eine Fortsetzung des Trockenprozesses erlaubt.
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Die Wasserdampfdurchlässigkeit der Deckschichtzusammensetzung ist bevorzugt wenigstens 5 g mm m–2/24 h, besser wenigstens 7 g mm m–2/24 h und besonders bevorzugt wenigstens 8 g mm m–2/24 h.
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Infolge der Wasserdampfdurchlässigkeit der hier offenbarten Deckschichtzusammensetzung lässt sich keine Ablösung, Blasenbildung oder dergleichen der Schicht aus der Deckschichtzusammensetzung von der Oberfläche des zementgebundenen Materials beobachten. Solche Mängel wurden allerdings bei aus dem Stand der Technik vorbekannten Zusammensetzungen beobachtet, die eine Wasserdampfdurchlässigkeit von weniger als 0,25 gh–1m–2 aufweisen, wenn sie auf Böden mit einer relativen Feuchte von über 75% aufgebracht werden. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass der Grund für die Ablösung darin zu finden ist, dass sich Wasserdampf aus dem nassen zementgebundenen Material an der nicht exponierten Oberfläche der magnetischen Bodenbeschichtung, die der Oberfläche oder der Bodenfläche jeweils gegenüberliegt, ansammelt, wo ein Feuchteübergang in die Luft durch die Beschichtung blockiert ist, was schließlich Blasenbildung und daher Ablösung der Beschichtung verursacht.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberfläche und/oder die Schicht aus dem zementgebundenen Material bevorzugt eine relative Feuchte von über 80%, besser von 82 bis 98% gemäß ASTM F 2170-11, insbesondere von 85 bis 95% auf. Noch vorteilhafter hat die Oberfläche und/oder die Schicht aus dem zementgebundenen Material eine relative Feuchte von 88 bis 95%, am vorteilhaftesten von 90 bis 95%.
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Die Oberfläche, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hat wenigstens eine Schicht aus einem zementgebundenen Material. Die Dicke der Schicht kann über einen weiten Bereich variieren und beispielsweise von wenigstens 1 mm bis 10 cm oder mehr reichen. Die Oberfläche ist hergestellt aus wenigstens einer Schicht aus einem zementgebundenen Material, das eine relative Feuchte von wenigstens 75% besitzt, wenn sie gemäß
ASTM F 2170-11 gemessen wird. Die Oberfläche kann beispielsweise durch eine Estrichschicht bereitgestellt werden, die frisch gegossen wurde oder nach dem Gießen nur unzureichende Zeit getrocknet wurde, um die relative Feuchte unter 75% zu drücken. Die Oberfläche kann ebenso hergestellt werden durch eine Bodenfläche, die mit einer Nivellierungszementschicht beschichtet ist, die eine relative Feuchte von wenigstens 75% hat. Nivellierende Zementwirkstoffe umfassen typischerweise ein anorganisches Zementbindemittel, wie einen wässrigen Zement wie Portland-Zement und einen anorganischen Mineralfüllstoff wie Quarzsand. Nivellierende Zementwirkstoffe werden beispielsweise in der
US 2009/0,239,977 offenbart.
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Die Schicht aus der Deckschichtzusammensetzung wird bevorzugt unmittelbar auf die Schicht aus dem zementgebundenen Material verteilt. Jedoch ist es, wenn gewünscht, ebenso möglich, in einem ersten Schritt eine Grundierungsschicht auf die Zementschicht aufzutragen, allerdings unter der Voraussetzung, dass die Grundierungsschicht die Wasserdampfdurchlässigkeitscharakteristik der grundierten Zementoberflächenschicht nicht auf einen Wert von weniger als 0,25 gh–1 mm m–2 verschlechtert. Gewöhnlich ist es aber nicht erforderlich, dass eine Grundierungsschicht aufgetragen wird. Die Schicht aus der Deckschichtzusammensetzung, die auf die Oberfläche aufgebracht wird, hat eine Wasserdampfdurchlässigkeit gemäß ASTM D1653 von wenigstens 0,25 gh–1m–2, insbesondere wenigstens 0,30 gh–1m–2, bevorzugt wenigstens 0,35 gh–1m–2, zumeist bevorzugt wenigstens 0,4 gh–1m–2. Die Dicke der Schicht aus der Deckschichtzusammensetzung liegt bevorzugt zwischen 0,15 und 5 mm und vorteilhafter zwischen 0,25 und 2 mm.
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Die Deckschichtzusammensetzung weist ein Polymerbindemittel auf. Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Polymerbindemittel umfassen Bindemittel auf Polyurea-Basis und/oder Polyurethan-Urea-basierte Bindemittel. Im Zusammenhang mit der Erfindung wurde herausgefunden, dass das Polymerbindemittel bevorzugt ein Polyurea-basiertes Bindemittel ist, das aus einer Vorläuferzusammensetzung hergestellt wird, umfassend:
- A) eine Polyisocyanat-Komponente,
- B) eine Amingruppe(n) enthaltende Komponente,
- C) optional eine Polyol-Komponente,
- D) optional einen oder mehrere Katalysatoren,
- E) optional ein Material, das aus Füllstoffen, Zusatzstoffen, Pigmenten oder Kombinationen daraus ausgewählt wird.
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Die Amingruppen enthaltende Komponente umfasst bevorzugt ein sekundäres Amin, das bevorzugt einen Aspartat-Ester oder eine Zusammensetzung der allgemeinen Formel I umfasst:
Formel (I) wobei
X ein Alkyl, Alkylen, Aryl oder Arylen ist mit einer Valenz von n,
R
1, R
2, R
4 und R
5 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, Alkyl oder Aryl ausgewählt sind,
R
3 Alkyl oder Aryl ist,
n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist.
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Noch vorteilhafter ist n gleich 2, und X ist Alkylen oder Arylen.
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Eine Alkylgruppe ist eine paraffinische Hydrokarbongruppe, die von einem Alkan abgeleitet ist, indem ein Wasserstoffatom aus der Formel entfernt wird. Die Hydrokarbongruppe kann entweder linear, verzweigt oder zyklisch sein, wenn R und R2 mit dem Stickstoffatom zusammengenommen werden, wobei sie 1 bis 20 Kohlstoffatome haben. Das Hydrokarbon hat bevorzugt 1 bis 5 Kohlenstoffatome.
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Einfache Beispiele schließen Methyl (-CH3) und Ethyl (-CH2CH3) ein. Eine Arylgruppe ist eine ungesättigte Hydrokarbongruppe, die eine aromatische Ringstruktur aufweist, wie sie für Benzole, Naphtalene usw. charakteristisch ist, d. h. entweder den Benzolring aus sechs Kohlenstoffatomen oder die komprimierten Ringe anderer aromatischer Derivative aus sechs Kohlenstoffatomen. Der aromatische Ring kann entweder ersetzt oder nicht ersetzt sein. Mögliche Ersatzgruppen schließen Alkyl-, Amin-, Stickstoff-, Hydroxyl-, Halogen- und Metoxygruppen ein. Ein einfaches Beispiel einer Arylgruppe (unersetzt) ist Phenyl (-C6H5).
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Eine Polyisocyanat-Komponente enthält mehr als einen Isocyanatanteil (-NCO). Die Polyisocyanat-Komponente bezieht sich bevorzugt auf ein Di-Isocyanat oder Tri-Isocyanat.
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Eine Arylengruppe ist ein multivalentes Radikal, das gebildet wird, indem in einem aromatischen Kern Wasserstoff von wenigstens zwei Kohlenstoffstellen entfernt wird.
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Eine Alkylengruppe ist ein organisches Radikal, das gebildet wird, indem Wasserstoff in einem aliphatischen Hydrokarbon von wenigstens einer Kohlenstoffstelle entfernt wird. Ein einfaches Beispiel ist das Ethylenradikal -C2H4-.
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Die sekundären Amine, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, können in einer Reaktion vom Michael-Typ aus primären Aminen mit verschiedenen Amid-Estern hergestellt werden. Verwendbare Amid-Ester enthalten Addukte von Alkoholen mit Isomaleiniden. Diese Reaktion ist unten anhand einer Verbindung der Formel (II) dargestellt,
(Formel II) wobei R
2 eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe ist und R
3, R
4 und R
5 wie oben definiert sind.
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Die Verwendung eines Organotinsalzes als ein Katalysator führt zu erhöhten Erträgen des jeweils gewünschten Produktes.
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Die Reaktion des Isomaleinids mit einem Alkohol kann ausgeführt werden bei Temperaturen von ungefähr 0°C bis ungefähr 100°C, bevorzugt bei Umgebungstemperatur, d. h. von ungefähr 20–25°C bis ungefähr 70°C. Beispiele für Organotinsalze, die als Katalysatoren einsetzbar sind, sind Dibutyltindilaurat, Dibutyltindiacetat, Dimethyltindilaurat, Zinnoctoat, Bis(Lauryldibutyltin)Oxid, Dibutyltindimercaptid und Dibutyltindimercaptid. Ein bevorzugter Katalysator ist Dibutyltindiacetat.
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Die Menge des verwendeten Katalysators kann schwanken von ca. 0,1 bis ca. 10 Mol-% bezogen auf die Alkoholmenge. Die Isomaleinidausgangsstoffe können durch bekannte Verfahren hergestellt werden.
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Ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Amidestervorläufern schließt die Reaktion eines Maleinanhydrids mit einem Amin ein, gefolgt davon, die Karboxylsäuregruppe in den gewünschten Ester zu verwandeln.
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Diese Reaktion ist unten dargestellt in (III):
(Formel III), wobei R
1, R
2, R
3, R
4 und R
5 wie oben definiert sind, und Hal ein Halogenidion darstellt, vorzugsweise Iodid.
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Die sekundären Amine, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, können hergestellt werden durch die Reaktion eines Primäramins mit dem Amidester-Michael-Rezeptor. Diese Reaktion verläuft häufig spontan, schnell und fast vollständig. Die Addukte können leicht synthetisiert werden, indem Mischungen der primären Amine und Michael-Rezeptoren für ca. 96 Stunden bei ca. 70°C in Abwesenheit von Katalysatoren stehen gelassen werden. Diese Reaktion wird in dem unten stehenden Reaktionsschema dargestellt und führt zu dem Aspartat-Ester der Formel (I).
(Formel I) wobei X, n und R
1 bis R
5 wie oben definiert sind.
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Der Aspartat-Ester der Formel I und das obige Reaktionsschema sind in
US 2003/0,004,367 , Seite 3, Absatz [0023] bis Seite 4, Absatz [0041] offenbart.
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Amine, die zum Herstellen der sekundären Amine verwendet werden können, enthalten zum Beispiel Ethylendiamin, 1,2-Diaminpropan, 2,5-Diamin-2,5-Dimithylhexan, 1,11-Diaminundekan, 1,12-Diamindodekan, 2,4'-Diamin-Dizyklohexylmethan, 1-Amino-3,3,5-Trimethyl-5-Aminomethylcylohexan, 2,4- oder 2,6-Diamintoluen, 2,4'- oder 4,4'-Diamindiphenylmethan oder Mischungen davon. Bevorzugte Amine enthalten 1,4-Diaminbutan, 1,6-Diaminhexan, 2,4,4-Trimethyl-1,6-Diaminhexan, 1-Amino-3,3,5-Trimethyl-5-Aminomethyl-Zyclohexan, 4,4'-Diamin-Dizyklohexylmethan, 3,3-Dimethyl-4,4'-Diamin-Dizyklohexylmethan oder Mischungen davon. Besonders bevorzugte Amine schließen 4,4'-Methylen-Bis(Zyklohexylamin), 2-Methyl-1,5-Pentadiamin, 1,6-Diaminhexan und Mischungen davon ein.
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Die Reaktion läuft im Allgemeinen innerhalb von 96 Stunden zu 80 bis 99% vollständig ab. Da die Reaktionen sauber sind, ist eine Reinigung der Reaktionsprodukte nicht erforderlich.
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Die Amingruppen enthaltende Komponente umfasst bevorzugt ein aspartisches Esteramin der folgenden Formel V:
Formel (V) wobei R
11 eine divalente organische Gruppe (bis zu 40 Kohlenstoffatome) ist, und jedes R
10 ist unabhängig eine organische Gruppe, die gegenüber Isocyanatgruppen bei Temperaturen von 100°C oder weniger inert ist.
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In der oben stehenden Formel V, ist R11 bevorzugt eine Aliphatgruppe (vorzugsweise aus 1 bis 20 Kohlenstoffatomen), die verzweigt, unverzweigt oder zyklisch sein kann. Vorteilhafter wird R11 aus der Gruppe divalenter Hydrokarbongruppen ausgewählt, die man durch Entfernen der Amingruppen aus 1,4-Diaminbutan, 1,6-Diaminhexan, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethyl-1,6-Diaminhexan, 1-Amino-3,3,5-Trimethyl-5-Aminomethyl-Zyklohexan, 4,4'-Diamin-Dizyklohexylmethan oder 3,3-Dimethyl-4,4'-Diamin-Dizyklohexylmethan erhält.
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In einigen Ausgestaltungen umfasst R11 bevorzugt eine Dizyklohexylmethangruppe oder eine verzweigte C4- bis C12-Gruppe. R2 ist typischerweise unabhängig eine niedrige Alkylgruppe (mit 1-4 Kohlenstoffatomen).
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In der oben stehenden Formel V, ist R10 vorzugsweise Alkyl oder Aryl, wobei Alkyl oder Aryl die bevorzugte Bedeutung haben, die für Formel I oben angegeben ist.
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Die aspartischen Esteramine der Formel V sind in
WO 2010/120,617 , Seite 5, Zeile 19 bis Seite 7, Zeile 8 offenbart.
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Geeignete aspartische Säureester können von der Bayer Corporation unter den Markenbezeichnungen „Desmophen NH 1420”, „Desmophen NH 1520” und „Desmophen 15 NH 1220” bezogen werden.
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Desmophen NH 1420 ist hauptsächlich zusammengesetzt aus der folgenden Strukturformel V.1;
Formel V.1,
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Desmophen NH 1520 ist hauptsächlich zusammengesetzt aus der folgenden Strukturformel V.2;
Formel V.2,
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Desmophen NH 1220 ist hauptsächlich zusammengesetzt aus der folgenden Strukturformel V.3;
Formel V.3, wobei Et in jeder der Formeln V.1 bis V.3 Ethyl ist.
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Die Polyurea-Bindemittelzusammensetzungen, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbar sind, umfassen eine Polyisocyanat-Komponente und eine Amin-Komponente, die bevorzugt wenigstens eine Komponente umfasst, die den sekundären Aminen, wie oben definiert, entspricht. Polyisocyanate umfassen Verbindungen, die wenigstens eine Isocyanatgruppe tragen. Geeignete Polyisocyanate mit geringem Molekulargewicht, die ein Molekulargewicht zwischen 168 und 5000 haben, umfassen Hexamethylen Di-Isocyanat, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethyl-1,6-Hexamethylen Di-Isocyanat, Dodecamethylen Di-Isocyanat, 1,4-Di-Isocyanatzyklohexan, 1-Isocyanat-3,3,5-Trimethyl-5-Isocyanatmethylzyklohexan (IPDI), 2,4'- und/oder 4,4'-Diisocyanat-Dizyklohexylmethan, 2,4'- und 4,4'-Di-Isocyanat-Diphenylmethan und Mischungen dieser Isomere mit deren höheren Homologen, die durch Phosgenation von Anilin/Formaldehydkondensaten, 2,4- und/oder 2,6-Di-Isocyanattoluen und beliebigen Mischungen dieser Verbindungen gewonnen werden.
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Es ist jedoch bevorzugt, Derivate dieser monomeren Polyisocyanate zu verwenden. Diese Derivate umfassen Polyisocyanate, die Biuret (Carbamylurea) Gruppen wie z. B. in
US 3,124,605 ,
US 3,201,372 ,
DE 1 101 394 beschrieben umfassen; Polyisocyanate, die Isocyanuratgruppen wie z. B. in
US 3,001,973 ,
DE 1 002 789 ,
DE 1 027 394 ,
DE 19 29 034 und
DE 20 04 048 beschrieben umfassen; Polyisocyanate, die Urethangruppen wie z. B. in
BE 953,012 ,
BE 752,261 ,
US 3,394,164 und
US 3,644,457 beschrieben enthalten; Polyisocyanate, die Carbodiimidgruppen wie in
DE 1 092 007 ,
US 3,152,162 ,
DE 2 504 400 ,
DE 25 37 685 und
DE 25 52 350 beschrieben enthalten; und Polyisocanate, die Alophanatgruppen wie beispielsweise in
GB 994,890 ,
BE 761,626 und
NL 7,102,524 beschrieben enthalten.
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Bevorzugt sind die Polyisocyanate Polyisocyanatharze, die auf Hexamethylen Di-Isocyanat (HDI) basieren.
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Die Polyisocyanat-Komponente weist bevorzugt eine durchschnittliche NCO-Funktionalität von 1,5–4, insbesondere von 1,8–3.
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Polymere, die Isocyanatgruppen enthalten und Halbvorpolymere, die aus den oben beispielhaft aufgeführten gegebenenfalls ersetzten monomeren Polyisocyanaten und organischen Polyolverbindungen gewonnen werden, sind auch für die Verwendung als die Polyisocyanat-Komponente geeignet. Diese Vorpolymere und Halbvorpolymere können allgemein ein Äquivalentgewicht von ca. 140–8400 haben, bevorzugt ca. ein Äquivalentgewicht von 210–420. Sie werden beispielsweise durch die Reaktion des oben angeführten Ausgangsmaterials mit einem NCO-OH-Äquivalentverhältnis von ca. 1,05:1 bis 10:1 dargestellt, bevorzugt ca. 1,1:1 bis 3:1, wobei diese Reaktion gegebenenfalls gefolgt wird von destillativem Entfernen jedes flüchtigen Ausgangspolyisocyanats, das nicht reagiert hat und noch vorliegt.
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Die Vorpolymere und Halbvorpolymere können aus Polyolverbindungen mit geringem Molekulargewicht, die ein Molekulargewicht von 62 bis 299 haben, wie beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, Trimethylolpropan, 1,6-Dihydroxyhexan; hydroxylhaltigen Estern dieser Polyole mit niedrigem Molekulargewicht mit Dicarboxylsäuren des nachfolgend beispielhaft beschriebenen Typs, Epoxylations- und/oder Proproxylationsprodukte geringen Molekulargewichts dieser Polyole; und Mischungen der vorgenannten polyvalenten modifizierten oder unmodifizierten Alkohole dargestellt werden. Die Vorpolymere und Halbvorpolymere werden jedoch bevorzugt dargestellt aus Polyol-Komponenten relativ hohen Molekulargewichts, die eine durchschnittliche Molekulargewichtszahl von 2000 bis ca. 10000 haben, bevorzugt ca. 3000 bis 9000, wie es durch die Funktionalität und die OH-Nummer bestimmt ist. Diese Polyolverbindungen haben wenigstens zwei Hydroxylgruppen pro Molekül und im Allgemeinen einen Hydroxylgruppeninhalt von ca. 0,52 bis 17 Gew.-%.
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Die Polyisocyanat-Komponente umfasst bevorzugt ein oder mehrere Polyisocyanat-Vorpolymere, die von dem Uretdion, dem Biuret oder dem Isocyanurat des Hexamethylen Di-Isocyanat (HDI) abgeleitet sind, optional vermengt mit einem Mitglied der Gruppe, die aus dem Uretdion, dem Biuret oder dem Isocyanurat des HDI besteht. Diese wenigstens ein Polyisocyanat-Vorpolymere haben bevorzugt jeweils einen (NCO)-Inhalt von 5–15 Gew.-% bezogen auf die Masse der Vorpolymere.
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Die Polyisocyanat-Komponente weist bevorzugt wenigstens ein Polyisocyanat-Vorpolymer auf, das von dem Isocyanurat-Trimer des HDI abgeleitet und mit dem Uretdion des HDI vermengt ist.
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Die Polyolverbindung wird vorzugsweise ausgewählt aus Polyester Polyolen, Polyether Polyester Polyolen, Polyether Polyolen oder Kombinationen daraus. Beispiele für geeignete Polyol-Komponenten mit relativ hohem Molekulargewicht, die zur Darstellung der Vorpolymere und Halbvorpolymere verwendet werden können, umfassen die Polyester Polyole, die auf dem zuvor beschriebenen geringen Molekulargewicht beruhen, monomere Alkohole und polybasische Carboxylsäuren wie Adipinsäure, Sebacinsäure, Phtalsäure, Isophtalsäure, Tetra-Hydrophtalsäure, Hexa-Hydrophtalsäure, Maleinsäure, die Anhydriden dieser Säuren und Mischungen dieser Säuren und/oder Anhydriden. Hydroxylgruppen enthaltende Polylactone, insbesondere Poly-E-Caprolactone, sind ebenfalls geeignet für die Darstellung der Vorpolymere und Halbvorpolymere.
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Polyether Polyole, die in bekannter Weise durch Alkoxylation geeigneter Ausgangsmoleküle gewonnen werden, eignen sich auch für die Darstellung der Isocyanatgruppenhaltigen Vorpolymere und Halbvorpolymere. Beispiele der geeigneten Ausgangsmolekyle für die Polyether Polyole umfassen die zuvor beschriebenen monomeren Polyole, Wasser, organische Polyamine, die wenigstens zwei NH-Bindungen haben, und beliebige Mischungen dieser Ausgangsmoleküle. Ethylenoxide und/oder Propylenoxide sind besonders geeignete Alkylenoxide für die Alkoxylationsreaktion. Diese Alkylenoxide können in die Alkoxylationsreaktion in einer beliebigen Abfolge oder als eine Mischung eingebracht werden.
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Ebenfalls zur Darstellung der Vorpolymere und Halbvorpolymere geeignet sind die Hydroxylgruppen enthaltenden Polycarbonate, die durch die Reaktion der zuvor beschriebenen monomeren Diole mit Phosgen und Diarylcarbonaten wie Diphenylcarbonat dargestellt werden können.
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Das Polymerbindemittel kann ferner organische Polyolverbindungen umfassen und sowohl die Polyol-Komponenten geringen Molekulargewichts als auch die Polyol-Komponenten relativ hohen Molekulargewichts ein schließen, die oben zur Darstellung der Vorpolymere und Halbvorpolymere, die sich zur Verwendung als Polyisocyanat-Komponente eignen, beschrieben wurden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat die Polyol-Komponente eine durchschnittliche OH-Funktionalität von 1,5–4, insbesondere von 2–3.
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Die Beschichtungszusammensetzung, die erfindungsgemäß verwendbar ist, kann einen oder mehrere Katalysatoren einschließen. Ein Katalysator wird typischerweise hinzugefügt werden, falls die Verbindung ein Polyol umfasst. Verwendbare Katalysatoren umfassen Organotinsalze wie Dibutyltin Dilaurat, Dibutyltin Diacetat, Dimethyltin Dilaurat, Zinnoctoat, Bis(Lauryldibutyltin)Oxid, Dibutyltindimercaptid und Dibutyltindimercaptid.
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Die Beschichtungszusammensetzung zur Verwendung in der Erfindung kann zusätzlich weitere Hilfsagenten und Additive enthalten, die gewöhnlich in Polyurea- und/oder Polyurethan-Urea-Beschichtungen verwendet werden, insbesondere Pigmente, Füllstoffe, Nivellierungsagenten, Antiabsetzagenten, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Lösungsmittel und dergleichen.
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Geeignete Lösungsmittel sind solche, die aus der Polyurea-Chemie bekannt sind, und schließen Ester, Ketone und aromatische Hydrocarbone ein.
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In den Beschichtungszusammensetzungen ist das Gewichtsverhältnis der Gesamtmenge der Bindemittelkomponenten zu der Gesamtmenge des Lösungsmittels insbesondere ca. 60:40 bis 100:0, bevorzugt ca. 80:20 bis 100:0.
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Die Eigenschaften der Beschichtungen, die erfindunsgemäß gewonnen werden, können insbesondere durch geeignete Wahl der Natur und der Mengenverhältnisse der Ausgangsmaterialien eingestellt werden.
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Die Beschichtungszusammensetzung umfasst magnetische und/oder magnetisierbare Partikel, die aus paramagnetischen, superparamagnetischen und/oder ferromagnetischen Substanzen ausgewählt werden, insbesondere aus der Gruppe umfassend Eisen, Eisenoxide, speziell gemischte Eisenoxide mit anderen Metalloxiden aus den Übergangselementgruppen wie Eisen-Nickeloxiden, Ferrosilikonen oder Kombinationen daraus.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen und/oder magnetisierbaren Partikel einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 nm–1000 μm, insbesondere von 50 nm–500 μm haben.
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Die Deckschichtzusammensetzung weist gewöhnlich 25–50 Gew.-% des Polymerbindemittels, 50–75 Gew.-% magnetische und/oder magnetisierbare Partikel und optional bis zu 5 Gew.-% Zusätze wie Füllstoffe, Zusatzstoffe, Extender, Pigmente, Weichmacher, Verdünner, Verdicker, Lösungsmittel, Haftkleber, UV-Stabilisatoren oder Kombinationen davon auf.
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Zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Beschichtungszusammensetzungen, die erfindungsgemäß verwendet werden sollen, in einer oder mehreren Schichten auf das Substrat in bekannter Weise aufgebracht wie z. B. durch Pinselauftrag oder mithilfe von Rollen, Rakeln, Glättkellen oder Wischern.
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Die Erfindung eignet sich für die Bildung von Beschichtungen auf einer Oberfläche, d. h. einer Zementoberfläche. Sie ist besonders nützlich beim Beschichten einer Bodenfläche, insbesondere einer Bodenfläche, die eine zementgebundene Schicht hat, die eine relative Feuchte von wenigstens 75%, bevorzugt mehr als 80%, vorteilhafter zwischen 82 und 98% gemäß ASTM F 2170-11, insbesondere von 85 bis 95% hat. Noch bevorzugter hat die Oberfläche und/oder die Schicht aus dem zementgebundenen Material eine relative Feuchte von 88 bis 95%, am vorteilhaftesten von 90 bis 95%.
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Nachdem das Zementsubstrat beschichtet worden ist, werden die Beschichtungen getrocknet und bei einer Temperatur von –5°C bis 40°C ausgehärtet. Das Aushärten wird bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 10°C und 30°C durchgeführt.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele ausführlicher beschrieben.
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1. Verwendete Stoffe
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a. Magnetische Zusatzstoffe: Ferrosilicone Cyclone 60: fein zerstäubtes Ferrosilikon 15%, erhältlich von M&M Alloys
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Technisches Datenblatt:
| Volumenanteile |
| Element | Anteil % |
| Silizium | 14–16 |
| Eisen | 80 minimal |
| Kohlenstoff | 0,5 maximal |
| Aluminium | 0,04 typisch |
| Titan | 0,05 typisch |
| Physikalische Eigenschaften |
| Relative Dichte | 6,7–7,1 g/ml |
| Scheinbare Dichte | 3,3–4,0 g/ml |
| Partikelgrößenverteilung (fein) |
| Partikelgröße (μm) | % Kumulativer typischer Durchtritt |
| 355 | 99 |
| 150 | 95 |
| 106 | 87 |
| 75 | 75 |
| 63 | 67 |
| 45 | 54 |
| Grenzen – 45 | 45–65 |
| Partikelgrößenverteilung (grob) |
| Partikelgröße (μm) | % Kumulativer typischer Durchtritt |
| 355 | 99 |
| 150 | 90 |
| 106 | 83 |
| 75 | 68 |
| 63 | 59 |
| 45 | 38 |
| Grenzen – 45 | 32–42 |
| Partikelgrößenverteilung (Cyclone 60) |
| Partikelgröße (μm) | % Kumulativer typischer Durchtritt |
| 355 | 100 |
| 150 | 99 |
| 106 | 97 |
| 75 | 90 |
| 63 | 83 |
| 45 | 70 |
| Grenzen – 45 | 65–75 |
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b. Polyurea-Bindemittel:
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Eine zweiteilige Aspartat-Ester-Polyurea(AE-PUREA)-Bindemittelzusammensetzung wurde dargestellt. AE-PUREA – Teil A:
| Marke | Zusammensetzung | Menge (Gew.-%) | Erhältlich bei |
| Desmophen NH 1420 | Aminfunktionelles Reaktanz | 90,92 | Bayer |
| Agitan DF 6420 | Entschäumer | 1,82 | Univar |
| BYK A530 | Schaumverhüter | 1,82 | Blagden Chemicals oder BYK |
| BYK 340 | Polyether-modifiziertes Siloxan-Benetzungsmittel | 0,14 | Blagden Chemicals oder BYK |
| Sylosiv A3 | Mikronisiertes, hochporöses, kristallines aluminiumsilikat | 2,66 | Grace Davison |
| Cab-o-sil TS720 | Behandelte pyrogene Kieselsäure (mittlere Oberfläche) | 2,64 | Univar oder Cabot Corporation |
AE-PUREA – Teil B:
| Marke | Zusammensetzung | Menge (Gew.-%) | Erhältlich bei |
| Desmodur N3400 | Lösungsmittelfreies aliphatisches Polyisocyanatharz basierend auf Hexamethylen Di-Isocyanat (HDI) | 75 | Bayer |
| Desmodur XP 2599 | Aliphatisches, HDI-basirtes Vorpolymer mit Ethergruppen | 25 | Bayer |
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Eine Polyurea-Bindemittel-Deckschichtzusammensetzung wurde dargestellt durch Vermischen von Teil A und Teil B des AE-PUREA in einem Verhältnis von 1,35:1 (Volumen) oder 100:79 (Gewicht).
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c. Vergleichbares Epoxy-Bindemittel
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Im Vergleichsbeispiel C-1 verwendetes Epoxy-Bindemittel, 3M Scotchkote Epoxy Beschichtung 162CR, erhältlich von 3M. Das Epoxy-Bindemittel ist eine lösungsmittelfreie (100% Feststoff) Epoxybeschichtung, die eine Wasserdampfdurchlässigkeit von 1,2 g mm m–2/24h hat. Für eine nominelle Filmdicke von 0,5 mm, ist dies gleich einer Wasserdampfdurchlassrate von 0,1 gh–1 m–2.
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2. Testverfahren
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a. Wasserdampfdurchlässigkeit
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Die Wasserdampfdurchlasscharakteristik der Verbindungen wurde geprüft in Übereinstimmung mit ASTM D1653 „Standardtestverfahren für Wasserdampfdurchlässigkeit organischer Filmbeschichtungen" – durch Anwenden von Testverfahren B (Wet-Cup-Verfahren). Alle Tests wurden zweifach ausgeführt.
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b. Adhäsion
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Die Adhäsion wurde gemessen durch ein direktes Zugverfahren gemäß ASTM 4541. Die Adhäsionswerte werden in Mpa dargestellt.
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3. Beispiel 1, Referenzbeispiel Ref-1 und Vergleichsbeispiel C-1
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Die Beispiele 1(a) und 1(b) wurden hergestellt durch Mischen von Ferrosilikonzyklon 60 (Fe) mit der AE-PUREA Beschichtungsmischung in einem Verhältnis von 4,5 kg Fe zu 2,52 kg der Polyurea-Bindemittel-Zusammensetzung (Teile A + B). Die Zusammensetzung enthielt 64,1 Gew.-% von Fe bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschichtzusammensetzung. Die Referenzbeispiele Ref-1(a) und Ref-1(b) wurden ohne Magnetpartikel hergestellt. Das Vergleichsbeispiel C-1 wurde hergestellt mit 3M Scotchkote Epoxy-Beschichtung 162CR. Die Deckschichtzusammensetzungen wurden aufgetragen und bei Raumtemperatur getrocknet. Die finale Beschichtungsdicke ist in den unten stehenden Tabellen aufgezeichnet.
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Wasserdampfdurchlässigkeitstest:
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Die Beschichtungen von Beispiel 1 und Referenzbeispiel Ref-1 wurden auf Wasserdampfdurchlässigkeit getestet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 4 angegeben. Tabelle 1: Wasserdampfdurchlässigkeitstests für Beispiel 1
| Probe | Beispiel 1(a) | | Beispiel 1(b) | |
| Filmdicke (cm) | 0.07 | | 0.08 | |
| | | Gew.-Diff | | Gew.-Diff |
| Ausgangsgewicht | 111.88 | | 103.61 | |
| Tag 1 | 111.84 | 0.04 | 103.570 | 0.04 |
| 2 | 111.82 | 0.02 | 103.53 | 0.04 |
| 3 | 111.82 | 0 | 103.52 | 0.01 |
| 6 | 111.78 | 0.04 | 103.49 | 0.03 |
| 7 | 111.77 | 0.01 | 103.44 | 0.05 |
| 9 | 111.75 | 0.02 | 103.39 | 0.05 |
| 10 | 111.75 | 0 | 103.37 | 0.02 |
| 13 | 111.73 | 0.02 | 103.37 | 0 |
| 15 | 111.68 | 0.05 | 103.31 | 0.06 |
| 17 | 111.67 | 0.01 | 103.3 | 0.01 |
| 20 | 111.64 | 0.03 | 103.28 | 0.02 |
| 22 | 111.59 | 0.05 | 103.25 | 0.03 |
| 24 | 111.54 | 0.05 | 103.2 | 0.05 |
| 27 | 111.51 | 0.03 | 103.16 | 0.04 |
| 28 | 111.51 | 0 | 103.15 | 0.01 |
| Gesamtgewichtsverlust/g | | 0.37 | | 0.46 |
| Gemessene Zeit/h | | 672 | | 672 |
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Die Testfläche betrug 0,000963 m2.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst: Tabelle 2: Wasserdampfdurchlässigkeitstest Beispiel 1: Zusammenfassung
| Beispiel 1(a) | Wasserdampfdurchlassrate | 0,572 | g h–1 m–2 |
| | Wasserdampfdurchlässigkeit | 9,600 | g.mm. m–2/24h |
| Beispiel 1(b) | Wasserdampfdurchlassrate | 0,711 | g h–1 m–2 |
| | Wasserdampfdurchlässigkeit | 13,600 | g.mm. m–2/24h |
| | | | |
| Mittelwert Bsp 1 | Wasserdampfdurchlässigkeit | 11,600 | g.mm. m–2/24h |
Tabelle 3: Wasserdampfdurchlässigkeitstest für Ref-1
| Probe | Ref-1(a) | | Ref-1(b) | |
| Filmdicke (cm) | 0.045 | | 0.035 | |
| | | Gew.-Diff | | Gew.-Diff |
| Ausgangsgewicht. | 102.04 | | 108.25 | |
| Tag 1 | 102.01 | 0.03 | 108.200 | 0.05 |
| 2 | 101.97 | 0.04 | 108.17 | 0.03 |
| 5 | 101.91 | 0.06 | 108.09 | 0.08 |
| 6 | 101.89 | 0.02 | 108.05 | 0.04 |
| 7 | 101.89 | 0 | 108.03 | 0.02 |
| 9 | 101.75 | 0.14 | 107.94 | 0.09 |
| 12 | 101.68 | 0.07 | 107.89 | 0.05 |
| 13 | 101.67 | 0.01 | 107.89 | 0 |
| 14 | 101.6 | 0.07 | 107.84 | 0.05 |
| 16 | 101.49 | 0.11 | 107.84 | 0 |
| 21 | 101.38 | 0.11 | 107.76 | 0.08 |
| 22 | 101.31 | 0.07 | 107.68 | 0.08 |
| 23 | 101.27 | 0.04 | 107.68 | 0 |
| 26 | 101.2 | 0.07 | 107.63 | 0.05 |
| 27 | 101.17 | 0.03 | 107.62 | 0.01 |
| 28 | 101.13 | 0.04 | 107.59 | 0.03 |
| | | | | |
| Gesamtgewichtsverlust/g | | 0.91 | | 0.66 |
| | | | | |
| Gemessene Zeit/h | | 672 | | 672 |
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Die Testfläche betrug 0,000963 m2.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst: Tabelle 4: Wasserdampfdurchlässigkeitstest Ref-1: Zusammenfassung
| Ref-1(a) | Wasserdampfdurchlassrate | 1.407 | g h–1 m–2 |
| | Wasserdampfdurchlässigkeit | 15.200 | g.mm. m–2/24h |
| Ref-1(b) | Wasserdampfdurchlassrate | 1.020 | g h–1 m–2 |
| | Wasserdampfdurchlässigkeit | 8.600 | g.mm. m–2/24h |
| Mittelwert Ref-1 | Wasserdampfdurchlässigkeit | 11.900 | g.mm. m–2/24h |
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Aus den oben stehenden Ergebnissen lässt sich erkennen, dass die Hinzunahme des Ferrosilikon-Zusatzes nur minimalen Einfluss auf die inhärenten Wasserdampfdurchgangscharakteristiken der AE-PUREA-Beschichtung haben, wodurch eine magnetische und/oder magnetisierbare Bodenbeschichtungszusammensetzung mit einem hohen Maß an Wasserdampfdurchlässigkeit ermöglicht wird.
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Adhäsionstests:
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Zum Durchführen von Adhäsionstests wurden Estrichblöcke vorbereitet, die auf allen außer einer Oberfläche, durch mehrfaches Beschichten einer Epoxybeschichtung (3M Scotchkote Epoxy Coating 162CR) versiegelt worden waren.
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Die Blöcke wurden mit Wasser gesättigt (Feuchtegehalt > 95%) oder trocken belassen (Feuchtegehalt > 10%). Dann wurde die verbleibende „Test-Oberfläche” mit der jeweiligen Deckschichtzusammensetzung (Beschichtung von Beispiel 1, Ref-1, und C-1) beschichtet.
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Das Gewicht jeder Testtafel wurde vor und nach dem Testen aufgezeichnet und der Grad der Adhäsion wurde mittels eines Direktzugverfahrens gemäß
ASTM 4541 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt In jedem Fall war das Fehlerverfahren ein Kohäsionsfehler innerhalb des Polymerestrichs. Tabelle 5: Feuchtegehalt und Adhäsion
| Feuchtegehalt des Estrichblocks vor der Beschichtung (%) | Beshichtung | Gewichtsunterschied nach 21 Tagen im 40c Lager (g) | Grad der Beschichtungsadhäsion (Mpa) |
| > 95 | Ref-1 | –11,16 | 3,4 |
| > 95 | Bsp 1 | –9,81(*) | 3,6 |
| > 95 | C-1 | –2,04(*) | 2,8 |
| < 10 | Bsp 1 | –1,47 | 3,6 |
(*): Mittelwert zweier Tests
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Das Testen zeigt, dass der Feuchteverlust der gesättigten Blöcke mit den AE-PUREA-Beschichtungen entweder des Beispiels 1 oder von Ref-1 im Vergleich zu der vergleichbaren Epoxybeschichtung viel höher war, wodurch sich zeigt, dass diese Beschichtungen Wasserdampf durchlassen.
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Die Ergebnisse zeigen ebenso, dass der Adhäsionsgrad der AE-PUREA-Beschichtung, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, nicht von dem Feuchtegehalt des Blocks beeinflusst wird. Auch zeigt sich, dass die Feuchte, die in dem Estrich von der Vergleichsepoxybeschichtung eingeschlossen ist, die Adhäsionsstärke des Polymerestrichs verringert hat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2457937 [0005]
- US 2009/0239977 [0013]
- US 2003/0004367 [0030]
- WO 2010/120617 [0037]
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- US 3201372 [0043]
- DE 1101394 [0043]
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- DE 1002789 [0043]
- DE 1027394 [0043]
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- BE 953012 [0043]
- BE 752261 [0043]
- US 3394164 [0043]
- US 3644457 [0043]
- DE 1092007 [0043]
- US 3152162 [0043]
- DE 2504400 [0043]
- DE 2537685 [0043]
- DE 2552350 [0043]
- GB 994890 [0043]
- BE 761626 [0043]
- NL 7102524 [0043]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ASTM F 2170-11 Standardtestverfahren [0004]
- ASTM D1653 [0007]
- ASTM F 2170-11 [0007]
- ASTM F 2170-11 [0009]
- ASTM D1653 [0009]
- ASTM F 2170-11 [0012]
- ASTM F 2170-11 [0013]
- ASTM D1653 [0014]
- ASTM F 2170-11 [0064]
- ASTM D1653 „Standardtestverfahren für Wasserdampfdurchlässigkeit organischer Filmbeschichtungen” [0071]
- ASTM 4541 [0072]
- ASTM 4541 [0082]
