DE3226602A1 - Haertbare kunstharzmasse und deren verwendung - Google Patents
Haertbare kunstharzmasse und deren verwendungInfo
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Description
BERG S[APP; .SQNWABE-- SANDMAIR
MAUEFiKIHCHl-HsTRASSL 4 S 8000 MUNCHLh 80
32
16. Juli 1982
HILTI AKTIENGESELLSCHAFT
9494 Schaan
Fürstentum Liechtenstein
Fürstentum Liechtenstein
Härtbare Kunstharzmasse und deren Verwendung
IV/st
«(089) 9882 72· 74 lelegramme (cable)·
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BERG
.· :SCKWAB£<·
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Beschreibung
Es ist seit langem bekannt, für Befestigungszwecke, namentlich zur Befestigung von Verankerungen, wie Ankerstangen
und zur Gesteinsverfestigung im Bergbau, Ampullen oder dergleichen Behältnisse aus zerstörbarem Wandmaterial
in die Bohrlöcher einzusetzen, wobei diese Ampullen, häufig auch als Mörtelpatronen bezeichnet, neben Füllstoffen
und gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen, in
getrennter Form einen härtbaren Kunststoff und einen hierfür bestimmten Härter enthalten. Durch Eintreiben
der Verankerungs- oder Armierungsvorrichtung, gegebenenfalls unter gleichzeitigen Drehbewegungen, wird die Wandung
der Ampulle zerstört, die Trennung des härtbaren Kunstharzes vom Härter aufgehoben und eine gewisse Durchmischung
bewirkt, was schließlich zur Aushärtung des Kunststoffs führt. Eine gute Durchmischung ist dabei,
um die Bildung nicht-umgesetzter Nester zu vermeiden, von ganz wesentlicher Bedeutung. Von Hand gelingt dies
nur schwerlich, so daß regelmäßig die Drehbewegung maschinell bewirkt wird. Die in den härtbaren Kunststoffmassen
enthaltenen Füllmittel erlauben bei guter Durchmischung eine von Schrumpfung im wesentlichen freie
druck- und zugfeste Aushärtung.
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— A —
Es ist auch möglich, die beiden unter Aushärtung reagierenden Bestandteile, nach Anlieferung in getrennter Form,
z.B. in zwei Gebinden, zu mischen und mit Hilfsvorrichtungen
wie Injektionsrohren, Spachteln oder Schläuchen in das Bohrloch einzuspeisen.
Ein erhebliches Problem bei solchen härtbaren Kunstharzmassen für Befestigungszwecke ist dabei die Viskosität
dieser Massen. So muß, beispielsweise im Baustellenbetrieb, mit Arbeiten innerhalb relativ großen Temperaturbereichen
von beispielsweise +5 bis +40° C gerechnet werden. Zum einen sollte im unteren Temperaturbereich ausreichend
niedrige Viskosität gewährleistet sein, so daß die Massen einen nicht zu hohen Strömungswiderstand aufweisen, damit
sie beispielsweise mittels Hand-Preßpistolen verar-
N,
beitet werden können. Auch für die Mischwerkzeuge ist
eine niedrige Viskosität zur Erzielung einwandfreier
Vermischung von Bedeutung. Andererseits sollte die Masse
auch im oberen Temperaturbereich solche Eigenschaften haben, daß ein Nachlaufen nach dem Entspannen der Hand-Preßpistole
nicht eintritt, und daß, beispielsweise bei horizontaler oder vertikaler Überkopf-Montage, ein
Herauslaufen nicht eintritt. Eine dosierbare, z.B. von Hand auspreßbare Zweikomponentenmasse, welche bei einer
mittels Handkraft vorgenommenen Steckmontage der Verankerung, z.B. Ankerstange, nach Mischung über Statik-'
mischer/ eine mit dem Festigkeitsniveau der Ankerstange
vergleichbare Befestigung erreichen laßt, ist bislang nicht bekannt geworden. Dabei wäre gerade die von Hand,
z.B. mit den üblichen Handpistolen aus zwei Kartuschen über einen Statikmischer in ein Bohrloch einspeisbaren
Zweikomponentenmassen wegen der leichten Handhabbarkeit und Unabhängigkeit von maschinellem Aufwand besonders
erstrebenswert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Mörtelmasse zur Verfügung zu stellen, welche frei ist
von den bisherigen Nachteilen und welche die gewünschten Eigenschaften aufweist. Die Erfindung betrifft demnach
eine Zweikomponenten-Mörtelmasse auf der Basis von ungesättigten Polyestern, reaktiven Verdünnern, Füllmitteln,
Thixotropiermitteln und gegebenenfalls weiteren üblichen Zusätzen sowie einem radikalischen Härtungskatalysator,
wobei in der einen Komponente der ungesättigte Polyester und in der anderen Komponente der Härter enthalten
ist, wobei erfindungsgemäß insgesamt 15 - 35 Gew.-% ungesättigter Polyester, 9-25 Gew.-% reaktiver Verdünner,
44 - 66 Gew.-% Füllmittel, 0,5 - 4 Gew.-% Thixotropiermittel und 1-6 Gew.-% radikalischer Härtungskatalysator, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse, enthalten
sind.
ο
-X-
Derartige Massen zeigen einerseits das gewünschte Festigkeitsniveau
und andererseits das erforderliche Viskositätsverhalten.
Die Begleitstoffe, wie reaktiver Verdünner, Füllmittel,
Thixotropiermittel und sonstige übliche Hilfsmittel, wie Stabilisatoren, Streckmittel usw., können sowohl in der
Polyester-Komponente als auch in der Härterkomponente bzw.
in beiden Komponenten verteilt, enthalten sein. Vorzugsweise befindet sich der reaktive Verdünner jedoch in der
den Polyester enthaltenden Komponente. Entscheidend ist
allein, daß die Summe der Bestandteile insgesamt innerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche liegt.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei weleher
die beiden Komponenten, also die den ungesättigten Polyester enthaltende Komponente und die den Härter enthaltende
Komponente, etwa vergleichbare Viskosität aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden,
daß die Härterkomponente einen bezüglich der Härteraktivität inerten Träger und/oder, bezogen auf die Gesamtmasse,
einen Teil der Füllstoffe und/oder Thixotropiermittel enthält. So kann der Härter unter anderem in Form einer
30 - 70 %igen, z.B. 50' %igen Paste von Dibenzoylperoxid in Phthalat-Weichmacher, gegebenenfalls zusammen mit
einem Teil der insgesamt erforderlichen Füllstoffe, z.B.
— 5 —
-Ji-3
Quarz einer Korngröße von 0,04 - 0,15 nun im Mischungsverhältnis
Paste zu Quarz von ungefähr 2 : 1 Gew.-Teilen,
vorliegen. Die mit dem Härter eingeführten Mengen an Füllstoffen und/oder Thixotropiermittel bilden in jedem
Fall dann zusammen mit den, in der ungesättigten Polyesterkomponente enthaltenden Füllstoffen und/oder Thixotropiermitteln
den erfindungsgemäß vorbestimmten Gesamtgehalt an diesen Bestandteilen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können als ungesättigte
Polyester die üblichen für solche Zwecke eingesetzten Polyesterharze verwendet werden. Vorzugsweise
handelt es sich hierbei um Polyester aus niedrigen ungesättigten Dicarbonsäuren, aromatischen Di- oder Polycarbonsäuren, gegebenenfalls auch mit kondensierten
Ringen und niedrigen aliphatischen Polyolen, insbesondere Diolen. Besonders bevorzugte Beispiele sind ungesättigte
Polyester aus Maleinsäure, o-Phthalsäure und Propylenglykol, 65 %ige Lösung in Styrol, vorbeschleunigt mit
tertiären aromatischen Aminen, stabilisiert mit phenolischen Inhibitoren. Anstelle von nur Maleinsäure können
auch Anteile von Fumarsäure eingesetzt werden. Das Verhältnis Maleinsäure : o-Phthalsäure kann zwischen 2 : 1
bis 1 : 2 liegen.
Bevorzugt sind wegen ihrer Reaktionsfähigkeit hierbei
aminbeschleunigte Polyester.
Die ungesättigten Polyester können als solche, im Gemisch
mit Füllstoffen usw., oder mit sonstigen festen oder flüssigen Trägern, z.B. in Form ihrer Lösungen, eingebracht
werden. Als Lösungsmittel können sowohl inerte Träger verwendet werden, wenn auch reaktive Verdünner bevorzugt
sind. Als reaktive Verdünner werden die hierfür bekannten üblichen «£-olefinischen Verbindungen, wie beispielsweise
Styrol und/oder Divinylbenzol, verwendet. Das Mischungsverhältnis
von ungesättigtem Polyester zu reaktivem Verdünner liegt dabei im allgemeinen Bereich von
2 : 0,8 - 2,5 Gew.-Teilen, wobei Mischungsverhältnisse von ungefähr 2 : 1,5 Gew.-Teilen besonders geeignet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform machen in den erfindungsgemäßen
härtbaren Mörtelmassen der ungesättigte Polyester und der reaktive Verdünner insgesamt 36 - 40
Gew.-% aus.
Als Füllmittel können zwar die für solche Zwecke üblichen mineralischen.Füllstoffe, wie Kaolin, Schwerspat, Glasfasern,
Glaskugeln und dergleichen verwendet werden, jedoch ist Quarz das ganz bevorzugte Füllmittel. Vorzugsweise
enthalten demzufolge die erfindungsgemäßen Massen
als Füllmittel im wesentlichen Quarz, beispielsweise 65 Gew.-% und mehr, vorzugsweise mehr als etwa 80 Gew.-%
Quarz, bezogen auf die Gesamtfüllmittelmenge, wobei die Verwendung von Quarz als alleinigem Füllstoff sich besonders
bewährt hat. Das Quarzkorn hat erfindungsgemäß meist
einen Durchmesser von 0,1 - 0,6 oder sogar 0,1 - 0,25 mm. Dabei liegen regelmäßig mindestens 50 %, vorzugsweise
über 60 % der Gesamtzahl der Teilchen innerhalb dieses Korngroßenbereichs, häufig sogar über 80 %. Eine typische
erfindungsgemäß brauchbare Kornverteilung ist etwa folgende:
Siebdurchgang
> 250 μΐη
250 - 125 μΐη 125 - 90 μπν 90 - 63 μπι 63 - 32 μΐη
< 32 μπι
250 - 125 μΐη 125 - 90 μπν 90 - 63 μπι 63 - 32 μΐη
< 32 μπι
Quarzsand | Quarzsand |
0,1 - 0,25 mm | 0,1 - 0,65 mm |
4,9 % | 66,5 % |
81,9 % | 25,3 % |
10,9 % | 6,8 % |
2,0 % | 1,1 % |
0,3 % | 0,1 % |
0,1 % | 0 % |
Dabei können übliche Quarzkörner verwendet werden, wenn
auch feuergetrocknete, kantengerundete Quarzkörner im besonderen Maße bevorzugt sind. Die Füllmittel, insbesondere
der Quarz, sind vorzugsweise mit Haftvermittlern, wie z.B. Silanen, oberflächenbehandelt.
- JBr -
Als Thixotropiermittel können die hierfür üblichen Stoffe enthalten sein, wenn auch Stoffe wie pyrogene Kieselsäure,
insbesondere zur Erhöhung der Thixotropiewirkung,organisch
oberflächenbehandelte pyrogene Kieselsäure, ferner Kaolin, Bentonit, Montmorillonit, Asbest und/oder organische
Faserstoffe bevorzugt sind. Sehr geeignet haben sich auch Mischungen von Bentonit mit Montmorillonit erwiesen.
Die Thixotropiermittel haben dabei einen nicht unwesentlichen Einfluß auf das Fließverhalten der erfindungsgemäßen
Masse. Selbst im Bereich niedriger Viskositäten soll durch die Thixotropiermittel vermieden werden, daß, namentlich
bei horizontaler Montage oder Überkopf-Montage die erfindungsgemäßen Massen aus dem Bohrloch herauslaufen.
Weiter wirken die Thixotropiermittel einer Sedimentation der Füllstoffe entgegen und erhöhen damit merklich
die Lagerbeständigkeit. Die Thixotropiermittel sind demgemäß vorzugsweise in jener Komponente enthalten, die
auch die Füllstoffe enthält bzw. sind entsprechend den Füllstoffgehalten auf die Komponenten verteilt.
Der in der Härterkomponente B enthaltene, der Härtung der ungesättigten Polyester dienende Härter ist ein an
sich bekannter radikalisch wirkender Katalysator. Bevorzugt sind organische Peroxiverbindungen, wie beispielsweise Dibenzoylperoxid.
Der Härter kann in einem inerten Träger, z.B. Weichmacher
für das Polyesterharz/ wie beispielsweise ein Phthalatweichmacher, enthalten sein. Bewährt haben sich insbesondere
solche Massen der erfindungsgemäßen Art/ bei welchen die Härterkomponenten, neben dem inerten Träger,
gewisse Anteile an Füll- und/oder Thixotropiermittel enthalten und die Härterkomponente etwa die gleiche Viskosität
wie die den ungesättigten Polyester enthaltende Komponente aufweist.
Die erfindungsgemäßen Massen können daneben sonstige übliche
Zusätze wie Stabilisatoren, Pigmente, Farbstoffe, Streckmittel, Viskositätsbeeinflussende Mittel, Lösungsmittel
und dergleichen, enthalten.
Durch inniges Vermischen der Polyesterkomponente mit der Härter-Komponente wird in bekannter Weise die Härtung
der erfindungsgemäßen Mörtelmasse eingeleitet. Die Aushärtezeiten liegen bei Raumtemperaturen im allgemeinen
im Bereich von 30 - 60 min., wobei schon nach ca. 5 min. eine Lastaufnahme im Bereich des zulässigen Lastwertes
möglich ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform weisen
die erfindungsgemäßen 2-Komponenten-Mörtelmassen insgesamt
bzw. gemischt zur Härtung einen Gehalt an unge-
- 10 -
sättigtem Polyester von 20 - 24, insbesondere 21 - 21,5 Gew,-an
reaktivem Verdünner von 12 - 20, insbesondere 14 - 17 Gew an Füllstoff von 46 - 59, insbesondere 52 - 57 Gew.-%, an
Thixotropiermitel von 1 - 3, insbesondere 1,0 - 2,5 Gew.-% und an radikalischem Härtungskatalysator von insbesondere
2,5 - 4,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse, auf.
Die erfindungsgemäßen härtbaren Mörtelmassen werden insbesondere
als Mörtelmasse zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrlöchern in massivem Material, wie Beton,
Mauerwerk, Gestein und dergl. im wesentlichen homogenen,
harten Aufnahmewerkstoffen eingesetzt. Hierbei hat es
sich in besonderem Umfange bewährt, wenn für kleinere Ankerstangen Mörtelmassen verwendet werden, deren Quarzfüllstoffe
im unteren Kornbereich liegen, während für größere Ankerstangen Mörtelmassen^mit Quarzfüllstoffen
des oberen Kornbereichs bevorzugt sind. Insbesondere haben sich bei Verankerungen von etwa M 6 - M 16-Ankerstangen,
bei einem maximalen Ringspalt von 1 mm, Kornbereiche von etwa 0,1 - 0,25 mm bewährt, während sich bei
der Befestigung von größeren Ankerstangen, insbesondere mit Ringspalten von ca. 1-2 mm, Kornbereiche von etwa
0,4 - 0,6 mm besonders bewährt haben.
In den nachfolgenden Beispielen sind erfindungsgemäß
2-Komponenten-Mörtelmassen erläutert.
- 11 -
IS
Hochgefüllter UP-Mörtel
ϋΡ-Harz (70 %ig in Styrol) 32,0 %
Benzoylperoxid (50 %ig in Phthalat) 2,0 %
Pyrogene Kieselsäure 1,0 %
Quarz sand 0,1 . . . 0, 45 nun 65,0 %
100,0 %
Ungesättigter Polyester
(60 %ig in Styrol) 32,5 %
(60 %ig in Styrol) 32,5 %
Benzoylperoxid (50 %ig in Phthalat) 6,0 % Pyrogene Kieselsäure 2,5 %
Quarzsand 0,1 ... 0,25 mmm
(nachbehandelt mit Silan) 55,0 %
100,0 %
Niedergefüllter UP-Mörtel
Ungesättigter Polyester
(65 %ig in Styrol) 38,0 %
Divinylbenzol 3,5 %
Pyrogene Kieselsäure 3,5 %
Benzoylperoxid (50 %ig in Phthalat) 10,0 %
Quarzsand 0,1 ... 0,6 mm 45,0 %
100,0 %
- 12 -
-U-
Zur Härtung werden die Polyester enthaltende Komponente
und die Härter enthaltende Komponente zur Einstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in den entsprechenden
Mengenanteilen gemischt. Meist werden hierbei zur Vereinfachung vorgegebene Mischungsverhältnisse eingehalten,
jedoch können die Mischungsverhältnisse innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens ohne weiteres modifiziert werden.
Claims (11)
1. Zwei-Komponenten-Mörtelmasse auf der Basis von ungesättigten Polyestern, reaktiven Verdünnern, Füllmitteln,
Th i xotropiermitteln und gegebenenfalls weiteren üblichen Zusätzen sowie einem radikalischen Härtungskatalysator,
wobei in der einen Komponente der ungesättigte Polyester und in der anderen Komponente der Härter enthalten ist,
dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt
15 - 35 Gew.-% ungesättigter Polyester, 9-25 Gew.-% reaktiver Verdünner, AA - 66'Gew.-% Füllmittel,
0,5-4 Gew.-% Thixotropiermittel und 1-6 Gew.-% radikalischer Härtungskatalysator, jeweils bezogen auf die
Gesamtmasse, enthalten sind.
2. Mörtelmasse gemäß Patentanspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß der ungesättigte Polyester
und der reaktive Verdünner in einer Gesamtmenge von 36 - 40 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, enthalten
s ind,
«(089) 9882 72-74 Telex-0524 560 BERG d Bankkonten: Bayer. Veteinsbank München 453100(HIZ 700202 70)
Telegiamme (cable); Telekopieter: (089)983049 Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swill Code HtPODEMM
BERGSTAPFPATENT Miinrhor- Kelle Infotec 6000 Postscheck München 653 43-808 (BLZ 70010080)
3. Mörtelmasse gemäß Patentanspruch 1 oder 2, d a durch
gekennzeichnet, daß der ungesättigte Polyester und der reaktive Verdünner im
Mischungsverhältnis von 2 : 0,8 - 2,5, insbesondere ungefähr 2 : 1,5 enthalten sind.
4. Mörtelmasse gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß als ungesättigter Polyester ein aminbeschleunigtes Polyesterharz enthalten ist.
5. Mörtelmasse gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als reaktiver Verdünner Monostyrol und/oder Divinylbenzol enthalten ist.
6. Mörtelmasse gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Füllstoff im wesentlichen Quarz, insbesondere
einer Teilchengröße von 0,1 - 0,6 mm, ist.
7. Mörtelmasse gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Thixotropiermittel pyrogene Kieselsäure, Kaolin,
Bentonite, Montmorillonit, Asbest und/oder organische
Faserstoffe enthalten sind.
8. Mörtelmasse gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche/ dadurch gekennzeichnet,
daß als radikalischer Härtungskatalysator ein Peroxidhärter, insbesondere Dibenzoylperoxid, enthalten ist.
9. Zwei-Komponenten-Mörtelmasse gemäß einem der vorhergehenden
Patentansprüche/ gekennzeichnet
durch einen Gehalt an ungesättigtem Polyester von 20 - 24 Gew.-%/ an reaktivem Verdünner von 12 - 20 Gew.-%, an
Füllstoff von 46-59 Gew.-%, an Thixotropiermittel von 1-3 Gew.-% und an radikalischem Härtungskatalysator
von 2,5 - 4,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse.
10. Zweikomponenten-Mörtelmasse gemäß einem der vorhergehenden
Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß 21 - 21,5 Gew.-% ungesättigter Polyester, 14 - 17 Gew.-% reaktiver Verdünner, 52 57
Gew.-% Füllstoff, 1,0 - 2,5 Gew.-% Thixotropiermittel
und 3-4 Gew.-% Härter, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse,
enthalten sind.
11. Verwendung der härtbaren Kunstharzmasse, gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche als Mörtelmasse
zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrlöchern.
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