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Verfahren zum Imprägnieren poröser Körper
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Imprägnieren
poröser Körper, das eine gleichmäßige Imprägnierung mit einer definierten Menge
einer Imprägnierlösung zu einer vorgegebenen Eindringtiefe ermöglicht.
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Es ist bekannt, poröse Körper mit Flüssigkeit ganz oder teilweise
zu imprägnieren, um ihnen Eigenschaften zu verleihen, die sie von Natur aus, oder
durch ihre Herstellung bedingt, nicht besitzen. So werden beispielsweise durch Imprägnierflüssigkeiten
Bindemittel oder biocide Wirkstoff auf Körperoberflächen aufgebracht, wodurch diese
Körper z.B. verfestigt oder biocid ausgerüstet werden. Ein breiten Anwendungsgebiet
ist die hydrophobierende Imprägnierung, die den Körpern eine erhöhte wasserabweisende
Wirkung verleihen.
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Es sind bereits mehrere Verfahrensweisen bekannt, Imprägnierflüssigkeiten
auf die Oberfläche der zu behandelnden Körper aufzubringen. Beispielsweise wird
entweder die Ober-
fläche mit der Imprägnierflüssigkeit besprüht
oder flutend behandelt oder es wird der gesamte Körper vollständig in die Imprägnierflüssigkeit
eingetaucht. Die zuletzt genannt Behandlung wird hauptsächlich bei einer werkseitigen
Imprägnierung durchgeführt.
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Ein Maß für die Effektivität des Imprägnierverfahrens ist die erreichte
Eindringtiefe der Imprägnierflüssigkeit pro Zeiteinheit. Die Eindringtiefe, d.h.
die imprägnierte Schicht, ist vor allem abhängig von der kapillaren Saugfähigkeit
- und damit von der Netzwirkung und der Grenzflächenspannung zwischen dem festen
Körper und der Imprägnierflüssigkeit - sowie von der Kontaktzeit.
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Je nach der Porosität des zu imprägnierenden Körpers ist es sehr schwierig,
mit den genannten Methoden eine vorgegebene Eindringtiefe zu erhalten. Besonders
bei einer werk seitigen Imprägnierung poröser Körper ist es das Bestreben die Imprägnierflüssigkeit
gleichmäßig verteilt bis zu einer definierten Eindringtiefe aufzubringen. Dies ist
oft nur durch mehrmaliges Eintauchen und zwischenzeitliches Trocknen der Körper
oder durch ein einmaliges längeres Ein tauchen möglich. Bei sehr porösen Körpern
wird oft zuviel Flüssigkeit aufgesogen, so daß zu tiefe, und damit unwirtschaftliche
Eindringtiefen erhalten werden.
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Bei dem Tauchverfahren wirkt sich weiterhin noch nachteili aus, daß
während des kuchens Verunreinigungen aus dem Körper in die Dmprägnierflüssigkeit
gelangen und diese damit bei längerem Einsatz unbrauchbar wird. Einige Imprägnierflüssigkeiten,
z.B. Kieselsäureester, werden auch durch längeren Kontakt mit der Atmosphäre, wie
er bei Imprägnierbädern der oben geschilderten Art unvermeidbar ist, z.B. infolge
Eydrolyse,unbrauchbar.
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Es bestand also die Aufgabe, ein Imprägnierverfahren zu entwickeln,
bei dem definierte Mengen einer Imprägnierflüssigkeit gleichmäßig verteilt bis zu
einer gewünschten Eindringtiefe in den zu imprägnierenden Körper eindringen.
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Diese gesuchte Verfahrensweise soll innerhalb möglichst kurzer Zeit
durchführbar sein und zu keinen oder möglichst geringen Verlusten an Imprägnierflüssigkeit
führen.
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Weiterhin soll bei dem gesuchten Imprägnierverfahren die Porosität
der Körper erhalten bleiben und auch die übrigen vorhandenen erwünschten Eigenschaften
nicht negativ beeinflußt werden.
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In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun ein Verfahren zum allseitigen
Imprägnieren poröser Körper mit einer definierten Menge einer Imprägnierflüssigkeit,
die auf die Oberfläche des Körpers aufgetragen wird, gefunden, dab dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Imprägnierflüssigkeit aus einem leicht verformbaren, luftdicht abschließbaren
Behälter aufgebracht wird, auf dessen Außenwandung nach dem Einbringen des Körpers
und der vorgegebenen Menge der Imprägnierflüssigkeit ein solcher Druck aufgebracht
wird, daß er sich eng an den Körper anlegt.
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Bei Anwendung dieser Verfahrensweise lassen sich mit vorgegebenen
Mengen einer Imprägnierflüssigkeit sehr genau bei einem einmaligen Imprägniervorgang
die gewünschten Eindring tiefen erreichen. Dabei treten praktisch keine Verluste
an Imprägnierflüssigkeiten auf. Auch erhält man, besonders bei sehr feinporigen
Körpern, Eindringtiefen, die man bei den bisher bekannten Arbeitsweisen nicht oder
nur nach mehrmaligen Imprägnieren und anschließendem Trocknen erreichen konnte.
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Erfindungsgemäß soll unter einem leicht verformbaren Behälter eine
Aufbewahrungsvorrichtung verstanden werden, die
aus einem elastischen,
biegbaren Material besteht, das flüssigkeitsdicht ist und von dem jeweiligen Imprägniermittel
nicht angegriffen wird. Das elastische, biegbare Material ist vorzugsweise eine
Folie aus Kunststoff.
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Jedoch können erfindungsgemäß auch zusammenrollbare Behälter aus Gummi
oder Aluminiumfolie eingesetzt werden.
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Als Kunststoffolien eignen sich z.B. Polyolefin- oder Polyester-Folien.
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Geeignete Ausführungsformen dieser Behälter sind z.3.
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Beutel oder Taschen aus Kunststoff-Folien.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der zu
imprägnierende Körper und die Imprägnierflüssigkeit in den Behälter eingeführt und
anschließend auf die Außenwand des Behälters ein Druck ausgeübt. Dieser Druck kann
der herrschende Atmosphärendruck sein; in diese Fall muß im Inneren des Behälters
ein Vakuum angelegt werden.
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Es ist selbstverständlich, daß bei einem Anlegen von Vakuum im Inneren
des Behälters dieser bis auf den Vakuumanschluß luftdicht abgeschlossen sein muß.
Entsprechende Verschlüsse, die sich auch leicht so weit, öffnen lassen, daß der
zu imprägnierende Körper durch die Öffnung hindurchgeführt werden kann, sind an
sich bekannt. Es genügt z.B., das offene Ende des Behälters mit einer Ringmanschette
zusammenzulegen und über diese Manschette die Vakuumpumpe anzulegen. Auch zwei entsprechende
Verschlüsse sind möglich, wobei der eine an der Vakuumpumpe angeschlossen bleibt,
wahrend der andere zum Einführen und Herausnehmen des porösen Körpers und zum Einbringen
der Imprägnierflüssigkeit dient.
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Das Anlegen des Vakuums soll möglichst anschließend an das EEillen
des Behälters mit der Imprägnierflüssigkeit und dem porösen Körper erfolgen. Der
Unterdruck soll mindestens so groß sein, daß sich die Wandungen des Behälters so
eng an den Körper anlegen, daß sich zwischen dem Körper und der Behälterwandung
nur noch die Imprägnierflüssigkeit befindet, die nach kurzer Zeit von dem Körper
aufgesogen wird. Der Anschluß des Vakuums muß selbstverständlich in der Weise erfolgen,
daß die Imprägnierflüssigkeit nicht aus dem Behälter abgesaugt wird.
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Der Druck auf die Außenwandung des Behälters kann jedoch auch größer
als der herrschende Atmosphärendruck sein. Es ist z.B. möglich, den mit dem porösen
Körper und der Imprägnierflüssigkeit gefüllten Behälter in ein Druckgefäß zu geben,
die Behälteröffnung oberhalb des Körpers anzuordnen und anschließend den Druckbehälter
mit Druckluft zu beaufschlagen. Aus dem biegsamen Behälter entweicht dam die Luft
und der Behälter legt sich in gleicher Weise an den zu imprägnierenden Körper an
wie bei der oben geschilderten Vakuumbehandlung. Der ueberdruck braucht dabei nur
sc groß zu sein, daß die in dem Behälter befindliche Luft aus diesem so entweichen
kann, daß sie außerhalb des Druckgefäßes austritt. Der Druck muß dabei so gewählt
werden, daß die Imprägnierflüssigkeit nicht auch herausgedrückt wird.
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Zweckmäßigerweise befindet sich die Behälteröffnung oberhalb des zu
imprägnierenden Körpers außerhalb des Druckgefäßes oder sie ist mit einer Verbindungsleitung,
deren Ende sich außerhalb des Druckgefäßes befindet, verbunden.
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Eine weitere praktische Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei Ausübung eines Uberdrucks auf die Außenwandung des Behälters besteht darin,
den mit der Imprägnierlösung und dem porösen Körper gefüllten Behälter in ein mit
Wasser gefülltes Gefäß zu stellen und die Öffnung des Behälters so zu legen, daß
kein Wasser in den
Behälter eindringen kann.
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Die Menge der Imprägnierflüssigkeit in dem Behälter richte sich nach
der Porosität des Körpers und der gewünschten Eindringtiefe. Sie wird in Vorversuchen
vorbestimmt. Bei Materialien mit bekannter Porosität kann sie auch vorberechnet
werden Es ist auch möglich, zwei oder mehrere Körper bei einem Imprägniervorgang
in den Behälter einzulegen. Die Menge der Imprägnierflüssigkeit ist dann entsprechend
größer.
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Als Imprägnierflüssigkeit kann jede beliebige Imprägnierflüssigkeit
verwendet werden, die in die Poren eines porösen Körpers eindringen soll. Die erfindungsgemäße
Verfahrbnsweise eignet sich also sowohl für die hydrophobierende Imprägnierung mit
z.B. Alkylsilanlösungen als auc für Imprägnierungen mit anderen flüssigen Bautenschutzmitteln
wie Lösungen von Verfestigern oder Konservierungsmitteln.
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Bei den erfindungsgemäß zu imprägnierenden Körpern handelt es sich
hauptsächlich um geformte poröse formstabile Körper, die z.B. im Bauwesen verwendet
oder als Denkmäler geschützt werden. Das Material dieser Körper ist überwiegend
mineralischer Natur, doch können auch Materialien aus Holz erfindungsgemäß imprägniert
werden.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele demonstriert.
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Beispiel 1 a) Bei einer Sandsteinprobe wurde eine 8 mm dicke Schicht
von der Oberfläche ab gerechnet hydrophobiert. Dazu wurde die Probe zu Vergleichszwecken
3 Minuten in einen mit 20 %iger wässriger Propyltrimethoxysilan-Lösung gefüllten
Behälter
getaucht. Die aufgenommene Imprägniermittelmenge betrug 11,8 g. Die Abmessungen
der Probe waren 10x10x6 cm, der Behälter hatte eine Grundfläche von 10x7 cm und
war 12 cm hoch. In diesen Behälter wurden etwa 250 g Imprägniermittel (Dichte ca.
1 g/cm3) gegeben, um den ueberschuß möglichst gering zu halten. Nach dem Eintauchen
des Probekörpers stand die Oberfläche des Imprägniermittels etwa 1 cm über der Probenoberfläche
und sank im Verlauf des Versuches innerhalb von 3 Minuten um 1,5 mm ab. Die aufgenommene
Menge von ca. 12 g betrug etwa 5 % der insgesamt zur Anwendung gekommenen 250 g
Imprägniermittel. Wegen der möglicherweise eingeschleppten Verunreinigungen und
Feuchtigkeit mußte die restliche Imprägnierflüssigkeit verworfen werden.
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Selbst bei sehr guter Anpassung des Behälters für die Imprägniermittelflüssigkeit
an die Probenabmessungen ist die Anwendung eines großen Imprägniermittelüberschusses
nicht zu vermeiden. Bei unregelmäßig geformten Körpern werden die Verhältnisse noch
ungünstiger.
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b) Eine gleich geformte Probe desselben Sandsteinmaterials wurde in
einem Polyethylenbeutel gegeben, 12 g der 20 zeigen Alkylsilanlösung eingefüllt
und mit einer Vakuumpumpe innerhalb von 2 Minuten die Luft aus dem Beutel abgesaugt.
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Dadurch legte sich der Beutel eng an die Oberfläche des Steins an
und die Imprägnierlösung wurde in das poröse Innere gepreßt. Beim Zerschlagen der
getrockneten Probe konnte eine Eindringtiefe des Hydrophobierungsmittels von 8 mm
durch Benetzen mit Wasser sichtbar gemacht werden.
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Beispiel 2 Der Versuch von Beispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied,
daß der Polyethylenbeutel mit der Steinprobe nach Zugabe der Imprägnierlösung in
einen wassergefüllten Be-
hälter größerer Abmessung getaucht wurde.
Der von außen wirkende Wasserdruck preßte die Polyethylenfolie ebenfalls eng an
die Oberfläche des Sandsteinkörpers an und drückte dadurch die Imprägnierlösung
ins Innere des Steins. Auch hier wurde die Probe nach dem Trocknen zerschlagen und
an der Bruchfläche durch Benetzen mit Wasser die Eindringtiefe sichtbar gemacht.
Sie betrug ebenfalls ca. 8 mm.
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Beispiel 3 a) Der Versuch von Beispiel 1 wurde unter Verwendung von
Proben einer Betongüte B 35 mit den Abmessungen 4x4x10 cm als Beispiel eines niedrig-porösen
Materials wiederholt.
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Eine Probe dieses Materials war in Vorversuchen durch zweimaliges,
1 Minute dauerndes, Tauchen in eine alkoholische Alkylsilanlösung (DINASYLAN zu
BSfl 40 der Fa. Dynamit Nobel), die sich in einem Behälter mit den Abmessungen 5x5x11
cm befand, durch Aufnahme von ca. 8 g Imprägniermittel entsprechend 400 g/m2 bis
zu einer Tiefe von 4 mm hydrophobiert worden. Die überschüssige, nicht mehr zu verwertende
Imprägniermittelmenge betrug hier etwa 100 g, so daß ca.
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8 % der angewandten Imprägniermittelmenge aufgenommen wurden.
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b) Nach der in Beispiel ib angegebenen erfindungsgemäßen Arbeitsweise
ließ sich die gleiche Eindringtiefe bei einer weiteren Probe durch einmalige Zugabe
der ermittelten Imprägniermittelmenge von 8 g und anschließendem Absaugen der Luft
aus dem Polyethylenbeutel innerhalb von 1 Minute erreichen Beispiel 4 Der Versuch
von Beispiel 3b wurde wiederholt mit der Abänderung, daß 16,5 g entsprechend 860
g/m2 Alkylsilanlösung zugegeben wurden. Diese Menge wurde von der Betonprobe bei
i2-minütigem Absaugen der Luft aufgenommen und eine Ein-
dringtiefe
von 8 mm erreicht. Die Erzielung einer derartigen Eindringtiefe durch die Aufnahme
der angegebenen Imprägniermittelmenge war auch durch sehr langes Tauchen der Probe
in die alkoholische Alkylsilanlösung ohne zusätzliche Maßnahmen nicht zu erreichen.
Um eine derartige Eindringtiefe durch einfaches Tauchen zu erreichen, mußte die
Probe fünf Mal 1 Minute lang in die alkoholische Alkylsilanlösung untergetaucht
werden, wobei nach jedem Tauchvorgang ein mehrstündiges Trocknen bei Raumtemperatur
notwendig war.