DE4303124A1

DE4303124A1 - Rißüberbrückendes, chemikalienbeständiges Beschichtungssystem

Info

Publication number: DE4303124A1
Application number: DE4303124A
Authority: DE
Inventors: Gerald Dr Schmidt; Martin Isink
Original assignee: Ruetgerswerke AG
Current assignee: Morton International LLC
Priority date: 1992-10-08
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 1994-04-14

Description

Chemikalienbeständige Beschichtungen sind insbesondere bei Betonkonstruktionen erforderlich, die aggressiven Medien ausgesetzt sind, so z. B. bei Tankauffangwannen, Brücken, Industrie- oder Parkhausböden.

Gemäß den "Bau- und Prüfgrundsätzen für den Gewässerschutz" des Instituts für Bautechnik, Berlin wird für die Beschichtungen bei +23°C eine Rißüberbrückung von mindestens 0,2 mm vorgeschrieben. Beschichtungen, bzw. Beschichtungssysteme gemäß dem Stand der Technik (vergl. Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Aufl., Bd. 6, Seite 462 ff.), bestehend aus einer Imprägnierung des Untergrunds, Verstärkungseinlage sowie einer Basis- und einer Deckbeschichtung auf der Basis von flexibilisierten Epoxidharzen und/oder Polyurethan erfüllen diese Vorschrift, versagen jedoch bei tiefen Temperaturen. So ist die entsprechende Fähigkeit zur Rißüberbrückung bei -20°C nicht mehr gegeben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein weitgehend chemikalienbeständiges Beschichtungssystem bereitzustellen, das den geforderten Wert sowohl bei +23°C als auch bei -20°C überschreitet.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Beschichtungssystem gemäß der Ansprüche 1 bis 7. Das System findet seine Verwendung bevorzugt zur Beschichtung von Tankauffangwannen, Brücken- und Parkhauskonstruktionen sowie von Industrieböden gemäß der Ansprüche 8 bis 10.

Dem Stand der Technik entsprechend besteht das erfindungsgemäße Beschichtungssystem aus einer Imprägnierung des Untergrundes, einer oder mehreren Verstärkungseinlagen, einer Basis- und einer Deckbeschichtung. Durch besondere Auswahl und Kombination der Bindemittel für die Basis- und die Deckbeschichtung wird eine hohe Flexibilität und Fähigkeit zur Rißüberbrückung, insbesondere bei tiefen Temperaturen, sowie eine gute Chemikalienbeständigkeit erzielt. Es versteht sich von selbst, daß durch die erfindungsgemäße Abstimmung der Bindemittel aufeinander ein einwandfreier Verbund der einzelnen Lagen miteinander erzielt wird. Im Gegensatz zu einer Beschichtung mittels aufgeklebter Folien, wobei die einzelnen Folienschichten zueinander beweglich sind, wodurch die Gefahr besteht, daß Folien durch die eigentliche abzusperrenden Chemikalien unterwandert werden, stellt das erfindungsgemäße System eine kompakte Beschichtung dar.

Die Imprägnierung und somit die Verfestigung des Untergrunds, vorwiegend des als Untergrund dienenden Betons, erfolgt mit einem Epoxidharz oder einem Polyurethanpräpolymer. Handelsübliche, flüssige Epoxidharze, denen ggf. ein Flexibilisator (bis zu 100%, bezogen auf das Epoxidharz) und/oder Reaktivverdünner beigemischt sind, werden mit der zur Härtung notwendigen Menge eines Härters, vorzugsweise eines flexiblen Härters vermischt und innerhalb der Verarbeitungszeit des Gemisches durch Streichen, Walzen oder Aufsprühen auf den Untergrund aufgebracht, wobei sie teilweise in den Untergrund einziehen und dessen Poren schließen und teilweise eine geschlossene Schicht bilden.

Analog hierzu können auch Polyurethanprepolymere mit entsprechenden Härtern (z. B. Polyolen) vermischt und aufgetragen werden. Bei Polyurethanimprägnierungen bevorzugt sind allerdings einkomponentige, feuchtigkeitshärtende Mittel, d. h., Polyurethanpräpolymere deren freie Isocyanatgruppen nach der Applikation bei Kontakt mit Luftfeuchtigkeit vernetzen.

Auf die ausgehärtete Imprägnierungsschicht wird in bekannter Weise eine Verstärkungseinlage aufgebracht und mit einem Harzsystem laminiert. Zweckmäßigerweise wird für die Laminierung das gleiche Harz verwendet wie für die Imprägnierung.

Als Verstärkungseinlage kann jedes Vlies, Gewebe oder Gelege verwendet werden, das geringe Bewegungen aufnehmen kann, ohne zu reißen. Beispiele sind Vliese aus Polyester, Polypropylen, Polyamid oder Cellulose, Glasfaser-Gewebe oder -Gelege.

Sobald die laminierte Verstärkungseinlage klebfrei und begehbar ist, wird die rißüberbrückende Basisbeschichtung in einer Dicke von 0,5 bis 3 mm, bevorzugt von 2 mm aufgetragen.

Nach deren Aushärtung kann eine weitere Verstärkungseinlage aufgebracht und diese (nach Aushärtung der Laminierung) mit der Deckbeschichtung versehen werden. Für die erfindungsgemäß erzielte Rißüberbrückung ist dies allerdings nicht notwendig, so daß auf die ausgehärtete Basisschicht direkt die Deckschicht in einer Dicke von 1 bis 3 mm, bevorzugt von 2 mm aufgetragen wird. Der Erfindungsgedanke schließt nicht aus, daß auch in die Deckschicht eine Verstärkungseinlage eingebracht wird, jedoch zeigt das Beispiel, daß auch ohne diesen Aufwand die angestrebte Rißüberbrückung und Stabilität der Beschichtung erreicht wird.

Die Basisbeschichtung enthält als Bindemittel eine Kombination aus Epoxidharz, Polyurethanpräpolymer und flüssigen merkaptoendständigen Oligomer im Gewichtsverhältnis von 3 : (1 bis 10) : (1 bis 9). Zur Aushärtung dieser Bindemittelkombination ist ein Härter notwendig. Hierzu kann jeder bekannte Härter eingesetzt werden, der bei Raumtemperatur epoxidgruppenhaltige Verbindungen vernetzt oder deren Vernetzung katalysiert. Es sind dies in der Regel aromatische und/oder aliphatische Polyaminoverbindungen, Amin-Addukte oder Polyaminoamide, wie sie z. B. aus Lee and Neville, Handbook of Epoxy Resins, McGraw-Hill Book Company, 1967 bekannt sind oder aber auch sog. flexible Härter, wie sie z. B. in DE-A 30 08 085, DE-A 39 19 128 oder P 42 09 554 beschrieben sind. Die Härter werden in den für die Härtung der eingesetzten Epoxidharze notwendigen Mengen verwendet. Beim Härtungsvorgang vernetzen dann alle drei Polymertypen miteinander.

Als Epoxidharze sind alle Epoxidverbindungen mit mindestens zwei Epoxidgruppen pro Molekül einsetzbar, wie sie u. a. ebenfalls aus Lee and Neville bekannt sind. Bevorzugt werden flüssige Harze eingesetzt, wie z. B. Harze aus der Umsetzung von Epichlorhydrin mit Bisphenolen. Brauchbar sind allerdings auch Lösungen fester Harze, insbesondere dann, wenn diese in monomeren Diepoxidverbindungen, sog. Reaktivverdünnern gelöst sind.

Polyurethanpräpolymere sind niedermolekulare Umsetzungsprodukte von Di- bzw. Polyisocyanaten mit Di- oder Polyolen. Sie enthalten freie Isocyanatgruppen und werden daher auch als sog. NCO-Präpolymere bezeichnet (vergl. Kunststoff-Handbuch 7, Polyurethane, 2. Aufl., Hanser Verlag 1983). Sie können als hochviskose, lösemittelfreie Produkte aber auch in Form von Lösungen mit hohem Feststoffgehalt eingesetzt werden.

Einsetzbar sind aber auch sog. verkappte Isocyanate, wie sie ebenfalls aus Kunststoff-Handbuch Bd. 7 bekannt sind. In diesen Produkten sind die freien Isocyanatgruppen mit leicht abspaltbaren Verbindungen, wie z. B. Phenolen oder Alkanolen blockiert. Derartige Isocyanate sind u. a. auch unter der Bezeichnung Desmocap® erhältlich.

Als merkaptoendständige Oligomere sind alle flüssigen Polymere oder Oligomere oder Mischungen von oligomeren und polymeren Verbindungen mit mindestens zwei endständigen Merkaptogruppen verwendbar, wie z. B Polysulfidpolymere, polymere Thioäther und dgl.

Die bevorzugten flüssigen, merkaptoendständigen Verbindungen sind Polysulfid-Polymere und -Oligomere der allgemeinen Formel HS-(RSS)_n-RSH, wobei n im Bereich von 5 bis 25 liegt und R einen Alkyl-, Alkyläther- oder Alkylthioätherrest darstellt. Der bevorzugte Rest R ist ein Bis-ethyl-formal-Rest der Formel

-C₂H₄-O-CH₂-O-C₂H₄-.

Das Molekulargewicht dieser Verbindungen liegt, abhängig von der Zahl n und der Größe des Restes R im Bereich von 500 bis 8000. Diese Polysulfid-Verbindungen haben bei Raumtemperatur eine Viskosität von 0,5 bis 80 Pa·s.

Die Basisbeschichtung wird kurz vor dem Auftragen auf die laminierte Verstärkungseinlage durch Vermischen von zwei vorgefertigten Komponenten hergestellt.

Die Komponente A enthält dabei das Epoxidharz und das isocyanathaltige Polyurethanpräpolymer sowie gegebenenfalls handelsübliche und an sich bekannte Füllstoffe (z. B. Titandioxid, Bariumsulfat, Kreide, Silikate), Thixotropiermittel (z. B. hochdisperse Kieselsäure, wasserfreie Bentonite), Trockenmittel (z. B. Erdalkalioxide, Zeolithe) und Zusatzstoffe wie Entlüftungsmittel (z. B. Polyalkylenoxidpolymere, Kohlenwasserstoffe) oder Flammschutzmittel (z. B. Melaminborat, Antimonoxid).

Die Komponente B enthält den Epoxidharz-Härter, bzw. ein entsprechendes Härtergemisch, das merkaptoendständige Oligomere sowie ggf. organisches Lösemittel (z. B. MEK, Xylol) und Füll- und Zusatzstoffe entsprechend der A-Komponente. Beide Komponenten werden zweckmäßigerweise so eingestellt, daß sie in etwa die gleiche Viskosität haben und damit leicht miteinander mischbar sind.

So haben erfindungsgemäß die beiden Komponenten der Basisbeschichtung folgende Zusammensetzung:

Komponente A
Epoxidharz
20 bis 40 Gew.-%
Polyurethanpräpolymer	30 bis 80 Gew.-%
Füllstoff	0 bis 7,5 Gew.-%
Flammschutzmittel	0 bis 5 Gew.-%
Thixotropiermittel	0 bis 1,5 Gew.-%
Trockenmittel	0 bis 1 Gew.-%
Entlüftungsmittel	0 bis 0,25 Gew.-%

Komponente B
Epoxidharz-Härter
10 bis 40 Gew.-%
merkaptoendständiges Oligomer	60 bis 90 Gew.-%
org. Lösemittel	0 bis 10 Gew.-%
Füll- und Zusatzstoffe (analog z. Komponente A)	0 bis 10 Gew.-%

Diese beiden Komponenten werden vor der Anwendung im Gewichtsverhältnis von 1 : 1 bis 5 : 1 gemischt und innerhalb der Verarbeitungszeit appliziert.

Das Verhältnis der Komponenten A und B muß so abgestimmt sein, daß dem Epoxidharz die zur Härtung notwendige Härtermenge zugefügt wird.

Analog zur Basisbeschichtung wird auch die Deckbeschichtung aus zwei Komponenten hergestellt:

Die Komponente A enthält das Epoxidharz und evtl. Reaktivverdünner sowie Füll- und Zusatzstoffe, wobei diese im Prinzip die gleichen sein können wie bei der Basisbeschichtung. In der Praxis werden mitunter zwei Änderungen erforderlich:

Die Deckbeschichtung soll farblich gekennzeichnet sein. Dazu ist ein Zusatz von Pigmenten erforderlich. Die Deckbeschichtung sollte in geringem Maße leitfähig sein, um elektrische Aufladungen zu vermeiden. Dies wird durch Zusatz eines Leitfähigkeitsvermittlers (z. B. Metallpulver oder C-Fasern) erreicht. Im einfachsten Falle dient ein Leitfähigkeitsruß sowohl als Pigment als auch als Leitfähigkeitsvermittler.

Die Komponente B enthält den Härter, sowie ggf. merkaptoendständiges Oligomer, organische Lösemittel und Füll- und Zusatzstoffe. Das heißt, auch hier können Füll- und Zusatzstoffe wahlweise der Komponente A oder B zudosiert werden, um einerseits die Verarbeitungseigenschaften zu erleichtern und um andererseits ein einfaches Mischungsverhältnis der Komponenten einzustellen. Letzteres muß auch wieder gewährleisten, daß dem Epoxidharz möglichst genau die zur Härtung notwendige Härtermenge zugefügt wird.

Die Komponente B soll eine gewisse Flexibilität der Deckschicht ermöglichen. Dies kann erreicht werden durch den Zusatz von merkaptoendständigem Oligomer. Auf die merkaptoendständigen Verbindungen kann aber verzichtet werden, wenn als Härter ein sog. flexibler Härter eingesetzt wird.

Der Aufbau der beiden Komponenten der Deckschicht stellt sich somit wie folgt dar:

Komponente A
Epoxidharz
70 bis 80 Gew.-%
Reaktivverdünner	0 bis 10 Gew.-%
Füllstoff	0 bis 20 Gew.-%
Thixotropiermittel	0 bis 1,5 Gew.-%
Pigment	0 bis 1,5 Gew.-%
Leitfähigkeitsvermittler	0 bis 1 Gew.-%
Pigment	0 bis 1 Gew.-%
Entlüftungsmittel	0 bis 0,25 Gew.-%

Komponente B
Epoxidharz-Härter
7 bis 100 Gew.-%
merkaptoendständiges Oligomer	0 bis 100 Gew.-%
org. Lösemittel	0 bis 10 Gew.-%
Füll- und Zusatzstoffe (analog zu Komponente A)	0 bis 20 Gew.-%

Nach dem Vermischen der beiden Komponenten wird die Deckschicht in einer Dicke von 1 bis 3 mm, bevorzugt 2 mm auf die begehbare und klebfreie Basisschicht, bzw. auf eine auf die Basisschicht aufgebrachte zusätzliche laminierte Verstärkungseinlage aufgetragen.

Beispiel

Alle Mengenangaben sind Gewichtsangaben.

Das im Beispiel verwendete merkaptoendständige Oligomer ist ein oligomeres Polysulfid der durchschnittlichen Struktur:

HS-(C₂H₄-O-CH₂-O-C₂H₄-SS)₈-C₂H₄-O-CH₂-O-C₂H₄-SH

mit etwa 2% Quervernetzung. Es ist unter der Bezeichnung Thiokol LP®-3 im Handel.

Betonprüfplatten (30×20×4 cm) werden mit dem folgenden Beschichtungssystem beschichtet:

I. Imprägnierung mit Imprägnierharz aus Komponente A
Epoxidharz auf Basis Bisphenol F (EP-Äquiv. 160)
90
Cyclohexyldiglycidylether	10

Komponente B
merkaptoendständiges Oligomer
90
Härter (Tris(dimethylaminomethyl)phenol)	10

Mischungsverhältnis A : B = 1 : 1
Imprägniermenge: 0,27 kg/m².

II. Polyestervlies (0,2 kg/m²)

Vollflächig geschlossen laminiert mit 1,29 kg/m² Harz/Härter-Gemisch gemäß I.

III. Basisbeschichtung
Komponente A
Epoxidharz auf Basis Bisphenol F (EP-Äquiv. 160)
28,6
NCO-Präpolymer (auf Basis MDI)	66,7
Titandioxid	3,8
hochdisperse Kieselsäure	0,8
Entlüftungsmittel (Polyalkylenoxidpolymer)	0,1

Komponente B
flexibler Epoxidharzhärter
22,8
Tris(dimethylaminomethyl)phenol	11,6
merkaptoendständiges Oligomer	57,0
Benzylalkohol	8,6

Mischungsverhältnis A : B = 3 : 1
Auftragsmenge: 1,80 kg/m²

IV. Deckschicht
Komponente A
Epoxidharz auf Basis Bisphenol F (EP-Äquiv. 160)
74,0
Cyclohexyldiglycidylether	6,0
Titandioxid	5,0
Bariumsulfat	12,4
hochdisperse Kieselsäure	0,5
Ruß	0,5
C-Faser	0,8
Polyalkylenoxidpolymer	0,2

Komponente B
Tris(dimethylaminomethyl)phenol
7,4
Benzylalkohol	5,6
merkaptoendständiges Oligomer	87,0

Mischungsverhältnis A : B = 1 : 0,7
Auftragsmenge: 1,73 kg/m².

Nach der Aushärtung werden die Prüfkörper in Anlehnung an Pt. 4.1 der Bau- und Prüfgrundsätze für Beschichtungen des Instituts für Bautechnik, Berlin auf maximale Rißüberbrückbarkeit getestet.

Ergebnis

Bei Raumtemperatur ist die maximale Rißüberbrückung größer 1,2 mm.

Bei -20°C ist die maximale Rißüberbrückung 0,6 mm.

Die Beständigkeit des Beschichtungssystems wird gemäß DIN 50 049 - 3.1 C im Druckversuch mit 1 bar Überdruck gegenüber verschiedenen Medien geprüft.

Ergebnis

Im Druckversuch tritt nach 42 Tagen gegenüber den folgenden Medien keine Undichtigkeit auf.

Die visuelle Prüfung der beaufschlagten Prüfplatten nach dem Druckversuch ergibt folgendes Ergebnis:

Claims

1. Chemikalienbeständiges, rißüberbrückendes Beschichtungssystem bestehend aus Imprägnierung des Untergrundes auf Epoxidharz- oder Polyurethanbasis, einer oder mehreren Verstärkungseinlagen, Basis- und Deckbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisbeschichtung als Bindemittel eine Kombination aus Epoxidharz, Polyurethanpräpolymer und flüssigem, merkaptoendständigem Oligomer enthält und die Deckbeschichtung als Bindemittel ein flexibilisiertes Epoxidharz enthält.

2. Beschichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Epoxidharz, Polyurethanpräpolymer und merkaptoendständiges Oligomer in der Basisbeschichtung im Gewichtsverhältnis von 3 : (1 bis 10) : (1 bis 9) vorliegen.

3. Beschichtungssysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckbeschichtung ein mit merkaptoendständigem Oligomer flexibilisiertes Epoxidharz als Bindemittel enthält.

4. Beschichtungssysteme nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das merkaptoendständige Oligomer einen molekularen Aufbau gemäß der Formel HS-[RSS]_x-RSHhat, wobei x eine Zahl im Bereich von 5 bis 23 ist und R einen Rest der Formel-C₂H₄-OCH₂-O-C₂H₄darstellt.

5. Beschichtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das merkaptoendständige Oligomer ein mittleres Molekulargewicht von 1000 bis 4000 hat.

6. Basisbeschichtung für Beschichtungssysteme gemäß der Ansprüche 1 bis 5, hergestellt durch Vermischen der folgenden Komponenten A und B: Komponente A Epoxidharz 20 bis 40 Gew.-% Polyurethanpräpolymer 30 bis 80 Gew.-% Füllstoff 0 bis 7,5 Gew.-% Flammschutzmittel 0 bis 5 Gew.-% Thixotropiermittel 0 bis 1,5 Gew.-% Trockenmittel 0 bis 1 Gew.-% Entlüftungsmittel 0 bis 0,25 Gew.-%

7. Deckbeschichtung für Beschichtungssystem gemäß der Ansprüche 1 bis 5, hergestellt durch Vermischen der folgenden Komponenten A und B: Komponente A Epoxidharz 70 bis 80 Gew.-% Reaktivverdünner 0 bis 10 Gew.-% Füllstoff 0 bis 20 Gew.-% Thixotropiermittel 0 bis 1,5 Gew.-% Pigment 0 bis 1,5 Gew.-% Leitfähigkeitsvermittler 0 bis 1 Gew.-% Pigment 0 bis 1 Gew.-% Entlüftungsmittel 0 bis 0,25 Gew.-%

8. Verwendung der Beschichtungssysteme gemäß der Ansprüche 1 bis 7 zur Beschichtung von Tankauffangwannen.

9. Verwendung der Beschichtungssysteme gemäß der Ansprüche 1 bis 7 zur Beschichtung von Brücken- und Parkhauskonstruktionen.

10. Verwendung der Beschichtungssysteme gemäß der Ansprüche 1 bis 7 zur Beschichtung von Industrieböden.