DE69220891T2

DE69220891T2 - Mineralgefüllte, heisssiegelbare Dachbahn

Info

Publication number: DE69220891T2
Application number: DE69220891T
Authority: DE
Inventors: James A Davis; Joseph K Valaitis
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: CA2083101A1; EP0543306A1; EP0543306B1; DE69220891D1; ES2103867T3; US5582890A; JPH05286094A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft allgemein Folienmaterialien zum Bedecken von Dächern. Insbesondere umfaßt das Folienmaterial nicht-schwarze mineralische Füllstoffe, wie weiche und harte Tone, chemisch modifizierte Tone, Calciumcarbonat, Titandioxid, Siliciumdioxid und dergleichen, und Elastomere, wie Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymere, hier als EPDM bezeichnet, Ethylen-Propylen-Kautschuk, hier als EPR bezeichnet, Ethylen-Buten-Copolymere oder ähnliche Olefinpolymere und Gemische davon.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein polymeres Dachfolienmaterial wird als Einzeischicht- Dachdeckmembran zum Decken von technischen und handelsüblichen Flachdächern verwendet. Solche Membranen werden im allgemeinen auf die Dachoberfläche in vulkanisiertem oder gehärtetem Zustand aufgebracht.
Aufgrund seiner ausgezeichneten Witterungsbeständigkeit und Flexibilität hat ein gehärtetes Dachfolienmaterial auf EPDM-Basis eine rasch zunehmende Akzeptanz gefunden. Dieses Material wird normalerweise dadurch hergestellt, daß ungehärtete Massen in Gegenwart von Schwefel oder Schwefel-enthaltenden Verbindungen, wie Mercaptanen, vulkanisiert werden. Die U.S. Patentschrift Nr. 4 803 020 beschreibt auch die Verwendung von Strahlungsvernetzungsbeschleunigern in einer EPDM-Folienmasse, die durch ionisierende Strahlung gehärtet werden kann.
Trotz der Eignung der Strahlungs- und Schwefelhärtung besteht ein Nachteil der Verwendung dieser Elastomeren in dem Fehlen einer Haftung von EPDM, insbesondere gehärtetem EPDM, an sich selbst. Neben den hohen Arbeitskosten stellt dieses Fehlen einer Haftung ein schwerwiegendes Problem dar, weil es bei der Aufbringung von EPDM-Folien auf ein Dach gewöhnlich erforderlich ist, die gehärteten EPDM-Folien miteinander zu spleißen. Diese Verspleißungs- oder Saumfläche ist sowohl kurzzeitigen wie auch langzeitigen Beanspruchungen unterworfen, wie sie beispielsweise durch eine Bewegung des Dachs durch starke Winde, den Gefrier- Auftau-Zyklus und zyklischer Wärmeschwankungen bewirkt werden. Solche Beanspruchungen manifestieren sich in Scherkräften oder Abschälkräften, d.h. der Saum zieht sich unter schweren Beanspruchungsbedingungen ab oder bei weniger scharfen Bedingungen resultiert ein teilweise geöffneter Saum (oftmals als Fischmaulzustand bezeichnet).
Im Hinblick auf das vorstehende Problem ist es erforderlich, einen Klebstoff zu verwenden, um die gehärteten EPDM-Folien miteinander zu verbinden. Wie aus den obigen Erwägungen hervorgeht, muß ein Klebstoff für die Verbindung von gehärteten EPDM-Elastomer-Dachfolien miteinander einer Anzahl von Erfordernissen genügen, denen extrem schwierig genügt werden kann. So muß der Klebstoff eine genügende Abzieh- und Klebefestigkeit haben, daß die durch Verbindung der gehärteten EPDM-Dachfolien miteinander gebildete Verspleißung den oben genannten kurzzeitigen oder langzeitigen Streßbedingungen widerstehen kann. Weiterhin muß der Klebstoff gegenüber einer Oxidation, einer Hydrolyse und einem chemischen Angriff von angesammeltem Wasser beständig sein. Weiterhin muß der Klebstoff die wichtige Eigenschaft haben, die in der Klebstofftechnik als "Quick Stick" bezeichnet wird. Die Bezeichnung "Quick Stick" bedeutet die Eigenschaft, daß zwei Folien des Materials, die mit dem Klebstoff beschichtet worden sind, nach dem in Kontakt-miteinander-Bringen tatsächlich eine sofortige Klebfestigkeit entwickeln.
"Quick Stick" ist eine extrem wichtige Eigenschaft eines Klebstoffs, der dazu verwendet wird, gehärtete EPDM-Elastomer-Dachfolien miteinander zu verspleißen Somit erfordem die derzeit bekannten Klebstoffe im allgemeinen irgendeine Zeit von etwa zwei (2) bis etwa sieben (7) Tagen bei Raumtemperatur (d.h. 22ºC), um die maximale Klebfestigkeit zu erreichen. Bei höherer Umgebungstemperatur ist diese Zeitspanne zwar etwas geringer, doch liegt das Minimum im allgemeinen bei mindestens 24 Stunden. Die herkömmliche Verfahrensweise der Verspleißung der EPDM-Dachfolien miteinander erfolgt in der Weise, daß die Verspleißung innerhalb einer relativ kurzen Zeitperiode hergestellt wird, nachdem der Klebstoffüberzug auf jede Folie aufgebracht worden ist, und zwar im allgemeinen innerhalb von 30 Minuten, jedoch oftmals weniger. Der Klebstoff muß daher eine genügende sofortige Klebfestigkeit oder "Quick Stick" haben, daß die Verspleißung Beanspruchungen von Winden, Bewegungen, Handhabungen durch Installateure etc. widerstehen kann, bis der Klebstoff seine maximale Festigkeit erreicht, was wie angegeben im allgemeinen zwei (2) bis sieben (7) Tage in Anspruch nimmt.
Technische Kontaktklebstoffe, die herkömmlicherweise zum Verbinden von gehärteten EPDM-Elastomer-Dachfolien verwendet werden, bestehen im allgemeinen aus Lösungen von Neoprenpolymeren oder Polymeren vom Neoprentyp oder Butylpolymeren oder Polymeren vom Butyltyp in aromatischen oder aromatisch-aliphatischen Lösungen, die 2-Butanon oftmals zusammen mit klebrig machenden Harzen enthalten. Solche fertigen Klebstoffe haben sich aber nicht als sehr zufriedenstellend erwiesen, was darauf zurückzuführen ist, daß ihre Abzieh-Haftfestigkeiten niedriger als erwünscht sind. So ergeben Klebstoffe vom Neopren- oder Butyltyp oftmals nur Abziehhaftwerte bei 22ºC von nur 1 bis 2 pounds per linear inch.
Druckempfindliche und Kontaktklebstoffe, enthaltend neutralisierte, teilweise neutralisierte oder nichtneutralisierte Sulfonatelastomere, klebrigmachende Harze und organische Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische, sind im Stand der Technik beispielsweise aus den U.S. Patentschriften Nrn. 3 801 531 und 3 867 247 bekannt.
Die U.S. Patentschrift Nr. 3 801 531 betrifft druckempfindliche Klebstoffe, die Thiuroniumderivate von ungesättigten Elastomeren oder neutralisierte, teilweise neutralisierte oder nichtneutralisierte sulfonierte Elastomere mit Einschluß von sulfoniertem EPDM, klebrigmachende Harze, wie beispielsweise Formaldehyd- oder Alkylphenol- Formaldehydharze und organische Lösungsmittel oder Gemische von organischen Lösungsmitteln mit Einschluß eines bevorzugten 90:10-Gemisches von Toluol und Isopropylalkohol enthalten.
Die U.S. Patentschrift Nr. 3 867 247 betrifft Kontaktzement-Klebstoffe, die neutralisierte, teilweise neutralisierte oder nichtneutralisierte sulfonierte Butylelastomere, klebrigmachende Harze einschließlich Phenolformaldehyd- oder Alkylphenol-Formaldehydharze und organische Lösungsmittel oder organische Lösungsmittelgemische einschließlich eines bevorzugten 90:10-Gemisches von Toluol und Isopropylalkohol enthalten.
Die in den vorgenannten Patentdokumenten beschriebenen Klebstoffe leiden an einem signifikanten Nachteil, der ihre Eignung als Kontaktklebstoff für die Verbindung von gehärteten EPDM-Elastomer-Dachfolien miteinander stark einschränkt. Dieser Nachteil ist das Fehlen der "Quick Stick" Eigenschaften.
Ein derartiges Klebstoffsystem für EPDM-Elastomeren, das einen guten "Quick Stick" ergibt, wird in der U.S. Patentschrift Nr. 4 480 012 beschrieben. Solche Klebstoffe umfassen ein neutralisiertes sulfoniertes elastomeres EPDM- Terpolymeres; ein organisches Kohlenwasserstofflösungsmittel, ein klebrigmachendes para-alkyliertes Phenol-Formaldehydharz und ein Alkylphenol oder ein ethoxyliertes Alkylphenol. Während die Verwendung von derartigen Klebstoffen eine wirksame Maßnahme zum Verbinden und Verschweißen der Ränder des elastomeren Dachdeckmaterials ist, werden, wenn die Verwendung der Klebstoffe weggelassen werden könnte, die dann wegfallenden zusätzlichen Unkosten und der Wegfall der erforderlichen Einrichtung zur Aufbringung des Klebstoffs signifikante Kostenersparnisse bewirken. Weiterhin würde der Wegfall der Notwendigkeit, das Material vor der Aufbringung auf das Dach zu härten, gleichfalls von Vorteil sein.
Die EP-A-0 093 500 beschreibt eine Masse, enthaltend 100 Teile eines Elastomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus EPDM, Butylkautschuk und einem EPDM-Butylkautschuk-Gemisch; 0,1 bis 3,0 Teile einer Verbindung mit der Strukturformel [(CH&sub2;)nNCS]&sub2;S&sub6;, worin n den Wert 4 oder 5 hat, und 0 bis 0,5 Teile eines Schwefeldonator-Härtungsmittels. Diese Masse hat eine besondere Anwendung als Dachdeckmaterial oder Flashing-Material.
Die EP-A-0 143 131 beschreibt wasserdicht machende Folien, die aus folgender Masse gebildet worden sind:
(A) 75 bis 35 Gew.-Teile eines teilweise gehärteten thermoplastischen Elastomeren, erhalten durch dynamische Wärmebehandlung eines Gemisches von 90 bis 40 Gew.-Teilen Monoolefincopolymerkautschuk und 10 bis 60 Gew.-Teilen Polyolefinkunststoff und
(B) 25 bis 65 Gew.-Teile eines Ethylenpolymeren mit einer Dichte von 0,910 bis 0,940 g/cm
Diese Folien können miteinander auf der Baustelle unter Druck und unter Erhitzen schmelzverbunden werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von hitzeverschweißbaren EPDM- und EPR-Dachfolienmaterialien, bei denen die herkömmlichen Rußfüllstoffe entweder teilweise oder vollständig durch nicht-schwarze mineralische Füllstoffe ersetzt sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von hitzeverschweißbaren EPDM- und EPR-Dachfolienmaterialien mit verbesserter Abzieh- und Haftfestigkeit gegenüber den herkömmlichen EPDM/EPR-Dachfolienmaterialien, die nur schwarze Füllstoffe enthalten, wobei die Verbesserung bei Raumtemperaturen und erhöhten Temperaturen vorliegen soll.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines weißen hitzeverschweißbaren EPDM/EPR-Dachfolienmaterials.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von EPDM/EPR-Dachfolienmaterialien, wie oben beschrieben, mit stark verbesserter Sonnenlichtreflexion.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von wie oben beschriebenen EPDM/EPR-Dachfolienmaterialien mit guter Brandbeständigkeit.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von wie oben beschriebenen EPDM/EPR-Dachfolienmaterialien mit verbesserten Witterungseigenschaften und einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Verfärbungen.
Gegenstand der Erfindung ist ein hitzeverschweißbares Folienmaterial für Bedachungen, hergestellt aus einer ungehärteten Polymermasse, bestehend aus:
100 Gew.-Teilen eines halbkristallinen Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Terpolymeren von Ethylen, Propylen und einem Dienmonomeren, Ethylen-Propylen-Copolymeren, Ethylen-Buten-Copolymeren und Ethylenocten-Copolymeren, wobei das Polymere eine Kristallinität von größer als 2 Gew.-% hat;
20 bis 300 Gew.-Teilen eines Tonmineral-Füllstoffs pro 100 Teile Polymeres;
5 bis 20 Gew.-Teilen Titandioxid pro 100 Teile Polymeres;
20 bis 150 Gew.-Teilen eines Prozeßöls pro 100 Teile Polymeres;
wobei der Ton aus der Gruppe, bestehend aus Luft-flottiertem Ton, wassergewaschenem Ton, calciniertem Ton und chemisch modifiziertem Ton, ausgewählt ist; und wobei das Folienmaterial ohne Verwendung eines Klebstoffs eine genügende Selbsthaftkraft unter Hitze und Druck hat.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Decken eines Daches, umfassend die Stufen: Aufbringen von Schichten eines hitzeverschweißbaren Folienmaterials, wie oben beschrieben, auf das zu deckende Dach, Überlappen der angrenzenden Ränder bzw. Kanten der Schichten und Erhitzen der überlappten Flächen bzw. Bereiche auf geringfügig oberhalb den Erweichungspunkt des Folienmaterials und Verschweißen der überlappten Flächen bzw. Bereiche unter genügendem Druck, daß eine annehmbare Verschweißungs- bzw. Saumfestigkeit erhalten wird, wobei die Masse ohne Verwendung eines Klebstoffs eine genügende Selbstadhäsion hat.
Mindestens eine oder mehrere der vorstehenden Aufgaben werden dem Fachmann anhand der folgenden Beschreibung ersichtlich.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Wie bereits zum Ausdruck gebracht, enthalten die erfindungsgemäßen Dachfolienmaterialien EPDM und EPR. Die Bezeichnung EPDM wird hierin im Sinne der Definition gemäß ASTM-D-1418-85 verwendet und soll ein Terpolymeres aus Ethylen, Propylen und einem Dienmonomeren mit einem restlichen Unsättigungsanteil des Diens in der Seitenkette bezeichnen. Beispielhafte Verfahren zur Herstellung solcher Terpolymeren finden sich in der US-PS 3 280 082.
Die bevorzugten Polymeren haben etwa 60 bis etwa 95 Gew.-% Ethylen und etwa 0 bis etwa 12 Gew.-% Dien, wobei der Rest des Polymeren aus Propylen oder einem anderen ähnlichen Olefinpolymeren besteht. Weiterhin sind die Polymere halbkristallin, was daraus herrührt, daß sie eine Kristallinität von mehr als etwa 2 Gew.-% haben. Demgemäß können amorphe (nichtkristalline) EPDM- und EPR-Polymere während der Bildung eines Saums bzw. einer Verschweißung unter Verwendung von Hitze und etwas Druck nicht die angemessenen thermoplastischen Eigenschaften haben und für die Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht geeignet sein.
Das Dienmonomere, das zur Bildung des EPDM-Terpolymeren verwendet wird, ist vorzugsweise ein nichtkonjugiertes Dien. Beispiele für geeignete nichtkonjugierte Diene sind Dicyclopentadien, Alkyldicyclopentadiene, 1,4-Pentadien, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 1,4-Heptadien, 2-Methyl-1,5- hexadien, Cyclooctadien, 1,4-Octadien, 1,7-Octadien, 5- Ethyliden-2-norbornen, 5-n-Propyliden-2-norbornen, 5- (2- Methyl-2-butenyl)-2-norbornen und dergleichen. Ein typisches EPDM ist EPsyn MDE-249, ein Versuchs-Terpolymeres mit einer Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125ºC) von etwa 56; einem Ethylen/Propylen-(E/P)-Verhältnis von 71/29 Gew.-% und einer Unsättigung von 1,7 Gew.-% (5-Ethyliden-2-norbornen).
Die im Sinne der Definition der ASTM D-1418-85 verwendete Bezeichnung EPR soll ein Copolymeres aus Ethylen und Propylen bezeichnen. Die bevorzugten Copolymere enthalten von 60 bis 95 Gew.-% Ethylen und bestehen zum Rest auf 100 Gew.-% aus Propylen. Ein typisches EPR ist Vistalon 719 (Exxon Chemical Co.) mit einem Ethylen/Propylen-Verhältnis von 75/25 Gew.-%.
Als Dachdeckmaterial ist erfindungsgemäß auch ein Copolymeres aus Ethylen und Buten geeignet. Dieses spezielle Copolymere hat etwa 82 Gew.-% Ethylen und besteht zum Rest auf insgesamt 100 Gew.-% aus Buten. Ein typisches Ethyen/Buten-Copolymeres ist GERS -1085 (Union Carbide Corporation) mit einem Mw-Wert, gemessen durch GPC, von mindestens etwa 221.000. Andere ähnliche Olefinpolymere (z.B. Ethylen/Octen-Copolymere) können für die Durchführung der Erfindung verwendet werden. Zu Diskussionszwecken sollen hierin Hinweise auf Polymere beliebige von erfindungsgemäß verwendeten EPDM-, EPR- oder ähnlichen Olefinpolymeren einschließen.
Die zur Bildung des Dachfolienmaterials verwendete Masse enthält 100 Gew.-% EPDM, EPR oder von anderen ähnlichen Olefincopolymeren mit Einschluß von Gemischen der zwei. Hierzu werden mineralische Füllstoffe als gesamter oder teilweiser Austausch der herkömmlicherweise verwendeten Ruß-Füllstoffe und Verarbeitungsmaterialien sowie gegebenenfalls weitere Komponenten, die alle nachstehend beschrieben werden, gegeben.
Was zuerst die nicht-schwarzen mineralischen Füllstoffe betrifft, so werden geeignete Füllstoffe aus der Gruppe, bestehend aus Harttonen, Weichtonen, chemisch modifizierten Tonen und Titandioxid ausgewählt.
Etwa vier Grundtypen von Tonen werden normalerweise als Verstärkungsfüllstoffe für Kautschukelastomere verwendet.
Die verschiedenen Typen von Tonfüllstoffen schließen Luftflottierte, wassergewaschene, calcinierte und oberflächenbehandelte oder chemisch modifizierte Materialien ein.
Die luftflottierten Tone sind am billigsten, und sie werden am häufigsten eingesetzt. Sie werden in zwei allgemeine Gruppen aufgeteilt, nämlich in harte und weiche Produkte, und sie bieten einen weiten Bereich von Verstärkungseigenschaften und Beladungsmöglichkeiten an. Harttone werden in einer Menge von etwa 20 Teilen bis etwa 300 Teilen pro 100 Teile Polymere (phr), bevorzugt in einer Menge von etwa 65 bis 210 phr verwendet. Der bevorzugte Bereich von Harttonen (65 bis 210 phr) ist etwa der Menge von Ruß gleich, die normalerweise bei der Herstellung von mit Schwefel gehärteten EPDM-Dachfolienmaterialien verwendet wird. Alle beliebigen im Handel erhältlichen Harttone können verwendet werden. Die bevorzugten luftflottierten Harttone sind: Suprex , Barden R ; LGB , alle sind von der J.M. Huber Corporation im Handel erhältlich.
Die luftflottierten Weichtone werden in einer Menge von etwa 20 bis etwa 300 Teilen pro 100 Teile Polymeres (phr), bevorzugt in einer Menge von etwa 75 bis 235 phr, eingesetzt. Der bevorzugte Bereich der Weichtone (75 bis 235 phr) ist auch etwa der Menge von Ruß gleich, die normalerweise bei der Herstellung von mit Schwefel gehärteten EPDM-Dachfolienmaterialien verwendet wird. Die bevorzugten luftflottierten Weichtone sind Paragon ; Hi-White R , und K-78 , die im Handel von der J.M. Huber Corporation erhältlich sind.
Wassergewaschene Tone werden normalerweise als halbverstärkende Füllstoffe angesehen. Diese besondere Klasse von Tonen wird hinsichtlich der Teilchengröße durch den Wasserfraktionierungsprozeß enger kontrolliert. Dieser Prozeß gestattet die Herstellung von Tonen mit kontrollierten Teilchengrößenbereichen. Die bevorzugten Bereiche für wassergewaschene Tone sind den bevorzugten Mengen der luftflottierten Weichtone, wie oben erwähnt, sehr ähnlich. Beispiele für einige bevorzugte wassergewaschene Tone sind Polyfil DL, Polyfil F, polyfilör FB, Polyfil HG-90, Polyfilor K und Polyfil XB, die alle von der J.M. Huber Corporation im Handel erhältlich sind.
Der dritte Tontyp schließt die calcinierten Tone ein. Die Tone enthalten normalerweise ungefähr 14% Hydratationswasser, wovon der größte Teil durch Calcinierung entfernt werden kann. Die entfernte Menge des gebundenen Wassers bestimmt den Calcinierungsgrad. Die bevorzugten Bereiche der calcinierten Tone sind den bevorzugten Mengen der luftflottierten Harttone, wie oben erwähnt, sehr ähnlich. Beispiele für bevorzugte calcinierte Tone sind Polyfil 40, Polyfil 70 und Polyfil 80, die alle im Handel von der J.M. Huber Corporation erhältlich sind
Der letzte Typ des Tons schließt die chemisch modifizierten verstärkenden Tone ein. Dem Ton wird eine Vernetzungsfähigkeit verliehen, indem die Oberfläche der einzelnen Teilchen mit einem polyfunktionellen Silankupplungsmittel modifiziert wird. Chemisch modifizierte Tone werden in einer Menge von etwa 20 Teilen bis etwa 300 Teilen pro 100 Teile Polymeres (phr), vorzugsweise in einer Menge von etwa 60 bis 175 phr, verwendet. Der bevorzugte Bereich der chemisch modifizierten Tone (60 bis 175 phr) ist etwa der Menge von Ruß gleich, die normalerweise bei der Herstellung von mit Schwefel gehärteten EPDM-Dachfolienmaterialien verwendet wird. Normalerweise ist das spezifische Gewicht der meisten Tone 2,60 bei 25ºC. Die bevorzugten chemisch modifizierten Tone sind von der J.M. Huber Corporation im Handel erhältlich: Nucap 100, Nucapör 200, Nucap 190, Nucap 290, Nulok 321, Nulok 390 und Polyfil 368.
Titandioxid wird in einer Menge von etwa 5 Teilen bis etwa 140 Teilen pro 100 Teile Polymeres (phr), vorzugsweise in einer Menge von etwa 10 bis 90 phr, und mehr bevorzugt 5 bis 20 phr eingesetzt.
Sowohl die Rutil- als auch die Anatas-Form von Titandioxid kann verwendet werden, doch wird die Rutil-Form bevorzugt. Sie schließt solche Produkte, wie TiPure R-960 ein, das ein feines weißes Pulver mit einem spezifischen Gewicht von 3,90 ist, das von DuPont Co. im Handel erhältlich ist.
Was das Prozeßmaterial betrifft, so wird es deswegen zugesetzt, um das Prozeßverhalten der Masse zu verbessern, und es wird aus der Gruppe, bestehend aus paraffinischen Ölen, naphthenischen Ölen und Wachsen und Gemischen davon ausgewählt (d.h. zur Verminderung der Mischzeit, zur Verstärkung der Pigmenteinarbeitung und zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Folienbildung. Das Prozeßöl wird in einer Menge im Bereich von etwa 20 Teilen bis etwa 150 Teilen Prozeßöl pro 100 Teile EPDM-Komponente phr, vorzugsweise in einer Menge von etwa 60 Teilen bis etwa 100 phr zugesetzt. Ein bevorzugtes Prozeßöl ist ein paraffinisches Öl, z.B. Sunpar 150, das von der Sun Oil Company erhältlich ist. Auch andere von Erdöl abgeleitete Öle mit Einschluß von naphthenischen Ölen sind geeignet.
Die Mischbestandteile können unter Verwendung eines Innenmischers (wie eines Banbury-Mischers), eines Extruders und/oder eines Zwei-Walzen-Stuhls oder anderer geeigneter Mischer zur Bildung von relativ gleichförmigen viskosen Gemischen vermischt werden. Bei Verwendung eines Banbury- Innenmischers vom Typ B werden gemäß einer bevorzugten Weise zuerst die trockenen oder pulverförmigen Materialien, wie die erfindungsgemäß verwendeten nicht-schwarzen mineralischen Füllstoffe zugegeben, wonach das flüssige Prozeßöl und schließlich das Polymere zugesetzt wird (dieser Mischtyp kann als Umkehr-Mischtechnik bezeichnet werden).
Das resultierende Gemisch wird zu einer Folie mit einer Dicke im Bereich von 0,127 bis 5,080 mm (5 bis 200 mils), vorzugsweise 0,889 bis 1,524 mm (35 bis 60 mils) durch herkömmliche Folienbildungsmethoden, wie z.B. Walzen, Kalandrieren oder Extrudieren, verformt. Vorzugsweise wird das Gemisch zu einer Folie mit mindestens 1,016 mm (40 Gauge, 0,040 inch) verformt, welche Dicke die minimale Dicke ist, die in dem von dem Roofing Council of the Rubber Manufacturers Association für nichtverstärkte EPDM- Kautschukfolien für Dachdeckzwecke angegeben wird. In vielen Fällen wird das Gemisch zu Folien mit einer Dicke von 1,016 bis 1,143 mm (40-45 gauge) verarbeitet, da diese Dicke die Dicke für einen großen prozentualen Teil der "Einfachlagen"-Dachdeckmembranen ist, die technisch verwendet werden. Die Folie kann zu diesem Zeitpunkt zu der gewünschten Länge und zu den gewünschten Breitendimensionen zugeschnitten werden.
Um die Durchführung der Erfindung zu demonstrieren, wurden mehrere EPDM-Massen hergestellt und sowohl Abzieh- als auch Scherhafttests, wie nachstehend beschrieben, unterworfen. Das ausgewählte EPDM-Terpolymere war Epsyn MDE- 249. Zum Vergleich wurde eine mit Schwefel gehärtete herkömmliche schwarze EPDM-Masse (Beispiel Nr. 1) getestet. Diese Masse wurde mit dem EPDM-Vistalon MD-744 hergestellt. Ein typisches EPDM ist Vistalon MD-744 (Exxon Chemical), ein Terpolymeres mit einer Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125ºC) von etwa 52; einem Ethylen/Propylen(E/P)-Verhältnis von 61/39 Gew.-% und einer Unsättigung von 2,7 Gew.-%. Die Beispiele 2 bis 10 betreffen alle mit nicht-schwarzem Mineral gefüllten EPDM-Massen gemäß der Erfindung, hergestellt unter Verwendung von EPsyn MDE-249, und eines EPDM-Terpolymeren (Copolymer Rubber & Chemical Co.) mit einer Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125ºC) von etwa 56; einem Ethylen/Propylen-(E/P)-Verhältnis von 71/29 Gew.-% und einer Unsättigung von 1,7 Gew.-%.
Die Masse von Beispiel 1, d.h. die Membrankontrollmasse aus einem mit Schwefel gehärteten herkömmlichen schwarzen EPDM-Ansatz wurde unter Anwendung von Standardkautschuk- Mischtechniken und Einrichtungen hergestellt, indem die folgenden Komponenten vermischt wurden: 100 Teile EPDM- Terpolymeres, 130 phr Ruß, 88 phr paraff inisches Prozeßöl, 4 phr Zinkoxid, 1 phr Stearinsäure, 0,9 phr Schwefel und 3,3 phr Kautschuk-Härtungskomponenten. Die restlichen neun Massen (Beispiele Nrn. 2 bis 10) ergeben erfindungsgemäße Membranen, und sie umfassen das Elastomere, die Füllstoffe, das Prozeßöl und Tinuvin 327, ein substituiertes Benzotriazol, erhältlich von Ciba-Geigy Chemical.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das hitzeverschweißbare Folienmaterial etwa 0,3 bis 2 Gew.-Teile substituiertes Benzotriazol pro 100 Teile Polymeres.
Die Zusammensetzungen der einzelnen Massen der Beispiele sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Wenn nichts anderes angegeben ist, dann sind alle Teile auf 100 Gew.- Teile Kautschuk-Kohlenwasserstoff (phr) bezogen.
Die folgenden Tabellen und Beispiele dienen zur weiteren Beschreibung der Erfindung und sie sollen nicht einschränkend aufgefaßt werden. TABELLE I Herkömmliche und hitzeverschweißbare Membranzusammensetzungen
a) Schwefelgehärtete herkömmliche schwarze EDPM-Membran
b) Nucap-100-Ton ist ein chemisch modifizierter Ton, mit einem Silan-Kupplungsmittel behandelt ist (spezifisches Gewicht 2,6)
c) Hi White R -Ton ist ein nightbehandelter weicher luftflottierter Ton (spezifisches Gewicht 2,6)
d) Tinuvin 327 ist ein substituiertes Benzotriazol, im Handel Ciba-Geigy erhältlich
Die physikalischen Testwerte, wie die Spannungsverformungseigenschaften und die C-Reißeigenschaften sind in der Tabelle II zusammengestellt. TABELLE II Herkömmlich und hitzeverschweißbare Membranen - physicalische Eigenschaften im nichtgealterten Zustand
Zu Testzwecken wurden hantelförmige Probekörper aus einzelnen gewalzten flachen Folien mit 1,143 mm (45 mil) gemäß der ASTM D-412 (Methode A-hantelförmig und gerade) herausgeschnitten. Die Messungen des Moduls der Zugfestigkeit und der Dehnung beim Bruch wurden unter Verwendung eines Tischmodell-Instron -Testers, Modell 1130, erhalten. Die Testergebnisse wurden entsprechend der ASTM D-412 errechnet. Alle hantelförmigen Probekörper wurden etwa 24 Stunden lang aushärten gelassen. Danach wurde der Test bei 23 ºC durchgeführt.
Die Reißeigenschaften von gewaizten flachen Kautschukfolien mit 1,143 mm (45 mil), die mit einem Gesenk-C-(90º- Gesenkwinkel) geschnitten worden waren, wurden gemäß der ASTM-Methode D-624 bestimmt. Die C-Reißprobekörper wurden vor dem Test nicht gekerbt. Die Reißfestigkeit in kg/m (lbs/inch) wurde unter Verwendung eines Tischmodell Instron -Testers, Modell 1130, bestimmt. Die Testergebnisse wurden gemäß der ASTM-Methode D-624 errechnet. Der Test wurde erneut bei 23ºC durchgeführt.
Wie aus den Werten der Tabelle II hervorgeht, waren die physikalischen Eigenschaften der Massen der Beispiele 2 bis 10 im allgemeinen schlechter als diejenigen der Kontrollmasse, Beispiel Nr. 1, mit der Ausnahme der Dehnung beim Bruch, die für die nicht-schwarzen mineralgefüllten EPDM-Membranen erheblich höher war. Jedoch waren Zunahmen des Moduls, der Zugfestigkeit und der C-Reißbeständigkeit bei höheren Tonbeladungen ersichtlich.
In den Tabellen III und IV wurden die Kontrolltestprobekörper (Beispiel Nr. 1) unter Verwendung einer mit Schwefel gehärteten herkömmlichen schwarzen EPDM-Membran hergestellt, die mit einem Überlappungs-Verspleißungs-Klebstoff auf Butyl-Basis, entwickelt von Uniroyal Chemical, als SA-1065 bezeichnet, verschweißt worden war. Nach genügender Lufttrocknung (gewöhnlich über eine Zeit von weniger als 30 Minuten) wurden die Abzieh- und Scherverschweißungen mit der Hand gebildet, wozu eine Metallhandwalze mit einer Breite von 2 inch verwendet wurde und wobei etwas Druck angewendet wurde. Zur Bildung der klebend hergestellten Verschweißungen bzw. Säume wurde keine Hitze angewendet. Die Kontroll-Testmembran war eine mit Schwefel gehärtete herkömmliche schwarze EPDM-Membran, die von der Firestone Building Products Company im Handel erhältlich ist und als RUBBERGARD -Dachmembran verkauft wird. Die Testergebnisse der Verschweißungs- bzw. Saumabzieh- und der Verschweißungs- bzw. Saumscheradhäsionstests sind in den Tabellen III und IV zusammengestellt.
Die Verschweißungs- bzw. Saumabziehadhäsion und die Verschweißungs- bzw. Saumscherfestigkeit für die Produkte der Beispiele 2 bis 10 wurde nach der nachstehend angegebenen Testverfahrensweise bestimmt, Die tatsächlichen Meßwerte sind in den Tabellen III und IV zusammengestellt.

Detaillierte Verfahrensweise beim Abzieh- und Scheradhäsionstest

Die einzelnen wie oben beschriebenen Kautschukmaterialien wurden dem Adhäsionstest unterworfen. Dieser erforderte die Bildung von Testkissen, die durch einen faserverstärkten Mull Folien mit den Abmessungen 15,2 x 15,2 cm (6 x 6 inch) umfaßten. Es wurde folgende Verfahrensweise angewendet:
1. Ein Zwei-Walzen-Stuhl mit den Abmessungen 25,4 x 50,8 cm (10 x 20 inch) wurde zur Herstellung einer Anzahl von Kautschukfolien mit den Abmessungen 15,2 x 15,2 cm (6 x 6 inch) und einer Dicke von ungefähr 1,016 mm (40 mils) für die Bildung von Adhäsionstestkissen eingesetzt.
2. Zur Verstärkung der ungehärteten Kautschukfolien wurde eine Folie mit den Abmessungen 15,2 x 15,2 cm (6 x 6 inch) von mit PVC behandeltem Polyestermull (10 x 10 epi Cord-Konstruktion) zwischen die zwei Kautschukfolien mit den Abmessungen 15,2 x 15,2 cm (6 x 6 inch) eingesetzt.
3. Die Kautschukmullzusammenstellung wurde mit einer Schicht von Mylar-Film bedeckt und in den Hohlraum einer Metallhärtungsform mit den Abmessungen 15,2 x 15,2 x 0,2 cm (6 x 6 x 0,075 inch) eingebracht.
4. Die Kautschukmullzusammenstellung wurde sodann mit dem Mylar-Film etwa 5 Minuten lang bei 149ºC gepreßt.
5. Zwei der mit Mull verstärkten Kautschukkissen mit den Abmessungen 15,2 x 15,2 cm (6 x 6 inch) wurden unter Verwendung einer Handheizpistole (Leister) miteinander verschweißt. Eine Kraft von ungefähr 6,8 bis 8,1 kg (15 bis 18 pounds) wurde mittels einer Walze, beispielsweise einer Standardmetallwalze, mit einer Breite von 5,1 cm (zwei inch) zugeführt. Zufriedenstellende Säume bzw. Verschweißungen werden (entweder Abzieh- oder Scher-) bei einer Kraft von 1,4 bis 1,8 kg (3 bis 4 pounds) und bei Verwendung der Standardkautschukwalze mit einer Breite von 5,1 cm (zwei inch) erhalten. Die Säume bzw. Verschweißungen wurden vor dem Test sich 24 Stunden lang ins Gleichgewicht setzen gelassen.
6. Eine Klickermaschine mit einer Düse mit einer Breite von 2,54 cm (ein inch) wurde dazu verwendet, um eine Anzahl von Probekörpern für den Saumabziehtest (Typ B, 90º Abzug) und den Scheradhäsionstest (Typ A, 180º Abzug) herzustellen.
7. Testmaschine: Instron Universal Testmaschine Modell 1130 - eine Testmaschine, mit konstanter Trenngeschwindigkeit der Klemmen. Die Maschine war mit geeigneten Klammern ausgestattet, damit die Probekörper fest und ohne Gleiten während der Tests festgeklammert werden konnten.
8. Probekörper mit einer Breite von 2,54 cm (ein inch) wurden mit einer Geschwindigkeit (sowohl Kreuzkopf- als auch Diagrammgeschwindigkeit) von 5,1 cm (zwei inch) pro Minute getestet, wobei der Adhäsionstest gemäß der ASTM D- 413 (Maschinenmethode) verwendet wurde. Sowohl die Abziehals auch die Scheradhäsionsfestigkeit wurden bei Raumtemperatur (d.h. 23ºC) sowie gelegentlich bei 700 und 100ºC bestimmt. Die Probekörper wurden 15 Minuten lang vorerhitzt zum Test bei erhöhten Temperaturen.
9. Die Adhäsionsfestigkeit ist wie folgt definiert: Abziehadhäsionsfestigkeit kg/m (lbs/inch) = Pounds Kraft x Probebreite
Scheradhäsionsfestigkeit MPa (lbs/squareinch) = Pounds Kraft x Probebreite TABELLE III Herkömmliche und hitzeverschweißbare Membran - Untersuchung der Verschweißungsbzw. Saumabziehadhäsion
a) mit Schwefel gehärtete herkömmliche schwarze EPDM-Membran
(A) Adhäsionsversagen - Trennung zwischen den Schichten
(B) Gerinfügige Rißbildung an der Schicht-an-Schicht-Zwischenfläche, gefolgt von einem Reißen des Kautschuks zu der Gewebeverstärkung (Kautschuk-zu-Gewebe-Versagen) TABELLE IV Herkömmliche und hitzeverschweißbare Membranen - Untersuchung der Verschweißungs- bzw. Saumscherfestigkeit
a) mit Schwefel gehärtete herkömmliche schwarze EPDM-Membran
(A) Adhäsion - Trennung zwischen den Schichten
(C) Einknicken der Membran und eventuell Brechen, angrenzend an den Verscweißungssaum
Die Abziehadhäsion, wie in Tabelle III gezeigt, war für die mit Schwefel gehärtete herkömmliche EPDM-Kontrollmembran (Beispiel Nr. 1) bei 23ºC 232 kg/m (13 lbs/inch), während die Verschweißungsscherfestigkeit bei 23ºC in Tabelle IV 0,186 mPa (27 lbs/square inch) betrug. Eine wesentliche Verminderung sowohl der Abzieh- als auch der Scheradhäsion erfolgte, wenn die Probekörper mit einer Breite von 2,54 cm (1 inch) bei erhöhten Temperaturen (d.h. 50ºC und 70ºC) getestet wurden. Beim Abziehadhäsionstest erfolgte ein Versagen während des Tests an der Grenzfläche der Verschweißung bzw. des Saums. Testversagen dieses Typs werden üblicherweise als Adhäsionsversagen bezeichnet. Bei den Verschweißungs-Scherfestigkeits-Tests erfolgte auch ein Versagen der mit Schwefel gehärteten EPDM-Membran an der Grenzfläche der Verschweißung bzw. des Saums. Die Kontroll-Testprobekörper (Beispiel 1) wurden unter Verwendung einer mit Schwefel gehärteten, herkömmlichen schwarzen EPDM-Membran hergestellt, die mit einem Überlappungs-Verspleißungsklebstoff auf Butylbasis, entwickelt von Uniroyal Chemical, als SA-1065 bezeichnet, verschweißt worden waren. Die mit Schwefel gehärtete herkömmliche schwarze EPDM-Membran ist im Handel von Firestone Building Products Company erhältlich und wird als RUBBERGARD -Dachmembran vertrieben.
Die erfindungsgemäßen Membranen (Nrn. 2 bis 10) zeigten ein Reißen des Kautschuks zu der Gewebeverstärkung und ein Kautschuk-an-Gewebe-Versagen während des Saumabziehfestigkeitstests. Bei dem Saumscherfestigkeitstest versagt die mit Gewebe verstärkte Membran durch Strecken oder Einknikken und eventuell bricht sie oder reißt angrenzend an den Verschweißungssaum. Keine der hitzeverschweißbaren Membranen (Beispiele Nrn. 2 bis 10) zeigten irgendwelche Trennungen an der Grenzfläche der mit Gewebe verstärkten Dachmembranen.
Wie aus den Werten der Tabellen III und IV hervorgeht, waren die Werte der Abziehadhäsion und der Scheradhäsion im allgemeinen für die mit nicht-schwarzem Ton gefüllten hitzeverschweißbaren Membranen (Beispiele Nrn. 2 bis 10) auf der Basis von EPsyn MDE-249 signifikant besser im Vergleich zu der mit Klebstoff verschweißten und mit Schwefel gehärteten herkömmlichen EPDM-Membran (Beispiel Nr. 1) Die Probekörper der Tabellen III und IV wurden bei Kreuzkopf- und Diagrammgeschwindigkeiten von 5,1 cm (2 inch) pro Minute getestet, wobei ein Instron -Universaltester, Modell 1130, verwendet wurde. Der Test erfolgte gemäß dem Adhäsionstest, der in der ASTM D-413 angegeben ist. Die Verschweißungsabzieh- und -scherfestigkeiten wurden bei Raumtemperatur (23ºC) sowie 50ºC und 70ºC getestet.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die Erfindung nicht auf die speziellen beispielhaft angegebenen EPDM-Materialien oder andere typische EPDM-, EPR- oder ähnliche halbkristalline Olefinpolymere, wie hierin beschrieben, beschränkt ist. Die Beispiele wurden lediglich angegeben, um die Durchführung der Erfindung zu zeigen. Der Fachmann kann ohne weiteres andere EPDM-, EPR- oder andere ähnliche Olefinpolymere einschließlich Copolymeren von Ethylen und Buten und Ethylen und Octen gemäß der gegebenen Offenbarung auswählen. Gleichermaßen ist die Erfindung nicht auf die besonderen Füllstoffe und Prozeßmaterialien sowie ihre Mengen, wie beispielhaft angegeben, beschränkt.
Somit können ohne weiteres hierin angegebene Variablen bestimmt und kontrolliert werden, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Weiterhin soll der Rahmen der Erfindung alle Modifizierungen, Variationen einschließen, die unter den Rahmen der Ansprüche fallen.

Claims

1. Flexibles hitzeverschweißbares Folienmaterial für Bedachungen, hergestellt aus einer ungehärteten Masse, bestehend aus:

100 Gew.-Teilen eines halbkristallinen Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Terpolymeren von Ethylen, Propylen und einem Dienmonomeren, Ethylen-Propylen-Copolymeren, Ethylen-Buten-Copolymeren und Ethylen-Octen-Copolymeren, wobei das Polymere eine Kristallinität von größer als 2 Gew.-% hat;

20 bis 300 Gew.-Teilen eines Tonmineral-Füllstoffs pro 100 Teile Polymeres;

5 bis 20 Gew.-Teilen Titanoxid pro 100 Teile Polymeres;

20 bis 150 Gew.-Teilen eines Prozeßöls pro 100 Teile Polymeres;

wobei der Ton aus der Gruppe, bestehend aus Luft-flottiertem Ton, wassergewaschenem Ton, calciniertem Ton und chemisch modifiziertem Ton, ausgewählt ist; und wobei das Folienmaterial ohne Verwendung eines Klebstoffs eine genügende Selbsthaftfähigkeit unter Hitze und Druck hat.

2. Hitzeverschweißbares Folienmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere eine Dienmonomerkomponente umfaßt.

3. Hitzeverschweißbares Folienmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere EPDM umfaßt.

4. Hitzeverschweißbares Folienmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßöl aus der Gruppe, bestehend aus Paraffinölen, naphthenischen Ölen und Wachsen und Gemischen davon ausgewählt ist.

5. Hitzeverschweißbares Folienmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 125 Gew.-Teile Tonmineral-Eüllstoff enthält und daß die Polymermasse etwa 75 Gew.-Teile Prozeßöl enthält.

6. Hitzeverschweißbares Folienmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton chemisch modifiziert ist.

7. Verfahren zum Decken eines Daches, umfassend die Stufen:

Aufbringen von Schichten eines hitzeverschweißbaren Folienmaterials nach Anspruch 1 auf das zu deckende Dach;

Überlappen der angrenzenden Ränder bzw. Kanten der genannten Schichten;

Erhitzen der überlappten Flächen bzw. Bereiche auf etwa den Erweichungspunkt des Folienmaterials; und

Verschweißen der überlappten Bereiche unter genügendem Druck, daß eine annehmbare Verschweißungsfestigkeit erhalten wird, wobei die genannte Masse ohne Verwendung eines Klebstoffs eine genügende Selbsthaftfähigkeit hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Erhitzungsstufe bei einer Temperatur von mindestens etwa 82ºC durchführt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere eine Dienmonomerkomponente umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere EPDM umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßöl aus der Gruppe, bestehend aus Paraffinölen, napthenischen Ölen, Wachsen und Gemischen davon, ausgewählt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial etwa 125 Gew.- Teile Ton und etwa 75 Gew.-Teile Prozeßöl enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton chemisch modifiziert ist.