Hydrophobieren

Hydrophobieren von Marmorsteinen
Hydrophobieren von Marmorsteinen

Unter Hydrophobie (griech. hydor=Wasser und phobos=Furcht) versteht man die stark wasserabweisende Eigenschaften eines Materials oder einer Oberflächenschicht. Die Moleküle dieses Materials mischen sich nicht mit Wassermolekülen, sondern lassen es abperlen. Einige wenige Materialien sind von Natur aus mit einer hydrophoben Oberfläche ausgestattet, in den allermeisten Fällen wird aber eine hydrophobe Schicht (Hydrophobierungsmittel) auf bestimmte Materialien absichtlich aufgebracht, um die Materialoberfläche wasserabstoßend zu machen (Imprägnierung).

Durch die wasserabweisende Beschichtung wird verhindert, dass Wasser in das Material (z. B. einen Baustoff) eindringt und ihn durchfeuchtet. Durchfeuchtungen sind in vielen Fällen stark nachteilig – einerseits kann das eingedrungene Feuchtigkeit bei Frost gefrieren und durch die Volumenausdehnung beim Gefrieren am Material Abplatzungen (Frostschäden) verursachen, andererseits verlieren durchfeuchtete Materialien ihre wärmedämmenden Eigenschaften (Wasser ist ein guter Wärmeleiter). Bei allen Baustoffen werden durch eindringendes Wasser auch Verwitterungsprozesse beschleunigt.

Welche Materialien kann man hydrophobieren?

Damit ein Material durch Aufbringen von Hydrophobierungsmitteln wasserabweisend gemacht werden kann, also imprägnierbar ist, muss es zwei grundlegende Eigenschaften aufweisen:

  • es muss porös sein
  • es muss saugfähig sein

Ist nur eine der beiden Eigenschaften nicht gegeben, kann das Material nicht imprägniert werden.

Anwendbar ist das Hydrophobieren damit bei:

  • Beton (im Innen- und Außenbereich, auch bei Gebäudestrukturen)
  • Holz (etwa im Schiffsbau aber auch an Gebäuden)
  • alle Textilien und Leder
  • Fliesen, Armaturen, Waschbecken, Duschwände
  • die meisten Wandbaustoffe (Ziegel, Kalksandsteine, Ziegelmauerwerk, gipsbasierte Baustoffe allerdings nicht)
  • viele Fassadenbaustoffe (Fassaden-Putze, Silikatfarben für Fasaden, Mörtel)
  • Natursteine (wenn sie sich dafür eignen)

Eine sehr häufige Anwendung von Hydrophobierungsmitteln findet bei denkmalgeschützten Gebäuden und allgemein bei Denkmälern statt. Durch das Hydrophobieren der Fassade oder von Oberflächenschichten versucht man, die fortschreitende Verwitterung der Baustoffe aufzuhalten und die Bausubstanz zu konservieren.

Ein sehr wichtiger Aspekt beim Hydrophobieren von Oberflächen ist dabei, dass die Dampfdiffusionsfähigkeit erhalten bleiben muss. Damit kann bereits im Inneren befindliche Feuchtigkeit noch ungehindert entweichen (abtrocknen), während gleichzeitig aber durch das Hydrophobieren das Eindringen von neuem Wasser in das Material verhindert wird.

Wirkungsweise

Chemisch beruht die Wirkungsweise auf einem Herabsetzen der Oberflächenenergie des Materials. Die Oberflächenenergie ist dann geringer und es können sich zwischen den Material-Molekülen und dem Wasser keine Bindungen mehr ausbilden, das Wasser wird daher abgestoßen, weil die Oberflächenenergie und die Anziehungskraft des Materials deutlich geringer ist als die Oberflächenspannung des Wassers.

Eine einfache Anwendung dieses Effekts ist der Lotoseffekt: Hier ist die Oberfläche mit bestimmten Strukturen (Nano-Strukturen) so geformt, dass die Anhaftung von Wasser stark erschwert wird (geringe Benetzbarkeit der Oberfläche). Nach diesem Prinzip der mikrostrukturierten Oberfläche schützen sich Pflanzen (Lotosblume, aber auch Kapuzinerkresse oder Kohl) vor dem Anhaften von Wasser und darin befindlichen für die Pflanze schädlichen Mikroorganismen. Auch viele Insektenflügel besitzen eine ähnlich strukturierte Oberfläche (zusätzliches Gewicht von anhaftendem Wasser würde die Flugfunktion beeinträchtigen).

Die Wirkungsweise von Siloxanen beim Hydrophobieren beruht auf einer zweiseitigen Funktion des Moleküls: eine Seite ist wasseranziehend (hydrophil), die andere wasserabstoßend (hydrophob). Die hydrophile (wasseranziehende) Seite stellt eine feste Bindung zu mineralischen Baumaterialien her, die wasserabweisende Seite zeigt nach außen und stößt auftreffendes Wasser (z.B. bei Beregnung der Oberfläche) ab.

Da die Siloxan-Moleküle sehr klein sind, werden sie beim Hydrophobieren über kapillare Anziehungskräfte bis in die Tiefe der Poren des Baustoffs gesaugt. Sie verhindern auch dort die Wasseraufnahme, Baustoffe können so bis zur Eindringtiefe der Moleküle auch innerhalb der Poren hydrophobiert werden. Auch in der Tiefe der Poren erfolgt durch das Hydrophobieren dann keine Wasseraufnahme.

Je größer die Saugfähigkeit des Baustoffs desto mehr Hydrophobierungsmittel muss dabei angewendet werden – bei Natursteinen kann sich je nach Steinart die nötige Auftragsmenge zwischen 0,5 l und 3 l bewegen.

Übliche Hydrophobierungsmittel

Grundsätzlich beruhen alle schichtenbildenden Hydrophobierungsmittel auf organischen Silicium-Verbindungen. Dabei kann man aber verschiedene Substanzengruppen unterscheiden:

  • Alkoxysilane
  • Akoxysiloxane
  • Silikonharze (Alkylpolysiloxane)
  • Alkalisiliconate

In den meisten handelsüblichen Produkten kommen mehrere dieser Wirkstoffe vor, dazu eine beträchtliche Zahl an Zusatz- oder Hilfsstoffen. Die Wirkungsweise ist im Detail zwar unterschiedlich (Reaktion mit dem Feuchtegehalt des Baustoffs, durch Verdunsten eines beigefügten Lösungsmittels oder Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft), am Ende ensteht aber immer ein wasserabweisendes Silikonharz. Die entstehenden Moleküle können aber unterschiedlich groß sein, was am Ende auch eine gewisse Auswirkung auf die Eindringtiefe und den Grad der Wirksamkeit der Imprägnierung haben kann.

Produkte im Handel sind entweder Pasten, wasserbasierte oder lösemittelhaltige Lösungen oder wasserbasierte Emulsionen.

Vor- und Nachteile durch das Hydrophobieren

Ein ganz wesentlicher Vorteil beim Hydrophobieren besteht ganz sicher im Schutz des Baustoffs vor eindringendem Wasser und damit vor Verwitterung, Rissbildungen und Frostschäden (Abplatzungen). Ebenfalls sehr vorteilhaft ist, dass sich durch die Abstoßung des Wassers auch kaum Schmutz, Salze, Algen oder Pilze an der Oberfläche anlagern. Nach jedem Regenguss ist die Oberfläche wieder völlig sauber. Damit erspart man sich auch viel aufwendige Reinigungsarbeit – das gilt auch im Innenbereich, etwa bei Fliesenspiegeln oder in der Dusche. Abspülen mit Wasser entfernt bereits so gut wie jeden Schmutz, nichts kann anhaften.

Auch das Quellen und Schwinden von „saugenden“ Baustoffen und das Eindringen und Anlagern von Schadstoffen in das Innere des Baustoffs wird unterbunden. Durch das ständige Trockenbleiben der hydrophobierten Baustoffe werden auch Schwankungen in der Wärmeleitfähigkeit (Verlust der Dämmfähigkeit) vermieden sowie gefährliche Schwankungen in der Festigkeit des Baustoffs bei Feuchtigkeitsaufnahme. Diese Faktoren sind besonders bei der Bauwerkserhaltung sehr wichtig, viele schädliche klimatische Effekte werden dadurch vermindert.

Als nachteilig ist zu sehen, dass sich die tatsächliche Wirkung und Wirksamkeit eines Mittels nicht direkt überprüfen lässt. Hydrophobierungsmittel mit sehr geringem Wirkstoffgehalt oder geringer Wirksamkeit erkennt man am Anwendungsergebnis nicht. Im schlimmsten Fall geht man dann von einer Wirkung aus, die gar nicht oder nur minimal vorhanden ist oder die Wirkung des angewendeten Mittels lässt schon nach kurzer Zeit stark nach.

Auch wissenschaftlich-technisch ist die Wirkweise und die Wirkung einzelner Inhaltsstoffe kaum erforscht und aufgrund der zahlreichen, mit vielen einzelnen Inhaltsstoffen und oft mehreren Wirkstoffen auch die Gesamtwirkung von Produkten kaum verlässlich einzuschätzen. Ob die Hydrophobierung mit einem bestimmten Mittel im Einzelfall das vollständige Austrocknen eines Baustoffs eventuell verhindert, wie umfangreich und wie langanhaltend die Wirkung ist, lässt sich im Einzelfall auch von Experten kaum mehr beantworten. Eine zu 100 % wirkungsvolle Hydrophobierung gelingt in den meisten Fällen ohnehin nicht, es bleiben immer einige wenige Wege offen, auf denen Wasser in das Baustoffinnere gelangen kann.

Der bereits ohnehin bestehende Kostenaufwand für die Hydrophobierung kann in einzelnen Fällen möglicherweise auch dazu führen, dass der notwendige konstruktive Bautenschutz zu sehr vernachlässigt wird – was dann bei einer zu geringen Wirksamkeit der Hydrophobierung wieder ein hohes Risiko für Schäden an der Bausubstanz bietet, besonders im Bereich der Bautenerhaltung und Konservierung.

Fazit

Hydrophobierungen sind ein sehr gutes Mittel um viele Baustoffe wie Ziegeln und auch Natursteine wasserabweisend und „selbstreinigend“ zu machen (Nano-Effekte). Auch im Innenbereich – etwa auf Fliesenspiegeln oder bei Duschwänden – können Hydrophobierungen viel Arbeit ersparen. Auch Algen, Pilze und Schadstoffe können sich auf den Oberflächen nicht mehr anlagern und ihre schädigende Wirkung entfalten.

Die Wirkung von Produkten lässt sich allerdings (auch vom Fachmann) nie zuverlässig einschätzen, auch die Zeitdauer der Wirksamkeit ist vorab schwer abzuschätzen. Häufig notwendiges Wiederholen würde am Ende zu einem sehr hohen, unvertretbaren Kostenaufwand führen. Die Eignung eines Baustoffs für bestimmte Wirkstoffe sollte im Vorfeld unbedingt geprüft werden, nicht alle Mittel eignen sich uneingeschränkt für alle Baustoffe und Natursteine.

Die Vorteile beim Hydrophobieren von Oberflächen überwiegen dabei aber meist deutlich.

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