Neue funktionelle Silane für die Bau- und Füllstoffindustrie

Bei der Restaurierung des Charlottenburger Tors in Berlin kam Protectosil® 851 zum Einsatz

Am Übergang zwischen den Berliner Ortsteilen Charlottenburg und Tiergarten steht das Charlottenburger Tor, ein neobarockes Schmuckbauwerk, das Anfang des 20. Jahrhunderts errichtet worden ist. Es steht zwischen Ernst-Reuter-Platz und Siegessäule an der Straße des 17. Juni und bildet das Pendant zum Brandenburger Tor auf der gegenüberliegenden Seite des Tiergartens. Nachdem das eigentliche Bauwerk bereits in den vergangenen Jahren umfassend restauriert worden ist, nimmt sich die Berliner Restaurationsfirma Opus nun der beiden etwa 22 Meter hohen Kandelabern an, die früher auf der Seite des Tores standen, die Charlottenburg zugewandt ist, bevor sie im Zweiten Weltkrieg zerstört wurden.

Noch in diesem Jahr werden die beiden Säulen in ihrer alten Pracht erstrahlen. Einst bestanden sie aus Tuffstein, doch für die Restaurierung der Kandelaber verwendet Opus eine Betonmischung, mit der sich die ursprünglich ockerfarbenen Steine nachbilden lassen. Doch in dem Beton stecken noch viel mehr Überraschungen: Ein oligomeres Alkylsilan, das Evonik für die Bauindustrie entwickelt hat, wird durch seine hydrophobierende Wirkung für die Langlebigkeit der wieder aufgebauten Kandelaber sorgen.

Mitarbeitern des Siliziumverbunds im Geschäftsbereich Inorganic Materials ist es nämlich gelungen, oligomere Alkylsilane so weiterzuentwickeln, dass sie der Bau- und Füllstoffindustrie ganz neue Möglichkeiten eröffnen. Für diese Neuentwicklung hat die Arbeitsgruppe nun den Innovationspreis 2009 von Evonik in der Kategorie neues Produkt verliehen bekommen.

Der Geschäftsbereich Inorganic Materials ist ein weltweit tätiger Lieferant von funktionellen Basissilanen mit insgesamt vier Produktionsstandorten in den Regionen Europa, Nordamerika und Asien. Dabei arbeitet der Geschäftsbereich eng mit strategischen Kunden zusammen und entwickelt mit ihnen gemeinsam optimierte Silane, die dabei helfen, neue Marktchancen zu erschließen.

Das Produkt-Know-how rund um funktionelle Silane bündelt Inorganic Materials in den Marken Protectosil® und Dynasylan®. Hinter Protectosil® stecken Lösungen für Hydrophobierungsmittel, Graffiti-, Korrosions- und Oberflächenschutz – egal, ob für Beton, Sandstein, Granit oder Putz. Die Marke Dynasylan® wiederum steht seit mehr als 50 Jahren für Silane, die die Produkteigenschaften in sehr unterschiedlichen Industrien verbessern helfen – von Farben und Lacken über Dicht- und Füllstoffe bis hin zu Pharmazeutika.

Gesucht – hydrophobe Baustoffe, die einfach zu verarbeiten sind

Die Baustoffindustrie braucht Chemikalien, die sowohl hochleistungsfähig als auch einfach auf der Baustelle zu verarbeiten sind. Eine wasserabweisende Wirkung ist dabei die wichtigste Anforderung, die für ganz verschiedene Substrate gilt. Nur so lassen sich die Korrosion des Stahlbetons, Alkali-Silica-Reaktionen oder Sulfattreiben vermeiden.

Gerade die Korrosion von Bewehrungsstahl ist eine der Hauptursachen, wenn heutzutage Betonbauwerke versagen. Ein tragisches Beispiel aus den USA ist die Brücke, über die der Interstate Highway I35 in der Nähe von Minnesota verlief: Sie stürzte am 1. August 2007 ein. Die Füllstoffindustrie wiederum braucht Hydrophobierungsmittel als kostengünstige, aber hochleistungsfähige Dispergiermittel, die nur einen geringen Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen enthalten sollten – vor allem für die Fertigung von Fensterrahmen und Folien aus Kunststoffen.

Das aus einer Synthese von organofunktionellen Chlorsilanen gewonnene oligomere Alkylsilan, das bei Evonik anfällt, bildet das Basisprodukt der Entwicklung, die neue beziehungsweise verbesserte Anwendungen in der Bau- und Füllstoffindustrie erlaubt. Die beteiligten Mitarbeiter des Geschäftsbereichs haben daraus drei Varianten abgeleitet, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden, außerdem gibt es eine maßgeschneiderte Variante.

Niedriger Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen

Die Produkte tragen die Namen Dynasylan® 9896 beziehungsweise Protectosil® 266. Dynasylan® 9896 richtet sich an die Füllstoffindustrie(Abb.1). Es weist einen deutlich geringeren Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen auf als monomere Silane, die häufig als Dispergiermittel zum Einsatz kommen. Ein wichtiger Aspekt sowohl bei der Verarbeitung als auch in der gesellschaftlichen Diskussion, denn in den USA, aber auch in Europa, gibt es zunehmend Bedenken im Hinblick auf ausgasende organische Verbindungen. Die Politik diskutiert hier über die richtigen Grenzwerte. Dynasylan® 9896 hat einen hohen Siedepunkt, so dass es sich auch für Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen eignet. Die Oberfläche eines behandelten Füllstoffs lässt sich auch bei höheren Temperaturen modifizieren, ohne dass die hydrophobierende Wirkung schwindet.

Protectosil® 266 wiederum ist ein Imprägniermittel für saugfähige, mineralische Fassadenbaustoffe. Es ist konkurrenzfähig zu Silikon basierten Produkten, die in diesem Marktsegment bislang dominieren.

Als wässrige Emulsion trägt das oligomere Alkylsilan die Produktbezeichnung Protectosil® WS 610 und WS 630, als Pulver Protectosil® DRY CIT. Alle drei sind nahezu frei von flüchtigen organischen Verbindungen und erlauben dünnere Betonüberdeckungen über dem Bewehrungsstahl, senken also die erforderliche Menge an Beton – ein Baumaterial, dessen Herstellung bekanntlich sehr energieintensiv ist.

35 Jahre Korrosionsschutz für Beton

Bereits im Jahr 2008 erhielt Evonik auf der DEUBAU, der wichtigsten deutschen Baufachmesse, eine Auszeichnung für Protectosil® DRY CIT. Die organische Hülle des Pulversystems löst sich in der Zementmischung auf und setzt die aktiven Komponenten dort frei, wo sie benötigt werden. Die Komponenten binden kovalent an den Beton, es findet also eine chemische Reaktion statt, was die beachtliche Langzeitwirkung des Korrosionsschutzes erklärt(Abb.2). Tests belegen, dass Protectosil® DRY CIT mindestens 35 Jahre lang wirkt(Abb. 3, 4). Auf dem Markt befindliche Formulierungen für den Korrosionsschutz dagegen halten oft nur einige Jahre.

2008 wurde die Budaer Burg in Budapest (Ungarn) restauriert. Seither schützt Protectosil® WS 630 die Mauern vor Feuchtigkeit (Foto: Das kleine Atelier – Fotolia)

Bei der vierten Variante des oligomeren Alkylsilans handelt es sich um eine maßgeschneiderte Lösung: Protectosil® 60 SK lässt sich schnell an neue Kundenanforderungen anpassen, etwa durch geeignete Katalysatoren, damit sich die abperlende Wirkung des Produkts auch auf Substraten mit geringerer Alkalität voll entfalten kann(Abb.5).

Seit die Vermarktung des oligomeren Alkylsilans angelaufen ist, erfreuen sich die Produkte bei den Kunden wegen ihres positiven Eigenschaftsprofils wachsender Beliebtheit. Bei keiner Variante ließ sich das oligomere Alkylsilan so verwenden, wie es im Seitenstrom der Synthese von organofunktionellen Chlorsilanen entsteht. Vielmehr waren verschiedene Veredelungsschritte und umfangreiche Tests erforderlich. Zum Beispiel trat bei der pulverförmigen Variante des oligomeren Alkylsilans das Problem auf, dass bei der Mischung mit dem Beton viel Luft eingetragen wurde. Deshalb mussten die Projektbeteiligten einen geeigneten Entschäumer finden, den sie dem Pulver beigeben konnten.

Silansysteme kommen schon länger aufgrund ihrer wasserabweisenden Wirkung zum Einsatz. Darüber hinaus zeigen sie hervorragende Eigenschaften als Korrosionsschutzmittel. Bislang musste man dabei wegen der Alkoxygruppen der Silane allerdings immer einen hohen Anteil flüchtiger organischer Substanzen in Kauf nehmen. Die Projektbeteiligten dagegen konnten bei ihren oligomerisierten Alkylsilanen diese unerwünschten Emissionen um bis zu 85 Prozent reduzieren. Ein wichtiger Beitrag zu einer gesünderen Umwelt.

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