DE69407041T2

DE69407041T2 - Modifizierungsmittel für poröse Materialien und Verfahren zur Modifizierung von porösen Materialien

Info

Publication number: DE69407041T2
Application number: DE1994607041
Authority: DE
Inventors: Toshinori Morizane
Original assignee: Itochu Corp
Current assignee: Itochu Corp
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2014-09-02
Also published as: DE69407041D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modifizierungsmittel (oder Modifizierer) zum Verbessern verschiedener Eigenschaften von porösen Mauerwerkmaterialien, wie beispielsweise Betonprodukten, wie Betonpanelen, leichten feuerresistenten Baumaterialien, etc., anderen Zementprodukten, Kalziumsilikatplatten, Gipsprodukten usw.; und von solchen porösen Materialien wie Webwaren, Papier, holzartigen Materialien u.a. indem sie nicht-porös gemacht werden. Wenn ein derartiges Modifizierungsmittel verwendet wird, werden Eigenschaften wie Wasserbeständigkeit, Verhinderung von Staubbildung, Strapazierfähigkeit, mechanische Festigkeit u.a. der vorstehend genannten Mauerwerksmaterialien verbessert, werden den porösen Materialien, wie Webwaren, Papier, holzartige Materialien, etc., verschiedene Eigenschaften verliehen, wie beispielsweise Feuerbeständigkeit, Unterbindung von Zusammenziehen durch Trocknen, u.a.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Modifizierung von porösen Materialien durch die Verwendung von solchen Modifizierungsmitteln, und die vorstehend genannten Materialien werden durch ein solches Verfahren modifiziert.
Die taktile Oberfläche eines Mauerwerkmaterials ist primär porös, und repräsentiert bei Betrachtung in vergrößertem Maßstab Oberflächenbedingungen ähnlich wie bei einem Schwamm, der eine wasserabsorbierende Eigenschaft hat.
Unter Berücksichtigung dieses Tatbestandes dringt das enthaltene Wasser unaufhörlich durch kleine Poren in den Körper des Materials, wobei andere Fremdsubstanzen etc., wie Staub, feine Partikel, ölige Substanzen, Säure etc. ebenfalls eindringen können. Dies würde zu Korrosion des Mauerwerkmaterials führen. Darüberhinaus verursacht das eingedrungene Wasser infolge der Unterschiede der Umgebungstemperatur Zyklen von Frieren/Tauen, was zur Folge hat, daß das Mauerwerksmaterial unter der Belastung, die durch die Ausdehnung und das Zusammenziehen erzeugt wird, dazu neigt, ein Abblättern und Abfallen, Aufblähen, Rißbilden, Brechen, etc. zu zeigen.
Insbesondere Beton oder dgl. Materialien erzeugen am Ort ihres Gebrauchs gerne Staubpartikel infolge ihrer Abnutzung. Weiterhin ist es erforderlich, daß bei Fahrbahnunterbauten, in Fußgängerbereichen, Parkbereichen etc. erforderlich, deren Strapazierfähigkeit, Wasserfestigkeit (Wasserdichte), staubverhindernde Eigenschaften, mechanische Eigenschaften etc. zu verbessern. Wenn ölige Verschmutzungen, wie beispielsweise Öl, Schmierfett etc. an der Oberfläche von Mauerwerksmaterialien anhaften, dringen diese Verschmutzungen durch die kleinen Poren in das Material ein, und es wird unmöglich, sie durch Wischen unter Verwendung eines naßen Schwammes, etc., zu entfernen.
Bis jetzt ist das Mauerwerksmaterial, beispielsweise als erstes Marmor zu nennen, als Außenabdeckung verwendet worden. Selbst in diesem Fall findet infolge dessen wasserabsorbierenden Eigenschaften wie vorstehend erwähnt Korrosion statt, oder es findet ein Wachsen von Moos infolge von Absorption von organischen Substanzen statt, wodurch das äußere Erscheinungsbild der Mauerwerksstrukturen in den meisten Fällen ruiniert wird.
Um solche unerwünschte Phänomene zu vermeiden, wurden bis jetzt verschiedene Präventivverfahren versucht, wie beispielsweise eines, bei dem die Oberfläche des Mauerwerksmaterials mit einem Kunstharz abgedeckt wird; oder eines, bei dem die kleinen Poren im Mauerwerksmaterial mit einem anorganischen Material oder einem organischen Material oder anderen gefüllt werden.
Weiterhin ist bezüglich der flammhemmenden Behandlung von Papier, Fasern, holzartigem Material etc. bis jetzt eine Imprägnierungsbehandlung unter Verwendung einer Chemikalie durchgeführt worden, hergestellt aus einer Kombination aus Borsäure und Borax oder Glaubersalz, etc.
Das vorstehend beschriebene Verfahren der Beschichtung der Oberfläche des Mauerwerkmaterials stört jedoch nicht nur den haptischen Eindruck der Originaloberfläche des Materials, sondern führt auch zu einer Beeinträchtigung des äußeren Erscheinungsbildes infolge einer Verschlechterung der Materialoberfläche durch Aufblähen der Kunstharzbeschichtung bei Wasseraufnahme, Absorption von Sauerstoff und Ultraviolettstrahlen, mit der Folge, daß das Mauerwerksmaterial als äußeres Verkleidungsmaterial unzweckmäßig wird.
Es sind eine große Anzahl von anorganischen und organischen Porenfüll-Agenzien veröffentlicht worden. Beispiele für den anorganischen Typ Porenfüllagens sind:
wasserlösliche Silikatverbindungen, wie beispielsweise Natriumsilikat, etc., von dem eine Lösung auf die Oberfläche des Mauerwerkmaterials zu dessen Verstärkung aufgebracht und dieses damit imprägniert wird; eine Kunstharzemulsion, hergestellt durch Vermischen von sehr feinem Pulver von nicht kristallinem, kieselsäurehaltigem Material, wie beispielsweise Fensterglas oder Glaschips, etc., und einem zementartigen Material, wobei diese Emulsion in das Mauerwerksmaterial injiziert wird, um in dieses einzudringen (wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP-A- 3-164458 offenbart); und andere. Andererseits sind fleispiele für den organischen Typ von Porenfüllagenzien Polyurethanharz, Epoxydharz u.a. organische Polymermaterialien, die in die Hohlräume des Mauerwerkmaterials auf verschiedene Art und Weisen gefüllt werden.
Die herkömmlichen Verfahren zum Aufbringen des porenfüllenden Agens sind alle Verfahren die es von der Oberfläche des Mauerwerkmaterials her impragnieren, wobei dieses Verfahren jedoch nicht in der Lage ist, zu vermeiden, daß kleine Luftblasen in den kleinen Poren des Mauerwerkmaterials verbleiben, und daher ist es schwierig, das Material perfekt nicht-porös zu machen. In Anbetracht dessen, ist es nicht möglich, zu verhindern, daß das porenfüllende Agens über eine lange Zeitspanne infolge von ungenügender Feuchtigkeitsresistenz nach seinem Aushärten sich löst und zerstört wird.
Andererseits ist es bei jenen porösen Materialien, wie beispielsweise Papier, Fasern, holzartigen Materialien, etc., die durch das herkömmliche Verfahren modifiziert werden, indem sie in eine Chemikalie, hergestellt durch Kombinieren von Borsäure und Borax oder Glaubersalz etc. eingetaucht sind, nicht möglich, zu verhindern, daß die Toxizität der Chemikalie aus dem Material ausgelöst wird, und ein Schrumpfen des holzartigen Materials infolge seines Trocknens erfolgt, u.a.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, diese verschiedenen Probleme bei den herkömmlichen Techniken zu lösen und ein Modifizierungsmittel zu schaffen, welches das Innere des porösen Baumaterials durch chemische Reaktion nicht-porös macht, um dadurch die verschiedenen zugeordneten Eigenschaften, wie beispielsweise Feuchtigkeitsbeständigkeit, Staubverhinderung, Strapazierfähigkeit, Beständigkeit gegen Chemikalien, mechanische Festigkeit usw. zu verbessern; um zu verhindern, daß das Material infolge von Temperaturunterschieden bricht; um zu ermöglichen, daß Marmor und andere Baumaterialien als Außenverkleidungsmaterialien verwendet werden können, und daß es auch möglich macht, eine feuerhemmende Eigenschaft von solchen organischen porösen Materialien, wie beispielsweise Papier, Fasern, holzartigen Materialien u.dgl. zu erzielen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Modifizieren von Baumaterialien unter Verwendung eines derartigen Modifiziermittels zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, modifizierte Baumaterialien sowie auch modifizierte organische Materialien mittels des vorstehend genannten Modifizierverfahrens zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist gemäß einem Aspekt derselben ein Modifizierungsmittel für poröses Material geschaffen worden, welches im wesentlichen aus einer wässrigen Lösung von Alkalisilikat als Hauptkonstituent besteht, in welchem enthalten sind 0,01 bis 1,0 mol/kg-Ammoniumionen und 0,01 bis 1,0 mol/kg-Halogenionen, wobei die Konzentration des Alkalisilikats mindestens 10 Gew% beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung und einem anderen Aspekt derselben wird ein Verfahren zum Modifizieren eines Baumaterials geschaffen, mit den Schritten: Eindringenlassen der wässrigen Lösung des Alkalisilikats in das Baumaterial; Unterziehen des Kalziums, Magnesiums und Aluminiums in dem Baumaterial einer Ionensubstitutionsreaktion mit Alkalimetall in dem Alkalisilikat, mit Halogenionen als Katalysator in der Anwesenheit von Ammoniumionen; und Füllen der Poren des Baumaterials durch Deposition mit dem so produzierten Silikat mit Kalziumsilikat als Hauptkonstituent und kolloidaler Kieselsäure, um dadurch das Material nicht-porös zu machen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung und einem weiteren Aspekt derselben, wird ein Baumaterial geschaffen, das durch das vorstehend beschriebene Verfahren modifiziert ist.
Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde der Begriff "Baumaterial" (stonework) oder einfach "Steinmaterial" verwendet, der Zement, Beton, Naturstein und Kunststein, wie beispielsweise verschieden geformte Gegenstände aus Zement, leichte feuerresistente Baumaterialien od. dgl. andere Betonprodukte; geformte Gegenstände aus Marmor, Kacheln, Gips, etc.; Kalziumsilikatplatten u.a. bezeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung und einem weiteren Aspekt derselben ist ein Verfahren zum Modifizieren von porösen Materialien, wie beispielsweise Webstoff, Papier oder Holzmaterial geschaffen, mit den Schritten: Imprägnieren des Materials mit einer wässrigen Lösung, die mindestens eine Substanz enthält, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Kalzium, Magnesium, Aluminium und zwei oder mehr von Ionen dieser Substanzen, gefolgt von Trocknen des imprägnierten Materials; anschließendem Eindringenlassen einer wässrigen Lösung aus Alkalisilikat in das Material, um eine Ionen- Substitutionsreaktion mit Alkalimetall in dem Alkalisilikat mit Halogenionen als Katalysator bei Anwesenheit von Ammoniumionen durchzuführen; und Füllen der Poren des porösen Materials durch Deposition mit dem so produzierten Silikat mit Kalziumsilikat als Hauptkonstituent und kolbidaler Kieselsäure, um dadurch das Material nicht- porös zu machen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung und einem weiteren Aspekt derselben wird ein Webstoff, Papier oder Holzmaterial geschaffen, das durch das vorstehend beschriebene Verfahren modifiziert ist.
Die vorstehenden Aufgaben, andere Aufgaben sowie Details der Verbindungen, welche das Modifizierungsmittel bilden und die Herstellschritte für die praktische Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Erfindung anhand von einem Paar bevorzugten Ausführungsformen hervor und werden klarer ersichtlich und verständlicher.
Alkalisilikat, welches für den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist durch die allgemeine Formel M&sub2;O nSiO&sub2; repräsentiert (mit: M gleich Na, K, Li, oder Cs; und n gleich einer ganzen Zahl von 1 bis 5, muß jedoch nicht notwendigerweise eine ganze Zahl sein). Alkalisilikat wird in Form einer wassrigen Lösung verwendet, deren Konzentration zweckmäßigerweise in einem Bereich von 10 bis 50 Gew% in Termen von M&sub2;O nSiO&sub2; sein. Mit der Konzentration, die nicht 10 Gew% erreicht, wird das Kalziumsilikat, etc., das aus der Reaktion erzeugt werden soll, ungenügend abgeschieden. Wenn im Gegensatz die Konzentration 50 Gew% überschreitet, erhöht die wässrige Lösung ihre Viskosität, so daß es schwierig wird, in das Innere der Poren des Materials einzudringen. In beiden Fällen wird das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht wünschenswert erzielt. Um das Eindringen und eine Dispersion dieser wässrigen Lösung von Alkalisilikat im Baumaterial zu beschleunigen, wird der Lösung vorzugsweise Alkohol zugesetzt.
Da die wässrige Lösung aus einem Alkalisilikat auch alkalisch ist, sollte das Baumaterial vorzugsweise maskiert werden, indem Alkohollösung von Triethanolamin (üblicherweise wird eine Konzentration von 1:2 bis 2:1 oder 1:1 verwendet) zugesetzt wird, um zu verhindern, daß Kalziumhydroxid etc. abgeschieden wird, für den Fall, daß Halogenionen, wie beispielsweise Fluor etc. zugesetzt sind. Obwohl keine bestimmte Grenze für das die zuzusetzende Menge der alkoholischen Lösung von Triethanolamin besteht, wird diese üblicherweise in einer Menge von ungefähr 0,1 bis 10 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der wässrigen Lösung eines Alkalisilikats verwendet.
Für das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Anwesenheit sowohl von Ammoniumionen als einem Aktivator und Halogenionen als einem Katalysator für die Ionensubstitutionsreaktion zwischen Kalzium, Magnesium und Aluminium im Baumaterial und Alkalimetall im Alkalisilikat unentbehrlich. Die Quelle für Ammoniumionen sollte vorzugsweise aus anorganischen Salzen gewählt werden, wie beispielsweise Ammoniumchlorid, Ammoniumfluorid etc., wobei die Zusatzmenge desselben im Bereich von 0,01 bis 1,0 mol/kg bezogen auf die Gesamtmenge der wässrigen Lösung des Alkalisilikats sein sollte. Als Halogenionen-Katalysator ist ein Chlorion oder Fluorion vorzuziehen, wobei die Ionenquelle vorzugsweise Chlorid oder Fluorid von Metallen wie beispielsweise Ma, K, Ca, Mg, Al usw. ist. Die verwendete Menge soll im Bereich von 0,01 bis 1,0 mol/kg bezogen auf die Gesamtmenge der wässrigen Lösung des Alkalisilikats sein. Wenn die verwendete Menge des Halogenions nicht 0,01 mol/kg erreicht, ist seine Wirkung als Katalysator nicht ausreichend, daher kann das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht perfekt erzielt werden. Selbst wenn die verwendete Menge 1,0 mol/kg übersteigen würde, würde keine besondere Störung stattfinden, obwohl die Chemikalien vergeudet wären.
Das Modifizierungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung ist wassrige Lösung von Alkalisilikat welche Ammoniumion (als den Aktivator) und Halogenion (als Katalysator) in den jeweiligen Bereichen wie vorstehend erwähnt, enthält. Dieses Ammoniumion und Halogenion kann vorab oder direkt vor der Verwendung der wässrigen Lösung zugesetzt werden. Alkohol, der für das Eindringen und die Dispersion des Modifizierungsmittels wirksam ist, kann der wässrigen Lösung von Alkalisilikat auf die gleiche Art und Weise zugesetzt werden. Alkohol, der für diesen Zweck verwendet wird, ist geeigneterweise auszuwählen aus der Gruppe Methanol, Äthanol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, usw. Die Zusatzmenge des Alkohols sollte vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 Gew%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Lösung von Alkalisilikat, liegen.
Um das Baumaterial mit der wässrigen Lösung des Alkalisilikats in Berührung zu bringen, kann irgendein beliebiges Verfahren angewendet werden. Beispielsweise können vorbestimmte Mengen Ammoniumverbindung und Halogenverbindung vorher der wässrigen Lösung von Alkalisilikat zugesetzt werden, wobei deren Konzentration auf eine vorbestimmte Höhe eingestellt worden ist, und das Baumaterial wird in diese wässrige Lösung eingetaucht; oder die wässrige Lösung, die wie vorstehend beschrieben hergestellt ist, wird auf die Oberfläche des Baumaterials aufgesprüht Für den Fall des Aussprühens muß das Baumaterial vor dem Aufsprühen in einem ausreichend feuchten Zustand sein, indem es vorher Wasser absorbiert hat, und dann muß das Sprühen so wiederholt werden, daß das Baumaterial 30 min oder länger in einem gesättigten Zustand befeuchtet wird.
Nebenbei gesagt ist es für die Praxis der vorliegenden Erfindung wünschenswert, vorher jegliche Fremdsubstanzen, die an der Oberfläche des Baumaterials anhaften, zu entfernen, um es in einem sauberen Zustand zu halten, bevor es mit der wässrigen Lösung des Alkalisilikats in Berührung gebracht wird, damit die wässrige Lösung des Alkalisilikats in das Innere des Baumaterials eindringen kann.
Weiterhin sollten Kalziumsilikat und kolloidale Kieselsäure, die aus der Reaktion zwischen dem Baumaterial und der wassrigen Lösung von Alkalisilikat erzeugt worden sind, nachdem diese ausreichend in das Material eingedrungen ist, vorzugsweise durch Abwaschen mit Wasser entfernt werden, um verschiedene Fremdsubstanzen, wie beispielsweise Öl und andere organische Substanzen, Säuren, Alkalien, abgesetztem Kalk, Verschmutzungen, die durch das Vorbeifahren von Autos und Vorbeigehen von Menschen, etc., an der Materialoberfläche durch das Phasentrennungsphänomen verursacht sind, etc., zu isolieren.
Da das reagierende Agens (Alkalisilikat) gemäß der vorliegenden Erfindung in der Hauptsache mit Feuchtigkeit und Chemikalischen Komponenten wie beispielsweise Kalziumoxid reagiert, die in dem porösen Baumaterial enthalten sind, um prinzipiell Kalziumsilikat und kolloidale Kieselsäure zu erzeugen, tragen beide dazu bei, die Dichte der Materialien zu erhöhen, die die Durchlässigkeit haben, wodurch die kleinen Poren gefüllt werden, in welchen Luft eingeschlossen ist, wodurch ein Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung verhindert wird. Daher verbleiben zum Zeitpunkt der Reaktion jene kleinen Spalte, aus welchen Luft und Wasserdampf entfernt ist, immer noch innerhalb der Materialien; daher muß das Baumaterial ausreichend getrocknet werden.
Für den Fall der Modifizierung von solchen porösen Materialien wie beispielsweise Papier, Fasern, Holzmaterialien usw. wird es notwendig, zuerst diese Materialien mit Kaizium, Magnesium etc. in Form deren wässriger Lösung zu imprägnieren, weil solche porösen Materialien diese Metallsubstanzen primär nicht enthalten. Für die Verbindungen, die die vorstehend genannten Metailsubstanzen enthalten, besteht keine besondere Einschränkung und es können all jene Verbindungen verwendet werden, die in Wasser löslich sind. Beispiele für derartige Verbindungen sind Nitrat, Grundflurid, dieser Metallsubstanzen. Es kann irgendein beliebiges Verfahren zum Imprägnieren verwendet werden, aber die Metallsubstanz muß ausreichend in das Innere des Materials, welches modifiziert werden soll, eindringen; ansonsten kann das Auffüllen durch Abscheiden von Kalziumsilikat, etc, das durch die darauffolgende Behandlung mit dem Alkalisilikat erzeugt wird, nicht gut innerhalb des zu modifizierenden Materials durchgeführt werden, was zur Folge hat, daß das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht erreicht werden kann.
Nach dem Trocknen des Materials, bei dem die vorstehend beschriebene Behandlung beendet ist, wird bewirkt, daß eine wässrige Lösung von Alkalisilikat eindringt, was in Übereinstimmung mit dem Behandlungsverfahren zum Modifizieren von Baumaterial wie bereits im Vorstehenden beschrieben, erfolgen kann.
Bei der Modifizierung von Papier oder dgl. Materialien ist, wenn in diesen Materialien ein Füllstoff, wie beispielsweise Talcum, etc., enthalten ist, keine Imprägnierungsbehandlung mit wässriger Lösung von Kalzium etc., wie vorstehend erwähnt, notwendig, sondern es kann eine Behandlung durchgeführt werden, bei der nur wässrige Lösung von Alkalisilikat eindringt.
Das Baumaterial und jene porösen Materialien, wie beispielsweise Papier, Faser, Holzmaterial, etc., die in Übereinstimmung mit den vorstehend beschriebenen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert worden sind, haben eine solche Struktur, daß die kleinen Poren in diesen Materialien mit Kalziumsilikat aufgefüllt sind, das durch die Reaktion zwischen Kalzium, etc., das in dem zu modifizierenden Material erzeugt worden ist und kolloidaler Kieselsäure gefüllt sind, wodurch die Hohlräume, die mit Luft ausgefüllt waren, welche in dem porösen Material eingeschlossen war, gefüllt sind. Als ein Ergebnis wird das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert, um das Innere des Materials dicht abzudichten, wodurch die Feuchtigkeit aus der Umgebung perfekt abgefangen wird und ein Eindringen von Öl, Salz, Säure, Base etc. von außen verhindert wird, so daß die Zerstörung des Materials im Lauf der Zeit unterdrückt und das Wachsen von Moos ebenfalls verhindert wird.
Das Abscheiden von Kalziumsilikat, etc., im Inneren der Poren trägt auch dazu bei, jene öligen Substanzen, Säuren, Basen, abgesetzten Kalk, verschmutzenden Substanzen, die durch das Vorbeifahren von Kraftfahrzeugen und das Vorbeigehen von Menschen erzeugt werden, und anderes zu entfernen, indem diese von der Oberfläche des Materials durch das Phasentrennphänomen etc. isoliert werden.
Das holzartige Material, wie beispielsweise Papier etc., das gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert worden ist, enthält kein Schwefelsäureradikal, anders als bei den herkömmlich modifizierten Materialien, die Sulfat verwenden. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache findet keine Korrosion der Metallvorrichtung auf, die für die feuerresistente Behandlung von Baumaterialien verwendet wird, die insbesondere für die feuerfeste Behandlung von Faserplatten, die unter Verwendung von Holzchips hergestellt sind, effektiv ist. Um eine Spanplatte feuerresistent zu machen, werden die Holzchips, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert sind, zuerst unter Verwendung eines herkömmlichen Binders gemischt und verknetet und die so verkneteten Holzchips werden einer Walzhärtungsbehandlung unterzogen. Für den Fall von so behandeltem Bauholz wird auch verhindert, daß Nägel rosten.
Die Reaktion, die zum Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erklärt sich durch die Tendenz, daß ein Metall kationisch wird, wenn es mit Wasser oder Lösung in Berührung kommt, d.h. durch das normale Elektrodenpotential eines Metalls. Das heißt, es ist eine Anwendung eines Phänomens, wie beispielsweise wenn ein Metall M¹ (MaK, etc.) mit einer Elektrolytlösung in Berührung kommt, die eine andere Art von Metallion M² (Ca, Ng, Al etc.) enthält, daß die folgende Ionensubstitutionsreaktion nach rechts fortschreitet, in Übereinstimmung damit, daß die lonisationstendenz von M¹ größer als die von M² ist:
M¹ (nicht dissoziiert) + M² (Ion) T M¹ (Ion) + M² (undissozuert) (1)
Im allgemeinen zeigt die wässrige Lösung von Alkalisilikat eine starke Alkalinität durch seine Hydrolisierung gemäß der folgenden Gleichung (2):
M¹&sub2; SiO&sub3; + H&sub2;O T M¹&sub2; Si&sub2;O&sub5; + M¹OH (2)
[wässrige Lösung von Alkalisilikat]
(mit: M¹&sub2;SiO&sub3; = M¹&sub2;O SiO&sub2;; M¹&sub2;Si&sub2;O&sub5; = M¹&sub2;O 2SiO&sub2; (im Nachfolgenden so repräsentiert)
M²O, etc., reagiert in dem Material mit Alkalisilikat, um ein Silikat von M² und kolloidale Kieselsäure wie beispielsweise in der folgenden Gleichung (3) gezeigt, zu erzeugen:
M¹&sub2;Si&sub2;O&sub5; + M&sub2;O T 2 2 5 + M 0 + H&sub2;0 M²SiO&sub3; + SiO&sub2; + Si(OH)&sub4; + M¹OH (3) (Silikat) (kolloidale Kieselsäure)
Während die katalytische Wirkung des Halogenions X- bei der vorliegenden Erfindung bereits klargestellt ist, kann das folgende angenommen werden. Das heißt, X wirkt auf M², um ein komplexes Ion M²&supmin;m+1 (mit gleich der Oxidationszahl des Metalls M²), welches die Beschleunigung der Hydrolisations und Dehydrations-Reaktion wie in den folgenden Gleichungen (4) bzw. (5) gezeigt, zu unterstützen:
M²X&supmin;m+i + H&sub2;O T M²(OH)m + X&supmin; (4)
M²(OH)m + M¹&sub2;Si&sub2;O&sub5; M²Si&sub2;O&sub5; + M¹OH (5)
Weiterhin dient das Ammoniumion gemäß der vorliegenden Erfindung dazu, das Si-Ion zu aktivieren, wenn kolloidale Kieselsäure aus dem freien Si-Ion im Lauf des Reaktionsschrittes wie durch die Gleichung (3) angegeben, erzeugt wird.
Im Hinblick darauf, daß Fachleute in die Lage versetzt werden sollten, die vorliegende Erfindung in die Praxis umzusetzen, werden die folgenden bevorzugten Beispiele für das Modifizieren von porösen Materialien, das Verfahren zum Modifizieren der porösen Materialien unter Verwendung solcher Modifizierungsmittel und die so modifizierten porösen Materialien präsentiert.

Beispiel 1

Unter Verwendung der folgenden ausgewählten Ingredienzien wurde ein Modifizierungsmittel hergestellt. 3% Gew.Methanol wurden mit einer wässrigen Lösung, die 20 Gew% Natriumsilikat der Zusammensetzung Na&sub2;O 3SiO&sub2;, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, enthielt, vermischt und dann wurden 0,1 mol/kg NH&sub4;ClL (jeweils entsprechend 0,01 mol/kg Ammoniumion und Fluoridion) dem Gesamtgewicht der so erhaltenen Mischungslösung aus Wasser und Alkohol, zugesetzt, wodurch das Modifizierungsmittel hergestellt war.
Unter Verwendung einer Drahtbürste wurden die Oberflächen von Marmor und Betontafeln für die Außenverkleidung als das zu modifizierende Material abgebürstet, um an diesen anhaftende Verschmutzungen zu entfernen, wodurch eine Vorbehandlung durchgeführt wurde.
Auf die gereinigten Oberflächen der vorstehend beschriebenen Materialien wurde Wasser oder warmes Wasser gesprüht, um diese in einen Zustand genügender Feuchtigkeit zu halten, wonach das wie vorstehend hergestellte Modifizierungsmittel aufgesprüht wurde.
Das Modifizierungsmittel wurde wiederholt ergänzt und auf die Oberflächen der modifizierenden Materialien so aufgesprüht, daß der feuchte Zustand, in welchem diese Materialien mit dem Madifizierungsmittel gesättigt sind, für 30 min aufrechterhalten wurde.
Danach wurde, wenn die Oberflächen der Materialien anfingen zu trocknen, auf diese Wasser gesprüht, um das Modifizierungsmittel abzuwaschen. Nach der Beendigung des Waschens wurden die Oberflächen der Materialien abgebürstet und dann wurden sie für drei Stunden getrocknet.
Die so modifizierten Marmor- und Beton-Platten, zeigten, wenn sie als Außenverkleidungsmaterialien verwendet wurden, die Auswirkung der vorliegenden Erfindung bezüglich ihrer Haltbarkeit, Wasserbeständigkeit und der anderen Eigenschaften. Um ihren Prozentsatz an Wasserabsorption und Chemikalienbeständigkeit zu testen, wurden Teststücke der so modifizierten Materialien für eine gewisse, bestimmte Zeitdauer in Wasser und Chemikalien, wie beispielsweise Säure, Lauge, etc., eingetaucht, wonach die Gewichtsänderung gemessen wurde.

Beispiel 2

Es wurde ein Modifizierungsmittel auf die folgende Art und Weise hergestellt, wobei die folgende Auswahl an Bestandteilen verwendet wurde. 3% Gew. Methanol wurden mit einer wässrigen Lösung von Natriumsilikat, das die gleiche Zusammensetzung und die gleiche Konzentration wie beim vorstehend beschriebenen Beispiel 1 aufwies, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, gemischt. Dieser gemischten Lösung wurden 1 Gew% Triethanolamin und Methanollösung (im Verhältnis 1:1) und dann 0,1 mol/kg eines wasserstoffhaltigen Salzes von Ammoniumfluorid MH&sub4; HF&sub2; (entsprechend jeweils Ammoniumion und Fluoridion mit 0,1 mol/kg) der so erhaltenen Lösung zugesetzt, wodurch das Modifizierungsmittel hergestellt war.
Die Oberflächen von Holzpanälen und Spanplatten wurden gereinigt und dann in eine 10%ige wässrige Lösung von Kalziumchlorid eingetaucht, um zu bewirken, daß die wässrige Lösung ausreichend in das Innere des Materials, welches modifiziert werden soll, eindringt, und darauffolgte ein Trocknen desselben.
Die wie vorstehend beschrieben vorbehandelte Spanplatte wurde mit dem vorstehend beschriebenen Modifizierungsmittel auf die gleiche Art und Weise wie beim vorstehenden Beispiel 1 imprägniert, danach wurde sie Behandlungen wie Waschen mit Wasser, Wischen und Trocknen unterzogen. Das Imprägnieren der Holzpanele mit dem Modifizierungsmittel erfolgte unter Druck, die Behandlung danach war die gleiche wie im Fall der Spanplatten.
Das so modifizierte Holzpanel und die Spanplatte haben die Struktur des modifizierten Materials gemäß der vorliegenden Erfindung, von der ausgezeichnete Wirkungen bezüglich Ungiftigkeit, Feuerresistenz, Haltbarkeit usw. wie erwartet erzielt wurden.
Wie insoweit im Vorstehenden erläutert, schafft das Modifizierungsmittel für poröse Materialien, das Verfahren zum Modifizieren von porösen Materialien unter Verwendung eines derartigen Modifizierungsmittel und die so modifizierten porösen Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Wirkungen, die im folgenden aufgezählt werden.

Bezogen auf Baumaterialien

1. Die Eigenschaft der Wetterbeständigkeit steigt, um zu verhindern, daß Wasser eindringt, wodurch die Entstehung von Rissen und das Auftreten infolge von zyklischem Frieren/Auftauen verhindert werden kann, und das Wachstum von Moos kann ebenfalls verhindert werden.
2. Die Struktur des porösen Materials wird verstärkt, wodurch seine Lebensdauer bei Langzeitverwendung als Außenverkleidungsmaterial erhöht wird, und was verhindert, daß feine Risse auftreten. Wenn das Material weiterhin als Straßenunterbau, Fußweg, Parkplatz, etc. verwendet wird, zeigt das modifizierte Material eine verbesserte Strapazierfähigkeit, die Eigenschaft des Staubverhinderns, Wasserfestigkeit usw.
3. Das Festwerden von Kalziumsilikat und kolloidaler Kieselsäure füllt die Poren des modifizierten Materials, so daß seine Oberfläche perfekt abgedichtet ist, um das äußere Erscheinungsbild zu verbessern.
4. Durch die Modifizierungsreaktion rufen jene Fremdsubstanzen, wie beispielsweise Alkali etc. im Material eine Phasenseparation hervor, um an der Oberfläche des Materials isoliert zu werden und von dieser entfernt werden zu können, und der Alkaligehalt, der in der Betonstruktur verbleibt, etc., wird eingeschlossen.
5. Die Chemikalienbeständigkeit erscheint bei dem modifizierten Material wie folgt:
a) Beständigkeit gegenüber verschiedenen Kohlenwasserstoffen und substituierten Kohlenwasserstoffen (beispielsweise halogenierte Kohlenwasserstoffe, Aldehydketone, Alkohole, Amine, oberflächenaktive Stoffe, alifatische Säuren etc.);
b) Beständigkeit gegenüber verschiedenen Ölen (beispielsweise Kraftfahrzeugöle, Maschinenöle, Speiseöle, etc.,);
c) Beständigkeit gegenüber wässriger Lösung von Salzen (Salzwasser etc.), Frostschutzflüssigkeit, etc.
Bezüglich poröser Materialien vom organischen Typ, wie beispielsweise Padier Fasern, Holzmaterialien etc.
1. Verbesserung wird gesehen in der Feuerbeständigkeit, mechanischen Festigkeit, Lebensdauer etc. Obwohl die vorliegende Erfindung soweit im einzelnen anhand der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese Ausführungsformen allein begrenzt, sondern wie für den Fachmann zu ersehen ist, sind jegliche Änderungen und Modifikationen, die ohne Abweichen vom Schutzumfang der Erfindung denkbar sind, in den anhängenden Patentansprüchen aufgeführt.

Claims

1. Modifizierungsmittel für poröses Material, welches im wesentlichen aus einer wässerigen Lösung von Alkalisilikat als Hauptkonstituent besteht, in welchem enthalten sind 0,01 bis 1,0 Mol/kg Ammoniumionen und 0,01 bis 1.0 Mol/kg Halogenionen, wobei die Konzentration des Alkalisilikats mindestens 10 Gewichtsprozent beträgt.

2. Modifizierungsmittel für poröses Material gemäß Anspruch 1, wobei das Alkalisilikat dargestellt wird durch die allgemeine Formel: M&sub2;O nSiO&sub2;, (wobei M Na, K, Li oder Cs ist; und n eine ganze Zahl zwischen 1 und 5).

3. Modifizierungsmittel für poröses Material nach Anspruch 2, wobei die Konzentration des Alkalisilikats im Bereich von 10 bis 50 Gewichtsprozent liegt.

4. Modifizierungsmittel für poröses Material nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei Alkohol der wässerigen Lösung des Alkalisilikats zugefügt ist.

5. Verfahren zum Modifizieren eines Bau- oder Konstruktionsmaterials mit den Schritten:

a) Eindringenlassen der wässerigen Lösung des Alkalisilikats in das Baumaterial;

b) Unterziehen des Calciums, Magnesiums und Aluminiums in dem Baumaterial einer Ionensubstitutionsreaktion mit Alkalimetall in dem Alkalisilikat, mit Halogenionen als Katalysator in der Anwesenheit von Amoniumionen; und

c) Füllen der Poren des Baumaterials durch Deposition mit dem so produzierten Silikat mit Calciumsilikat als Hauptkonstituent und kolbidaler Kieselsäure, um dadurch das Material nicht-pöros zu machen.

6. Verfahren zum Modifizieren von Bau- oder Konstruktionsmaterial des Anspruchs 5, wobei Alkalisilikat dargestellt wird durch die allgemeine Formel: M&sub2;O nSiO&sub2;, (wobei M Na, K, Li oder Cs ist; und n eine ganze Zahl zwischen 1 und 5).

7. Verfahren zum Modifizieren von Bau- oder Konstruktionsmaterial nach Anspruch 6, wobei die Konzentration des Alkalisilikats im Bereich von 10 bis 50 Gewichtsprozent. liegt.

8. Verfahren zum Modifizieren von Bau- oder Konstruktionsmaterial nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei Alkohol der wässerigen Lösung und Alkalisilikat zugefügt wird.

9. Verfahren zum Modifizieren von Webstoffen, Papieroder Holzmaterial mit den Schritten:

a) Imprägnieren des Materials mit einer wässerigen Lösung die mindestens eine Substanz enthält, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium, Magnesium, Aluminium und zwei oder mehr von Ionen dieser Substanzen, gefolgt durch Trocknen des imprägnierten Materials;

b) anschließendes Eindringenlassen einer wässerigen Lösung aus Alkalisilikat in die Materialien;

c) Unterziehen des Calciums, Magnesiums und Aluminiums in dieses Material einer Ionensubstitutionsreaktion mit Alkalimetall in dem Alkalisilikat, mit Halogenionen als Katalysator bei Anwesenheit von Ammoniumionen,

d) Füllen der Poren des porösen Materials durch Deposition mit dem so produzierten Silikat mit Calciumsilikat als Hauptkonstituent und kolbidaler Kieselsäure, um dadurch das Material nicht-porös zu machen.

10. Verfahren zur Modifizierung von Webstoffen, Papieroder Holzmaterial nach Anspruch 91 wobei das Alkalisilikat dargestellt wird durch die allgemeine Formel: M&sub2;O nSiO&sub2;, (wobei M Na, K, Li oder Cs ist; und n eine ganze Zahl zwischen 1 und 5).

11. Verfahren zur Modifizierung von Webstoffen, Papieroder Holzmaterial nach Anspruch 10, wobei die Konzentration des Alkalisilikats im Bereich von 10 bis 50 Gewichtsprozent liegt.

12. Verfahren zur Modifizierung von Webstoffen, Papier- oder Holzmaterial nach Anspruch 9, 10 oder 11 wobei Alkohol der wässerigen Lösung und Alkalisilikat zugefügt wird.

13. Modifiziertes Bau- oder Konstruktionsmaterial, welches nicht-porös gemacht wurde durch Eindringenlassen einer wässerigen Lösung von Alkalisilikat in das Bau- oder Konstruktionsmaterial; Unterziehen des Calciums, Magnesiums und Aluminiums im Baumaterial einer Ionensubstitutionsreaktion mit Alkalimetall in dem Alkalisilikat, mit Halogenionen als Katalysator bei Anwesenheit von Ammoniumionen; und Ablagerungsausfüllung der Hohlräume des Baumaterials mit dem so produzierten Silikat mit Calciumsilikat als Hauptkonstituent und kolloidaler Kieselsäure.

14. Modifiziertes Webstoff-, Papier- und Holzmaterial, welches nicht-porös gemacht wurde, durch Imprägnation der Materialien mit einer wässerigen Lösung beinhaltend mindestens eine Substanz aus der Gruppe Calcium, Magnesium, Aluminium und zwei oder mehr Ionen der Substanzen, gefolgt von einem Trocknen des imprägnierten Materials; anschließendes Eindringenlassen von wässeriger Lösung von Alkalisilikat in das Material; Unterziehen des Calciums, Magnesiums und Aluminiums in dem porösen Material einer Ionensubstitutionsreaktion mit Alkalimetall in dem Alkalisilikat, mit Halogenionen als Katalysator in Anwesenheit von Ammoniumionen; und Ablagerungsfüllen der Hohlräume des porösen Materials mit dem so produzierten Silikat mit Calciumsilikat als Hauptkonstituent und kolbidaler Kieselsäure.