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Wasserdicht machendes Bahnenmaterial für Dach-
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eindeckungen und andere Zwecke Die Erfindung betrifft ein wasserdicht
machendes Bahnenmaterial für Dacheindeckungen und andere Zwecke, wo ein wetterfestes,
elastomeres Bahnenmaterial Anwendung findet. Eine besonders vorteilhafte Anwendung
für das Bahnenmaterial gemäß der Erfindung ist die Verwendung als wasserdicht machende
Haut bei einem sogenannten "frei schwimmenden" Dacheindeckungssystem.
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Bei einem solchen System wird das Dach mit einem elastomeren, wasserdichten
Bahnmaterial ohne Verwendung von Klebstoffen oder anderen Mitteln zur Befestigung
der Bahn auf der Dachfläche selbst abgedeckt. Das Bahnenmaterial wird im allgemeinen
am Dach nur längs des Umfangs des Daches befestigt, und durch das Gewicht von lose
aufgelegten Steinen wird verhindert, daß es vom Dach geblasen wird. Das Bahnenmaterial
vermag sich somit als Reaktion auf Wetteränderungen auszudehnen und zusammenzuziehen
und nimmt ohne weiteres Verschiebungen der darunter liegenden Dachfläche als Folge
des Setzens des Gebäudes auf.
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Bisher wurden Bahnenmaterialien, die in erster Linie aus Polyvinylchorid
oder Polychloropren bestehen, für diesen Zweck verwendet.
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Gegenstand der Erfindung ist ein für die Verwendung als wasserdicht
machende Haut bei Dacheindeckungen und anderen Anwendungen im Bauwesen geeignetes
Bahnenmaterial, das eine Dicke im Bereich von etwa 0,5 bis 2,3 mm hat und zu etwa
15 bis 20 Gew.-% bis hinauf zu 80 Gew.-% aus Bestandteilen der folgenden Gruppe
bestehend: a) Homopolymere von Alkadienen und substituierten Alkadienen, b) Additionscopolymerisate
von Alkadienen mit ungesättigten Monomeren c) Homopolymere von Alkenen und substituierten
Alkenen aus der aus Polyäthylen, chlorsulfoniertem Polyäthylen und Polyisobutylen
bestehenden Gruppe, d) Harzsäuren und Harzsäurederivate, e) hocharomatische bituminöse
Materialien und f) Kieferöl, und zu etwa 80 bis 85 Gew.-% bis hinab zu etwä 20 Gew.-%
aus einem weichgemachten Polyvinylbutyralharz. Verschiedene gebräuchliche Fettsäuren,
wie Leinöl, Sojaöl, Oleinsäure und Stearinsäure und ihre Gemische können in die
Masse in Mengen im Bereich von etwa 2 bis 8 Gew.-% einbezogen werden, um die Tieftemperatureigenschaften
zu verbessern und die Verarbeitung eines Heißschmelzgemisches der Bestandteile zu
einer Bahn oder zur flächigen Form zu erleichtern. Geringe Mengen eines Paraffinwachses
von etwa 2 bis 10 Gew.-% können ebenfalls als Verarbeitungshilfsstoff zugesetzt
werden. Falls gewünscht, können Pigmente, z. B. Calciumcarbonat und Ruß, in Mengen
im Bereich von etwa 12 bis 25 Gew.-% zugesetzt werden.
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Das gemäß der Erfindung hergestellte wasserdicht machende Bahnenmaterial
hat ausgezeichnete Eigenschaften in Bezug auf W-Beständigkeit, Kohäsion, Dehnung,
Zugfestigkeit, geringe Wasserabsorption, befriedigende Flexibilität bei tiefer Temperatur
und gute allgemeine Wetterbeständigkeit.
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Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, wasserdicht machende
Bahnenmaterialien zu verbessern und ein wasserdicht machendes Bahnenmaterial, das
aus einem der aus der folgenden Gruppe ausgewählten Bestandteile: a) Homopolymere
von Alkadienen und substituierten Alkadienen, b) Additionscopolymerisate von Alkadienen
mit ungesättigten Monomeren, c) Homopolymere von Alkenen und substituierten Alkenen
aus der aus Polyäthylen, chlorsulfoniertem Polyäthylen und Polyisobutylen bestehenden
Gruppe, d) Harzsäuren und Harzsäurederivate, e) hocharomatische bituminöse Materialien
und f) Kieferöl, und einem weichgemachten Polyvinylbutyralharz besteht, verfügbar
zu machen.
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Nachstehend wird die zur Zeit beste Ausführungsform der Erfindung
ausführlich beschrieben.
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Wasserdicht machendes Bahnmaterial gemäß der Erfindung, das bis zu
60 Gew.-% Polyvinylbutyral enthält, kann nach einem eißschmelzverfahren hergestellt
werden. Hierbei
wird der andere auptbestandteil, wenn er ein Feststoff
ist, zur Verflüssigung erhitzt und, während dieser Bestandteil bei einer geeigneten
erhöhten Temperatur gehalten wird, langsam unter Rühren das weichgemachte Polyvinylbutyralharz
zugesetzt. Ein Mischer von schwerer Bauart, der mit Doppelarm-Knetschaufel versehen
ist, eignet sich für diesen Zweck. Das Erhitzen des Gemisches unter Rühren wird
fortgesetzt, bis das Produkt homogen erscheint. überhitzen und übermäßig langes
Erhitzen sind zu vermeiden, da hierdurch die Tieftemperatureigenschaften des erhaltenen
Bahnmaterials nachteilig beeinflußt werden.
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Bei Verwendung von zusätzlichen Bestandteilen, wie Fettsäuren, Paraffinwachs,
Füllstoffen oder Pigmenten werden diese unter Rühren zugesetzt, bis sie in der gesamten
Heißschmelze gleichmäßig verteilt sind.
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Das Bahnenmaterial kann hergestellt werden, indem die Heißschmelzmasse
extrudiert oder kalandriert oder auf eine Polychloroprenkautschukunterlage gegossen
und die Heißschmelzmasse mit einer Rakel auf eine geregelte Dicke im Bereich von
etwa 0,5 bis 2,3 mm, vorzugsweise etwa 1 mm verstrichen wird. Das gegossene Material
wird, während es mit der Polychloroprengummiunterlage in Berührung ist, gekühlt
und dann nach dem Erstarren einfach abgestreift.
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Bei kontinuierlichem Betrieb kann ein endloses Band aus Metall oder
Polychloroprengummi verwendet werden. Das Band muß eine genügende Länge aufweisen,
um die Heißschmelze auf einer einzigen Strecke des endlosen Bandes ablegen und bis
zum Erstarren kühlen zu können.
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Mischungen, die mehr als 60 Gew.-% Polyvinylbutyral enthalten, sind
im allgemeinen zu viskos, um nach dem vorstehend beschriebenen Heißschmelzverfahren
verarbeitet werden zu können. Ferner können sie bei dem vorstehend beschriebenen
Heißyießverfahren
nicht als Flächengebilde abgestreift werden.
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Zur herstellung homoyener Gemische aus diesen Bestandteilen ist es
wesentlich, daß sie mit hoher Scherwirkung gemischt werden. Dies kann in einem Banbury-Mischer
ohne Zufuhr von Wärme von Außen erreicht werden, obwohl die Mischdauer durch Erhitzen
verkürzt wird. Als Alternative kann im Doppelarmkneter gemischt werden, indem von
Außen genügend Wärme zugeführt wird, um die Materialien bei einer Temperatur im
Bereich von etwa 93 bis 121 °C zu halten.
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Flüssige modifizierende Mittel müssen portionsweise so zugesetzt werclen,
daß die für eine innige Vcrmischung der Materialien notwendige hohe Scilerwirkung
nicht übermäßig verringert wird.
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Mischungen, die mehr als 60 CJew.-t Polyvinylbutyral enthalten, müssen,
da sie beim Heißgießverfahren nicht als Flächengebilde abgestreift werden können,
nach bekannten Strangpreß- oder Kalandrierver fahren zu Bahnen verarbeitet werden.
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Die Erfindung umfaßt außerdem die Herstellung von Bahnenmaterial,
das mit Gitterstoff oder gewebten Glasfasermatten oder dergleichen verstärkt ist.
Die Verstärkung kann als Verkleidung eingearbeitet werden und wird in clieseln Fall
auf eine Unterlage gelegt, bevor das gegossene, extrudierte oder kalandrierte Material
aufgebracht wird. Es ist auch möglich, die Verstärkung als Zwischenschicht einzuarbeiten,
indem sie zwischen getrennten Lagen des gegossenen Materials oder zwischen getrennten
extrudierten oder kalandrierten Bahnen eingeschlossen wird.
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Als Beispiele der Bestandteile, die sich für die Zwecke der Erfindung
allein oder in Kombination als Hilfsstoffe für weichgemachtes Polyvinylbutyral bei
der Herstellung eines
wasserdicht machenden Bahnenmaterials eignen,
seien genannt: flomopolymere von Alkadienen und substituierten Alkadienen, insbesonder
die C4-Alkadiene, wofür Polybutadien, Polyisopren (2-r-Iethyl-1,3-butadien) und
Polychloropren (2-Chlor-1, 3-butadien) repräsentative Beispiele sind; Additionscopolymerisate
von Alkadienen, insbesondere C4 -Alkadienen, mit ungesättigten Monomeren, wofür
Polybutadien-Sytrol, Polybutadien-Acrylnitril und Polylsopren-Isobutylen repräsentative
Beispiele sind; Homopolymere von Alkenen und substituierten Alkenen aus der aus
Polyäthylen, chlorsulfoniertem Polyäthylen und Polyisobutylen bestehenden Gruppe
Die Harzsäuren und Harzsäurederivate; die ersteren sind die Hauptbestandteile in
Kiefern, Teer und Kollophonium.
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Repräsentative Beispiele der letzteren sind die Glycerinester von
hydriertem Kollophonium und hydriertem b thylrosinat.
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Hocharomatische bituminöse Materialien, z. B. Kohlenteerche und aromatische
Asphaltextrakte.
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iir die Zwecke der Erfindung eignen sich Kohlenteerpeche, die einen
Erweichungspunkt (ASTM D-36) im Bereich von etwa 38 bis 93 OC, vorzugsweise im Bereich
von etwa 49 bis 63 OC haben.
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Ein im Handel erhältlicher, hocharomatischer Extrakt von Asphalt,
der sich für die Zwecke der Erfindung eignet, hat die folgenden typischen Kennzahlen:
Erweichungspunkt
(Ring und Kugel) 38 + 5,6 OC Spezifisches Gewicht bei 25 OC 1,17 g /cm3 1,17 Viskosität
S. S. F. bei 99 °C 103 Viskosität S. S. bei 121 °C 26 Penetration bei 25 °C (100
g x 5 Sec.) 38 Aromate 98 Gew.-t Flammpunkt (C. 0. C.) 254 OC Destillation (D-1160),
Siedeanfang 371 OC + Schließlich kann Kieferöl als Hilfsstoff zu weichgemachtem
Polyvinylbutyral bei der Herstellung einer wasserdicht machenden Bahn gemäß der
Erfindung verwendet werden.
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Weichgemachte Polyvinylbutyralharze, die sich für die Zwecke der Erfindung
eignen, sind im Handel erhältlich und werden in großem Umfang in flächiger Form
als Zwischenschicht für Sicherheitsglas, für Automobile und andere Anwendungen verwendet.
Das reine Material ist für die Zwecke der Erfindung überaus gut geeignet, jedoch
ist es sehr teuer. Abfallmaterial, das in wesentlichen Mengen bei den Herstellern
von Sicherheitsglas anfällt, ist ebenso gut geeignet und wesentlich billiger.
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Weichgemachtes Polyvinylbutyralharze werden im allgemeinen durch Hydrolyse
von Polyvinylacetat zu Polyvinylalkohol und anschließende Kondensation des Alkohols
mit Butyraldehyd in Gegenwart eines sauren Katalysators hergestellt. Da die Reaktionen
nicht bis zur Vollendung gehen, enthält das Harz im allgemeinen weniger als 2 Gew.-%
Vinylacetat und etwa 8 bis 22 Gew.-% Vinylalkohol, während der Rest aus Vinylbutyralmolekülen
besteht.
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Nachdem das Harz getrocknet und durch Behandlung mit einem alkalischen
Material stabilisiert worden ist, wird es mit einem Weichmacher in einer Menge von
etwa 10 bis 60 Gew.-%,
vorzugsweise etwa 20 bis 30 Gew.-% gemischt.
Als Weichmacher eignen sich beispielsweise Triäthylenglykol-di-2-äthylbutyrat, Diäthylenglykol-di-2-äthylbutyrat,
Dibutyl sebacat und Ester von Di- oder Triäthylenglykol mit Caprylsäure, Laurinsäure
oder anderen langkettigen Säuren.
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Bezüglich weiterer Einzelheiten über die Herstellung von Polyvinylbutyralharzen
wird auf Schildknecht "Vinyl and Related Polymers" John Wiley & Sons, Inc.,
Seite 358-365 (1952), verwiesen.
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Ein für die Zwecke der Erfindung geeignetes Polyvinylbutyralharz ist
im Handel unter der Bezeichnung "Butacite" (Hersteller E. I. Du Pont de Nemours
& Co.) erhältlich.
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Es wird angenommen, daß dieses Material etwa 22,5 Gew.-% Vinylalkoholgruppen
enthält, mit etwa 31 Gew.-% Triäthylenglykol-di-2-äthylbutyrat weichgemacht ist
und einen Molekulargewichtsbereich von 60.000 bis 70.000 hat.
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Im Handel erhältliche, nicht weichgemachte Polyvinylbutyralharze können,
wenn sie weichgemacht werden, ebenfalls verwendet werden. Harze dieser Art sind
unter der Bezeichnung "Butvar" (Hersteller Monsanto Polymers & Petrochemicals
Co.) im Handel erhältlich.
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Beispiel 1 Ein Gemisch, das 50 Gew.-% Kohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt
von etwa 49 °C und 50 % weichgemachtes Polyvinylbutyral enthielt, wurde hergestellt,
indem das Kohlenteerpech auf eine Temperatur im Bereich von etwa 177 bis 204 OC
erhitzt und das weichgemachte Polyvinylbutyral langsam unter Rühren zugesetzt wurde.
Während der Zugabe wurde die Temperatur des Gemisches zwischen etwa 191 und 204
OC gehalten. Das Rühren wurde fortgesetzt,bis das Gemisch homogen erschien. Aus
der Masse wurden bei
ihrer Mischtemperatur flächige Materialien
geformt, indem sie auf einer Polychloroprengummiunterlage ausgebreitet wurde. Die
Auflage wurde auf eine vorbestimmte Dicke gerakelt. Nach dem Abkühlen wurde die
aufgetragene Masse vom Polychloropren als selbsttragendes flächiges Material, das
eine Dicke von etwa 1 mm hatte abgestreift.
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Beispiel 2 Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt,
wobei jedoch die Zusammensetzung des Gemisches so verändert wurde, daß es 65 Gew.-%
Kohlenteerpech und 35 Gew.-% weichgemachtes Polyvinylbutyral enthielt.
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Beispiel 3 Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt,
wobei jedoch die Bestandteile so gewählt wurden, daß das Gemisch 80 Gew.-90 Kohlenteerpech
und 20 Gew.-% weichgemachtes Polyvinylbutyral enthielt.
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Beispiel 4 -Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt,
wobei jedoch ein Kohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt (ASTM D-36) von 63 OC
verwendet wurde.
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Beispiele 5 - 7 Zusätzliche Flächengebilde des wasserdicht machenden
Materials wurden aus den in der folgenden Tabelle genannten Gemischen hergestellt,
die Verarbeitungshilfsstoffe und bei tiefen Temperaturen flexibel machende Bestandteile,
wie Kiefernteerpech , Sojafettsäuren und Paraffinwachs enthielten.
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Einige physikalische Eigenschaften der erhaltenen flächigen Materialien
wurden geprüft. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der folgenden Tabelle genannt.
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5 6 7 Kohlenteerpech, Erweichungspunkt 49 OC (ASTM D-36) 42,5 42,5
-KohOlenteerpech, Erweichungspunkt 63 C (ASTM D-36) - - 42,5 Kiefernteerpech - 7,5
7,5 Sojafettsäure 7,5 -Paraffinwachs 7,5 7,5 7,5 Polyvinylbutyral 42,5 42,5 42,5
Zugfestigkeit, N/mm2 5,7 8,14 11,2 Dehnung, % 440 310 335 Erholung, °Õ 93 96 93
Einreißfestigkeit (ASTg 624, Schneidplatte C), N/mm 0,5 0,63 0,57 Flexibilität bei
- 26 OC E i n w a n d f r e i (Biegung über einen Dorn von 9,5 mm Das flächige Material,
das aus dem Gemisch gemäß Beispiel 6 hergestellt worden war, wurde weiter geprüft,
indem es 3 Wochen in Wasser getaucht und 1.000 Stunden in Bewitterungsapparat (Weatherometer)
gehalten wurde. Die Ergebnisse sind nachstehend genannt.
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Zugfestigkit, Dehnung, N/mm Nach 3 Wochen in Wasser 7,6 410 Nach
1.000 Stunden in Weatherometer 6,9 250
BeisEiele 8 - 21 Falls nicht
anders angegeben, wurden die nachstehend genannten Gemische aus im Handel erhältlichen
Bestandteilen unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherwirkung hergestellt.
Aus den Gemischen wurden flächige Materialien einer Dicke von etwa 1,52 mm durch
Kalandrieren hergestellt.
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Beispiel Gew.-% PVB übrige Bestandteile Gew.-% 8 85 Kieferöl 15 9
85 Kieferteer 15 chlorsulfoniertes Poly-10 85 äthylen 15 11 85 Polychloropren 15
12 85 Polybutadien-Styrol 15 Glycerinester von hydrier-13 85 tem Kollophonium 15
14 85 Polyisobutylen 15 15 85 hydriertes Methylrosinat 15 16 85 Polybutadien-Acrylnitril
15 17 85 Polyäthylen 15 Isopren-Isobutylen-Copoly-18 85 meres 15 19 85 aromatischer
Asphaltextrakt++ 15 20 55 aromatischer Asphaltextrakt 40 Sojafettsäure 5 21+ 55
Kohlenteerpech von 145 S. P. 39 Sojafettsäure 6 Gemisch durch Heißschmelzmischen
hergestellt Die typischen Eigenschaften wurden bereits genannt.
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Proben der hergestellten flächigen Materialien wurden gemäß ASTM
D-412 auf Zugfestigkeit und Dehnung nach verschiedenen Vorbehandlungen geprüft.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle genannt.
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Zugfestigkeit und Dehnung gemäß ASTM D-412 Beispiel Raumtemperatur
Eintauchen in 70°C (2 Wochen) Weatherometer (160 Std.) Wasser (2 Wochen) N/mm² N/mm²
N/mm² N/mm² 8 12,4 bei 300 % 2,14 bei 400 % 26,6 bei 300 % 7,14 bei 350 % 9 22.8
bei 350 % 4,8 bei 350 % 24,7 bei 350 % 14,4 bei 250 % 10 17,23bei 150 % 7,21 bei
200 % 15,7 bei 150 % 11,15 bei 150 % 11 17.7 bei 150 % 7,23 bei 250 % 21,41 bei
200 % 8,94 bei 250 % 12 16,04bei 200 % 6,83 bei 250 % 14,5 bei 200 %13,4 bei 200
% 13 23 bei 300 % 2,49 bei 400 % 20,48 bei 200 % 18,05 bei 250 % 14 12,76bei 200
% 6,27 bei 400 % 17,1 bei 250 % 10,8 bei 300 % 15 18,21bei 300 % 5,74 bei 325 %
22,8 bei 300 % 17,2 bei 300 % 16 21,7 bei 250 % 10,52 bei 325 % 20,5 bei 250 % 18,4
bei 250 % 17 14,33bei 250 % 10,22 bei 300 % 24,4 bei 200 % 11,7 bei 200 % 18 10,8
bei 200 % 6,59 bei 300 % 6,55 bei 150 % 8,94 bei 250 % 19 23,3 bei 300 % 12,37 bei
350 % 27,6 bei 350 % 16,4 bei 300 % 20 9,48bei 350 % 6,48 bei 400 % 10,14 bei 350
% -21 7,24bei 350 % 5,65 bei 425 % 9,4 bei 250 % -
Proben der hergestellten
flächigen Materialien wurden gemäß ASTM-624 (Die C) auf Einreißfestigkeit nach verschiedenen
Vorbehandlungen geprüft. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle genannt.
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Einreißfestigkeit gemäß ASTM-624 (Die C) Beispiel Raum- Eintau- 700C
Weatherometer temp. chen in (2 Wochen) (160 Stunden) Wasser (2 Wochen) N!cm N/cm
N/cm N/cm 8 229,4 82,3 460,5 149 9 387 89,3 392 266 10 555 217 560 468 11 438 166,4
599 457 12 487 143,6 532 420 13 380 82,3 534 284 14 492 136,6 450 478 15 338 94,6
303 242 16 562 110,3 578 497 17 588 196 606 564 18 331 277 392 443 19 555 306 464
373 20 172 - 189 21 184 - 291 Proben der flächigen Materialien wurden auf Flexibilität
in der Kälte geprüft, indem sie nach verschiedenen Vorbehandlungen auf -26 OC gekühlt
und dann über einen Dorn von 9,5 mm gebogen wurden. Die Ergebnisse sind in der folgenden
Tabelle genannt.
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Flexibilität in der Kälte (Zahl gebrochener Proben/Gesamtzahl der
geprüften Proben) Beispiel Raum- Eintau- 70°C Weatherometer temp. chen in (2 Wochen)
(160 Stunden) Wasser (2 Wochen) 8 0/2 0/2 0/2 0/2 9 0/2 0/2 0/2 0/2 10 0/2 0/2 0j2
0/2 11 0/2 0/2 0/2 0/2 Spannungs- Spannungs- Spannungslinien linien linien 12 0/2
0/2 0/2 0/2 13 0/2 0/2 0/2 0/2 14 0/2 0/2 0/2 0/2 15 0/2 0/2 0/2 0/2 16 0/2 0/2
0/2 0/2 17 0/2 0/2 0/2 0/2 Spannungs- Spannungs- Spannungslinien linien linien 18
0/2 0/2 0/2 0/2 Spannungs- Spannungs- Spannungslinien linien linien 19 0/2 0/2 0/2
0/2 20 0/2 0/2 0/2 21 0/2 0/2 0/2 Diese Werte zeigen, daß das gemäß der Erfindung
hergestellte Bahnenmaterial einwandfrei den Witterungsbedingungen widersteht, denen
es als wasserdicht machende Haut bei Verwendung zum Eindecken von Dächen ausgesetzt
sein würde.
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Als Materialien, die sich als unbefriedigende Zusätze zu Polyvinylbutyral
erwiesen, sind Polybuten, chloriertes
Paraffinwachs, Tallöl, Tallölpech,
ataktisches Polypropylen, Cumaronharze und Polystyrol zu nennen. Diese Materialien
würden sich mit Polyvinylbutyral nicht homogen mischen, so daß kein geeignetes flächiges
Material gebildet werden könnte.