DE4100013A1 - Faserverstaerkter bodenbelag vom asphalt-typ, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen für einen faserverstärkten Bodenbelag vom Asphalt-Typ, Verfahren zu ihrer Herstellung in situ oder zum Auftrag auf eine Unterlage und ihre Verwendung.

Zusammensetzungen für einen Bodenbelag vom Asphalt-Typ, die beispielsweise Asphalt, Asphalt/Gummi, Gummi oder Asphalt/Acrylcopolymere enthalten können, wie auch verschiedene Zuschlagstoffe, wie zum Beispiel Kies, Steinschotter und Sand, enthalten häufig synthetische, polymere Stapelfasern, um die Flexibilität und Haltbarkeit zu verbessern. So beschreibt beispielsweise die US-PS 44 92 781 einen faserverstärkten Bodenbelag vom Asphalt-Typ enthaltend einen Emulgator, ein wasserlösliches Polymer und 0,25% bis 10% an Verstärkungsfasern, wie Polyethylen- oder Polypropylen-Stapelfasern, etwa 0,1 bis 20 mm lang, sowie herkömmliche Zuschlagstoffe, Verdickungsmittel und Härter; diese Zusammensetzungen werden auf die Oberflächen als eine heiße Mischung oder als Emulsion aufgebracht.

Zusammensetzungen vom Asphalt-Typ können als heiße Mischung oder emulgiert als Füllstoff von Rissen in der Oberfläche angewandt werden, als wasserdichte Schicht zwischen einem alten und einem neuen Belag oder als externes Oberflächenmaterial. Solche unterschiedlichen Funktionen bedingen Unterschiede in der Menge und der Feinheit der Zuschlagstoffe, der Konzentration und der Länge der Verstärkungsfasern und der Verwendung verschiedener herkömmlicher Zusätze.

Synthetische Stapelfasern wie Polypropylen- und Polyethylenfasern sind wünschenswert, da sie kompatibel sind und Asphalt und Basiszusammensetzungen vom Asphalt-Typ. Während jedoch die größeren Längen und höheren Konzentrationen die Zwischenverbindungen zwischen den Fasern erleichtern und die Haltbarkeit begünstigen, erschweren sie andererseits die Pumpbarkeit und neigen dazu eine Verklumpung der Fasern zu verursachen und sie benötigen auch höhere Temperaturen oberhalb des herkömmlichen 140°-155°C (284°F-310°F) Bereichs für eine bequeme Heißanwendung.

Es besteht daher ein Bedarf für faserverstärkte Belagszusammensetzungen vom Asphalt-Typ, die eine starke Zwischenverbindung zwischen den Fasern erleichtern und die Haltbarkeit, Flexibilität und Scherwiderstand verbessern, ohne daß notwendigerweise die Stapellänge oder die Konzentration der Fasern erhöht werden müssen und die anwendbar sind innerhalb eines breiten Temperaturbereichs.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine faserverstärkte Bodenbelag-Zusammensetzung vom Asphalt-Typ umfassend eine Basiskomponente eines Materials vom Asphalt-Typ, welches geeignet ist vor oder während Erhitzung in einem erweichten oder geschmolzenen Zustand auf eine Unterlage aufgebracht zu werden, und Verstärkungsfasern aus einem Polyolefin, sowie ferner gegebenenfalls Verdickungs- und Härtungsmittel und Zuschlagstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern Fasern aus zwei Komponenten sind, umfassend eine Polyolefin-enthaltende Bindungskomponente konjugiert mit einer Polyolefin-netzbaren Verstärkungskomponente, wobei die Bindungskomponente einen niedrigeren Erweichungs- und Schmelzpunkt besitzt als die Verstärkungskomponente, und daß die Belagszusammensetzung eine Auftragskonsistenz innerhalb eines Temperaturbereichs besitzt, der zwischen dem Erweichungspunkt der Bindungskomponente und dem Schmelzpunkt der Verstärkungskomponente liegt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher faserverstärkter Belagszusammensetzungen vom Asphalt-Typ durch Erhitzen einer Mischung einer Basiskomponente aus einem Material vom Asphalt-Typ und Verstärkungsfasern aus einem Polyolefin, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verstärkungsfasern Fasern aus zwei Komponenten sind, umfassend eine Polyolefin-enthaltende Bindungskomponente kombiniert mit einer Polyolefin-netzbaren Verstärkungskomponente, wobei die Bindungskomponente einen niedrigeren Erweichungs- und Schmelzpunkt besitzt als die Verstärkungskomponente, und die Mischung auf eine Temperatur erhitzt wird zwischen dem Erweichungspunkt der Bindungskomponente und dem Schmelzpunkt der Verstärkungskomponente zur Bildung einer Belagszusammensetzung, die nach herkömmlichem Auftrag auf eine Unterlage Verstärkungsfasern enthält, die miteinander und länger wirksam verbunden sind als die Verstärkungsfasern in der Mischung vor ihrer Erhitzung.

Die faserverstärkte Belagszusammensetzung vom Asphalt-Typ kann erfindungsgemäß verwendet werden auf jede herkömmliche Weise, zum Beispiel als vorerhitzte geschmolzene Belagsmischung, die auf die Unterlage gleichmäßig verteilt wird und die nach dem Verdichten und Abkühlen Verstärkungsfasern enthält, die miteinander verbunden sind. Sie kann auch auf die Unterlage in einem kalten oder zumindest nicht-geschmolzenen Zustand aufgelegt werden und durch Anwendung einer heißen Walze oder anderer heißer Verdichtungswerkzeuge erhitzt werden auf oder über den Erweichungspunkt der Bindungskomponente der Fasern, womit diese an die Verstärkungsfasern gebunden werden. Eine solche Bindung kann intermittierend und lokalisiert vorgenommen werden durch Anwendung höherer Temperatur- und Druckbedingungen in einem geeigneten Muster durch die Verwendung von geriffelten, genoppten oder anderweitig gemusterten Walzen mit heißen vorstehenden Teilen in vorbestimmten Abständen, die das Konvergieren und Bördeln der Bindungskomponente in den Bereichen höherer Temperatur begünstigen.

Vorzugsweise bestehen die Komponenten der Zwei-Komponenten-Fasern, nämlich aus Polyolefin-enthaltender Bindungskomponente und Polyolefin-netzbarer Verstärkungskomponente, aus Polypropylen/Polyester, Polypropylen-Maleinsäureanhydrid/Polyester, Polypropylen/Polybuten und Polyethylen/Polypropylen. Besonders bevorzugt ist die Bindungskomponente ein Copolymer aus Propylen und Ethylen und die Verstärkungskomponente eine Homopolymer aus Propylen, wobei beide Komponenten im wesentlichen kristallin sind. Solche Kombinationen sind gut bekannt als Kombinationen, wo sie nebeneinander oder als Hülle mit Verstärkungskern angeordnet sind, zum Beispiel wie beschrieben in US-PS 35 05 164. Andere Zwei-Komponenten-Fasern sind gut bekannt zum Beispiel aus US-PS 47 32 809 (Polyethylen oder Polypropylen/Polyester).

Vorzugsweise sind die Zwei-Komponenten-Verstärkungsfasern etwa 0,1 bis 20 mm lang und ihr Durchmesser liegt im Bereich von 0,254 mm bis 1,270 mm (1-5 mil). Die bevorzugte Differenz der Schmelz- oder Erweichungspunkte zwischen den Komponenten liegt im Bereich von 210°C bis 50°C, der bevorzugte Bereich ist gegebenenfalls begrenzt auf den Bereich der Temperaturen innerhalb derer die Bindungskomponente ihre Eigenschaft behält, die Verstärkungskomponente zu netzen. Wenn Polypropylen anwesend ist, kann es ein Viskositäts-Durchschnittsmolekulargewicht von 140 000-280 000 oder sogar höher besitzen. Ein gewünschtes Maß der Verstärkungsfasern kann durch Ein-Komponenten-Fasern gegeben sein, vorzugsweise Polyolefin-netzbar, so daß diese auch gebunden werden können an die Verstärkungsfasern in den Zwei-Komponenten-Fasern.

Material vom Asphalt-Typ welches geeignet ist erhitzt und in geschmolzener Form auf die zu belegende Oberfläche verteilt zu werden, ist seit langem gut bekannt, zum Beispiel aus den US-PS 24 78 162, 37 38 853 und 44 92 781 und kann eine herkömmliche bituminöse Substanz sein, wie sie in diesen Patenten genannt wird und oftmals charakterisiert wird durch einen Penetrationswert von 0-300 oder höher, vorzugsweise 40-300, mit einem Erweichungspunkt im Bereich von 32-121°C (90-250°F), vorzugsweise im Bereich von 37,7-65,5°C (100-150°F). Solche Materialen, die Asphalt, Asphalt/Gummi, Gummi, Acrylcopolymere oder Asphalt/Acrylcopolymere oder Mischungen solcher Komponenten sein können, enthalten vorzugsweise herkömmliche Anteile, zum Beispiel 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 1,5 Gew.-%, eines wasserlöslichen Polymers wie Carboxymethylzellulose oder deren Natrium- oder Calciumsalze, Carboxymethylhydroxyethylzellulose oder Hydroxypropyl, Hydroxyethylzellulose bekannter Typen, zum Beispiel wie beschrieben in US-PS 44 92 781. Beispiele geeigneter Grundmaterialien sind gehärtete Latexmaterialien kombiniert mit etwa 99-70 Gew.-% Asphalt und Ethylen/Acrylcopolymere im Bereich von Gewichtsverhältnissen von 90-75 bis 10-25 und Asphalt-Latex Copolymere von Styrol- und Butylacrylat wie sie vertrieben werden von Röhm und Haas unter der Warenbezeichnung EL 805, allein verwendet oder kombiniert mit hydrierten Harzestern, wie solchen vertrieben von Hercules Incorporated unter dem Warenzeichen FORAL 85.

Die Anwendungsmenge an Zwei-Komponenten-Verstärkungsfasern variiert vorzugsweise in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung der Belagszusammensetzung von einem Bereich von 0,10-12 Gew.-% (wobei 0,25-0,75% bevorzugt werden zur Verwendung als "Aufschlämmungssiegelung" und 3-12% zur Verwendung als Abdichtungsmittel für Risse) bis zu einem oberen Bereich von etwa 25-100 Gew.-%.

Für Zusammensetzungen für das Abdichten von Rissen kann die Belagszusammensetzung zum Beispiel vorzugsweise 7,5 Gew.-% feiner Zuschlagstoffe wie Sand, bezogen auf das Grundmaterial, enthalten. Dieser Gehalt an Zuschlagstoffen kann auch als zusätzliches Verdickungsmittel dienen oder verwendet werden um die Dauerhaftigkeit der Oberfläche zu verbessern.

Wenn die Belagszusammensetzung verwendet wird als eine Aufschlämmungsversiegelung, können andererseits viel höhere Zuschlagkonzentrationen bevorzugt werden (500-3000 Gew.-% von mittlerem bis schwerem Zuschlag), abhängig auch von dem Verfahren und der gewünschten Temperatur des Auftrags.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel I

600 Gramm Petroleumasphalt (paving grade petroleum refiner grade asphalt) werden unter kontinuierlichem Rühren in einem Mischkessel auf 138°C (280°F) erhitzt bis zum Schmelzen und dann langsam vermischt mit 40 Gramm 1,3 cm (0,5 inch) Polyethylenterephthalat/Polypropylen Kern/Hülle 10 dpf Zwei-Komponenten-Stapelfasern ex Hercules Incorporated. Der Schmelzpunkt der Hülle betrug etwa 152°C (305°F). Die Kesseltemperatur wird dann langsam erhöht unter ständigem Rühren auf 165,5°C (330°F) und Testplatten wurden hergestellt durch Auftrag der heißen Mischung auf Wachspapier in einer Dicke von etwa 0,32 cm (0,125 inch) unter Verwendung der gleichen Technik und Durchgänge für jedes Muster und dann Anwendung einer beschwerten 1-Kilogramm-Walze aus nicht-rostendem Stahl bei Raumtemperatur (3 Durchgänge) zur Erzielung einer Dicke von 0,071-0,079 cm (0,028-0,031 inch). Die Platte wird dann auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Die so hergestellten Testplatten werden dann von dem Unterlagenpapier entfernt und auf herkömmliche Art getestet auf Biegungsfestigkeit unter Verwendung einer Instron Universal Testvorrichtung (Modell 1122 der Instron Corporation) unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Testgeschwindigkeiten. Die Testergebnisse sind in Tabelle I als T-1 bzw. T-4 zusammengestellt.

Beispiel II (Vergleich)

Beispiel I wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Kesseltemperatur durchwegs bei 138°C (280°F) gehalten wurde, so daß die Hülle der Zwei-Komponenten-Faser-Komponente intakt blieb. Die Platte wurde dann getrennt von dem Unterlagenpapier und getestet wie in Beispiel I unter Verwendung zweier Testgeschwindigkeiten und die Ergebnisse werden in Tabelle I als T-2 bzw. T-5 wiedergegeben.

Beispiel III

Beispiel I wird wiederholt, jedoch unter Verwendung des gleichen Gewichts an 4 dpf Polypropylen-Monofasern 1,27 cm (0,5 inch) mit einem Hüllenschmelzpunkt von 160°C (320°F) unter einer Kesseltemperatur von 138°C (280°F).

Die so hergestellten Platten wurden getestet wie zuvor beschrieben und die Testergebnisse sind als T-3 und T-6 in Tabelle I wiedergegeben.

Claims (12)

1. Zusammensetzung für einen faserverstärkten Bodenbelag vom Asphalt-Typ, umfassend eine Basiskomponente eines Materials vom Asphalt-Typ, welches geeignet ist vor oder während Erhitzung in einen erweichten oder geschmolzenen Zustand auf eine Unterlage aufgebracht zu werden, und Verstärkungsfasern aus einem Polyolefin, sowie ferner gegebenenfalls Verdickungs- und Härtungsmittel und Zuschlagstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern Fasern aus zwei Komponenten sind, umfassend eine Polyolefin-enthaltende Bindungskomponente konjugiert mit einer Polyolefin-netzbaren Verstärkungskomponente, wobei die Bindungskomponente einen niedrigeren Erweichungs- und Schmelzpunkt besitzt als die Verstärkungskomponente und daß die Belagszusammensetzung eine Auftragskonsistenz innerhalb eines Temperaturbereichs besitzt, der zwischen dem Erweichungspunkt der Bindungskomponente und dem Schmelzpunkt der Verstärkungskomponente liegt.

2. Belagszusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwei-Komponenten-Fasern als Kombinationen einer Polyolefin-enthaltenden Bindungskomponente mit einer Polyolefin-netzbaren Verstärkungskomponente umfassen Polypropylen mit Polyester, Polypropylen-Maleinanhydrid mit Polyester, Polypropylen mit Polybuten und Polyethylen mit Polypropylen, wobei die Kombination aus Seite-bei-Seite oder Hülle-und-Verstärkungskern-Anordnungen vorliegt.

3. Belagszusammensetzung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindungskomponente ein Copolymer aus Propylen und Ethylen ist und die Verstärkungskomponente ein Homopolymer aus Propylen ist, wobei beide Komponenten im wesentlichen kristallin sind.

4. Belagszusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwei-Komponenten-Verstärkungsfasern etwa 0,1 bis 20 mm lang sind und einen Durchmesser im Bereich von 0,254 bis 1,270 mm aufweisen.

5. Belagszusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Schmelz- oder Erweichungspunkten der Komponenten der Zwei-Komponenten-Verstärkungsfasern im Bereich von 210°C bis 50°C liegt.

6. Belagszusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzmenge an Zwei-Komponenten-Verstärkungsfasern im Bereich von 0,10 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Basiskomponente, beträgt.

7. Belagszusammensetzung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzmenge der Zwei-Komponenten-Verstärkungsfasern im Bereich von 0,25 bis 25% liegt.

8. Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Belagszusammensetzung vom Asphalt-Typ gemäß einem der vorgehenden Ansprüche durch Erhitzen einer Mischung einer Basiskomponente aus einem Material von Asphalt-Typ und Verstärkungsfasern aus einem Polyolefin, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern Fasern aus zwei Komponenten sind, umfassend eine Polyolefin-enthaltende Bindungskomponente linear kombiniert mit einer Polyolefin-netzbaren Verstärkungskomponente, wobei die Bindungskomponente einen niedrigeren Erweichungs- und Schmelzpunkt besitzt als die Verstärkungskomponente und die Mischung auf eine Temperatur erhitzt wird zwischen dem Erweichungspunkt der Bindungskomponente und dem Schmelzpunkt der Verstärkungskomponente zur Bildung einer Belagszusammensetzung, die nach herkömmlichem Auftrag auf eine Unterlage Verstärkungsfasern enthält, die miteinander und länger wirksam verbunden sind als die Verstärkungsfasern in der Mischung vor ihrer Erhitzung.

9. Verwendung einer faserverstärkten Belagszusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Belagsmischung, die nach dem Auftrag auf eine Unterlage erhitzt wird durch ein heißes Verdichtungswerkzeug auf oder über die Erweichungstemperatur der Bindungskomponente der Fasern.

10. Verwendung der faserverstärkten Belagszusammensetzung gemäß Anspruch 9 in einer Belagsmischung, die erhitzt wird in einem Muster höherer Temperatur- und Druckbedingungen in vorbestimmten Abständen, wobei das Konvergieren und Bördeln der Bindungskomponente in den Bereichen höherer Temperatur begünstigt wird.

11. Verwendung der faserverstärkten Belagszusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in Zusammensetzungen zum Versiegeln von Rissen, die 3 bis 12% der Zwei-Komponenten-Verstärkungsfasern und etwa 7,5 Gew.-% Sand, bezogen auf das Gewicht des Basismaterials, enthalten.

12. Verwendung der faserverstärkten Belagszusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, 9 und 10 in Versiegelungszusammensetzungen, die 0,25 bis 0,75 Gew.-% der Zwei-Komponenten-Verstärkungsfasern, bezogen auf das Gewicht des Basismaterials, enthalten.