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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur wasserabstossenden Imprägnierung von anorganischen Baumaterialien unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Fähigkeit zur Feuchtigkeitsdiffusion, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Baumaterial eine Zusammensetzung zufügt, die als kontinuierliche Phase eine Transportflüssigkeit und als diskontinuierliche Phase verformbare Teilchen mit einem hydrophoben Stoff enthält, und die Grösse der Teilchen derart gewählt wird, dass sie in das Baumaterial transportierbar sind, und dass die Transportflüssigkeit dann durch Verdampfen entfernt wird und der hydrophobe Stoff zur teilweisen Imprägnierung des Baumaterials zurückbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man flüssige Teilchen verwendet, die aus dem hydrophoben Stoff bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man flüssige Teilchen eines Lösungsmittels verwendet, in dem der hydrophobe Stoff gelöst ist, wobei das Lösungsmittel nach der Zugabe der Teilchen verdampft wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man Teilchen anwendet, deren wesentlicher Teil eine Teilchengrösse von mindestens 0,1 Mikron, vorzugsweise von mindestens 1 Mikron aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte wesentliche Teil mindestens ein Drittel und vorzugsweise die Hälfte aller Teilchen beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das Baumaterial vor der Anwendung der Emulsion reinigt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Transportflüssigkeit anwendet, deren Siedepunkt bei Atmosphärendruck zwischen 50 und 100"C liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Lösung als Transportflüssigkeit anwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Lösung von Wasser und einem niederen Alkanol als Transportflüssigkeit verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Alkanol Äthanol oder Methanol ist und das Wasser den Hauptbestandteil der Lösung ausmacht.
11. Imprägniermittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung, die als kontinuierliche Phase eine Transportflüssigkeit und als diskontinuierliche Phase verformbare Teilchen mit einem hydrophoben Stoff enthält.
12. Imprägniermittel nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch deformierbare Teilchen, die aus dem hydrophoben Stoff bestehen.
13. Imprägniermittel nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch flüssige Teilchen eines Lösungsmittels, in dem die hydrophobe Substanz gelöst ist.
14. Imprägniermittel nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der grössere Anteil der Teilchen eine Teilchengrösse von nicht weniger als 0,1 Mikron besitzt.
15. Imprägniermittel nach Anspruch 14, wobei die Teilchengrösse innerhalb des Bereiches von 0,1-5 Mikron liegt.
16. Baumaterial, das nach dem Verfahren nach Anspruch I imprägniert ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Zusammensetzung für die Imprägnierung von Baumaterialien, um diese Materialien unter Beibehaltung einer ausreichenden Fähigkeit für die Diffusion von Feuchtigkeit wasserabstossend zu machen.
Viele Jahre lang wurden Gebäude aus porösen mineralischen Stoffen hergestellt, wofür technische, wirtschaftliche und ästhetische Gründe massgebend waren. Diese Materialien können natürliche Stoffe sein, wobei es lediglich notwendig ist, den Bauelementen eine geeignete Form zu geben, oder es können synthetische Stoffe sein, wobei die in der Natur vorkommenden Mineralien entweder auf mechanischem Wege oder durch kontrollierte physikalische Prozesse und chemische Verfahren umgewandelt werden. Zur ersten Gruppe gehören Bauelemente aus Sandstein, Kalkstein und anderen Steintypen. Zur anderen Gruppe rechnet man Ziegel und Mörtel in verschiedenen Formen, wie Gips, Stuck, Beton, Asbestzement und ähnliche Produkte.
Alle diese Baumaterialien enthalten kleine Höhlungen (Kapillaren, Poren, Risse und Sprünge), entweder von Anfang an oder als Folge ihrer Herstellungsweise. Die Höhlungen geben den Material die Fähigkeit, Wasser, Flüssigkeiten, reaktionsfähige Chemikalien und natürlich auch Gase zu transportieren, und diese Fähigkeit kann dazu führen, ausgedehnte Schäden hervorzurufen, wobei die Entstehung der Schäden verschiedener Art sein kann. Als Beispiele für Schäden, die in mineralischen, porösen Materialien beim Transport einstehen können, seien genannt:
Salzbildungen in Ziegelwänden, die entweder beim Transport von Salzen in den Ziegeln oder im Mörtel entstehen können.
Betonüberzüge und Betonkonstruktionen an Strassen werden oft beschädigt durch Einflüsse von Strassensalzen, Salz- und Schmelzwasser, das in die Poren und das Kapillarsystem des Materials eindringt und die Zerstörung der Oberflächenschicht durch kombinierte Salz- und Frostaufbrüche hervorruft.
Kulturelle Überreste, insbesondere aus Sandstein, werden dadurch zerstört, dass Schwefeldioxid oder Schwefeltrioxid, das in Wasser gelöst ist, das Material in den Poren und dem Kapillarsystem angreift.
Überzugsschichten für verstärkte Betonkonstruktionen werden im allgemeinen durch Karbonisierung zerstört, wobei das in Wasser gelöste Kohlendioxid die Alkalität des Betonmaterials herabsetzt und Korrosion des Verstärkungsmaterials hervorruft und das Platzen der bedeckenden Schicht bewirkt.
Lange Zeit wurden Versuche angestellt, um den Transport von Feuchtigkeit in das Material zu verhindern, indem man gewisse Schutzschichten anwandte, die das Wasser abhalten, in die Konstruktion einzudringen. Fassadenoberflächen, die oberen Schichten von Strassenkonstruktionen und Oberflächen von Bauelementen, wie Ziegel, Dachziegel wurden auf diese Weise behandelt, um darauf eine Schutzschicht von organischen Siliziumverbindungen, z.B. Silikone, aufzubringen. Die Oberflächenschichten wurden behandelt entweder mit einer Lösung der genannten organischen Sili ziumverbindungen in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel, oder die genannten Verbindungen wurden vor der Anwendung mit dem Mörtel und den Farben gemischt.
Der Zweck für die Anwendung dieser Imprägnierungsart bestand darin, die Oberfläche für das wasserabstossende Material geeignet zu machen. Die imprägnierende Flüssigkeit oder das Lösungsmittel für das imprägnierende Mittel wird in die Kapillaren, Poren und Risse des Materials gesaugt und mit dem Material der Oberflächenschicht gemischt. Das imprägnierende Mittel macht nach der Verdampfung des Lösungsmittels die Wände der Kapillaren, Poren und Risse wasserabstossend, wodurch der Flüssigkeitstransport durch die imprägnierte Oberflächenschicht verhindert wird.
Bereits sehr niedrige Konzentrationen organischer Siliziumverbindungen einer bestimmten Zusammensetzung geben dem gesamten Material eine wasserabstossende Wirkung.
Trotz der Tatsache, dass die so behandelte Konstruktion
einem Wasserdruck widerstehen kann, der erheblichen Geschwindigkeiten eines Platzregens entspricht, ist die Fähigkeit des Eindringens vön Wasserdampf geblieben. Das bedeutet, dass der sogenannte Widerstand gegen Diffusion von trockenem Dampf nicht reduziert wird. pie mit organischen Siliziumverbindungen behandelten Materialien haben noch verhältnismässig offene Poren und Kapillaren. Nur die Wände ihrer Höhlungen sind mit einer wasserabstossenden Schutzschicht bedeckt. Die Behandlung mit diesen Materialien reduziert die sogenannte Diffusion von trockenem Wasserdampf nur in geringem Masse.
In Baukonstruktionen, wo der Transport von Feuchtigkeit auftreten kann, ist es jedoch möglich, dass folgender Schadensmechanismus sich entwickelt: Eine Oberflächenschicht, die durch Imprägnieren behandelt wurde, ist äusserlich wasserabstossend gegen atmosphärische Niederschläge (Regen, Hagel, Schnee, Tau usw.) und ähnliche Feuchtigkeitsangriffe. Jedoch ist die Oberflächenschicht der Konstruktion auch im Innern wasserabstossend.
Dies kann zu folgendem Ergebnis führen: Das nichtimprägnierte Material hinter der imprägnierten Oberflächenschicht kann mit Wasser durchsetzt werden, z.B. infolge der Kondensation von Wasserdampf, der durch die Konstruktion transportiert wird, oder infolge von atmosphärischem Niederschlag, der durch Risse in dem imprägnierten Material hindurch in das Material transportiert wird, und infolge Feuchtigkeitswanderung in dem nichtimprägnierten Material, ferner durch Wasser oder Flüssigkeit, die dem Material während seiner Herstellung zugegeben wird. In Materialien, die auf diese Weise imprägniert werden, wird das Wasser nicht weiter als bis zur Innenseite der wasserabstossenden Oberflächenschicht trans portiert und kann daher durch die äussere Oberfläche nicht heraustreten.
Bei nicht-imprägnierten Konstruktionen wird das Wasser in den Poren und Kapillaren über den gesamten Weg bis zur
Oberfläche transportiert, wo es durch Konvektion verdampft.
Diese Fähigkeit zur Verdampfung bei feuchten Konstruk tionen wird die Fähigkeit des Materials zur Diffusion von
Feuchtigkeit genannt. Demgegenüber trocknen poröse Mate rialien schneller. Wenn die Oberflächenschicht imprägniert ist, wird das Wasser in dem Material nur bis zur Innenseite der imprägnierten Schicht transportiert, und die Verdampfung aus den Kapillaren u. Poren findet dann viel langsamer statt, da sie in einer bestimmten Tiefe stattfindet und dabei keine
Konvektionswirkung vorhanden ist. Dies kann bedeuten, dass während der kalten Jahreszeit das Wasser keine Zeit hat, aus Ziegeln zu verdampfen, was zu Frostschäden führt. Das kann auch bedeuten, dass Salze, die im Wasser transportiert werden, hinter der imprägnierten Schicht und nicht auf der
Oberfläche abgelagert werden.
Sicherlich werden die nicht gewünschten Salzablagerungen auf der Oberflächenschicht vermieden, aber dafür finden Salzausbrüche der imprägnier ten Schicht statt.
Diese Nachteile sind Ergebnis der homogenen oder tota len Imprägnierung der Oberflächenschicht. Der Vorteil der äusseren, wasserabstossenden Wirkung, den man auf diese
Weise erhält, muss gegenüber dem Nachteil abgewogen wer den, dass das Wasser nicht nach der Oberfläche transportiert werden und dort verdampfen kann.
Bei der Herstellung von Beton und Mörtel muss Wasser in grösserer Menge zugegeben werden, als für die Härtung des Bindemittels erforderlich ist. Die Mischung soll bis zu einem gewissen Grade fliessbar sein. Auch der Ballaststoff muss mit Wasser vollgesaugt werden, so dass das Ballastma terial das Wasser nicht absorbiert, das zur Härtung des
Bindemittels erforderlich ist. Daher müssen Beton und Mör tel hergestellt werden, indem man eine grössere Menge Wasser verwendet als für den chemischen Prozess benötigt wird.
Dies bewirkt,'dass mehr Feuchtigkeit als erforderlich in die Konstruktion während der kalten Jahreszeit gelangt, woraus dann Frost- und Gefrierschäden entstehen können.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren und einer Zusammensetzung oder einem Imprägniermittel zur Imprägnierung von Baumaterialien, wie Bauteilen von natürlichen oder synthetischen mineralischen Baumaterialien, zum Beispiel Bauelementen, und zwar in einer solchen Weise, dass man den genannten Materialien die Fähigkeit gibt, das Wasser äusserlich abzustossen, jedoch erlaubt, dass das Wasser von der Innenseite des Baumaterials durch seine Oberflächenschicht nach aussen an die äussere Oberfläche transportiert wird, um dort zu verdampfen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, zu xerhin- dern, dass Salzwasser in die Poren und Kapillaren des Baumaterials eindringt und dort Salz- und Frostaufbrüche bewirkt.
Zu diesem Zweck sieht das erfindungsgemässe Verfahren zur wasserabstossenden Imprägnierung von anorganischen Baumaterialien unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Fähigkeit zur Feuchtigkeitsdiffusion vor, dass man dem Baumaterial eine Zusammensetzung zufügt, die als kontinuierliche-Phase eine Transportflüssigkeit und als diskontinuierliche Phase verformbare Teilchen mit einem hydrophoben Stoff enthält, und die Grösse der Teilchen derart gewählt wird, dass sie in das Baumaterial transportierbar sind, und dass die Transportflüsigkeit dann durch Verdampfen entfernt wird und der hydrophobe Stoff zur teilweisen Imprägnierung des Baumaterials zurückbleibt.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass es hierbei möglich ist, die wasserabstossenden Eigenschaften des Baumaterials auf ein annehmbares Mass zu verbessern, während eine hinreichende Fähigkeit zur Feuchtigkeits-Diffusion aufrechterhalten bleibt.
Die Zusammensetzung oder das Mittel, womit die Imprägnierung durchgeführt wird, besteht im Prinzip aus einer Transportflüssigkeit und eingeschlämmten Teilchen. Um die gewünschte imprägnierende Wirkung zu erhalten, sollte ein überwiegender Teil der Teilchen eine gewisse maximale Teilchengrösse nicht übersteigen, die von der Mikrostruktur des Baumaterials (Kapillaren, Poren, Risse) abhängt. Eine praktisch obere Grenze beträgt z.B. 10 Mikron. Als zweckmässig haben sich Teilchengrössen über etwa 0,1 Mikron, vorzugsweise 0,1 bis 5 Mikron erwiesen, die eine gute Imprägnierwirkung geben. Zweckmässigerweise besteht mindestens ein
Drittel und vorzugsweise mindestens die Hälfte der Teilchen aus Teilchen einer Grösse, die im besagten Intervall liegt.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren können die verwendeten Teilchen wasserabstossend oder hydrophob sein.
Es ist auch möglich, flüssige Teilchen zu benutzen, und zwar von einem Lösungsmittel, das die besagte wasserabstossende Substanz gelöst hat, wobei nach Anwendung der Teilchen das Lösungsmittel durch Verdampfen entfernt wird.
Was die Teilchen betrifft, die hydrophob bzw. wasserabstossend sind, so wurde gefunden, dass flüssige oder halbfeste Teilchen anwendbar sind, solange die Teilchen bei ihrer Anwendung deformierbar sind. So geben Emulsionen hydrolysierter Silane ausreichende Resultate, wobei die Emulsionen aus Partikeln hydrolysierter Silane in einem flüssigen Transportmittel wie Wasser oder wasserhaltige Alkohole wie Methanol oder Äthanol bestehen. Sowohl saure als auch alka lische Hydrolyse von Silanen ist anwendbar.
Um gute Ergebnisse zu erhalten, ist es notwendig, dass die Imprägnierung unter Anwendung hydrolysierter Silane durchgeführt wird, was im Gegensatz zu den normalen Verfahren steht, wo die
Silane, ohne in Form von oder durch Teilchen in das Ma terial transportiert zu werden, in situ hydrolysiert werden, d.h. in dem zu behandelnden Material, wobei man eine vollständige Imprägnierung mit begleitenden Nachteilen erhält, wie oben angegeben.
- Bei der Imprägnierung einer Gebäudefassade ist es zunächst erwünscht, das Eindringen von Wasser auf ein-Mi minimum zu reduzieren, ohne dass dabei die Wasserdampfdiffusion zu stark reduziert wird. Eine geringe Reduktion kann jedoch erwünscht und vorteilhaft sein, da sie den Transport von Salzen aus dem Inneren des Baumaterials nach aussen auf ihre Oberfläche reduziert oder vermeidet.
Wie oben angegeben, wird das Teilchenmaterial in einer sogenannten Transportflüssigkeit vor der Behandlung des Baumaterials eingeschwemmt. Einige Anforderungen sind mit Rücksicht auf die Eigenschaften der Transportflüssigkeit zu beachten, und die wesentlichsten Anforderungen sind folgende:
Die Transportflüssigkeit sollte im wesentlichen gegen über den Teilchen inert sein. Sie muss relativ leicht verdampfbar sein. Ein geeignetes Temperaturintervall unter Berücksichtigung des Siedepunktes ist 500 bis 1 50 C.
Die geeignete Flüssigkeit sollte eine relativ niedrige Viskosität haben, zweckmässig < 1,1 cps und eine relativ hohe Oberflächenspannung besitzen > 20 dyn/cm2 (beide bei 200C).
Beispiele für zweckmässige Flüssigkeiten sind Wasser, Wasser mit einer kleineren Menge niederer Alkanole, besonders Alkanol mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, z. B. Äthylalkohol und Methylalkohol, niedrigsiedendes Benzin oder Naphtha usw. Bei der Anwendung von Transportflüssigkeiten mit grosser Oberflächenspannung, z.B. Wasser, kann es zur Verbesserung der Imprägnierergebnisse erwünscht sein, ein oberflächenaktives Mittel zu der Transportflüssigkeit zuzusetzen. Sie soll jedoch das genannte Mass nicht unter die oben angegebene Oberflächenspannung reduzieren.
Die Volumenverhältnisse zwischen den Teilchen und der Transportflüssigkeit bei der erfindungsgemässen Imprägnierungszusammensetzung kann innerhalb grosser Grenzen schwanken. So gibt es in der Praxis keine untere Grenze für das Verhältnis der Teilchen zjir Transportflüssigkeit, insbesondere, da das Imprägnierverfahren mehrere Male wiederholt werden kann, bis der beabsichtigte Imprägniereffekt erreicht ist. Die obere Grenze für das genannte Verhältnis soll abhängig sein von der Viskosität der Mischung. Diese Viskosität darf natürlich nicht zu hoch sein, da in diesem Fall der Imprägniereffekt misslingen würde.
Wie oben angezeigt, liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren, das die partielle Imprägnierung von Baumaterialien ermöglicht, und vorteilhafte Ergebnisse zur Folge hat hinsichtlich der Wasserdurchlässigkeits-Charakteristika des Baumaterials. Die Erfindung sollte also nicht verwechselt werden mit der herkömmlichen Technik, z.B. einen Latex Anstrich auf Wasser-Basis anzuwenden, der die Bildung einer vollständigen Bedeckung des Trägers in Form eines Films zur Folge hat. Um eine derartige Filmbildung auf bestimmen ten Baumaterialien relativ geringer Porösität zu vermeiden, wurde erfindungsgemäss gefunden, dass die Transportflüssigkeit den grösseren Teil der Bestandteile, bezogen auf das Volumen, ausmacht.
Die Teilchen nehmen vorzugsweise nicht mehr als 25 Vol.- % der Zusammensetzung ein, und in solchen Fällen, wo nur eine einzige Anwendung der Mischung wünschenswert ist, sind 5-20 Vol.-% der Teilchen in der gesamten Mischung ein bevorzugter Bereich.
Das Imprägniermittel kann auf das zu behandelnde Baumaterial in beliebiger Weise angewendet werden. So kann man es mit Hilfe einer Bürste oder eines Schwammes anwenden oder durch Übersprühen mit einer geeigneten Sprühvorrichtung. Es ist mitunter zweckmässig, das Imprägniermittel unter erhöhtem Druck anzuwenden, und zwar durch
Versprühen oder Einsaugen bei Unterdruck in das zu behandelnde Material.
Ein wesentlicher Vorteil bei der Anwendung der erfin dungsgemässen Technik beruht auf der Tatsache, dass der
Imprägniereffekt sich selbst regulieren kann. Es wurde ge funden, dass stark poröse Baumaterialien mit einer ausge sprochenen Tendenz zur Wasseraufnahme bei der Imprägnierung mit einer entsprechend grossen Menge von Teilchen versehen werden können, während Baumaterialien mit einer niedrigen Porösität, d.h. geringeren Tendenz zur Wasserauf nahme, sich nur in geringerem Ausmass imprägnieren lassen.
Der Grad der Imprägnierung ist also abhängig von den
Eigenschaften des Baumaterials, und daher wird der gewünschte Imprägniereffekt mehr oder weniger automatisch erhalten.
Es ist wesentlich, darauf hinzuweisen, dass man erfindungsgemäss einen Effekt erhält, den man als Teilimprägnierung ansehen kann, insofern das Material nach der Imprägnierung noch Wasser transportierende Durchgänge enthält, wobei die Feuchtigkeits-Diffusion, die bei der Behandlung von Baumaterialien sehr wichtig ist, in dem gewünschten Grade aufrechterhalten wird. So darf das erfindungsgemässe Verfahren nicht mit der bekannten, vollständigen Imprägniertechnik verwechselt werden, die den Nachteil besitzt, dass die Feuchtigkeits-Diffusion zu stark erniedrigt und oft sogar verhindert wird. Bei der Anwendung der erfindungsgemässen Technik erhält man in der Oberflächenschicht des Baumaterials einen gewissen Klappeneffekt, der mit der Tatsache zusammenhängt, dass das Material nur teilweise imprägniert wird.
Die Dampfdiffusion von der Innenseite und nach aussen zur Oberfläche des Baumaterials wird so nicht ausreichend von der Teilimprägnierung beeinflusst, und das Baumaterial verhält sich in dieser Hinsicht nahezu wie ein nichtimprägniertes Material. Jedoch erhält das Baumaterial hinsichtlich der Imprägnierung eine äussere wasserabstossende Fähigkeit, was wesentlich ist, um die Wasseraufnahme des Baumaterials zu begrenzen, z.B. während eines Regens. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Tatsache, dass die Oberflächenmaterialien verschiedener Art, die unter feuchten Bedingungen angewendet werden, fester an eine teilweise imprägnierte Oberfläche gebunden werden als an eine vollständig imprägnierte Oberfläche. Das ist besonders für die Wiederherstellung der Oberflächenschichten sehr wichtig.
Bei dem Imprägnierungsverfahren der vorliegenden Erfindung können wasserabstossende, organische Siliziumverbindungen verschiedener Typen vorteilhaft angewendet werden.
Als organische Siliziumverbindungen kann man Silane der allgemeinen Formel R2 Si (OR1)3 anwenden, wobei R' einen Alkyl- oder Oxalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt und R2 ein gesättigter oder ungesättigter Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl- oder Aralkylrest ist sowie Siloxane der allgemeinen Formel
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worin R ähnliche oder verschiedene, gesättigte oder ungesättigte Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl- oder Aralkylreste darstellen und n grösser als 2 sein kann.
Beispiele der genannten Silane sind Äthyl-, Butyl- und Hexyltrimethoxy-Silane, Methyl-, Äthyl-, Propyl- oder Bu tyl-tri-(2-methoxy-äthoxy)-Silane, Tri-(äthoxy-äthoxy)-Silan, Phenyl-Triäthoxy-Silan und Cresyl-Triäthoxy-Silane. Die Herstellung dieser Silane findet nach allgemeinen bekannten Methoden statt. Die Silane werden vorzugsweise entweder als alkalische Wasserlösungen oder in einem Alkohol mit 2 bis 4 Kohlenstqffatomen gelöst. Auch alkoholische Wasserlösungen kann man verwenden.
Als Siloxane kann man niedrigmolekulare Verbindungen anwenden, deren Anzahl an Siloxaneinheiten
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unter 10 liegt und ebenso Verbindungen mit einem höheren Molekulargewicht, wobei n grösser ist als 10. Als niedrigmolekulare Verbindungen kann man bevorzugt Verbindungen anwenden, die man durch teilweise Hydrolyse der genannten Alkoxysilane erhält. Es ist jedoch auch möglich, beispielsweise - Hexamethyldisiloxan, Hexaphenyldisiloxan, Dimethyltetraphenyl-disiloxan, Tetramethyldiphenyl-disiloxan oder ein entsprechendes Methyl-äthyl-, Methyl-butyl- oder Äthyl-phenylsiloxan zu verwenden.
Als Siloxane mit grösserem Molekulargewicht kann man auch die Verbindungen anwenden, die man durch teilweise Hydrolyse und nachfolgende Kondensation der obigen Alkoxysilane oder auch von Chlorsilanen erhält. Man kann jedoch auch Polysiloxane verwenden, die nach anderen bekannten Methoden hergestellt werden.
Die Siloxane werden in einem organischen Lösungsmittel gelöst angewendet. Die Erfindung wird weiterhin durch die Beispiele erläutert, wo die weiteren Grenzen der Technik, nämlich einerseits die Anwendung von nichtimprägniertem Baumaterial und andererseits die Anwendung von völlig imprägniertem Baumaterial mit der Technik der erfindungsgemässen teilweisen Imprägnierung verglichen werden.
In den unten angeführten Beispielen wurden Testkörper durch Anwendung verschiedener Typen von imprägnierenden Agenten imprägniert und getestet gemäss dem ER - Ber.
Nr. 3 : 68, CP-BM - 1/67-2, Punkt C. -Nach Verdampfen der Transportflüssigkeit wurden die Oberflächen der Testkörper auf das Eindringen von Wasser und Feuchtigkeitsdiffusion untersucht. Um das Eindringen von Wasser zu bestimmen, wurden die Körper einem Wasserdruck von 100 mm Wassersäule unterworfen, was der Wirkung eines Platzregens bei etwa 130 km/h Windgeschwindigkeit entspricht. Die Menge des in die Körper eingedrungenen Wassers wurde nach 30 Minuten, 90 Minuten und 24 Stunden bestimmt.
Der Wert der Feuchtigkeitsdiffusion kann als die Fähigkeit des Materials definiert werden, enthaltenes oder eingedrungenes Wasser abzugeben. Um die Feuchtigkeitsdiffusion zu bestimmen, wurde ein Gefäss benutzt, das einen mit Wasser vollgesaugten Schwamm enthielt, um den herum die Testkörper aufgestellt waren. Es wird angenommen, dass innerhalb des Materials in dem Gefäss eine Wassersättigung bei normalem Atmosphärendruck herrscht. Ausserhalb des Gefässes wurden bestimmte Bedingungen hinsichtlich Feuchtigkeit (rel. Luftfeuchtigkeit 80%), Temperatur (20"C) und Luftzirkulation (0,5-1 m/sec) aufrechterhalten, was den in der Praxis vorherrschenden Bedingungen entspricht.
In den Tabellen der Beispiele sind die Versuchsergebnisse zusammengefasst. Das Eindringen von Wasser ist in l/m2 und Stunde angegeben, wohingegen die Feuchtigkeits-Diffusion wie die Diffusion von trockenem Dampf in g/m2 Std und mm/Hg angegeben ist. Im Hinblick auf die Zahlen über die Wasserdurchlässigkeit basieren diese Zahlen auf der Messung des eingedrungenen Wassers, und zwar während der Dauer von 0-30 Minuten, 30-90 Minuten und 90 Minuten24 Stunden.
Beispiel 1
Die Testkörper, die in diesem Beispiel verwendet wurden, bestanden aus Leichtbeton, Dichte 0,5 kg/dm3; in Form von kreisförmigen Scheiben mit einem Durchmesser von 80 mm ( = 80 mm) und einer Dicke von 10 mm (T = 10 mm).
Die imprägnierende Zusammensetzung wurde hergestellt aus einem Raumteil Dynasylan z BSM 40 (ein Silan in Lösung von Dynamit-Nobel AG, Westdeutschland) und aus einem Raumteil aus einer gesättigten, wässrigen Lösung von Calciumhydroxid [1,8 g Ca(OH), pro Liter] und aus verschiedenen Mengen von Wasser, gemäss der unten angegebenen Tabelle.
Diese Reaktionsteilnehmer wurden in einem geeigneten Gefäss gemischt, was eine Reaktion zwischen dem Wasser und dem Silan zur Folge hatte, wobei das Silan hydrolysierte und das entstehende Silanolprodukt mit dem Calciumhydroxid reagierte. Die Mischung wurde dann in einem Intensiv-Mischer des Typs Mischsirene z (verkauft von Kotthoff, Köln, Westdeutschland) gründlich gemischt, was eine emulsionsartige Zusammensetzung bewirkte. Diese wurde auf eine der kreisförmigen Oberflächen jedes Testkörpers aufgetragen und zwar durch Sprühen bis zur Sättigung.
Die Ergebnisse der Versuche an den so behandelten Körpern, ausgeführt wie oben beschrieben, sind in Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1
Völlige Impräg
Kontrolle ohne Erfindungsgemässe Imprägnierung nierung
Imprägnierung Raumteile der Reaktionsteilnehmer (Dynasylan als solches) Dynasylan o BSM 40 0 1 1 1 1 Ca (OH)2-Lösung 0 1 1 1 0 Wasser 0 32 16 8 0 Anzahl der Auftragungen 0 2 2 2 2 Tiefe der Imprägnierung (mm) - 3 3 3 5 Trockendampf-Diffusion 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Feuchtigkeits-Diffusion 29,0 23 14,4 6,8 1,5 Eindringen von Wasser eingesickert nach 15 Minuten 0-30 min 1,38 0,44 0,10 0,2 3090 min 0,56 0,37 0,14 0,1 90 min -24 h 0,15 0,11 - 0,05 0,05 Beispiel 2
Dieses Beispiel wurde ausgeführt, indem man Testkörper aus Sandstein aus Gotland/Schweden benutzte, 80 mm, L = 10 mm (leichter Grausandstein).
Ausserdem wurde keine Ca(OH)2-Lsg erhalten, sondern die Transportflüssigkeit enthielt Äthylalkohol, wie es aus untenstehender Tabelle ersichtlich ist. Ausserdem wurde Dynasylan z BSM 40-S benutzt anstatt des Dynasylan aus Beispiel 1. Der einzige Unterschied zu dem Produkt in Beispiel list der Gehalt eines sauren Katalysators in der S-Komponente.
TABELLE 2
Erfindungsgemässe
Kontrolle ohne Imprägnierung Völlige Imprägnie Imprägnierung (Raumteile der rung (Dynasylan
Reaktionsteilneh- als solches) mer) Dynasylan U BSM 40-S 0 1 1 Äthylalkohol 0 2 0 Wasser 0 4 0 Anzahl der Auftragungen 2 2 2 Tiefe der Imprägnierung (mm) 0 3 4 Trockendampfdiffusion 0,3 0,3 0,3 Feuchtigkeitsdiffusion 23,0 18,0 1,5 Eindringen von Wasser 0-30 min 2,4 0 0 30- 90 min eingesickert 0 0 90 min - 24 h O 0
Beispiel 3
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise durchgeführt wie Beispiel 2, aber unter Benutzung von Testkörpern aus Sandstein von Fribourg/Schweiz, gelbbrauner Sandstein ( = 80 mm, L = 10 mm) und graugrüner Sandstein ( = 50mm,L= 10 mm).
TABELLE 3a
Gelb-brauner Sandstein Totale Imprägnierung
Kontrolle erfindungsgem. Imprägnierung (Dynasylan als sol- ohne Imprägnierung (Raumteile der Reaktionsteil- ches) nehmer) Dynasylan R BSM 40-S 0 1 1 1 Äthylalkohol 0 0 0,5 0 Wasser 0 2 1,5 0 Anzahl der Auftragungen 0 2 2 2 Tiefe d. Imprägnierung (mm) 0 2 3 4 Trockendampf-Diffusion 0,3 0,3 0,3 0,3 Feuchtigkeits-Diffusion 28 23 16 1,0 Eindringen v.
Wasser eingesickert 0- 30 min. nach 20 min. 0,7 0,25 0,2 30 - 40 min. 0,3 0,10 0,1 90 min. - 24 h eingesickert nach 3 h
TABELLE 3b
Kontrolle grau-grüner Sandstein Totale Imprägnierung ohne Imprägnierung grau-grüner Sandstein (Dynasylan als sol ches) Dynasylan R BSM 40-S 0 1 1 1 Äthylalkohol 0 0 2 0 Wasser 0 4 2 0 Anzahl d. Auftragungen 0 2 2 2 Tiefe d. Imprägnierung (mm) 0 3 4 4 Trockendampf-Diffusion 0,2 0,2 0,2 0,2 Feuchtigkeits-Diffusion 21 11 6 0,5 Eindringen v.
Waser eingesickert 0 - 30 min. nach 30 min. 0,15 0,10 0,10 30 - 90 min. 0,10 0,05 0,05 90min-24h 0,05 0,05 0,05
Beispiel 4
Dieses Beispiel verweist auf die Herstellung von Testkörpern aus kalkhaltigem Sandstein ( = 80 mm, D = 10 mm) die Behandlung bezieht sich auf eine geschnittene, poröse Oberfläche aus dem Inneren des Steines. Der Arbeitsgang wurde in Übereinstimmung mit Beispiel 1 ausgeführt, d.h. die Versuche schlossen die Anwendung von Calciumhydroxid-Lösung ein, wie es aus der untenstehenden Tabelle ersichtlich ist. In der genannten Tabelle sind auch Versuchsergebnisse wiedergegeben.
TABELLE 4
Kontrolle (ohne erfindungsgemässe Imprägnierung Totale lmprägnie- Imprägnierung) (Raumteile der Reaktionsteiln.) rung (Dynasylan als solches)
Dynasylan R
BSM 40 0 1 1 1 1
Wasser 0 4 2 1 0
Calciumhydroxid-Lösung 0 0 0 2 0
Anzahl der Auftragungen 0 2 - 2 3 2 Trockendampf- Diffusion
Feuchtigkeits-Diffusion 18,0 13,5 11,8 9,5 0,9
Eindringen von Wasser 0 - 30 min. 2,4 0,2 0,15 0,2 0,1 30- 90 min. eingesickert 0,15 0,15 0,1 0,1 nach 30 min.
90 min. - 24 h 0,1 0,05 0,1 0,05
Beispiel 5
Dieses Beispiel bezieht sich auf das Testen einer gewis sen Art von grobkörnigem Mörtel in Übereinstimmung mit dem ER-Bericht Nr. 3: 68, CP - BM - I /67-2, Punkt C, wie oben gezeigt wurde. Die Testkörper bestanden aus zylindri schen Scherben, = 80 mm, D = 26 mm, zusammenge setzt aus 10 mm Leichtbeton, einem 1 mm dünnen Belag und 15 mm grobkörnigem Mörtel.
Hinsichtlich der Imprägnierungsmischung wurde alternativ Calcium-hydroxyd-Lösung und Äthylalkohol verwendet, und zwar in derselben Weise wie in Beispiel 1 und 2. Dies wird aus der untenstehenden Tabelle ersichtlich wo auch die Versuchsergebnisse angegeben werden.
TABELLE 5 erfindungsgemässe
Kontrolle ohne Imprägnierung (Raum- Totale Imprägnierung
Imprägnierung teile d. Reaktions- (Dynasylan als solches) teilnehmer)
Dynasylan zu
BSM 40 0 1 1 1
Calciumhydroxyd-Lösung 0 1 0 0
Wasser 0 4 4 0 Äthylalkohol 0 0 1 0
Anzahl d. Auftragungen 0 2 2 2 Trocken dampf- Diffusion 0,15 0,15
Feuchtigkeits-Diffusion 6,3 3,65 3,0 0,9
Eindringen v. Wasser 0 - 30 min. 4,0 0,47 0,1 0,2 30 - 90 min. 1,0 0,40 0,1 0,1 90 min. - 24 h 0,3 0,2 0,0 0,05
Beispiel 6
Dieses Beispiel bezieht sich auf die Anwendung einer Imprägnierungs-Zusammensetzung in Form einer sog. Lösungs-Emulsion , d.h. einer Emulsion, wo die flüssigen Teilchen oder die diskontinuierliche Phase eine hydrophobe Substanz in Lösung enthalten.
Die Experimente wurden auf Testkörpern aus Lichtbeton (Dichte 0,5 kg/dm::, = 80 mm und T = 10 mm) ausgeführt. Als hydrophobes Agens wurde eine Harz-Lösung verwendet, Wacker z 190, von Wacker Chemie GmbH, München (Westdeutschland). Ein Konzen trat dieser Wacker z 1 190-Lösung (die Konzentration davon betrug das 10-fache der Konzentration der normalerweise auf dem Markt erhältlichen Lösung) wurde als solches in Form einer Benzin-Lösung verwendet, oder als eine derartige Lösung im Gemisch mit Wasser, oder als reines Konzentrat im Gemisch mit Wasser, wie es aus untenstehender Tabelle ersichtlich wird. Sonst wurde die Behandlung der Testkörper in völliger Übereinstimmung mit den vorangegangenen Beispielen durchgeführt.
TABELLE 6 erfindungsgemässe Totale Imprägnierung
Kontrolle Imprägnierung (Raum ohne Imprägnierung teile der Reaktions- trat Benzin) teilnehmer) trat in Benzin) Siliconharz-Lösung Wacker 190 (Konzentrat) 0 1 1 1 Gasolin 0 0 1 10 Wasser 0 10 10 0 Anzahl der Auftragungen 0 2 2 2 Tiefe der Imprägnierung 0 2 2 3 Trockend.-Diffusion 1,0 - - - Feuchtigkeit-Diffusion 29,0 11,0 6,5 2,4 Eindringen v.
Wasser eingesickert 0- 30 min. nach 20 min. 0,6 0,9 0,3 30-90 min. 0,2 0,4 0,1 90 min. - 24 h
Wie aus den obigen Versuchsergebnissen ersichtlich ist, gaben insgesamt gesehen weder die totale Imprägnierung noch überhaupt keine Imprägnierung praktisch nützliche Ergebnisse, da im ersten Fall die Feuchtigkeits-Diffusion zu gering ist, um ein Trocknen des Materials nach dem Eindringen von Wasser zu gestatten, wohingegen im letzten Fall die Wasserdurchlässigkeit zu gross ist, um dem Material den Widerstand gegen Regenwetter zu ermöglichen.
Im Gegensatz hierzu hat eine Testimprägnierung in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Erfindung das gewünschte Gleichgewicht zwischen Wasserdurchlässigkeits- und Feuch tigkeits-Diffusions-Charakteristiken zur Folge, so dass wirkungsvoll die Nachteile vermieden werden, die mit der früheren Technik verbunden waren.
Beispiel 7
Dieses Beispiel hat den Zweck, die Wirkung einer Reinigung des Baumaterials mit heissem Wasser zu zeigen, bevor man die Imprägnierungs-Zusammensetzung anwendet.
Die verwendeten Testkörper bestanden aus Leichtbeton (Dichte 0,5 kg/dm', = 80 mm, T = 10 mm). Die Testkörper wurden vorher durch Besprühen mit heissem Wasser behandelt, danach liess man das überschüssige Wasser von den Körpern abfliessen. Die Körper wurden sodann einer erfindungsgemässen Behandlung unterworfen, mit einer Imprägnierungs-Zusammensetzung, die auf folgende Weise hergestellt wurde. Dynasylan z BSM-40 wurde mit mindestens einem gleichen Volumen Wasser behandelt, was die Hydrolyse des Silanes zum Silanol in der Form einer klaren, obenauf liegenden Flüssigkeitsschicht zurwFolge hatte. Diese Schicht wurde gemischt mit vier bzw. sechzehn Raumteilen Wasser in einem Intensivmischer desselben Types, der in Beispiel 1 angegeben ist, wobei sich eine erfindungsgemässe Emulsion bildet.
Die Versuchskörper wurden auch mit Dynasylan z BSM-40 als solchem behandelt, wie es aus der untenstehenden Tabelle ersichtlich ist.
Derselbe Arbeitsgang wurde wiederholt mit Testkörpern wie oben, die nicht zuvor mit heissem Wasser imprägniert waren. Dies wird in untenstehender Tabelle unter der Abkürzung unbeh. angezeigt, woringegen die Versuche, bei denen zuvor eine Wasserbehandlung durchgeführt wurde, als beh. bezeichnet werden. Die erhaltenen Resultate werden in der folgenden Tabelle 7 angegeben.
TABELLE 7 erfindungsgemässe Imprägnierung Totale Imprägnierung (Raum teile der Reaktionspartner) (Dynasylan als solches) Dynasylan z BSM-40 0 0 1 Silanol-Schicht aus Dynasylan z BSM-40 + Wasser 1 1 0 Wasser 4 16 0 unbeh. beh. unbeh. beh. unbeh. beh.
Feuchtigkeits-Diffusion 1,3 3,2 3,6 4,7 1,0 1,3
Wie aus den in dieser Tabelle gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hat die vorherige Behandlung des Baumaterials mit heissem Wasser eine verbesserte Feuchtigkeitsdiffusion zur Folge, wenn die Imprägnierung erfindungsgemäss ausgeführt wird. Es wurde ferner festgestellt, dass eine Nachbehandlung des imprägnierten Baumaterials, wenn erfindungsgemäss imprägniert wurde, eine gewisse Verbesserung der Fähigkeit zur Feuchtigkeitsdiffusion des Materials zur Folge hat, zumindest in solchen Fällen, in denen die Imprägnierung durch Anwendung des Silan-Typs als wasserabstossend machende Substanzen ausgeführt wurde.
Obgleich wir nicht wünschen, dass die Erfindung an eine bestimmte Ausführungsform gebunden ist, glauben wird, dass eine solche Nachbehandlung des Materials zusätzliche Reaktionen in situ zur Folge haben kann, die die Feuchtigkeitsdiffusions-Charakteristika des Materials verbessern werden. Es erscheint höchst wahrscheinlich, dass eine Behandlung des Baumaterials mit einer Flüssigkeit vor der erfindungsgemässen Imprägnierung eine Verstopfung der kleinen Kapillaren des Materials bewirkt, so dass bei der Anwendung der Imprägnierungszusammensetzung diese nicht die genannten kleinen Kapillaren erreicht.
Dies wird offensichtlich nach der Imprägnierung eine verbesserte Feuchtigkeitsdiffusion zur Folge haben, dank der Tatsache, dass die genannten Kapillaren nach dem Verdampfen der darin enthaltenen Flüssigkeit ihren Beitrag zu der Fähigkeit des Materials zur allseitigen Feuchtigkeitsdiffusion leisten können.
Daraus folgt, dass die Vorbehandlung keine wirkliche Reinigung des Materials zu sein braucht, es genügt vielmehr, das Material nur eine Flüssigkeit absorbieren zu lassen, um eine Verstopfung der Kapillaren zu erreichen. Darnach wird erfindungsgemäss die Imprägnierung durchgeführt während die noch im Material befindliche Flüssigkeit einen Teil seiner Durchgangswege versperrt.
Die Erfindung lässt sich tatsächlich auf die Imprägnierung aller Arten von Baumaterialien anwenden, die mehr oder weniger porös sind und daher eine Tendenz, Wasser aufzunehmen, besitzen, wobei man jede Art eines wasserabstossenden Halbfestkörpers verwendet oder flüssige Teilchen oder eine Mischung davon, die in einer Transportflüssigkeit, welche den verwendeten Teilchen gegenüber inert ist, fein verteilt ist.
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PATENT CLAIMS
1. A method for the water-repellent impregnation of inorganic building materials while maintaining a sufficient ability for moisture diffusion, characterized in that the building material is added a composition which contains a transport liquid as a continuous phase and deformable particles with a hydrophobic substance as a discontinuous phase, and the size of the Particles is chosen such that they can be transported into the building material, and that the transport liquid is then removed by evaporation and the hydrophobic substance remains for partial impregnation of the building material.
2. The method according to claim 1, characterized in that liquid particles are used which consist of the hydrophobic substance.
3. The method according to claim 1, characterized in that liquid particles of a solvent are used in which the hydrophobic substance is dissolved, the solvent being evaporated after the addition of the particles.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that particles are used, the essential part of which has a particle size of at least 0.1 micron, preferably of at least 1 micron.
5. The method according to claim 4, characterized in that said substantial part is at least one third and preferably half of all particles.
6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the building material is cleaned before the application of the emulsion.
7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a transport liquid is used whose boiling point is between 50 and 100 "C at atmospheric pressure.
8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that an aqueous solution is used as the transport liquid.
9. The method according to claim 8, characterized in that a solution of water and a lower alkanol is used as the transport liquid.
10. The method of claim 9, wherein the alkanol is ethanol or methanol and the water is the main component of the solution.
11. Impregnating agent for carrying out the method according to claim I, characterized by a composition which contains a transport liquid as the continuous phase and deformable particles with a hydrophobic substance as the discontinuous phase.
12. Impregnation agent according to claim 11, characterized by deformable particles which consist of the hydrophobic substance.
13. Impregnating agent according to claim 11, characterized by liquid particles of a solvent in which the hydrophobic substance is dissolved.
14. Impregnation agent according to any one of claims 11 to 13, wherein the major portion of the particles have a particle size of not less than 0.1 micron.
15. The impregnant of claim 14, wherein the particle size is within the range 0.1-5 microns.
16. Building material which is impregnated by the method according to claim I.
The invention relates to a method and a composition for the impregnation of building materials in order to make these materials water-repellent while maintaining a sufficient ability for the diffusion of moisture.
For many years, buildings were made of porous mineral materials, for which technical, economic and aesthetic reasons were decisive. These materials can be natural substances, where it is only necessary to give the components a suitable shape, or they can be synthetic substances, where the naturally occurring minerals are converted either mechanically or through controlled physical processes and chemical processes. The first group includes building elements made of sandstone, limestone and other types of stone. The other group includes bricks and mortar in various forms, such as plaster of paris, stucco, concrete, asbestos cement and similar products.
All of these building materials contain small cavities (capillaries, pores, cracks and fissures), either from the start or as a result of their manufacturing process. The cavities give the material the ability to carry water, liquids, reactive chemicals and of course gases, and this ability can lead to widespread damage, and the damage can be of various types. Examples of damage that can occur in mineral, porous materials during transport are:
Salt formation in brick walls, which can arise either during the transport of salts in the bricks or in the mortar.
Concrete coatings and concrete structures on roads are often damaged by the effects of road salt, salt and melt water that penetrates the pores and the capillary system of the material and causes the destruction of the surface layer through combined salt and frost eruptions.
Cultural remains, especially those made of sandstone, are destroyed by the fact that sulfur dioxide or sulfur trioxide, which is dissolved in water, attacks the material in the pores and the capillary system.
Coating layers for reinforced concrete structures are generally destroyed by carbonization, the carbon dioxide dissolved in water reducing the alkalinity of the concrete material and causing corrosion of the reinforcing material and causing the covering layer to burst.
For a long time, attempts have been made to prevent the transport of moisture into the material by applying certain protective layers that keep the water from entering the structure. Façade surfaces, the upper layers of road constructions and surfaces of building elements such as bricks, roof tiles were treated in this way in order to have a protective layer of organic silicon compounds, e.g. Silicones to apply. The surface layers were treated either with a solution of the organic silicon compounds mentioned in water or another solvent, or the compounds mentioned were mixed with the mortar and paints before use.
The purpose for using this type of impregnation was to make the surface suitable for the water-repellent material. The impregnating liquid or the solvent for the impregnating agent is sucked into the capillaries, pores and cracks of the material and mixed with the material of the surface layer. After evaporation of the solvent, the impregnating agent makes the walls of the capillaries, pores and cracks water-repellent, which prevents the transport of liquid through the impregnated surface layer.
Even very low concentrations of organic silicon compounds of a certain composition give the entire material a water-repellent effect.
Despite the fact that the construction so treated
can withstand a water pressure that corresponds to considerable speeds of a downpour, the ability to penetrate water vapor has remained. This means that the so-called resistance to diffusion of dry steam is not reduced. Pie materials treated with organic silicon compounds still have relatively open pores and capillaries. Only the walls of their cavities are covered with a water-repellent protective layer. Treatment with these materials only slightly reduces the so-called diffusion of dry water vapor.
In building structures where the transport of moisture can occur, however, it is possible that the following damage mechanism develops: A surface layer that has been treated by impregnation is externally water-repellent against atmospheric precipitation (rain, hail, snow, dew, etc.) and the like Moisture attacks. However, the surface layer of the construction is also water-repellent on the inside.
This can lead to the following result: The non-impregnated material behind the impregnated surface layer can be permeated with water, e.g. as a result of the condensation of water vapor that is transported through the construction, or as a result of atmospheric precipitation, which is transported through cracks in the impregnated material into the material, and as a result of moisture migration in the non-impregnated material, furthermore by water or liquid which the material is added during its manufacture. In materials that are impregnated in this way, the water is not transported further than the inside of the water-repellent surface layer and can therefore not escape through the outer surface.
In the case of non-impregnated structures, the water in the pores and capillaries is retained all the way to the
Surface where it evaporates by convection.
This ability to evaporate when the structures are moist increases the ability of the material to diffuse
Called moisture. In contrast, porous materials dry faster. When the surface layer is impregnated, the water in the material is only transported to the inside of the impregnated layer, and the evaporation from the capillaries and the like. Pore then takes place much more slowly because it takes place at a certain depth and there is none
Convection effect is present. This can mean that during the cold season the water does not have time to evaporate from bricks, which leads to frost damage. This can also mean that salts, which are transported in the water, are behind the impregnated layer and not on the
Surface to be deposited.
The undesired salt deposits on the surface layer are certainly avoided, but instead, salt outbreaks take place in the impregnated layer.
These disadvantages are a result of the homogeneous or total impregnation of the surface layer. The advantage of the external, water-repellent effect that one has on this
Way, must be weighed against the disadvantage that the water cannot be transported to the surface and evaporate there.
When producing concrete and mortar, more water must be added than is necessary for the hardening of the binder. The mixture should be flowable to a certain extent. The fiber also has to be soaked with water so that the ballast material does not absorb the water that is used to harden the
Binder is required. Therefore, concrete and mortar must be made using more water than is needed for the chemical process.
This means that more moisture than necessary gets into the structure during the cold season, which can then cause frost and freezing damage.
An object of the present invention is a method and a composition or an impregnating agent for impregnating building materials, such as components of natural or synthetic mineral building materials, for example building elements, in such a way that one gives said materials the ability to Repelling water externally, however, allows the water to be transported from the inside of the building material through its surface layer to the outside to the outer surface in order to evaporate there.
Another aim of the invention is to prevent salt water from penetrating into the pores and capillaries of the building material and causing salt and frost to break out there.
For this purpose, the method according to the invention for the water-repellent impregnation of inorganic building materials while maintaining a sufficient ability for moisture diffusion provides that a composition is added to the building material which contains a transport liquid as the continuous phase and deformable particles with a hydrophobic substance as the discontinuous phase, and the size of the particles is chosen so that they can be transported into the building material, and that the transport liquid is then removed by evaporation and the hydrophobic substance remains for partial impregnation of the building material.
Surprisingly, it has been shown that it is possible here to improve the water-repellent properties of the building material to an acceptable level, while maintaining a sufficient ability to diffuse moisture.
The composition or the means with which the impregnation is carried out consists in principle of a transport liquid and slurried particles. In order to achieve the desired impregnating effect, the majority of the particles should not exceed a certain maximum particle size, which depends on the microstructure of the building material (capillaries, pores, cracks). A practical upper limit is e.g. 10 microns. Particle sizes over about 0.1 microns, preferably 0.1 to 5 microns, which give a good impregnation effect, have proven to be expedient. Appropriately there is at least one
Third and preferably at least half of the particles are made up of particles of a size which lies in the said interval.
In the process according to the invention, the particles used can be water-repellent or hydrophobic.
It is also possible to use liquid particles from a solvent which has dissolved the said water-repellent substance, the solvent being removed by evaporation after application of the particles.
With regard to the particles which are hydrophobic or water-repellent, it has been found that liquid or semi-solid particles are applicable as long as the particles are deformable when used. For example, emulsions of hydrolyzed silanes give sufficient results, the emulsions consisting of particles of hydrolyzed silanes in a liquid transport medium such as water or water-containing alcohols such as methanol or ethanol. Both acidic and alkaline hydrolysis of silanes can be used.
In order to obtain good results it is necessary that the impregnation is carried out using hydrolyzed silanes, which is in contrast to the normal procedures where the
Silanes, without being transported into the material in the form of or through particles, are hydrolyzed in situ, i.e. in the material to be treated, obtaining a complete impregnation with attendant disadvantages, as indicated above.
- When impregnating a building facade, it is initially desirable to reduce the penetration of water to a minimum without reducing the water vapor diffusion too much. However, a small reduction can be desirable and advantageous, since it reduces or avoids the transport of salts from the interior of the building material to the outside onto its surface.
As indicated above, the particulate material is flooded in a so-called transport liquid before the treatment of the building material. Some requirements must be observed with regard to the properties of the transport liquid, and the most important requirements are as follows:
The transport liquid should be essentially inert to the particles. It must be relatively easy to vaporize. A suitable temperature range, taking into account the boiling point, is 500 to 1 50 C.
The suitable liquid should have a relatively low viscosity, expediently <1.1 cps and a relatively high surface tension> 20 dyn / cm2 (both at 200C).
Examples of suitable liquids are water, water with a smaller amount of lower alkanols, especially alkanol with 1 to 3 carbon atoms, e.g. B. ethyl alcohol and methyl alcohol, low-boiling gasoline or naphtha, etc. When using transport liquids with high surface tension, e.g. Water, in order to improve the impregnation results it may be desirable to add a surface-active agent to the transport liquid. However, it should not reduce the stated measure below the surface tension given above.
The volume ratios between the particles and the transport liquid in the impregnation composition according to the invention can vary within wide limits. In practice, for example, there is no lower limit for the ratio of the particles to the transport liquid, especially since the impregnation process can be repeated several times until the intended impregnation effect is achieved. The upper limit for the said ratio should depend on the viscosity of the mixture. This viscosity must of course not be too high, since in this case the impregnation effect would fail.
As indicated above, the present invention provides a method which enables the partial impregnation of building materials and provides beneficial results in terms of the water permeability characteristics of the building material. The invention should therefore not be confused with conventional technology, e.g. to apply a water-based latex paint which results in the formation of a complete covering of the support in the form of a film. In order to avoid such a film formation on certain building materials with relatively low porosity, it was found according to the invention that the transport liquid makes up the greater part of the constituents, based on the volume.
The particles preferably occupy no more than 25 percent by volume of the composition, and in those cases where only a single application of the mixture is desirable, 5-20 percent by volume of the particles in the total mixture is a preferred range.
The impregnating agent can be applied to the building material to be treated in any way. So you can apply it with the help of a brush or a sponge or by spraying it over with a suitable spray device. It is sometimes useful to apply the impregnating agent under increased pressure, namely by
Spraying or sucking into the material to be treated under negative pressure.
A significant advantage when using the technology according to the invention is based on the fact that the
Impregnation effect can regulate itself. It was found that highly porous building materials with a pronounced tendency to absorb water during impregnation can be provided with a correspondingly large amount of particles, while building materials with a low porosity, i.e. less tendency to absorb water, can only be impregnated to a lesser extent.
The degree of impregnation depends on the
Properties of the building material, and therefore the desired impregnation effect is obtained more or less automatically.
It is essential to point out that according to the invention an effect is obtained that can be regarded as partial impregnation, insofar as the material still contains water-transporting passages after the impregnation, the moisture diffusion, which is very important in the treatment of building materials, in is maintained to the desired degree. Thus, the method according to the invention must not be confused with the known, complete impregnation technique, which has the disadvantage that the moisture diffusion is excessively reduced and often even prevented. When using the technique according to the invention, a certain flap effect is obtained in the surface layer of the building material, which is related to the fact that the material is only partially impregnated.
The vapor diffusion from the inside and out to the surface of the building material is not sufficiently influenced by the partial impregnation, and the building material behaves almost like a non-impregnated material in this respect. However, with regard to the impregnation, the building material is given an external water-repellent ability, which is essential in order to limit the water absorption of the building material, e.g. during a rain. Another advantage of the invention resides in the fact that the surface materials of various types applied under humid conditions are bound more tightly to a partially impregnated surface than to a fully impregnated surface. This is especially important for restoring the surface layers.
In the impregnation method of the present invention, water-repellent organic silicon compounds of various types can be advantageously used.
Silanes of the general formula R2 Si (OR1) 3 can be used as organic silicon compounds, where R 'represents an alkyl or oxalkyl radical with 1 to 4 carbon atoms and R2 is a saturated or unsaturated alkyl, aryl, cycloalkyl or aralkyl radical, and also siloxanes the general formula
EMI3.1
where R represents similar or different, saturated or unsaturated alkyl, aryl, cycloalkyl or aralkyl radicals and n can be greater than 2.
Examples of the silanes mentioned are ethyl, butyl and hexyltrimethoxy silanes, methyl, ethyl, propyl or butyl-tri (2-methoxy-ethoxy) silanes, tri- (ethoxy-ethoxy) silane, phenyl -Triethoxy-silane and cresyl-triethoxy-silanes. These silanes are produced by generally known methods. The silanes are preferably dissolved either as alkaline water solutions or in an alcohol having 2 to 4 carbon atoms. Alcoholic water solutions can also be used.
Low molecular weight compounds, their number of siloxane units, can be used as siloxanes
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is below 10 and also compounds with a higher molecular weight, where n is greater than 10. The low molecular weight compounds can be preferably used compounds obtained by partial hydrolysis of the alkoxysilanes mentioned. However, it is also possible, for example, to use hexamethyldisiloxane, hexaphenyldisiloxane, dimethyltetraphenyl disiloxane, tetramethyldiphenyl disiloxane or a corresponding methylethyl, methyl butyl or ethylphenylsiloxane.
The compounds which are obtained by partial hydrolysis and subsequent condensation of the above alkoxysilanes or of chlorosilanes can also be used as siloxanes with a relatively large molecular weight. However, it is also possible to use polysiloxanes which are prepared by other known methods.
The siloxanes are used dissolved in an organic solvent. The invention is further illustrated by the examples where the further limits of the technology, namely on the one hand the use of non-impregnated building material and on the other hand the use of completely impregnated building material are compared with the technique of partial impregnation according to the invention.
In the examples given below, test bodies were impregnated by using various types of impregnating agents and tested according to the ER Ber.
No. 3: 68, CP-BM - 1 / 67-2, point C. After evaporation of the transport liquid, the surfaces of the test bodies were examined for the penetration of water and moisture diffusion. In order to determine the penetration of water, the bodies were subjected to a water pressure of 100 mm water column, which corresponds to the effect of a downpour at a wind speed of around 130 km / h. The amount of water penetrated into the bodies was determined after 30 minutes, 90 minutes and 24 hours.
The value of moisture diffusion can be defined as the ability of the material to release contained or penetrated water. In order to determine the moisture diffusion, a vessel was used which contained a sponge soaked with water around which the test bodies were placed. It is assumed that there is water saturation within the material in the vessel at normal atmospheric pressure. Outside the vessel, certain conditions with regard to humidity (relative humidity 80%), temperature (20 "C) and air circulation (0.5-1 m / sec) were maintained, which corresponds to the conditions prevailing in practice.
The test results are summarized in the tables of the examples. The penetration of water is given in l / m2 and hour, whereas the moisture diffusion like the diffusion of dry steam is given in g / m2 hour and mm / Hg. Regarding the water permeability figures, these figures are based on the measurement of the penetrated water over the periods of 0-30 minutes, 30-90 minutes and 90 minutes24 hours.
example 1
The test bodies which were used in this example consisted of lightweight concrete, density 0.5 kg / dm3; in the form of circular disks with a diameter of 80 mm (= 80 mm) and a thickness of 10 mm (T = 10 mm).
The impregnating composition was made from a volume part Dynasylan z BSM 40 (a silane in solution from Dynamit-Nobel AG, West Germany) and from a volume part from a saturated, aqueous solution of calcium hydroxide [1.8 g Ca (OH), per liter] and from various amounts of water according to the table below.
These reactants were mixed in a suitable vessel resulting in a reaction between the water and the silane, the silane hydrolyzing and the resulting silanol product reacting with the calcium hydroxide. The mixture was then thoroughly mixed in an intensive mixer of the type Mischsirene z (sold by Kotthoff, Cologne, West Germany), resulting in an emulsion-like composition. This was applied to one of the circular surfaces of each test piece by spraying to saturation.
The results of the tests on the bodies thus treated, carried out as described above, are given in Table 1.
TABLE 1
Complete Impräg
Control without impregnation according to the invention
Impregnation Part of the volume of the reaction participants (Dynasylan as such) Dynasylan o BSM 40 0 1 1 1 1 Ca (OH) 2 solution 0 1 1 1 0 Water 0 32 16 8 0 Number of applications 0 2 2 2 2 Depth of the impregnation (mm) - 3 3 3 5 Dry vapor diffusion 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Moisture diffusion 29.0 23 14.4 6.8 1.5 Penetration of water seeped in after 15 minutes 0-30 min 1.38 0.44 0.10 0.2 3090 min 0.56 0.37 0.14 0.1 90 min -24 h 0.15 0.11 - 0.05 0.05 Example 2
This example was carried out using test bodies made of sandstone from Gotland / Sweden, 80 mm, L = 10 mm (light gray sandstone).
In addition, no Ca (OH) 2 solution was obtained, but rather the transport liquid contained ethyl alcohol, as can be seen from the table below. In addition, Dynasylan z BSM 40-S was used instead of Dynasylan from Example 1. The only difference to the product in Example is the content of an acidic catalyst in the S component.
TABLE 2
According to the invention
Control without impregnation Complete impregnation Impregnation (parts of the room (Dynasylan
Reaction participants as such) mer) Dynasylan U BSM 40-S 0 1 1 Ethyl alcohol 0 2 0 Water 0 4 0 Number of applications 2 2 2 Depth of impregnation (mm) 0 3 4 Dry vapor diffusion 0.3 0.3 0.3 Moisture diffusion 23.0 18.0 1.5 penetration of water 0-30 min 2.4 0 0 30- 90 min infiltrated 0 0 90 min - 24 h O 0
Example 3
This example was carried out in the same way as example 2, but using test bodies made of sandstone from Friborg / Switzerland, yellow-brown sandstone (= 80 mm, L = 10 mm) and gray-green sandstone (= 50 mm, L = 10 mm).
TABLE 3a
Yellow-brown sandstone. Total impregnation
Control according to the invention Impregnation (Dynasylan as sol - without impregnation (parts of the space of the reaction particles) participants) Dynasylan R BSM 40-S 0 1 1 1 Ethyl alcohol 0 0 0.5 0 Water 0 2 1.5 0 Number of applications 0 2 2 2 Depth d . Impregnation (mm) 0 2 3 4 Dry vapor diffusion 0.3 0.3 0.3 0.3 Moisture diffusion 28 23 16 1.0 Penetration of
Water seeped in 0-30 min. after 20 min. 0.7 0.25 0.2 30 - 40 min. 0.3 0.10 0.1 90 min. - Infiltrated for 24 hours after 3 hours
TABLE 3b
Control of gray-green sandstone Total impregnation without impregnation of gray-green sandstone (Dynasylan as such) Dynasylan R BSM 40-S 0 1 1 1 Ethyl alcohol 0 0 2 0 Water 0 4 2 0 Number of d. Surfacing 0 2 2 2 depth d. Impregnation (mm) 0 3 4 4 Dry vapor diffusion 0.2 0.2 0.2 0.2 Moisture diffusion 21 11 6 0.5 Penetration of.
Water seeped in 0 - 30 min. after 30 min. 0.15 0.10 0.10 30 - 90 min. 0.10 0.05 0.05 90min-24h 0.05 0.05 0.05
Example 4
This example refers to the production of test specimens from calcareous sandstone (= 80 mm, D = 10 mm) the treatment refers to a cut, porous surface from the inside of the stone. The operation was carried out in accordance with Example 1, i. the experiments included the use of calcium hydroxide solution as can be seen in the table below. Test results are also given in the table mentioned.
TABLE 4
Control (without impregnation according to the invention total impregnation impregnation) (parts of the reaction division) (Dynasylan as such)
Dynasylan R
BSM 40 0 1 1 1 1
Water 0 4 2 1 0
Calcium hydroxide solution 0 0 0 2 0
Number of applications 0 2 - 2 3 2 Dry vapor diffusion
Moisture diffusion 18.0 13.5 11.8 9.5 0.9
Penetration of water 0 - 30 min. 2.4 0.2 0.15 0.2 0.1 30-90 min. Infiltrated 0.15 0.15 0.1 0.1 after 30 minutes.
90 min. - 24 h 0.1 0.05 0.1 0.05
Example 5
This example relates to the testing of some type of coarse-grained mortar in accordance with ER Report No. 3: 68, CP - BM - I / 67-2, point C as shown above. The test bodies consisted of cylindrical shards = 80 mm, D = 26 mm, composed of 10 mm lightweight concrete, a 1 mm thin covering and 15 mm coarse-grained mortar.
With regard to the impregnation mixture, calcium hydroxide solution and ethyl alcohol were used alternatively, in the same way as in Examples 1 and 2. This can be seen from the table below, where the test results are also given.
TABLE 5 according to the invention
Control without impregnation (room total impregnation
Impregnation parts d. Response (Dynasylan as such) participant)
Dynasylan too
BSM 40 0 1 1 1
Calcium hydroxide solution 0 1 0 0
Water 0 4 4 0 ethyl alcohol 0 0 1 0
Number of d. Plots 0 2 2 2 dry vapor diffusion 0.15 0.15
Moisture diffusion 6.3 3.65 3.0 0.9
Intrusion v. Water 0 - 30 min. 4.0 0.47 0.1 0.2 30 - 90 min. 1.0 0.40 0.1 0.1 90 min. - 24 h 0.3 0.2 0.0 0.05
Example 6
This example relates to the use of an impregnation composition in the form of a so-called solution emulsion, i. an emulsion where the liquid particles or the discontinuous phase contain a hydrophobic substance in solution.
The experiments were carried out on test bodies made of translucent concrete (density 0.5 kg / dm ::, = 80 mm and T = 10 mm). A resin solution, Wacker z 190, from Wacker Chemie GmbH, Munich (West Germany), was used as the hydrophobic agent. A concentration of this Wacker z 1 190 solution (the concentration of which was 10 times the concentration of the solution normally available on the market) was used as such in the form of a gasoline solution, or as such a solution mixed with water, or as a pure concentrate mixed with water, as can be seen from the table below. Otherwise, the treatment of the test pieces was carried out in complete agreement with the previous examples.
TABLE 6 Total impregnation according to the invention
Control impregnation (room without impregnation parts of the reaction step gasoline) participants entered gasoline) silicone resin solution Wacker 190 (concentrate) 0 1 1 1 gasoline 0 0 1 10 water 0 10 10 0 number of applications 0 2 2 2 depth of the Impregnation 0 2 2 3 Dry diffusion 1.0 - - - Moisture diffusion 29.0 11.0 6.5 2.4 Penetration of
Water seeped in 0-30 min. after 20 min. 0.6 0.9 0.3 30-90 min. 0.2 0.4 0.1 90 min. - 24 hours
As can be seen from the above test results, on the whole neither total impregnation nor no impregnation at all gave practically useful results, since in the first case the moisture diffusion is too low to allow the material to dry after the ingress of water, whereas in the In the latter case, the water permeability is too great to enable the material to withstand rainy weather.
In contrast, test impregnation in accordance with the present invention results in the desired balance between water permeability and moisture diffusion characteristics, effectively avoiding the disadvantages associated with the prior art.
Example 7
The purpose of this example is to show the effect of cleaning the building material with hot water before applying the impregnation composition.
The test bodies used consisted of lightweight concrete (density 0.5 kg / dm ', = 80 mm, D = 10 mm). The test bodies were previously treated by spraying them with hot water, then the excess water was allowed to run off the bodies. The bodies were then subjected to a treatment according to the invention with an impregnation composition which was prepared in the following manner. Dynasylan z BSM-40 was treated with at least an equal volume of water, which resulted in the hydrolysis of the silane to the silanol in the form of a clear, overlying liquid layer. This layer was mixed with four or sixteen parts by volume of water in an intensive mixer of the same type that is specified in Example 1, an emulsion according to the invention being formed.
The test specimens were also treated with Dynasylan z BSM-40 as such, as can be seen in the table below.
The same operation was repeated with test specimens as above, which had not previously been impregnated with hot water. This is indicated in the table below under the abbreviation unbeh. displayed, whereas the experiments in which a water treatment was carried out beforehand, as beh. are designated. The results obtained are given in Table 7 below.
TABLE 7 impregnation according to the invention Total impregnation (space parts of the reactants) (Dynasylan as such) Dynasylan z BSM-40 0 0 1 silanol layer made from Dynasylan z BSM-40 + water 1 1 0 water 4 16 0 untreated. beh. untreated beh. untreated beh.
Moisture diffusion 1.3 3.2 3.6 4.7 1.0 1.3
As can be seen from the results shown in this table, the previous treatment of the building material with hot water results in an improved moisture diffusion when the impregnation is carried out according to the invention. It was also found that post-treatment of the impregnated building material, if impregnated according to the invention, results in a certain improvement in the ability of the material to diffuse moisture, at least in those cases in which the impregnation is carried out by using the silane type as water-repellent substances has been.
While we do not wish the invention to be bound by any particular embodiment, we believe that such post-treatment of the material may result in additional reactions in situ which will improve the moisture diffusion characteristics of the material. It appears highly probable that a treatment of the building material with a liquid prior to the impregnation according to the invention causes clogging of the small capillaries of the material, so that when the impregnation composition is used it does not reach the small capillaries mentioned.
Obviously, this will result in improved moisture diffusion after the impregnation, thanks to the fact that said capillaries, after the evaporation of the liquid contained therein, can make their contribution to the ability of the material to diffuse moisture on all sides.
From this it follows that the pretreatment does not have to be a real cleaning of the material, it is rather sufficient to let the material absorb only a liquid in order to block the capillaries. According to the invention, the impregnation is then carried out while the liquid still in the material blocks part of its passageways.
The invention can in fact be applied to the impregnation of all types of building materials that are more or less porous and therefore have a tendency to absorb water, using any type of water-repellent semi-solid or liquid particles or a mixture thereof, which are in a transport liquid , which is inert to the particles used, is finely divided.