Die Erfindung betrifft die Verwendung von Silikon zum Ausfüllen von Fugen in von Fahrzeugen befahrenen Böden.

Hintergrund

Silikone sind wärmebeständig, hydrophob, dielektrisch und gelten in der Regel als physiologisch verträglich (nicht gesundheitsschädlich), weshalb sie für den Hautschutz, die kosmetische Hautpflege und plastische Chirurgie genutzt werden. Zum Nachweis von Silikonen sind physikalische Analyseverfahren einsetzbar, z.B. die IR- Spektroskopie und die Pyrolyse-Gaschromatographie. Die Molekülgewichtsverteilung ist mittels Gel-Permeations-Chromatographie untersuchbar. Flüssige Silikone wurden früher in der Kosmetik zur Unterspritzung von Falten genutzt. Dieses Verfahren ist heute unüblich, da das Material zum Abwandem neigt, und sich dann an anderen Stellen als dem Injektionsort Granulome (kleine, nicht bösartige, aber störende Geschwülste) bilden. Für Silikon-Brustimplantate werden mit Silikongel gefüllte Silikonbeutel benutzt.

Doch nicht nur für Silikonbrüste wird das Material beim Menschen verwendet. Künstliche Herzklappen, Herzschrittmacher, Schwellkörperimplantate, Hautcremes, Gleitmittel für Spritzen usw. werden auch aus Silikon hergestellt. Silikone haben gegenüber kohlenstoffbasierten Kunststoffen den großen Vorteil, dass das menschliche Immunsystem kaum auf sie reagiert.

In der Zahnmedizin sind additions- und kondensationsvemetzende Silikone unerlässlich für die exakte Abformung der Zahnreihen und der Kiefer, um Präzisionsmodelle hersteilen zu können.

Bei der Plastination werden Silikonharze zur Imprägnierung von verweslichen biologischen Präparaten verwendet.

Im Kunstguss wird Silikon zur Herstellung einer Negativform für den späteren Abguss von Skulpturen und Reliefs verwendet. Silikon zeichnet sich dabei durch die

Abzeichnungsgenauigkeit von Oberflächendetails aus und ist beim Aushärten der gegossenen Form praktisch schrumpffrei. Die wohl bekannteste Verwendung findet sich im Baugewerbe als Dichtstoff zum Füllen von Fugen. Dort werden sie aber auch zur Herstellung von Abform- und Vergussmassen und als Beschichtungsmassen für Gewebe verwendet. Abschottungen aus Silikon dienen der Versiegelung von Durchbrüchen und Fugen in Wänden und Decken, die eine Brandrate aufweisen müssen. Hier dient das Silikon nicht allein als Abdichtung, sondern auch als Bestandteil eines Bauteils.

Formsilikone, Bausilikone, kosmetische Silikone usw. enthalten eine Vielzahl von Füllstoffen und Additiven. Sie verbessern deren spezifischen Eigenschaften, je nach gewünschter Modifikation.

Eine ganze Reihe von bautechnischen Anwendungen verlangt ein Höchstmaß an Festigkeit und Zugkraft sowie Unempfindlichkeit gegen mechanische Belastungen.

Stand der Technik

Die Verwendung von Zinkoxid, welches in Form von tetrapodenförmigen Kristallen vorliegt, ist z. B. in der EP 2 782 103 Al, allerdings für Lackdraht, und in der DE 10 2013 104 195 Al für optoelektronische Bauelemente beschrieben.

Die Nano-Zinkoxid-Tetrapoden (ZnO) sind Kristalle aus Zinkoxid mit einer Größe von mehreren Nano- bis wenigen Mikrometern, also wenige Tausendstel- bis Millionstel Millimeter klein. Sie haben die Form von Tetrapoden, vier starren Armen, die von einem zentralen Punkt ausgehen. Größere Tetrapoden von mehreren Metern kennt man als Wellenbrecher zum Küstenschutz von Sylt oder Helgoland, wo sich die Arme ineinander verhaken und so den Kräften der Meeresströmungen trotzen.

Die Arme der Tetrapoden verhaken sich wie Heftklammern ineinander und bilden so einen festen Verbund.

Nano-Zinkoxid-Tetrapoden sind nadelförmige Kristalle, hergestellt aus Zinkmetalldampf und Sauerstoff. Dabei wachsen sie in Richtung der C-Achse des jeweiligen sechseckigen Kristalls des Zinkoxids aus allen der vier sich gegenüberliegenden Oberflächen eines Achtecks. Der Kristall findet Verwendung in Filtern mit sehr guten Filter- und Staub Sammlungseigenschaften aufgrund seiner Form, guter Lichtkatalysator Aktivierung aufgrund seiner Halbleiter- und UV- Lichtaufnahmeeigenschaften sowie als antibakterielles Material (Zinkionen-Effekt). Eigenschaften:

Materialname: Zinkoxid Chemische Formel: ZnO Molekül Struktur: Einzelkristall (Nadelform)

Form: Tetrapoden-Form (vier Füße)

Durchschnittliche Länge eines Fußes: 10 pm bis 20 pm Spezifisches Gewicht: 5,78 Relative Dichte: ca. 0,1 Schmelzpunkt unter Druck: 2.000 °C Spezifische Hitze: 0,1248 cal/g * Grad Wärmeleitfähigkeit: 25,3 W/m * k Wärmeausdehnungskoeffizient: 3,18x 10-6rc Reflexionsindex: 1, 9-2,0 Elektrische Leitfähigkeit (2,4x 1010 Hz): e = 8,5 Volumenwiderstand: ca. 10 W * cm

Die Arme der Tetrapoden-Heftklammem verhaken sich ineinander und bilden so einen festen Verbund.

Aus der EIS 2011 / 0 315 914 Al ist ein Nanokomposit mit hoher Dielektrizitätszahl bekannt, welches aus mindestens je einem ferroelektrischen Füllmittel und einem nicht-ferroelektrischen Füllmittel besteht, welche dispergiert in einem Bindemittel vorliegen. Das Bindemittel kann aus Silikon bestehen. Das nicht-ferroelektrische Füllmittel kann aus Nano-Zinkoxid-Tetrapoden bestehen. Eine mögliche Verwendung als Beschichtungsmittel zum Ableiten von Elektrostatik wird angedeutet.

Aus der DE 102015 203 914 Al sind elastomere Artikel bekannt, die aus einer Gummimatrix, einem Bauteil und einem diese beiden verbindenden Haftsystem mit Haftvermittler bestehen. Die Verbindung der Teile wurde bisher eher durch chemische

Reaktionen als durch Formschlüsse erreicht. Verwendet man Nano-Zinkoxid- Tetrapoden als Haftvermittler, erreicht man einen Formschluss und somit auch eine bessere Haftung. Der aus der DE 102015 203 914 Al bekannte elastomere Artikel besteht aus einer

Gummimatrix und einem Bauteil, die über eine Haftvermittler Schicht verbunden sind. Die Haftvermittlerschicht enthält Nano-Zinkoxid-Tetrapoden. Indirekt wird darauf hingewiesen, dass durch Nano-Zinkoxid-Tetrapoden auch Silikon und Teflon miteinander verbunden werden können.

Zusammengefasst wird hier ein Bauteil in oder an eine Gummimatrix vulkanisiert, indem das Bauteil mit einer Nano-Zinkoxid-Tetrapoden enthaltenden Haftschicht versehen wird, welche dann mit der Gummimatrix durch Vulkanisation verbunden wird. Das Bauteil, die Gummimatrix und die Haftschicht bilden zusammen den elastomeren Artikel.

Nano-Zinkoxid-Tetrapoden und Methyl-Vinyl-Silikon-Gummi werden in der CN 106977824 A als optionale Bestandteile für eine hitze- und altersresistente Gummidichtung für Plattenwärmetauscher verwendet.

Ein in der CN 108944810 A genanntes Scheibenwischerblatt besteht u.a. aus einem „schabenden Teil“, welches u. a. Nano-Zinkoxid-Tetrapoden und/oder eine Silikon- Gummi-Zusammensetzung enthalten kann.

Aufgabe und Lösung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung: Es sollen die Festigkeit, insbesondere die Kerbfestigkeit, und die Zugkraft des Silikons sowie dessen Unempfindlichkeit gegen mechanische Belastungen verbessert werden.

Diese Aufgabe wird bei der Verwendung von Silikon zum Ausfüllen von Fugen in von Fahrzeugen befahrenen Böden erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Silikon Zinkoxid enthält, welches in Form von tetrapodenförmigen Kristallen vorliegt.

Das Nanokomposit aus der US 2011 / 0315 914 Al wird nicht konkret für Fugen verwendet.

Der elastomere Artikel aus der DE 102015 203 914 Al enthält Nano-Zinkoxid- Tetrapoden nicht explizit als Additiv zu Silikon. Insbesondere wird eine Verwendung einer Mischung aus Silikon mit Nano-Zinkoxid-Tetrapoden zum Ausfüllen von Fugen nicht erwähnt.

Auch in der CN 106977824 A wird eine Verwendung einer Mischung von Silikon mit Nano-Zinkoxid-Tetrapoden zum Ausfüllen von Fugen nicht genannt. In der CN 108944810 A wird ebenso keine Verwendung einer Silikon-Nano-Zinkoxid- Tetrapoden-Mischung zum Ausfüllen von Fugen erwähnt. Die erfindungsgemäße Verwendung der Silikon-Nano-Zinkoxid-Tetrapoden-Mischung zum Ausfüllen von Fugen war für einen Fachmann auch bei Kenntnis der oben genannten Druckschriften nicht naheliegend. Denn die erfindungsgemäße Verwendung zum Ausfüllen von Fugen in von Fahrzeugen befahrenen Böden erfordert eine erhöhte Kerbfestigkeit der Fugenmasse, auf die als besondere Eigenschaft der Mischung von Silikon mit Nano-Zinkoxid-Tetrapoden in den Druckschriften nicht hingewiesen wird.

Der Fachmann hatte daher keinen Anlass, die Eignung einer Mischung von Silikon mit Nano-Zinkoxid-Tetrapoden für die Verwendung zum Ausfüllen von Fugen in von Fahrzeugen befahrenen Böden zu prüfen.

Vorteile der Erfindung Unter anderem werden die folgenden Vorteile erreicht: Additive werden eingesetzt, um einen positiven Effekt auf Herstellung, Lagerung, Verarbeitung oder Produkteigenschaften während und nach der Gebrauchsphase zu erreichen. Im Gegensatz zu Füllstoffen tragen Additive meist nur wenige Prozent zum Gesamtvolumen bei und sind im Material sehr fein verteilt. Additive sorgen z.B. für Glanzeffekte, verschiedene Viskositäten, höhere

Bewegungsaufnahme, verbesserte Klebkraft usw. Durch das Einbringen von Nano Zinkoxid Tetrapoden in Silikon oder Dichtstoffen wie Polyurethandichtstoffe, Dichtstoffe auf Basis silanmodifizierter Polymere, Butyldichtstoffe, Acryl atdichtstoffe usw. wird vor allem eine höhere Reißkraft und eine bessere Kerbfestigkeit erzielt.

Das erfindungsgemäße Additiv, nämlich Zinkoxid, welches in Form von tetrapodenförmigen Kristallen vorliegt, schafft eine bis zu 70 % höhere Reiß- und Zugkraft im Gegensatz zu Silikondichtstoffen ohne diesen Zusatz. Die prozentualen Gewichtsanteile in der Herstellung der Silikonmischungen (Dichtstoffe) liegen unter einem Prozent. Dies ist sehr abhängig von der gewünschten Einstellung des Dichtstoffmaterials.

Weitere Vorteile:

• Präzise Gussstabilität (Gussteile)

• Bleibender Druckwiderstand (Dichtringe)

• Ab rieb widerstand (Kugellager, Zahnräder)

• Mikro Verstärkung (Kleber)

• Filter

• Antialgen und antibakterielle Eigenschaften (Farbe, Kunstharz, Wasser)

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.

Versuchs- und Vergleichsbeispiele

In den folgenden Ausführungsbeispielen und Versuchsreihen wurden Nano-Zinkoxid- Tetrapoden der Firma Tianjin YR Chemspec Co., Ltd. verwendet.

Eingesetzt wurden

180 mm x 18 mm x 2 mm Silikonstreifen ohne Additiv

180 mm x 18 mm x 6 mm Silikonstreifen ohne Additiv

180 mm x 18 mm x 2 mm Silikonstreifen mit Additiv 180 mm x 18 mm x 6 mm Silikonstreifen mit Additiv

Zugstrecke der Silikonstreifen ohne und mit Additiv: 300 mm

Verhalten des Teststreifens (180 mm x 18 mm) bei unterschiedlichen Anteilen des Additivs: Zugkraft in Newton

Anwendungsbeispiele

Die Nano-Zinkoxid-Tetrapoden besitzt eine höhere Körperstabilität, welche besonders bei geringerer Schichtdicke Vorteile verschafft.

Vorteil ist z.B. Unempfindlichkeit gegenüber mechanischen Einflüssen, weniger Abrieb.

Silikon mit Nano-Zinkoxid-Tetrapoden kann als Dichtstoff an besonders exponierten Stellen (Tiefgarageneinfahrten, stark befahrenen Bereichen) eingesetzt werden. Vorteil ist z.B. Unempfindlichkeit gegenüber mechanischen Einflüssen, weniger Abrieb.

Ein weiterer Vorteil ist die antibakterielle Eigenschaft, was den Einsatz in Krankenhäusern oder Großküchen möglich macht. Durch die antibakterielle Eigenschaft der Zinkoxid-Tetrapoden wird eine Schimmelresistenz des Silikons erreicht.

Weitere Vorteile sind, dass durch die Zugabe der Zinkoxid-Tetrapoden eine hohe UV- Stabilität und dass eine bessere Beständigkeit gegen Scherkräfte erreicht wird.

Weiter zeichnet sich das mit dem erfindungsgemäßen Additiv versehene Silikon durch eine hohe Kerbfestigkeit aus, was insbesondere bei der Anwendung an Fugen mit einer hohen mechanischen Belastung und/oder einer hohen Reinigungsintensität wichtig ist.