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Nano-Quarz-Gitter

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Fassadenbeschichtung mit Nano-Quarz-Gitter

Fachzeitschriften berichten seit zwei Jahren über eine neue Ära bei Fassadenbeschichtungen.

Das Stichwort lautet: Nano-Hybrid. Hier wird erläutert, was hinter dieser neuen Technologie steckt. Um neue Technologien angemessen einzuordnen, hilft ein Blick in die Vergangenheit. Die ersten Versuche, mit Farbe zu gestalten, wurden vor einigen zehntausend Jahren mit reinen Pigmenten ausgeführt, die in der näheren Umgebung an der Erdoberfläche gefunden und in Wasser verdünnt wurden. Für die Haltbarkeit der künstlerischen Darbietungen war von Vorteil, daß auf Kalksteinwänden gemalt wurde. Durch nachfolgende Bildung von Calciumcarbonat auf dem Stein verfestigten sich die Pigmente. Spätere Versuche wurden schon bewußt mit zusätzlichen eiweißhaltigen Bindemitteln wie Pflanzenharzen und -säften, aber auch Milcheiweiß ausgeführt. Die Farbentechnologie auf Basis von Pigmenten, Füllstoffen und Bindemitteln war erfunden.
Seit über tausend Jahren ist die Kalkfarbe in Deutschland als Fassadenfarbe bekannt. Hier wurde auf mineralischen Untergründen gelöschter Kalk aufgebracht, der gleichzeitig als Bindemittel und Pigment diente. Außerdem entstanden antibakterielle Innenbeschichtungen, die in der damaligen Wohnsituation ein willkommener Nebeneffektwaren. Im Fassadenbereich wurden die Putze durch diese zusätzliche Beschichtung langlebiger. Aufgrund der hohen Feuchteaufnahme hielten diese Farbanstriche jedoch nicht lange, so daß eine Überarbeitung schon nach wenigen Jahren notwendig wurde. Deshalb wurden über Jahrhunderte zahlreiche Versuche mit eiweißhaltigem Zusatzmittel ausgeführt, um durch sich bildende Kalkseife eine bessere Wasserbeständigkeit zu gewährleisten.
In der Barockzeit kamen aus China kleinere Gegenstände nach Europa, die aufwendig lackiert waren. Um solche Oberflächen auch hier herstellen zu können, wurden trocknende Öle wie etwa Leinöl als geeignetes Bindemittel verwendet. Da Leinölfarben eine geringere Wasserdurchlässigkeit als Kalkfarben hatten, wurden Fassaden in regenreichen Gegenden damit beschichtet. Die Beschichtungen waren zwar durchaus lange wasserabweisend, ließen jedoch in den Putz eingedrungene Feuchte nicht so leicht wie Kalkfarbe ausdiffundieren. Daraus resultierten Schäden.


Wasserglastechnologie

Nicht nur König Ludwig aus Bayern war beeindruckt von den Freskenarbeiten italienischer Künstler. Bei Fresken wird mit angeteigten Pigmenten direkt auf frischem Kalkputz gemalt, wobei die Pigmente aufgrund der Trocknung durch Calciumcarbonatbildung wetterfest eingebunden sind. Da Fresken nördlich der Alpen aber nicht so beständig waren wie im südlichen Klima, mußten beständigere Bindemittel her. Sie wurden mit Hilfe der Wasserglastechnologie entwickelt (19. Jahrhundert). Die zweikomponentige Silikatfarbe war geboren. Ergebnis war eine im Vergleich zu Kalkfarben deutlich bessere Wetterbeständigkeit. Allerdings zeigen diese Beschichtungen hohe Trocknungsspannungen, wodurch auf weichen, dünnen Putzen Rißbildungen entstehen können. Außerdem ist die Wasserdurchlässigkeit nicht wesentlich geringer als bei Kalkfarben.

Dispersionstechnologie

Im vergangenen Jahrhundert entwickelte der Chemiker Dr. Robert Murjahn die Dispersionstechnologie. Hierdurch können hoch wasserabweisende Fassadenbeschichtungen erreicht werden. Aufgrund der sehr einfachen, rationellen und gegenüber den bisherigen Technologien sehr gleichmäßigen Verarbeitung setzte sich diese Bindemittelart schnell durch. Jetzt konnten auch farbig sehr intensive Töne realisiert werden, die auf organischen Pigmenten beruhen. Mit Ausnahme der Leinölfarben war die Farbgebung zuvor auf rein anorganische Farbtöne beschränkt.
Der am Anfang der Dispersionstechnologie festgestellte hohe Wasserdampfdiffusionswiderstand konnte aufgrund geänderter Rezepturen mit der Zeit deutlich verbessert werden, so daß heute neben der hohen Wasserabweisung auch wasserdampfdurchlässige Beschichtungen gegeben sind. Auch konnte die bisherige Beschränkung auf mineralische Untergründe, wie es bei Kalk- und Silikatfarben notwendig war, durch diese Technologie aufgehoben werden. Nachteilig wirkt eine gering höhere Verschmutzungsneigung, die bei höheren Temperaturen durch eine thermoplastische Veränderung des Bindemittels verursacht wird. Die Dispersionstechnologie verbesserte auch die Wasserglastechnik, da durch geringe Zusätze einerseits die Wasserabweisung verringert und die Verarbeitung deutlich erleichtert werden konnte. Jedoch ist auch hier eine Beschränkung auf mineralische Untergründe gegeben. Die geringere Verschmutzungsneigung gegenüber der Dispersionstechnologie wird neben den mineralischen, nicht thermoplastischen Bestandteilen auch durch einen geringen Abbau der Oberfläche des Silikatbindemittels erzielt (Kreideeffekt).

Siliconharztechnologie

Mitte der 80er Jahre hielt die wasserverdünnbare Siliconharztechnologie Einzug. Hierbei wurden die Dispersionsfarben durch Zugabe von emulgiertem Siliconharz sowohl in der Wasserabweisung als auch in der Wasserdampfdurchlässigkeit nochmals deutlich verbessert. Diese Technologie beruht auf einer mit hohem Anteil an Pigmenten/Füllstoffen ausgerüsteten Dispersionsfarbe, die dadurch einerseits sehr offen für Wasserdampf, aber auch für Wasser ist. Die Siliconharz- Kombination wirkt der Wasseraufnahme entgegen. Dabei zeigte sich, daß durch ein gleichmäßiges Mischungsverhältnis der Bindemittel (50 : 50) eine optimale Bauphysik erreicht werden kann. Aufgrund des deutlich geringeren Dispersionsanteils verschmutzt diese Farbtechnologie mit am geringsten, da hier im Gegensatz zur Kalk- und Silikattechnologie kein Abbau der Beschichtung notwendig ist.
Seit Anfang dieses Jahrhunderts wurde die Silikattechnologie durch Kieselsol weiter vorangetrieben. Ähnlich wie bei Siliconharzen wird der Ausgangsstoff für Wasserglas, das Quarz (Silizium), chemisch verändert. Bei Siliconharz wird beim Siliziummolekül ein Sauerstoffatom gegen ein organisches Teilchen ausgetauscht, bei Kieselsol ist es ein alkoholisches Teilchen. Die Zugabe von Kieselsol zur Wasserglastechnologie eröffnet die Möglichkeit, auch auf organischen Untergründen eingesetzt zu werden. Sie nähert sich hierdurch der Siliconharzfarbe an.
Bisher gingen die erzielten Veränderungen der Farbrezepturen immer einher mit einer deutlichen Verbesserung in der Verarbeitung. Silikatfarben konnten die notwendigen Beschichtungsaufträge gegenüber der Kalkfarbe deutlich verringern, die Dispersionstechnologie ließ erstmals eine leichte Verarbeitung aus dem Gebinde und eine schnelle Verarbeitung mit der Rolle zu. Die Dispersions-Silikatfarben brachten diesen Vorteil auch in die Silikattechnik ein. Siliconharzfarben zeichnen sich durch sehr leichtgängige Beschichtungen aus. Auch die Kieselsolfarbe macht sich Vorzüge der Silikattechnologie durch erweiterte Einsatzmöglichkeiten zu eigen.


Nano-Quarz-Gitter Technologie

Handwerkliche Vorteile lassen sich jedoch nur noch in immer kleineren Schritten erzielen, da sich die Auftragsverfahren in den letzten 50 Jahren wenig verändert haben. Die jüngste wirkliche Neuerung nach dem Übergang von der Bürste zur Walze wurde durch die Nespri-Technologie entwickelt. Hierdurch ist erstmals ein nebelfreies Spritzen an Fassaden möglich. In Zukunft werden sich Änderungen der Produkte eher auf die Langlebigkeit der Beschichtung als auf direkt durch den Handwerker feststellbare Eigenschaften einer Farbe auswirken.
Seit etwa zehn Jahren wird intensiv über Verschmutzungseigenschaften von Fassadenfarben diskutiert. Die durch den Lotuseffekt ausgelöste öffentliche Debatte wurde dabei erstmals bis zum Endkunden des Handwerkers getragen und durch diesen aktiv gefördert. Neben der Verschmutzungsneigung von Beschichtungen wird seit Jahren zunehmend über einen organischen Befall von Fassaden durch Algen und Pilze gesprochen. Hausbesitzer möchten sich natürlich lange am erstellten Werk erfreuen. Vorzeitige Veränderungen durch natürliche Umwelteinwirkungen werden als störend empfunden. Da die Rechtsprechung hier bei Streitigkeiten das Erfolgssoll einer Werksleistung bewertet, ist dies nicht nur ein ärgerliches, sondern auch ein rechtliches Problem für den Handwerker geworden. Daher konzentriert sich die Forschung und oft auch die Rechtfertigung für bestimmte Technologien verstärkt auf dieses Thema.
Die Nano-Quarz-Gitter Technologie bietet für beide gerade beschriebenen Ansatzpunkte Lösungen. Gerade die in den 80er Jahren entwickelte und danach stetig optimierte Siliconharztechnologie erlaubt eine signifikante Verbesserung durch diese neue Bindemittelgeneration.
Bei den Siliconharzfarben unterteilt sich das Bindemittel in einen Anteil Siliconharz und einen Anteil Dispersion. Der prozentuale Anteil des Siliconharzes spiegelt dabei die Qualität des Produktes wider. Je höher dieser Anteil, desto besser die Bauphysik und damit auch die Qualität des Produkts. Bei mehr als 50 Prozent wird jedoch die Bindefähigkeit der Beschichtung negativ beeinflußt, wodurch der Zusatz bei hochwertigen Produkten hierauf beschränkt ist.
Der Dispersionsanteil beeinflußt daher nicht unwesentlich die Eigenschaften von Farben, unabhängig davon, ob es sich um Siliconharzfarben oder Dispersionsfarben handelt. Da hier noch Schwächen im Anschmutzverhalten gegeben sind, wurde intensiv an Verbesserungen geforscht. Eine Kombination der positiven wasserabweisenden und kreidungsbeständigen Eigenschaften der Dispersion mit den geringen Verschmutzungseigenschaften von mineralisch-anorganischen Bindemitteln wie den Kalk- und Silikatfarben wurde dabei schon seit langer Zeit favorisiert. In den letzten zehn Jahren wurden hierbei mehrere Wege beschritten.
Anfangs versuchte man, durch eine dünnfilmige Überarbeitung von Dispersionsfarben mit mineralischen Klarbeschichtungen eine „Mineralisierung“ der Oberfläche zu erreichen. Dabei erwies sich die zwar geringe, jedoch auffällig weißliche Eigenfarbigkeit der Klarbeschichtung auf farbigen Beschichtungen als nicht akzeptabel.
Deshalb wurden Mischungen der Produkte Dispersion und Wasserglas, im besonderen Kieselsol, getestet. Solche Mischungen zeigten jedoch nicht den gewünschten Effekt, da die kleinen Kieselsolteilchen (ca. 20 nm) anders als die Dispersionspartikel in den Zwischenräumen der größeren Dispersionskügelchen (einige hundert nm) „verschwinden“. Sie stehen daher nicht in ausreichendem Maße an der Oberfläche zur Verfügung, an der sie eigentlich wirken sollen. Eine signifikante Verbesserung ließ sich hierdurch nicht erzielen.
Erst die technische Voraussetzung einer untrennbaren chemischen Vernetzung der beiden Komponenten erlaubte die sichere Anwendung dieser Technologie. Dabei werden bei der Herstellung der Dispersion (Polymerisation) die silikatischen Teilchen umhüllt und fest eingebunden. Sie sind somit in den fertigen Dispersionsteilchen überall verteilt. Dabei enthält jedes Dispersionsteilchen unzählige mineralische Partikel. Da jedes Dispersionsteilchen, unabhängig davon, ob es sich an der Oberfläche oder in tieferen Schichten befindet, jetzt „mineralisiert“ wurde, kommen immer mineralische Partikel der Farboberfläche mit den äußeren Verschmutzungen in Berührung – und wirken hier wie eine „Mineralfarbe“. Gleichzeitig wirken die positiven Eigenschaften der Dispersion (sehr gute Haftung zur Oberfläche und den Pigmenten/Füllstoffen, sehr geringe Kreidung und sehr gute Wasserabweisung in den darunterliegenden Bereichen). Auch ein geringer Abbau der obersten Bereiche durch Umwelteinflüsse verändert diese Anordnung nicht, da alle darunterliegenden Teilchen ähnlich ausgerüstet sind. Somit ist eine langjährige Schutzfunktion gewährleistet.


Langjährige Schutzfunktion

Zudem bewirken die mineralischen Teilchen an der Oberfläche ein verändertes Verhalten der Dispersion gegenüber Wasser. Organische Dispersionen stoßen Wasser ab, mineralische Teilchen gliedern die Wasserteilchen an sich an. Dadurch ist eine Veränderung des Oberflächenwassers auf der Beschichtung feststellbar. Bei eher wasserabweisenden (hydrophoben) Oberflächen entstehen häufig nach Betauung bzw. nach Regen Wassertropfen, die aufgrund der großen Anzahl der darin gebundenen Wasseratome eine deutlich längere Trocknung benötigen, als das bei einem sehr dünnen, aber gleichmäßig über die gesamte Fläche verteilten Feuchtefilm (wenige Wasseratome) der Fall ist. Dieses gewährleisten die wasseranziehenden (hydrophilen), mineralischen Teilchen. In direkten Vergleichen mit hydrophoben Oberflächen ist dabei eine deutlich schnellere Abtrocknung der Oberflächenfeuchte festzustellen, wodurch die Verfügbarkeit der Feuchte für Algen und Pilze deutlich eingeschränkt wird. Eine erschwerte bzw. verzögerte Besiedelung durch diese Organismen ist somit gegeben.
Einen zusätzlichen Vorteil dieser neuen Technologie ist durch ein sehr klar auftrocknendes und wasserfestes Bindemittel gegeben. Aufgrund der geringen Quellfähigkeit verändern sich dunkle bzw. kräftige Farbtöne nicht. Dadurch ist einerseits eine Vergrauung der Farbtöne durch das Bindemittel und andererseits ein Weißanlaufen bei Feuchte nicht mehr gegeben. Hierdurch wirken Farbtöne bei gleicher Pigmentzugabe deutlich brillanter. Gerade in der heutigen Fassadengestaltung ist das ein nicht zu vernachlässigender Vorteil. Auch ist ein verändertes Brandverhalten dieser Bindemittel feststellbar. Aufgrund der Vernetzung (Gitterbildung) der mineralischen Teilchen untereinander weisen solche Bindemittel im Brandfall kein Abtropfverhalten auf. Dadurch wird die bisherige Problematik solcher Systeme im Außenbereich deutlich reduziert, gehende Anwendungen, gerade auch im Putzbereich, vorstellbar sind.


Fazit

Die neue Bindemittelgeneration wird in Zukunft die Dispersions- und Siliconharztechnologie grundlegend ändern. Verschmutzungen werden deutlich reduziert. Gerade in der vorteilhaften und seit Jahrzehnten erfolgreich bewährten Verbindung innerhalb der Siliconharztechnologie ergeben sich bauphysikalisch optimale, verschmutzungsresistentere und farbkräftigere Beschichtungen. Dieser Vorteil wurde in Kombination mit den bestehenden positiven Eigenschaften des Caparol Clean Concepts (Nanotechnologie in Verbindung mit der Photokatalyse) bei den Produkten AmphiSilan und ThermoSan umgesetzt. Noch langlebigere, weniger verschmutzungsanfällige und damit nachhaltigere Beschichtungen werden den Kunden in leuchtenden Farben überzeugen.
In der Diskussion um wirkstofffreie Beschichtungen gegenüber Algen und Pilzen wird gerade die Bauphysik als entscheidender Einflußfaktor angesehen. Dies ist in gewissem Umfang auch richtig und gilt für die Silikat- und Siliconharzfarbe. Durch die Nano-Quarz-Gitter Technologie wird dies nochmals positiv beeinflußt. Jedoch treten auch bei optimaler Verbesserung der bauphysikalischen Gegebenheiten auf der Gebäudeoberfläche Veralgungen und Verpilzungen auf, da Grenzen bei der Trockenhaltung von Fassaden gegeben sind. Fassaden, die durch Regen oder Tau lange genug Oberflächenfeuchte ausgesetzt sind, können durch rein bauphysikalische Verbesserungen nicht dauerhaft geschützt werden. Hier ist entsprechend dem heutigen Wissensstand nur durch Wirkstoffe eine ausreichende Sicherheit in der temporären Verhinderung möglich. Viele Fassaden, die nicht zu lange der Feuchte ausgesetzt sind, können durch bauphysikalische Optimierung dauerhaft vor Befall geschützt werden. Es obliegt jedoch dem Handwerker, die jeweilige Situation vor Ort einzuschätzen und abzuwägen, ob ein sicherer Schutz auch in den nächsten Jahren gegeben ist. Rechtliche Ansprüche gegen - über bauphysikalisch optimalen, aber nicht ausgerüsteten und damit auch nicht aus - gelobten Produkten werden hingegen nicht möglich werden. Hier bleibt zur Sicherheit nur die vom Hersteller gewährleistete Ausrüstung.

Alfred Lohmann
Quelle: 01/2009

Seit EInführung der Silikattechnologie wurden frühere Kalkanstriche häufig durch Silikatfarben ersetzt
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