DE602004005568T2

DE602004005568T2 - Gefärbte Filzprodukte als Dachabdeckung

Info

Publication number: DE602004005568T2
Application number: DE602004005568T
Authority: DE
Inventors: Erik A.T. NL-1030BH Trommelen; Jacques W.M. NL-1030BH Damen
Original assignee: Kraton Polymers Research BV
Current assignee: Kraton Polymers Research BV
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: EP1566411A1; US20050187327A1; JP2005240547A; DE602004005568D1; JP4315921B2; EP1566411B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dachpappe, umfassend eine färbbare Binderzusammensetzung sowie die als Binder verwendete färbbare Zusammensetzung.
Stand der Technik
Eine Dachpappe ist eine flexible Lage, die durch das Ineinandergreifen von Fasern durch eine Kombination aus mechanischer Arbeit und Wärme ohne Verspinnen, Weben oder Wirken hergestellt wird, und die mit einem Binder zusammengehalten wird. Dachpappen werden aus pflanzlichen Fasern (organische Dachpappen), Polymerfasern (insbesondere Polyester), Asbestfasern (Asbestdachpappen) oder Glasfasern (Glasdachpappen) hergestellt. Eine Dachfolie ist eine flexible oder halbflexible Dachabdeckung oder wasserdichte Imprägnierung, deren hauptsächliche Funktion der Ausschluss von Wasser ist. Eine Schindel ist eine kleine Einheit des hergestellten Dachabdeckungsmaterials, das zur Installierung mit ähnlichen Einheiten auf überlappenden Schichten mit Neigungen, die normalerweise 25 Prozent übersteigen, ausgelegt ist. Eine Dachabdeckungsfolie kann aus mehreren Schichten aufgebaut sein. Im Allgemeinen werden bituminöse Dachpappen verwendet, deren Oberfläche häufig mit einem Mineralaggregat behandelt ist. Das Bitumen ist eine Klasse von amorphen, schwarz oder dunkel gefärbten (festen, halbfesten oder viskosen) zementartigen Substanzen, die natürlich oder künstlich hergestellt sind, sich hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen mit hohem Molekulargewicht zusammensetzen und in Asphalten, Teeren, Pitchen und Asphaltiten ge funden werden. In der Dachabdeckungsindustrie gibt es zwei grundlegende Bitumen: Asphalt und Kohlenteerpech.
Beispiele bituminöser Binderzusammensetzungen für Dachpappe und ähnliche Anwendungen können in den US Patenten mit den Nummern 4,405,680; 4,904,713; 5,051,457; 5,447,775; 5,308,676; 5,719,216; 5,854,335; 5,789,401 und 6,120,913 gefunden werden. Diese Zusammensetzungen unterscheiden sich von den bei Straßenbauanwendungen verwendeten bituminösen Zusammensetzungen. Somit kann eine bituminöse Zusammensetzung zur Verwendung im Straßenbau nicht für Dachabdeckungszwecke verwendet werden.
Es besteht ein wachsender Bedarf an ästhetischen Dachpappen, wie gefärbte Dachpappen, wasserfeste Lagen und Schindeln und dergleichen, vorzugsweise in weißer oder hellen Farben. Diese Dachpappen müssen leicht auszulegen sein, einfach zu verschweißen sein, mit Bitumen kompatibel sein, ähnliche oder bessere mechanische Eigenschaften als Dachpappen aufweisen, die auf bituminösen Zusammensetzungen basieren, und eine ähnliche oder bessere Beständigkeit gegen Alterung aufweisen. Diese gefärbten Dachpappen sollten ebenfalls umweltfreundlich, und daher frei von Chlor sein, was auf PVC basierende Dachpappen ausschließt.
In der EP 179510 A (SHELL) 16.12.1986 wird eine Binderzusammensetzung offenbart, die pigmentierbar ist, umfassend von 30 bis 99 Gew% eines Mineralschmierölextrakts und von 70 bis 1 Gew% eines Petroleumharzes und/oder Cumaron-Indenharzes, dadurch gekennzeichnet, dass das Petroleumharz und/oder das Cumaron-Indenharz Einheiten enthält, die von einer Carbonsäure, Carbonsäureanhydrid oder Hydroxylgruppen stammen. Die Binderzusammensetzung kann ebenfalls kleinere Anteile enthalten, wie zum Beispiel 0–30 Gew%, zum Beispiel 0,5 bis 10 Gew%, basierend auf dem Bindemittel anderer Bestandteile, wie zum Bei spiel geblasenes oder nicht geblasenes Bitumen, zum Beispiel Propanbitumen, natürliche oder synthetische Gummi, zum Beispiel wahlweise hydriert, linear oder verzweigt, zum Beispiel sternförmig, Blockcopolymere aus Styrol und konjugiertem Dien (zum Beispiel Butadien oder Isopren); Wachse, wie zum Beispiel Paraffinwachse; Polymere, wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen und Poly(iso)buten; Stoffe zur Erhöhung der Klebrigkeit, wie zum Beispiel Li-Salze von C10–40 (Hydroxy)fettsäuren, zum Beispiel Li-(Hydroxy)stearat, um die vorliegenden Zusammensetzungen selbstklebend zu machen; usw. Eine färbbare für Dachpappen und dergleichen geeignete Zusammensetzung, die den derzeitigen Anforderungen in Bezug auf Hoch- und Tieftemperaturcharakteristika genügt, wird nicht erwähnt.
In der JP 2002206047 (SHOWA SHELL) 26.07.2002 wird eine färbbare Binderzusammensetzung bereitgestellt, die eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit aufweist. Die Binderzusammensetzung ist besonders zum Auslegen konstruiert, wobei sie typischerweise von 2 bis 4 Gew% an thermoplastischem Elastomer enthält. Dieser Binder zeigt nicht die für Dachpappen erforderlichen Eigenschaften. Insbesondere fehlt eine gute Temperaturflexibilität (Kaltbiegen) und eine Beständigkeit gegen hohe Temperaturen (Erweichungspunkt R&B; DIN Fließfähigkeit, PEN bei 50 °C).
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine färbbare Binderzusammensetzung bereitzustellen, die in der Verarbeitbarkeit ähnlich zu bituminösen Zusammensetzungen ist, während sie Farbstabilität und diese Tieftemperatur/Hochtemperatureigenschaften kombiniert.
Offenbarung der Erfindung
Dementsprechend wird eine färbbare Dachpappe bereitgestellt, umfassend faserhaltiges Material und einen nicht bituminösen Binder, der umfasst:

1. eine bitumenähnliche Verbindung mit einem PEN-Wert von wenigstens 30 dmm bei 25 °C und umfassend wenigstens ein hydriertes Petroleumharz (a) oder umfassend wenigstens ein hydriertes Petroleumharz (a) und ein Öl (b),
2. 10–25 Gewichtsteile auf 100 Teile der bitumenähnlichen Verbindung eines hydrierten Styrolblockcopolymers (c) der Formel A-C-A oder (A-C')_n-X, worin A für einen Polymerblock eines vinylaromatischen Monomers steht, X für eine Kopplungseinheit steht, n für eine ganze Zahl zwischen 2 und 20 steht und C beziehungsweise C' für einen Polymerblock eines konjugierten Dienmonomers steht, das wenigstens zu 50 hydriert ist, und worin die gesamte Menge von A im Blockcopolymer (c) im Bereich von 22–40 Gew% liegt und worin das Blockcopolymer ein scheinbares Molekulargewicht von 140.000 bis 300.000 (A-C-A) beziehungsweise von n·70.000 bis n·150.000 ((A-C')_n-X) aufweist, und worin die Verbindungen 1 und 2 zusammen 50–70 Gew% des gesamten Bindemittels bilden und der Rest des Binders auf
3. 30–50 Gew%, bezogen auf den gesamten Binder eines Pigments und/oder Füllstoffs und
4. 0–4 Gew%, bezogen auf den gesamten Binder eines UV-Stabilisators

Die Erfindung stellt ebenfalls eine nicht bituminöse, färbbare Binderzusammensetzung zur Herstellung der Dachpappe oder der Dachfolie bereit. Mit geeignet gewählten hell (weiß) gefärbten Pigmenten und/oder Füllstoffen stellt die Erfindung ebenfalls eine gefärbte (weiße) Zusammensetzung mit hoher Emittanz und Reflexionsvermögen bereit. Kühle Dachabdeckungsprodukte liegen daher ebenfalls innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
Die färbbare Binderzusammensetzung kann ebenfalls für andere (kühle) Produkte, zum Beispiel als Dichtungsmasse oder Beschichtung verwendet werden.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Bestandteil 2 (hydriertes Blockcopolymer (c))
Hydrierte Styrolblockcopolymere sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Copolymere sind als Triblockcopolymere (sequentiell oder durch Kopplung eines Diblockcopolymers hergestellt), als Tetrablockcopolymere oder Multiblockcopolymere, als lineare Copolymere und ebenfalls als verzweigte oder radiale Copolymere (unter Verwendung eines multifunktionellen Kopplungsmittels und/oder eines multifunktionellen Copolymers während dessen Herstellung) verfügbar. Derartige Copolymere basieren typischerweise auf Styrol und entweder Butadien oder Isopren oder einer Mischung davon, die anschließend hydriert wird. Jedoch werden ähnliche Copolymere unter Verwendung von substituierten Styrolen als Monovinylarene und/oder unter Verwendung von C5 bis C8 konjugierten Dienen erhalten. Hydrierte Styrolblockcopolymere sind zum Beispiel als KRATON^® G Polymere erhältlich.
Typische hydrierte Styrolblockcopolymere umfassen SEBS (Styrol-Ethylen-Butylen-Styrolblockcopolymer) und SEPS (Sty rol-Ethylen-Propylen-Styrolblockcopolymere). Diejenige, die ein Molekulargewicht von 140.000–300.000, vorzugsweise 160 bis 200.000, einen Schmelzindex (200 °C, 5 kg) von nicht mehr als 10 g/10 Minuten, einen Polystyrolgehalt von 22 bis 40 %, vorzugsweise von 25 bis 35 %; und ein spezifisches Gewicht von mindestens 0,9 aufweisen, werden bevorzugt. Es ist klar, dass gekoppelte Blockcopolymere ein höheres Molekulargewicht aufweisen können, falls ein Kopplungsmittel oder ein multifunktionelles Monomer mit einer Funktionalität von mehr als 2 verwendet wird.
Es ist ebenfalls klar, dass Blockcopolymere, die mittels Kopplung von lebenden Diblockcopolymeren mittels eines Kopplungsmittels und Abbruch der restlichen lebenden Blockcopolymere hergestellt werden, schließlich kleine Mengen (zum Beispiel weniger als 20 Mol%) an Diblockcopolymer enthalten werden.
Die scheinbaren Molekulargewichte der vollständigen Blockcopolymere und jedes der intermediären Vorläufer sind durch Gelpermeationschromatographie unter Verwendung handelsüblicher Polystyrolstandards (gemäß ASTM D6474-99) bestimmt worden.
Die vorstehend erwähnten hydrierten Styrolblockcopolymere können funktionelle Gruppen enthalten, zum Beispiel durch Pfropfen entsprechend der Beschreibung in den US Patenten mit den Nummern 4,738,503 oder 4,578,429 (auf deren Offenbarungsgehalt hier vollumfänglich Bezug genommen wird).
Bestandteil 1 (hydriertes Petroleumharz (a))
Die bitumenähnliche Verbindung sollte einen PEN-Wert von mindestens 30 dmm bei 25 °C aufweisen. Geeignete bitumenähnliche Verbindungen sind in der JP2002-206047A offenbart, auf deren Offenbarungsgehalt hier-vollumfänglich Bezug genommen wird. Zusammensetzungen von besonderer Relevanz umfassen das hydrierte Petroleumharz (a) und Öl (b) mit einem Flammpunkt von 230 °C oder darüber und einem Paraffingehalt von mindestens 50 % und einer Viskosität von mindestens 7 mm²/s (100 °C). Die bitumenähnliche Verbindung umfasst vorzugsweise weniger als 40 Gew% des Öls. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Binderzusammensetzung eine bitumenähnliche Verbindung, umfassend 55 bis 75 Gew% des hydrierten Petroleumharzes (a); 15 bis 35 Gew% des Öls (b) und 10 bis 20 Gew% des Blockcopolymers (c).
Hydrierte Harze sind aus dem Stand der Technik bekannt und umfassen zum Beispiel die in der EP0802251A beschriebenen Harze. Die Harze der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise einen Ring- und Kugelerweichungspunkt, gemäß dem Testverfahren ASTM E28, von 50 °C bis 150 °C, bevorzugter von 60 °C bis 140 °C, besonders bevorzugt von 95 °C bis 105 °C auf. In Bezug auf ihre chemische Beschaffenheit kann ein erfindungsgemäßes „Harz" umfassen:

(a) natürliche und modifizierte Terpentinharze, wie zum Beispiel Naturharz, Tallölharz, destilliertes Terpentinharz, hydriertes Terpentinharz oder anderweitig modifizierte Terpentinharze;
(b) aliphatische Petroleumkohlenwasserstoffharze, wobei die letzteren Harze aus der Polymerisation von Monomeren, umfassend hauptsächlich Olefine und Diolefine, resultieren;
(c) aromatische Petroleumkohlenwasserstoffe;
(d) aliphatische/aromatische von Petroleum stammende Kohlenwasserstoffe;
(e) polare oder anderweitig modifizierte aliphatische und/oder aromatische Kohlenwasserstoffharze, wie zum Beispiel Copolymere, Terpolymere von Petroleumkohlenwasserstoffharzen mit Vinylmonomeren, oder Mischungen davon.

Mischungen aus zwei oder mehreren der vorstehenden Harze können für manche Formulierungen erforderlich oder vorteilhaft sein. Ebenfalls sind (vorzugsweise teilweise) hydrierte oder mit Wasserstoff behandelte Derivate der vorstehenden Harze und jede Mischung davon mit einem anderen (hydrierten oder nicht hydrierten, modifizierten oder nicht modifizierten) Harz eingeschlossen.
Teilweise hydrierte Harze werden in der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Diese sind unter dem Markennamen „REGALITE^® hydriertes Kohlenwasserstoffharz" von Eastman, „ESCOREZ^TM" von Exxon Mobile Chemical, „ARKON^TM M" von Arakawa Chemical Ind. und dergleichen erhältlich.
Es wird die Hydrierung derartiger Harze zu einem Grad von mindestens 70 %, basierend auf der ursprünglichen Ungesättigtheit bevorzugt.
Öl (b)
Soweit es das Öl betrifft können wieder die in der JP2002-206047A offenbarten Öle, einschließlich von sowohl Mineralölen als auch naphthenischen Ölen, verwendet werden. Es wurde festgestellt, dass DRAKEOL^TM 34 recht gut verwendbar ist.
Die Bestandteile 1 und 2 bilden vorzugsweise zwischen 50 und 70 Gew%, bevorzugter 55 bis 65 Gew% der Binderzusammensetzung.
Bestandteile 3
Die färbbare Zusammensetzung wird Pigmente, wie zum Beispiel TiO₂, Ruß und dergleichen umfassen. Als Füllstoffe können zermahlener Kalkstein und dergleichen verwendet werden (zum Beispiel DURCAL^TM 10 oder WIGRO^TM). Derartige Pigmente und Füllstoffe werden typischerweise in Mengen von 30 bis 50 Gew%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, verwendet. Tatsächlich kann dieser Bestandteil allein auf Pigmenten oder allein auf einem Füllstoff basieren.
Bestandteil 4
UV-Stabilisatoren sind bekannt. Ein herkömmlicher Stabilisator ist IRGANOX^TM 1010, der zum Beispiel in Kombination mit TINUVIN^TM 327 und/oder 770 verwendet wird. Binderzusammensetzungen können ohne jegliche UV-Stabilisatoren formuliert werden. Jedoch wurde festgestellt, dass sehr kleine Mengen an UV-Stabilisatoren zu einer wesentlichen Verbesserung des Alterungsverhaltens der gefärbten Binderzusammensetzung und Dachpappe führen. Es wird die Verwendung von 0,5 bis 2 % bevorzugt.
Weitere Bestandteile
Die Binderzusammensetzung kann ebenfalls kleinere Mengen an technischen Thermoplasten, ausgewählt aus Polyolefinen und insbesondere Polyethylen und Polypropylen, halogenierten Polyolefinen, chlorsulfonierten Polyolefinen, Polyvinylchlorid, EPDM, Polystyrol, Polyphenylenoxid, PET und analogen Poly(alkylenterephthalaten), umfassen. Falls sie verwendet werden, sind die bevorzugten technischen Kunststoffe ataktisches Polypropylen, EPDM und andere Thermoplaste, die einen Schmelzindex im Bereich von 5 bis 25 aufweisen. Derartige technische Thermoplaste können zum Beispiel in Mengen bis zu oder gleich der Menge des hydrierten Blockcopolymers (c) verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend mittels Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben, jedoch wird die Erfindung durch diese Beispiele und Vergleichsbeispiele nicht beschränkt.
Beispiele
Die Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde gemäß den in den nachstehenden Tabellen angezeigten Kombinationen hergestellt. Die vermischten Mengen sind alle in Einheiten von Gew% angegeben. Überdies wurden die färbbaren Binderzusammensetzungen für Dachabdeckungszwecke unter Verwendung eines Homogenisators bei einer Mischtemperatur von 180 °C, einer Homogenisatorrotationsgeschwindigkeit von 3.000 Upm mit einer Mischzeit von 1 Stunde erzeugt. Die fertigen färbbaren Binderzusammensetzungen für Dachabdeckungszwecke wurden einer Nadelpenetration unter Verwendung des Verfahrens der ASTM D5 und Erweichungspunktmessungen (R&B: Ring & Kugel) unter Verwendung der Verfahren der ASTM D36 oder E28, für PMB's beziehungsweise Harze unterzogen. Das Fließvermögen und Kaltbiegen wurden gemäß DIN 52123 (Aug. 1985) beziehungsweise UEAtc M.O.A.T Nr. 31 (1984) gemessen.
Der Binder wurde zu einer Folie mit den Maßen 10 cm × 10 cm × 3 mm für den Hochtemperaturfließtest und zu einer Folie mit den Maßen 5 cm × 20 cm × 3 mm für den Flexibilitätstest bei niedriger Temperatur geformt. Beschleunigte Alterungstests wurden mit Folien in einem Ofen mit Luftzufuhr bei 80 °C ausgeführt.
Experiment 1
Eine färbbare Zusammensetzung wurde basierend auf 26 Gewichtsteilen (pbw) Mineralöl (mit einem Flammpunkt von ungefähr 250 °C und einem Paraffingehalt von ungefähr 70 %), und 75 pbw eines (100 %) hydrierten Petroleumharzes, welches eine Summe von 100 Teilen der bitumenähnlichen Verbindung ergibt, hergestellt. Dazu werden 14 Teile pbw SEBS (mit einem Polystyrolgehalt von ungefähr 30 % und einem Molekulargewicht von ungefähr 190.000) gegeben. Zu dieser Zusammensetzung wurde 5 Pigment (Titanoxid), 35 % Füllstoff (Kalkstein) und 1,82 % UV-Stabilisator gegeben (Prozentsätze wurde bezogen auf den gesamten Binder berechnet). Die gefärbte Binderzusammensetzung wies einen R&B von 137 °C, ein PEN bei 25 °C von 62 dmm, ein PEN bei 50 °C von 79 dmm, einen DIN Fließgrenzwert bei 115 °C und einen Kaltbiegegrenzwert bei –10 °C auf.
Die Überwachung der Farbstabilität als auch anderer Dachabdeckungseigenschaften über die Zeit (zum Beispiel 2 Monate) wird keine Unterschiede zeigen.
Experiment 2
Eine ähnliche gefärbte Binderzusammensetzung wurde mit 30 pbw Öl und 70 pbw Harz hergestellt. Die gefärbte Binderzusammensetzung wies einen R&B von 136 °C, ein PEN bei 25 °C von 68 dmm, ein PEN bei 50 °C von 84 dmm, einen DIN Fließgrenzwert bei 115 °C und einen Kaltbiegegrenzwert bei –10 °C auf.
Schlussfolgerung
Die gefärbten Binderzusammensetzungen von Experiment 1 und 2 kombinieren hervorragende Hoch- und Tieftemperatureigenschaften mit langfristiger Farbstabilität.

Claims

Färbbare Dachpappe umfassend faserhaltiges Material und einen nicht bituminösen Binder, der umfasst: 1. eine bitumenähnliche Verbindung mit einem PEN-Wert von wenigstens 30 dmm bei 25°C und umfassend wenigstens ein hydriertes Petroleumharz (a) oder umfassend wenigstens ein hydriertes Petroleumharz (a) und ein Öl (b), 2. 10–25 Gewichtsteile auf 100 Teile der bitumenähnlichen Verbindung eines hydrierten Styrolblockcopolymers (c) der Formel A-C-A oder (A-C')n–X, worin A für einen Polymerblock eines vinylaromatischen Monomers steht, X für eine Kopplungseinheit, n steht für eine ganze Zahl zwischen 2 und 20, und C bzw. C' steht für einen Polymerblock eines konjugierten Dienmonomers, das wenigstens zu 50% hydriert ist, und worin die gesamte Menge von A im Blockcopolymer im Bereich von 22–40 Gew% liegt und worin das Blockcopolymer ein scheinbares Molekulargewicht von 140.000–300.000 (A-C-A) bzw. von n·70.000 bzw. n·150.000 (A-C')n–X aufweist, und worin die Verbindungen 1 und 2 zusammen 50–70 Gew% des gesamten Bindemittels bilden und der Rest des Binders auf 3. 30–50 Gew% bezogen auf den gesamten Binder eines Pigments und/oder Füllstoffs, und 4. 0–4 Gew% bezogen auf den gesamten Binder eines UV-Stabilisators basiert.
Nicht-bituminöse färbbare Binderzusammensetzung zur Herstellung der Dachpappe oder der Dachfolie umfassend: 1. eine bitumenähnliche Verbindung mit einem PEN-Wert von wenigstens 30 dmm bei 25°C und umfassend wenigstens ein hydriertes Petroleumharz (a) oder umfassend wenigstens ein hydriertes Petroleumharz (a) und ein Öl (b), 2. 10–25 Gewichtsteile auf 100 Teile der bitumenähnlichen Verbindung eines hydrierten Styrolblockcopolymers (c) der Formel A-C-A oder (A-C')n-X, worin A für einen Polymerblock eines vinylaromatischen Monomers steht, X für eine Kopplungseinheit, n steht für eine ganze Zahl zwischen 2 und 20, und C bzw. C' steht für einen Polymerblock eines konjugierten Dienmonomers, das wenigstens zu 50% hydriert ist, und worin die gesamte Menge von A im Blockcopolymer im Bereich von 22–40 Gew% liegt und worin das Blockcopolymer ein scheinbares Molekulargewicht von 140.000 – 300.000 (A-C-A) bzw. von n·70.000 bzw. n·150.000 (A-C')n-X aufweist, und worin die Verbindungen 1 und 2 zusammen 50–70 Gew% des gesamten Bindemittels bilden und der Rest des Binders auf 3. 30–50 Gew% bezogen auf den gesamten Binder eines Pigments und/oder Füllstoffs und 4. 0–4 Gew% bezogen auf den gesamten Binder eines UV-Stabilisators basiert.