Schutz vor Schmutz und Feuchtigkeit

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1 Schutz vor Schmutz und Feuchtigkeit Neue wässrige Baustoff- und Fassaden-Hydrophobierung mit Fleckschutz. Karl-Heinz Käsler, Leverkusen. Dreckige, durchfeuchtete Fassaden - das muss nicht sein. Als Schutz bieten sich Fluorpolymere und Siloxane an. Doch beide Mittel haben ihre Schwächen. Eine Kombination beider Technologien zeigt die gewünschte Wirkung. Feuchtigkeit und Nässe sind die Hauptursachen für eine Vielzahl von Gebäudeschäden und ein unschönes Aussehen von Fassaden. Die poröse Struktur der verschiedenen mineralischen Baustoffe bewirkt eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und führt zu einer hohen kapillaren Wasseraufnahme. Dies führt zu Ausblühungen von Salzen, Auswaschung von Kalk, Schimmel-, Algen- und Moosbefall, sowie Frostabsprengungen. Eine ganze Reihe von Schäden kann auf die ständige Durchfeuchtung der Baumaterialien zurückgeführt werden. Korrosion von Armierungsstählen wird ebenfalls durch Nässe gefördert - und erfordert einen hohen Sanierungsaufwand. Nicht zuletzt ist die Wärmeisolierung von nassen Fassaden deutlich gemindert. Neben der Vermeidung dieser Schäden ist die Forderung nach möglichst dauerhafter verschmutzungsfreier Oberfläche von Fassaden und anderen Bauwerksteilen von ständig wachsender Bedeutung für Beschichtungen und Imprägnierungen. Schmutz ist eine ubiquitäre Herausforderung: Autoabgase und die darin enthaltenen Öl-Aerosole, Stäube, "grüne" Verschmutzungen, etc. Das alles sieht nicht nur hässlich aus, sondern kann auch Bausubstanz zerstören oder Feuchtigkeit bedingte Erosion beschleunigen. Fleckschutz durch Fluor, Feuchtigkeitsschutz durch Siloxane Gut bekannte Fleckschutzmittel sind Fluorpolymere [1,2]. Allerdings haben diese deutliche Schwächen beim langfristigen Feuchtigkeitsschutz. Auf der anderen Seite werden Siloxan-Imprägnierungen vielfach mit sehr gutem Erfolg für den Feuchtigkeitsschutz genutzt [3,4,5]. Neben der Hydrophobierung bieten sie eine sehr gute Wasserdampfdurchlässigkeit, haben aber wegen ihres Mangels an Oleophobie nur begrenzte Fleckschutzwirkung. Das Ziel dieser Arbeit war, ein wässriges Produkt zu entwickeln, das beide Anforderungen erfüllt: guten Feuchtigkeits- und Fleckschutz. Um dies zu erreichen, musste folgendes beachtet werden: - Kombination von Fluor- und Siloxan-Technologie - eine ausreichend lagerstabile wässrige Emulsion - Das Produkt soll das Aussehen des Substrates möglichst unverändert lassen - Die Kosten-Nutzen-Relation soll in einem vernünftigen Verhältnis bleiben. Tab. 1 zeigt eine Übersicht über die aktuellen Haupteigenschaften von Fluorpolymeren und Siloxanen, sowie das Entwicklungsziel beziehungsweise die Anforderungen an das neue Produkt. Emulgierverfahren kombiniert Siloxane und Fluorpolymer Diese erfüllte eine Kombination von Siloxanen mit einem Fluorpolymer. Dabei wurden beide Produktarten in spezifischer Weise chemisch funktionalisiert. Im Ergebnis reagieren die funktionellen Gruppen: Es wird eine langzeitige, gute Wirkung erzielt (Abb. 1). Das Hauptproblem bestand darin, eine lagerstabile Emulsion zu erhalten. Weil Standardprozeduren und Geräte wie Hochdruckhomogenisator oder Kolloid-Mühle versagten, bot sich ein eigenes, patentiertes Verfahren an. Durch die exakte Einhaltung des Emulgierdrucks wurde eine Emulsion mit sehr enger Teilchengrößen-Verteilung (Abb. 2) und einer sehr guten Lagerstabilität erzielt (Abb. 3). Das Prinzip des Emulgierverfahrens ist in den Referenzen [3,6] ausführlich beschrieben. Die wichtigsten Vorteile sind: - Kontrolle über alle Emulgierparameter, - geringer Emulgatoreinsatz, - Voraussagbarkeit des Emulgierergebnisses, - Reproduzierbarkeit und konsistente Qualität, - geringe und berechenbare Teilchengröße, - enge Teilchengrößenverteilung, - sehr gute Lagerstabilität der Emulsionen. Die physikalischen Eigenschaften der neuen Emulsion (WO): - Wirkstoffgehalt: 30 Gew. % - ph-wert : ca. 5 - durchschnittliche Teilchengröße: µm - Lagerstabilität: >6 Monate in der Lieferform (30 %ig) >9 Monate in der Anwendungsverdünnung (5-10 %-ig) Wasseraufnahme und Fleckschutz wurden im Vergleich zu handelsüblichen Standards und zu unbehandelten Substraten geprüft. Dabei wurden folgende Produkte geprüft: - die neue Emulsion (genannt WO), - ein Fluorpolymer - nach den Untersuchungen das beste Produkt seiner Gruppe, - eine Siloxanemulsion - ebenfalls die Nr. 1 seiner Gruppe, - ein Fluorsilan - eine organische Fleckschutzbeschichtung (org. AS). Für den Versuch wurden die neue Emulsion WO, das Fluorpolymer und die Siloxanemulsion auf einen Wirkstoffgehalt von 5 Prozent verdünnt. Das Fluorsilan und das organische Fleckschutz-Produkt wurden unverdünnt - wie geliefert - eingesetzt. Tests auf Beton, Terracotta und Ziegelstein Von allen Emulsionen wurden mit dem Pinsel 150 g/m 2 aufgetragen. Vor den Prüfungen wurden die Beschichtungen beziehungsweise Imprägnierungen sieben Tage bei Raumtemperatur getrocknet. Die Prüfsubstrate waren Beton, Terracotta und Ziegelstein. Um die Wasseraufnahme zu prüfen, wurden die Prüfkörper (nach Kantenversiegelung) mit der beschichteten Seite in Leitungswasser gelegt, die kapillare Wasseraufnahme gewogen und in g/m 2 umgerechnet. Die Abb. 4a - 4c zeigen die Ergebnisse im Detail. Geringe Wasseraufnahme und guter Fleckschutz Die neue Emulsion zeigt die gewünschten niedrigen Wasseraufnahmewerte - vergleichbar mit einer guten Siloxanemulsion. Die übrigen Produkte ergaben schlechtere Werte, das heißt eine höhere Wasseraufnahme. Ausserdem zeigte sich, dass ein hoher Kontaktwinkel für eine niedrige Wasseraufnahme nicht maßgeblich ist (vergleiche beispielsweise die Siloxanemulsion mit dem Fluorpolymer in Tab. 2). Für die Fleckschutzprüfungen wurden von den folgenden Substanzen Tropfen auf die Prüfkörper, die wie oben beschrieben vorbereitet wurden, aufgebracht: - gebrauchtes Maschinenöl - Olivenöl - Kaffee

2 - Senf - Ketchup. Die Tropfen blieben zwei beziehungsweise fünf Stunden auf dem Prüfkörper und wurden danach mit Leitungswasser abgespült. Die verbleibenden Flecken wurden beurteilt (Tab. 2). Tab. 3 zeigt eine summarische Zusammenfassung der gefundenen Flecken nach dem Abspülen. Die besten Fleckschutzwerte werden mit WO, dem Fluorpolymer und den Fluorsilan erreicht. Allerdings zeigen beide Fluorprodukte deutliche bis starke Anfeuerung der Substrate (Tab. 2). Die neue wässrige Emulsion für die Bauwerkshydrophobierung mit gleichzeitigem Fleckschutz erfüllt somit die Eingangs genannten Anforderungen: - hervorragende Reduzierung der Wasseraufnahme, - guter Fleckschutz, - geringe Veränderung des Substrataussehens, - gute Lagerstabilität. Wichtig dabei ist auch, dass das Produkt auch eine gute Balance zwischen Nutzen und Kosten wahrt. Karl-Heinz Käsler, Jahrgang 1950, begann seine berufliche Laufbahn 1966 bei der Bayer AG. Nach verschiedenen Staionen im Bereich Lackrohstoffe war er seit 1975 u.a. auch mit der anwendungstechnischen Betreuung der Silicone-Harze befasst.!985 übernahm Käsler die Laborleitung dieser Gruppe und wechselte 1996 in den Bereich Silicone, wo er die Anwendungstechnik Silicone für die Lackindustrie leitete. Mit der Gründung des Joint-Ventures GE Bayer Silicones führte er diese Aufgaben in dem neuen Gemeinschaftunternehmen weiter, seit 2003 als Global Program Leader in der Coatings Technology. Danksagung Bei meinen Kollegen John Huggins, Christel Dreissig, Siegfried Hossinger und Wolfgang Steinbeck möchte ich mich für die engagierte Laborarbeit bedanken; Ruediger Krebs gab wertvolle Tips und Anregungen während der gesamten Entwicklungsarbeit, und bei Hans-Jochen Grueter von Betra bedanke ich mich für seine Hinweise auf die Anforderungen von Markt und Industrie. Literatur [1] Salvatore Re, Stain Protection, Vortrag auf "Coatings for Masonry and Concrete", Brüssel, 2003, veröffentlicht durch The Paint Research Association, Teddington, UK [2] Hermann Peeters, Fluoro Chemicals for Building Protection, Vortrag auf "Coatings for Masonry and Concrete", Brüssel, 2003, veröffentlicht durch The Paint Research Association, Teddington, UK [3] Karl-Heinz Kaesler, Water Based Siloxane Emulsions, Vortrag auf "Coatings for Masonry and Concrete", Brüssel, 2003, veröffentlicht durch The Paint Research Association, Teddington, UK [4] Hans Mayer, Siloxane Emulsion Paint, Vortrag auf "Silicones for Coatings II", Brüssel 1996; veröffentlicht durch The Paint Research Association, Teddington, UK [5] Eric Garci, Silicone Resin Emulsions, Vortrag auf "Silicones for Coatings II", Brüssel 1996, veröffentlicht durch The Paint Research Association, Teddington, UK [6] Kevin Chugg, Christopher Roos, Silicone Emulsions by Jet Emulsifying Process, Vortrag auf "Silicone in Coatings III", Barcelona 2000, veröffentlicht durch The Paint Research Association, Teddington, UK Ergebnisse auf einen Blick - Feuchtigkeit und Nässe schaden dem Mauerwerk. Verschmutzungen der Gebäude sehen nicht nur schlecht aus, sondern können ebenfalls die Bausubstanz zerstören. - Fleckschutzmittel wie Fluorpolymere weisen Schwächen im Feuchtigkeitschutz auf. Siloxan-Imprägnierungen schützen vor Feuchtigkeit, aber nur schlecht vor Verschmutzungen. - Eine neue wässrige Emulsion kombiniert Fluor- und Siloxan-Technologie und beide Schutzwirkungen - das zeigen die Tests. Durch ein besonderes Emulgierverfahren erhält das Produkt zudem eine gute Lagerstabilität bei einer engen Teilchengrößen-Verteilung. - Das Aussehen des Substrates wird durch die Emulsion nicht verändert. Die Kosten-Nutzen-Relation bleibt im Rahmen.

3 Abb. 1: Komponenten der neuen schmutzabweisenden Hydrophobierung.

4 Abb. 2: Teilchengrößenverteilung der neuen schmutzabweisenden Hydrophobierung.

5 Abb. 3: Stabilität der Emulsion. Die linke, 3 Tage alte Emulsion wurde im Hochdruckhomogenisator hergestellt, die rechte, 6 Monate alte nach dem neuen patentierten Verfahren. In beiden Fällen wurde die gleiche Rezeptur verwandt.

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