Eine vergleichende Untersuchungsreihe zwischen silanbasierten Grundierungen und herkömmlichen 1K-PU und 2K-Epoxy-Systemen stellte Dr. Holger Wickel auf der diesjährigen TKB-Tagung in Köln vor.
Es sind Formulierungen mit einer ausgezeichneten Performance in der Pipeline. Das verspricht zumindest Holger Wickel. Der promovierte Chemiker und Laborleiter Forschung & Entwicklung bei der Bona GmbH Deutschland begann die Vorstellung seiner Untersuchungsergebnisse mit der allgemeinen Feststellung, dass viele Schadensfälle durch Feuchtigkeit aus dem Untergrund mit der Folge großer Scherkräfte durch zwangsläufig quellendes Parkett entstünden. Insbesondere dann, wenn die Oberfläche des Untergrundes zu schwach wäre. Gerade hygroskopische Baustoffe wie Holz zeigten aufgrund ihres Quell- und Schwindverhaltens gegenüber dem aufgenommenen bzw. abgegebenen Wasserdampf, der entweder aus der Atmosphäre oder dem Untergrund komme, dieses praxistypische Verhalten.
Grundierungen seien deshalb nicht nur hinsichtlich der Staubbindung, sondern auch wegen ihrer wirksamen Eigenschaften als Wasserdampfbremse bzw. der Untergrundverfestigung eine wichtige Komponente im Fußbodenaufbau. Dabei sei das Vermögen, sich den beschriebenen Erscheinungen zu widersetzen, bei den einzelnen Grundierungstypen je nach chemischer Zusammensetzung unterschiedlich ausgeprägt.
Wegen ihres Grundgerüstes und ihres Aushärtungsmechanismus würden die 1K-PU-basierten Grundierungen ein engmaschiges Netzwerk mit harten Eigenschaften ausbilden, die mit Härtern reagierenden 2K-Epoxide wären demgegenüber etwas einfacher gestrickt, bildeten allerdings ebenfalls ein sehr engmaschiges Netzwerk mit harten Eigenschaften, während die Silane durch längere, flexible Ketten eine weitmaschigere Gestaltung ausbilden würden und damit in ihrem Verhalten als weicher zu bezeichnen wären, beschrieb Wickel anhand von Formeln die Reaktionsfolgen der einzelnen Grundierungstypen schematisch (siehe Abbildung Aushärtemechanismus auf Seite 38).
Grundierungen würden zumeist auf Zementestrichen eingesetzt, die ihrerseits zwar feuchtigkeitsunempfindlich, wasserfest und mit allen Klebstoffen kompatibel wären, oft jedoch gleichzeitig uneben und mit Schwunderscheinungen und Rissen behaftet. In diesem Spannungsfeld müssten die Grundierungen
ihre verschiedenen Aufgaben erfüllen.
Was taugen die Typen?
Um ihre Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Wasserdampfdiffusion-, der Haftzug- und der Scherfestigkeitsverbesserung miteinander vergleichen zu können, hat Wickel verschiedene Grundierungstypen geprüft. Zur Anwendung kamen zwei unterschiedliche 1K-PU; zwei 2K-Epoxy-basierte und vier verschiedene Produkte auf Silanbasis. Bei den silanbasierten Produkten wurden zwei im Markt befindliche Verkaufsprodukte (A+B) herangezogen und zwei Produkte (C+D), die sich noch im Entwicklungsstadium befänden und je nach Verhalten auf die Marktreife vorbereitet würden. Untersucht wurden die Grundierungen auf Normzementestrichen CEM II/A – LL 32,5 R aus Portlandzementklinker und Kalksteinmehl mit unterschiedlichen Wasserzementwerten.
Zunächst galt es, das Wasserdampfdiffusionsverhalten zu untersuchen. Es stellte sich heraus, dass die engmaschig vernetzten Epoxdharze erwartungsgemäß die Wasserdampfdiffusion nur sehr zeitverzögert zuließen, während die silanbasierten demgegenüber etwas schnellere Wasserdampfdiffusuion erlaubten mit allerdings guter Performance bei den Entwicklungsprodukten (D), während die 1K-PU-Grundierungen einen vergleichsweise raschen Wasserdampftransport erlaubten. Das wiederum bedeutete, dass die Sd-Werte der Epoxy-Grundierungen sehr hoch, die der PU-Grundierungen in
dieser Versuchsreihe klein und die der silanmodifizierten sich insgesamt dazwischen einpendelten. Aus diesen Werten ergeben sich beispielsweise die vergleichsweise hohen Werte der CM-%-Freigaben der Epoxidharze, erläuterte Wickel (vgl. Abb. Wasserdampfdifussion Seite 38).
Des Weiteren untersuchte Wickel die mechanischen Eigenschaften der mit den verschiedenen Grundierungen versehenen Estriche. Um die Funktionsweise der Grundierungen nachzustellen, wurden sie auf bewusst schwach hergestellten Estrichoberflächen aufgebracht und untersucht.
Die Prüfung der Oberflächengüte erfolgte mit einem RiRi-Federmessgerät analog dem TKB-Merk blatt 8 mit einer mittleren Federeinstellung, die funktionsgemäß frequentierten Flächen wie in Schulen, Gaststätten oder Büros entsprach. Haftzugwerte wurden mit dem PressoMess-Prüfgerät ermittelt.
Auch hier zeigten die Epoxidharze speziell bei oberflächenschwachen Estrichen signifikant verbesserte Haftzugwerte, wobei beide untersuchten Grundierungen in etwa das gleiche Niveau erreichten. Die marktgängigen silanbasierten Produkte zeigten kaum Verbesserungen und beließen die Oberflächenfestigkeiten nahezu auf dem Niveau unbehandelter Estrichoberflächen, während ein Entwicklungsprodukt (D) eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Haftzugfestigkeit erbrachte, die sogar in den Bereich der Epoxyharze vorstieß. Die dünnflüssige und dadurch besser in die Estrichoberfläche eindringende Formulierung der Silangrundierung schien der entscheidende Faktor, um die Funktionstüchtigkeit hinsichtlich der Verbesserung der Haftzugfestigkeit des Untergrundes herzustellen.
Ähnliche Abhängigkeiten zeigten die PU-Produkte, die ebenfalls in speziell dünnflüssiger Einstellung bei „bröseligen“ Oberflächeneigenschaften der Estriche ihre Leistungsfähigkeit entfalten konnten, während sie bei dem oberflächenfesteren Estrich keine verbessernde Wirkung zeigten. (siehe Abbildung PressoMess-Ergebnisse Seite 38).
Die Prüfungen der Scherfestigkeiten, ebenfalls durchgeführt nach der PressoMess-Methode, brachten ähnliche Ergebnisse. Die Wirkungsweise wurde in Abhängigkeit von der erreichten Verbesserung der Scherfestigkeit in „unbrauchbar“ (<0,8 N/mm²) bis „extrem hochbelastbar“ (>3,5 N/mm²) eingestuft. Die herangezogenen PU-Grundierungen hoben die Festigkeit Richtung „bedingt brauchbar“ an, wobei die Effekte zwischen Estrichtyp 1 und 2 nur minimal unterschiedlich waren.
Die 2K-Epoxydharz-Grundierungen bewirkten signifikante Verbesserungen in Richtung „bedingt“ bis „gut brauchbar“ mit deutlich unterschiedlichen Auswirkungen je nach Estrichzusammensetzung.
Die marktgängigen Silangrundierungen hielten die Festigkeit auf gleichem Niveau, Entwicklungsprodukt C brachte eine Verbesserung ähnlich niedrig wie bei 1K- PU, Entwicklungsprodukt D ergab jedoch einen deutlichen Effekt in Richtung 2K-Epoxy.
Aus alledem folgerte Wickel, dass sich Silangrundierungen als Dampfbremse mittlerweile ganz allgemein bewährt hätten. Es gäbe auch keine Limitierungen der Auftragsmenge durch CO²-Blasenbildung, die bei dem Prozess unvermeidlich wäre. Sensibilisierende Wirkungen seien nicht zu erwarten, wobei reaktionsbedingte Methanolabspaltungen sich in beherrschbaren Grenzen bewegten.
Es gäbe bei den heute üblichen Produkten zwar keine Verfestigung bei schwachen Estrichen, allerdings hätte es sich gezeigt, dass künftig Formulierungen auf Silanbasis mit guter verfestigender Wirkung durchaus möglich wären.