DE60014283T2

DE60014283T2 - Verfahren zum Beschichten eines nicht ausgehärteten mineralischen Substrats

Info

Publication number: DE60014283T2
Application number: DE60014283T
Authority: DE
Inventors: Michael Damian Bowe
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: CA2315839C; DE60014283D1; CA2315839A1; EP1074531B1; US6306465B1; EP1074531A1; PL341809A1

Description

Diese Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Beschichten eines nicht ausgehärteten mineralischen Substrats. Insbesondere, obgleich nicht ausschließlich, betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Beschichten eines nicht ausgehärteten zementartigen Substrats, wie ein Betondachziegel, Betonboden- oder -wandfliese oder eine Betonhausaußenwand, um dem Substrat ein Hochglanzfinish zu verleihen.
Vorgefertigte Betondachziegel werden normalerweise aus Betonmörtel hergestellt, dessen Konsistenz so ist, daß er während seines rohen Zustandes zu einer Gestalt mit Form-, Konfigurations-, Struktur- oder Ornamentmerkmalen geformt werden kann, die er beim Aushärten behält. Die Ziegel werden für gewöhnlich aus einer Schicht oder Schichten aus rohem Beton gebildet, der so geformt wird, daß er der gewünschten Oberflächenerscheinung der Ziegel entspricht. Die Ziegel können aus einer Einzelschicht aus Beton gebildet werden, oder sie können aus mehreren Schichten aus Beton gebildet werden, wie zum Beispiel in US-A-4789319, US-A-4986744 und US-A-5017320 offenbart.
Wo ein glattes Finish auf der oberen Oberfläche des Ziegels gewünscht wird, umfaßt der Ziegel für gewöhnlich zumindest zwei Schichten, wobei die oberste Schicht aus einem rohen Beton oder einer zementartigen Aufschlämmung gebildet wird, umfassend Wasserzement, feinkörnige Aggregate, Pigmente und Dispersionsmittel. Diese oberste Schicht hat eine Dicke von typischerweise 0,05 mm bis nicht mehr als 3 mm und kann auf die grobere(n) Grundschichten) aufgetragen werden, zum Beispiel durch ein Verfahren wie es in irgendeinem der obigen US-Patente beschrieben wird, oder durch Gießlackieren des gebildeten Ziegels.
Betondachziegel neigen dazu, gegenüber Ausblühen anfällig zu sein, wenn sie atmosphärischer Feuchtigkeit oder Niederschlag ausgesetzt werden. Um das Ausblü hen in Betondachziegeln zu unterdrücken, ist es allgemeine Praxis geworden, die obere Seite der gehärteten oder nicht gehärteten Betondachziegel mit einer Wasserfarbe oder einer Klarlackzusammensetzung, die, wenn sie trocken ist, eine Wasserschutzschicht bereitstellt, zu beschichten.
Solche Wasserfarbenzusammensetzungen werden normalerweise 30 bis 50 Gew.-% einer Polymerdispersion, zum Beispiel einer wäßrigen, Acrylat-basierenden, Polymerdispersion, 20 bis 60 Gew.-% feinen anorganischen Füllstoff, zum Beispiel Kreide, Schwerspat und/oder Kieselerde, und gegebenenfalls 2 bis 10 Gew.-% Eisenoxidpigment umfassen. Solche wäßrigen, klaren Beschichtungszusammensetzungen bestehen normalerweise im wesentlichen aus einer 100%igen Acryldispersion (zum Beispiel 30 bis 50 % Feststoffe). Beschichtungen, die aus solchen Farb- und Klarlackzusammensetzungen gebildet sind, werden eine Dicke auf dem Ziegel von nicht größer als 0,15 mm aufweisen. Verbesserte Ausblühunterdrückung ist durch die Verwendung von relativ komplexeren Copolymerdisperisonen, wie die, die in DE-A-4341260 und US-A-5215827 beschrieben werden, als vollständiger oder teilweiser Ersatz der herkömmlicheren einfachen Acrylat-basierenden Polymerdispersionen vorgeschlagen worden.
In US-A-4177232 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Betondachziegels offenbart, der verbesserte Ausblühbeständigkeit aufweist. In diesem Verfahren wird ein gebildeter Ziegelkörper mit einer zementartigen Aufschlämmung beschichtet und bevor diese Aufschlämmungsschicht ausgehärtet ist, wird hierauf eine wäßrige Emulsion aus einem Film-bildenden polymeren Material aufgetragen. Die vollständig ausgehärteten Ziegel, die durch dieses Verfahren gebildet werden, zeigen ein geringeres Glanzfinish.
Es ist oftmals wünschenswert, daß ein Betondachziegel ein höheres Glanzfinish zeigt. Ein höheres Glanzfinish wird normalerweise durch ein Verfahren erhalten, bei dem eine Beschichtung aus einer wäßrigen Klarlackzusammensetzung auf die oberste Oberfläche des Ziegels aufgetragen wird, nachdem der Ziegel getrocknet und in einem Ofen oder Autoklaven gehärtet worden ist, und die Beschichtung dann getrocknet wird. Alternativ kann ein höheres Glanzfinish durch ein Verfahren erhalten werden, bei dem eine Beschichtung aus einer nicht wäßrigen Klarlackzusammensetzung auf die oberste Oberfläche des Ziegels aufgetragen wird, entweder vor oder nachdem der Ziegel getrocknet und gehärtet worden ist.
In WO-98/52698 wird ein schnellbindendes Beschichtungsmaterial durch das Kontaktieren einer stabilen wäßrigen Dispersion aus einem Polymer, das stark kationische Gruppen und schwach saure Gruppen enthält, mit einem Substrat, das basisch ist, wie zementartige Materialien, oder das basisch gemacht werden muß, hergestellt. Als eine Alternative für die Verwendung eines basischen Substrats wird offenbart, daß das schnellbindende Beschichtungsmaterial durch das Kontaktieren der Oberfläche des Substrats in einer der beiden Reihenfolgen oder gleichzeitig mit zwei separaten Polymeren, von denen eines stark kationische Gruppen enthält und das andere schwach saure Gruppen enthält, hergestellt werden kann. Obgleich in WO-98/52698 offenbart wird, daß unter anderen Anwendungen die wäßrigen Dispersionen verwendet werden können, um gehärteten oder nicht gehärteten Zement zu beschichten, um die Wasserverdampfung zu verringern, um dadurch die Eigenschaften des endgültigen Betons zu verbessern, gibt es keine Offenbarung oder keinen Vorschlag für die Verwendung der wäßrigen Dispersionen für die Bereitstellung eines hohen Glanzfinishs auf den Betonsubstraten.
EP-A-1006094 offenbart ein Verfahren zur Bereitstellung einer Hochglanzbeschichtung auf einem nicht gehärteten mineralischen Substrat, das das Aussetzen einer ersten Beschichtung heißer Luft oder IR-, UV- oder Mikrowellenstrahlung einschließt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein fertiges mineralisches Substrat, wie einen Dachziegel, bereitzustellen, das ein hohes Glanzfinish zeigt, aber das durch ein Verfahren hergestellt worden ist, daß entweder schneller ist und potentiell energieeffizienter als bisher bekannte Verfahren, die wäßrige Beschichtungen anwenden, oder das nicht auf die Verwendung von Lösungsmitteln angewiesen ist, die in nichtwäßrigen Beschichtungen verwendet werden, um das gleiche zu erreichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Beschichtung eines mineralischen Substrats mit zumindest einer Beschichtungszusammensetzung, umfas send ein Film-bildendes polymeres Bindemittel, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

i) Bilden des Substrats aus einer ungehärteten mineralischen Zusammensetzung, insbesondere einem rohen Zement, Ton oder Faserzement;
ii) Bilden einer kontinuierlichen Schicht von Film-bildendem polymerem Bindemittel über eine Oberfläche des in i) gebildeten Substrats durch: a) Aufbringen einer ersten Beschichtungszusammensetzung, umfassend Film-bildendes polymeres Bindemittel, auf die Oberfläche und b) Destabilisieren der ersten Beschichtungszusammensetzung durch ein Koazervations- oder kolloides Destabilisierungsverfahren vor dem Aufbringen, nach Kontakt oder nach dem Aufbringen der ersten Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche,
iii) Aufbringen einer zweiten Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein Film-bildendes polymeres Bindemittel, auf die in ii) gebildete, beschichtete Oberfläche und
iv) Trocknen und Härten des in iii) gebildeten, beschichteten Substrats, beispielsweise in einem Ofen oder Autoklaven.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung des Glanzfinishs eines mineralischen Substrats bereitgestellt, das durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte, gebildet wurde:

Überraschenderweise zeigen mineralische Substrate mit Decküberzug, die durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung beschichtet wurden, ein hohes Glanzfinish, das mit Substraten mit Decküberzug, die durch herkömmliche Verfahren gebildet wurden, vergleichbar ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, Substrate mit hohem Glanzfinish schneller herzustellen und möglicherweise auf eine energieeffizientere Art und Weise, als ähnliche Substrate mit Decküberzug, die durch herkömmliche Verfahren unter Verwendung wäßriger Beschichtungen hergestellt wurden, wo eine wäßrige Beschichtung auf das Substrat aufgetragen wird, nachdem der Substratkörper getrocknet und gehärtet worden ist.
Für das weitere Verständnis der vorliegenden Erfindung, jedoch ohne sich auf dieses zu beschränken, bietet der Erfinder folgendes als eine stark vereinfachte Erklärung des Mechanismus an, der als Schlüssel für den Erfolg der vorliegenden Erfindung gilt: In der Technik der Beschichtungsformulierungen ist bekannt, daß die Komponenten aus einer stabilen Beschichtungszusammensetzung schnell aus einer Suspension oder Lösung tropfen können, wenn diese Zusammensetzung geeignet destabilisiert wird. Demgemäß wird, wenn eine Beschichtungszusammensetzung als eine Beschichtung auf ein ungehärtetes mineralisches Substrat aufgetragen und entsprechend destabilisiert wird, das Film-bildende polymere Bindemittel in der Beschichtungszusammensetzung aus einer Dispersion oder Lösung tropfen und die Teilchen oder der Niederschlag aus dem Film-bildenden polymeren Bindemittel wird anfangen, sich über der Oberfläche des Substrats aufzubauen. Schließlich wird sich ausreichend Film-bildendes polymeres Bindemittel über der Oberfläche des Substrates aufbauen, so daß eine kontinuierliche Schicht darüber gebildet wird. Ist diese erst einmal gebildet, liefert die kontinuierliche Schicht eine im wesentlichen undurchlässige Barriere zwischen dem Substrat und jeglichen anschließend aufgetragenen Beschichtungszusammensetzungen.
Die erste Beschichtungszusammensetzung kann vor, beim Kontakt mit oder nachdem sie als eine Beschichtung auf das ungehärtete mineralische Substrat aufgetragen wurde, destabilisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sieht die Zusammensetzung der ersten Beschichtungszusammensetzung so aus, daß sie beim Kontakt mit dem ungehärteten mineralischen Substrat destabilisiert wird. Zum Beispiel können ein oder mehrere Komponenten in dem ungehärteten mineralischen Substrat entweder mit einer oder mehreren Komponenten in der Beschichtungszusammensetzung reagieren, um die Destabilisierung herbeizuführen oder beim Kontakt mit dem ungehärteten mineralischen Substrat eine pH-Veränderung in der Beschichtungszusammensetzung bewirken, um die Destabilisierung herbeizuführen. Beschichtungszusammensetzungen, die beim Kontakt mit einem ungehärteten mineralischen Substrat destabilisiert werden, sind für einen Fachmann leicht erhältlich. Zum Beispiel wird eine wäßrige Dispersion, die ein Film-bildendes polymeres Bindemittel umfaßt, in dem das Polymer stark kationische Gruppen und schwach saure Gruppen enthält, und das beim Kontakt mit einem basischen Substrat destabilisiert wird, um durch ein Koazervationsverfahren schnell eine Beschichtung zu bilden, in WO 98/52698 offenbart. Als ein anderes Beispiel kann eine wäßrige Dispersion, die ein oberflächenaktives Mittel umfaßt, um eine Dispersion der Film-bildenden polymeren Bindemittelteilchen in Suspension aufrechtzuerhalten, beim Kontakt mit einem basischen Substrat schneller kolloider Destabilisierung unterzogen werden: eine solche schnelle kolloide Destabilisierung kann beispielsweise ein Ergebnis dessen sein, daß die Zusammensetzung eine geringe Calciumionenstabilität oder eine schwache Stabilität gegen einen hohen pH aufweist.
In einer anderen Ausführungsform wird die Beschichtungszusammensetzung vor ihrer Auftragung auf das ungehärtete mineralische Substrat zum Beispiel durch Co-vermengen eines Destabilisierungsmittels in die Zusammensetzung destabilisiert wie sie auf das Substrat gesprüht wird, wobei das Substrat selbst auf der Zusammensetzung nicht destabilisiert werden muß.
In einer noch anderen Ausführungsform wird die Beschichtungszusammensetzung destabilisiert, nachdem sie auf das ungehärtete Substrat aufgetragen wurde, zum Beispiel durch Sprühen eines Destabilisierungsmittels auf die Zusammensetzung oder durch schnelle Entwässerung der Zusammensetzung, nachdem sie auf das Substrat aufgetragen wurde. Das Substrat selbst muß auf der Zusammensetzung nicht destabilisiert werden. Die Destabilisierung kann eine chemische Reaktion oder eine pH-Veränderung in der Zusammensetzung verursachen, wie oben beschrieben, oder sie kann eine schnelle Erhöhung des Polymerfeststoffgehaltes der Zusammensetzung über den kritischen Wert, bei dem die Polymerfeststoffe koagulieren werden, verursachen.
Ein Fachmann wird ohne weiteres in der Lage sein, eine Beschichtungszusammensetzung, die geeignet destabilisiert werden kann, zu erkennen oder eine herzustellen. WO 98/52698 versorgt den Fachmann mit einer Vielzahl an Optionen für die Herstellung solcher Beschichtungen, wobei die Beschichtungen auf ein Koazervationsverfahren angewiesen sind. Der Fachmann wird ebenso kommerziell erhältliche Beschichtungszusammensetzungen kennen, die einem kolloiden Destabilisationsverfahren unterzogen werden können, oder wird ohne weiteres in der Lage sein, eine solche Zusammensetzung herzustellen.
Die kolloide Destabilisierung einer Zusammensetzung kann aus der Zusammensetzung resultieren, die zum Beispiel eine geringe Calciumionenstabilität und/oder eine schlechte Stabilität gegen einen hohen pH aufweist.
Vorausgesetzt, daß die Schicht aus dem Film-bildenden polymeren Bindemittel kontinuierlich über dem Substrat ist, bevor die zweite Beschichtungszusammensetzung aufgetragen wird und ausreichend robust ist, um der Auftragung der zweiten Beschichtungszusammensetzung zu widerstehen, gibt es keine minimale Dicke der Schicht: die Schicht kann von einer molekularen Dicke bis zu mehreren Mikrometern dick sein, vorzugsweise ist die Schicht 5 bis 20 Mikrometer dick. Die zweite Beschichtungszusammensetzung wird vorzugsweise unmittelbar oder kurz nach der Bildung der kontinuierlichen Schicht und bevor die erste Beschichtungszusammensetzung sich gesetzt hat oder sich trocken anfühlt, aufgetragen. Vorzugsweise wird die zweite Beschichtungszusammensetzung aufgetragen, nachdem sich die Schicht aus dem Film-bildenden polymeren Bindemittel gesetzt hat, aber bevor die Schicht ausreichend mechanische Integrität entwickelt hat, damit sie als „gesetzt" oder „trocken" betrachtet werden kann, obgleich dies nicht wichtig ist. Alternativ kann die zweite Beschichtungszusammensetzung aufgetragen werden, nachdem die erste Beschichtungszusammensetzung getrocknet ist, obgleich dies nicht bevorzugt ist, wo die Trocknungszeit größer als 3 Minuten ist. Normalerweise wird die Beschichtungszusammensetzung ausreichend destabilisiert, so daß die kontinuierliche Schicht aus dem Film-bildenden Bindemittel in weniger als 3 Minuten, vorzugsweise weniger als 2 Minuten, stärker bevorzugt in weniger als einer Minute und am stärksten bevorzugt in weniger als 15 Sekunden gebildet wird. Bevorzugt wird die zweite Beschichtungszusammensetzung innerhalb von 3 Minuten nach der Auftragung der ersten Beschichtungszusammensetzung aufgetragen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht es vorteilhafterweise, daß die zweite Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat aufgetragen werden kann, bevor die erste Beschichtungszusammensetzung getrocknet ist und/oder das Substrat getrocknet und gehärtet ist.
Die erste und die zweite Besichtung können heißer Luft oder Infrarot-, ultravioletter oder Mikrowellenstrahlung ausgesetzt werden, bevor der Substratkörper und die Beschichtungen der Trocknung und Härtung in Schritt iv) ausgesetzt werden, insbesondere, wenn eine solche Aussetzung die Destabilisierung der ersten Beschichtungszusammensetzung initiiert oder verstärkt, aber die erste und die zweite Beschichtung werden bevorzugt mit dem Substrat getrocknet und gehärtet und ohne spezielle Vorhärtungsbehandlungen.
Bevorzugt werden das Trocknen und das Härten des mineralischen Substrats und der Beschichtungen bei einer Temperatur von zumindest 40 °C durchgeführt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise verwendet, um Hochglanzfinishes auf Betonsubstraten herzustellen, am stärksten bevorzugt auf Sub straten wie Betonröhren, Dachziegeln, Bodenfliesen, Wandfliesen und Außenwänden von Häusern.
Der ungehärtete Substratkörper kann aus zumindest zwei übereinanderliegenden Schichten aus Mörteln mit verschiedenen Zusammensetzungen und Merkmalen bestehen. Zum Beispiel wird ein solches Verfahren und ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens in US-A-5017320 bzw. US-A-4789319 beschreiben. Das Gerät, das in US-A-4986744 offenbart wird, kann ebenso zur Herstellung solcher mehrschichtigen Körper verwendet werden. Die Schicht aus Beton, die die untere Oberfläche des Körpers umfaßt, kann durch Mischen einer Mörtelzusammensetzung hergestellt werden, um einen rohen Beton herzustellen, der dann auf eine kontinuierliche Bahn aus sich bewegenden Formunterteilen extrudiert wird. Anschließend, wenn gewünscht, können eine oder mehrere andere Schichten aus rohem Beton oder einer zementartigen Aufschlämmung, wie eine Farbschicht, auf die erste Schicht extrudiert oder beschichtet werden, um einen mehrschichtigen Körper aus der ungehärteten mineralischen Zusammensetzung zu bilden.
Bevorzugt sind sowohl die erste Beschichtungszusammensetzung als auch die zweite Beschichtungszusammensetzung wäßrige Zusammensetzungen. Die wäßrige Zusammensetzung, die für die erste Beschichtung verwendet wird, kann die gleiche wäßrige Zusammensetzung sein, die für die zweite Beschichtung verwendet wird, oder eine andere. Das Film-bildende Polymer, das in der wäßrigen Zusammensetzung für die erste Besichtung verwendet wird, kann das gleiche Film-bildende Polymer sein, das in der wäßrigen Zusammensetzung für die zweite Beschichtung verwendet wird, oder ein anderes.
Die erste Beschichtung, die vorzugsweise nicht zementartig ist, kann eine wäßrige Zusammensetzung sein, wie eine Farbe oder ein Klarlack. Die zweite Beschichtung kann eine wäßrige Zusammensetzung sein wie ein Farbe oder ein Klarlack. Die Formulierungen solcher Beschichtungen sind in der Technik allgemein bekannt.
Das Film-bildende polymere Bindemittel, das in der Beschichtungszusammensetzung verwendet wird, hat vorzugsweise eine minimale Filmbildungstemperatur (MFT) von zumindest –20 °C, stärker bevorzugt von zumindest 0 °C.
Das Film-bildende polymere Bindemittel ist vorzugsweise ein organisches Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von zumindest –40 °C, stärker bevorzugt von zumindest –20 °C, am stärksten bevorzugt von zumindest 0 °C, wie durch die Fox-Gleichung gemessen. Bevorzugt ist die Tg des polymeren Bindemittels nicht höher als 70 °C, stärker bevorzugt nicht höher als 45 °C.
Das Film-bildende polymere Bindemittel, das in der ersten und/oder der zweiten Beschichtungszusammensetzung eingesetzt wird, kann in der/den Zusammensetzungen) löslich oder nicht löslich sein. Das in der ersten Besichtungszusammensetzung eingesetzte Bindemittel muß jedoch unlöslich sein, wenn die Zusammensetzung destabilisiert wird.
Es gibt viele kommerziell erhältliche organische Polymerbindemittel, die für die Verwendung in einer der beiden Beschichtungszusammensetzungen geeignet sind. Solche Bindemittel werden für gewöhnlich für die Verwendung in Farben und Klarlacken verkauft oder für die Verwendung als Zementmodifikationsmittel. Unter der Voraussetzung, daß solche Polymere eine Tg von über –40 °C aufweisen, wird angenommen, daß sie geeignet sind.
Das polymere Bindemittel kann aus einer Lösung, einer Latexemulsion oder einem Pulver stammen, umfassend ein Polymer, das aus zumindest einem oder mehreren der folgenden Monomere polymerisiert wurde: Acryl- und Methacrylsäureester wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Decyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Isobornyl(meth)acrylat, Isodecyl(meth)acrylat, Oleyl(meth)acrylat, Palmityl(meth)acrylat, Steryl(meth)acrylat, Hydroxyethyl(meth)acrylat und Hydroxypropyl(meth)acrylat; Säure-funktionelle Monomere wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Fumarsäure und Maleinsäure; Monomethylitaconat; Monomethylfumarat; Monobutylfumarat; Maleinsäureanhydrid; Acrylamid oder substituierte Acrylamide; Diacetonacrylamid; Gly cidylmethacrylat; Acetoacetoxyethylmethacrylat; Acrolein und Methacrolein; Dicyclopentadienylmethacrylat; Dimethylmeta-isopropenylbenzylisocyanat; Isocyanatoethylmethacrylat; Methylcellulose; Hydroxyethylcellulose; Styren oder substituierte Styrene; Butadien; Ethylen; Vinylacetat oder andere Vinylester; Vinylmonomere wie Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, N-Vinylpyrrolidon; Aminomonomere wie N,N'-Dimethylamino(meth)acrylat und Acrylonitril oder Methacrylonitril. Am stärksten bevorzugt umfaßt der Latex Acrylpolymer, ein Styren/Acrylpolymer, ein Styren/Butadienpolymer, ein Vinylacetat/Ethylenpolymer, oder Polyvinylacetat, oder Gemische hiervon.
Es wird offensichtlich, daß das polymere Bindemittel aus einem Monomergemisch stammen kann, das polymerisiert wurde, nachdem die Monomere in die Zusammensetzung eingebracht worden sind. Beispiele solcher Monomere umfassen organische Monomere wie Epoxidmonomere und Isocyanatmonomere.
Vorzugsweise ist das Film-bildende polymere Bindemittel aus einem Polymerlatex. Der Latex kann ein dispergiertes Polymer sein, dessen Teilchen in einem wäßrigen verdampfbaren Träger dispergiert sind, ein wasserreduzierbares Polymer, oder ein Gemisch hiervon in dem wäßrigen verdampfbaren Träger. Der wäßrige verdampfbare Träger ist vorzugsweise Wasser, kann aber Wasser mit einem darin gelösten mit Wasser oder Polymer mischbaren organischen Lösungsmittel, wie Methanol, Ethanol oder Glykolether, sein. In solchen Ausführungsformen ist das polymere Bindemittel vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 70 Gew.-% Polymerfeststoffen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, in der Beschichtungszusammensetzung vorhanden. Stärker bevorzugt ist das polymere Bindemittel, wenn die Beschichtung eine Farbe oder ein Klarlack ist, in einer Menge von 20 bis 70 Gew.-% Polymerfeststoffen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorhanden.
Das mineralische Substrat wird vorzugsweise kurz nach dem die zweite Beschichtung oben auf die erste Beschichtung aufgetragen wurde, getrocknet und gehärtet, zum Beispiel, indem das beschichtete ungehärtete Substrat in einem Ofen entlang geführt wird, bevor die Beschichtungen die Möglichkeit gehabt haben, sich abzusetzen oder auf dem ungehärteten Substrat zu trocknen.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele einiger bevorzugter Ausführungsformen ausführlicher beschrieben, die nur zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben werden, und können ebenso mit den ebenfalls nachstehend angegebenen Vergleichstests verglichen werden.
Beispiele
Ein Fachmann wird ohne weiteres in der Lage sein, Beschichtungszusammensetzungen zu erkennen oder herzustellen, die für die entsprechende Destabilisierung anfällig sind. Zum Beispiel werden Zusammensetzungen, die durch ein Koazervationsverfahren destabilisiert wurden, in WO 98/52698 beschrieben. Zusammensetzungen, die entsprechend anfällig für die kolloide Destabilisierung sind, werden einem Fachmann bekannt sein oder können ohne weiteren durch einfache Experimente bestimmt werden.
In diesen Beispielen sind die folgenden Acryllatexpolymere von Rohm and Haas erhältlich:
Rhoplex MC 76 (47 % Feststoffe) mit einer Tg von +15 °C
EC-2540 (55 %) mit einer Tg von +15 °C
Rhoplex 928 (61 %) mit einer Tg von –3 °C
Primal AC-264 (60 %) mit einer Tg von +15 °C.
Die folgenden Tests sind für dafür verwendbar, vorherzusagen, ob ein vorgegebener Latex in oder als eine erste Beschichtungszusammensetzung geeignet ist (nachstehend als ein „Primer" bezeichnet).
Es wird angenommen, daß der Primer funktioniert, weil er bei der Beschichtung des zementartigen Substrats einer schnellen kolloiden Destabilisierung unterzogen wird. Dies verursacht die Koagulation der Latexpolymerteilchen, die eine Barriere zwischen der zementartigen Schicht und einer nachfolgenden Latexglanzlackierung bil den. Die Zementinstabilität des Primerlatex kann durch verschiedene Mechanismen ausgelöst werden, einschließlich (aber nicht darauf beschränkt) durch eine geringe Calciumionenstabilität und eine schlechte Stabilität gegenüber dem hohem pH von Zement. Die nachstehenden Tests sind so gestaltet, daß sie den Fachmann dabei unterstützen, diese Arten von Instabilität vorherzusagen und werden nur als Übersicht angegeben.
1. Bestimmung der „Calciumionenstabilität"
Genug von dem Latex, das getestet werden soll, wird in ein 56,7 g (2 oz) Konservenglas eingebracht, so daß die Gesamtmenge an Latexfeststoffen 10,0 g beträgt. Dann wird ausreichend Wasser zugegeben, um insgesamt 25,0 g zu erreichen und daher 40 g Latexfeststoffe. Es wird ein magnetischer Rührstab in dem verdünnten Latex plaziert und das Konservenglas wird auf einen magnetischen Rührer gestellt, der unter dem Auslaß einer 50-cm³-Glasbürette plaziert ist, die mit einer 1,4%igen wäßrigen Lösung aus Calciumacetat gefüllt ist. Der Rührer wird angestellt und die Geschwindigkeit so eingestellt, daß ein maximaler Wirbel erreicht wird, ohne den Rührer zu überdrehen.
Ist ein guter Wirbel erreicht, wir die Calciumacetatlösung bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 60 Tropfen/Minute in das Latex titriert. Als die Lösung zugegeben war, konnte die Geschwindigkeit so eingestellt werden (typischerweise nach oben), das ein guter Wirbel beibehalten wurde. Die Calciumlösung wird zugegeben, bis ein Endpunkt erreicht ist (die Gelierung oder Viskosität so stark werden, daß ein Wirbel nicht länger aufrechterhalten werden kann) oder bis 40 cm³ Lösung zugegeben worden sind. Die Menge an Calciumacetat, das zugegeben wird, um den Endpunkt zu erreichen, wird als eine Indikation der Calciumionenstabilität des Latex aufgezeichnet. Gemäß diesem Titrierungsverfahren wird angenommen, daß Latizes mit einer Calciumionenstabilität von 30 cm³ oder weniger geeignete Primer für die vorliegende Erfindung sind. In den vorliegenden Beispielen hatten die Primerpolymerkandidaten die folgende Calciumionenstabilität:
Rhoplex und Primal sind Markennamen von der Rohm and Haas Company, USA.
2. Demonstration der „Instabilität gegenüber einem hohem pH"
Zu 5 cm³ Rhoplex-928 (61 % Feststoffe) wurden 0,5 cm³ wäßriges Ammoniumhydroxid unter vorsichtigem Rühren zugegeben. Innerhalb von 30 s wurde das Latex zu viskos, um es gießen zu können oder daß es selber floß. Daher ist es, obgleich dieses Latex calciumionenstabil ist, gegenüber einem hohem pH nicht stabil und es wird angenommen, daß es ein guter Kandidat für einen Primer ist.
3. Demonstration der „Instabilität gegenüber einer hohen Menge an Polymerfeststoffen"
Zusätzlich zu den obigen Mechanismen kann ein Latex einer kolloiden Destabilisierung unterzogen werden, wenn sein Polymerfeststoffgehalt über den kritischen Wert steigt. Für ein Latex mit einheitlicher Teilchengröße liegt dieser kritische Feststoffgehalt um die 60 %. Daher werden, wenn ein Primerlatex mit einem Feststoffgehalt von 55 % (das heißt, 45 % Wassergehalt) auf ein Substrat aufgetragen wird, und das Substrat 1/3 des Wassers von dem Primer und/oder 1/3 des Wassers, das von dem Primer verdampft, absorbiert, die Feststoffe dieses Primers auf > 70 % steigen und werden koagulieren. Latizes, die bei einem höheren anfänglichen Feststoffgehalt aufgetragen werden, unterliegen diesem Mechanismus der Koagulation viel schneller.
Es wird offensichtlich werden, daß der Mechanismus für eine schnelle kolloide Destabilisierung des Primers irgendeine Kombination der obigen Mechanismen sein kann. Keine Messung kann eine perfekte Simulation des Phänomens sein, das statt findet, wenn ein Latex ein mineralisches Substrat kontaktiert. Die obigen einfachen Labortests sind für die Vorhersage, welche Latizes wahrscheinlich gute Primer für die vorliegende Erfindung sein werden, geeignet, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Weiterhin wird einem Fachmann ersichtlich sein, daß herkömmliche Latexzusatzstoffe wie Verdickungsmittel, Benetzungshilfsmittel, Koaleszensmittel und Weichmacher das Latex gegenüber Zement weniger stabil machen können. Es wird angenommen, daß, wann immer ein Latex durch die Einführung von Zusatzstoffen, gegenüber Zement weniger stabil gemacht wird, er für die vorliegende Erfindung ein geeigneterer Primer wird.
Zusammenfassung der Experimente
Auf eine frische zementartige Aufschlämmung wird ein zementinstabiler Latexpolymerprimer (erste Beschichtungszusammensetzung) aufgetragen. Nachdem ausreichend Zeit vergangen ist, in der der Primer koagulieren und Haut bilden konnte, wird dann ein Klarlack (zweite Beschichtungszusammensetzung) aufgetragen. Beachten sie, daß der Primer sicht nicht ganz abgesetzt haben darf oder trocknet, bevor der Klarlack aufgetragen wird. Die Primerschicht verhindert, daß das Cacium in der Aufschlämmung sich mit dem Klarlack vermischt, so daß letzterer zu einem hohen Glanz trocknen kann. Ferner verhindert dieses Primer+Deckschicht-System das Ausblühen besser als es eine Deckschicht allein tut.
Optische Messungen
Die L*-Werte wurden unter Verwendung eines Colorgard System 2000-Colorimeters gemessen (erhältlich von der BYK-Gardner Inc.), basierend auf einer Skala von 0 = schwarz bis 100 = weiß. Daher haben dunkler gefärbte Ziegel geringere L*-Werte, was ein verringertes Ausblühen anzeigt.
Spiegelglanzwerte wurden bei 60° auf einem BYK-Labotron gemäß ASTM D 523-89 gemessen. Je höher der 60°-Glanzwert, desto höher der Glanz der Oberfläche.
Beispiel 1 – Herstellung von Kontrollgrundplatten
Ein roher Zement wurde durch das Mischen der folgenden Inhaltsstoffe auf herkömmliche Art und Weise hergestellt:

Inhaltsstoff Gewichtsteile

#45 mesh (0,355 mm) Bausand 300

Typ I Portland-Zement 100

Wasser 41
Runde Testgrundplatten wurden hergestellt, indem 170 g roher Zement in 90 mm-Petrischalen gepackt wurden. Die resultierenden Pastetchen waren 13 mm dick, eine ähnliche Dicke wie die herkömmlichen Zementdachziegel.
Beispiel II – Herstellung von wäßrigen zementartigen Aufschlämmungen
Wäßrige zementartige Aufschlämmungen wurden durch das Mischen der folgenden Komponenten auf herkömmliche Art und Weise hergestellt:

A

Zement, Typ I 100 g

#100 Sand 50 g

Bayferrox 318-M 8 g

Wasser 50 g

ber. w/c 0,50 g
Bayferrox 318-M ist ein schwarzes Eisenoxidpigment, das von der Bayer AG erhältlich ist.
Die trockenen Inhaltsstoffe wurden für eine Minute gemischt, dann wurde das Wasser zugegeben, gefolgt von weiteren 2 Minuten Mischen.
Beispiel III – Herstellung von nicht gehärteten Testziegeln
Nicht gehärtete Testziegel wurden hergestellt, indem die Aufschlämmung A auf eine Kontrollgrundplatte gegossen wurde und die Aufschlämmung durch das Kippen der Probe verteilt wurde und die Aufschlämmung bis an die Ecken laufen konnte. Vorsichtiges Schütteln ergab eine glatte Oberfläche. Es wurde genug Aufschlämmung verwendet, um eine durchschnittliche Dicke von 0,5 mm über der obersten Oberfläche der Kontrollplatte zu erhalten.
Beispiel IV – Klarlackbeschichtung der mit Aufschlämmung beschichteten Ziegel
Auf die frische Aufschlämmungsoberfläche wurde in einer Lage ein Primerlatex aufgesprüht (ca. 8 Mikrometer). Nach 10 Minuten Wartezeit wurden 4 Lagen aus einer kommerziell erhältlichen wäßrigen Klarlackzusammensetzung, bestehend aus einer 100%igen Butylacrylat/Methylmethacrylat-Copolymerdispersion (42 % Feststoffe, Tg +25 °C) aufgetragen. Nach dem Beschichten wurden die nicht gehärteten Ziegel in einen Ofen geführt, um sie bei 50 °C (75 % relative Feuchte) für 4 Stunden zu härten und dann über Nacht bei 25 °C (relative Feuchte der Umgebung) zu trocknen. Die L*- und 60°-Glanzwerte wurde gemessen und die Ergebnisse werden in Tabelle 1 als „Ausgangsmessungen" ausführlich dargestellt.
Tabelle 1:
Ist der Primer zementinstabil (Eintragungen 3 bis 5), wird ein dunkleres und stärkeres Glanzfinish erhalten. Wird kein Primer (#1) oder ein zementstabiler Primer (#2) verwendet, ist das anfängliche Ausblühen schlecht (höherer L*-Wert) und der Glanz ist viel geringer).
Beispiel V – Beschleunigter Kondensationstest
Zusätzlich zur ihrem anfänglich reduzierten Ausblühen und ihrem hohen Glanz sollten diese Dachziegel und ähnliche Bauelemente ihr hervorragendes Erscheinungsbild nach Außenbewitterung beibehalten. Ein allgemein bekanntes Verfahren, um dies vorherzusagen, ist der beschleunigte Kondensationstest. In diesem Test wurden Ziegel in einer geschlossenen Kabine, die an der Seitenfläche herunter beschichtet ist, 15 cm über einem Bad mit 60 °C warmem Wasser für 4 Tage suspendiert. Nach dem Abkühlen und Trocknen über Nacht, wurden L* und Glanz erneut gemessen und ihre Werte sind in der Tabelle 1 enthalten.
Der beschleunigte Kondensationstest verursacht normalerweise zusätzliches Ausblühen und/oder Verlust von Glanz bei zementartigen Substraten. In den Beispielen, die die vorliegende Erfindung veranschaulichen, #3 bis 5, wird der Vorteil des Erscheinungsbildes im Vergleich zu den Kontrollziegeln #1 und #2 beibehalten.

Claims

Verfahren zum Beschichten eines mineralischen Substrats mit mindestens einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein Film-bildendes polymeres Bindemittel, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: i) Bilden des Substrats aus einer ungehärteten mineralischen Zusammensetzung, ii) Bilden einer kontinuierlichen Schicht von Film-bildenden polymeren Bindemittel über eine Oberfläche des in i) gebildeten Substrats durch: a) Aufbringen einer ersten Beschichtungszusammensetzung, umfassend Film-bildendes polymeres Bindemittel, auf die Oberfläche und b) Destabilisieren der ersten Beschichtungszusammensetzung durch ein Koazervations- oder kolloidales Destabilisierungsverfahren vor dem Aufbringen, nach Kontakt oder nach dem Aufbringen der ersten Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche, iii) Aufbringen einer zweiten Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein Film-bildendes polymeres Bindemittel, auf die in ii) gebildete, beschichtete Oberfläche und iv) Trocknen und Härten des in iii) gebildeten, beschichteten Substrats, beispielsweise in einem Ofen oder Autoklaven.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Beschichtungszusammensetzung nach Kontakt mit der Oberfläche der ungehärteten mineralischen Zusammensetzung destabilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Beschichtungszusammensetzung innerhalb von drei Minuten nach Aufbringen der ersten Beschichtungszusammensetzung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Beschichtungszusammensetzung durch ein Koazervationsverfahren destabilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Beschichtungszusammensetzung durch ein kolloidales Destabilisierungsverfahren destabilisiert wird.
Verfahren zur Verbesserung des Glanzfinish eines mineralischen Substrats, gebildet durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: i) Bilden des Substrats aus einer ungehärteten mineralischen Zusammensetzung, ii) Bilden einer kontinuierlichen Schicht von Film-bildenden polymeren Bindemittel über eine Oberfläche des in i) gebildeten Substrats durch: a) Aufbringen einer ersten Beschichtungszusammensetzung, umfassend Film-bildendes polymeres Bindemittel, auf die Oberfläche und b) Destabilisieren der ersten Beschichtungszusammensetzung durch ein Koazervations- oder kolloidales Destabilisierungsverfahren vor dem Aufbringen, nach Kontakt oder nach dem Aufbringen der ersten Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche, iii) Aufbringen einer zweiten Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein Film-bildendes polymeres Bindemittel, auf die in ii) gebildete, beschichtete Oberfläche und iv) Trocknen und Härten des in iii) gebildeten, beschichteten Substrats, beispielsweise in einem Ofen oder Autoklaven.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Beschichtungszusammensetzung nicht zementartig ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Substrat eine Dachziegel ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Beschichtungszusammensetzung durch ein Koazervationsverfahren destabilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Beschichtungszusammensetzung durch ein kolloidales Destabilisierungsverfahren destabilisiert wird.