Wie ist der Wirkungsmechanismus von Silikonwasserabweisern?

Silikone, d. h. Organosiliciumverbindungen, sind Verbindungen, die Si-C-Bindungen enthalten und mindestens eine organische Gruppe aufweisen, die direkt an das Siliziumatom gebunden ist. Es ist üblich, auch Verbindungen, bei denen organische Gruppen über Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff usw. mit dem Siliziumatom verbunden sind, als Silikonverbindungen zu behandeln.

 

The cross-linked macromolecular structure of silicone resins and the structure of silica crystals (e.g. quartz, etc.) have very similar silicon-oxygen bonds, and this structural feature makes silicones have a great affinity for inorganic mineral materials that contain silicon-oxygen bonds. If silicone is applied to the surface of inorganic materials such as brick and stone, the coating film will form an ordered and oriented arrangement, with the Si-O-Si of the silicone molecules adsorbed on the mineral surface and the methyl or other alkyl groups lined up neatly on the outside (see diagram below). Methyl or other alkyl groups have a very low surface tension and are hydrophobic groups, so this oriented arrangement of silicone molecules exhibits a very high degree of hydrophobicity. When water vapour in the air or raindrops come into contact with the surface of the material, the hydrophobic surface of the material acts as a hydrophobic barrier, making it difficult for liquid water to remain on the slope and façade and roll off in the form of water droplets, thus preventing external moisture from penetrating into the cementitious material. In addition to its remarkable water repellency, the silicone coating film is also ‘breathable’ (see diagram below), maintaining the moisture balance of the cladding itself and thus further advancing the durability of the coating film.

 

 

Die wasserabweisende Wirkung dieses Silikonhydrophobierungsmittels unterscheidet sich grundlegend vom Lotoseffekt.

 

Die Mikrostruktur auf der Blattoberfläche des Lotusblatts ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

 

 

There are very complex multiple nano- and micron-scale ultrastructures on the leaf surface of the lotus leaf. Under the ultra-high resolution microscope, many tiny papillae can be clearly seen on the surface of the lotus leaf, with the average size of the papillae being about 10 microns and the average spacing being about 12 microns. And each papilla consists of many waxy protrusions with a diameter of about 200 nm. The leaf surface of the lotus leaf is covered with one by one raised “bun”, which is full of hairs, and at the top of the “bun” grows a bun-like “bunker” with a convex top, and at the depression between the “buns” is filled with air, so that a layer of air only nanometer thick is formed in the immediate area of the leaf surface. When the size of dust, rain, etc. is much larger than this structure on the leaf surface after landing, separated by a very thin layer of air, can only form a point of contact with the convex top of the leaf surface “berg”. The raindrops form a sphere under their own surface tension, and the water ball attracts dust in rolling and rolls out of the leaf surface to achieve self-cleaning, which is the “lotus leaf effect”.

Welches sind die Hauptanwendungsbereiche von silikonbasierten Hydrophobierungsmitteln?

Silikonhydrophobierungsmittel können für die Beschichtung von Oberflächen dekorativer Mörtel, von Natur- oder Kunstmarmor, Natur- oder Kunstgranit, Sichtbeton, Fertigteilen und Ziegeln, für silikonimprägnierte Stiefel, für Schlafsäcke, Baumaterialien usw. eingesetzt werden. Sie erfüllen hauptsächlich die folgenden Funktionen.

1) Schutz vor Verschmutzung und Staubentfernung

Auf den Mauerwerks-, Beton- und Putzoberflächen von Gebäudefassaden gibt es eine Vielzahl von Mikrorissen, Vertiefungen und Kapillaren, die zur Wasseraufnahme und Staubanhaftung führen. Wenn Niederschlagswasser sich mit dem angesammelten Staub auf diesen Oberflächen vermischt und schwarzes Schmutzwasser abläuft, entstehen nach dem Trocknen schwarze Streifen oder Flecken. Dies beeinträchtigt das dekorative Erscheinungsbild der Oberfläche erheblich. Nach dem Auftragen eines Silikonhydrophobierungsmittels führt die gebildete wasserabweisende Schicht jedoch dazu, dass das Schmutzwasser in Perlen abperlt. Dies verhindert nicht nur das Eindringen von Schmutzwasser, sondern die abperlenden Wassertropfen nehmen auch den anhaftenden Staub mit. Daher unterscheidet sich eine mit Silikon behandelte Wand nach einem starken oder leichten Regen (oder künstlicher Beregnung) deutlich von einer unbehandelten Wand und erscheint wie neu. Die Verschmutzungssituation nach Regen ist deutlich verbessert.

2) Verhinderung von Verwitterung und Ausblühungen

Verwitterung entsteht, wenn eine anorganische Salzlösung an die Wandoberfläche migriert, dort auskristallisiert und durch Volumenausdehnung Risse in der Wand erzeugt, was zu Spannungsschäden führt. Durch die jährliche Wiederholung dieser Schädigung bläht sich die Wandoberfläche auf, schält sich ab und verliert schließlich ihre Funktion. Das Hydrophobierungsmittel bildet eine wasserabweisende Schicht auf der Wandoberfläche, die verhindert, dass äußerer Niederschlag ins Innere eindringt und interne Salzlösungen nach außen wandern können. Dadurch wird die durch Salzausblühungen verursachte Verwitterung vermieden.

 

Unter Ausblühungen versteht man die Migration einer freien Calciumhydroxid-Lösung aus dem Inneren der Gebäudewand nach außen, die sich nach dem Trocknen auf der Wandoberfläche ablagert und allmählich mit Kohlendioxid zu wasserunlöslichem Carbonat reagiert. Dieses haftet dauerhaft an der Wandoberfläche und erscheint als ungleichmäßige weiße Flecken. Die ungleichmäßige Migration der Calciumhydroxid-Lösung führt zu weißen, fleckigen Ausblühungen auf der Wand, die nicht nur das Erscheinungsbild beeinträchtigen, sondern auch erhebliche Schäden verursachen. Die durch den Silikonfilm auf der Wandoberfläche gebildete wasserabweisende Schicht ist eine wirksame Maßnahme zur Vermeidung von Ausblühungen.

3) Verhinderung von mikrobiellem Wachstum

Die grundlegende Voraussetzung für das Wachstum von Mikroorganismen auf der Oberfläche eines Gebäudes ist Feuchtigkeit. Langfristig feuchte Oberflächen begünstigen das Wachstum von Moosen und verschiedenen Schimmelpilzen, deren Vermehrung die Gebäudeoberfläche schädigt. Nach dem Auftragen des Silikonhydrophobierungsmittels entsteht eine wasserabweisende Oberflächenschicht, die kaum Wasser speichern kann, sodass diese zerstörerischen Organismen nicht überleben können.

4) Schutz vor Frostschäden

Wenn das in Oberflächenporen oder Rissen von Wänden in nördlichen Regionen gespeicherte Wasser gefriert, dehnt sich sein Volumen um etwa 10% aus. Diese Ausdehnung erzeugt enorme schädigende Spannungen. Die wasserabweisende Schicht beseitigt diese durch Frost verursachten Schäden.

 

5) Schutz vor Korrosion durch sauren Regen

The silicone water-repellent film blocks corrosion damage to the wall from atmospheric acid rain. As mentioned earlier, the silicone coating film has “breathability”, so that gas water molecules can enter and exit freely through the coating film, thus maintaining the wall’s own moisture balance. The water molecules inside the wall can easily escape to the outside, so that the wall under the coating film maintains a natural wet and dry balance, without causing blisters or surface peeling due to the inability to disperse moisture like a fully enclosed coating film.

 

6) Farberhalt und Anti-Aging-Effekt

Für farbige Wände können Silikonfilme zur Farberhaltung eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Bindungsenergie der Si-O-Bindung ist es für Lichtenergie schwierig, diese zu zerstören. Sobald die Lichtenergie von der Si-O-Bindung im Beschichtungsfilm absorbiert wird, verursacht sie keine weiteren Schäden mehr an den Farbgruppen unter dem Silikonbeschichtungsfilm, und die Farbe bleibt über einen langen Zeitraum in ihrem ursprünglichen Zustand.

 

Welches sind die Sprüh- (Beschichtungs-)Verfahren von Silikonhydrophobierungsmitteln?

Die Applikation von Silikonabdichtungsmitteln erfolgt im Allgemeinen in drei Schritten: Reinigung der Untergrundoberfläche, Ausbesserung von Rissen und die Sprühapplikation.

1) Reinigung der Untergrundoberfläche

Vor dem Auftragen des Silikonabdichtungsmittels muss die Untergrundoberfläche von Staub, Moosflecken und anderen Verschmutzungen befreit werden. Allgemeiner Staub und loser Schmutz können mit Wasser abgespült oder mit einem Lappen abgewischt werden; Öl, Rostflecken und Moosflecken müssen sorgfältig mit Reinigungsmitteln behandelt und anschließend die Reinigungsmittelrückstände mit Wasser abgespült werden.

 

2) Rissreparatur

Die Durchlässigkeit des Untergrundes wird in kapillare Saugdurchlässigkeit und in Risse/Löcher/Feuchtigkeitsdurchlässigkeit unterteilt. Silikonabdichtungsmittel sind gegen kapillare Saugdurchlässigkeit sehr wirksam. Bei größeren Rissen oder Löchern im Untergrund reicht eine einfache Sprühapplikation des Silikonabdichtungsmittels jedoch oft nicht aus, da bei Regen mit starkem Wind der Regen durch den höheren Winddruck weiterhin in den Untergrund eindringen kann. Daher müssen zunächst geeignete Materialien zur Ausbesserung von Rissen und Löchern gewählt und anschließend das Silikonabdichtungsmittel aufgesprüht werden.

 

3) Aufsprühen des Silikonhydrophobierungsmittels

Nach der Reinigung und Ausbesserung des Untergrundes und nach dem Trocknen (Feuchtigkeitsgehalt unter 10%) kann das Silikonabdichtungsmittel aufgesprüht werden.

 

a) Das Silikonabdichtungsmittel und Wasser im Verhältnis 1:(10-12) (Gewichtsverhältnis) gleichmäßig mischen und mit einer sauberen Gartenspritze oder einem Pinsel direkt auf den trockenen Putz sprühen bzw. streichen. Dabei zweimal kontinuierlich in Längs- und Querrichtung arbeiten.

 

b) Spraying order should be standardized, it is best to first down and then up, or first spray the next section, and then from top to bottom segmentation. For example, spraying wall, you can start from the bottom of the construction surface, along the horizontal direction, from left to right or right to left spraying (should be windward), the formation of horizontal construction coating, so gradually sprayed to the top, complete the first spraying; followed by the second spraying in the vertical direction, so that the second coating is “cross”, so that the wall fully absorb the emulsion, to prevent leakage of spray. Two points need to be noted when spraying: First, the first and second spraying interval is not too long, such as the first coating after fully cured and then spray the second, the cured coating film has begun to hate water (especially in the high temperature of the summer is even more so), the second will not be sprayed on, sprayed on will also roll off; Second, spraying shall not jump, disorderly or randomly spray to apply maximum repellency, otherwise it is easy to appear less spraying or leakage of spraying phenomenon, affecting the construction quality.

 

c) Sockelleisten, Balkone, Fensterbänke und andere hervorstehende Bereiche sowie die Fugen von Fliesen, Marmor und anderen Oberflächenmaterialien sind wichtige Stellen, die gründlich besprüht werden müssen.

 

d) Die Applikation erfordert Temperaturen über 4°C, innerhalb von 24 Stunden darf kein Regen, Schnee oder Frost auftreten, der Wind sollte unter Stärke 6 liegen, und das mit Wasser verdünnte Mittel muss am gleichen Tag aufgebraucht werden.

 

e) Das Mischungsverhältnis von Emulsion und Wasser muss streng kontrolliert werden, da eine zu hohe oder zu niedrige Konzentration nicht den gewünschten Abdichtungseffekt erzielt. Für Beton, Zementmörtel, Fliesen, rauen Granit, geschliffenen Stein und unverputzte Ziegelwände ist ein Verhältnis von 1:(10-11) am geeignetsten; für polierten Granit und Marmorwände ist ein Verhältnis von 1:12 am besten geeignet.