DE2426266C3 - Wässriges Mittel zur Schwarzpigmentierung von mineralischen Bindemitteln auf der Basis von RuB und Netzmittel - Google Patents

Wässriges Mittel zur Schwarzpigmentierung von mineralischen Bindemitteln auf der Basis von RuB und Netzmittel

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DE2426266C3
DE2426266C3 DE19742426266 DE2426266A DE2426266C3 DE 2426266 C3 DE2426266 C3 DE 2426266C3 DE 19742426266 DE19742426266 DE 19742426266 DE 2426266 A DE2426266 A DE 2426266A DE 2426266 C3 DE2426266 C3 DE 2426266C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein wäßriges Mittel zur Schwarzpigmentierung von mineralischen Bindemitteln zur Herstellung von Beton, Dachstein, Sichtbeton, Asbestbeton und Außenputz auf der Basis von Ruß und Netzmitteln.
Diese Mittel dienen zur außenwitterungsstabilen und dauerhaften Schwarzpigmentierung von mineralischen BindemiUelsystemen, in die sie eingearbeitet sind.
Es ist bekannt, wäßrigen mineralischen Bindemittelsystemen, z. B. einer Zement-Sand-Mischung, zur Einfärbung Pigmentdispersionen zuzusetzen und dann den Abbindevorgang anzuschließen. Zur Herstellung schwarzgefärbter Systeme ist auch bekannt, Rußdispersionen, welche Netz- bzw. Dispergiermittel enthalten, unlerzumischen.
Bekanntlicherweise wird Ruß in einer Reihe von verschiedenen Qualitäten hergestellt. Es gibt Flamm-, Furnace- und Gas- bzw. Channelruß. Die vorhandenen Unterschiede in der Partikelgröße, Oberflächenstruktur, Oberflächengröße, pH-Werte und Dichte haben unterschiedliche Benctzungsvcrhalten und Dispergierbarkeit der Rußsorten zur Folge. Entsprechend dieser unterschiedlichen, von hydrophil bis hydrophob reichenden Eigenschaften, werden unterschiedliche Netz- bzw. Dispergiermittel eingesetzt. Bei z. B. sehr unpolaren Rußen werden Netzmittel bei der Herstellung von wäßrigen Rußdispersionen zugesetzt, um die carbophile Oberfläche des Ausgangsrußes etwas hydrophiler zu machen. Außerdem werden oberflächenaktive Stoffe,
ίο wie Netz- bzw. Dispergiermittel bei der Herstellung von Rußdiüpersionen zugesetzt, um den verwendeten Ruß optimal zu verteilen und den Verteilungsgrad zu stabilisieren.
Als Netz- bzw. Dispergiermittel werden anionaktive oder nichtionogene Stoffe, wie z. B. Alkylarylsulfonate, Lignosulfonate oder Polyäthylenglykol-Derivate, verwendiit.
Die damit hergestellten Rußdispersionen sind in der Regel flüssige, pastenförmige oder pulverige Systeme.
Ihre Zusammensetzung kann z. B. aus ca. 35 Teilen Wasser, 60 Teilen Ruß (Pigment) und 5 Teilen Netzmittel bestehen.
Bei der Verwendung dieser bekannten Rußdispersionen zeigt es sich, daß die Bewitterungsstabilität entsprechend eingefärbter Bindemittelsysteme, z. B. für Dachsteine, in der Art zu wünschen übrig läßt, daß die Farbtiefe bei längerer Bewitterung auf der Oberfläche stark abnimmt. Worauf diese Verwitterungserscheinung zurückzuführen ist, ist noch nicht nachgewiesen worden.
Es bestand daher Zweifel, ob sich die bisher gebräuchlichen Rußdispersionen anstelle anorganischer Pigmente, wie FeJO4 oder Eisenoxidrot, unter Aufrechterhaltung eines vergleichbaren Qualitätsstandard verwenden ließen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß bei der Verwendung bestimmter, vorzugsweise in Pulverform hergestellter Mittel zur Schwarzpigmentierung eine wesentlich erhöhte Witterungsstabilität von rußpigmentierten mineralischen Bindemittelsystemen erhalten werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein wäßriges Mittel zur Schwarzpigmentierung von mineralischen Bindemitteln zur Herstellung von Beton, Dachstein, Sichtbeton, Asbestbeton und Außenputz auf der Basis von Ruß und Netzmiueln, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein fluorhaltiges Netzmittel zur Erhöhung der Witterungsstabilität enthält.
Dachsteine, die nach den gleichen Rezepturen und Verfahren hergestellt wurden und sich nur in den verwendeten Netz- bzw. Dispergiermitteln unterschieden, wurden über ein Jahr lang der Bewitterung ausgesetzt und dann mit entsprechenden Rückmustern verglichen. Die Dachsteine, bei welchen Netz- bzw. Dispergiermittel entsprechend dem Stand der Technik verwendet wurden, zeigten eine bedeutende Abweichung in der Farbtiefe zu den Rückmustern. Sie waren stark ausgebleicht.
Dagegen zeigten die Dachsteine, bei welchen Netzbzw. Dispergiermittel gemäß Erfindung verwendet wurden, keinerlei Aufhellung gegenüber den Rückmustern. Sie waren identisch mit den unbewitterten Mustersteinen.
Als flüorhaiiige Netz- bzw. Dispergiermittel sind anionaktive und nichtionogene Mittel geeignet.
Alkalisalz von Arylsulfonsäureperfluoralkenäther gehören zur ersten Gruppe und zeigen eine gute Wirkung. Sie werden z. B. durch Umsetzung eines Perfluoralkens der allgemeinen Formel Cn F2„ wobei π ζ. B. S 10 ist,
vorzugsweise Cm F20 mit einem Polyäihylenglykol der allgemeinen Formel
HO-(CH2-CH2-O)n-H wobei nv- B. ί 23 ist, vorzugsweise mit
HO-(CH2-CH2-O)23-H
hergestellt.
Das bei beiden Netzmittelarten als Ausgangssubstanz verwendete Perfluoralken der allgemeinen Formel CnF2n, z.B. mit der Größe η = 10 ist ein verzweigter Kohlenwasserstoff. Dieser hat vorzugsweise die Struktur
(C2F5MCF3)C-C(CF3) = CF(CFj)
mit der Bruttoformel CioF2o.
Wird bei der Herstellung der Alkalisalze der Aryisulfonsäureperfluorälher das Perfluoralken Cn)F2O verwendet, erhält man das anionaktive Netzmittel der Formel
Ci0Fi9-O-C6H4-SOjNa. 5 g Wassier
2 g Kieselsäure (Fällungskieselsäure)
HXfg Der Ruß wird in der Retschmühle, Größe O, vorgelegt und die benötigten Mengen Netzmittel und Wasser während ca. 5 Minuten zugegeben. Hiernach wird Minuten verkollert.
Beispiel
80 g Ruß
0,2 g CI0F19-O-C6H4-SOjNa 19,8 g Wasser
15 100 g Verarbeitet beschrieben.
wird dieser Ansatz wie in Beispiel
Beispiel
Einem bevorzugten, nichtionogenen, mit dem Perfluoralken Ci0F20 hergestellten Netzmittel aus der
Gruppe der Polyälhylenglykolbisperfluoralkenäther 25 ifjo g kommt die Struktur
C1OF19-O-(CH2-CH2-O)2J-Ci0F19 80 g Ruß
0,2 g CoFi9-O-(CH2-CH2-O)23-19,8 gWasser
-C10Fi9
wird dieser Ansatz wie in Beispiel
35
Die Netzmittel können in Mengen von 0,02 — 0,4%, vorzugsweise von 0,08-0,3%, bezogen auf das Gewicht des Rußes, eingesetzt werden. Im Einzelfall richtet sich die eingesetzte Netzmittelmenge nach der Zusammensetzung des Bindemittelsystems, insbesondere nach der Art des verwendeten Rußes, wobei auch darüber hinausgehende Netzmittelmengen in Frage kommen.
Für die Schwarzpigmentierung von Betondachsteinen haben sich die Ruße der Klasse LFI (Long Flow Impingement), RCC (Regular Colour Channel), MCF (Medium Colour Furnace), FCFm (Fine Colour Furnace modifide), FCF (Fine Colour Furnace) als besonders brauchbar erwiesen. Man kann auch Mischungen aus diesen Rußen verwenden. Die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Verwendung von fluorhaltigen Netz- bzw. Dispersionsmitteln stellt eine optimale Verteilung des Rußes und die Stabilisierung des Verteilungsgrades in einem wäßrigen Mittel zur Schwarzpigmentierung sicher, wobei in bezug auf die verwendete Rußsorte eine breite Variationsmöglichkeit gegeben ist.
Äußerst günstig ist der Einfluß der erfindungsgemäß verwendeten fluorhaltigen Netz- bzw. Dispersionsmittel auf das coloristische Aussehen, d. h. das Bewitterungsverhalten der mineralischen Bindemittel, in die die erfindungsgemäßen Mittel zur Schwarzpigmentierung eingearbeitet sind. Selbst bei einjähriger Bewitterung, ^ wie aus den Beispielen zu ersehen ist, bewahren mit erfindungsgemäßen Mitteln zur Schwarzpigmentierung pigmentierte mineralische Bindemittel ihren Farbcharakter. . .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele im Vergleich zum Stand der Technikerläutert:
L Hersieilung der Mitte! zur Schwarzpigmentierung
Beispiel 1 (zum Stand derTechnik)
92 g Ruß
1 R Oxylignine(Ligninsulfonat) Verarbeitet beschrieben.
Der Ruß, verwendet in den Beispielen folgenden Kenndaten:
bis 3, hat die
Elektronenmikroskopischer Teilchendurchmesser:
25 ηιμ.
Stampfdichte DIN 53194:0,19 g/l.
OlbedarfFP:300%(g/100g).
pH Wert: 3.
Oberfläche: 18Om2Zg.
Er gehört zur Klasse LFI (Long Flow Impingement).
Beispiel 4 (zum Stand der Technik)
92 g Ruß
1 g Ox.ylignine(Ligninsulfonat)
2 g Kieselsäure (Fällungskieselsäure) 5 g Wasser
Verarbeitet beschrieben.
wird dieser Ansatz wie in Beispiel
Beispiel
80 g Ruß
0,2 g C10Fi9-O-C6H4-SO3Na 19,8 g Wasser 100 g
60 Verarbeitet beschrieben.
wird der Ansatz wie in Beispiel Beispiel 6
80 g Ruß 0,2 g C0F19-O-(CH2-CH2-O)23-CoFi9 19,8 g Wasser 100 g
Verarbeitet wird der Ansatz wie in Beispiel beschrieben.
Der in den Beispielen 4 bis 6 verwendete Ruß hat die folgenden Kenndaten:
Elektronenmikro.skopischerTeilchendiifchmesser: 95 ηιμ.
Stampidichte DIN 53194 :0,31 g/1. ölbedarf FP : 280% (g/100g).
pH-Wert: 7.
Oberfläche: 21 m2/g.
Er gehört zur Klasse MCF (Medium Colour Furnace).
B eis ρ i e I 7 ,,
92 g Ruß
1 g Oxylignine(Ligninsulfonat)
2 g Kieselsäure(Fällungskieselsäuie) 5 g Wasser
100 g
Verarbeitet wird der Ansatz wie in Beispiel I beschrieben.
Beispiels
80 g Ruß 0.2 g C10F19-O-CH4-SO3Na 19,8 g Wasser 100 g
Verarbeitet wird der Ansatz wie in Beispiel beschrieben.
Beispiel
80 g Ruß 0,2 g C10F19-O-(CH2-CH2O)23-C10F19 19,8 g Wasser
30
35
100 g
Verarbeitet wird der Ansatz wie in Beispiel 1 beschrieben.
Der in den Beispielen 7 bis 9 verwendete RuIJ hat die folgenden Kenndaten:
Elektronenmikroskopischer Teilchendurchmesser:
Stampfdichte DIN 53194 : 0,30 g/l.
Ölbedarf: 300% (g/100g).
pH-Wert: 8.
Oberfläche 46 m2/g.
Er gehört zur Klasse MCF (Medium Colour Furnace).
Beispiel (zum Stand der Technik)
92 g Ruß
1 g Oxylignine(Ligninsulfonat)
2 g Kieselsäure (Fällungskieselsäure) 5 g Wasser
55
60
Verarbeitet wird der Ansatz wie in Beispiel beschrieben.
Beispiel
80 g Ruß 0,2 g C10Fm-O-C8H4-SO3Na 19,8 g Wasser
iöö~~g
Verarbeitet wird der Ansatz wie in Beispiel 1 beschrieben.
Beispiel 12
80 g Ruß
0,2 g C1OFi9-O-(CH2-CH2-O)23-C1,,] m
19*8 g Wasser
100 g
Verarbeitet wird der Ansatz wie in Beispiel 1 beschrieben.
Der in den Beispielen 10 bis 12 verwendete Ruß hat die folgenden Kenndaten:
EleklroncnmikroskopischcrTeilchcndurchmcsser:
35 ΐημ.
Stampfdichte DIN 53194 : 0.17 g/l.
Ölbedarf FP: 360% (g/100g).
pH-Wert: 8.
Oberfläche: 80 ni2/g.
Er gehört zur Klasse RCC (Regular Colour Channel).
11. Herstellung der Mustersteine
Beispiel 13
Zur Einarbeitung der erfindungsgemäßen Mittel zur Schwarzpigmentierung entsprechend den Beispielen 1 bis 12 in mineralische Bindemittel wird das folgende Verfahren angewendet:
5 g erfindungsgemäße Mittel zur Schwarzpigmentierung gemäß den Beispielen 1 bis 12,
100 g Zement (EPZ 275),
300 g Sand (0-3,15 mm),
25 g Wasser.
Dieser Ansatz wurde im Mörtelmischer während 10 Minuten gemischt.
Zur Herstellung von Mustersteinen wird die nach dem Beispiel 13 erhaltene Mischung in eine Preßform gefüllt und mittels einer öldruckpresse mit 300 kp/cm2 zu Mustersteinen gepreßt.
Diese Mustersteine werden bei Raumtemperatur (24° C) getrocknet.
Um das Bewitterungsverhalten zu prüfen, wurden die Steine gemäß Beispiel 13 ein Jahr der Bewitterung ausgesetzt. Der Standort befand sich auf dem Dach eines Industriegebäudes und war nach Süden ausgerichtet. Die Mustersteine wurden alle 4 Monate mit nicht bewitterten Rückmustern verglichen. Hierbei zeigte sich, daß die Muster der 3eispiele 1,4,7,10 schon nach 4 Monaten eine Spur heller als die Rückmuster waren.
Die Musterung nach 12 Monaten zeigte bei allen Mustersteinen der Beispiele 1, 4, 7, 10, die bewittert waren, eine bedeutende Abweichung zu den Rückmustern. Eine Ausnahme bildeten diejenigen Steine, die entsprechend den Beispielen 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11 und 12 gewonnene Mittel zur Schwarzpigmentierung enthielten. Hier waren die bewitterten Steine (in bezug auf die Farbtiefe) mit den Mustern identisch.
Optische Messungen bekräftigten die oben subjektiv gewonnenen Ergebnisse. Angewandt wurde das spektralphotometrische Verfahren nach DlN 5033 (Gerät Elrepho/Zeiss).
Die folgende Tabelle gibt die Werte für einige mit verschiedenen Netzmittel)! hergestellte Steine wieder. Verglichen werden hier die Werte Y, die sich aus der Differenz von bewittertem und unbewittertem Stein ergeben.
Verwendete Netzmittel
Y bewitteri minus
Y unbewittcrt
Ligninsulfonat (Oxylignin)
(Beispiele 1, 4. 7, 10)
Netzmittel (entspr. den
Beispielen 2. 5, 8, 11)
Netzmittel (entspr. den
Beispielen 3,6,9, 12)
7.4 1,9 1,8
14
Beispiel
Für die Betoneinfärbung wird ein Mittel zur Schwarzpigmentierung in einem 200 kg Ansatz nach dem folgenden Rezept auf dem Kollergang hergestellt:
80 Teile RuU
0,1 Teile Netzmittel
CH)FiH-O-19,9 Teile Wasser
-CFh-O)Ji-Cu)Fi
100 Teile
für die Beispiele 9 bis 12 angege-
Der Ruß hat die
benen Kenndaten.-
Der Ruß wird im Kollergang vorgelegt und während 15 Minuten das zuvor in der benötigten Wassermenge gelöste Netzmittel zugegeben. Nach Beendigung der Wasser-Nctzinittelzugabe wurde 60 Minuten gekollert.
Der gesamte Ansatz wird nach dem Verkollern mit einer Progress-Hammcrmühle mit Sieben gemahlen und dann in wasserabweisende, polyäthylenbeschichtete Säcke abgefüllt.
Die in diesem Maßslab gut herzustellenden Mittel zur Schwarzpigmentierung hatten die gewünschten Eigenschäften. Sie lassen sich gut in erfindungsgemäße mineralische Bindemittelsysteme, wie z. B. Betonsysteme, einarbeiten, welche dann das erfindungsgemäße gute witterungsstabile Verhalten aufwiesen.
700 (13B/3Ü0

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Wäßriges Mittel zur Schwarzpigmentierung von mineralischen Bindemitteln zur Herstellung von Beton, Dachslein, Sichlbeton, Asbestbeton und Außenputz auf der Basis von Ruß und Netzmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß es ein fluorhaltiges Netzmittel zur Erhöhung der Witterungsstabilität enthält.
2. Wäßriges Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es: ein anionaktives Netzmittel enthält.
3. Wäßriges Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein nichtionogenes Netzmittel enthält.
4. Wäßriges Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Netzmittel Alkalisalze eines Arylsulfonsäureperfluoralkenäthers enthält.
5. Wäßriges Mittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es Polyäthylenglykolbisperfluoralkenäther als Netzmittel enthält.
6. Wäßriges Mittel nach den Ansprüchen 1-5, gekennzeichnet durch einen Netzmittelgehalt, bezogen auf das Gewicht des Rußes, von 0,02 — 0,4%, vorzugsweise von 0,08 bis 0,3%.
7. Wäßriges Mittel nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß es Ruß der Klasse LFl (Long Flow Impingement) enthält.
8. Wäßriges Mittel nach den Ansprüchen 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß es Ruß der Klasse RCC (Regular Colour Channel) enthält.
9. Wäßriges Mittel nach den Ansprüchen 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß es Ruß der Klasse FCFm (Fine Colour Furnace modifide) enthüll.
10. Wäßriges Mittel nach den Ansprüchen 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß es Ruß der Klasse MCF (Medium Colour Furnace) enthält.
U. Wäßriges Mittel nach den Ansprüchen 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß es Ruße der Klasse FCF (Fine Colour Furnace) enthält.
12. Wäßriges Mittel nach den Ansprüchen 7-11, dadurch gekennzeichnet, daß es Ruße in Mischung enthält.
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US5698016A (en) 1996-06-14 1997-12-16 Cabot Corporation Compositions of modified carbon products and amphiphilic ions and methods of using the same
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