DE69130862T2

DE69130862T2 - Fussbodenbelag mit bitumen-rückschicht

Info

Publication number: DE69130862T2
Application number: DE69130862T
Authority: DE
Inventors: Andrew Craigavon County Armagh Thompson
Original assignee: Interface Inc
Current assignee: Interface Inc
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2011-04-10
Also published as: WO1991015625A1; GR3029910T3; GB9008166D0; AU646041B2; JP3110754B2; ATE176507T1; DE69130862D1; DK0525004T3; CN1036864C; CA2080126A1; EP0525004A1; ES2129408T3; CA2080126C; CN1058245A; EP0525004B1; AU7666591A; SG54183A1; JPH05507528A; AR246753A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Oxidierte und Polymer-modifizierte Bitumen werden bei der Herstellung von Teppichfliesen häufig als Rückenbeschichtungsmaterial eingesetzt. Die Konstruktion dieser Fliesen ist recht komplex und kann in einer fasrigen, z. B. getufteten, Primärware bestehen, die mit einem gehärteten Latex zur Stabilisierung des Tufting imprägniert ist und an eine Sekundärrückenware unter Verwendung des zuvor erwähnten Bitumen laminiert wird.
Bei dieser Anwendung werden strenge physikalische Anforderungen an das Bitumen gestellt, um die Spannungsrelaxation in der Primärtuftingware zu kontrollieren; um entscheidende physikalische Maße bei einem breiten Bereich möglicher Anwendungsbedingungen beizubehalten und rückzugewinnen; um einen übermäßigen Aufbau elektrostatischer Aufladung, die elektrische Teile und Computer-Hardware zerstören als auch den Gebäude-Bewohnern körperliches Unbehagen bereiten kann, zu vermeiden; und um physikalische Maße unter statischen Belastungsbedingungen, die auftreten, wenn schwere Objekte über längere Zeiträume hinweg auf Teppichfliesen plaziert werden, beizubehalten.
Das verwendete Bitumen muß also Eigenschaften in der geschmolzenen Phase aufweisen, die eine leichte Herstellung und Verarbeitung ermöglichen, d. h. eine geeignete Viskosität bei den Anwendungstemperaturen bei maximaler Wärmebeständigkeit und minimaler Größeninstabilität bezüglich des gefertigten Produkts.
In GB-A-2.219.802 A (Vulcanite Ltd.) wurde vorgeschlagen, ein Polyethylen niedriger Dichte für Dachpappen- und Teppichfliesen-Verstärkungszwecke in Bitumen aufzunehmen. Es wurde festgestellt, daß solche Mischungen nicht alle der Ansprüche erfüllen, die an ein in Zusammenhang mit einer Teppichfliesen- Rückenbeschichtung verwendetes Bitumen gestellt werden. Die Werte für statische Aufladung und Größenstabilität einer Teppichfliese, die unter Verwendung eines derartigen Bitumens gefertigt wurde, wären kommerziell nicht annehmbar und würden aus dem Rahmen der standardmäßigen Anforderungen fallen, die durch die Teppichfliesen- und Fußbodenbelags-Industrie festgelegt wurden.
Selbsthaftende Bitumenzusammensetzungen, enthaltend Polyethylen oder kristallines Polypropylen, wurden zur Verwendung bei Teppichfliesen mit selbsthaftendem Rücken in GB-A-1.417.571 (Ruberoid Ltd.) vorgeschlagen. Ferner wurden Teppichfliesen unter Verwendung eines Gemischs von Bitumen und einer geringen Menge eines thermoplastischen Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymers (SBS) als der integrierten Rückenbeschichtung in US-A-4.201.812 (Shell Oil Company) hergestellt. Das Blockcpolymer bereitet allerdings bei seiner Anwendung als Teppichrückengemisch Schwierigkeiten hinsichtlich Verarbeitung, Kompatibilität, Kosten u. a.
In JP-A-1/123862 (Fuji Kosan KK) ist eine Zusammensetzung zur Herstellung antistatischer Rückenbeschichtungen für Teppichfliesen beschrieben. Die Zusammensetzung enthält Bitumen, einen Leitfähigkeitsspender und ein thermoplastisches Harz, welches bevorzugt ein kristallines Polyolefin mit einem Molekulargewicht von 9004000 ist und einen Erweichungspunkt von mindestens 120ºC aufweist oder ein Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einem Schmelzindex von 0,2-20 g/10 Min ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Fußbodenbeläge, z. B. Teppichfliesen oder Auslegeware, mit einer Rückenbeschichtung aus einer Bitumenzusammensetzung, wobei die Bitumenzusammensetzung verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Größenstabilität, Haftung, statischer Belastung und elektrischer Leitfähigkeit aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fußbodenbelag mit einer Bitumenzusammensetzung als einer Rückenbeschichtung bereitgestellt, die all die zuvor beschriebenen Anforderungen erfüllt und außerdem einen beträchtlich kostreneinsparenden Vorteil gegenüber früher beschriebenen und bereits in Betrieb befindlichen Systemen erbringt.
So stellt die vorliegende Erfindung einen Fußbodenbelag mit einer Rückenbeschichtung aus einer Bitumenzusammensetzung bereit, welche Bitumenzusammensetzung ein Gemisch umfaßt aus:
(a) einer dispersen Phase aus Destillationsbitumen mit einem Penetrationswert von bis zu 100 dmm; und
(b) als kontinuierlicher Phase, bis zu 12 Prozent, bezogen auf das Gewicht der Bitumenzusammensetzung, eines Gemischs aus einem Polyethylen hoher Dichte mit einem Schmelzfluß-Index (ASTM D1238-70) von mindestens 0,2, und einem Polyethylen niedriger Dichte mit einem Schmelzfluß-Index (ASTM D1238-70) von mindestens 0,2;
und wahlweise mindestens 40 Prozent, bezogen auf das Gewicht der gefüllten Bitumenzusammensetzung, eines mineralischen Füllstoffs;
wobei die Bitumenzusammensetzung einen Erweichungspunkt aufweist von 115ºC bis 128ºC, wie gemäß IP 58 (83) gemessen, und einen Penetrationswert von 10 bis 15 dmm (ein dmm = ein Zehntel eines Millimeters), wie gemäß IP 49 (83) gemessen.
Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der Rückenbeschichtung aus einer Bitumenzusammensetzung um ein Bitumen-Polymer-Füllstoff-Gemisch, umfassend einen minimal inerten mineralischen Füllstoffgehalt von 40 Gew.-% der endgültigen Bitumenzusammensetzung. Die Bitumenkomponente umfaßt ein Destillationsbitumen mit hohem Gehalt an Asphalten und Harz bei einem Penetrationswert (IP 49/83) von 100 Dezimillimetern (dmm) oder weniger und ein Gemisch, bestehend aus Polyethylenen niedriger Dichte und hoher Dichte. Bevorzugt liegt der Gesamtgehalt an Polyethylen nicht über etwa 10 Gew.-% der endgültigen Bitumenzusammensetzung.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Zusammensetzung ist preiswert und kann aus lokal verfügbaren Materialien hergestellt werden, d. h. Destillationsbitumen, bevorzugt vor geblasenem oder oxidierten Bitumen, und entweder neues oder bevorzugt preiswertes Abfall- oder recyceltes Polyethylen als Modifikator. Als Rückenbeschichtung verwendete Bitumen-Polyethylen-Gemische ermöglichen Teppichfliesen mit verbesserter Größenstabilität und besserer elektrischer Leitfähigkeit, so daß kein antistatisches Mittel zur Erfüllung der derzeitigen IBM/ICL- Normen für die Leitfähigkeit erforderlich ist.
Außerdem bietet die Bitumen-Polyethylen-Zusammensetzung eine bessere Haftung aufgrund der erhöhten Klebrigkeit der Bitumenzusammensetzung, so daß eine bessere Qualität der Laminierung zwischen der Bitumen-Rückenbeschichtung und der Unterseite der Latex-beschichteten und gehärteten, nadelgefilzten oder getufteten Primärrückenschicht vorliegt. Die Bitumenzusammensetzung erlaubt verminderte Auftrags- oder Beschichtungstemperaturen, was zu Energieeinsparungen führt und die Verwendung preiswerteter Sekundär- Rückenbeschichtungen mit niedrigerem Schmelzpunkt auf der Unterseite der Fliese ermöglicht, z. B. die Verwendung nicht-gewebter Polypropylenplatten anstelle von Polyester oder Polyester-Polypropylen-Rückenbeschichtungen mit hohem Schmelzpunkt. Die fertiggestellte Teppichfliese weist eine fasrige Schauseite und eine Unterseite auf, die integriert an die Bitumenzusammensetzung als einer Rückenbeschichtung gebunden ist und typischerweise eine an der Unterseite der Rückenbeschichtung aus Bitumen befestigte Sekundär-Rückenbeschichtung.
Im Vergleich zur Verwendung von Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymeren ergeben sich keine Probleme bezüglich der Bitumen-Kompatibilität, erweist sich das Bitumen nicht als temperaturempfindlich, bildet bei längerer Lagerung bei hohen Temperaturen keine Quervernetzungen und erfordert keine spezielle Bitumenzusammensetzung mit gefährlichen Komponenten.
Die Zusammensetzung aus Bitumen-Polyethylen-Gemisch, wie bei der Erfindung verwendet, sollte einen Erweichungspunkt von 115ºC bis 128ºC, z. B. 118ºC bis 124ºC, und eine Penetration von 10 dmm bis 15 dmm, z. B. 10 dmm bis 12 dmm, aufweisen. Der Erweichungspunkt (Ring- und Kugeltest) und die Penetrationswerte werden gemäß den Bestimmungen des Institute of Petroleum, IP 58/83 bzw. IP 49/83, gemessen. Die Bitumenzusammensetzung wird durch Erhitzen des Bitumens auf etwa 180ºC bis 200ºC, z. B. 190ºC, hergestellt und das Polyethylen-Polymer dann zugegeben, dabei das Polyethylen hoher Dichte gewöhnlich zuerst, und das Polyethylen-Polymer unter kontinuierlichem Rühren bei mäßiger Scherbeanspruchung über ausreichende Zeiträume hinweg, z. B. 60 Minuten lang, vermischt, bis eine geschmeidige, homogene Dispersion erhalten wird, d. h. bis das Bitumen als eine disperse Phase in der kontinuierlichen Phase des Polyethylens dispergiert ist. Allgemein kann die Qualität der Dispersion überwacht werden, wobei eine Probe des Gemischs unter Ultraviolett-Belichtung betrachtet wird, um das Polymer zum Fluoreszieren zu bringen, so daß die Qualität des Gemischs visuell beurteilt werden kann.
Die Bitumenzusammensetzung wird als eine Rückenbeschichtung für Fußbodenlaminate, besonders Teppichfliesen, verwendet, indem die Bitumenzusammensetzung erhitzt und ein oder mehrere Beschichtungen auf die Unterseite eines Fußbodenbelags mit fasriger Schauseite aufgebracht wird. Allgemein wird die Bitumenzusammensetzung bei einer Temperatur von 160ºC bis 180ºC, z. B. 165ºC bis 170ºC, an der Beschichtungs- oder Auftragsstation aufgebracht, was niedriger als die übliche Beschichtungstemperatur bei Oxidationsbitumen ist, und einer Viskosität von 6.000 cps und 35.000 cps (6 bis 35 Pascalsekunden), z. B. 20.000 cps bis 35.000 cps (20 bis 35 Pascalsekunden). Allgemein werden oxidierte Bitumen als Rückenbeschichtungen bei Temperaturen von 180ºC bis 190ºC angebracht; bei geringeren Temperaturen von 160ºC bis 170ºC und weniger steigt jedoch die Viskosität des mit Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) modifizierten Destillationsbitumens nicht so schnell an wie die Viskosität von geblasenem oder oxidiertem Bitumen, so daß der Auftrag bei geringeren Temperaturen mit den resultierenden Einsparungen an Energie und die Verwendung eines preiswerteren Sekundärrückens möglich ist. Die niedrigere Auftragstemperatur ermöglicht die Verwendung von nicht-gewebtem oder anderem Plattenmaterial aus 100% Polypropylen mit einem niedrigen Schmelzpunkt von 160ºC bis 170ºC als einem Sekundärrücken. Das Bitumen kann in einer beliebigen Weise aufgebracht werden, z. B. durch eine Zuführwalze oder eine Einlegetechnik.
Die Bitumenzusammensetzung beinhaltet ein Destillationsbitumen mit hohem Asphalten- und Harz-Gehalt, das eine Penetration von 100 dmm oder weniger, gewöhnlich weniger als etwa 60 dmm, z. B. 20 dmm bis 60 dmm, besonders 40 bis 60 dmm, aufweist. Destillationsbitumen ist leichter verfügbar und preiswerter und weniger viskös als geblasenes Bitumen. Allgemein besteht das Bitumen insgesamt aus Destillationsbitumen; allerdings können, wenn erwünscht, sehr geringe Mengen von z. B. bis zu 10 Gew.-% anderer Bitumenarten, z. B. Oxidationsbitumen oder andere Kohlenwasserstoffprodukte, mitaufgenommen werden.
Das Destillationsbitumen wird einem Gemisch aus Polyethylen-Polymeren hoher Dichte und niedriger Dichte in ausreichender Menge vermischt, um eine dominante, kontinuierliche Phase des Polyethylen-Polymers zu erhalten. Hat die Polyethylen- Konzentration einmal das Phasenübergangsniveau erreicht, so erhöht eine weitere Polyethylen-Polymerzugabe den Erweichungspunkt des Bitumengemischs nicht weiter. Das Polyethylen wird in einer Gesamtmenge von bis zu 12 Gew.-% verwendet, z. B. 4 bis 10%, bevorzugt 8 bis 10%. So kann HDPE zum Beispiel im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 Gew.-%, wie z. B. 1 bis 2 Gew.-%, liegen, während die Menge an LDPE im Bereich von etwa 3 bis 9,5 Gew.-%, wie z. B. 3 bis 6 Gew.-%, liegen kann. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung eines Polyethylens mäßiger Dichte aufgrund der erforderlichen hohen Konzentrationen nicht zufriedenstellend ist, und daß die Verarbeitungs- und Kostenfaktoren seiner Verwendung unbefriedigend sind. Die Verwendung lediglich des Polyethylens geringer Dichte ist ebenfalls für die Herstellung eines kommerziell annehmbaren Bitumenrückens für Teppichfliesen von definiertem Pentrationswert und Erweichungspunkt nicht zufriedenstellend.
Die Eigenschaften der Polyethylene hängen von ihren Molekülanordnungen, Molekulargewichten und Molekulargewicht-Verteilungen ab. Ein wichtiger Faktor ist die Auswahl und Vermischung der verwendeten Polyethylene. Die handelsüblichen Polyethylene sind bezüglich der Dichte und des Schmelzfluß-Index eingestuft, wobei beide Maßangaben zur Definierung einer bestimmten Qualität erforderlich sind. Der Schmelzfluß-Index (MFI) bezieht sich auf die Anzahl an Gramm eines Polymers, die durch eine Öffnung von 0,0825 inch (2,1 mm) in 10 Minuten bei 190ºC durch einen Druck von 2.160 Gramm gepreßt werden können (ASTM D1238-70).
Üblicherweise sollte die Polyethylen-Komponente hoher Dichte eine Dichte von etwa 0,945 g/cm³ bis 0,97 g/cm³ aufweisen, wobei der Schmelzfluß-Index größer als etwa 0,2 ist, wie etwa 0,2 bis 10, z. B. 4 bis 6. Die Komponente niedriger Dichte dieser Erfindung sollte eine Dichte von etwa 0,915 g/cm³ bis 0,93 g/cm³ bei einem Schmelzfluß-Index von größer als etwa 0,2, z. B. 2 bis 10, aufweisen.
Bevorzugt umfaßt die verwendete Bitumenzusammensetzung einen inerten mineralischen Füllstoff, um Kosten zu reduzieren und ein Kaltfließen der Zusammensetzung bei Verwendung zu verhindern, wie z. B. Schiefermehl oder Kalkstein in Mengen von mindestens 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der endgültigen Bitumenzusammensetzung, wie z. B. 40 bis 65 Gew.-% und gewöhnlich 50 bis 55 Gew.-%. Die Bitumenzusammensetzung kann eine breite Vielfalt verschiedener Modifikatoren und Zusatzstoffe enthalten, wie sie allgemein bei Rückenbeschichtungen für Teppichfliesen verwendet werden, vorausgesetzt, daß diese Modifikatoren und Zusatzstoffe sich nicht nachteilig auf die annehmbare Qualtität der Rückenbeschichtungen auswirken. Solche Modifikatoren und Zusatzstoffe können umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: antistatische Mittel, wie z. B. Fettsäureamine; und Carbon Black, einschließlich Masterbatch-Gemische von Polyethylen und Carbon Black, zum Beispiel HDPE und LDPE und in das Bitumengemisch mitaufgenommenes Carbon Black; weitere Füllstoffe; Farbpigmente; und geringe Mengen weiterer Polymere und Zusatzstoffe.
Die Erfindung wird im folgenden zu Zwecken der Veranschaulichung lediglich in Zusammenhang mit bestimmten, nicht beschränkenden Ausführungsformen beschrieben.

Beschreibung der Ausführungsformen

Ein Hubis-Mischer wurde mit 311 kg eines Destillationsbitumen mit einer Penetration von 50 dmm (IP 49/83) bei 190ºC beschickt und die beiden Polyethylene in Mengen von 28 kg bzw. 10,5 kg zugegeben, woraufhin der Mischzyklus aufgenommen wurde. Das LDPE wies eine Dichte von 0,92 g/cm³ und das HDPE eine Dichte von 0,95 g/cm³ auf. Nach 10 Minuten wurde eine Probe des Gemischs zur Auswertung der Mischungsqualität durch Ultraviolett-Untersuchung entnommen. Das Mischen wurde dann in 10-Minuten-Zyklen fortgesetzt, bis keine weitere Verbesserung der Qualität der Dispersion beobachtet werden konnte. War dieser Punkt erreicht, so wurden 350 kg Kalkstein-Füllstoft zugegeben, um ein endgültiges Chargengewicht von 700 kg zu erhalten.
Die Charge wurde zur Herstellung von Probefliesen unter Einsatz einer Zuführwalze zum Auftrag des Bitumens auf die Unterseite eines Bodenbelagsubstrats bei einer Bitumentemperatur zum Auftragszeitpunkt von 153ºC bis 162ºC verwendet. Die Polyethylen-Bitumenzusammensetzung wies einen Erweichungspunkt von 121ºC (IP 58/83), eine Penetration von 10 dmm (IP 49/83) und ein Viskosität/Temperaturprofil wie folgt auf:

Viskosität Temperatur

(Pascalsekunden) (ºC)

47,0 130
30,0 140
20,0 150
14,0 160
9,5 170
7,5 180
6,0 190
Dispersionsqualität. Es wurde festgestellt, daß die beste erzielbare Dispersion nach 20 bis 30 Minuten unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Desintegrators erzielt war. Die derart hergestellten Teppichfliesen wurden mit ähnlichen handelsüblichen Teppichfliesen, bekannt als Collage (eine Schutzmarke von Interface Flooring Systems, Inc.) als einer Kontrollfliese verglichen und in derselben Weise, außer mit Oxidationsbitumen, aufgetragen bei 190ºC, hergestellt. Großtechnische betriebsmäßige Erprobung
Beschränkungen von +0,2% bis -0,4% sind allgemein akzeptabel, mit Ausnahme von USA und Frankreich, nämlich -0,1% bis -0,2%. Tuft-Entfernungstest

Elektrostatischer Leitfähigkeitstest

Bedingungen: 19,9ºC, 29% Relative Feuchtigkeit

Haftung/Schichtentrennungstest

Auch hier erwies sich die Haftung in der Polymer-modifizierten Fliese als der in der Fliese mit Oxidationsbitumen überlegen.
Das mit Polyethylen niedriger und hoher Dichte modifizierte Destillationsbitumen- Gemisch ergibt eine einzigartige Bitumenverstärkung für Fußbodenlaminate und erzielt sowohl Energieeinsparungen als auch Vorteile für die Verarbeitung und Herstellung.

Claims

1. Fußbodenbelag mit einer Rückenbeschichtung aus einer Bitumenzusammensetzung, welche Bitumenzusammensetzung ein Gemisch enthält aus:

(a) einer dispersen Phase aus Destillationsbitumen mit einem Penetrationswert von bis zu 100 Zehntel Millimeter (dmm); und

(b) als kontinuierliche Phase, bis zu 12 Prozent, bezogen auf das Gewicht der Bitumenzusammensetzung, eines Gemischs aus einem Polyethylen hoher Dichte mit einem Schmelzfluß-Index (ASTM D1238-70) von mindestens 0,2, und einem Polyethylen niedriger Dichte mit einem Schmelzfluß-Index (ASTM D1238-70) von mindestens 0,2;

und wahlweise mindestens 40 Prozent, bezogen auf das Gewicht der gefüllten Bitumenzusammensetzung, eines mineralischen Füllstoffs;

wobei die Bitumenzusammensetzung einen Erweichungspunkt aufweist von 115ºC bis 128ºC, wie gemäß IP 58 (83) gemessen, und einen Penetrationswert von 10 bis 15 Zehntel Millimeter (dmm), wie gemäß IP 49 (83) gemessen.

2. Fußbodenbelag nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung auch bis zu 10 Gewichtsprozent der Zusammensetzung aus Oxidationsbitumen als einer dispersen Phase umfaßt.

3. Fußbodenbelag nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bitumenzusammensetzung zu 3 Prozent bis 9,5 Prozent des Gewichts der Zusammensetzung ein Polyethylen niedriger Dichte und zu 0,5 Prozent bis 3,0 Prozent des Gewichts der Zusammensetzung ein Polyethylen hoher Dichte enthält.

4. Fußbodenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Polyethylen hoher Dichte eine Dichte von 0,945 g/cm³ bis 0,970 g/cm³ und das Polyethylen niedriger Dichte eine Dichte von 0,915 g/cm³ bis 0,930 g/cm³ aufweist.

5. Fußbodenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bitumenzusammensetzung zu 4 Prozent bis 10 Prozent des Gewichts der Bitumenzusammensetzung des Gemischs aus Polyethylen hoher Dichte und Polyethylen niedriger Dichte enthält.

6. Fußbodenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Penetrationswert des Destillationsbitumen 40 bis 60 Zehntel Millimeter (dmm) beträgt.

7. Fußbodenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Viskosität der Bitumenzusammensetzung 6 Pascalsekunden bis 35 Pascalsekunden bei einer Temperatur von 160ºC bis 180ºC beträgt.

8. Fußbodenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Polyethylene mit hoher und mit niedriger Dichte jeweils einen Schmelzfluß-Index von 0,2 bis 10 besitzen.

9. Fußbodenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fußbodenbelag eine Bodenfliese mit einer fasrigen Oberseite und einer Unterseite umfaßt, an welche Unterseite die Bitumenzusammensetzung gebunden ist.

10. Fußbodenbelag nach Anspruch 9, welche einer nicht-gewebte Polypropylen- Sekundärrückenplatte umfaßt, die an die Unterseite der Bitumenzusammensetzung gebunden ist.

11. Fußbodenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bitumenzusammensetzung einen Penetrationswert von 10 bis 12 Zehntel Millimeter (dmm) und einen Erweichungspunkt von 118ºC bis 124ºC aufweist.