DE3050723C2 - Verwendung eines Färbemittels zur Einfärbung von zementhaltigen Gegenständen - Google Patents

Description

Die bekannte Verwendung von oberflächenaktiven Stoffen kann jedoch auch dazu führen, daß im Laufe der Bewitterung und des daraus resultierenden Ausblühungsprozesses die inerten feinen und feinsten Füllstoffe, die ja die Pigmente sind, benetzen und aus dem Beton durch seine Poren herausgetragen werden. Obwohl ein solches Heraustragen des Pigments aus dem Beton nur relativ selten erfolgt und sich solche Einfärbemittel in Form ihrer Präparationen hervorragend bewährt haben, ist dieses Phänomen der Entfärbung beim Zusammentreffen besonders ungünstiger Umstände nicht immer zu vermeiden. Solche Schwierigkeiten treten je nach Porosität und Härte der Betonoberfläche mehr bei den ganz feinteiligen Pigmenten als bei den gröberen auf.

Zur Betonpigmentierung ist die Verwendung von Rußen besonders vorteilhaft und wünschenswert, denn eine tiefschwarze Einfärbung des Betons kann nur mittels Ruß vorgenommen werden. Zur Erzielung von Grautönen benötigt man bei Verwendung von Rußpigmenten nur circa 10% der Menge, die in Form von Eisenoxidschwarz gebracht würde. Dies ist insbesondere im Beton bei tiefgrauen bzw. schwarzen Einfärbungen vorteilhaft und sogar notwendig, da die hierzu nötige Menge Eisenoxidpigment die Festigkeit des Betons beeinträchtigen würde, wogegen mit der verwendeten viel geringeren Menge an Rußpigment eine negative Beeinflussung der Betonfestigkeit nachweislich nicht gegeben ist Eine solche Einsparung an Schwarzpigment zeigt die überlegene Wirtschaftlichkeit des Rußes. Hervorzuheben ist weiter seine chemische Beständigkeit, die der des Eisenoxid-Schwarzes überlegen ist

Aus denselben Gründen ist es auch vorteilhaft. Ruß in Pigmentgemischen, beispielsweise in Brauntönen, einzusetzen. Jedoch kann bei der Herstellung eines Braunpigmentes durch Vermischen von Ruß mit Eisenoxidrot unter sehr ungünstigen Bedingungen das Pigment durch äußere Einflüsse entmischt werden, so daß bei zu hoher Wasserkonzentration und großer Porosität die ehemals braune Betonoberfläche rot wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten Einfärbemittel für Beton zu vermeiden und insbesondere die Vorteile des Einsatzes von Ruß als Bestandteil von Einfärbemitteln für Beton voll zur Geltung zu bringen. Diese Aufgabe wird durch die eingangs genannte Verwendung gelöst.

Hierdurch wird auch die Witterungsbeständigkeit der mit diesen Färbemitteln gefärbten zementhaltigen Gegenstände wesentlich verbessert, insbesondere die Entmischung von Pigmentzusammensetzungen verhindert, da auch Pigmentteilchen von verschiedener Natur miteinander verklebt werden.

Beispiele für oberflächenaktive Stoffe gemäß dieser Erfindung sind Salze von Polyacrylsäuren, insbesondere Ammoniumsalze.

Die erfindungsgemäß verwendeten oberflächenaktiven Substanzen können in Mengen von 0,05 bis l50Gew.-%, bezogen auf Pigment, eingesetzt werden. Die Einsatzmenge richtet sich insbesondere aber nach dem Pigment Vorzugsweise werden 0,5 bis 15 Gew.-% dieser oberflächenaktiven Substanz eingesetzt. Während prinzipiell alle Pigmente mit diesen oberflächenaktiven Substanzen, Wasser und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen zu einem erfindungsgemäßen Färbemittel zusammengebracht werden können, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Kohlenstoffpigmente bzw. Ruße und Gemische aus diesen mit anderen Pigmenten erfindungsgemäß zu verwenden.

Die erfindungsgemäß verwendeten Einfärbemittel weisen Vorteile auf. Durch die Inaktivierung der oberflächenaktiven Eigenschaften der verwendeten oberflächenaktiven Substanzen wird nach Aushärten und Trocknen des Betons eine Benetzung der Pigmente im eingefärbten Beton durch Wasser vermieden, was die Fixierung der Pigmente im Beton verbessert Darüber hinaus verliert gerade der Ruß in den erfindungsgemäßen Färbemitteln nach Aushärten und Trocknen des Betons seine durch das Netzmittel bewirkte Hydrophilie, was ebenfalls zu einer Verbesserung der Fixierung führt. Zusätzlich verstopfen die Reaktionsprodukte aus den erfindungsgemäß eingesetzten oberflächenaktiven Substanzen durch Bildung von Calciumsalzen und/oder durch Bildung wasserunlöslicher und hydrophober Substanzen die Betonporen. Durch Verkleben der Pigmentteilchen selbst unterschiedlicher Größe und Dichte bei der Inaktivierung der erfindungsgemäß eingesetzten oberflächenaktiven Substanz wird einer Entmischung weiterhin vorgebeugt.

Die vorbeschriebene Wirkungsweise der Färbemittel für Beton führt nun dazu, die Wetterbeständigkeit der Entfärbung deutlich zu verbessern. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß Ausblühungen im Beton zurückgedrängt werden.

Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung auf die Wetterfestigkeit von mit rußhaltigen Färbemitteln eingefärbtem Beton in den oben erwähnten Fällen aus. Dies gilt sowohl für Einfärbung mit Färbemitteln, die Ruß als einziges Pigment beinhalten, als auch für Einfärbung mit Färbemitteln, die Ruß in Verbindung mit anderen Pigmenten enthalten.

Beispiel
In nachgereichten Langzeitversuchen wurden die folgenden oberflächenaktiven Substanzen untersucht:

1. Oberflächenaktive Substanzen gemäß Stand der Technik

A Natriumsalz einer oxidierten teilweise desulfonierten, depolymerisierten und demethylierten Lignonsulfonsäure eo

B Polyglykoläther geradkettiger nativer Fettalkohole (R-O-(CH₂-CH₂O)_nH) mit Hydroxylzahl von ca. 40

C Ligninsulfonat auf Ammoniumbasis

D Natriumsalz eines Polynaphtylmethylsulfonates

E lineares Dodezylbenzolsulfonatnatriumsalz

2. Erfindungsgemäß verwendete oberflächenaktive Verbindung

F wäßrige polymere Akrylharzlösung.

Zubereitung der Rußsuspension je 37 g Ruß (Typ SRF)

Netzmittel 1J5 g Bentonit und 58,5 g Wasser werden mittels Ultra-Turrax 30' dispergiert

Die jeweils eingesetzten Netzmittelmengen waren:

1)	A	3 g / Ansatz
2)	B	3 g / Ansatz
3)	C	3g / Ansatz
4)	D	3g / Ansatz
5)	E	3g / Ansatz
6a)+6b)	F	7,5g+4g / Ansatz

Die Pigmentsuspension wurde entsprechend bezeichnet
15 Herstellung der Betonprismen

In einem Laborintensivmischer wurden folgende Mörteimischungen hergestellt:

Sand 0—3 mm 1000 g

20 Zement PZ 35 1000 g

Wasser 340 g

Zur Herstellung der schwarz eingefärbten Betonprismen wurden jeweils 3er Formen mit den Maßen 4x4x 16 cm gefüllt Die Füllung erfolgte in 2 Schritten unter Rütteln. Nach 24 Stunden Ruhezeit wurden die 25 Prismen entschalt Nach weiterer 28tägiger Aushärtung im Labor wurden je 2 Prismen auf dem Bewitterungsstand mit 45 Grad Neigung nach Süden freibewittert Jeweils ein Prisma wurde unbewittert als Vergleichsprobe aufbewahrt. Die bewitterten Prismen wurden über eine Zeit von 2 Jahren regelmäßig vermessen und wieder ausgelegt

Zur Beurteilung der Prismen wurde eine Grauskala in Form unbewitterter Prismen eingefärbt mit jeweils 2.0, 30 1.6, 1.2, 0.8 und 0.2% — bezogen auf Zement — Pigmentsuspension 1 analog wie oben hergestellt und im Dunkeln aufbewahrt.

Es ergibt sich folgende Farbskala:

35 Dosierte Farbstufe Farbe

Pigmentmenge

2%	10	schwarz
1,6%	8	anthrazitgrau
1,2%	6	dunkelgrau
0,8%	4	mittelgrau
0,2%	1	hellgrau

In bezug auf obige Farbskala ergaben sich folgende Ergebnisse der Freibewitterung:

Farbstufen nach Om 2m 7m 12m 24m Mischungsnummer Bewitterung

1	10	8	6	7	4
2	10	8	6	5	5
3	10	9	7	6	3-4
4	10	6	4	2	1
5	10	6-7	3	2-3	3
6a	10	7	7-6	7-8	8
6b	10	7-8	7-6	7	7-8

Den erhaltenen Ergebnissen läßt sich folgendes entnehmen:

60 1. Alle schwarzen Prismen blühen deutlich aus und zeigen nach ca. einem Jahr unabhängig vom eingesetzten

Pigment durch die Bildung einer Calciumcarbonatschicht auf ihrer Oberfläche erhebliche Aufhellungen. 2. Diese Ausblühungen werden im Laufe des 2. Jahres weggewaschen. Hierbei dunkeln die gemäß Stand der Technik eingefärbten Prismen nicht mehr nach. Hier wurde das Pigment aus der Oberfläche ausgewaschen.

65 Die Einfärbungen gemäß der Erfindung dagegen werden nach Abwaschen der Calciumcarbonatschicht, den Ausblühungen also, wieder angenähert in der ursprünglichen Farbtiefe erhalten.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung eines Färbemittels, enthaltend Pigmente, eine oberflächenaktive Substanz, die beim Aushärten eines zementhaltigen Gegenstandes ihre Oberflächenaktivität irreversibel verliert, ausgenommen ein polyfunktionelles Srjrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymerisat, und gegebenenfalls andere übliche Zusätze, zur Einfärbung von zementhaltigen Gegenständen, die der Witterung ausgesetzt sind

   Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Färbemittels, das Pigmente, eine oberflächenaktive Substanz, die

   ίο beim Aushärten eines zementhaltigen Gegenstandes ihre Oberflächenaktivität irreversibel verliert, und gegebenenfalls andere übliche Zusätze enthält, zur Einfärbung von zementhaltigen Gegenständen, die der Witterung ausgesetzt sind.

   Färbemittel für zementhaltige Gegenstände, die der Witterung ausgesetzt sind und außer Pigmenten und gegebenenfalls anderen üblichen Zusätzen ein polyfunktionelles Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymerisat als

   oberflächenaktive Substanz enthalten, sind durch das deutsche Patent 30 50 723 geschützt und werden von der vorliegenden Beschreibung nicht umfaßt

   Unter Färbemitteln werden Zubereitungen aus einem oder mehreren Pigmenten, beispielsweise Manganoxid, Eisenoxid und Ruß, wasserlöslichen oberflächenaktiven Substanzen und gegebenenfalls Hydrophobiermitteln und anderen Zusatzstoffen verstanden.

   Zementhaltige Gegenstände im Rahmen dieser Beschreibung sind beispielsweise Teile aus Beton, wie Betonsteine, Betonplatten, Betondachsteine (Betondachpfannen), Betonverbundsteine, Betonpflastersteine und auch durch Fasern verstärkte Stoffe, wie Zementasbestplatten, Zementasbestrohre, Zementasbestfensterbänke und andere, wobei Asbest auch durch anderes Fasermaterial ersetzt sein kann. Zementhaltige Gegenstände im Sinne der Erfindung können jedoch auch ungeformte Teile, wie zum Beispiel Straßennutzschichten, sein.

   Zementhaltige Gegenstände im Sinne dieser Beschreibung werden im folgenden der Einfachheit halber als Beton bezeichnet.

   In der DE-OS 23 15 400 wird ein gefärbtes mineralisches körniges Material beschrieben. Dieses enthält auf der Oberfläche einen Pigmentfarbstoff in Form handelsüblicher Pigmentpräparationen sowie einen Überzug eines aus einer wäßrigen Kunststoffdispersion aufgetragenen Polymerisatfilms. Die bekannte Pigmentpräparation enthält neben dem Pigment ein Netzmittel. Zusätzlich enthält die Dispersionsfarbe noch einen großen Anteil einer Polymerisat-Dispersion. Trotzdem ist der Einsatz von Ruß als Farbpigment nicht möglich. Piltz-Härig-Schulz »Technologie der Baustoffe« 2. Auflage (1972) Seite 102 erwähnt, daß übliche Putze oder Mörtel zementhaltig sein können. Die DE-OS 29 08 202 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von wasserhaltigen Ruß-Präparationen, die Netz- und/oder Dispergiermittel enthalten können und als Färbemittel u. a. in der Zementindustrie eingesetzt werden können. Die nach dem bekannten Verfahren mit Furnace-Ruß als Farbpigment und Ligninsulfonsäure als Dispergiermittel eingefärbten Zementblöcke geben eine Schwarzfärbung, die der Witterung im Langzeitversuch nicht standhält.

   Es ist eine große Anzahl von oberflächenaktiven Stoffen mit zum Teil chemisch völlig verschiedenen Strukturen bekannt. Im Rahmen der Erfindung eignen sich jedoch nur solche oberflächenaktiven Substanzen, deren Oberflächenaktivität beim Aushärten im Beton irreversibel verloren geht.

   In vielen Fällen hat es sich als wünschenswert erwiesen, Beton einzufärben. Als Beispiele seien genannt: bunte Fassadenplatten, farbige Pflastersteine und schwarze, braune, rote Dachsteine. Zuerst wurden zur Einfärbung von Beton Pulverpigmente eingesetzt, die mit Zement und Wasser und gegebenenfalls Sand und/oder fasrigen Stoffen und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen sorgfältig vermischt und anschließend weiterverarbeitet wurden.

   Pigmente fungieren bautechnologisch als inerte Füllstoffe. Die Teilchengrößenverteilung der eingesetzten Pigmente hat auf die Betonfestigkeit Einfluß. Ein zu hoher Pigmenteinsatz verringert beispielsweise die Betonfestigkeit. Daher werden zur Schwarzeinfärbung von Beton zur Erzielung eines vollen Schwarztones statt großer Mengen des groben, chemisch unbeständigen Eisenoxidpigmentes geringe Mengen des feinteiligeren Kohlen-Stoffpigmentes, nämlich Ruß, als Pigment eingesetzt werden müssen.

   Der Einsatz von Pulverpigmenten wurde im Laufe der Zeit von der gewerbehygienischen Seite her problematisch. Gerade in den Betonfabriken führte ihr Einsatz zu einer unerträglichen Verschmutzung von Personal und Fabrik. Besonders ausgeprägt zeigte sich diese Verschmutzung beim Einsatz pulvriger Schwarzpigmente, die üblicherweise von Hand dosiert wurden. Die Beseitigung der Pigmentverpackung stellt hierbei ebenfalls ein Abfallproblem dar.

   Ein Fortschritt gegenüber dem Einsatz unbehandelter Pigmentpulver zur Einfärbung von Beton wurde durch die Verwendung staubgehemmter fester bzw. flüssiger oder pastöser Zubereitungen aus Pigmenten und allgemein bekannten wasserlöslichen oberflächenaktiven Substanzen sowie Wasser erzielt. Staub- und Verschmutzungsprobleme wurden hierdurch verringert. Daneben eigneten sich gerade diese Pigmentpräparationen für eine automatische Dosierung.

   Die Einfärbung von Beton mit Einfärbemitteln gemäß dem Stand der Technik weist Nachteile auf: Der

   Aushärtevorgang des Betons führt je nach Überschußwasser auf der Oberfläche des Betons und je nach ?|

   Verdichtungsgrad des Betons zu Poren in ihm und seiner Oberfläche. Weitere Poren entstehen durch das |

   Herauslösen des noch freien Calciumoxids bzw. Hydroxids aus dem Beton durch das Wasser, welches beispiels- ||

   weise durch Regen, Bewässerung oder Tau auf und in den Beton gelangen kann und anschließend, während es M

   eine Diffusion der löslichen Ionen aus dem Beton heraus verursacht, durch einen Verdunstungsprozeß wieder |

   aus Betonkapillaren austritt. Hierbei verursacht das Wasser dichte Ausblühungen, die im Laufe der Zeit carbo- lf

   natisieren und die ursprüngliche Betoneinfärbung überdecken können. $