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Silicone im Bautenschutz |
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Materialien, Chemikalien, Zeitbedarf |
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- 1 Tropfpipette
- Gasbetonstein
- Blumentopf (Tonkeramik)
- Stück Beton
- Kerze
- Becherglas
Für die Imprägnierung der Baustoffe ist mit
einem Zeitbedarf von ca. 5 Minuten zu rechnen. Das Trocknen der verwendeten
Baustoffe dauert ungefähr einen Tag. |
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Versuchsdurchführung und -beobachtung |
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Als erstes muss die
Microemulsion frisch hergestellt werden. Hierfür wird ein Becherglas
mit 100 - 200 ml Wasser gefüllt und 1/10 der Masse des Wassers
an Konzentrat der Microemulsion Silres® 1311 unter Rühren
zugegeben.
Es bildet sich eine gelblich weiße Emulsion (siehe Bild rechts).
Danach kann z.B. der im WACKER-Schulversuchskoffer mitgelieferte Gasbetonstein, ein kleiner Blumentopf oder ein Betonstück
mit der Emulsion imprägniert werden.
Dazu wird der Gegenstand für 5 Minuten zur Hälfte in die
Emulsion eingetaucht. Die eingetauchten Gegenstände werden ca.
einen Tag lang an der Luft getrocknet. Zusätzlich wird mit einer
Kerze ein Teil des Betonstücks mit einer Paraffinoberfläche
imprägniert.
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Nach der Trocknung
tropft man jeweils einen Tropfen Wasser auf die imprägnierte
und die unbehandelte Oberfläche. Beim Auftropfen von Wasser
bildet sich auf den imprägnierten Oberflächen ein
Wassertropfen (vgl. auch Versuch "Hydrophobe
Eigenschaften von Siliconölen"). Dies ist besonders
eindrucksvoll, wenn der Wassertropfen genau über einer
großen Pore des Gasbetonsteins steht. Beim Anwinkeln des
Baustoffs ist gut zu beobachten wie der Wassertropfen von der
Oberfläche abperlt.
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Wassertropfen auf siliconisiertem Gasbetonstein |
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Auf dem mit Paraffin
überzogenen Betonstein ist Gleiches zu beobachten. Im Gegensatz
dazu saugen die unbehandelten Oberflächen das Wasser auf.
Auch kann beobachtet werden, dass die Paraffinimprägnierung
abkratzbar ist und dadurch der hydrophobe Effekt verloren geht.
Die Siliconschicht kann dagegen nicht abgekratzt werden, die
wasserabweisende Eigenschaft bleibt erhalten. |
| Wassertropfen auf siliconisierter (links) und
paraffinierter (rechts) Betonoberfläche |
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Versuchsauswertung |
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Bei der verwendeten Microemulsion sind die
Siliconteilchen in Form von kleinen Teilchen im Wasser verteilt. Der Teilchendurchmesser
liegt dabei bei ca. 10-6 cm.
Durch die geringe Teilchengröße wird eine hohe Eindringtiefe
in den Baustoff gewährleistet. Beim abschließenden Trocknen des
Baustoffs verdunstet das Wasser und es bleibt eine hydrophobe Siliconschicht
zurück.
Auch Paraffin wirkt stark hydrophob. Da Paraffine in der Regel nicht so
spreitungsfähig wie die Silicone sind und eine größere Oberflächenspannung
besitzen, dringen die Paraffinteilchen nicht so tief in den Baustoff ein.
Die Moleküle aus dem Paraffin bestehen im Gegensatz zu Silicon-Molekülen
ausschließlich aus hydrophoben Teilen und können nicht so gut
mit der Oberfläche der anorganischen Baustoffe wechselwirken (vgl.
auch Versuch "Hydrophobe Eigenschaften von Siliconölen").
Bei den unbehandelten Oberflächen kann das Wasser leicht in den Baustoff
eindringen und in den Poren gespeichert werden. |
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Tipps und Anmerkungen |
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- Durch Färben des Wassertropfens mit Methylenblau-Lösung
können die Konturen des Wassertropfens verschärft und somit
die Beobachtung vereinfacht werden.
- Die imprägnierten Oberflächen können für Demonstrationszwecke
über Jahre aufbewahrt werden.
- Die Emulsionslösung ist nur für etwa 24h stabil, danach
treten Wirksamkeitsverluste auf.
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Mit diesem Versuch kann die Relation Stoffeigenschaften
- Teilchenstruktur (hier: Wechselwirkungen zwischen Teilchen als Ursache
für die Hydrophobie bzw. Hydrophilie) exemplarisch demonstriert werden.
Darüber hinaus kann auf Microemulsionen eingegangen werden.
Der Versuch hat einen ausgeprägten Alltagsbezug. Im Chemieunterricht
bietet es sich an, zuerst den Versuch "Hydrophobe
Eigenschaften von Siliconölen" durchzuführen, um die
hydrophoben Eigenschaften von Siliconen zu erarbeiten und dann den hier
beschriebenen Versuch mit Gasbetonsteinen anzuschließen, um die praktische
Anwendung des erarbeiteten Wissen zu demonstrieren. Nach der Methode des
Lernens in Stationen könnten beide Versuche durch Schülergruppen
durchgeführt werden. |
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Ergänzende Sachinformationen |
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| Feuchtigkeit ist eines der gravierendsten
Probleme für Planer, Baubeauftragte und Hausbesitzer beim wirksamen
Schutz von Gebäuden. Die meisten silicatischen Baustoffe, wie z.B.
Beton, Ton und Zement sind mehr oder weniger porös. Sie haben daher
einen relativ hohen Wärmedämmwert und ermöglichen den für
ein gesundes Wohnklima unbedingt erforderlichen Gasaustausch. |
| Bei Wasseraufnahme der
Baumaterialien werden diese Hohlräume mit Wasser gefüllt
und die thermische Isolierfähigkeit geht verloren. Die Wasseraufnahme
kann dabei in flüssiger Form (Regenwasser, Sickerwasser usw.)
oder als Wasserdampf (Kapillarkondensation usw. erfolgen. Bei länger
anhaltender Durchfeuchtung treten Feuchtigkeitsschäden auf, wobei
im Wechsel von Durchfeuchtung und Trocknung die Baustoffe stark beansprucht
werden. Beim Quellen und Austrocknen entstehen Spannungen, die in
den meist sehr spröden Materialien Risse und Spalten entstehen
lassen. Weitere Feuchtigkeitsschäden können der Abbildung
auf der rechten Seite entnommen werden. Aufgrund ihrer hydrophoben
Eigenschaften eignen sich Silicone und insbesondere Siliconöle
sehr gut zum Schutz der Baustoffe vor Wasseraufnahme. Die im Versuch
eingesetzte Silres® ist eine Silicon/Wasser Microemulsion, die
eine hohe Wirksamkeit, gute physiologische Verträglichkeit, hohe
Eindringtiefe (auch bei nassem Mauerwerk) und gute Umweltverträglichkeit
(da lösemittelfrei) gewährleistet. |
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Abb. 1: Feuchteschäden an Fassaden |
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Literatur |
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| W. Held et al.,
Begreifen und verstehen - Schulversuche mit WACKER-Produkten (Begleitheft
zum WACKER-Schulversuchskoffer), Wacker Chemie AG, München, 2007, S. 34-39 |
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