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DE102009010069A1 - Grundierung für mineralische Baustoffe - Google Patents

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DE102009010069A1
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Evelyn Dr. Peiffer
Mathias Dr. Matner
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Bayer MaterialScience AG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Polyurethanprepolymeren auf Basis von aliphatischen Polyisocyanaten als Grundierung für mineralische Baustoffe.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Grundierung für mineralische Baustoffe.
  • Mineralische Untergründe, auf die eine Reaktivbeschichtung aufgebracht oder ein Bodenbelag verklebt werden soll, bedürfen häufig einer Vorbehandlung mit einer Grundierung. Im Fall bestimmter Untergründe wie beispielsweise Zement-, Calciumsulfat- oder Magnesiaestriche ist diese Vorbehandlung sogar zwingend notwendig, andere Untergründe werden meistens so behandelt.
  • Durch die Grundierung erreicht man eine Verminderung der Saugfähigkeit des Untergrundes sowie eine Bindung von Reststaub, der durch eine mechanische Vorbehandlung (Fräsen, Schleifen etc.) oder Verwitterung entstanden ist. Weiterhin dient die Grundierung häufig als Dampfsperre zwischen Untergrund und Bodenbelag, sie lässt sich zuverlässig mit gegebenenfalls verwendeten Klebstoffen benetzen und dient als Haftbrücke zwischen den Schichten, sei es die Klebstoffschicht oder eine Deck- oder Schutzbeschichtung. Bei derartigen Schutzbeschichtungen handelt es sich beispielsweise um Isolierschichten, die das Eindringen von Abtausalz-belastetem Wasser in Betonbauteile verhindern sollen, insbesondere in mit Stahl armiertem Beton, wie er im Brückenbau, zum Bau von Schutzgalerien oder auch im Hochbau (Parkhäuser und dergleichen) verwendet wird. Das in den Beton eindringende, salzbelastete Wasser zerstört die Struktur des Baustoffs, insbesondere nachteilig ist, dass es zur Korrosion der Armierung kommt, wodurch die damit ausgestatteten Stahlbeton-Bauteile ihre Zugfestigkeit verlieren.
  • Solche Grundierungen basieren typischerweise auf Kieselsäure-, Acrylat-, Epoxy- oder Polyurethanrohstoffen. Im Falle der Polyurethane haben sich dabei einkomponentige Beschichtungen auf Basis von MDI-Prepolymeren etabliert. Diese zeichnen sich im Vergleich zu den zweikomponentigen Epoxysystemen durch eine einfachere Handhabung aus. Aufgrund der Verwendung eines aromatischen Isocyanats sind kurze Aushärtezeiten möglich. Der hohe Anteil an monomerem MDI (Diphenylmethandiisocyanat) bewirkt eine niedrige Viskosität der Prepolymere und somit eine einfache Verarbeitung.
  • Die Anmeldung DD-A 134 970 (VEB Schwarzheide, DDR) beschreibt solche Systeme. Als Polyolkomponenten werden dabei Mischungen von Polyetherestern und Polyetheralkoholen beschrieben. Estergruppen sind aber bekanntlich unter basischen Bedingungen nicht verseifungsstabil – daher ist von ihrer Verwendung auf Betonoberflächen wie z. B. typischen Zementestrichen abzuraten.
  • Ähnliche Systeme werden auch in der GB-A 2 240 977 beschrieben.
  • Die oben beschriebenen Systeme enthalten hohe Anteile an monomeren Isocyanat, das aufgrund seiner toxikologischen Eigenschaften mittlerweile kritisch gesehen wird. Weiterhin stellt die durch das monomere Isocyanat notwendige Kennzeichnung mit den entsprechenden Gefahrstoffsymbolen einen Nachteil für die Vermarktung der Grundierungen dar.
  • Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Grundierungen bereitzustellen, die einen niedrigen Anteil an monomeren Isocyanaten enthalten, eine gute Verarbeitbarkeit ermöglichen und innerhalb kurzer Zeit ausreagieren.
  • Gelöst wurde diese Aufgabe durch die Verwendung von monomerenarme Polyurethanprepolymere enthaltenden Zubereitungen. Diese Prepolymere werden durch Umsetzung von aliphatischen Polyisocyanaten und nicht verseifbaren Polyolen erhalten. Diese Prepolymere können durch geeignete Katalysatoren in ihrer Reaktivität so eingestellt werden, dass sowohl eine ausreichende Verarbeitungszeit, eine schnelle Aushärtung sowie eine ausreichende Lagerstabilität gegeben ist.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Formulierungen monomerenarmer Prepolymere auf Basis von aliphatischen Polyisocyanaten und gegebenenfalls geeigneten Additiven, die als Grundierung auf Betonoberflächen aufgetragen werden und nach kurzer Aushärtungszeit eine weitere Beschichtung der Oberfläche mit Klebstoffen, Sperrschichten, flüssigen Folien oder flüssigen Bodenbeschichtungen (beispielsweise auf Estrichen) erlauben.
  • Bevorzugt werden die erfindungsgemäß verwendeten Formulierungen auf konstruktiven Betonbauteilen und Estrichen eingesetzt, beispielsweise auf tragenden Elementen von Parkhäusern, Brücken, Pfeilern und Deckenelementen von Schutzgalerien, Estrichen, insbesondere in dauernd feuchtigkeits- und salzbelasteten Räumen.
  • Zusätzlich zur Haftvermittlung zu den nachfolgend aufzutragenden Schichten reduzieren die erfindungsgemäß verwendeten Formulierungen auch das Sanden der behandelten Oberflächen. Die Anwendung kann auch zur Sanierung bereits angegriffener Oberflächen erfolgen.
  • Feuchtigkeitshärtende, einkomponentige Polyurethangrundierungen zur Vorbehandlung von Betonoberflächen basieren typischerweise auf kurzkettigen Prepolymeren, die durch die Umsetzung von entsprechenden Polyetherpolyolen mit Diphenylmethandiisocyanat (MDI) hergestellt werden. Bedingt durch den Herstellprozess enthalten diese Prepolymere hohe Restmengen an monomeren Isocyanat. Beispielsweise enthält das häufig für diese Anwendung eingesetzte Desmodur® E 29 (Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE) monomeres MDI in Mengen von > 10 Gew.-%.
  • Aus arbeitshygienischen Gründen ist ein solch hoher Anteil an monomeren Isocyanaten nicht wünschenswert und führt darüber hinaus zu einer Kennzeichnung der Grundierungen mit dem Risiko-Satz R40 (Verdacht auf krebserzeugende Wirkung).
  • Eine Entfernung des monomeren MDIs ist beispielsweise auf destillativem Wege möglich, jedoch steigt dadurch die Viskosität des Prepolymers dadurch so stark an, dass eine Verarbeitung nach dem üblichen Verfahren (Rollen, Streichen, Sprühauftrag) nicht mehr möglich ist. Dieser Weg zur Monomerreduktion scheidet daher aus.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung von Prepolymeren auf Basis von aliphatischen Isocyanaten und schwer verseifbaren Polyolen.
  • Die Herstellung der eingesetzten Polyisocyanat-Prepolymere ist dem Fachmann an sich bekannt und erfolgt durch Umsetzung von überschüssigen Mengen an Polyisocyanaten (Komponente A) mit der Polyhydroxyverbindungen (Komponente B).
  • Als Komponente A können prinzipiell alle dem Fachmann bekannten organischen aliphatischen, cycloaliphatischen oder heterocyclischen Polyisocyanate mit mindestens zwei Isocyanatgruppen pro Molekül sowie Gemische davon eingesetzt werden. Beispiele für geeignete aliphatische bzw. cycloaliphatische Polyisocyanate sind Di- oder Triisocyanate wie z. B. Butandiisocyanat, Pentandiisocyanat, Hexandiisocyanat (Hexamethylendiisocyanat, HDI), 4-Isocyanatomethyl-1,8-octandiisocyanat (Triisocyanatononan, TIN) oder cyclische Systeme, wie z. B. 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat), 3,5,5-Trimethyl-1-isocyanato-3-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), 2,4- und/oder 2,6-Methylcyclohexyldiisocyanat (H6TDI) sowie ω,ω'-Diisocyanato-1,3-dimethylcyclohexan (H6XDI). Bevorzugt ist jedoch die Verwendung von aliphatischen Diisocyanaten, besonders bevorzugt von Hexandiisocyanat (Hexamethylendiisocyanat, HDI), 3,5,5-Trimethyl-1-isocyanato-3-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), sowie ω,ω'-Diisocyanato-1,3-dimethylcyclohexan (H6XDI).
  • Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch die Verwendung, bzw. Mitverwendung der vorstehend erwähnten organischen aliphatischen, cycloaliphatischen oder heterocyclischen Polyisocyanate in Form ihrer Derivate, wie beispielsweise Urethane, Biurete, Allophanate, Uretdione, Isocyanurate und Trimerisate und Mischformen dieser Derivatisierungen.
  • Als Komponente B können alle dem Fachmann bekannten verseifungsstabilen Verbindungen eingesetzt werden, welche eine mittlere OH-Funktionalität von mindestens 1,5 aufweisen. Dies können beispielsweise niedermolekulare Diole (z. B. 1,2-Ethandiol, 1,3- bzw. 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol), Triole (z. B. Glycerin, Trimethylolpropan) und Tetraole (z. B. Pentaerythrit) sein, aber auch höhermolekulare Polyhydroxyverbindungen wie Polyetherpolyole, Polycarbonatpolyole sowie Polythioetherpolyole. Bevorzugt weisen solche Polyetherpolyole OH-Zahlen von 5 bis 620 mg KOH/g, bevorzugt von 14 bis 550 mg KOH/g und besonders bevorzugt von 28 bis 480 mg KOH/g auf und eine mittlere Funktionalität von 2 bis 4, bevorzugt 2 bis 3,7 und besonders bevorzugt von 2 bis 3,6. Solche Polyetherpolyole sind in an sich bekannter Weise durch Alkoxylierung von geeigneten Starter-Molekülen unter Basenkatalyse oder Einsatz von Doppelmetallcyanidverbindungen (DMC-Verbindungen) zugänglich. Geeignete Starter-Moleküle für die Herstellung von Polyetherpolyolen sind Moleküle mit mindestens zwei gegenüber Epoxiden reaktiven Element-Wasserstoffbindungen oder beliebige Gemische derartiger Starter-Moleküle.
  • Besonders geeignete Polyetherpolyole sind solche der vorstehend genannten Art mit einem Gehalt an ungesättigten Endgruppen von kleiner oder gleich 0,02 Milliäquivalenten pro Gramm Polyol (meq/g), bevorzugt kleiner oder gleich 0,015 meq/g, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,01 meq/g (Bestimmungsmethode ASTM D2849-69).
  • Derartige Polyetherpolyole sind in an sich bekannter Weise durch Alkoxylierung von geeigneten Starter-Molekülen, insbesondere unter Verwendung von Doppelmetallcyanid-Katalysatoren (DMC-Katalyse) herstellbar. Dies ist z. B. in der US-A 5 158 922 (z. B. Beispiel 30) und EP-A 0 654 302 (S. 5, Z. 26 bis S. 6, Z. 32) beschrieben.
  • Geeignete Starter-Moleküle für die Herstellung von Polyetherpolyolen sind beispielsweise einfache, niedermolekulare Polyole, Wasser, Ethylenglykol, Propandiol-1,2, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)propan, Propylenglykol-1,3- und Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6, Neopentylglykol, 2-Ethylhexandiol-1,3, Trimethylolpropan, Glyzerin, Pentaerythrit, Sorbit, organische Polyamine mit mindestens zwei N-H-Bindungen wie z. B. Triethanolamin, Ammoniak, Methylamin oder Ethylendiamin oder beliebige Gemische derartiger Starter-Moleküle. Für die Alkoxylierung geeignete Alkylenoxide sind insbesondere Ethylenoxid und/oder Propylenoxid, die in beliebiger Reihenfolge oder auch im Gemisch bei der Alkoxylierung eingesetzt werden können.
  • Möglich sind außerdem Polyetherpolyolmischungen, die wenigstens ein Polyol mit wenigstens einer tertiären Aminogruppe enthalten. Solche tertiäre Aminogruppen aufweisenden Polyetherpolyole lassen sich durch Alkoxylierung von Startermolekülen oder Mischungen von Startermolekülen herstellen, die wenigstens ein Startermolekül mit mindestens zwei gegenüber Epoxiden reaktiven Element-Wasserstoffbindungen enthalten, von denen mindestens eine eine NH-Bindung ist. Beispiele für geeignete Startermoleküle sind Ammoniak, Methylamin, Ethylamin, n-Propylamin, iso-Propylamin, Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Ethylendiamin, Ethylentriamin, Triethanolamin, N-Methyl-diethanolamin, Ethylendiamin, N,N'-Dimethyl-ethylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, 2,4-Toluylendiamin, 2,6-Toluylendiamin, Anilin, Diphenylmethan-2,2'-diamin, Diphenylmethan-2,4'-diamin, Diphenylmethan-4,4'-diamin, 1-Aminomethyl-3-amino-1,5,5-trimethylcyclohexan (Isophorondiamin), Dicyclohexylmethan-4,4'-diamin, Xylylendiamin und Polyoxyalkylenamine.
  • Möglich sind selbstverständlich auch die Polyetherpolyole mit darin dispergierten organischen Füllstoffen wie beispielsweise Additionsprodukten von Toluylendiisocyanat mit Hydrazinhydrat oder Copolymerisaten von Styrol und Acrylnitril.
  • Einsetzbar sind auch die durch Polymerisation von Tetrahydrofuran erhältlichen Polytetramethylenetherglykole mit Molekuargewichten von 400 bis 4000, aber auch Hydroxylgruppen enthaltende Polybutadiene.
  • Unter den Hydroxylpolycarbonaten sind Umsetzungsprodukte von Glykolen vom Typ Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,4-Butandiol, Neopentylglykol oder 1,6-Hexandiol und/oder Triolen wie beispielsweise Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Sorbit mit Diphenyl- und/oder Dimethylcarbonat zu verstehen. Die Umsetzung ist eine Kondensationsreaktion, bei der Phenol und/oder Methanol abgespalten werden. Es resultieren, je nach Zusammensetzung, flüssige bis wachsartige, amorphe Typen mit Tg-Werten von > –40°C oder kristalline Polycarbonatpolyole mit Schmelzbereichen von 40–90°C. Der Molekulargewichtsbereich liegt bei 200 bis 10000. Der Molekulargewichtsbereich von 400 bis 5000 wird bevorzugt. Der Molekulargewichtsbereich von 500 bis 3000 wird besonders bevorzugt.
  • Die vorstehend erwähnten Polyole können selbstverständlich mit allen Polyisocyanaten, aromatischen als auch aliphatischen vor der eigentlichen Prepolymerisierung zu Urethan modifizierten Hydroxylverbindungen umgesetzt werden.
  • Anteilig können auch Monoole unter Einhaltung der bevorzugten mittleren OH-Funktionalität eingesetzt werden. Dies können beispielsweise niedermolekulare Monoole (z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, iso-Propanol sein, aber auch höhermolekulare Monohydroxyverbindungen wie Polyethermonoole.
  • Grundsätzlich können auch Mischungen von mehreren Polyisocyanaten und/oder Polyhydroxyverbindungen eingesetzt werden, bevorzugt ist jedoch die Verwendung nur eines Polyisocyanats. Typischerweise beträgt dabei das Mol-Verhältnis der NCO-Gruppen der Polyisocyanate zu OH-Gruppen der Polyhydroxyverbindungen 25:1 bis 1,5:1, bevorzugt 20:1 bis 1,5:1 und besonders bevorzugt 15:1 bis 1,5:1. Die Umsetzung erfolgt im Allgemeinen bei Temperaturen von 20 bis 140°C, bevorzugt bei 40 bis 120°C. Grundsätzlich kann die Reaktion durch die Verwendung von aus der Polyurethanchemie an sich bekannten Katalysatoren wie beispielsweise Zinn-Seifen, z. B. Dibutylzinndilaurat oder tertiären Aminen, z. B. Triethylamin oder Diazabicyclooctan (DABCO) be schleunigt werden. Die Zugabe der Komponenten und gegebenenfalls eines Katalysators der vorgenannten Art kann grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Wird das monomere Polyisocyanat im Überschuss eingesetzt, so ist bevorzugt, dieses nach der Umsetzung durch Extraktion oder Destillation, vorzugsweise mittels Dünnschichtdestillation über einen Dünnschichtverdampfer bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck, abzutrennen. Die Abtrennung des überschüssigen Polyisocyanats wird dabei soweit geführt, das im resultierenden Polyisocyanat-Prepolymer weniger als 1 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt weniger als 0,2 Gew.-% des Polyisocyanats verbleibt. Man erhält auf diese Weise Prepolymere mit niedrigem Monomergehalt, die abhängig vom Restmonomergehalt zum Teil nicht mehr kennzeichnungspflichtig sind.
  • Die Komponenten aus A) und B) werden üblicherweise in einem molaren Verhältnis von Isocyanat-Gruppen zu Hydroxyl-Gruppen von 1:1 bis zu 1,8:1, bevorzugt in einem molaren Verhältnis von Isocyanat-Gruppen:Hydroxyl-Gruppen von 1:1 bis zu 1,6:1 und besonders bevorzugt in einem molaren Verhältnis von Isocyanat-Gruppen:Hydroxyl-Gruppen von 1,05:1 bis zu 1,5:1 miteinander gemischt.
  • Die Herstellung der Isocyanat-terminierten Prepolymere erfolgt nach bekannten Methoden indem die Polyole mit einem stöchiometrischen Überschuss von aliphatischen Polyisocyanaten bei Temperaturen von 30 bis 150°C, vorzugsweise 60 bis 140°C, zur Reaktion gebracht werden. Dies kann diskontinuierlich in Kesseln oder kontinuierlich in Kesselkaskaden oder über Mischer erfolgen.
  • Soll überschüssiges Diisocyanat abgetrennt werden, ist die Dünnschichtdestillation das bevorzugte Verfahren und wird in der Regel bei Temperaturen von 100 bis 160°C und einem Druck von 0,01 bis 3 mbar durchgeführt. Der Restmonomergehalt beträgt danach bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-% (Diisocyanat).
  • All diesen Produkten können vor, während oder bevorzugt nach der Reaktion noch modifizierte aliphatische Polyisocyanate zur Feinsteuerung der Eigenschaften zugesetzt werden. Solche Produkte befinden sich im Handel, wie beispielsweise unter den Namen Desmodur® N 100 (HDI-Biuretmodifizierung) oder Desmodur®N 3300 (HDI-Trimerisat der Bayer MaterialScience AG) oder Vestanat® (IPDI-Trimersisat; BASF SE, Ludwigshafen, DE).
  • In den erfindungsgemäß verwendeten Beschichtungsformulierungen werden neben dem Bindemittel in der Regel auch weitere Formulierungsbestandteile wie Katalysatoren, Additive (bspw. Entschäumer, Entlüftungsmittel), Weichmacher, Lösemittel und Hilfs- sowie Zusatzstoffe verwendet, die dem Fachmann auf diesem Gebiet hinsichtlich Art und Anwendungsweise an sich bekannt sind.
  • Zur beschleunigten Aushärtung der Beschichtungen kann dem System ein Katalysator zugegeben werden. Der Katalysator wird den Prepolymeren vor, während oder vorzugsweise nach der Beendigung der Prepolymerbildung zugesetzt.
  • Als Katalysatoren können grundsätzlich alle aus der Polyurethanchemie an sich bekannten Stoffe zugesetzt werden, welche die Reaktion von Isocyanaten mit Wasser katalysieren. Genannt seien beispielsweise Metallsalze, Metallkomplexe, metallorganische Verbindungen. Organozinnverbindungen und Organobismuthverbindungen oder aminische Katalysatoren kommen in Frage. Als Organozinnverbindungen seien beispielhaft genannt: Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinn-bis-acetoacetonat und Zinncarboxylate wie beispielsweise Zinnoctoat. Die genannten metallorganischen Katalysatoren können gegebenenfalls in Kombination mit aminischen Katalysatoren wie 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan verwendet werden.
  • Die zugesetzte Menge des Katalysators richtet sich nach der gewünschten Verarbeitungszeit. In der Regel reichen Mengen von 0,02 bis 3,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Prepolymer, aus.
  • Die erfindungsgemäßen Beschichtungen können durch die bekannten Verfahren appliziert werden. Beispielhaft seinen hier der Rollen- oder Pinselauftrag oder der Auftrag mit einem (Zahn-)Spachtel oder einer Walze genannt.
  • Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern.
  • Beispiele:
  • Experimenteller Teil:
  • Beispiel 1
  • Prepolymerherstellung (HDI Allophanat)
  • 1979 g (0,99 Mol) Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 56 mg KOH/g (mittels DMC-Katalyse (Basen-frei) hergestellt, Gehalt ungesättigter Gruppen < 0,01 meq/g,), stabilisiert mit 90 mg Isophthalsäuredichlorid und 2521 g (15 Mol) Hexamethylendiisocyanat (HDI) werden bei 100°C umgesetzt. Das Prepolymer zeigt am Ende der Reaktionszeit von 4 Stunden einen konstanten NCO-Gehalt von 26,1%.
  • Bei 90°C werden zur Allophanatisierung des Prepolymers 360 mg Zink(II)bis(2-ethylhexanoat) zugegeben. Das Allophanat zeigt am Ende der Reaktionszeit von 2 Stunden einen konstanten NCO-Gehalt von 24,3 Gew.-%. Das mit 360 mg Isophthalsäuredichlorid stabilisierte Allophanat wird dann bei 140°C und 0,5 mbar über einen Dünnschichtverdampfer vom überschüssigen HDI-Monomeren befreit.
  • Man erhält ein niedrigviskoses Prepolymer mit einem Isocyanatgehalt von 5,9 Gew.-% und einer Viskosität von 2070 mPas bei 23°C. Der HDI-Restmonomergehalt beträgt < 0,03 Gew.-%.
  • Beispiel 2
  • Prepolymerherstellung (HDI Prepolymer)
  • 1000 g (4,59 Mol) Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 515 mg KOH/g und 3850 g (22,94 Mol) Hexamethylendiisocyanat (HDI) werden bei ca. 80 bis 90°C umgesetzt.
  • Das Prepolymer zeigt am Ende der Reaktionszeit von 9 Stunden einen konstanten NCO-Gehalt von 13,2 Gew.-%. Das Prepolymer wird dann bei 180°C und 0,1 mm Hg über einen Kurzwegverdampfer weitgehend vom überschüssigen HDI-Monomeren befreit.
  • Man erhält ein mittelviskoses Prepolymer mit einem Isocyanatgehalt von 12,5 Gew.-% und einer Viskosität von 4500 mPas bei 23°C. Der HDI-Restmonomergehalt beträgt 0,35 Gew.-%.
  • Beispiel 3
  • Prepolymerherstellung (tert. Aminogruppen aufweisendes Desmodur® N 3400 Prepolymer)
  • 309 g (0,27 Mol) Polypropylenethertriol gestartet mit Triethanolamin, hergestellt mittels KOH-Katalyse mit einer Hydroxylzahl von 145 mg KOH/g und 691 g (1,4 Mol) Desmodu® N 3400 (Bayer MaterialScience AG; Dimer von Hexamethylendiisocyanat mit 21,8 Gew.-% NCO-Gehalt und 0,5 Gew.-% freiem HDI-Monomer) werden katalysiert mit 20 ppm Dibutylzinndilaurat bei ca. 40°C umgesetzt.
  • Das Prepolymer zeigt am Ende der Reaktionszeit von 2 Stunden einen konstanten NCO-Gehalt von 11,9 Gew.-%. Das Prepolymer wird dann mit 20 ppm Dibutylphosphat stabilisiert.
  • Man erhält ein niedrigviskoses Prepolymer mit einem Isocyanatgehalt von 11,9 Gew.-% und einer Viskosität von 4477 mPas bei 23°C. Der Gehalt an freiem HDI-Monomer beträgt 0,12 Gew.-%.
  • Beispiel 4
  • Prepolymerherstellung (Desmodur® N 3400 Prepolymer)
  • 153 g (0,15 Mol) Polypropylenethertriol mit einer Hydroxylzahl von 55,5 mg KOH/g, 156 g (0,22 Mol) Polypropylenethertriol mit einer Hydroxylzahl von 233,1 mg KOH/g und 691 g (1,4 Mol) Desmodur® N 3400 (Bayer MaterialScience AG; Dimer von Hexamethylendiisocyanat mit 21,8 Gew.-% NCO-Gehalt und 0,5 Gew.-% freiem HDI-Monomer) werden katalysiert mit 20 ppm Dibutylzinndilaurat bei ca. 60°C umgesetzt.
  • Das Prepolymer zeigt am Ende der Reaktionszeit von 2 Stunden einen konstanten NCO-Gehalt von 11,9 Gew.-%. Das Prepolymer wird dann mit 20 ppm Dibutylphosphat stabilisiert.
  • Man erhält ein mittelviskoses Prepolymer mit einem Isocyanatgehalt von 11,9 Gew.-% und einer Viskosität von 8767 mPas bei 23°C. Der Gehalt an freiem HDI-Monomer beträgt 0,11 Gew.-%.
  • Beispiel 5
  • Prepolymerherstellung (tert. Aminogruppen aufweisendes Desmodur® N 3400 Prepolymer)
  • 93 g (0,08 Mol) Polypropylenethertriol gestartet mit Triethanolamin, hergestellt mittels KOH-Katalyse mit einer Hydroxylzahl von 145 mg KOH/g, 93 g (0,05 Mol) Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 56 mg KOH/g (mittels DMC-Katalyse (Basenfrei) hergestellt, Gehalt ungesättigter Gruppen < 0,01 meq/g,), 186 g (0,08 Mol) Polypropylenethermonool mit einer Hydroxylzahl von 23,0 mg KOH/g und 629 g (1,3 Mol) Desmodur® N 3400 der Bayer MaterialScience AG (Dimer von Hexamethylendiisocyanat mit 21,8 Gew.-% NCO-Gehalt und 0,5 Gew.-% freiem HDI-Monomer) werden katalysiert mit 20 ppm Dibutylzinndilaurat bei ca. 40°C umgesetzt.
  • Das Prepolymer zeigt am Ende der Reaktionszeit von 3 Stunden einen konstanten NCO-Gehalt von 11,9 Gew.-%. Das Prepolymer wird dann mit 20 ppm Dibutylphosphat stabilisiert.
  • Man erhält ein niedrigviskoses Prepolymer mit einem Isocyanatgehalt von 11,9 Gew.-% und einer Viskosität von 2177 mPas bei 23°C. Der Gehalt an freiem HDI-Monomer beträgt 0,11 Gew.-%.
  • Bestimmung der Hautbildezeit
  • Mittels eines Rakels (200 μm) wird ein Film auf eine vorher mit Ethylacetat gereinigte Glasplatte aufgetragen und sofort in den Drying Recorder eingelegt. Die Nadel wird mit 10 g belastet und bewegt sich über eine Zeitraum von 24 Stunden über eine Strecke von 35 cm.
  • Der Drying Recorder befindet sich in einem Klimaraum bei 23°C und 50% rel. Luftfeuchte.
  • Als Hautbildezeit wird der Zeitpunkt des Verschwindens der permanenten Spur der Nadel aus dem Film angegeben.
  • Bestimmung der Haftzugfestigkeit
  • Die Prepolymere werden mit Hilfe einer Schaumstoffrolle auf Betonplatten der Größe 30 cm × 30 cm aufgetragen. Die Nassfilmschichtdicke beträgt dabei ca. 100 μm.
  • Anschließend wurden die Beschichtungen 14 Tage bei 23°C/50% r. F. ausgehärtet und dann die Haftzugfestigkeiten mit einem DYNA Haftprüfgerät (Fa. FORM + TEST Seidner & Co. GmbH, Riedlingen) bestimmt.
  • Rohstoffe
  • TIB Kat 225 ist ein Organo-Zinn-Katalysator (Fa. TIB Chemicals, Mannheim) Coscat 83 ist ein Organo-Bismuth-Katalysator (Fa. Erbslöh, Krefeld)
    Prepolymerbeispiel Nr. Hautbildezeit Haftzugfestigkeit
    1 > 24 h 3,2 N/mm2
    2 > 24 h 2,9 N/mm2
    3 9 h 2,8 N/mm2
    4 22 h 3,0 N/mm2
    5 10 h 2,7 N/mm2
    1 + 0,4% Gew. TIB Kat 225 < 1 h 3,0 N/mm2
    2 + 0,4% Gew. Coscat 83 3,5 h 2,6 N/mm2
    4 + 0,4% Gew. TIB Kat 225 2 h 2,8 N/mm2
  • Bei jeder Prüfung erfolgte jeweils ein Versagen des Substrats, es fand keine Ablösung der Beschichtung vom Beton statt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DD 134970 A [0005]
    • - GB 2240977 A [0006]
    • - US 5158922 A [0022]
    • - EP 0654302 A [0022]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - ASTM D2849-69 [0021]

Claims (10)

  1. Verwendung von monomerenarmen Prepolymeren, die unter Verwendung von aliphatischen Polyisocyanaten und nicht verseifbaren Polyolen hergestellt werden, zur Beschichtung von Substraten aus Beton.
  2. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyisocyanatkomponente Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 2,4- und/oder 2,6-Methylcyclohexyldiisocyanat, 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat), ω,ω'-Diisocyanato-1,3-dimethylcyclohexan oder die oben genannten Diisocyanate in Form ihrer Derivate, wie beispielsweise Urethane, Biurete, Allophanate, Uretdione, Isocyanurate und Trimerisate, Mischformen dieser Derivatisierungen oder Mischungen verschiedener Polyisocyanate eingesetzt werden.
  3. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyolkomponente Polyetherpolyole und/oder Polycarbonatpolyole eingesetzt werden.
  4. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Polyurethanprepolymere einen Restgehalt an monomerem Diisocyanat von < 1 Gew.-%, bevorzugt von < 0,5 Gew.-% aufweisen.
  5. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Polyurethanprepolymere eine Viskosität von < 20000 mPas, bevorzugt < 10000 mPas, besonders bevorzugt < 5000 mPas aufweisen.
  6. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prepolymer durch Zusatz von Additiven formuliert wird.
  7. Verwendung gemäß Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Substraten aus Beton um konstruktive Bauteile handelt.
  8. Verwendung gemäß Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Substraten aus Beton um Stahlbeton-Bauteile handelt.
  9. Verwendung gemäß Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Substraten aus Beton um Estriche handelt.
  10. Verwendung gemäß Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Substraten aus Beton um Stahlbeton-Bauteile im Hochbau oder Galeriepfeiler handelt.
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