DE69512827T2

DE69512827T2 - Wasserabweisende Zusammensetzungen

Info

Publication number: DE69512827T2
Application number: DE69512827T
Authority: DE
Inventors: Thomas Matthew Gentle; Dale Earl Hauenstein; Linda Denise Kennan; Paul Joseph Popa; Lori Ann Stark-Kasley
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2015-05-11
Also published as: NO951704L; KR950032561A; EP0683022B1; EP0683022A3; DK0683022T3; DE69512827D1; FI952357L; NO309152B1; FI952357A0; KR100333152B1; JPH0847633A; US5421866A; EP0683022A2; CA2148664C; CA2148664A1; JP3819453B2; NO951704D0

Description

Diese Erfindung richtet sich auf die Behandlung von cellulosehaltigen und mauerwerkartigen Oberflächen. Spezieller verwendet sie bestimmte Organosiliciumverbindungen in Kombination mit Polyisobutylen und vorzugsweise einem Wachs, um solche Oberflächen wasserabstoßend zu machen.
U.S. Patent Nr. 5,209,775 lehrt Zusammensetzungen auf Wasserbasis, die für Wasserabstoßungsbehandlungen geeignet sind und durch Reaktion eines Alkyltrialkoxysilans, eines Silankupplungsmittels, eines Harzes auf Aminobasis und eines quartären Silans erhältlich sind.
U.S. Patent Nr. 5,073,195 offenbart eine wäßrige Lösung, die durch Vereinigung von Wasser, einem Silankupplungsmittel und einem Alkoxysilan gebildet wird. Diese Lösung wird dann als ein Behandlungsmittel für cellulosehaltige und mauerwerkartige Oberflächen verwendet, um solche Oberflächen wasserabstoßend zu machen. Eine Verbesserung in bezug auf diese Offenbarung ist in U.S. Patent Nr. 5,300,327 beansprucht. Darin wird ein Erdölwachs oder synthetisches Wachs mit den zuvor erwähnten Silanen kombiniert, um auf Holz oder Mauerwerk eine verbesserte Wasserabstoßung zu gewährleisten. Um die wünschenswertesten Ergebnisse zu erzielen, ist in den Zusammensetzungen, die in dem letzteren Patent gelehrt werden, auch eine wäßrige Siliconharzemulsion enthalten.
EP 0 244 500 beschreibt Techniken, um Silicon- und Paraffinöle gemäß eines Separationsindexes kompatibel zu machen, um wasserabstoßende Zusammensetzungen zu erzeugen. Siliconöle auf Basis von Polydimethylsiloxan werden mit Kohlenwasserstoffölen gemischt. Wenn das Verhältnis von Kohlenwasserstofföl zu Siliconöl größer als 0,4 ist, wird ein ionisches oberflächenaktives Mittel zugesetzt, um die Mischung kompatibel zu machen.
JP 51022757 offenbart Zusammensetzungen, die als Formtrennmittel geeignet sind und aus Polybuten, Paraffinschmieröl, tierischen oder pflanzlichen Ölen und Methylpolysiloxanen bestehen.
Unsere Erfindung bezieht sich auf Zusammensetzungen und Verfahren zur Behandlung von cellulosehaltigen oder mauerwerkartigen Oberflächen mit wäßrigen Emulsionen aus einer Kombination von einem oder mehreren Alkoxysilanen, einem Amin oder quartären ammoniumfunktionellen Silankupplungsmittel und einem Polyisobutylenpolymer.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem ihrer Aspekte eine wäßrige Emulsion zur Verfügung, die enthält:
(i) ein Alkoxysilan der Formel RnSi(OR')4-n, worin R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkylresten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylresten mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen Phenyl, Chlorpropyl und Trifluorpropyl, n gleich 1 oder 2 ist und R' ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist;
(ii) ein Silankupplungsmittel der Formel R"mR'''pSi(OR')4-m-p, worin R" ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Organogruppen mit Amino- oder quartärer Ammoniumfunktion, R''' ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, R' seine zuvor definierte Bedeutung hat, m gleich 1 oder 2 ist und p gleich 0 oder 1 ist, unter der Voraussetzung, daß m + p gleich 2 oder weniger ist, und
(iii) eine Polymerkomponente,
dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerkomponente (iii) ein Polyisobutylenpolymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 200 bis 2.300 und Endgruppen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxy, Halogenid, Alkoxyphenyl, Hydroxy, Carboxyl, Chlorsilyl, Isocyanato, Amino und Amido, enthält und daß das Molverhältnis des Alkoxysilans (i) zu dem Silankupplungsmittel (ii) 0,5 : 1 bis 3 : 1 beträgt und daß 10 bis 300 Gewichtsteile des Polyisobutylenpolymers (iii) auf jeweils 100 Gewichtsteile der Komponente (i) plus Komponente (ii) verwendet werden.
Wir haben herausgefunden, daß der Wasserausschluß und die Wasserabstoßungsfähigkeit von Oberflächen, die mit unserer Zusammensetzung behandelt sind, denen überlegen ist, die entweder allein mit der oben erwähnten Silankombination oder allein mit dem Polyisobutylenpolymer behandelt wurden. Darüber hinaus zeigen, wenn unsere wäßrige Emulsion auch ein Wachs, wie eine Mischung aus Erdölwachs und synthetischen Kohlenwasserstoffwachsen, enthält, cellulosehaltige oder mauerwerksartige Oberflächen, die damit behandelt wurden, das Abperlen des Wassers, welche eine Eigenschaft ist, die bei vielen verbraucherorientierten Anwendungen geschätzt wird. Die letzteren Zusammensetzungen haben Holz, das damit behandelt wurde, einen hohen anfänglichen Wasserausschluß und eine reduzierte Wasserquellung verliehen. Diese Indizien der Wasserabstoßung blieben auch nach späteren Aussetzungen an Feuchtigkeit erhalten. Solch eine Kombination von anfänglicher und anhaltender Wasserabstoßung ist im Vergleich zum Stand der Technik ein unerwartetes Ergebnis.
Eine Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist in der Form einer wäßrigen Emulsion aus (i) mindestens einem Alkoxysilan, (ii) mindestens einem Silankupplungsmittel mit Amino- oder quartärer Ammoniumfunktion und (iii) einem Polyisobutylenpolymer oder -oligomer.
Komponente (i) der Erfindung ist ein Alkoxysilan oder eine Mischung von Alkoxysilanen der allgemeinen Formel RnSi(OR')4-n, worin R unabhängig voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkylresten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Alkenylresten mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, Phenyl, Chlorpropyl und Trifluorpropyl, n gleich 1 oder 2 ist und R' ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist. Es ist bevorzugt, daß sowohl R als auch R' Methylreste sind.
Geeignete Alkoxysilane sind Verbindungen wie Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Methyltripropoxysilan, Ethyltrimethoxysilan, Ethyltributhoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Propyltriethoxysilan, Isobutyltrimethoxysilan, Butyltriethoxysilan, Hexyltrimethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Diethyldimethoxysilan, Diisobutyldimethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan, Dibutyldiethoxysilan und Dihexyldimethoxysilan.
Komponente (ii) ist ein Silankupplungsmittel der Formel R"mR'''pSi(OR')4-m-p, worin R" ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Organogruppen mit Amino- oder quartärer Ammoniumfunktion, R''' ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, R' seine zuvor definierte Bedeutung hat, m gleich 1 oder 2 ist und p gleich 0 oder 1 ist, unter der Voraussetzung, daß m + p gleich 2 oder weniger ist. Es ist bevorzugt, daß R' ein Methylrest ist, R" aus N-(2-Aminoethyl)-3- aminopropyl- oder 3-Aminopropylgruppen ausgewählt ist und R''' ein Methylrest ist. Das Gegenion für Komponente (ii), typischerweise ein Bromid- oder Chloridion, ist für den Fall, wenn R" eine quartäre ammoniumorganofunktionelle Gruppe ist, nicht ausdrücklich gezeigt.
Geeignete Silankupplungsmittel mit Aminoorganofunktionalität sind N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3- aminopropylmethyldimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, N-(Aminoethylaminomethyl)- phenethyltrimethoxysilan, Bis(2-hydroxyethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, Trimethoxysilylpropyldiethylentriamin und 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan.
Geeignete Silankupplungsmittel mit quartärer Ammoniumorganofunktionalität sind Verbindungen, die durch die folgenden Formeln dargestellt sind, worin das Gegenion nun explizit gezeigt ist und Me, Et und Ph im folgenden Methyl-, Ethyl- bzw. Phenylreste bedeuten:
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;C&sub1;&sub8;H&sub3;&sub7; X&supmin;
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;C&sub1;&sub0;H&sub2;&sub1; X&supmin;
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub3; X&supmin;
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;C&sub4;H&sub9; X&supmin;
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;CH&sub2;Ph X&supmin;
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;CH&sub2;CH&sub2;OH X&supmin;
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Et)&sub3; X&supmin;
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Ph)&sub3; X&supmin;
(EtO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;C&sub1;&sub8;H&sub3;&sub7; X&supmin;
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;CH&sub2;CH&sub2;O-C(O)C(Me)=CH&sub2; X&supmin; und
(MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;NHC(O)(CF&sub2;)&sub6;CF&sub3; X&supmin;,
in denen das Gegenion X entweder Br oder Cl ist. Von diesen ist die Struktur (MeO)&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;N&spplus;(Me)&sub2;C&sub1;&sub8;H&sub3;&sub7;Cl&supmin; bevorzugt.
Für die vorliegende Erfindung werden Silane (i) und (ii) in einem Molverhältnis von 0,5 : 1 bis 3 : 1 bzw. vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1,5 : 1 verwendet. Diese Silane können als kalte Mischung eingeführt werden, werden aber vorzugsweise mit einer beschränkten Menge Wasser (d. h. weniger als die stöchiometrische Menge) zur Reaktion gebracht, um ein partielles Hydrolysat zu bilden. Dieses partielle Hydrolysat enthält einen Alkohol (d. h. R'OH), der als ein Nebenprodukt der Hydrolysereaktion gebildet wurde und verwendet werden kann, um die Emulsion der vorliegenden Erfindung, wie unten beschrieben, ohne weitere Modifikation zu bilden. Alternativ hierzu kann der Alkohol vor der Herstellung der Emulsion abgestrippt werden, wenn eine Zusammensetzung mit einem niedrigen Gehalt an leichtflüchtigen Substanzen gewünscht wird.
Wenn das Alkoxysilan mit einem Silankupplungsmittel, das eine reaktive Aminogruppe oder eine quartäre Ammoniumgruppe enthält, umgesetzt wird, kann das Reaktionsprodukt dann kalt mit einem anderen Silankupplungsmittel, das entweder eine Amino- oder eine quartäre reaktive ammoniumorganofunktionelle Gruppe trägt, vermischt werden, falls dies gewünscht wird.
Komponente (iii) der Erfindung ist ein Polyisobutylenpolymer oder -oligomer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn) von 200 bis 2.300, vorzugsweise weniger als 1.5000 und am bevorzugtesten weniger als 1.000. Solche Polymere und Oligomere sind im Stand der Technik bekannt, und viele sind kommerziell in einer Vielzahl von Molekulargewichten und Endgruppenkombinationen erhältlich. Es wurde herausgefunden, daß das relativ niedrige Molekulargewicht von Polyisobutylenen (d. h. Mn < 1.000) mit Endgruppen, die Hydroxylgruppen, die im allgemeinen an cellulosehaltigen oder mauerwerkartigen Substraten zu finden sind, über Wasserstoffbrücken binden können, besonders überlegene wasserabweisende Behandlungszusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stellen. Somit haben die bevorzugten Polyisobutylenpolymere mindestens eine endständige Gruppe, die eine funktionelle Gruppe wie Epoxy, Halogenid, Alkoxyphenylen, Hydroxyl, Carboxyl, Chlorsilyl, Isocyanato, Amino oder Amido enthält. Eine stark bevorzugte Gruppe ist Epoxy. Wiederum können diese speziellen Polymere und Oligomere durch im Stand der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden.
Um die Zusammensetzungen dieser Erfindung zu bilden, wird eine wäßrige Emulsion der Komponenten (i) bis (iii) durch im Stand der Technik bekannte Methoden gebildet. Z. B. kann zuerst eine wäßrige Emulsion des Polyisobutylens hergestellt werden, indem diese Komponente mit Wasser und einer ausreichenden Menge eines nichtionischen oder anionischen oberflächenaktiven Stoffes gemischt wird und dann diese Kombination hohen Scherkräften ausgesetzt wird, wie in einem Homogenisator oder Sonolator, um in einer stabilen Emulsion zu resultieren. Diese Emulsion wird dann gründlich mit Komponenten (i) und (ii) oder vorzugsweise dem oben erwähnten partiellen Hydrolysat von (i) und (ii) gemischt. Für die Zwecke hierin werden 10 bis 300 Gewichtsteile der Komponente (iii) pro 100 Gewichtsteile der vereinigten Gewichte von Komponente (i) und (ii) eingesetzt. Vorzugsweise werden 30 bis 150 Teile (iii) auf jeweils 100 Teile (i) plus (ii) verwendet. Die obigen Anteile sind auf Feststoffbasis (d. h. aktive Bestandteile, ausschließlich Lösungsmittel und Wasser) angegeben. Die so gebildete wäßrige Emulsion enthält 5 bis 25 Gew. 4 (Feststoffbasis) der Kombination von Alkoxysilan (i), Silankupplungsmittel (ii) und Polyisobutylen (iii), vorzugsweise 7,5 bis 25 Gew.-%.
In bevorzugten Ausführungsformen und wo das Abperlen des Wassers auf der behandelten Oberfläche gewünscht wird, wird ein Wachs (iv) zu dieser Emulsion gegeben. Dies kann z. B. erreicht werden, in dem zuerst eine wäßrige Emulsion des Wachses hergestellt wird und diese zu der Emulsion der Komponenten (i) bis (iii) gegeben wird, obgleich die Reihenfolge des Mischens nicht entscheidend ist. Komponente (iv) ist vorzugsweise Carnubawachs oder eine Mischung aus Erdölwachs und synthetischen Wachsen und spezieller eine Mischung, die sowohl Paraffin- als auch Polyethylenwachse enthält. Die Polyethylenwachse können Polyethylenwachse hoher oder niedriger Dichte oder Mischungen von Polyethylenwachsen hoher und niedriger Dichte sein. Ein beispielhaftes Wachs und ein Wachs, von dem herausgefunden wurde, das es gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist, ist JONWAX® 120, ein Produkt und eine Marke von S.C. Johnson & Sons Inc., Racine, Wisconsin, U.S.A. Dieses Wachs wird in Form einer wäßrigen Emulsion von Polyethylen- und Paraffinwachsen mit einem Feststoffgehalt von etwa 35% verkauft. Andere gemischte Paraffinwachse und polyethylenartige Wachse können auch verwendet werden.
Wenn es in unseren Zusammensetzungen enthalten ist, wird das Wachs (iv) in einer Menge von 5 bis 1.5000 Gewichtsteilen pro jeweils 100 Gewichtsteile des kombinierten Gewichts von Komponenten (i) und (ii) zugegeben, vorzugsweise 200 bis 600 Gewichtsteile. Wenn das Wachs in den Zusammensetzungen der Erfindung enthalten ist, sollte der Gesamtfeststoffgehalt der Emulsionen 7,5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 7,5 bis 15 Gew.-%, betragen.
Die Emulsionszusammensetzungen dieser Erfindung finden als Behandlungsmittel zum Wasserabstoßendmachen von cellulosehaltigen und mauerwerkartigen Oberflächen Anwendung und können in einer Art und Weise ähnlich zu der im Stand der Technik beschriebenen und in den Beispielen illustrierten verwendet werden. Somit können sie durch Bürsten, Schütten, Sprayen, Walzenauftrag, Tauchen oder Abstreifmessertechniken aufgetragen werden. Nach Auftragung auf ein gegebenes Substrat in einer Menge, die ausreicht, um die Oberfläche davon gründlich zu beschichten und derselben Wasserabstoßungsvermögen zu verleihen, wird unsere Zusammensetzung vorzugsweise durch Aussetzen an Umgebungsfeuchtigkeit über mehrere Tage gehärtet. Optimale Mengen und Härtungsbedingungen werden ohne weiteres vom Fachmann durch Routineexperimente bestimmt.
Die folgenden Beispiele werden angeführt, um die Zusammensetzung und das Verfahren dieser Erfindung weiter zu illustrieren. Alle Teile und Prozentangaben in den Beispielen beziehen sich auf Gewicht, und alle Meßwerte wurden bei 25ºC erhalten, wenn nicht das Gegenteil angegeben ist.
Wäßrige Emulsionsbehandlungszusammensetzungen wurden durch Vermischen der Komponenten, die in der zweiten Spalte der Tabelle 1 in den angegebenen Feststoffgehalten gezeigt sind, hergestellt. Die verwendeten Komponenten waren wie folgt:
MTMS/AFS ist ein partielles Hydrolysat, das durch Umsetzung von 36 Teilen Methyltrimethoxysilan (MTMS) und 58 Teilen N-(beta-Aminoethyl)- gamma-aminopropyltrimethoxysilan (AFS) (d. h. Molverhältnis von MTMS : AFS = 1,5 : 1) mit 6 Teilen Wasser, während die Temperatur unterhalb von 50ºC gehalten wurde, und Abstrippen des Nebenprodukts Methanol hergestellt wurde.
JONWAX® 120 ist ein Produkt von S.C. Johnson & Sons Inc., Racine, Wisconsin, U.S.A., und wird als eine Wasseremulsion von Polyethylen- und Paraffinwachsen mit einem Feststoffgehalt von etwa 35% beschrieben.
Die Abkürzung "PIB" stellt verschiedene Polyisobutylenprodukte (auch als Polybuten bezeichnet) der Amoco Chemical Company, Chicago, IL, dar. Somit wird E-6 als ein PIB mit Epoxyendgruppen und einem Mn von 365 beschrieben. Entsprechend wird E-16 als ein PIB mit Epoxyendgruppen und einem Mn von 975 beschrieben. E-23 wird als ein PIB mit Epoxyendgruppen und einem Mn von 1.433 beschrieben. L-14 wird als ein PIB mit Vinylendgruppen und einem Mn von 300 beschrieben.
In den Beispielen wurde das PIB zuerst durch Hindurchführen einer Mischung von 55% PIB, 42% entionisiertem Wasser und 3% Tergitol® TMN-6 (Trimethylnonylphenylpoly(ethylenoxid); Union Carbide Chemical & Plastics Division, Danbury, CT) durch einen Mikrofluidisator bis eine konstante Teilchengröße erhalten wurde (mindestens 4 Durchgänge), emulgiert.
Das MTMS/AFS-Hydrolysat, JONWAX® 120-Emulsion und PIB-Emulsion wurden gemischt und mit Wasser verdünnt, um die Behandlungsemulsionen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, zur Verfügung zu stellen. Es wurde jedoch festgestellt, daß das partielle Silanhydrolsysat alleine, wenn es so verdünnt wurde, eher eine Lösung als eine Emulsion in der 2,5%-Feststoffkonzentration, die verwendet wurde (Beispiel 1), bildete.
Die Emulsionen von Tabelle 1 wurden verwendet, um Holzproben zu behandeln, die dann Wasserabstoßungstests gemäß zwei verschiedenen Vorgehensweisen wie unten beschrieben unterworfen wurden.
Wasserabstoßung unter Verwendung eines "Swellometer"-Tests für Holz gemäß der Federal Specification TT-W-572B benutzte Scheiben, die aus geradgemasertem, hellem, flachgemasertem Ponderosa Pine Splintholz mit durchschnittlicher Dichte, das im Kammertrockner getrocknet wurde, geschnitten waren. Das Holz wurde maschinell zu einem Zylinder der Größe 38,1 · 254 mm (1,5 Inch · 10 Inch) verarbeitet, und Scheiben mit einer Dicke von 6,4 mm (1/4 Inch) wurden daraus geschnitten. Alle Holzteile wurden einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% ± 5% und 21,1ºC ± 2,8ºC ausgesetzt, bis ein konstantes Gewicht erreicht wurde. Eine unbehandelte Probe, die aus einem fortlaufenden Stück des Holzes in jedem Fall ausgewählt wurde, diente als Kontrolle für jede behandelte Probe. Die behandelten stücke wurden 3 Minuten in die abstoßendmachenden Zusammensetzungen auf Wasserbasis getaucht und dann bei Umgebungsbedingungen einen Tag an der Luft getrocknet, wonach diese Proben für 6 Tage in den Konditionierraum zurückgeführt wurden. Wenn eine Probe danach ein konstantes Gewicht erreicht hatte, wurde sie weiter auf Quellung in einem Swellometer (im wesentlichen ein Apparat für die genaue Bestimmung der Änderung in der Länge der Probe) gemäß American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard 4446-84 getestet. Behandelte und unbehandelte Teile wurden in Swellometer gegeben und in entionisiertem Wasser 30 Minuten untergetaucht. Die Quellung jedes Stücks Holz wurde nach 30minütiger Eintauchzeit bestimmt. Die Quellung in Prozent in longitudinaler Richtung (%WS) wurde berechnet als: 100 · (Quellkontrolle - behandeltes Quellstück)/(Quellkontrolle). Diese Werte werden in der vierten Spalte von Tabelle 1 wiedergegeben. Es sollte ersichtlich sein, daß der Wert für die unbehandelten Kontrollen per Definition null ist, wobei dies auf alle die ähnlich berechneten Ergebnisse, die sich auf Swellometer-Tests und gravimetrische Tests, die unten beschrieben sind, beziehen, anwendbar ist.
Darüber hinaus wurden die Swellometer Proben vor und nach dem oben beschriebenen Aussetzen an Wasser gewogen, und der Wasserausschluß relativ zu den Kontrollproben (%WE) wurde berechnet als: 100 · (Gewicht der Kontrolle - Gewicht des behandelten Stücks)/(Gewicht der Kontrolle). Diese Werte sind in Klammern in der vierten Spalte der Tabelle 1 angegeben. Die obigen %WS- und %WE-Werte stellen ursprüngliche Quell- und Wasserausschlußwerte dar und sind in Tabelle als "TEST I" bezeichnet. In einer Abwandlung wurde das obige Testerfahren fortgesetzt, indem man die Proben eine weitere Woche bei 50% Luftfeuchtigkeit äquilibrieren ließ. Die 30minütige Eintauchphase wurde wiederholt, und die %WS- und %WE-Werte wurden wiederum bestimmt (TEST II in Tabelle 1). Dies wurde ein drittes Mal wiederholt (TEST III in Tabelle 1), wenn die Abweichung zwischen TEST I und TEST II deutlich war (d. h. wenn die Meßwerte sich um mindestens 10% unterschieden).
In einem gravimetrischen Wasserabsorptionstestverfahren wurden 50,8 · 101,6 mm (2 · 4 Inch) astlochfreie Standardpinienbretter in 152,4 mm (6 Inch) Längen geschnitten, und man ließ sie in einer Atmosphäre mit 50% relativer Luftfeuchtigkeit äquilibrieren. Die Bretter wurden mit der wasserabstoßendmachenden Zusammensetzung durch entweder Bürsten, bis sie gesättigt waren, oder durch Tauchen der Bretter in die Zusammensetzung für 3 Minuten behandelt. Man ließ die behandelten Bretter einen Tag bei Umgebungsbedingungen härten und ließ sie in dem Raum mit 50% Luftfeuchtigkeit 6 Tage schweben, um die Probe vollständig zu härten und zu konditionieren. Ein unbehandeltes Kontrollbrett wurde während des Härtungsverfahrens in einem Raum mit 50% Luftfeuchtigkeit aufbewahrt. Nach der Härtung wurden die Bretter (einschließlich des Kontrollbretts) gewogen und 15 Minuten in Wasser mit Raumtemperatur gegeben, umgedreht und dann weitere 15 Minuten auf dem Wasser schwimmen lassen. Alle Bretter wurden gewogen, und die Wasseraufnahme wurde berechnet (TEST I). Der Prozent Wasserausschluß wurde berechnet als die Wasseraufnahme des Kontrollbretts minus der Wasseraufnahme des behandelten Bretts, multipliziert mit 100 und dividiert durch die Wasseraufnahme des Kontrollbretts. Die Ergebnisse dieser Vorgehensweise sind in der letzten Spalte von Tabelle 1 dargestellt, worin auch die Daten des wiederholten Testens nach zusätzlicher Konditionierung für eine Woche bei 50% Luftfeuchtigkeit (TEST II) und weiterer Konditionierung für wiederum eine andere Woche (TEST III) auch wiedergegeben sind. Tabelle 1 Wasserabstoßungsvermögen auf Holz: Swellometer-Test und gravimetrischer Test
* Getestet mit 15% Feststoffen.
** Unterschiedliche Holzcharge wurde getestet.
Es ist aus der obigen Tabelle ersichtlich, daß unsere Zusammensetzungen verbesserten Wasserausschluß oder verbesserte Wasserquellung (d. h. größere Werte von WE%, WS% des Swellometer Tests und % Ausschluß des gravimetrischen Tests) gegenüber der Silanmischung alleine, dem Wachs alleine oder dem PIB alleine aufweisen. Darüber hinaus wurden höhere anfängliche Werte von %WS und %WE für Zusammensetzungen der Erfindung, die Wachs enthielten (Beispiele 7 und 8) im Vergleich zu einer vergleichbaren Zusammensetzung (Beispiel 5), die kein PIB enthielt, erzielt. Weiterhin unterscheiden sich diese Werte nicht sehr von den ursprünglichen Daten, wenn die Tests wiederholt wurden (d. h. Test II etc.).
Die Emulsionszusammensetzung aus Beispiel 7 wurde verwendet, um Sandstein- und Mörtelproben mittels Federal Test Method SS-W-110C zu behandeln, um die Wasserabsorption mit unbehandelten Proben, die bei Umgebungsbedingungen gehalten wurden, zu vergleichen. Mörtelproben waren in der Form von Würfeln, 50,8 mm (2 Inch) auf einer Seite; Sandsteinproben waren 25,4 · 25,4 · 101,6 mm (1 · 1 · 4 Inch) Briar Hill Sandsteinstücke. Die Mörtel- und Sandsteinstücke wurden drahtgebürstet und mit Druckluft saubergeblasen.
Die Sandsteinproben wurden durch Eintauchen in die Emulsionszusammensetzung für 10 Sekunden, gefolgt von Härtung bei Umgebungsbedingungen, behandelt. Gewogene Sandsteinproben (behandelt und Kontrolle) wurden in eine Schale eingetaucht, die Wasser bis zu einer Tiefe von 6,4 mm (1/4 Inch) enthielt, wieder gewogen, und der Wasserausschluß (%WE) relativ zur unbehandelten Kontrolle wurde unter Verwendung des Durchschnittswerts von 3 Messungen berechnet: (%WE) = 100 · (Gewicht Kontrolle - Gewicht behandeltes Stück)/(Gewicht Kontrolle).
Wenn die obige Härtungszeit 2 Tage und die Eintauchzeit 72 Stunden betrug, war der Wert von (%WE) 12,4%. Im Vergleich hierzu betrug der Wert nach 7tägiger Härtung und Eintauchung für 72 Stunden 14,6%. Wenn die obigen Proben bei Umgebungsatmosphäre 10 Tage getrocknet wurden und durch Tränken für 96 Stunden wieder getestet wurden, betrug der %WE 95,6%. Entsprechend war %WE, wenn diese Proben bei Umgebungsatmosphäre 2 Tage getrocknet wurden und durch Eintauchung für 72 Stunden wieder getestet wurden, 66,5%.
Mörtelproben wurden in einer ähnlichen Weise behandelt, aber erforderten längere Eintauchzeiten, um zufriedentellenden Wasserabstoßungscharakter zu erhalten (d. h. wiederholtes Eintauchen, bis 4 g der Behandlungszusammensetzung von der Probe absorbiert wurden). Nach einer 7tägigen Härtung und 72stündiger Durchtränkung betrug %WE 44,8%.

Claims

1. Wäßrige Emulsion enthaltend:

(i) ein Alkoxysilan der Formel RnSi(OR')4-n, worin R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkylresten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkenylresten mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, Phenyl, Chlorpropyl und Trifluorpropyl, n gleich 1 oder 2 ist und R' ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist:

(ii) ein Silankupplungsmittel der Formel R"mR'''pSi(OR')4-m-p, worin R" aus der Gruppe bestehend aus Organogruppen mit Amino- oder quartärer Ammoniumfunktion ausgewählt ist, R''' ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, R' seine zuvor definierte Bedeutung hat, m gleich 1 oder 2 ist und p gleich 0 oder 1 ist, unter der Voraussetzung, daß m + p gleich 2 oder weniger ist, und

(iii) eine Polymerkomponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerkomponente (iii) ein Polyisobutylenpolymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 200 bis 2.300 und Endgruppen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxy, Halogenid, Alkoxyphenylen, Hydroxy, Carboxyl, Chlorsilyl, Isocyanato, Amino und Amido, enthält und daß das Molverhältnis des Alkoxysilans (i) zu dem Silankupplungsmittel (ii) 0,5 : 1 bis 3 : 1 beträgt und daß 10 bis 300 Gewichtsteile des Polyisobutylenpolymers (iii) auf jeweils 100 Gewichtsteile der Komponente (i) plus Komponente (ii) verwendet werden.

2. Emulsion nach Anspruch 1, die weiterhin (iv) ein Wachs enthält, worin 5 bis 1.500 Gewichtsteile des Wachses (iv) auf jeweils 100 Gewichtsteile der Komponente (i) plus Komponente (ii) verwendet werden.

3. Emulsion nach Anspruch 2, worin das Wachs (iv) eine Mischung aus Erdölwachsen und synthetischen Wachsen ist.

4. Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin n des Alkoxysilans (i) gleich 1 ist, m des Kupplungsmittels (ii) gleich 1 ist und R' der Komponenten (i) und (ii) Methyl ist.

5. Emulsion nach Anspruch 4, worin R des Alkoxysilans (i) eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist und R" des Kupplungsmittels (ii) aus einer N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylgruppe oder einer 3-Aminopropylgruppe ausgewählt ist.

6. Emulsion nach Anspruch 1 oder 2, worin das zahlenmittlere Molekulargewicht des Polyisobutylens (iii) weniger als 1.000 beträgt.

7. Emulsion nach Anspruch 6, worin das Polyisobutylen (iii) mindestens eine endständige Epoxygruppe aufweist und die R-Gruppe des Alkoxysilans (i) Methyl ist.

8. Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche, um diese wasserabstoßend auszugestalten, wobei das Verfahren das Auftragen der Emulsion nach Anspruch 1 oder 2 auf diese Oberfläche umfaßt.