EP3759175A1 - Silikatbeschichtungen - Google Patents

Silikatbeschichtungen

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EP3759175A1
EP3759175A1 EP19707325.7A EP19707325A EP3759175A1 EP 3759175 A1 EP3759175 A1 EP 3759175A1 EP 19707325 A EP19707325 A EP 19707325A EP 3759175 A1 EP3759175 A1 EP 3759175A1
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EP
European Patent Office
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weight
silicate
composition according
content
water
Prior art date
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Pending
Application number
EP19707325.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Troll
Jack Van Leeuwen
Gerald Burgeth
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Sto SE and Co KGaA
Original Assignee
Sto SE and Co KGaA
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C08K5/15—Heterocyclic compounds having oxygen in the ring

Definitions

  • the invention relates to silicate coatings, especially silicate paints and dispersion silicate paints, comprising at least one basic silicate, at least one filler and / or pigment, water for adjusting a pasty consistency, optionally at least one organic binder and optionally conventional additives.
  • Silicate paints are a very important special case of mineral paints. They contain, as is exemplified in detail in Wikipedia, in addition to inorganic colorants as the main component of a potassium-containing alkali metal silicate, also as
  • the binding agent water glass is highly resistant to UV influences. While organic binders such as acrylate or silicone resin dispersions embrittle over the years under the influence of UV radiation and lead to chalking phenomena, cracks and, as a consequence, paint damage, the inorganic binding agent water glass remains stable. The chemical bonding with the substrate and the UV stability of the binder are the main reasons for the extremely long life of
  • Silicate paints For setting, silicate paints require a mineral, siliceous base. Therefore, they are suitable for mineral substrates such as mineral plasters and concrete.
  • Silicate paints are enormously color stable. After they are only tinted with mineral pigments and these do not change in color due to UV light, the silicate coatings also remain constant in color for decades. Basically, three types of silicate paints are historically distinguished, the definitions of which are not intended to limit the invention:
  • the pure silicate paint consists of two components, a dry or colorless powder mixed in water and the liquid binder water glass.
  • the processing requires a lot of experience and know-how. It is especially popular in the historical area.
  • Silicate paints according to the invention can be used in
  • Dispossion silicate paints The range of application of this type of silicate paint is significantly greater than that of the pure silicate paint, because even substrates with lower strengths and / or organic proportions can be coated. In addition, the processing is easier than with the pure silicate paint.
  • Dispersion silicate paints can contain more than 5% by mass of organic matter
  • Additives, in particular binders include. Since 2002, there is a third category of silicate paint, the so-called sol-silicate paint. It contains as a binder a combination of silica sol and water glass. The organic content is limited to 5% by mass, as in the case of the dispersion silicate paint, in order to obtain a chemical setting and the silicate-typical starches.
  • the sol silicate paint also allows for use
  • silicate and dispersion silicate coatings should (also) be suitable for applications on absorbent, mineral and / or basic, cementitious substrates.
  • silicate-bound coatings have clear weaknesses here.
  • critical substrates eg absorbent, mineral and / or basic, cementitious substrates
  • the silicate-bound coating dries too quickly due to the acceleration of the silicification reaction due to the basicity of the substrate.
  • Critical substrates especially basic absorbent substrates, are regularly inhomogeneously critical resp. absorbent. There are places or areas that are more or less critical resp. are sucking. That's why it comes to
  • Silicate coatings are available, which allow the spot - free drying on critical substrates, without any pretreatment of the
  • silicate coatings should be as easy to process as comparable conventional silicate paints or dispersion silicate paints.
  • Disperse silicate paints and other disperse silicate coatings are hydrous, liquid or pasty before their intended use
  • Base silicates in the sense of the invention are silicates which on contact with H 2 O due to the presence on the surface of the silicates of at least one
  • the "basic silicates” include basic alkali and alkaline earth silicates.
  • Basic silicates contain on the surface at least one of the following basic groups or ions:
  • Metasilicate - groups or ions
  • a coating, composition, paint, plaster and the like in the sense of the invention means both the not yet processed product and the product after its processing.
  • silicate paint or “silicate coating” includes the hydrous liquid or pasty coating composition prior to its application, as well as the solid, more or less dry, coating resulting from the application.
  • a silicate coating in the sense of the invention comprises a liquid or pasty composition which can be produced from a dry or colorless powder mixed with water and a basic silicate such as, in particular, water glass as a liquid binder, and the additives according to the invention, in particular for delaying the setting, according to the definition in claim 1.
  • a dispersion silicate coating in the sense of the invention comprises a one-component silicate coating with organic additives (eg.
  • a sol-silicate coating according to the invention is a silicate coating according to the invention or dispersion-silicate coating in the above sense, as defined in claim 1, but contains as binder a combination of silica sol and water glass.
  • the organic fraction is as in the case of the dispersion silicate coating according to the invention.
  • silicate paints disperse silicate paints, similar silicate-containing compositions (eg, sol-silicate paints, others).
  • Coatings as paints and emulsion paints with an addition of basic silicates are collectively referred to as "silicate coatings.”
  • “Coating” and “composition” are basically synonymous.
  • the invention also includes compositions whose silicate content differs from the usual silicate compositions.
  • the invention therefore also encompasses compositions with substantially lower contents of silicates, particularly basic silicates, and substantially higher contents of at least one organic binder compared to conventional (for example the abovementioned) compositions or coatings.
  • the content of organic binder can be well over 5 wt.% And outweigh the silicate content, even far outweigh.
  • Such compositions correspond
  • Dispersion coatings with an addition of basic silicates as an additive are by weight unless otherwise specified.
  • the invention solves the problem of staining or streaking when applying silicate coatings to absorbent and / or strongly alkaline substrates basically by delaying the silicification reaction.
  • Delay is caused by the addition of a water-soluble carbohydrate to the silicate coating not yet applied.
  • the invention therefore relates to silicate coatings, especially silicate paints, comprising at least one basic silicate, at least one filler and / or pigment, at least one water-soluble carbohydrate, water for adjusting a pasty consistency, optionally at least one organic binder and optionally conventional additives.
  • silicate coatings or dispersion silicate coatings on purely polymcrgcbundcncn old coatings also leads to adhesion problems, if the substrate is not appropriate
  • Embodiments of the coating compositions according to the invention can also be applied without problems to such substrates.
  • the basic silicate according to the invention in preferred embodiments of the invention is an alkaline earth silicate, in particular calcium silicate, for example cement, cement clinker, granulated slag and / or hydraulic lime, and / or an alkali metal silicate, for example lithium, sodium or potassium water glass.
  • alkaline earth silicate in particular calcium silicate, for example cement, cement clinker, granulated slag and / or hydraulic lime, and / or an alkali metal silicate, for example lithium, sodium or potassium water glass.
  • Especially preferred embodiments of the invention contain both alkaline earth silicate and alkali silicate.
  • the basic silicate is used in the case of alkaline earth silicates as hydrate-free silicate, i. free or at least substantially free of alkaline earth or calcium silicate hydrate (CSH) phases.
  • CSH calcium silicate hydrate
  • Hydrate-free calcium silicates are components of cement clinker or of cement.
  • cement clinker cement
  • cement cement
  • cement cement
  • cement cement
  • cement the fired component of the cement, which is responsible for the curing with the addition of water, and the carrier the basic silicates is.
  • Cement is made by grinding cement clinker with Ca sulfates.
  • Cement clinker is produced by sintering at high temperatures of limestone, clay (marl) and quartz sand.
  • the clinker mainly consists of the following phases:
  • Tricalcium silicate (alite), short C3S (3 CaO * Si0 2 ) Dicalcium silicate (Belit), in short C2S (2 CaO * Si0 2 )
  • the calcium silicate phases because they cause the strong increase in pH when mixed with water.
  • the aluminate phases as well as the CaO are less of interest because they do not react as strongly basic as the hydrate-free silicates. That Cement and clinker with a particularly high content of basic silicates (more C2S phases than C3S phases) are of great importance, since this basic silicate contributes significantly more to the increase in pH than CaO. It is the stronger base.
  • the proportion of SiO 2 must not be too high and should be less than 50%, better less than 40%, better still less than 30%. Otherwise, the cement condenses too fast and is difficult to delay. Therefore, not only cement and clinker can serve as a source for the calcium silicate phases, but also slag sands, which are usually from about 30-45% CaO, 30 ⁇ 15% SiO 2, 5-15% A1203, 4-17% MgO , 0.5-1% S and traces of other elements.
  • blastfurnace slag Due to the high proportion of SiO2, blastfurnace slag is very well suited, but above all due to the fact that blastfurnace slag is a latent hydraulic binder. Latent means that blastfurnace slag is relatively slow to react and does not set quickly. Since a setting of the hydraulic additive is not desirable, the blastfurnace slag is very well suited. But it is much more expensive than cement / cement clinker.
  • alkali silicates Li, Na, K water glass, silica sols
  • hydrate-free alkali metal silicates solid
  • the basic silicate preferably comprises a hydrate-free Erdalakalisilikat, preferably calcium silicate (tricalcium silicate (Alit, 3 CaO * SiO 2),
  • Dicalcium silicate (Belit, 2 CaO * SiO 2). This is especially preferred
  • Alkaline earth silicate entirely of calcium silicate.
  • the basic silicate also preferably comprises an alkali silicate, especially water glass.
  • the basic silicate comprises both alkaline earth and alkali silicate.
  • the content of basic silicate in preferred embodiments is at most 6% by weight, preferably at least 0.01% by weight, more preferably between 0.01 and 4% by weight, more preferably between 0.01% by weight and 2% by weight, more preferably between 0.01 and 1% by weight, more particularly between 0.05% by weight and 0.5% by weight, based on the total weight of the composition.
  • substance is a water-soluble carbohydrate, which is preferably selected from saccharides, in particular mono-, di- and oligosaccharides, especially from sugars, amino sugars and deoxysugars.
  • saccharides in particular mono-, di- and oligosaccharides, especially from sugars, amino sugars and deoxysugars.
  • Monosaccharides and disaccharides as well as table sugars (sucrose) and / or glucosamine are particularly preferred.
  • hydroxycarboxylic acids such as, in particular, sugar acids and their salts and derivatives can be used.
  • Polysaccharides such as starch and other substances used as thickeners in the prior art are less suitable as retarding agents because of their poor solubility or
  • Preferred embodiments of the invention have a content of at most 1.0% by weight, preferably at least 0.001% by weight, more preferably between 0.005% by weight and 0.5% by weight, even more preferably between 0.005% by weight and 0.1 Wt.% And most preferably between 0.01 wt.% And 0.08 wt.% Of at least one water-soluble carbohydrate, based on the total weight of
  • Preferred embodiments of the invention have a content of at least one organic binder between 1% by weight and 40% by weight, preferably between 2% by weight and 30% by weight, particularly preferably between 2.5% by weight and 25% by weight, each calculated as a solid.
  • compositions according to the invention have a content of at least one filler and / or pigment between 10% by weight and 90% by weight, preferably between 20% by weight and 85% by weight, particularly preferably between 25% by weight and 80% by weight. exhibit.
  • the water content of the compositions is preferably between 5% by weight and 50% by weight.
  • the at least one organic binder is preferably selected from the group consisting of homopolymers, copolymers or terpolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid, itaconic acid and acid esters such as ethyl acrylate,
  • butyl acrylate Styrene, substituted or unsubstituted vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl propionate, ethylene, butadiene, versatate, acrylamides and acrylonitrile;
  • water-dilutable alkyd polymers combinations of (meth) acrylic / alkyd polymers, polyvinyl alcohol and mixtures thereof, preference being given to homopolymers or copolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid.
  • the at least one filler or pigment is preferably selected from the group consisting of pyrogenically precipitated silica, precipitated silica, silicon-aluminum mixed oxides, alkaline earth carbonates such as calcium carbonate, silica, silicates, e.g. Aluminosilicates, sulfates, e.g. Barium sulfates, titanium dioxide, colored pigments, e.g.
  • compositions of the invention have a content of at least one additive such as a rheology additive, a defoamer, a hydrophobing agent, a wax or wax preparation, a stabilizer, fibers, a film-forming aid, and a dispersing and wetting agent.
  • a rheology additive such as a rheology additive, a defoamer, a hydrophobing agent, a wax or wax preparation, a stabilizer, fibers, a film-forming aid, and a dispersing and wetting agent.
  • the compositions according to the invention can be used to advantage to realize a plaster, a paint, in particular an emulsion paint, a decorative finish coating or the like.
  • Embodiment 1 Emulsion paint:
  • Aqueous polymer dispersion (about 50% solids content) 30 parts by weight of fillers and pigments 37 parts by weight of basic silicates 0.5 part by weight of sugar 0.05 part by weight
  • Additives in particular rheology additives, fly-dabbing agents, defoamers,
  • the pH of this dye batch was 11.6; even after 16 weeks at 11.7.
  • Embodiment 2 Dispersion Silicate Paint:
  • Aqueous polymer dispersion (about 50% solids content) 9 parts by weight
  • Film-forming aids, fibers, dispersants, etc. 3.5 parts by weight
  • Aqueous polymer dispersion (about 50% solids content) 8 parts by weight of fillers and pigments 54 parts by weight of basic silicates 1, 5 parts by weight of sugar 0.05 part by weight
  • Additives in particular rheology additives, water repellents, defoamers,
  • Film-forming aids, fibers, dispersants, etc. 4 parts by weight
  • the rheological properties (viscosity) remained virtually unchanged during this period. It could be detected sensory no microbial infestation.
  • the emulsion paint proved to be storage stable.
  • Indicator paper determined. The pH was about 11 in all cases.
  • compositions according to the invention combine the advantages of silicate coatings or dispersion silicate coatings with those of pure dispersion coatings, without having the disadvantages of the respective other genus.
  • the coating compositions according to the invention are resistant to soiling and fouling and also solidify the substrate by the slow silicification.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Silikatbeschichtung, umfassend wenigstens ein basisches Silikat, wenigstens einen Füllstoff und/oder Pigment, wenigstens ein wasserlösliches Kohlehydrat, Wasser zur Einstellung einer flüssigen oder pastösen Konsistenz, gegebenenfalls wenigstens ein organisches Bindemittel und ggf. übliche Additive.

Description

Silikatbeschichtungen
-
Die Erfindung betrifft Silikatbeschichtungen, speziell Silikatfarben und Dispersions- Silikatfarben, umfassend wenigstens ein basisches Silikat, wenigstens einen Füllstoff und/oder Pigment, Wasser zur Einstellung einer pastösen Konsistenz, gegebenenfalls wenigstens ein organisches Bindemittel und ggf übliche Additive.
Technisches Gebiet der Erfindung
Silikatfarben sind ein sehr wichtiger Spezialfall der Mineralfarben. Sie enthalten, wie beispielsweise in der Wikipedia ausführlich dargesteht wird, neben anorganischen Farbmitteln als Hauptbestandteil ein kaliumhaltiges Alkalisilikat, auch als
Wasserglas bekannt. Ein Anstrich mit Silikatfarben verbindet sich durch
Verkieselung unlösbar mit dem Untergrund. Das Ergebnis ist eine überaus beständige Verbindung zwischen Anstrich und Anstrichträger. Zudem ist das Bindemittel Wasserglas höchst beständig gegen UV-Einflüsse. Während organische Bindemittel wie Acrylat- oder Siliconharzdispersionen unter UV-Einfluss im Laufe der Jahre verspröden und zu Kreidungserscheinungen, Rissen und in Folge zu Anstrichschäden führen, bleibt das anorganische Bindemittel Wasserglas stabil. Die chemische Verbindung mit dem Untergrund und die UV-Stabilität des Bindemittels sind die wesentlichen Gründe für die außerordentlich hohe Lebensdauer von
Silikatfarben. Zum Abbinden setzen Silikatfarben einen mineralischen, siliziumhaltigen Grund voraus. Daher eignen sie sich für mineralische Untergründe wie mineralische Putze und Beton.
Silikatfarben sind enorm farbtonstabil. Nachdem sie ausschließlich mit mineralischen Pigmenten getönt werden und diese sich durch UV-Licht im Farbton nicht verändern, bleiben auch die Silikatanstriche über Jahrzehnte im Farbton konstant. Grundsätzlich werden historisch drei Typen von Silikatfarben unterschieden, wobei deren Definitionen die Erfindung nicht beschränken sollen:
Die reine Silikatfarbe besteht aus zwei Komponenten, einem trockenen oder in Wasser angeteigten Farbpulver und dem flüssigen Bindemittel Wasserglas. Die Verarbeitung erfordert viel Erfahrung und Know-how. Sie ist besonders im historischen Bereich verbreitet. Erfindungsgemäße Silikatfarben können im
Unterschied hierzu weitere Bestandteile umfassen.
Mitte des 20. Jahrhunderts wurde die erste einkomponentige Silikatfarbe entwickelt. Durch Zugabe von bis zu 5 Masse-Prozent organischen Additiven (z. B.
Acrylatdispersion, Hydrophobierungsmittel, Verdicker o. ä.) kann die Farbe anwendungsfertig im Eimer angeboten werden. Man spricht hier von sog.
„Dispersions-Silikatfarben“ Die Anwendungsbreite dieser Silikatfarbentype ist gegenüber der reinen Silikatfarbe deutlich größer, weil auch Untergründe mit geringeren Festigkeiten und/oder organischen Anteilen beschichtbar sind. Zudem ist die Verarbeitung einfacher als bei der reinen Silikatfarbe. Erfindungsgemäße
Dispersions-Silikatfarben können mehr als 5 Masse-Prozent an organischen
Additiven, insbesondere Bindemitteln, umfassen. Seit 2002 existiert eine dritte Kategorie von Silikatfarbe, die sog. Sol-Silikatfarbe. Sie enthält als Bindemittel eine Kombination aus Kieselsol und Wasserglas. Der organische Anteil ist wie bei der Dispersions-Silikatfarbe auf 5 Masse-Prozent beschränkt, um eine chemische Abbindung und die silikattypischen Stärken zu erhalten. Die Sol-Silikatfarbe ermöglicht auch eine Verwendung auf
nichtmineralischen Putzen. Hier erfolgt die Bindung chemisch und physikalisch. Diese Farben sind einfach und sicher auf nahezu allen üblichen Untergründen zu verarbeiten. Bekannte Silikat- und Dispersions-Silikatbeschichtungen sollen sich (auch) für Anwendungen auf saugfähigen, mineralischen und/oder basischen, zementösen Untergründen eignen. Solche silikatgebundene Beschichtungen haben hier jedoch deutliche Schwächen. Bei kritischen Untergründen (z. B. saugfähige, mineralische und / oder basische, zementöse Untergründe) kommt es zu einem zu schnellen Auftrocknen der silikatgebundenen Beschichtung aufgrund der Beschleunigung der Verkieselungsreaktion bedingt durch die Basizität des Untergrunds. Nach Kontakt des silikatischen Bindemittels auf dem basischen Substrat kommt es sofort zur Reaktion des silikatischen Bindemittels mit den ,reaktiven‘ Komponenten des Substrats (Ca(OH)2, andere basische Silikate und / oder (silikatische) Füllstoffe mit Oberflächen-OH-Gruppen). Diese Verkieselungsreaktion setzt sofort ein, die Penetration in das Substrat ist gestört.
Kritische Untergründe, insbesondere basische saugfähige Untergründe, sind regelmäßig inhomogen kritisch resp. saugend. Es gibt Stellen oder Bereiche, die mehr oder weniger kritisch resp. saugend sind. Deshalb kommt es zur
Fleckenbildung, wenn der Untergrund nicht durch Vorbehandlung (Grundieren und/oder Fluatieren)„homogenisiert“ wird. Fluatierung ist die Neutralisation und Härtung alkalischer Untergründe durch Aufträgen eines Fluats, eines Salzes der Hexafluoridokieselsäure (Fluoridosilicate). Bei der Anwendung von Silikatbeschichtungen bzw. Dispersions- Silikatbeschichtungen auf rein polymcrgcbundcncn Altbeschichtungen kommt es ebenfalls zu Haftungsproblemen, falls der Untergrund nicht entsprechend vorbehandelt wird. Die Verkieselung mit dem Untergrund kann nicht stattfinden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine wesentliche Aufgabe der Erfindung,
Silikatbeschichtungen bereitzustehen, die das fleckenfreie Auftrocknen auf kritischen Untergründen ermöglichen, ohne dass eine Vorbehandlung des
Untergrunds (Grundieren und/oder Fluatieren) notwendig ist.
Diese Silikatbeschichtungen sollen sich so einfach verarbeiten lassen wie vergleichbare herkömmliche Silikatfarben bzw. Dispersions-Silikatfarben.
Dispersions-Silikatfarben und andere Dispersions-Silikatbeschichtungen sind vor ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung wasserhaltige, flüssige oder pastöse
Gemische. Sie müssen zwischen ihrer Herstellung und ihrer Verwendung oft lange Lagerzeiten von Wochen oder Monaten überdauern, während derer sie sich nicht relevant verändern dürfen. Wegen des Gehalts an organischen Bindemitteln in wässrigem Medium besteht die Gefahr, dass die Zusammensetzungen von Mikroben befallen werden, die sich von dem Bindemittel und anderen organischen Zusätzen ernähren. Das kann zur Unbrauchbarkeit der befallenen Zusammensetzung führen und muss daher wirksam verhindert werden.
Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, Silikatbeschichtungen zu schaffen, die wirksam vor mikrobiellem Befall geschützt sind.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben dienen erfindungsgemäß die
Merkmalskombinationen der beigefügten unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Definitionen:
„Basische Silikate“ im Sinne der Erfindung sind Silikate, die beim Kontakt mit H20 aufgrund der Anwesenheit an der Oberfläche der Silikate von mind. einer
Basenfunktion mit einer Basenstärke kleiner 5 (pKb < 5) stark alkalisch reagieren. Die„Basischen Silikate“ umfassen basische Alkali- und Erdalkalisilikate.
Basische Silikate enthalten auf der Oberfläche wenigstens eine der folgenden basischen Gruppen oder Ionen:
• freie Oxid-Ionen (O2 ), pKb = - 15
• freie Hydroxid-Ionen (OH ), pKb = - 1,8
Orthosilikat - Gruppen bzw. Ionen:
- Si04 4 pKb = 0
- HSi04 3 pKb = 1 bzw. Si04 3~ - Gruppen
- H2Si04 2- pKb = 2,2 bzw. Si04 2~ - Gruppen
- H3Si04 - pKb = 4,3 bzw. Si04 - Gruppen
Metasilikat - Gruppen oder Ionen:
- SiOs 2 pKb = 2,2
- HS1O3 pKb = 4,5 bzw. S1O3 - Gruppen
Sofern nichts anderes ausdrücklich angegeben ist, bezeichnet eine Beschichtung, Zusammensetzung, Farbe, Putz und dgl. im Sinne der Erfindung sowohl das noch nicht verarbeitete Produkt als auch das Produkt nach seiner Verarbeitung.
„Silikatfarbe“ oder„Silikatbeschichtung“ umfasst also die wasserhaltige flüssige oder pastöse Beschichtungszusammensetzung vor ihrer Auftragung, als auch die feste, mehr oder weniger trockene Beschichtung, die durch die Auftragung entsteht. Eine Silikatbeschichtung im Sinne der Erfindung umfasst eine flüssige oder pastöse Zusammensetzung, die aus einem trockenen oder in Wasser angeteigten Farbpulver und einem basischen Silikat wie insbesondere Wasserglas als flüssigem Bindemittel erzeugt werden kann, sowie die erfindungsgemäßen Zusätze, insbesondere zur Verzögerung des Abbindens, entsprechend der Definition im Patentanspruch 1.
Eine Dispersions-Silikatbeschichtung im Sinne der Erfindung umfasst eine einkomponentige Silikatbeschichtung mit organischen Additiven (z. B.
Acrylatdispersion, Hydrophobierungsmittel, Verdicker o. ä) und erfindungsgemäßen Zusätzen, insbesondere zur Verzögerung des Abbindens, entsprechend der Definition im Patentanspruch 1.
Eine Sol-Silikatbeschichtung im Sinne der Erfindung ist eine erfindungsgemäße Silikatbeschichtung oder Dispersions-Silikatbeschichtung im obigen Sinn, entsprechend der Definition im Patentanspruch 1., enthält aber als Bindemittel eine Kombination aus Kieselsol und Wasserglas. Der organische Anteil ist wie bei der erfindungsgemäßen Dispersions-Silikatbeschichtung.
Im Kontext der Erfindung werden Silikatfarben, Dispersions-Silikatfarben, ähnliche silikat-enthaltende Zusammensetzungen (z. B. Sol-Silikatfarben, andere
Beschichtungen als Farben) und Dispersionsfarben mit einem Zusatz von basischen Silikaten auch kollektiv als„Silikatbeschichtungen“ bezeichnet.„Beschichtung“ und „Zusammensetzung“ sind grundsätzlich synonym.
Die Erfindung umfasst auch Zusammensetzungen, deren Silikatgehalt von dem üblicher Silikatzusammensetzungen abweicht. Die Erfindung umfasst daher auch Zusammensetzungen mit, im Vergleich zu herkömmlichen (beispielsweise den oben genannten ) Zusammenseztungen oder Beschichtungen wesentlich geringeren Gehalten an Silikaten, besonders basischen Silikaten, und wesentlich höheren Gehalten an wenigstens einem organischen Bindemittel. Der Gehalt an organischem Bindemittel kann weit über 5 Gew.% liegen und den Silikatgehalt überwiegen, sogar weit überwiegen. Derartige Zusammensetzungen entsprechen
Dispersionsbeschichtungen mit einem Zusatz von basischen Silikaten als Additiv. Prozentangaben sind Gewichtsprozente, sofern nichts anderes angegeben ist.
Detaillierte Darstellung der Erfindung
Die Erfindung löst das Problem der Flecken- oder Streifenbildung beim Auftrag von Silikatbeschichtungen auf saugende und/oder stark alkalische Untergründe grundsätzlich durch eine Verzögerung der Verkieselungsreaktion. Diese
Verzögerung wird durch Zusatz eines wasserlöslichen Kohlehydrats zu der noch nicht aufgetragenen Silikatbeschichtung bewirkt.
Die Erfindung betrifft daher Silikatbeschichtungen, speziell Silikatfarben, umfassend wenigstens ein basisches Silikat, wenigstens einen Füllstoff und/oder Pigment, wenigstens ein wasserlösliches Kohlehydrat, Wasser zur Einstellung einer pastösen Konsistenz, gegebenenfalls wenigstens ein organisches Bindemittel und ggf. übliche Additive.
Bei der Anwendung von Silikatbeschichtungen bzw. Dispersions- Silikatbeschichtungen auf rein polymcrgcbundcncn Altbeschichtungen kommt es ebenfalls zu Haftungsproblemen, falls der Untergrund nicht entsprechend
vorbehandelt wird. Die Verkieselung mit dem Untergrund kann nicht stattfinden.
Wegen des hohen Anteils an organischem Polymerbindemittel und bei einem relativ geringen Anteil an basischen Silikaten sind entsprechende bevorzugte
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen auch problemlos auf solchen Untergründen applizierbar.
Es ist also ggfs keine aufwendige Untergrundbehandlung sowohl bei saugenden, alkalischen Untergründen als auch bei nicht verkieselungsfähigen Untergründen nötig. Das basische Silikat im Sinne der Erfindung ist in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ein Erdalkalisilikat, insbesondere Calciumsilikat, zum Beispiel Zement, Zementklinker, Hüttensand und/oder hydraulischer Kalk, und/oder ein Alkalisilikat, zum Beispiel Lithium-, Natrium oder Kalium-Wasserglas. Speziell bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung enthalten sowohl Erdalkalisilikat als auch Alkalisilikat.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wird das basische Silikat im Falle der Erdalkalisilikate als hydratfreies Silikat eingesetzt, d.h. frei oder zumindest weitgehend frei von Erdalkali- oder Calciumsilikathydrat-Phasen (CSH). Darunter versteht nicht nur der Fachmann, dass die Erdalkalisilikate bzw. die Erdalkalisilikat enthaltenden Stoffe wie Zement in nicht abgebundenem Zustand eingesetzt werden. Der Nachweis von CSH-Phasen gelingt z. B. in bekannter Weise mittels Röntgendifffaktometrie.
Hydratfreie Calciumsilikate sind Bestandteile von Zementklinker bzw. von Zement. Im Rahmen der Erfindung werden die Begriffe Zementklinker (kurz: Klinker) und Zement häufig als Synonym verwendet, wobei korrekterweise zu beachten ist, dass der Zementklinker der gebrannte Bestandteil des Zements ist, der für die Aushärtung unter Beimengung von Wasser zuständig ist, und der Träger der basischen Silikate ist.
Zement wird hergestellt durch Vermahlung von Zementklinker mit Ca-Sulfaten. Zementklinker werden durch das Sintern bei hohen Temperaturen von Kalkstein, Ton (Mergel) und Quarzsand hergestellt.
Der Klinker besteht hauptsächlich aus folgenden Phasen:
Tricalciumsilikat (Alit), bauchemisch kurz C3S (3 CaO * Si02) Dicalciumsilikat (Belit), kurz C2S (2 CaO * Si02)
Tricalciumaluminat, kurz C3A (3 CaO * AI2O3)
Tetracalciumaluminatferrit, kurz C4AF bzw. C4(A,F) (4 CaO * AI2O3 * Fe203) und C2(A,F).
Die chemischen Reaktionen der Haupt-Klinkerphase mit dem Anmachwasser zu Calciumsilikathydrat lassen sich vereinfacht wie folgt darstellen:
2C3S + 6H -»· CSH + 3CH
Ausgeschrieben:
Von besonderem Interesse sind erfindungsgemäß die Calciumsilikat-Phasen, denn sie bewirken beim Vermischen mit Wasser den starken pH-Anstieg. Die Aluminat- Phasen sowie das CaO sind weniger von Interesse, weil sie nicht so stark basisch reagieren wie die hydratfreien Silikate. D.h. es sind Zement und Klinker mit besonders hohem Gehalt an basischen Silikaten (mehr C2S-Phasen als C3S-Phasen) von großer Bedeutung, da dieses basische Silikat wesentlich mehr zur Steigerung des pH-Werts beiträgt als CaO. Es ist die stärkere Base.
Bevorzugt sind Silikat-„reiche“ Zemente und Klinker mit Si02 -Anteil größer als 10%, besser > 15% noch besser > 20%.
Der Si02-Anteil darf aber auch nicht zu hoch sein und soll unter 50% liegen, besser unter 40%, noch besser unter 30%. Sonst kondensiert der Zement zu schnell und ist nur schwer verzögerbar. Deshalb können nicht nur Zement und Klinker als Quelle für die Calciumsilikat- Phasen dienen, sondern auch Hüttensande, die in der Regel aus ca. 30-45 % CaO, 30^15 % Si02, 5-15 % A1203, 4-17 % MgO, 0,5-1 % S und Spuren anderer Elemente bestehen.
Aufgrund des hohen Si02-Anteils ist Hüttensand sehr gut geeignet, vor allem aber auch durch die Tatsache, dass Hüttensand ein latent hydraulisches Bindemittel ist. Latent bedeutet, dass Hüttensand relativ reaktionsträge ist und nicht schnell abbindet. Da ein Abbinden des hydraulischen Additivs nicht erwünscht ist, ist der Hüttensand sehr gut geeignet. Aber er ist wesentlich teurer als Zement / Zementklinker.
Aufgrund der Kosten sind bei Verwendung von Zement Portlandzement,
Weisszement oder entsprechende Kompositzemente bevorzugt.
In der breitesten Ausführung können als basische Silikate Alkali-Silikate (Li-, Na-, K-Wasserglas, Kieselsole) und/oder die hydratfreien Alkalisilikate (festes
Wasserglas) eingesetzt werden.
Das basische Silikat umfasst vorzugsweise ein hydratfreies Erdalakalisilikat, vorzugsweise Calciumsilikat (Tricalciumsilikat (Alit, 3 CaO * Si02),
Dicalciumsilikat (Belit, 2 CaO * Si02 ). Besonders bevorzugt besteht das
Erdalkalisilikat vollständig aus Calciumsilikat.
Das basische Silikat umfasst ebenfalls vorzugsweise ein Alkalisilikat, speziell Wasserglas.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das basische Silikat sowohl Erdalkali- als auch Alkalisilikat.
Der Gehalt an basischem Silikat beträgt in bevorzugten Ausführungsformen maximal 6 Gew.%, vorzugsweise wenigstens 0,01 Gew.%, mehr bevorzugt zwischen 0,01 und 4 Gew.%, noch mehr bevorzugt zwischen 0,01 Gew.% und 2 Gew.%, weiter bevorzugt zwischen 0,01 und 1 Gew.%, spezieller zwischen 0,05 Gew.% und 0.5 Gew.%., bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Die das Abbinden bzw. die Verkieselung des basischen Silikats verzögernde
Substanz ist in bevorzugten Ausführungsformen ein wasserlösliches Kohlehydrat, das vorzugsweise ausgewählt ist aus Sacchariden wie insbesondere Mono-, Di- und Oligosacchariden, speziell aus Zuckern, Aminozuckem und Desoxyzuckem. Mono- und Disaccharide sowie Haushaltszucker (Saccharose) und/oder Glucosamin sind besonders bevorzugt. Weiterhin können Hydroxycarbonsäuren wie insbesondere Zuckersäuren und deren Salze und Derivate eingesetzt werden. Polysaccharide wie Stärke und andere, im Stand der Technik als Verdicker eingesetzte Substanzen sind wegen ihrer Schwerlöslichkeit als Abbindeverzögerer weniger geeignet bzw.
ungeeignet.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung haben einen Gehalt von maximal 1,0 Gew.%, vorzugsweise wenigstens 0,001 Gew.%, mehr bevorzugt zwischen 0,005 Gew.% und 0,5 Gew.%, noch mehr bevorzugt zwischen 0,005 Gew.% und 0,1 Gew.% und meist bevorzugt zwischen 0,01 Gew.% und 0,08 Gew.% an wenigstens einem wasserlöslichem Kohlehydrat, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Zusammensetzung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung haben einen Gehalt an wenigstens einem organischen Bindemittel zwischen 1 Gew.% und 40 Gew.%, vorzugsweise zwischen 2 Gew.% und 30 Gew,%, besonders bevorzugt zwischen 2,5 Gew.% und 25 Gew.%, jeweils berechnet als Feststoff.
Es wird bevorzugt, dass erfindungsgemäße Zusammensetzungen einen Gehalt an wenigstens einem Füllstoff und/oder Pigment zwischen 10 Gew.% und 90 Gew.%, vorzugsweise zwischen 20 Gew.% und 85 Gew.%, besonders bevorzugt zwischen 25 Gew.% und 80 Gew.%. aufweisen.
Der Wassergehalt der Zusammensetzungen liegt bevorzugt zwischen 5 Gew.% und 50 Gew.%.
Das wenigstens eine organische Bindemittel ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, Itaconsäure sowie Säurestem wie Ethylacrylat,
Butylacrylat; Styrol, substituiertes oder unsubstituiertes Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylpropionat, Ethylen, Butadien, Versatat, Acrylamide und Acrylonitril;
wasserverdünnbare Alkydpolymere, Kombinationen von (Meth)Acryl/Alkyd- polymeren, Polyvinylalkohol und deren Mischungen umfasst, wobei Homopolymere oder Copolymere von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure bevorzugt sind.
Bevorzugt sind allgemein wässrige Polymerdispersionen, die ausreichend verseifungsstabil sind.
Der wenigstens einen Füllstoff oder Pigment ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die pyrogen gefällte Kieselsäure, gefällte Kieselsäure, Silizium- Aluminium- Mischoxide, Erdalkalicarbonate wie Calciumcarbonat, Siliziumdioxid, Silikate, z.B. Aluminosilikate, Sulfate, z.B. Bariumsulfate, Titandioxid, Buntpigmente, z.B.
Eisenoxide, Bismutvanadate oder Mischungen hiervon umfasst, wobei Titandioxid, Silikate und Carbonate bevorzugt sind. Vorzugsweise haben erfindungsgemäße Zusammensetzungen einen Gehalt an wenigstens einem Additiv wie beispielsweise einem Rheologie-Additiv, einem Entschäumer, einem Hydrophobierungsmittel, einem Wachs oder Wachspräparation, einem Stabilisator, Fasern, einem Filmbildehilfsmittel und einem Dispergier- und Netzmittel. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen lassen sich mit Vorteil einsetzen, um einen Putz, eine Farbe, insbesondere eine Dispersionsfarbe, eine dekorative Endbeschichtung oder dgl. zu realisieren.
Ausführunasbeispiel 1 : Dispersionsfarbe:
Wasser 28 Gew.-Teile
Wässrige Polymerdispersion (ca. 50 % Feststoffgehalt) 30 Gew.-Teile Füllstoffe und Pigmente 37 Gew.-Teile Basische Silikate 0,5 Gew.-Teile Zucker 0,05 Gew.-Teile
Additive (insb. Rheologie-Additive, Flydrophobierungsmittel, Entschäumer,
Filmbildehilfsmittel, Fasern, Dispergiermittel, etc.) 5 Gew.-Teile
Der pH-Wert dieses Farbansatzes lag bei 11,6; nach 16 Wochen sogar bei 11,7.
Ausführunasbeispiel 2: Dispersions-Silikatfarbe:
Wasser 31 Gew.-Teile
Wässrige Polymerdispersion (ca. 50 % Feststoffgehalt) 9 Gew.-Teile
Füllstoffe und Pigmente 52 Gew.-Teile Basische Silikate 4 Gew.-Teile Zucker 0,08 Gew.-Teile Additive (insb. Rheologie-Additive, Flydrophobierungsmittel, Entschäumer,
Filmbildehilfsmittel, Fasern, Dispergiermittel, etc.) 3,5 Gew.-Teile
Der pH-Wert dieses Farbansatzes lag bei 11,2; nach 16 Wochen sogar bei 11,3. Ausführunasbeispiel 3: Dispersions-Silikatfarbe:
Wasser 33 Gew.-Teile
Wässrige Polymerdispersion (ca. 50 % Feststoffgehalt) 8 Gew.-Teile Füllstoffe und Pigmente 54 Gew.-Teile Basische Silikate 1 ,5 Gew.-Teile Zucker 0,05 Gew.-Teile Additive (insb. Rheologie-Additive, Hydrophobierungsmittel, Entschäumer,
Filmbildehilfsmittel, Fasern, Dispergiermittel, etc.) 4 Gew.-Teile
Der pH-Wert dieses Farbansatzes lag bei 11,1; nach 16 Wochen noch bei 11,0.
Die rheologischen Eigenschaften (Viskosität) blieben in diesem Zeitraum nahezu unverändert. Es konnte sensorisch kein mikrobieller Befalls festgestellt werden. Die Dispersionsfarbe erwies sich als lagerstabil.
Vergleichstests:
Auf Faserzementplatten wurde eine handelsübliche zementöse Armierungsmasse aufgebracht. Nach 24 Stunden Trocknung unter Normalbedingungen wurde die Hälfte der Probenkörper ebenfalls mit einer handelsüblichen Grundierung behandelt. Nach weiteren 24 Stunden wurden auf allen Probenkörpem die Farbbeschichtungen der Ausführungsbeispiele 1, 2 und 3 sowie eine handelsübliche Dispersions- Silikatfarbe und eine Dispersionsfarbe in reproduzierbarer Weise aufgetragen. Zuvor wurde noch der pH-Wert der Oberflächen der Armierungsschicht mittels
Indikatorpapier bestimmt. Der pH-Wert betrug in allen Fällen ca. 11.
Nach 48 Stunden später wurden die Farbbeschichtungen der Probenkörper hinsichtlich der Fleckenbildung resp. der Homogenität Oberfläche subjektiv beurteilt, wobei„5“ für ein tadelloses, sehr homogenes Erscheinungsbild ohne Fleckenbildung steht und„1“ für deutlich sichtbare Fleckenbildung und
inhomogenen Erscheinungsbild steht.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen vereinen die Vorteile von Silikatbeschichtungen bzw. Dispersions-Silikatbeschichtungen mit denen reiner Dispersionsbeschichtungen, ohne die Nachteile der jeweils anderen Gattung aufzuweisen.
So sind die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen ähnlich wie die Silikatbeschichtungen Verschmutzungs- und Bewuchs-resistent und verfestigen auch den Untergrund durch die langsame Verkieselung.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Silikatbeschichtung, umfassend wenigstens ein basisches Silikat, wenigstens einen Füllstoff und/oder Pigment, wenigstens ein wasserlösliches Kohlehydrat, Wasser zur Einstellung einer flüssigen oder pastösen Konsistenz, gegebenenfalls wenigstens ein organisches Bindemittel und ggf übliche Additive.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das basische Silikat ein Erdalkalisilikat, vorzugsweise Calciumsilikat umfasst.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdalkalisilikat von einem Zement gebildet wird, bei welchem vorzugsweise der
Si02-Anteil größer als 10%, besser > 15%, noch besser > 20% ist, und bevorzugt unter 50% , besser unter 40%, noch besser unter 30% hegt.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das basische Silikat ein Alkalisilikat,
vorzugsweise Wasserglas umfasst.
5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an basischem Silikat maximal 6 Gew.%, vorzugsweise wenigstens 0,01 Gew.%, mehr bevorzugt zwischen 0,01 und 4 Gew.%, noch mehr bevorzugt zwischen 0,01 Gew.% und 2 Gew.%, weiter bevorzugt zwischen 0,01 und 1 Gew.%, spezieller zwischen 0,05 Gew.% und 0.5 Gew.%., bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung beträgt.
6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Kohlehydrat ausgewählt ist aus Sacchariden wie insbesondere Mono-, Di- und Oligosacchariden, speziell aus Zuckern, Aminozuckem und Desoxyzuckem, besonders bevorzugt aus Mono- und Disacchariden sowie Haushaltszucker (Saccharose) und/oder Glucosamin; aus Hydroxycarbonsäuren wie insbesondere Zuckersäuren und deren Salze und Derivate
7. Zusammensetzung nach Anspruch 6
dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlehydrat Haushaltszucker und/oder Glucosamin umfasst.
8. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Gehalt von maximal 1,0 Gew.%, vorzugsweise wenigstens 0,001 Gew.%, mehr bevorzugt zwischen 0,005 Gew.% und 0,5 Gew.%, noch mehr bevorzugt zwischen 0,005 Gew.% und 0,1 Gew.% und meist bevorzugt zwischen 0,01 Gew.% und 0,08 Gew.% an wasserlöslichem
Kohlehydrat, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
9. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Gehalt an wenigstens einem organischen
Bindemittel zwischen 1 Gew.% und 40 Gew.%, vorzugsweise zwischen 2 Gew.% und 30 Gew,%, besonders bevorzugt zwischen 2,5 Gew.% und 25 Gew.%, jeweils berechnet als Feststoff.
10. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Gehalt an wenigstens einem Füllstoff und/oder Pigment zwischen 10 Gew.% und 90 Gew.%, vorzugsweise zwischen 20 Gew.% und 85 Gew.%, besonders bevorzugt zwischen 25 Gew.% und 80 Gew.%.
11. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Wassergehalt zwischen 5 Gew.% und 50 Gew.%.
12. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Gehalt an wenigstens einem organischen Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, die Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, Itaconsäure sowie Säurestem wie Ethylacrylat, Butylacrylat; Styrol, substituiertes oder unsubstituiertes
Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylpropionat, Ethylen, Butadien, Versatat,
Acrylamide und Acrylonitril; wasserverdünnbare Alkydpolymere,
Kombinationen von (Meth)Acryl/Alkyd-polymeren, Polyvinylalkohol und deren Mischungen umfasst, wobei Homopolymere oder Copolymere von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure bevorzugt sind.
13. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Gehalt an wenigstens einem Füllstoff oder Pigment, ausgewählt aus der Gruppe, die pyrogen gefällte Kieselsäure, gefällte
Kieselsäure, Silizium- Aluminium-Mischoxide, Erdalkalicarbonate wie
Calciumcarbonat, Siliziumdioxid, Silikate, z.B. Aluminosilikate, Sulfate, z.B. Bariumsulfate, Titandioxid, Buntpigmente, z.B. Eisenoxide, Bismutvanadate oder Mischungen hiervon umfasst wobei Titandioxid, Silikate und Carbonate bevorzugt sind.
14. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Gehalt an wenigstens einem Additiv wie
beispielsweise einem Rheologie-Additiv, einem Entschäumer, einem
Hydrophobierungsmittel, Fasern, einem Filmbildehilfsmittel und einem
Dispergiermittel.
15. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung ein Putz, eine Farbe, insbesondere eine Dispersionsfarbe, eine dekorative Endbeschichtung oder dgl. ist.
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