DE2218564A1 - Feuerbeständige Asphaltdachmembran - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 22 I 8 56 A

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P.Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg D R. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WE I N HOLD · DR. D. G U DE L

6 FRANKFURTAM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

SK/SK FDN-406

. GAF Corporation
140 West 51st Street Nsw York, N.Y. / USA

Feuerbeständige Asphaltdachmembran

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf AsphaltdachmembranB, insbesondere auf Asphaltdachmembrane, die eine feuerbeständige Metallfolie als Zwischenschicht enthalten.

Bisher war es Ziel von Dachfachleuten, die Dachmembrankonstruktion in solcher Weise zu modifizieren, daß die Dberflächenkörner bzw. -steinchen und der Asphalt, in welchen sie eingebettet sind, während eines Brandes in ihrer ursprünglichen Stellung verbleiben und eine "Kruste" oder Barriere bilden, die eine Entzündung der darunterliegenden Schindeln und der Verschalung ("deck"), auf welcher die Schindeln angebracht sind, verhindern würde. Dies erfolgte auf verschiedene Weise, jedoch am häufigsten durch Zugabe von Asbest oder Glasfasern zum Asphaltüberzug zwecks Erhöhung der Überzugsviskosität in einem solchen Maß, daß er während einer ursprünglichen Entzündung an Ort und Stelle verbleibt, bis eine Carbonisierung und Krustenbildung erreicht ist. Auch Glasfasern in Mattenform sind als Zwischenschicht verwendet worden und wirkten in ähnlicher Weise wie diskrete Fasern.

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Verschiedentlich wurde auch vorgeschlagen, die Asphaltdecke durch Einverleibung eines feuerbeständigen Chemifcals in eine oder mehrere Schichten feuerbeständig zu machen. Die erhaltenen Produkte dieser Art waren jedoch nicht vollständig zufriedenstellend.

Daher besteht nach wie vor eine klare Notwendigkeit in der Technik für eine Asphaltdachkonstruktion mit verbesserter Feuerbeständigkeit und Flammverzöyerung gegenüber den bekannten Materialien.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer feuerbeständigen Asphaltdachkonstruktion, die eine Metallfolienzwischenschicht van größerer Flexibilität und Konformität mit dem Dach hat als die bekannten,, aus viskosen Überzugsmischungsn hergestellten Materialien, wobei der viskose Überzug in der feuerbeständigen Asphaltdachkonstruktion eliminiert wird.

Die vorliegende Erfindung wird durch die beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dachkonstruktion; und

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Dachkonstruktion.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß eine Metallfolienzwischeir-schicht, z.B. Aluminiumfolie, eine günstige Funktion ausübt, da mehr als 75 °/_a des brennbaren Materials der Dachmembran unterhalb der Folie liegt und so von der Feuerquelle isoliert und vor dem Ausbreiten der Flammen geschützt ist. Soweit bekannt, ist die erfindungsgemäßa Membran die einzige Komposit-üachmembran

("composition roofing membrane"), die zum Zeitpunkt der Herstellung mit einer

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integralen Barriere gegen das Eindringen bzw. Vordringen won Feuer versehen wird. Alle andere Konstruktionen hängen ab von Zusätzen und/oder Fasern, die in Verbindung mit den anderen Komponenten der Membran zum Zeitpunkt eines Feuertestes eine Kruste oder Barriere'bilden. Da die Krustenbildung bei den bekarrten Konstruktionen von Formulierungs— und Herstellungsvariablen abhängig ist, ist die Integrität der während des Feuertestes gebildeten Barriere ebenfalls variabel, weshalb in der Praxis auch das Verhalten beim Feuertest variabel und oft unterhalb des Standards war.

Weiterhin wurde festgestellt, daß die Folienbarriere ein "Ausbluten" des relativ weichen Sättigungsasphaltes, der zum Imprägnieren des Grundfilzes verwendet wird, in den härteren Oberflächenüberzugsasphalt verhindert. In der bekannten Technik war dies nicht ganz verständlich, jedoch die Wanderung dieses Sättigungsasphaltes aus dem Grundfilz und in den Oberflächenasphalt komplizierte die Bildung der Oberflächenkruste erheblich, die das Ziel der bekannten Materialien war.

Ein Asphaltdach, wie z.B. Schindeln bzw. Platten ("shingles"). Dachpappe usw., besteht gewöhnlich aus einer organischen, asphalt— gesättigten Filzgrundlage, die dann mit einem Asphalt von höherem Erweichungspunkt überzogen wird. Dieser Asphalt wird dann mit natürlichen oder mit Farbe überzogenen Mineralkörnern bzw.-steinchen zur Bildung des Dachdeckmaterials überzogen. Gewöhnlich besteht der Filz aus Holzfaser, allein oder mit Papierpulpe, erneut gepulptem Papier und/oder Lumpen. Dieser Filz wird dann mit geschmolzenem Sättigungsasphalt ("saturating asphalt"), wie z.B. weichen Restasphalten ("soft residual asphalts"), weichen geblasenen Erdölasphalten ("soft blown petroleum asphalts") usw., gesättigt oder imprägniert. Dann wird auf den gesättigten Filz ein weiterer Asphaltüberzugs aufgebracht,

. . ■ wobei

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diester Asphalt einen höheren "ring and ball" Erweichungspunkt [z.H. 60-127 C.) und eine geringere Eindringung als der Sättigungsasphalt hat (z.B. 10-50 bei 25 C.) hat. Typische Asphalte dieser Art umfassen geblasene Erdölasphalte, erweichte Asphaltite usw. Dann wird das Dachdeckmaterial mit einer äußeron Schicht mit Farbe überzogener Mineralkörner, wie sie in der Industrie üblicherweise verwendet werden, durch Einbetten in die oberste Asphaltschicht versehen. Gewöhnlich ist es auch zweckmäßig, auf der gegenüberliegenden Seite der Filzgrundlage einen Rückseitenasphaltüberzug ("sealback asphalt coating") aufzubringen und diesen mit einer leichten Schicht eines fein zerteilten Mineralmaterials, wie Sand, in der endgültigen Konstruktion zu versehen. Nach dem Abkühlen wird das Dachmaterial gegebenenfalls zu Bahnen oder Platten geschnitten.

Erfindungsfjsinäß wurde nun festgestellt, aaß Dachkonstruktionen dieser und ähnlicher Arten äußerst feuerbeständig gemacht werden können, indem man in sie eine Zwischenschicht aus einer Metallfolie einverleibt. Diese Zwischenschicht liegt vorzugsweise als Schicht zwischen der mit Asphalt gesättigten Grundlage und der äußeren Schmuckschicht, da so die besten Ergebnisse erzielt werden. Die Metallfalienschicht kann jedoch als Zwischenschicht in jeder gewünschten Stellung angebracht werden, wo ähnliche Ergebnisse erzielt werden. Weiterhin kann mehr als eine Folienschicht verwendet werden.

Es ist äußerst zweckmüßig, als f.'etallfolienzwischenschicht eine Folie aus Aluminium zu verwenden. Es können jedoch auch Folien aus anderen Metallen, wie Blei, Zinn, oder andere Schichten verwendet werden, solange diese feuerbeständig sind. Die weitgehend bevorzugte Aluminiumfolie hat eine Dicke zwischen etwa 0,0Ou-O,1b mm. Aluminiumfolie dieser Stärken ist im Handel erhältlich. Die vorliegende Erfindung wird insbesondere mit Bezug

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auf die Verwendung von Aluminiumfolie beschrieben, was jedoch keine Einschränkung darstellen soll.

Die am meisten bevorzugte Aluminiumfolienschicht kann weiter durch die folgenden Kriterien gekennzeichnet werden, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Werte beschränkt werden soll:

Schmelzbereich 643-657°C.

spez. Gewicht 2,71

Ausdehnungskoeffizient; I]. 24x10 '

(= 13,1 χ

pro ⁰F.) chemische Zusammensetzung

Si + Fe 0,55 % max.

Cu · 0,05 % max.

Mn ' 0,05 °/o max.

Al ' 99,45-^c/₀ max.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Feuerbeständigkeit der erfindungsgemäBen Produkte weiterhin auch noch durch Einverleibung von Teilchen oder geringen Mengen eines oder mehrerer feuerbeständiger Chemikalien verbessert werden. Derartige Materialien umfassen z.B. 0,1-0,5 Gew.-J)₀ Antimon-(lll)-oxid, Chlorverbindungen, wie Perchlorpentacyclodecan, Phosphorverbindungen usw., die alle in der Technik für ihre feuerbeständigen Eigenschaften bekannt sind.

Mit besonderen Bezug auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Produktes. Eine Rolle aus trockenem organische nischßm Dachfilz 1 wird von Walze 2 abgewickelt und im Bad 3 mit einem Asphalt mit niedrigem Schmelzpunkt gesättigt, indem man ihn über die Walzen 4, 5 und 6 leitet. Dann wird der gesättigte Filz um die Führungswalze 7 geführt, wo er mit einer Mischung aus härterem Asphalt und Mineralstabilisatoren oder Füllmitteln (z.B. vermahlener Kalkstein, Felastaub usw.) aus dem Gefäß θ

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überzogen wird. Danach läuft dier überzogene Filz'durch Quetschwalzen 9 und 1G₁ und während seines Durchganges durch die Walzen 11 und 12 wird eine Schicht aus Aluminiumfolie von der Aluminiumwalze 13 aufgebracht. Hach Aufbringung der Folienschicht wird das Produkt durch einen zusätzlichen Asphalt-Überzug aus dem Gefäß 1b unmittelbar vor dem Durchgang durch die Quetschwalzen 14 und 15 überzogen. Diese Asphaltmischung kann die gleiche wie in Befaß θ sein. Schließlich wird das Material mit witterungsbeständigen Schmuckkörnern aus dem Gefäß 17 überzogen und läuft durch die Preßwalzen IB und 19, wodurch man ein Endprodukt 20 ernält, das zur Lagerung auf eine Walze bzw. Rolle aufgewickelt oder in einzelne Platten oder Schindeln geschnitten werden kann.

Das Endprodukt wird im Schnitt in Fig. 2 gezeigt; dabei zeigt 21 die mit Asphalt gesättigte Filzgrundlage; 22 ist der erste oder stabilisierte Asphaltüberzug, 23 die Aluminiumfolienscr.ici.t, 24 der zweite Asphaltüberzug, der andere feuerbeständige Materialien enthalten kann; und 25 zeigt die Oberflächenschicht aus Körnern. Weiterhin zeigt 26 einen Rückseitenüberzug aus Asphalt und 27 eine dünne Schicht aus fein zerteilten Mineralteilchen, wie Sand.

Es ist offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Produkt gegenüber den bekannten Produkten verschiedene Vorteile hat. So bringen Schindeln bzw. Platten aus viskosen Überzugsmischungen, wie sie beim Mischen von Fasern in Asphalt auftreten, schwere HersteHungsproblerne bezüglich des Transportes, der Aufbringung und Rückführung dieser viskosen Mischungen. Das fertige Produkt hat auch eine geringe Biegsamkeit und Konformität nach Aufbringung auf das Dach. Produkte, die zum Zeitpunkt der Herstellung mit eingebetteten Glasmatten versehen werden, überwinden die mit den viskosen Mischungen früherer Systeme

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verbundenen Herstellungsprobleme, sie sind jedoch immer noch Konstruktionen unter Verwendung von Glasfasern und Asphalt, und die fertigen Produkte zeigen noch schlimmere Neigungen zum Werfen bzw. Welligvverden und einen Mangel an Anpassungsfähigkeit als wenn sie nach dem älteren Verfahren des Mischens^ von Fasern und Asphalt vor der Aufbringung auf den Filz hergestellt worden wären. Es ist das einmalige Merkmal der erfindungsgemäßen Zwischenschicht aus Aluminiumfolie, daß die Folien gegenüber den anderen Komponenten in der Platte inert ist und die physikalischen Eigenschaften des Gebildes nicht verändert. Das erfindungsgemäße Dachdeckmaterial kann bei relativ geringen Niaterialkosten und hohen Herstellungsgeschwindigkeiten, die normalerweise mit üblichen, weniger feuerbeständigen Arten von Dachmaterialien möglich sind, in einem weiten Gewichtsbereich hergestellt werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Dachdeckmaterialien, wie z.B. Schindeln, • sind ausreichend feuerbeständig, um den in ASTM E-106-58 "Standard Methods of Fire Tests of Roof Coverings" beschriebenen Class A Burning Brand Test zu bestehen und zeigen ein verbessertes Verhalten in Spread-of-Flame Tests gemäß ASTM E-108-58. Eine weitere Verbesserung im Flammenausbreitungstests kann erzielt werden, indem man geringe Mengen Chlorverbindungen und feuerbeständige Antinionoxidverbindunjen dem Asphaltüberzug oberhalb der Folienschicht zufügt. Diese Zusätze beeinflussen die Überzugsviskosität nicht und ergeben somit auch keine Komplikationen bei der Herstellung in bestehenden Asphaltanlagen. Sie wirken in Unabhängigkeit von der Folie und dienen der Verringerung der Brennbarkeit der offen"liegenden Asphaltes.

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2 21 8 5 6 Λ

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sin zu beschränken.

Beispiel 1

Erfindungsgerrüß wurden Dachplatten hergestellt, indem man eine Schicht aus einem geblasenen Asphaltübcrzug mit 50 Gew.-JJu Mineralstabilisator über einen organischen Filz aufbrachte, der auf 170 ^b seines Gewichtes mit einem sättiyungsasphüilt gesättigt war; dann wurde auf die überfleiche der Asphaltüber-

- 2
zugsschicht eine Schicht aus etwa 21 g/m (= 0,42 lb/100 sq.ft.) wiegender Aluminiunifalie aufgebracht und die Aluminiumfolienschicht mit einer weiteren Schicht eines stabilisierten Asphaltüberzuges ähnlich wie der erste überzug bedeckt. Das Gesamtgewicht des in den beiden Schichten verwendeten stabilisierten Asphaltüberzuges wog etwa 1450 g/m (= 29,4 lb/100 sq.ft.), und die erste Schicht enthielt etwa 700 g/m" (= 14,0 Ib/1U0 sq.ft.). Die oberste Schicht dss stabilisierten Asphaltüberzuges wurde mit Mineraldachdeckkörnern einer Größe von Nr. 11 bedeckt. Die in diesem Ejeispiel verwendete Aluminiumfolie war die Legierung "1145-0" mit einer Stärke von 0,009 mm.

Eine weitere Asphaltüberzugsschicht ähnlicher Art wie die oben beschriebene Schicht, die etwa 260 g/m (= 5,6 lb/100 sq.ft.) wog, wurde auf der Flückseite des gesättigten Filzes aufgebracht und mit einem Staub aus feinem Sand überzogen.

Der in dar obigen Konstruktion verwendete Asphaltüberzug hatte einen S.P. von 107 C. und eine Eindringung von 17 bei 25 C, während der Sättigungsasphalt 54,5 C. S.P. und einen FJindringungswert von 73 bei 25 C. hatte.

Beim oben tji-wähnten Rrandtest zeigten die Platten von Beispiels 1 eine maximale Fliunmermur-breitung von 100 cm im Flammenriusbreitungstest und bestanden den Burning ürand Test.

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Fl_e i 5 ρ j ο 1 2

Wie in Beispiel 1 wurden -jedoch ohne die Aluminiumfolienzwischenschicht Vorgleichsplatten hergestellt, die im Flammenausbreitungstest eine Flammenverbreitung von 113 cm zeigten und den Burning Brand Test nicht bestanden.

B β i s ρ i β 1 3

Die Platten von Beispiel 3 sind ähnlich denen von Beispiel 1, wagen jedoch etwa 6600 g/m (= 132 Ib/100 sq.ft.) und waren mit Mineralkörnern einer Nr. 9 Größe abgedeckt. Die Asphaltschicht enthielt 45 Gew.-J)O Mineralstabili sator, und der Teil des stabilisierten Asphaltes oberhalb der Aluminiumfolienschicht enthielt noch 0,3 Gew.-% Perchlorpentacyclodecan und 0,15 Gew.-O'i Antimon-(IIl)-oxid als feuerbeständige Mittel.

Die Platten von Beispiel 3 zeigten im Flammenausbreitungstest eine, maximale Flammenausbreitung von 63 cm und bestanden den Burning Brand Test.

Beispiel 4

Eine Vergleichsplatte praktisch derselben Konstruktion wie in Beispiel 3, jedoch ohne Aluminiumfolienzwischenschicht, in welcher der oberste Teil der Asphaltschicht die oben genannten feuerbeständigen Mittel Perchlorpentacyclohexan und Antimon-(III)-oxid enthielt, zeigte eine maximale Flammen- " ausbreitung von 69 cm im Flammenausbreitungstest und versagte im Burning Brand Test.

B e i 5 ρ i e 1 5

Wenn eine typische U.L., Klasse "C" Dachplatte mit Körneroberfläche· ohne

• - 2

Aluminiumfolienzwischenschicht und mit einem Gewicht von etwa 5000 g/m (= 99 lb/iOü sq.ft.) die obigen Feuertests unterworfen wurde, ergab sich eine Flammenausbreitung bis zu den Grenzen der Testvorrichtung (127 cm) und ein Versagen im Burning Brand Test. ·

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22185RA

Dia folgende Tabelle 1 faßt Daten und Eigenschaften der Produkte von Beispiel 1 bis 5 zusammen.

Tabelle 1
Bed spiel 12 3 4 5

Plüttengewicht; g/m <-v55ÜÜ "*ΰ500 ™b6QQ /v66UÜ ^5000

(= Ib/100 sq.ft.) 110 110 132 132 99

2
Gewicht der Folie; g/m ~21 keine «^21 keine —

(= Ib/100 sq.ft.) 0,42 — 0,42 —

Gewicht der Oberfiächenkürner;

(= lb/100 sq.ft.J 30,ö 30,5 4b,3 48,3 32

g/rn λ1525 ^1525 ~2415 "2415 ^1600

°/Q Gtabilisator im Asphaltüberzug 50 50 A5 45 53

FkiE'menausbreitun-'stest

maximale Flammanausbreitung; cm 100 113 63 69 127

Burning Brand Test best, tu best. best, n.best. n.best.

best, = bestanden
n.best. = nicht bestanden

Eine Untersuchung der Daten von Tabelle 1 läßt folgende Schlußfolgerungen zu:

Beispiel 1 liefert eine Plattenstruktur mit wesentlicher Verbesserung gegenüber der U.L. Klasse "C" Dachabdeckung bezüglich der Vorschriften für Feuertests, Wie aus Beispiel 2 ersichtlich ist, zeigt diese Platte ohne die Folienzwischenschicht eine Feuerbeständigkeit wie das Klasse ¹¹G" Material. Die Platte von Beispiel 3 wurde durch Verwendung größerer Mineraloberflächenkörner und Mitverwendung eines mit geringen Mengen an Chlor- und Antimonzusätzen stabilisierten Asphaltes in der Oberschicht weiter verbessert.

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Die so hergestellten Platten zeigten die gleichen Testergebnisse wie verschiedene handelsübliche Klasse "A" Dachabdeckungen. Wie aus Beispiel 4 ersichtlich,· kann die Plattenstruktur diesen Vorschriften nicht entsprechen, wenn die Folie weggelassen wurde.

Neben den erfindungsgemäB beschriebenen und getesteten Plattenprodukten kann das Prinzip auch auf Dachpappe mit Mineraloberfläche und andere Dachmembran— gebilde usw. angewendet werden.

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Claims (6)

I' π t ο η t η η s π r ü ο h e

1.- l-üui-.rbcbL-nMirjr: Asplfltdachmembran, umfassund eine Metallfolienzwiüchenset licht innerhalb tier Übnrzugsstruktur der Membran.

2.- nsphaltduchrnembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die IjI etui Ifolienzüischcnschicht Aluminiumfolie ist.

3,- ÄsphaltdachTienibran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolienzv.ischenschicht aluminiumfolie mit einer Stärke zwischen etwa Ο,Πϋϋ-0,15 mm ist.

4,- Asphaltdachrnnrnbran nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem organischen Asphalt gesättigte Filzgrundlage, darauf eine Asphaltschicht mit höheren Erweichungspunkt, eine [vletallfolienzwischen-Lchicht, eine v/eitere Schicht mit höher schmelzendem Asphalt und eine Oberschicht aus Mineralkürnern vorgeschun sind.

5,- Asphaltdc:chrnembran nach Anspruch 1 öder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie Aluminium-, Zinn- oder Bleifolie ist.

6.- Asphaltdachmembran nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als ein^ri ('.".etallfoliünschicht sowie ein Bückseitenüberzug und eine rückwärtige Deckschicht eius Mineralteilchen vorgesehen sind.

Der Patentanwalt:

ÄAD ORIGINAL

9845/0875