EP4669627A1

EP4669627A1 - Silikatische zweikomponenten-beschichtungszusammensetzung

Info

Publication number: EP4669627A1
Application number: EP24706692.1A
Authority: EP
Inventors: Selvina Ghanthi NATHAN; Gerhard Schmidt; Thomas Scholz
Original assignee: Coatib GmbH
Current assignee: Coatib GmbH
Priority date: 2023-02-24
Filing date: 2024-02-19
Publication date: 2025-12-31
Also published as: WO2024175540A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine silikatische Zweikomponenten- Beschichtungszusammensetzung, umfassend a) eine erste wässrige Komponente, enthaltend 2 bis 25 Gew.-% mindestens eines mineralischen, alkalistabilen Pigments, 20 bis 75 Gew.-% mindestens eines Füllstoffes, und 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens eines Hydrophobierungsmittels, ausgewählt aus Hydrophobierungsmitteln auf der Basis von Polysiloxanen, Silanolen und/oder Stearaten, wobei sich die Gew.-% auf das Gesamtgewicht der ersten wässrigen Komponente beziehen, und b) Wasserglas, ausgewählt aus Natronwasserglas, Kaliwasserglas und/oder Lithiumwasserglas, mit einer Molverhältniszahl von mindestens 2,6 als zweite Komponente, wobei die silikatische Zweikomponenten- Beschichtungszusammensetzung frei von Polymeren und VOCs ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Aufbringen einer Zweikomponenten- Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat, ein beschichtetes Substrat, erhältlich durch dieses Verfahren, sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen silikatischen Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung zur Beschichtung eines mineralischen Substrats.

Description

SILIKATISCHE ZWEIKOMPONENTEN-BESCHICHTUNGSZUSAMMENSETZUNG

Das Thema Nachhaltigkeit ist mittlerweile auch für den Bereich der Bauchemie hoch relevant. Alleine in Deutschland werden jedes Jahr über 500 Millionen Tonnen mineralische Rohstoffe wie Kalk, Gipsstein, Kies und Sand verbaut, was zur Belastung der Umwelt beiträgt. Damit weist die Baubranche einen hohen Ressourcenverbrauch auf, wobei aber Baustoffe immer noch schlecht recycelt und wiederverarbeitet werden können. Dies liegt unter anderem daran, dass in der Bauchemie große Mengen an Plastik-Kompositmaterialien zum Einsatz kommen. Beispielsweise werden Polymere als Bindemittel und teilweise als Additive in Farben und Lacken eingesetzt und sind damit wesentliche Komponenten von Beschichtungen. Darüber sind Farben und Lacke auch für einen großen Anteil an Mikroplastik in der Umwelt verantwortlich. Da die Hauptbestandteile von Bautenfarben im Allgemeinen polymerhaltige Bindemittel sind, tragen die Polymerpartikel durch Abrieb und Abwitterung zur Austragung von Mikroplastik bei. Es wird davon ausgegangen, dass Farben und Lacke als Quelle für Mikroplastik alle anderen Quellen von Mikroplastik (z.B. Textilfasern und Reifenabrieb) überwiegen.

Vor diesem Hintergrund gibt es einen Bedarf an nachhaltigen Alternativen insbesondere für Beschichtungszusammensetzungen, die auf den Einsatz von Polymeren verzichten und so die Möglichkeit des Rezyklierens von Baustoffen verbessern und gleichzeitig die Freisetzung von Mikroplastik vermeiden. Eine geeignete Alternative stellen grundsätzlich Bindemittel auf Basis von Wasserglas dar, welches sich in der Fassaden- bzw. Bauindustrie über Jahrhunderte auf Grund seiner guten mechanischen Eigenschaften, seiner hohen Wasserdampfdurchlässigkeit, seiner geringen Schmutzanfälligkeit und nicht zuletzt durch sein ökologisches Potential hervorragend bewährt hat. So sind auf dem Markt zweikomponentige („2K“) Silikatfarben wie beispielsweise Histolith® Kristallin der Firma Caparol bekannt. Derartige Farben sind insbesondere für die Renovierung historischer Gebäude vorgesehen, um kalkähnliche und dauerhafte Farbanstriche auf Kalk- und Kalkzementputzen herzustellen. Allerdings sind die Eigenschaften derartiger herkömmlicher Silikatfarben noch unzureichend für die Anwendung auf verschiedensten mineralischen Untergründen wie beispielsweise auf frischen Betonsubstraten oder frischen Faserzementsubstraten, also Substraten, die nicht älter als 8 Stunden sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine silikatische Beschichtungszusammensetzung für verschiedenste mineralische Untergründe, wie beispielsweise Betonsubstrate oder Faserzementsubstrate, bereitzustellen, (i) die frei von Polymeren und anderen organischen Komponenten (VOC, „volatile organic compounds“) ist, (ii) die eine geringe Schmutzanhaftung, (iii) einen geringen Wasserdampfdiffusionswiderstand und (iv) eine Recyclingfähigkeit aufweist. Zusätzlich soll die erfindungsgemäße Beschichtung beständig gegen die Einflüsse von Feuchte- und Temperaturwechsel über einen Zeitraum von mehreren Jahren sein, so dass mechanische Zerstörungen wie Ausblühungen und Frostschäden am mineralischen Substrat vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst. Erfindungsgemäß wird eine silikatische Zweikomponenten- Beschichtungszusammensetzung bereitgestellt, umfassend a) eine erste wässrige Komponente, enthaltend 2 bis 25 Gew.-% mindestens eines mineralischen, alkalistabilen Pigments, 20 bis 75 Gew.-% mindestens eines Füllstoffes, und 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens eines Hydrophobierungsmittels, ausgewählt aus Hydrophobierungsmitteln auf der Basis von Polysiloxanen, Silanolen und/oder Stearaten, wobei sich die Gew.-% auf das Gesamtgewicht der ersten wässrigen Komponente beziehen, und b) Wasserglas, ausgewählt aus Natronwasserglas, Kaliwasserglas und/oder Lithiumwasserglas, mit einer Molverhältniszahl von mindestens 2,6 als zweite Komponente, wobei die silikatische Zweikomponenten- Beschichtungszusammensetzung frei von Polymeren und VOCs ist.

Bei der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung handelt es sich um eine Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung, nachfolgend auch als „2K- Beschichtungszusammensetzung“ oder als „2K-Zusammensetzung“ bezeichnet. Darunter versteht man eine Beschichtungszusammensetzung, deren mindestens zwei Komponenten üblicherweise separat transportiert und gelagert werden und die erst möglichst kurz vor der Verarbeitung (d.h. vor dem Aufbringen auf ein Substrat) miteinander in einem festgelegten Verhältnis gemischt werden.

Die erfindungsgemäße 2K-Zusammensetzung umfasst eine erste wässrige Komponente. Diese erste wässrige Komponente enthält mindestens ein mineralisches, alkalistabiles Pigment. Aufgrund der starken Basizität des silikatischen Bindemittels sollten die verwendeten Pigmente alkalistabil sein. Durch geeignete Pigmentierung können gewünschte Eigenschaften wie gutes Deckvermögen, Lagerstabilität und Wetterbeständigkeit der Silikatfarbe erzielt werden. Es kann jedwedes geeignete mineralische, alkalistabile Pigment verwendet werden. Vorzugsweise ist dieses aus der Gruppe, bestehend aus Titandioxid, Eisenoxidrot, Eisenoxidschwarz, Eisenoxidgelb, Cobaltblau, Chromoxidpigmenten, Spinellphasenpigmenten und Kombinationen davon, ausgewählt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Pigment um Eisenoxidrot. Die erste wässrige Komponente enthält 2 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-% und besonders bevorzugt 10 bis 15 Gew.-% an Pigment. Dabei beziehen sich die Gew.-% auf das Gesamtgewicht der ersten wässrigen Komponente.

Diese erste wässrige Komponente enthält ferner mindestens einen Füllstoff. Gemäß DIN 55 943 wird ein Füllstoff als eine „aus Teilchen bestehende, im Anwendungsmedium praktisch unlösliche Substanz, die zur Vergrößerung des Volumens, zur Erzielung oder Verbesserung technischer Eigenschaften und/ oder zur Beeinflussung optischer Eigenschaften verwendet wird“ definiert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jedweder geeignete Füllstoff verwendet werden. Vorzugsweise ist der Füllstoff aus Quarzmehl, gefällter oder pyrogener Kieselsäure, Bariumsulfat, Magnesiumcarbonat, Dolomit, Calciumcarbonat und Kombinationen davon ausgewählt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Füllstoff um Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, ein Gemisch aus Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat oder ein Gemisch aus Calciumcarbonat und Kieselsäure. Die verwendeten Füllstoffe können grobkörnig und/oder feinkörnig sein. Die erste wässrige Komponente enthält 20 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 65 Gew.-% und besonders bevorzugt 40 bis 55 Gew.-% an Füllstoff. Dabei beziehen sich die Gew.-% auf das Gesamtgewicht der ersten wässrigen Komponente.

Diese erste wässrige Komponente enthält weiterhin mindestens ein Hydrophobierungsmittel, ausgewählt aus Hydrophobierungsmitteln auf der Basis von Polysiloxanen, Silanolen und/oder Stearaten. Vorzugsweise wird Calciumstearat als Hydrophobierungsmittel verwendet. Die erste wässrige Komponente enthält 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 3 Gew.-% an Hydrophobierungsmittel. Dabei beziehen sich die Gew.-% auf das Gesamtgewicht der ersten wässrigen Komponente.

Darüber hinaus kann die erste wässrige Komponente auch weitere Additive enthalten. Vorzugsweise enthält die erste wässrige Komponente ein oder mehrere Additive, ausgewählt aus Verdickern (beispielsweise Hydroxyethylcellulose), Entschäumern (beispielsweise modifzierte Fettsäuren, Kieselsäure, oxalkylierte Verbindungen, Emulgatoren), Dispergiermitteln, Netzmitteln (beispielsweise Organo- modifiziertes Polysiloxan) und Stabilisatoren (beispielsweise niedrigviskose, wässrige Lösungen spezieller hydrophiler alkoxylierter Alkylammoniumverbindungen). Der pH-Wert der ersten wässrigen Komponente ist nicht besonders beschränkt. Vorzugsweise hat diese jedoch einen basischen pH-Wert, besonders bevorzugt einen pH-Wert im Bereich von 10 bis 13.

Die erfindungsgemäße 2K-Zusammensetzung umfasst ferner Wasserglas, ausgewählt aus Natronwasserglas, Kaliwasserglas und/oder Lithiumwasserglas, als zweite Komponente. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Wasserglas eine wässrige Lösung eines amorphen Alkalisilikats verstanden. Üblicherweise enthält das Wasserglas im Bereich von 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 35 Gew.-% Alkalisilikate, besonders bevorzugt im Bereich von 28 bis 32 Gew.-% Alkalisilikat. Dabei handelt es sich um den Feststoffgehalt des Wasserglases. Bei dem Alkalisilikat handelt es sich um Natrium-, Kalium- oder Lithiumsilikat. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wasserglas um Kaliwasserglas.

Die zweite Komponente kann neben dem Wasserglas gegebenenfalls noch weitere Komponenten wie beispielsweise geeignete Additive enthalten. Vorzugsweise besteht die zweite Komponente jedoch aus dem Wasserglas.

Das in der erfindungsgemäßen 2K-Zusammensetzung verwendete Wasserglas weist eine Molverhältniszahl von mindestens 2,6 auf. Diese Molverhältniszahl (MVZ; gelegentlich auch als „Modul“ bezeichnet) gibt das Verhältnis von Kieselsäure (ausgedrückt als SiC ) zu Alkalioxid (ausgedrückt als Me2Ü: Na2O, K2O, Li2Ü) an und wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung wie folgt definiert. wobei MVG die Molverhältniszahl, n(SiO2) die Stoffmenge von Kieselsäure und n(Me2Ü) die Stoffmenge des Alkalioxids angibt.

Ein Kaliwasserglas mit einem Feststoffgehalt von 30 Gew.-%, welches beispielsweise 232 g/l Silikatspezies, ausgedrückt als SiC>2, und 143 g/l Kaliumoxid, ausgedrückt als K2O, enthält, hat unter Berücksichtigung der Molmasse von SiÜ2 (60 g/mol) und K₂O (94,2 g/mol) eine MVZ von (232 g/l 160 g/mol) I (143 g/l 194,2 g/mol) = 2,55.

Je nach Molverhältniszahl werden Wassergläser grundsätzlich in die folgenden Gruppen eingeteilt:

• Alkalische oder niedrigmodulige Wassergläser: MVZ < 2,5

• Neutrale oder mittelmodulige Wassergläser: MVZ = 2,5 - 3,4

• Hochkieselsaure oder hochmodulige Wassergläser: MVZ = 3,9 - 4,3

Eine typische Eigenschaft von Wassergläsern besteht darin, dass sich mit steigendem Modul die Härtungsgeschwindigkeit erhöht und die Wasserempfindlichkeit der gebildeten Gele reduziert. Mit steigender Molverhältniszahl geht eine Erhöhung des Kondensationsgrades der Silikatspezies einher. Darüber hinaus hängt der Kondensationsgrad direkt mit dem Feststoffanteil der Wassergläser zusammen. Dabei gilt je geringer der Feststoffanteil, umso höher ist der Gehalt an Wasser im Sol, was zu einer Erhöhung der Hydrolysewahrscheinlichkeit führt. Neutrale oder mittelmodulige Wassergläser sowie Hochkieselsaure oder hochmodulige Wassergläser sind am besten für die vorgesehenen Anwendungen geeignet. Bevorzugt werden gemäß der vorliegenden Erfindung Wassergläser mit einer MVZ im Bereich von 2,6 bis 3,4, noch bevorzugter im Bereich von 2,6 bis 3,0 verwendet. Ganz besonders bevorzugt weist das verwendete Wasserglas eine MVZ im Bereich von 2,6 und 3,4 und einen Feststoffanteil im Bereich von 28 bis 32% auf.

Grundsätzlich ist Wasserglas nicht filmbildend und die daraus entstehenden Beschichtungen sind äußerst porös. Aufgrund ihrer Porosität weisen Wasserglasbeschichtungen eine hervorragende Wasserdampf- und Kohlendioxid- Durchlässigkeit auf. Hierdurch kann das silikatische Bindemittel in das mineralische Substrat eindringen und den Feuchtigkeitsaustausch zwischen dem Mauerwerk und der umgebenden Luft gewährleisten. Ferner besitzen Wasserglasbeschichtungen durch deren chemische Verwandtschaft mit den mineralischen Untergründen ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Deshalb wird es auch bei großen Temperaturschwankungen nicht zu Spannungen zwischen dem Untergrund und der Beschichtung kommen. Jedoch wird durch die poröse Eigenschaft die kapillare Wasseraufnahme begünstigt, die mit der Zeit zu feuchtigkeitsbedingten Schädigungen führen kann. Demgemäß ist erfindungsgemäß der Einsatz von Hydrophobierungsmitteln bei Wasserglasbeschichtungen vorgesehen, um die kapillare Wasseraufnahme zu reduzieren.

Darüber hinaus wirken die erfindungsgemäßen Silikatbeschichtungen antistatisch, so dass sich Staub- und Schmutzpartikel an noch jungen Beschichtungen nicht anlagern können, und dementsprechend eine geringe Schmutzanfälligkeit besitzen. Weiterhin weisen Silikatbeschichtungen eine gute Wetter- und Chemikalienbeständigkeit auf. Die eingesetzten Alkaliwassergläser können zusätzlich aufgrund der hohen Alkalität die algizide und fungizide Wirkung der standardmäßig eingesetzten Biozide ersetzen. Diese Eigenschaft ist somit hinsichtlich der Umweltrelevanz vorteilhaft. Erfindungsgemäße ist durch den ausschließlichen Einsatz von anorganischen Pigmenten eine wirksame und langjährige Farbtonstabilität gewährleistet, welche zusätzlich von Kaliwasserglas unterstützt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung handelt es sich um eine Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung, d.h. die erste und die zweite Komponente liegen zunächst getrennt voneinander vor (also werden getrennt voneinander transportiert und gelagert) und werden üblicherweise erst direkt vor Gebrauch gemischt. Die erste Komponente und die zweite Komponente liegen vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis von 1 :0.8 bis 1 :5 vor, d.h. in diesem Verhältnis sind diese dann vor Gebrauch zu mischen. Dies bedeutet selbstverständlich nicht, dass die Gebinde, in denen sie getrennt voneinander transportiert und gelagert werden, auch diese Gewichtsverhältnisse aufweisen müssen. Vorzugsweise werden die erste Komponente und die zweite Komponente in einem Gewichtsverhältnis von 1 :0.9 bis 1 :3 und besonders bevorzugt in einem Gewichtsverhältnis von 1 :1 bis 1 :2 verwendet.

Schließlich sind die erfindungsgemäßen silikatischen Zweikomponenten- Beschichtungszusammensetzung frei von organischen Verbindungen, insbesondere frei von Polymeren und VOCs („volatile organic compounds“ bzw. „flüchtige organische Verbindungen“). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer flüchtigen organischen Verbindung (VOC) „eine organische Verbindung und der Kreosotanteil, die bzw. der bei 293, 15 K einen Dampfdruck von 0,01 kPa oder mehr hat oder unter den jeweiligen Verwendungsbedingungen eine entsprechende Flüchtigkeit aufweist¹ verstanden (vgl. die EU- Industrieemissionsrichtlinie 2010/75/EU, Art. 3(45)). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Polymere aus der Gruppe, bestehend aus Polymer- Mikroplastik (SPM; „Synthetic Polymer Microplastic“) ausgewählt. In diesem Fall ist folglich neben den VOCs nur Polymer-Mikroplastik von den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ausgeschlossen. Als Mikroplastik bzw. Polymer-Mikroplastik werden dabei feste, wasserunlösliche synthetische Polymerpartikel mit einer TG>20°C bezeichnet, die gegebenenfalls Zusatzstoffe oder andere Substanzen enthalten können, und bei denen mehr als 1 % (w/w) der Partikel alle Abmessungen kleiner als 5 mm oder eine Länge von kleiner als 15 mm und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mehr als 3 aufweisen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind folglich keine löslichen Polymere (d.h. Polymer mit einer Löslichkeit von weniger als 2 g/L), größeren Polymerpartikel oder durch Polymerisation in der Natur zustande gekommenen Polymere ausgeschlossen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ferner unter dem Begriff „frei von“ verstanden, dass die 2K-Zusammensetzung höchstens in Summe 0,5 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 0,1 Gew.-% der ausgeschlossenen Verbindungen enthalten darf.

Die erfindungsgemäßen 2K-Zusammensetzungen kommen somit ohne einen Polymerdispersionsanteil aus, d.h. sie benötigen kein polymerhaltiges Bindemittel oder Polymerpartikel, die durch Abrieb und/oder Abwitterung zur Austragung von Mikroplastik beitragen. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen weisen den weiteren Vorteil auf, dass sie keine Zugabe eines Biozids benötigen. Sie sind daher aus Umweltgesichtsgründen vorteilhaft. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen 2K- Zusammensetzungen gegenüber entsprechenden 1 K-Zusammensetzungen dahingehend vorteilhaft, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit besser an die Produktionsprozesse anpassen lässt und so eine flexiblere Verfahrensführung ermöglicht, und dass sie zu robusteren Beschichtungen (d.h. Beschichtungen mit einer höheren Abriebbeständigkeit) führen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Aufbringen einer Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat, welches die folgenden Schritte umfasst:

(a) das Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Beschichtungs- zusammensetzung sowie eines zu beschichtenden Substrats,

(b) das Mischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente in einem Verhältnis im Bereich von 1 :0.8 bis 1 :5, um eine gemischte Beschichtungszusammensetzung zu erhalten, und dann innerhalb von 1 Stunde

(c) das Beschichten des zu beschichteten Substrats mit der gemischten Beschichtungszusammensetzung, und

(d) das Trocknen des beschichteten Substrats aus Schritt (d) für eine Dauer im Bereich von 0,5 bis 24 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 30°C bis 160°C.

In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wie vorstehend beschriebene 2K-Zusammensetzung sowie ein zu beschichtendes Substrat bereitgestellt. Bei dem zu beschichtenden Substrat kann es sich um jedwedes geeignete Substrat handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Substrat um ein mineralisches Substrat, besonders bevorzugt um ein Faserzementsubstrat oder ein Betonsubstrat. Das Substrat kann insbesondere aus der Gruppe, bestehend aus Faserzementplatten, Betondachsteinen und Pflastersteinen, ausgewählt werden.

Faserzement ist ein Verbundwerkstoff und besteht überwiegend aus Bindemittel (ca. 40%), Zusatzstoffen, Armierungsfasern, Prozessfasern und Wasser. Darin ist auch Luft in Form von mikroskopisch kleinen Poren enthalten. Das Mikroporen-System erlaubt es damit, einen frostbeständigen, feuchtigkeitsregulierenden und wasserdichten Baustoff herstellen zu können. Dagegen setzen sich Betondachsteine aus einem Gemisch von Zement, quarzhaltigem Sand, Wasser und Farbpigmenten (zumeist auf Ei- senoxidbasis) zusammen. Mittels speziellen Fertigungsverfahren (Extrusion) werden aus dem entstehenden "Beton-Teig" verschiedene Steinprofile geformt. Die Verfestigung der sogenannten "Formlinge" erfolgt in einer Trocknungs- bzw. Härtungskammer üblicherweise bei ca. 50 °C für mindestens 8 Stunden und einer weiteren Aushärtung an der Luft. Industriell produzierte Betondachsteine unterscheiden sich von maschinell hergestellten Betondachsteinen lediglich durch die Lagerungsdauer der Dachsteine nach dem Herstellungsprozess. Die maschinell hergestellten Betondachsteine werden direkt nach der Fertigstellung mit dem gewünschten Lack beschichtet. Dagegen haben die industriell produzierten Dachsteine nach der Fertigbearbeitung ausreichend Zeit, um auszuhärten, da sie üblicherweise für einen Zeitraum zwischen einem Tag und einem halben Jahr bei Raumtemperatur eingelagert werden. Über die Zeit können die Betondachsteine hierdurch die maximale Festigkeit erreichen, ohne dass sie durch den Einfluss von Feuchte beeinträchtigt werden. Somit werden diese Betondachsteine häufig erst nach dieser Lagerungsdauer beschichtet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter industriell produzierten Betondachsteinen somit Dachsteine verstanden, die erst nach dem vollständigen Aushärten beschichtet werden, während unter maschinell hergestellten Betondachsteinen Dachsteine verstanden werden, die direkt nach dem online geregelten Produktionsablauf (Fertigstellung) bzw. Extrusion beschichtet werden.

In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Mischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente der erfindungsgemäßen silikatischen Zweikom- ponenten-Beschichtungszusammensetzung in einem Verhältnis im Bereich von 1 :0.8 bis 1 :5. Vorzugsweise beträgt das Mischverhältnis zwischen erster und zweiter Komponente etwa 1 :0.9 bis 1 :3, besonders bevorzugt etwa 1 :1 bis 1 :2. Durch das Mischen der beiden Komponenten wird die eigentliche Beschichtungszusammensetzung, nachfolgend auch als „gemischte Beschichtungszusammensetzung“ bezeichnet, erhalten. Dieses Mischen kann durch alle geeigneten und dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Der nächste Schritt erfolgt dann innerhalb von 1 Stunde. Damit erfolgt das Mischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente im Wesentlichen unmittelbar vor dem Weiterverarbeiten, d.h. vor dem Beschichten, und die gemischte Beschichtungszusammensetzung wird direkt auf das Substrat aufgebracht. Vorzugsweise beträgt die Dauer vor der Weiterverarbeitung bzw. vor dem Beschichten nicht mehr als 10 Minuten.

In Schritt (c) wird das zu beschichtete Substrat mit der gemischten Beschichtungszusammensetzung beschichtet. Dieses Beschichten kann durch alle geeigneten und dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Das Beschichten kann beispielsweise in Form eines Nassbeschichtens und/oder in Form eines Trockenbeschichtens erfolgen. Als Nassbeschichten wird dabei das Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung vor dem Aushärten des Substrats (beispielsweise des Beton-Dachsteinrohlings) unmittelbar nach dessen Herstellung bezeichnet. Bei der Trockenbeschichtung wird die Beschichtungszusammensetzung auf das bereits ausgehärtete Substrat aufgebracht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Beschichten in Form eines Trockenbeschichtens. Bei den meisten mineralischen Substraten, die zu beschichten sind, handelt es sich um bereits ausgehärtete Materialien, so dass das Trockenbeschichten der übliche Weg des Beschichtens ist. Vorzugsweise wird das Substrat vor dem Schritt des Beschichtens (c) für eine Dauer von mindestens einem Tag unter trockenen Bedingungen gelagert. Besonders bevorzugt wird das Substrat vor dem Schritt des Beschichtens (c) für eine Dauer von mindestens 28 Tage gelagert. Dies ist insbesondere bevorzugt, wenn es sich bei dem Substrat um ein Faserzementsubstrat oder ein Betonsubstrat handelt, da derartige Substrate üblicherweise vor der Auslieferung gelagert werden.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Beschichten in Form eines Nassbeschichtens.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach dem Schritt (b) und vor dem Schritt (c) des Beschichtens, welches vorzugsweise in Form eines Trockenbeschichtens erfolgt, ein weiterer Schritt des Nassbeschichtens (c‘). Wie in Bezug auf Schritt (b) erläutert, erfolgt dieser weitere Schritt des Nassbeschichtens (c‘) innerhalb von 1 Stunde, vorzugsweise innerhalb von 10 Minuten, nach Mischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente. Bei dieser zusätzlichen Beschichtung wird die gemischte Beschichtungszusammensetzung zunächst auf das Substrat direkt nach dessen Herstellung und vor dessen Aushärten aufgebracht und anschließend für eine Dauer im Bereich von 4 bis 48 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 30°C bis 160°C getrocknet. Erst nach dem Schritt des Nassbeschichtens erfolgt die zusätzliche Beschichtung gemäß Schritt (c).

In Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Trocken des beschichteten Substrats aus Schritt (c) für eine Dauer im Bereich von 0,5 bis 24 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 30°C bis 160°C. Vorzugsweise erfolgt das Trocknen für eine Dauer im Bereich von 0,5 bis 8 Stunden. Wird das Beschichten in Form eines Trockenbeschichtens vorgenommen, ist eine Trocknungsdauer von 0,5 bis 1 Stunde besonders bevorzugt. Wird das Beschichten in Form eines Nassbeschichtens vorgenommen, ist eine Trocknungsdauer im Bereich von 6 bis 8 Stunden besonders bevorzugt. Die Trocknungstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 80°C bis 150°C, besonders bevorzugt im Bereich von 100°C bis 130°C.

Für ein verbessertes Beschichten kann das Substrat grundiert werden, bevor dieses in Schritt (c) beschichtet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es aber bevorzugt, dass kein Grundieren des Substrates erfolgt, bevor dieses in Schritt (c) beschichtet wird. Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung eignet sich nämlich auch ohne Weiteres für die Beschichtung von nicht grundierten Substraten.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein beschichtetes Substrat, welches durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen silikatischen Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung zur Beschichtung eines mineralischen Substrats, vorzugsweise eines Betonsubstrates oder eines Faserzementsubstrates, besonders bevorzugt zur industriellen Beschichtung von betonhaltigen Trägermaterialien.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher beschrieben.

Beispiele:

Die Eigenschaften von silikatischen 2K-Beschichtungszusammensetzungen wurden in Abhängigkeit des verwendeten Wasserglas-Bindemittels für verschiedene Substrate untersucht.

Dazu wurden drei unterschiedliche kommerziell verfügbare Kaliwassergläser verwendet, die zur mittelmoduligen Klassenart (MVZ zwischen 2, 5-3, 4) gehören. Die Molverhältniszahl, der Feststoffgehalt, die Dichte und die pH-Werte der

Wassergläser werden den technischen Datenblättern entnommen (Tabelle 1 ):

Tabelle 1 :

Unter Verwendung der vorstehend genannten Wassergläser wurden die folgenden silikatischen 2K-Beschichtungszusammensetzungen hergestellt (Tabellen 2 und 3):

Tabelle 2

Tabelle 3

Für die Herstellung des Lackes erfolgte zunächst die Einwaage der Komponenten und die Vordispergierung im Dissolver. Hierfür wurde als erstes der Verdicker mit dem VE-Wasser in einem Behälter vorgelegt und beide Komponenten im Dissolver für ca. 20 Minuten verrührt. Dieser Verfahrensschritt wurde durchgeführt, um das Aufquellen des Verdickers zu gewährleisten, welcher anschließend zu einem strukturviskosen (scherverdünnenden) Verhalten der Beschichtungszusammensetzung führte. Die weiteren Bestandteile von Komponente A wurden nachfolgend unter Rühren zugegeben und bei ca. 2800 U/rnin. intensiv dispergiert. Die Komponente A war nach einer Dispergierdauer von ca. 20-30 Minuten fertiggestellt. Die Zugabe des Bindemittels (Komponente B) erfolgte erst kurz vor (<10 Minuten) der Applikation der Beschichtungszusammensetzung. Hierfür wurde die benötigte Menge des Bindemittels anhand eines Gewichtsverhältnisses von 1 :3 (Komponente A: Komponente B) eingewogen und der Komponente A zugegeben. Das Zusammenmischen der beiden Komponenten erfolgte für ca. zwei Minuten unter dem Dissolver.

Als Substrat wurden industriell hergestellte Faserzementplatten sowie maschinell hergestellte Betondachsteine verwendet.

Das Beschichten erfolgte in Form eines Nassbeschichtens und/oder in Form eines Trockenbeschichtens entweder mit einem Filmziehrakel oder mit einer Sprühpistole.

Gemäß Verfahren 1 wurde eine Trockenbeschichtung auf einer Faserzementplatte oder einem Betondachstein durchgeführt, gefolgt von einem Trocknen für 24 Stunden bei einer Luftfeuchtigkeit von 80% und bei einer Temperatur von (a) 50°C, (b) 80°C oder (c) 140°C.

Gemäß Verfahren 2 wurde zunächst eine Nassbeschichtung auf einem Betondachsteinrohling direkt nach dessen Fertigstellung durchgeführt, gefolgt von einem Trocknen für 8 Stunden bei einer Luftfeuchtigkeit von 80% und einer Temperatur von 50°C. Anschließend erfolgte eine zweite Beschichtung (Trockenbeschichtung), gefolgt von einer Trocknung für 1 Stunde bei 50°C. Verfahren 3 basiert auf Verfahren 2, wobei der letzte Trocknungsschritt (1 Stunde bei 50°C) weggelassen wurde. Hier wurde der Betondachstein nach der Trockenbeschichtung direkt ohne weitere Aushärtung gelagert (Vergleichsverfahren).

Verfahren 4 basiert ebenfalls auf Verfahren 2, wobei der Nassbeschichtungsschritt weggelassen wurde.

Die beschichteten Substrate wurden hinsichtlich ihres Ausblühverhaltens, ihrer Frostbeständigkeit sowie ihrer UV-Beständigkeit untersucht. Die entsprechenden Messmethoden und -ergebnisse sind nachstehend dargestellt.

Ausblühverhalten:

Die zu prüfenden Proben waren mindestens 21 Tage alt. Eine Entstaubung mit Druckluft, Bürsten oder Lappen wurde durchgeführt, um die Proben oberflächlich reinzuhalten. Für die Prüfung wurde auf die Oberfläche der beschichteten Faserzementplatte mit einer handelsüblichen Silikon-Tube ein Ring von ca. 2 cm aufgezeichnet. Dabei ist darauf zu achten, dass der aufgezeichnete Ring geschlossen ist und die Test-Oberfläche vollständig berührt. Nach einem Tag wurde in den Ring 2 ml deionisiertes Wasser gefüllt, das bei Raumtemperatur verdunstete. Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt. Die Probe wurde nach dem dritten Auftrag mindestens fünf Tage bei Raumtemperatur getrocknet, damit sich die Hydroxide an der Luft in Carbonate umwandeln konnten. Vier Wochen nach der ersten Beurteilung wurden die Proben nochmals beurteilt (ohne Abspülen), da Ausblühungen zum Teil erst nach längerer Zeit auftreten oder stärker werden. Die resultierende Ausblühung wurde anhand der in Tabelle 4 dargestellten Bewertungsskala visuell bewertet.

Tabelle 4

Für die mittels Verfahren 1 beschichteten Substrate wurden die folgenden Ergebnisse hinsichtlich des Ausblühverhaltens für die Wassergläser 1 bis 3 (WG 1 bis 3) erhalten (Tabelle 5):

Tabelle 5

Es zeigte sich, dass bei steigender Trocknungstemperatur eine geringere Ausblühung auftritt. Weiterhin ist bei den erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen mit den Wassergläsern 2 und 3 festzustellen, dass der Ausblühungsgrad auch bei einer niedrigeren Trocknungstemperatur relativ gering ist. Die erfindungsgemäßen Beschichtungen wiesen eine generell bessere Beständigkeit gegen Ausblühung auf. Der Vergleich für die Beschichtungszusammensetzung mit Wasserglas 3 zeigte die folgenden Ergebnisse für das Ausblühverhalten für die verschiedenen Beschichtungsverfahren (Tabelle 6):

Tabelle 6

Es zeigte sich, dass eine alleinige Trockenbeschichtung mit nachfolgender Trocknung zu dem geringsten Ausblühen führte. Aber ebenso führte die Kombination aus Nass- und Trockenbeschichtung zu guten Resultaten, sofern eine anschließende Trocknung stattfand.

Frostbeständigkeit

Es wurden Prüfkörper unter Verwendung von Abstandhaltern in einer Schrägstellung in einem 15 I großen Kunststoffbehälter (350 x 250 x 180 mm) eingelagert und anschließend bis ca. 2 cm oberhalb der Prüfkörper mit Kochsalzlösung (3 %) aufgefüllt. Je nach Prüfkörper werden sie für einen Tag (Faserzement) bzw. drei Tage (Betondachsteine) in der Kochsalzlösung gelagert. Der Behälter mit den Prüfkörpern wurde im Anschluss mit den Prüfkörpern in den Frostprüfschrank gestellt. Um gleichbleibende Testbedingungen zu gewährleisten, wurden im Frostprüfschrank immer die gleiche Anzahl an Prüfbehältern mit einer konstanten Beladung stehen. Die Kühlzeiten und Temperaturen sowie die Wärmzeiten und Temperaturen wurden so gewählt, dass die Kochsalzlösung in den Prüfbehältern vollständig durchfror und anschließend bis Raumtemperatur auftaute. Die Beurteilung der Prüfkörper erfolgte einmal wöchentlich bzw. alle zehn Zyklen. Ein Zyklus betrug 24 Stunden. Die Prüfbehälter wurden nach abgeschlossener Aufwärmphase zur Zwischenauswertung aus dem Frostprüfschrank entnommen. Die Prüfkörper wurden unter fließendem Wasser abgespült, abgetrocknet und beurteilt. Im Anschluss wurden die Prüfkörper zurück in die Behälter gelegt und diese wieder in den Frostprüfschrank gestellt. Die Endbeurteilung erfolgte nach 25 abgeschlossenen Zyklen. Hierzu wurden die Prüfkörper mit 5%iger Salzsäure angesäuert, um etwaige Kalkablagerungen zu entfernen, und anschließend gründlich unter fließendem Wasser abgespült. Die optischen Veränderungen wie Blasenbildung oder Farbabplatzungen werden in %-Angaben beurteilt (siehe Tabelle 7). Tabelle 7

Für die mittels Verfahren 1 beschichteten Substrate wurden die folgenden Ergebnisse hinsichtlich der Frostbeständiqkeit für die Wassergläser 1 bis 3 (WG 1 bis 3) erhalten (Tabelle 8):

Tabelle 8

Es zeigte sich, dass das Wasserglas 1 (Vergleich) einen wesentlich größeren Frostschaden aufwies. Die erfindungsgemäßen Beschichtungen mit Wasserglas 2 und Wasserglas 3 wiesen hingegen eine bessere Frostbeständigkeit auf.

UV-Beständigkeit

Das Prüfen der UV-Beständigkeit der Beschichtungszusammensetzung erfolgte gemäß DIN EN ISO 16474-2. Bei dem Prüfverfahren werden Beschichtungsstoffe mit Labor-Lichtquellen beansprucht, um die natürliche Bewitterung (Freibewitterung) zu simulieren. Diese Norm legt das Verfahren zum Beanspruchen von Probenplatten mit Xenonbogenlicht in Anwesenheit von Feuchte fest. Hierdurch können die Einflüsse der Bewitterung reproduziert werden. Diese treten auf, wenn Materialien im Endgebrauch in den vorhandenen Umgebungen durch Tageslicht oder durch Borosilikatglas gefiltertes Tageslicht beansprucht werden. Die Temperatur ist in der Prüfkammer beliebig zwischen 42°C und 120°C einstellbar, in Abhängigkeit des verwendeten Temperatursensors (Schwarztafel).

Die applizierten Beschichtungssysteme wurden so unter Anwendung von Tageslicht- Filtern mit einem zeitraffenden Testverfahren beurteilt. Die vorgesehene Prüfdauer für wässrige thermoplastische Dispersionslacke betrug 2500 Stunden und ca. 4000 Stunden für UV-vernetzende Duromere. Diese Prüfdauer setzte sich aus unterschiedlichen Beanspruchungszeiträumen unter geregelten Bedingungen (z.B. Temperatur, Luftfeuchte und/ oder Befeuchtung) nach der Reihenfolge in Tabelle 9 zusammen.

Tabelle 9

Die Prüfmuster wiesen zu den Referenzenm ustern nach Abschluss der Prüfung einen maximalen Farbtonunterschied von dE 2 auf; die Silikatbeschichtung war matt.

Der Vergleich für die Beschichtungszusammensetzung mit Wasserglas 3 zeigte die folgenden Ergebnisse für die UV-Beständigkeit für die verschiedenen Beschichtungsverfahren.

Tabelle 10

Wie in Tabelle 10 dargestellt, war der Dachstein, der mittels des nicht erfindungsgemäßen Verfahrens beschichtet wurde (ohne abschließende Trocknung), in der Xenon-Prüfkammer nach bereits 2 Stunden nicht mehr UV-beständig.

Zusammenfassend zeigt sich, dass die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen weniger ausblühen und eine verbesserte Frostbeständigkeit aufweisen. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, derartige Beschichtungszusammensetzungen zu erhalten.

Claims

Patentansprüche

1. Silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung, umfassend a) eine erste wässrige Komponente, enthaltend

2 bis 25 Gew.-% mindestens eines mineralischen, alkalistabilen Pigments,

20 bis 75 Gew.-% mindestens eines Füllstoffes, und

0,5 bis 5 Gew.-% mindestens eines Hydrophobierungsmittels, ausgewählt aus Hydrophobierungsmitteln auf der Basis von Polysiloxanen, Silanolen und/oder Stearaten, wobei sich die Gew.-% auf das Gesamtgewicht der ersten wässrigen Komponente beziehen, und b) Wasserglas, ausgewählt aus Natronwasserglas, Kaliwasserglas und/oder Lithiumwasserglas, mit einer Molverhältniszahl von mindestens 2,6 als zweite Komponente, wobei die silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung frei von Polymeren und VOCs ist, wobei die Molverhältniszahl das Verhältnis von Kieselsäure, ausgedrückt als SiC>2, zu Alkalioxid, ausgedrückt als Me2Ü = Na2O, K2O, Li2O, angibt und durch die folgende Formel definiert wird: wobei MVG die Molverhältniszahl, n(SiÜ2) die Stoffmenge von Kieselsäure und n(Me2Ü) die Stoffmenge des Alkalioxids angibt.

2. Silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 , wobei das Wasserglas Kaliwasserglas ist.

3. Silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wasserglas eine Molverhältniszahl im Bereich von 2,6 bis 3,4 aufweist.

4. Silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mineralische, alkalistabile Pigment aus der Gruppe, bestehend aus Titandioxid, Eisenoxidrot, Eisenoxidschwarz, Eisenoxid- gelb, Cobaltblau, Chromoxidpigmenten, Spinellphasenpigmenten und Kombinationen davon, ausgewählt ist.

5. Silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens eine Füllstoff aus Quarzmehl, gefällter oder pyrogener Kieselsäure, Bariumsulfat, Magnesiumcarbonat, Dolomit, Calciumcarbonat und Kombinationen davon ausgewählt ist.

6. Silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste wässrige Komponente weiter ein oder mehrere Additive, ausgewählt aus Verdickern, Entschäumern, Dispergiermitteln, Netzmitteln und Stabilisatoren, enthält.

7. Silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste wässrige Komponente einen pH-Wert im Bereich von 10 bis 13 aufweist.

8. Silikatische Zweikomponenten-Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche frei von Polymeren und VOCs ist, wobei die Polymere aus der Gruppe, bestehend aus Polymer-Mikroplastik, ausgewählt sind.

9. Verfahren zum Aufbringen einer Zweikomponenten-Beschichtungszusammen- setzung auf ein Substrat, umfassend

(a) das Bereitstellen einer Zweikomponenten-Beschichtungszusammenset- zung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie eines zu beschichtenden Substrats,

(c) das Beschichten des zu beschichteten Substrats mit der gemischten Beschichtungszusammensetzung, und (d) das Trocknen des beschichteten Substrats aus Schritt (c) für eine Dauer im Bereich von 0,5 bis 24 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 30°C bis 160°C.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Trocknen in Schritt (d) für eine Dauer im Bereich von 0,5 bis 8 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 80°C bis 150°C stattfindet.

11 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, welches einen weiteren Schritt des Nassbeschichtens (c‘) nach dem Schritt (b) und vor dem Schritt (c) umfasst, bei dem die gemischte Beschichtungszusammensetzung zunächst auf das Substrat direkt nach dessen Herstellung und vor dessen Aushärten aufgebracht und anschließend für eine Dauer im Bereich von 4 bis 48 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 30°C bis 160°C getrocknet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei kein Grundieren des Substrates erfolgt, bevor dieses in Schritt (c) beschichtet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Substrat ein mineralisches Substrat, vorzugsweise ein Faserzementsubstrat oder ein Betonsubstrat, ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Substrat aus der Gruppe, bestehend aus Faserzementplatten, Betondachsteinen und Pflastersteinen, ausgewählt ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Substrat vor dem Schritt des Beschichtens (c) für eine Dauer von mindestens einem Tag unter trockenen Bedingungen gelagert wird.

16. Beschichtetes Substrat, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15.

17. Verwendung der silikatischen Zweikomponenten-Beschichtungszusammenset- zung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Beschichtung eines mineralischen Substrats, vorzugsweise eines Betonsubstrates oder eines Faserzementsubstrates, besonders bevorzugt zur industriellen Beschichtung von betonhaltigen Trägermaterialien.