DE3721668A1 - Verfahren zur hydrophobisierung von gipsgegenstaenden - Google Patents
Verfahren zur hydrophobisierung von gipsgegenstaendenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem Gipsgegenstände
außen und gegebenenfalls gleichzeitig auch
innen hydrophobisiert werden können.
Die Verwendung von Gegenständen, Elementen aus Gips
in der Bauindustrie ist beschränkt, weil diese Elemente
Wasser aufnehmen, sich dadurch deformieren und schließlich
zerfallen, d. h. ihre Bindefestigkeit verlieren.
Zur Verringerung beziehungsweise Beseitigung der Wasseraufnahmefähigkeit
von Gips werden schon seit langem Experimente
durchgeführt, die jedoch noch kein geeignetes Ergebnis
brachten. Die Wassersaugfähigkeit von Gips konnte im
allgemeinen nicht unter 4 Masse% gesenkt werden. Es ist
zwar zutreffend, daß ein unbehandelter Gipsgegenstand bis
zu 35 Masse% Wasser aufnehmen kann und verglichen damit
eine Wasseraufnahme von 4 Masse% eine Verbesserung um
900% bedeutet, zur Erzielung der Lebensdauer jedoch, die
in der Bauindustrie erwartet wird, muß ein völlig hydrophober
Zustand erreicht werden.
Die Hydrophobisierung von Gipsgegenständen kann durch
innere oder durch äußere Behandlung oder durch Kombination
beider geschehen.
Innere Behandlung bedeutet, daß die hydrophobisierende
Substanz dem wässrigen Gipsbrei zugesetzt wird; im Falle
der äußeren Behandlung wird durch Streichen, Sprühen, Tauchen
auf der Oberfläche des Gipsgegenstandes ein wasserabstoßender
Überzug ausgebildet.
Zur inneren Hydrophobisierung werden der mit Wasser
angeteigten Gipsmasse organische oder anorganische hydrophobisierende
Substanzen zugesetzt. Verfahren zur inneren
Hydrophobisierung sind zum Beispiel in der ungarischen Patentschrift
Nr. 1 76 953 sowie in den DE-PS 28 18 835 und
23 43 457 beschrieben.
Für die äußere Hydrophobisierung werden verbreitet
Überzüge aus Silikonat verwendet (Zement-Kalk-Gips Nr. 8,
1985). Auch Hydrophobisierung mit Harzen ist bekannt.
Gemäß den ungarischen Patentschriften Nr. 1 46 614 und
1 80 530 sowie den japanischen Patentschriften Nr. 77 699 30,
77 763 22 und 77 763 23 soll Hydrophobisierung durch
Überzüge aus Epoxy-, Phenolformaldehyd- bzw. Melaminharz
oder aus Acrylatpolymer erreicht werden.
Gemäß den bekannten Verfahren werden im allgemeinen
- 1. organische Lösungsmittel enthaltende Bindemittel oder
- 2. wäßrige-disperse Systeme verwendet.
Bei Verwendung der zur ersten Gruppe gehörenden
Stoffe werden Substanzen hydrophoben Charakters mit der
hydrophilen Oberfläche in Berührung gebracht, die Benetzung
ist daher unvollkommen. Die Haftung zwischen den
beiden Stoffen ist zwar gut, aber zu einer wirklichen Verschmelzung
kommt es nicht. Mit der Zeit, zum Beispiel unter
Wärmeeinwirkung, werden die Haftkräfte geringer, es entstehen
Mikrorisse.
Beim Einsatz wässrig-disperser Systeme muß berücksichtigt
werden, daß diese meistens Silikonate enthalten,
bei deren Verfestigung sich auf dem Gipselement eine Salzschicht
bildet - im Falle von Natriumsilikonat Na₂SO₄ · 1O H₂O -
die auf das Gipsbindemittel zerstörend wirkt. Außerdem ist
das Sulfat, da es wasserlöslich ist, für die Gegenwart von
Wasser immer empfindlich und beeinflußt daher die hydrophoben
Eigenschaften des Gipsgegenstandes in unerwünschter
Weise.
Die schlechte Wasserbeständigkeit des Gipses hängt mit
seiner Kristallstruktur zusammen und kann einesteils mit
einer physikalisch-mechanischen Erscheinung, dem kapillaren
Aufsaugen des Wassers, zum anderen mit der elektrochemischen
Wechselwirkung zwischen den polaren Wassermolekülen
und den in den Gipskristallen vorliegenden Ionenbindungen
erklärt werden. Entscheidend für die Entstehung
des hydrophilen Charakters ist, daß der überwiegende Teil
der im Gips vorhandenen Bindungskräfte durch die Einwirkung
von Wasser instabil wird.
Das Eindringen des Wassers in das Innere des Gipses
wird auch von anderen Faktoren gefördert. So können zum
Beispiel infolge des hohen Dipolmomentes der Wassermoleküle
und des hohen Ionisationspotentials der Ca++-Ionen
Ionen-Dipol-Bindungen entstehen, die zwar nicht beständig,
jedoch ziemlich stark sind. Zwischen dem Wassermolekül
und den Sauerstoffatomen des So₄---Ions bilden sich über
Wasserstoffbrücken Adhäsionskräfte aus. Auch diese untergeordnete
Polarisationserscheinung fördert das Wasseraufnahmevermögen
des Gipselementes.
Die Saugfähigkeit für Wasser wird nicht nur durch den
hydrophilen Charakter des Gipsmaterials erhöht, sondern
auch durch die große innere Oberfläche und die poröse
Struktur (Mikroporen). Das ins Innere des Gipsgegenstandes
eingedrungene Wasser bildet auf der Oberfläche der Gipskristalle
einen Wasserfilm, der die an der Kristallgrenze
auftretenden Bindekräfte lockert. Diese Erscheinung ist
auf die hohe Oberflächenspannung des Wassers zurückzuführen,
die auch in dem kapillaren Aufsaugen des Wassers
eine wichtige Rolle spielt.
Das durch die Kapillaren eingedrungene Wasser löst
in erster Linie die im Kristallgitter befindlichen fehlerhaften
Kristalle, die dann später erneut auskristallisieren.
Die dabei entstehende Konfiguration ist thermodynamisch
stabil, die neuen Kristalle sind mit der Struktur
des Kristallgitters jedoch nur durch schwächere, lockerere
Bindungen verbunden.
Die Wasserbeständigkeit des Gipses wird schließlich
noch durch die Löslichkeit des in ihm enthaltenen Calciumsulfates
beeinflußt, die bei 18°C 0,25 g/100 g Wasser beträgt.
Wenn das Verhältnis Wasser : Gips klein ist, so entsteht
eine wenig poröse, kleinkristalline und "trockene" Struktur,
deren Wasserbeständigkeit besser ist. Im Falle eines großen
Wasser : Gips-Verhältnisses entstehen lange, nadelförmige Kristalle,
die zu einer porösen, lockeren Struktur geringer Wasserbeständigkeit
führen.
Es wurde nun gefunden, daß eine vollständige Hydrophobisierung
des Gipses erreicht werden kann, wenn man die
äußere Hydrophobisierung mit einem aus anorganischen und
organischen Komponenten Epoxyharze, Oligoaminoamid-Vernetzer
und Füllstoffe, als anorganische Komponenten Gips,
Calciumcarbonat und Calciumoxalat enthält. Weiterhin sind
in der äußeren hydrophobisierenden Komposition noch hydrophilisierende
Agentien, zum Beispiel eine äthanolische Lösung
von Methyläthylketon und Äthylglykoläther (Äthylcellosolv)
sowie Wasser enthalten.
Soll außer der äußeren Hydrophobisierung auch eine innere
Hydrophobisierung vorgenommen werden, so wird der Gipsmasse
vor der Formgebung die das Epoxydharz, das Vernetzungsmittel
und die Füllstoffe sowie das hydrophilisierende Agens
und Wasser enthaltende innere hydrophobisierende Komposition
zugemischt. Dann wird der Gipsgegenstand geformt und nach
dem Trocknen auf seine Oberfläche eine wenigstens 80 µm dicke
Schicht der aus anorganischen und organischen Komponenten
bestehenden äußeren hydrophobisierenden Komposition aufgetragen.
Durch die innere Hydrophobisierung wird die Sicherheit
noch erhöht, in vielen Fällen ist es jedoch zureichend,
nur die äußere Hydrophobisierung vorzunehmen.
Die zur inneren Hydrophobisierung verwendete Komposition
besteht zu 30-50 Masse% aus Epoxyharz, 18-30 Masse% Oligoaminoamid,
3-8 Masse% aus Quarzmehl und enthält in der zur Ergänzung
auf 100 Masse% erforderlichen Menge hydrophilisierende Agentien,
vorzugsweise Äthanol, Methyläthylketon und Äthylglykoläther
sowie Wasser. Die innere hydrophobisierende Komposition
wird in einer Menge von 0,8-2,5 Masse%, vorzugsweise
1-2 Masse%, in die Gipsmasse eingemischt.
Die zur äußeren Hydrophobisierung verwendete Komposition
hat folgende Zusammensetzung:
25-35 Masse%Epoxyharz,
15-25 Masse%Oligoaminoamid als Vernetzer,
8-20 Masse%Füll- und Gleitstoffe,
5-15 Masse%Gips,
0,2-0,6 Masse%Calciumcarbonat,
2-6 Masse%Calciumoxalat und in
der zur Ergänzung auf 100 Masse% erforderlichen Menge
hydrophilisierende Agentien, vorzugsweise Äthanol, Methyläthylketon,
Äthylglykoläther und Wasser.
Aus dieser Komposition
wird auf der Oberfläche des Gipsgegenstandes,
vorzugsweise durch Streichen mit einem Pinsel, eine wenigstens
80 µm dicke Schicht ausgebildet. Diese gut haftende
Schicht besteht einesteils aus Gips-, Calciumcarbonat- und
Calciumoxalatkristallen, zum anderen aus der Netzmatrix des
Epoxyharzes. Der in der hydrophobisierenden Komposition
enthaltene Gips sowie das Calciumcarbonat und das Calciumoxalat
kristallisieren auf der Oberfläche des zu schützenden
Gegenstandes und in seinen Poren.
Die Hydrophobisierung wird in erster Linie durch das
Harz bewirkt. Der dem Harz zugemischte Gips hat die Aufgabe,
auf der Oberfläche und in den Poren des zu schützenden Gegenstandes
zu kristallisieren und dadurch den aus vernetztem
Epoxyharz bestehenden Film zu fixieren; es entsteht ein
außerordentlich kompakter, jedoch elastischer und gut haftender
Überzug. Es ist außerordentlich vorteilhaft, daß die
Wärmeausdehnung dieser Schicht beinahe identisch mit der
des Gips ist und die Schicht deshalb gut dichtend auf der
Fläche verbleibt; auch nach langer Zeit bilden sich weder
Risse noch Blasen. Die hydrophobisierende Schicht haftet
nicht nur am Gips gut, sondern bildet auch für eine gegebenenfalls
aufgetragene dekorative Farbschicht eine gute
Grundlage.
Die Vorteile des hydrophobisierenden Verfahrens sind
folgende:
- - die Komposition ist mit Wasser verdünnbar, sie ist daher nicht nur für einen äußen Überzug geeignet, sondern auch für die innere Hydrophobisierung;
- - bei der Entstehung des hydrophoben Überzuges (Vernetzung + Kristallisation) entstehen keine Nebenprodukte;
- - die Wärmeausdehnung der hydrophoben Schicht ist mit der des behandelten Gipsgegenstandes identisch, deshalb kann auch ein schneller und häufiger Temperaturwechsel keine Mikrorisse, Kontinuitätsmängel in der Schicht hervorrufen, die Schicht ist zuverlässig wasserdicht;
- - im Falle einer mechanischen Beschädigung verschmilzt die zur Reparatur verwendete Schicht völlig mit der ursprünglichen.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher
erläutert.
Zur inneren Hydrophobisierung von Gipsgegenständen
werden die Kompositionen A und B hergestellt.
Epoxyharz (Tipex 400, Epoxyäquivalent 185)8 Masseteile
Äthanol1 Masseteil
Äthylenglykolmonoäthyläther1 Masseteil
Quarzmehl, Teilchengröße unter 0,04 mm1 Masseteil
amorphes Quarzmehl, kugelförmige Teilchen von 10-20 µm0,1 Masseteil
Oligoaminoamid-Vernetzer (Markenname T-6)5,2 Masseteile
Methyläthylketon1,0 Masseteil
Leitungswasser4,9 Masseteile
Zur Herstellung der Komponente A werden der Äthylalkohol
und der Glykoläther langsam dem Epoxyharz zugemischt. Anschließend
wird das Quarzmehl zugesetzt, das Gemisch wird
homogenisiert. Die in sich homogenen Komponenten A und B
werden im Verhältnis 1 : 1 miteinander vermischt.
Zur inneren Hydrophobisierung von Gipsgegenständen
wird der wäßrigen Gipsmasse 1 Masse% der gemäß Beispiel 1
hergestellten Komposition (Komponenten A und B im Verhältnis
1 : 1) zugesetzt. Das homogenisierte Gemisch wird geformt.
Nach dem Festwerden werden die Formlinge der Form entnommen
und trocknen gelassen.
Zur äußeren Hydrophobisierung von Gipsgegenständen wird
eine Überzugsmasse hergestellt.
Epoxyharz (Tipex 400, Epoxyäquivalent: 196) 60,0 Masseteile
Äthanol 7,5 Masseteile
Äthylglykolmonoäthyläther 7,5 Masseteile
Gips 20,0 Masseteile
Talkum 2,0 Masseteile
Quarzmehl (Teilchen unter 0,04 mm) 2,0 Masseteile
Zn-Stearat 1,0 Masseteil
100,0 Masseteile
Oligoaminoamid-Vernetzer (T-6)39,0 Masseteile
Methyläthylketon 7,5 Masseteile
TiO₂10,5 Masseteile
Talkum 8,0 Masseteile
Komponente Bb (8,1 Masse% Ca-oxalat + 0,85 Masse%
Ca-carbonat + 91,05 Masse% Leitungswasser)35,0 Masseteile
Ca-carbonat + 91,05 Masse% Leitungswasser)35,0 Masseteile
Die Komponente Bb wird folgendermaßen hergestellt.
Zu 28 Masseteilen Leitungswasser werden 2 Masseteile
Oxalsäure gegeben und so lange gewartet, bis sich die gesamte
Säure gelöst hat. Dann werden der Lösung 2,5 Masseteile
Kreidepulver zugesetzt. Nachdem die Blasenbildung aufgehört
hat, d. h. die Reaktion beendet ist, überzeugt man sich mittels
eines Indikators, ob das Gemisch neutral ist. Ist der pH-
Wert kleiner als 7 (etwa 6 oder 6,5), so werden noch etwa
0,1-0,2 g Kreidepulver zugesetzt. Dann wird mit so viel Wasser
aufgefüllt, daß die fertige Komponente Bb 35 Masseteile
der Komponente B ausmacht.
Zur Herstellung der Komponente A werden der Äthylalkohol
und der Glykoläther zu dem Epoxyharz gegeben, und mit
dem Gemisch werden die Füll- und Gleitstoffe angerieben.
Die Komponente B wird hergestellt, indem man den Oligoaminoamid-
Vernetzer T-6 mit dem Methyläthylketon vermischt
und zu dem homogenisierten Gemisch die Komponente Bb gibt.
Zu dem homogenen Gemisch werden das Titandioxyd und das
Talkum gegeben, dann wird erneut homogenisiert.
Die Komponenten A und B werden im Verhältnis 1 : 1 miteinander
vermischt, das Gemisch wird mit Leitungswasser auf
einen Feststoffgehalt von 40 Masse% verdünnt und mit einem
Pinsel auf den Gipsgegenstand aufgetragen.
Man arbeitet auf die im Beispiel 3 beschriebene Weise,
ersetzt jedoch in der Komponente A 0,5 Masseteile des
Gipses durch Glimmerpulver. Die durch Vermischen der Komponenten
A und B im Verhältnis 1 : 1 erhaltene Mischung wird
mit Leitungswasser auf einen Feststoffgehalt von 70 Masse%
verdünnt. Die Komposition wird zur äußeren Hydrophobisierung
von Gipsgegenständen verwendet.
Ein gemäß Beispiel 2 durch innere Hydrophobisierung
geschützter Gipsgegenstand wird mit einer 90 µm dicken
Schicht aus der Komposition gemäß Beispiel 3 überzogen.
Das Auftragen erfolgt mit einem Pinsel. Der Überzug wird
bei einer Temperatur von 35°C getrocknet beziehungsweise
vernetzt. Der auf diese Weise hydrophob gemachte Gipsgegenstand
wird einer Prüfung unterzogen:
Der innen und außen hydrophobisierte Gipsgegenstand
wird 24 Stunden lang bei -18°C gelagert, dann 8 Stunden
lang bei Raumtemperatur gehalten und schließlich 16 Stunden
lang bei 70°C wärmebehandelt. Darauf folgen wieder
8 Stunden bei Raumtemperatur und dann 16 Stunden bei 55°C
in mit Wasserdampf gesättigter Atmosphäre. Dann wird der
Gipsgegenstand 8 Stunden lang bei Raumtemperatur gelagert
und danach 16 Stunden lang mit UV-Licht einer Wellenlänge
von 184-340 nm bestrahlt. Der gesamte Zyklus wird sechsmal
wiederholt. Dann werden die Prüfkörper einen Monat lang in
Wasser gelagert, dann abgetrocknet, 2 Stunden lang bei
60°C getrocknet und schließlich gewogen. Die gleiche
Versuchsserie wurde auch mit unbehandelten Prüfkörpern
durchgeführt. Letztere zeigten eine Wasseraufnahme von
35%, während die behandelten Prüfkörper nur 0,1-0,3%
Wasser aufgenommen hatten.
Nach dem Einweichen wurden die Prüfkörper einer Spannung
von 1,5, 4,5 beziehungsweise 9 V ausgesetzt, und der
Stromdurchgang wurde gemessen. Durch die erfindungsgemäß
behandelten Prüfkörper floß kein Strom, während durch die
Kontrollprüfkörper ein Strom von 75 mA floß.
Claims (3)
1. Verfahren zur äußeren und gegebenenfalls inneren
Hydrophobisierung von Gipsgegenständen unter Verwendung
einer kunstharzhaltigen Komposition, dadurch gekennzeichnet,
daß man gegebenenfalls der Gipsmasse vor der
Formgebung in auf ihre Gesamtmasse gerechnet einer Menge
von 0,8-2,5 Masse% einer Komposition zumischt, die aus
30-50 Masse%Epoxyharz,
18-30 Masse%Oligoaminoamid als Vernetzer,
3-8 Masse%Quarzmehl und in der zur Ergänzung
auf 100 Masse% erforderlichen
Menge aus hydrophilisierenden Agentien,
vorzugsweise Äthylalkohol, Glykolmonoäthyläther,
und Wasser besteht,den Gipsgegenstand formt, abbinden und trocknen läßt und
dann auf seiner Oberfläche einen wenigstens 80 µm dicken
Überzug anbringt aus einer Komposition, die aus25-35 Masse%Epoxyharz,
15-25 Masse%Oligoaminoamid als Vernetzer,
5-15 Masse%Gips,
2-6 Masse%Calciumoxalat,
0,2-0,6 Masse%Calciumcarbonat,
8-20 Masse%Füll- und Gleitstoffen und in
der zur Ergänzung auf 100 Masse% erforderlichen
Menge aus hydrophilisierenden
Agentien, vorzugsweise Äthylalkohol, Glykolmonoäthyläther,
und Methyläthylketon, sowie
Wasser besteht,und den Überzug in an sich bekannter Weise trocknet und vernetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zur äußeren Hydrophobisierung verwendete Komposition
als Füllstoff Glimmerpulver und/oder Quarzmehl enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die äußere hydrophobisierende Komposition mit einem
Pinsel aufträgt.
Priority Applications (2)
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