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DE3912765A1 - Abdichtungsmaterial zur herstellung von wasserquellbaren profilen, kitten, vergussmassen, beschichtungsmassen - Google Patents

Abdichtungsmaterial zur herstellung von wasserquellbaren profilen, kitten, vergussmassen, beschichtungsmassen

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DE3912765A1
DE3912765A1 DE3912765A DE3912765A DE3912765A1 DE 3912765 A1 DE3912765 A1 DE 3912765A1 DE 3912765 A DE3912765 A DE 3912765A DE 3912765 A DE3912765 A DE 3912765A DE 3912765 A1 DE3912765 A1 DE 3912765A1
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water
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sealing material
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Werner Mueller
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Description

An Bauwerken aus Beton sind Anschluß-, Arbeits-, und Bewegungsfugen nicht vermeidbar. Solche Fugen werden bis dato vorzugsweise durch verfüllen mit starren oder verformbaren aus hydraulischen Bindemitteln, Bitumen, Kunstkautschuk, Polysulfid oder anderen Polymeren versiegelt.
Solche Abdichtmassen neigen zur Alterung und Versprödung. Ihre Anpassungsfähigkeit an größere Bewegungen der Baukörper ist begrenzt. Dadurch können Risse im Bereich dieser Fugen auftreten, durch die Wasser ungehindert in das Bauwerk eindringen kann.
Bei Verwendung von Abdichtsystemen nach der vorliegenden Erfindung paßt sich die Abdichtung der neuen Fugenform durch Quellen sehr schnell an. Der Durchtritt von Wasser wird dadurch sicher, meist schon im Stadium nascendi des Schadens, verhindert.
Vielfach werden zur Abdichtung von technisch notwendigen Fugen an Bauwerken auch Profile aus Metall, Bitumen oder thermoplastischen Kunststoffen eingebaut, die als "Fugenbänder" bekannt sind. Solche Fugenbänder können durch starke Bewegungen des Baukörpers (z. B. durch Setzungen) beschädigt werden. Häufig ist es auch in der Praxis nicht möglich, den Beton im Bereich dieser Fugenbänder ausreichend zu verdichten.
Die Fugenbänder können dadurch ihre Funktion nicht mehr erfüllen, sie werden entweder durch Rißbildung undicht oder durch schlecht verdichteten Beton an ihren Flanken für Wasser umläufig. Bei Verwendung von Fugenprofilen nach der vorliegenden Erfindung sind solche Schäden ausgeschlossen. Fugenprofile nach der vorliegenden Erfindung passen sich Volumenänderungen des Baukörpers durch Quellung bei Wasserkontakt an. Umläufigkeit wird durch diese Quellung ebenfalls verhindert. Entstehende Setzrisse im Bereich der neuartigen Fugenabdichtung nach der anspruchsgemäßen Erfindung "heilen" durch die schnelle und starke Quellung selbständig.
Aus Material nach der vorliegenden Erfindung können sogar selbstdichtende Sollriß-Fugenprofile gefertigt werden. Solche Sollrißprofile werden dazu verwendet, um eine definierte Rißbildung im Beton (durch gezielte Schwächung des Betonkörpers) zu erreichen und dadurch das unkontrollierte Reißen des Baukörpers (durch Schwindung des Betons) zu verhindern. Bei Eintritt von Wasser in die durch das Sollriß-Profil entstandenen Risse/ Fugen dichtet das neuartige Material nach der vorliegenden Erfindung diese Risse/Fugen schnell und sicher ab.
Abwasserleitungen aus Beton, Keramik oder anderen Werkstoffen werden im Bereich der Verbindungsmuffen entweder durch vorgefertigte Dichtungen aus polymeren Werkstoffen - (z. B. durch Rundschnurdichtungen aus Kautschuk) oder durch Vergießen/Verspachteln mit bituminösen Massen oder kalthärtenden Kunststoffmassen (z. B. Polyurethane, Epoxyharze oder Polyester) abgedichtet.
Durch Setzungen der meist im Sandbett verlegten Kanalsysteme, Versprödung der verwendeten Abdichtmassen und ähnliche Einflüsse werden solche Muffen häufig undicht. Als Folge solcher Undichtigkeiten tritt entweder Abwasser aus dem Kanalsystem aus und verunreinigt das Grundwasser oder Grundwasser tritt von außen in das Kanalnetz ein und führt zu einer unerwünschten Vermehrung der Abwassermenge in den Klärwerken. Eine Sanierung solcher schadhafter Kanalrohrverbindungen ist außerordentlich aufwendig und teuer.
Durch Verwendung von vorgefertigten Abdichtungsprofilen oder Verguß der Muffen vor Ort mit Abdichtungsmassen nach der vorliegenden Erfindung können solche Schäden vermieden und Kosten eingespart werden.
Diese Anwendungen stehen nur beispielhaft für die Vielzahl der möglichen Anwendungen des neuartigen Abdichtungssystems nach der vorliegenden Erfindung, das überall dort verwendet werden kann, wo der Durchtritt von Wasser durch Fugen verhindert werden soll. Möglich sind z. B. auch Flächenabdichtungen von erdberührten Flächen durch Aufspritzen/Aufstreichen der erfindungsgemäßen Massen, die so eingestellt werden können, daß sie über eine vorzügliche Haftung an fast allen Baustoffen verfügen.
Eine weitere Anwendung ist z. B. die Abdichtung von Baukörperdurchdringungen aller Art wie z. B. für Kabel, Rohre etc.
Konkurrierende Systeme
Aus Praxis und Literatur sind andere, wasserquellbare Abdichtsysteme bekannt. Ein bekanntes System besteht z. B. aus Natriumbentonit, der mit modifiziertem Butylkautschuk als Bindemittel zu einem plastisch verformbaren Profil mit geringer Eigenfestigkeit geformt wird. Die Gelfestigkeit dieses Systems ist aber sehr schlecht.
Solche Bentonit-Profile lösen sich bei ungehindertem Zutritt von Wasser vollständig auf und das Bentonitgel zerfällt schließlich. Das Quell- und Abdichtungsmaterial Bentonit wird dann durch das Wasser ausgeschwemmt.
Ein weiteres, bekanntes System ist in DOS 27 37 774 beschrieben. Wesentliche Bindemittelbasis bei diesem System ist ein Copolymeres aus einem niederen Olefin und Maleinsäureanhydrit. Dieses System enthält keine polymerisierbaren Acryl- oder Methacrylmonomere und keine wasserquellbaren, aktiven Füllstoffe wie die vorliegende, anspruchsgemäße Erfindung, insbesondere keine der als Super-Absorbent-Polymers (SAP) bekannten Stoffe.
Ein gravierender Nachteil dieses Systems ist auch die Tatsache, daß es nur durch die Anwendung höherer Temperatur polymerisiert werden kann. Dadurch scheidet seine Anwendung vor Ort in beliebiger Form und Dimension, z. B. als Flächenbeschichtung, Kitt- und Vergußmasse, aus.
Gerade diese sehr vielfältigen Verarbeitungsformen und -möglichkeiten der der anspruchsmäßen Erfindung zugrunde liegenden Grundrezept sind aber eine der technischen Neuerungen des Systems nach diesem Anspruch.
Die Erfindung beruht auf umfangreichen Untersuchungen und Entwicklungsarbeiten mit dem Ziel, ein universell einsetzbares Abdichtmaterial zu finden, das
=< leicht und schnell mit Wasser quillt
=< eine steuerbare Quellrate besitzt
=< auch in gequollenem Zustand eine hohe Festigkeit besitzt
=< diese Eigenschaften über einen langen Zeitraum beibehält,
=< auch bei häufigem Austrocknen seine Quellfähigkeit behält,
=< sowohl als flexibles oder hartes Profil industriell gefertigt,
=< als auch als Verguß-, Kitt- oder Beschichtungsmasse verarbeitet
werden kann! Diese Aufgabe ist anspruchsgemäß gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein geeignetes Abdichtungsmaterial erhalten wird, wenn ein Gemisch aus Arylat-/Methacrylatmonomeren und Hydroxyacrylat-/Hydroxymeth- acrylaten mit wäßrigen Dispersionen synthetischer Polymere und/oder Emulsionen von Bitumen, unter Zusatz polyfunktioneller Hydroxyverbindungen und stark wasserabsorbierenden Polymeren, ggfs. auch unter Zusatz wasserquellender Mineralien, durch ein Redox-System polymerisiert wird.
Das erfindungsgemäße Material kann zusätzlich verstärkende Füllstoffe wie natürliche oder synthetisch hergestellte Siliciumdioxyde, Aluminium- oder Magnesiumschichtsilikate, Glimmer, Ruß und Fasern aus Zellulose, Glas, Polymeren oder Asbest enthalten. Weiter können dem erfindungsgemäßen Material zur Anpassung der Eigenschaften an bestimmte Anforderungen Weichmacher, vorzugsweise solche die vollständig oder beschränkt mit Wasser mischbar sind, wie z. B. Ester des Glycerins, Butylphosphate etc. einverleibt werden.
Weiter ist selbstverständlich der Zusatz von Antioxydantien, Konservierungsmitteln, Stellmitteln, Farbstoffen, Pigmenten, Netzmitteln und anderen üblichen Hilfsstoffen, wie sie aus der Chemie der Beschichtungsstoffe, Elastomere und Kittmassen allgemein bekannt und üblich sind, zu dem erfindungsgemäßen Material möglich.
Durch Zusatz von geeigneten Treibmitteln kann aus dem erfindungsgemäßen Material auch ein zelliger Dichtstoff gewonnen werden. Geeignet als Treibmittel sind entweder Redox-Systeme wie z. B. Kombinationen aus Metalloxyden mit Peroxyden oder auch rein physikalisch durch Wärmeeinwirkung blähend wirkende Systeme wie sie bei der Herstellung von Schaumstoffen aus Polymeren verwendet werden.
Beispiele
Die anspruchsgemäße Erfindung wird an den nachstehenden Beispielen erläutert. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß die angeführten Beispiele nur exemplarisch für die Vielzahl der möglichen Kombinationen stehen. Sie sind allenfalls typische Beispiele für die Formulierung und können -unter Zugrundelegung der erfindungstypischen Parameter- von jedem Fachmann leicht und in weiten Grenzen variiert werden.
Der Anspruch aus der beschriebenen Erfindung wird ausdrücklich auch auf diese möglichen Variationen der Grundrezepturen erhoben.
Beispiel 1
Es wurde eine Mischung hergestellt aus
30 Gt eines Gemisches aus Hydroxyacrylaten/methacrylaten
30 GT einer wäßrigen Dispersion eines Acrylsäurepolymeren
22 GT Propantriol
 5 GT Zellulosefasern
 5 GT Natriumpolyacrylat, schwach vernetzt, fein gemahlen
 1 GT Tertiärem Amin
 3 GT Persulfat, gelöst in Wasser, 20%ig
und in einer Form bei Raumtemperatur zu einem Profil mit einem Querschnitt von 20 × 40 mm polymerisiert und danach getrocknet. Das Ergebnis war ein zähelastisches Profil, das nach 24 Stunden Lagerung in normalem Leitungswasser um ca. 150% gequollen ist und dabei eine ausgezeichnete Festigkeit besaß.
Das Profil wurde in eine Versuchsanordnung nach Anlage 1 eingebaut und dort über 240 Stunden einem Wasserdruck von 5 bar ausgesetzt. Die sumulierte Fuge war dicht.
Beispiel 2
Es wurde eine Mischung hergestellt aus
30 GT eines Gemisches aus Hydroxyacrylaten/methacrylaten
30 GT einer wäßrigen Dispersion eines Copolymeren aus Acrylsäureester und Styrol
20 GT eines Polydiols mit einem MOL-Gewicht von ca. 300
 3 GT synthetischer Kieselsäure mit ca. 200 m²/gr Oberfläche
 7,5 GT Natriumpolyacrylat, schwach vernetzt, fein gemahlen
 1 GT Tertiärem Amin
 7 GT Persulfat, gelöst in Wasser, 20%ig
und in einer Form bei Raumtemperatur zu einem Profil mit einem Querschnitt von 20 × 40 mm polymerisiert und danach getrocknet. Das Ergebnis war ein elastisches Profil, das nach 24 Stunden Lagerung in normalem Leitungswasser um ca. 200% gequollen ist und dabei eine ausgezeichnete Festigkeit besaß.
Das Profil wurde in eine Versuchsanordnung nach Anlage 1 eingebaut und dort über 240 Stunden einem Wasserdruck von 5 bar ausgesetzt. Die simulierte Fuge war dicht.
Beispiel 3
Es wurde eine Mischung hergestellt aus
30 GT eines Gemisches aus Hydroxyacrylaten/methacrylaten
35 GT einer mit Polychloropren modifizierten Bitumenemulsion
20 GT eines Polydiolgemischs mit einem MOL-Gewicht von ca. 500
 4 GT synthetischer Kieselsäure mit ca. 200 m²/gr Oberfläche
 7 GT Natriumpolyacrylat, schwach vernetzt, fein gemahlen
 1 GT Tertiärem Amin
 73 GT Persulfat, gelöst in Wasser, 20%ig
und in einer Form bei Raumtemperatur zu einem Profil mit einem Querschnitt von 20 × 40 mm polymerisiert und danach getrocknet. Das Ergebnis war ein elastisches Profil, das nach 24 Stunden Lagerung in normalem Leitungswasser um ca. 120% gequollen ist und dabei eine ausgezeichnete Festigkeit besaß.
Das Profil wurde in eine Versuchsanordnung nach Anlage 1 eingebaut und dort über 240 Stunden einem Wasserdruck von 5 bar ausgesetzt. Die simulierte Fuge war dicht.
Beispiel 4
Es wurde eine Mischung hergestellt aus
30 GT eines Gemisches aus Hydroxyacrylaten/methacrylaten
50 GT eines Fettalkohols mit einer Kettenlänge von C-16
10 GT eines Polydiols mit einem MOL-Gewicht von 600
 5 GT Zellulosefasern
 3 GT Natriumpolyacrylat, schwach vernetzt, fein gemahlen
20 GT Natriumbentonit, fein gemahlen, aktiviert mit NaCO₃
 0,5 GT Tertiärem Amin
 5 GT Peroxyd, dispergiert in Weichmacher
und in einer Form bei Raumtemperatur zu einem Profil mit einem Querschnitt von 20 × 40 mm polymerisiert und danach getrocknet. Das Ergebnis war ein hartes Profil, das nach 24 Stunden Lagerung in normalem Leitungswasser um ca. 100% gequollen ist und dabei eine ausgezeichnete Festigkeit besaß.
Das Profil wurde in eine Versuchsanordnung nach Anlage 1 eingebaut und dort über 240 Stunden einem Wasserdruck von 5 bar ausgesetzt. Die simulierte Fuge war dicht.
Beispiel 6
Es wurde eine Mischung hergestellt aus
30 GT eines Gemisches aus Hydroxyacrylaten/methacrylaten
30 GT einer Dispersion aus einem Copolymeren von Styrol und Acrylsäure
20 GT Propantriol, 86%ig in Wasser
 3 GT Kieselsäure, synthetisch mit einer Oberfläche von 200 m²/gr
 8 GT Natriumpolyacrylat, schwach vernetzt, fein gemahlen
30 GT Natriumbentonit, fein gemahlen, aktiviert mit NaCO₃
 0,5 GT Tertiärem Amin
 5 GT Peroxyd, dispergiert in Weichmacher.
Die Masse wurde als Kitt mittels einer handelsüblichen Druckluftkartusche in die Fuge einer Abwasserrohr-Muffe (innenglasiertes Steinzeugrohr) mit einem Durchmesser von 400 mm und einer Fugen/Spaltbreite von 25 mm als Dichtung eingespritzt. Zur näheren Erläuterung der Anordnung siehe Anlage 2.
Nach einer Aushärtungszeit von 72 Stunden wurde das Rohr zunächst vollständig mit Wasser befüllt und nach weiteren 3 Stunden mit 5 m Wassersäule belastet. Die Fuge war dicht. Nach weiteren 24 Stunden wurde der Druck auf 50 m Wassersäule erhöht und über 72 Stunden dieser Druck gehalten. Die Fuge blieb dicht. Bei Versuchen, die Dichtung durch einstechen mit einem Messer zu beschädigen ist jeweils kurzzeitig (für wenige Minuten) Wasser ausgetreten, die Verletzung hat sich dann aber sehr schnell (in einer Zeit von 3-5 Minuten) selbständig geschlossen.
Bei diesem Versuch hat die Dichtung aus dem erfindungsgemäßen Beispiel 6 einem Wasserdruck von 1,57 Tonnen (D = 400 mm × 3,14 × 25 mm × 5 bar) standgehalten.
Alterungsprüfung
Das nach Beispiel 1 gewonnene Profil wurde zur Prüfung der Alterungsbeständigkeit einem Zyklus von 100 Quellprüfungen unterzogen. Dazu wurde ein Profilabschnitt jeweils über 48 Stunden in demineralisiertem Wasser bei 40 Grad C vollständig ausgequollen und danach in weiteren 48 Stunden im Trockenschrank scharf auf sein ursprüngliches Volumen und Gewicht zurückgetrocknet. Nach Anschluß dieser Prüfungen war ein Rückgang des Quellvermögens von nur 7% festzustellen, verursacht durch einen gewissen mechanischen Materialverlust an der Oberfläche des Prüflings.

Claims (15)

1. Mit Wasser quellbares Abdichtmaterial, gekennzeichnet durch ein Vernetzungsprodukt aus einem Gemisch aus
  • a) einer Mischung niederer Acrylat- oder Methacrylatmonomere,
  • b) mit den Monomeren (a) verträglichen Polymerdispersionen, Bitumenemulsionen, polymermodifizierten Bitumenemulsionen,
  • c) Verbindungen mit mindestens zwei funktionellen Hydroxy-, Epoxy- und/ oder Aminogruppen,
  • d) in Wasser quellbaren, anorganischen oder organischen Füllstoffen wie Montmorillonit, Bentonit, acrygepropften Stärkederivaten, vernetzten Natriumacrylaten, insbesondere aber mit solchen Verbindungen, die als "Super-Absorbent-Polymer" (SAP) bezeichnet werden.
  • e) gegebenenfalls verstärkenden Füllstoffen wie Kieselsäuren, Fasern, Schichtsilikaten und wassermischbaren Weichmachern wie z. B. Glyzerinester oder Tributylphosphat.
  • f) einem Redox-System aus Metallsalzen oder tertiären Aminen und geeigneten Peroxyden zur Polymerisation der Bindemittel in der Mischung der Komponenten (a) bis (e).
2. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponenten (a) Mischungen von Monomeren aus der Acryl- oder Methacrylchemie verwendet werden, die wasserlöslichen Polymerisate liefern und Monomere, deren Polymerisate vernetzt und dadurch nicht mehr wasserlöslich sind. Das Mischungsverhältnis der einzelnen Monomere wird so gewählt, daß ein nicht mehr in Wasser lösliches, aber ein sehr gut in Wasser quellbares, stabiles Polymer daraus gebildet werden kann. Ähnliche Monomerengemische werden, z. B. gelöst in Wasser, als Abdichtungsgels und zur Untergrundverfestigung im Bauwesen verwendet.
3. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente (b) eine wäßrige Dispersion aus einem Styrol-Acrylsäurecopolymer verwendet wird und der Anteil der Dispersion 5 bis 300 Teile, bezogen auf den Anteil der Komponente (a) beträgt.
4. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente (b) wäßrige Copolymerdispersionen aus Acryl- und Methacrylsäureestern verwendet werden und der Anteil der Dispersion 5 bis 300 Teile, bezogen auf den Anteil der Komponente (a) beträgt.
5. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente (b) wäßrige Copolymerdispersionen aus Äthylen-Vinylacetat verwendet werden und der Anteil der Dispersion 5 bis 300 Teile, bezogen auf den Anteil der Komponente (a) beträgt.
6. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente (b) wäßrige Polychloropren-Dispersionen verwendet werden und der Anteil der Dispersion 5 bis 300 Teile, bezogen auf den Anteil der Komponente (a) beträgt.
7. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente (b) wäßrige Bitumenemulsionen oder polymerverstärkte Bitumenemulsionen verwendet werden und der Anteil der Dispersion 5 bis 300 Teile, bezogen auf den Anteil der Komponente (a) beträgt.
8. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente (b) eine Mischung aus Dispersionen nach Anspruch 2-5 mit Bitumenemulsionen nach Anspruch 7 in beliebigem Mischungsverhältnis verwendet wird und der Anteil der Mischung 5 bis 300 Teile, bezogen auf den Anteil der Komponente (a) beträgt.
9. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente (d) schwach vernetzte Acrylate oder acrylgepropfte Stärken oder andere Stoffe verwendet werden, die in der Lage sind Wasser in Mengen zwischen 50 und 1000 Teilen ihres eigenen Volumens ihrer eigenen Masse zu absorbieren ohne dabei in Lösung zu gehen und die zu den Verbindungen zählen, die in der Literatur als "SUPER-ABSORBENT-POLYMER" (SAP) bezeichnet werden. Der Anteil dieser Stoffe der Komponente (d) an der Gesamtrezeptur kann 1 bis 600 Teile betragen.
10. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente (d) wasserquellbare Tonmineralien wie Montmorillonit, Bentonit verwendet werden. Der Anteil dieser Stoffe der Komponente (d) an der Gesamtrezeptur kann 1 bis 300 Teile, bezogen auf die anderen Bestandteile der Rezeptur, betragen.
11. Abdichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente (c) Polyalkohole wie z. B. Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol mit Mol-Gewichten zwischen 200 und 6000, oder Triole wie Propantriol enthält. Der Anteil dieser Stoffe der Komponente (c) kann 1 bis 40 Teile, bezogen auf die anderen Bestandteile der Rezeptur betragen.
12. Abdichtmaterial nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es durch ein Redox-System ohne Wärmezufuhr polymerisiert und dadurch auch am Einbauort konfektioniert werden kann.
13. Abdichtmaterial nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es als flüssige, spachtel- oder spritzbare Beschichtungs- oder Kittmasse hergestellt und verarbeitet werden kann.
14. Abdichtmaterial nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es zu flexiblen oder harten Profilen beliebiger Geometrie geformt und kontinuierlich hergestellt werden kann.
15. Abdichtmaterial nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile mit einem zusätzlichen, wasserquellbaren oder verzögert wasserlöslichen Schutzüberzug als temporärem Schutz vor Wassereinwirkung versehen sind. Als Schutzüberzüge werden beispielhaft genannt Lacke oder Folien aus Polyvinylalkohol, wasserlöslichen Acrylpolymeren, Polyvinylpyrrolidon, Hydroxycellulosen oder Gelatine.
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