DE69307636T2

DE69307636T2 - Wasserabdichtungsbahn

Info

Publication number: DE69307636T2
Application number: DE69307636T
Authority: DE
Inventors: Kouzi Hara; Isamu Ichizuka; Shinji Kobe; Ken Ohkubo; Yoshitaka Okouchi; Tadayuki Sakurada; Hiroshi Shimizu; Shuitsu Takahashi; Hiroshi Waki
Original assignee: Riken Technos Corp; Asahi Denka Kogyo KK
Current assignee: Adeka Corp; Riken Technos Corp
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2013-09-14
Also published as: US5444128A; EP0588288B1; DE69307636D1; JPH073046A; EP0588288A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserabdichtungsbahn, die fur verschiedene Arbeiten im Tiefbau und in der Konstruktion verwendet wird.
Für verschiedene Arbeiten im Tiefbau und in der Konstruktion wurden üblicher Weise wasserabdichtungsbahnen zur Verhinderung von Wassereinbrüchen verwendet
1) zwischen dem Segment des abgedichteten Tunnels (sealed tunnel) und der zweiten Deckschicht (second covering),
2) zwischen Wasserabdichtungsbändern, wie z.B. einer Spundbohle und dem Beton,
3) zwischen einer im Untergrund durchlaufenden Wand (underground continous wall) und dem Beton,
4) zwischen dem Verbindungsteil (junction portion) eines Durchlasses mit kastenformigem Querschnitt (box culvert) und seinem äußeren peripheren Teil.
Beispiele für die oben erwähnte Verwendung als Wasserabdichtungsbahnen umfassen Polyvinylchlorid-Folien wie z.B. Folien aus Weich-PVC oder aus einem sehr weich gemachtem PVC (ultra plasticized PVC), die eine ausgezeichnete Elastizität besitzen und ausreichend streckbar sind, um der Bewegung einer äußeren Schicht zu folgen. Obwohl diese Polyvinylchlorid-Folien eine Zugfestigkeit von mindestens 14,0 MPa (140 kgf/cm²) besitzen, sind sie sehr empfindlich gegen Risse oder kleine Poren, die durch Verkratzen während der Herstellung entstehen, so daß ein Wassereinbruch nicht mit Sicherheit verhindert werden kann.
Andererseits wurden für verschiedene Arbeiten im Tiefbau und in der Konstruktion auch Wasserabdichtungsbahnen verwendet, die in Wasser quellbare Urethan-Harze umfassen. Obwohl diese Folien eine ausreichende Haltbarkeit besitzen, ergeben sich dadurch Probleme, daß sie keine genügende Elastizität besitzen, so daß sie der Bewegung einer äußeren Schicht nicht ausreichend folgen können.
Die JP-A-60-044575 offenbart wasserdichte Folien, die aus einer, ein hartes thermoplastisches Harz, ein in Wasser quellbares Urethan-Harz und gegebenenfalls einen Weichmacher umfassenden zusammensetzung hergestellt wurden.
Die EP-A-0055848 offenbart eine wasserabsorbierende Elastomer-zusammensetzung, umfassend ein 1,3-Dien-Elastomer (z.B. einen Chloropren-Kautschuk) und ein stark wasserabsorbierendes Harz, das in dem genannten Elastomeren dispergiert ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Wasserabdichtungsbahn bereit zu stellen, die die Probleme der üblichen Wasserabdichtungsbahn losen kann, das heißt, daß sie eine Wasserabdichtungsbahn bereit stellt, die fähig ist einen, durch Risse oder kleine Poren, - die durch Verkratzen bei der Herstellung entstanden sind -, verursachten Wassereinbruch zu verhindern und der Bewegung einer äußeren Schicht wirkungsvoll zu folgen.
Die vorliegende Erfindung hat die obige Aufgabe gelöst durch Bereitstellung einer Wasserabdichtungsbahn, umfassend ein in Wasser quellbares Harz (C), erhalten durch Zusammenkneten von:
- 10 bis 97 Gew.-% eines in Wasser nicht-quellbaren thermoplastischen Harzes (A), bestehend aus Polyvinylchlorid,
- 3 bis 90 Gew.-% eines in Wasser quellbaren Materials (B), bestehend aus einem in Wasser quellbaren Urethan- Harz, umfassend ein oder mehrere Prepolymere mit Isocyanat-Gruppen, deren Gehalt an endständigen NCO-Gruppen 1 bis 12%, vorzugsweise 2 bis 7% beträgt, die durch die Reaktion von einem Polyether-Polyol oder mehreren Polyether-Polyolen, die durch die nachstehende allgemeine Formel dargestellt werden, mit Polyisocyanaten erhalten wurden;
R[(OR&sub1;)n OH)p
wobei R einen Polyol-Rest darstellt; (OR1)n bezeichnet eine Polyoxyalkylen- Kette, umfassend Oxyalkylen-Gruppen, wobei jede Gruppe eine Oxyethylen-Gruppe und eine C&sub3;- oder C&sub4;-Alkylen-Gruppe enthält, unter der Voraussetzung, daß der Anteil an Oxyethylen-Gruppen 20 bis 100 % des gesamten Molekulargewichtes beträgt;
n ist eine Zahl, die dem Polymerisationsgrad der Oxyalkylen-Gruppen entspricht und die ein Hydroxylgruppen- Aequivalent von 200 bis 2500 ergibt;
und p entspricht einer Zahl von 2 bis 8, vorzugsweise von 2 bis 4, und
- von zusätzlich 80 bis 200 Gewichtsteilen eines Weichmachers, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyvinylchlorid.
Die Wasserabdichtungsbahn der vorliegenden Erfindung ist fähig einen, durch Risse oder kleine Poren, - die durch Verkratzen entstanden sind und die einen Nachteil der üblichen, aus Polyvinylchlorid hergestellten, Wasserabdichtungsbahnen bilden -, verursachten Wassereinbruch zu verhindern und der Bewegung einer äußeren Schicht zuverlässig zu folgen.
Die Wasserabdichtungsbahn der vorliegenden Erfindung kann deshalb wirkungsvoll zur Verhinderung von Wassereinbrüchen verwendet werden
1) zwischen dem Segment des abgedichteten Tunnels und der zweiten Deckschicht,
2) zwischen Wasserabdichtungsbändern, wie z.B. einer Spundbohle und dem Beton,
3) zwischen einer im Untergrund durchlaufenden Wand und dem Beton, und
4) zwischen dem Verbindungsteil eines Durchlasses mit kastenformigem Querschnitt und seinem äußeren peripheren Teil,
zur Verhinderung eines Wassereinbruches.
Figur 1 ist eine Seitenansicht der Testapparatur zur Ausführung der Wasserundurchlässigkeitsprüfung (water sealing test) der Wasserabdichtungsbahn.
Figur 2 ist eine Draufsicht der in der Figur 1 gezeigten Testapparatur.
Die vorliegende Erfindung wird jetzt eingehend beschrieben.
Beispiele des mehrwertigen Alkohols, der in der oben beschrieben allgemeinen Formel durch R (den Rest eines mehrwertigen Alkohols) dargestellt wird, umfassen aliphatische zweiwertige Alkohole wie z.B. Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,4-Butylenglykol und Neopentylglykol; dreiwertige Alkohole wie z.B. Glycerin, Trihydroxyisobutan, 1,2,3-Butantriol, 1,2,3-Pentantriol, 2-Methyl-1,2,3- Propantriol, 2-Methyl-2,3,4-Butantriol, 2-Ethyl-1,2,3- butantriol, 2,3,4-Pentantriol, 2,3,4-Hexantriol, 4-Propyl- 3,4,5-heptantriol, 2,4-Dimethyl-2,3,4-pentantriol, Pentamethylglycerin, 1,1,1-Tris-hydroxymethyl-ethan (Pentaglycerin), 1,2,4-Butantriol, 1,2,4-Pentantriol und Trimethybipropan; vierwertige Alkohole wie z.B. Erythrit, Pentaerythrit, 1,2,3,4-Pentantetrol, 2,3,4,5-Hexantetrol, 1,2,3,5-Pentantetrol und 1,3,4,5-Hexantetrol; fünfwertige Alkohole wie z.B. Adonit, Arabit und Xylit; und sechswertige Alkohole wie z.B. Sorbit, Mannit und Idit.
Die durch die vorstehend beschriebene allgemeine Formel dargestellten Polyether-Polyole konnen durch die Addition von Alkylenoxiden mit 3 oder 4 C-Atomen und von Ethylenoxid an diese mehrwertigen Alkohole in der üblichen Weise hergestellt werden, um so das gewünschte Molekulargewicht und den gewünschten Anteil der Ethylenoxid-Gruppe zu erhalten. Dafür kann entweder die statistische oder die Block-Addition eines Alkylenoxides mit 3 oder 4 C-Atomen und des Ethylenoxides verwendet werden. Der Anteil der Oxyethylen-Gruppe, bezogen auf das Molekulargewicht der Polyether-Polyole, beträgt 20 bis 100 Gew.-%. Wenn der Gehalt der Oxyethylen-Gruppe kleiner ist als 20 %, nimmt die Quellfähigkeit des Isoyanat- Gruppen enthaltenden Prepolymeren, - das durch die Reaktion mit einem Isocyanat erhalten wurde -, ab, so daß keine ausreichende Wasserabdichtung erzielt werden kann.
Beispiele der Polyisocyanate umfassen alle möglichen Polyisocyanate wie z.B. 1,4-Butan-diisocyanat, 1,6-Hexan-diisocyanat, Dicyclohexylmethan-diisocyanat, Cyclohexan-diisocyanat, 1,5-Bis-isocyanato-1,3,5-trimethyl-cyclohexan, 1,3- Bis-(isocyanatomethyl)-benzol und Methylcyclohexan-diisocyanat. Triisocyanate von Fettsäuren konnen teilweise gemeinsam verwendet werden. Bevorzugte Beispiele der aromatischen Polyisocyanate umfassen alle aromatischen Diisocyanate wie z.B. 2,4- oder 2,6-Tolylen-diisocyanat oder deren Isomeren-Gemische; 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat, 3,3'-Dimethyl-diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, m- oder p- Phenylen-diisocyanat 1,5-Naphthylen-diisocyanat und deren Isomere. Außerdem können aromatische Polyisocyanate, die Carbodiimid-, Urethodion-, Urethan-, Urethoimin- oder Biuret-Gruppen oder Isocyanursäure-Ringe enthalten, allein oder gemeinsam verwendet werden.
Das so gewonnene, Isocyanat-Gruppen enthaltende Prepolymer kann entweder allein oder gemeinsam mit einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung in einem Kneter verarbeitet werden.
Die aktive Wasserstoff-Atome enthaltenden Verbindungen sind Polyole, Polyamine oder eine Mischung derselben mit jeweils 2 bis 6 aktiven Wasserstoff-Atomen pro Molekül und einem mittleren Molekulargewichtsanteil von 30 bis 15000 für jedes aktive Wasserstoff-Atom, z.B niedermolekulare Diole oder Triole wie Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, Glycerin und Trimethylolpropan; Polyalkylenglykole wie Polypropylenglykol, Ethylenoxid/Propylenoxid/Copolymere; Polymere von Alkylenoxiden wie z.B. Ethylenoxid/Propylenoxid und niedermolekulare Triole wie Glycerin, Trimethylolpropan, 1,2-6-Hexantriol; niedermolekulare Tetrole wie Pentaerythrit oder niedermolekulare Hexole wie Sorbit; oder Polyamine wie Ethylenediamin, 4,4'-Methylenbis-1-chlor-anilin, oder Polymere dieser Polyamine und der vorstehend beschriebenen Alkylenoxide.
Bei der Reaktion der Isocyanat-Gruppen des Prepolymeren mit der aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung kann jeder, nach dem Stande der Technik bekannte Katalysator, der die Reaktion zwischen Isocyanat-Gruppen und einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung fördert, zugesetzt werden. Beispiele für den zuzusetzenden Katalysator umfassen Triethylamin, Triethylendiamin, N-Morpholin, Zinn(II)-octat und Dibutylzinn(IV)-dilaurat. Im Zusammenhang mit dem Mengenverhältnis zwischen dem Polyisocyanat und der aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung in dem vorstehend beschriebenen, Isocyanat-Gruppen enthaltendem Prepolymeren ist ein Verhältnis [NCO] / [H&spplus;] von 0,8 bis 2,0 bevorzugt, besonders bevorzugt ist ein Verhältnis von 1,1 bis 1,7.
Außerdem kann das oben beschriebene, in Wasser quellbare Urethan-Harz, falls gewünscht, weitere hochmolekulare Materialien enthalten wie z.B. andere Urethan-Harze, Epoxid- und Acryl-Harze, und Zusatzstoffe zu diesen Harzen wie Calciumcarbonat, Kaolin, Aluminiumsilikat, Talk oder Titandioxid. Eine angemessene Menge von Färbungsmitteln und Antioxidanzien kann zusätzlich hinzugefügt werden.
Das Polyvinylchlorid hat vorzugsweise einen mittleren Polymerisationsgrad von 400 bis 4000. Ein bevorzugter mittlerer Polymerisationsgrad beträgt 500 bis 3000, noch besser 700 bis 2000. Wenn der mittlere Polymerisationsgrad kleiner als 400 ist, dann vermindert sich die Quellfähigkeit des in Wasser quellbaren Harzes (C), und wenn der mittlere Polymerisationsgrad größer als 4000 ist, verschlechtert sich die Verarbeitbarkeit.
Das Polyvinylchlorid wird in einer Menge von 10 bis 97 Gew.-% (bezogen auf die Mischung des Polyvinylchlorids und des in Wasser quellbaren Urethan-Harzes) verwendet, vorzugsweise in einer Menge von 20 bis 95 Gew.-%, insbesonders bevorzugt in einer Menge von 30 bis 90 Gew.-%. Wenn der Anteil des Polyvinylchlorids kleiner ist als 10 Gew.-%, ist die Mischung nicht mehr zu verarbeiten, und die Einstellung der Härte mit Hilfe eines Weichmachers wird schwierig. Wenn andererseits der Anteil 97 Gew.-% übersteigt, verschlechtert sich die Quellfähigkeit in Wasser.
Die Auswahl des Weichmachers ist nicht besonders begrenzt Beispiele für solche Weichmacher sind die üblicher Weise bei der Herstellung von Polyvinylchlorid verwendeten Weichmacher, z.B. Phthalate wie Dioctyl-phthalat und Ditridecylphthalat; Trimellitate wie Trioctyl-trimellitat; Pyromellitate wie Tetra-(2-ethylhexyl)pyromellitat; und Adipate, die Kondensationsprodukte aus Adipinsäure und einem Diol sind, wie z.B. 1,2-Propylenglykol, Triethylenglykol, Neopentylglykol oder ähnliche Verbindungen
Der Weichmacher wird in einer Menge von 80 bis 200 Gewichtsteilen (bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyvinylchlorid) zugesetzt. Wenn der Anteil des Weichmachers 200 Gewichtsteile überschreitet, beginnt der Weichmacher auszubluten (bleeding) und die Fähigkeit zur Wasserabdichtung vermindert sich.
Das oben erwähnte, in Wasser quellbare Harz (C) kann außerdem Zusatzstoffe enthalten, wie sie üblicher Weise Polyvinylchlorid zugesetzt werden. Beispiele solcher Zusatzstoffe umfassen Organozinn-Stabilisatoren gegen thermische Depolymerisation wie Dialkylzinn-mercaptide, Dialkylzinnmalate und Dialkylzinn-laurate; Metallseifen wie Calciumstearat, Zinkstearat, Cadmiumstearat, Bariumstearat und Bleistearat; anorganische Stabilisatoren wie dreibasisches Bleisulfat, zweibasisches Bleistearat, Calciumhydroxyd und Calciumsilikat; Chelatbildner wie Trisnonyl-phenylphosphit und Alkylmonoallyl-phosphite; Wachse wie z.B. Ester-Wachse und Kohlenwasserstoff-Wachse; Epoxid-Verbindungen wie z.B. Sojaöl - epoxid, Leinöl-epoxid und Bisphenol-epoxid; und Füllstoffe wie z.B. Calciumcarbonat, Talk, Kaolin und Glimmer. Pigmente, antistatische Agenzien, Antioxidanzien, Agenzien zur Absorption von ultravioletten Strahlen und ähnliche Stoffe können, falls gewünscht, ebenfalls in der Mischung enthalten sein.
Die Wasserabdichtungsbahn der vorliegenden Erfindung wird durch Strangpressen des oben erwähnten, in Wasser quellbaren Harzes (C) in eine Bahnform in der üblichen Weise hergestellt. Die Abmessungen der Bahn sind nicht beschränkt, aber Abmessungen mit einer Dicke von 0,5 bis 2 mm, mit einer Breite von 60 bis 120 cm und einer Länge von mehreren Metern bis zu einigen 10 Metern mögen für eine übliche Bahn geeignet sein.
Es ist außerdem von Vorteil, daß die Wasserabdichtungsbahn der vorliegenden Erfindung eine Zugfestigkeit von 7,5 bis 12,0 MPa (75 to 120 kgf/cm²) besitzt, da die Elastizität in dieser Hinsicht ausreichend ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend eingehender unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel und Testbeispiel beschrieben.

Beispiel 1

100 Gewichtsteile Polyvinylchlorid mit einem mittleren Polymerisationsgrad von 1450, 80 Gewichtsteile des Weichmachers Di-(2-ethylhexyl)phthalat, 2,6 Gewichtsteile eines Stabilisators für Polyvinylchlorid und 40 Gewichtsteile des in Wasser quellbaren Urethan-Harzes wurden zusammen geknetet, um dadurch ein in Wasser quellbares Harz (eine in Wasser quellbare Polyvinylchlorid-Harzzusammensetzung) zu erhalten.
Anschließend wurde die so erhaltene Zusammensetzung mit Hilfe eines T-Kopf-Extruders extrudiert und geformt, um dadurch eine Wasserabdichtungsbahn mit einer Dicke von 1,3 mm herzustellen. Die so erhaltene Wasserabdichtungsbahn besitzt eine Zugfestigkeit von 8,8 MPa (88 kgf/cm²).

Testbeispiel 1

Die Wasserundurchlässigkeit der Wasserabdichtungsbahn der vorliegenden Erfindung, die in dem vorstehenden Beispiel 1 hergestellt wurde, und einer Bahn aus Weich-PVC (mittlerer Polymerisationsgrad: 2250) wurde mit Hilfe der in Figur 1 gezeigten Testapparatur, wie folgt, verglichen:
Zwischen zwei transparenten PVC-Platten 1 und 1' (250 x 250 x 20 mm) wurde eine, an den Rändern mit einem Abstandshalter aus rostfreiem Stahl 2 (Dicke 1,5 mm) versehene Testbahn 3 (Dicke: 1,3 mm) festgehalten, wie es in der Figur 1 gezeigt ist, und die obere und die untere transparente PVC-Platte wurden mit einem (in den Figuren nicht gezeigten) Bolzen befestigt. Der Mittelpunkt der Testbahn 3 und der Mittelpunkt der oberen transparenten PVC-Platte wurden mit einer Öffnung 4 für die Wasserzufuhr versehen, um so durch eine Leitung 5 Wasser unter Druck einleiten zu können. In der Figur 1 ist 6 ein Druckmesser
Die folgenden drei Arten von Bahnen wurden als Testbahnen verwendet:
1) Die im Beispiel 1 hergestellte Wasserabdichtungsbahn,
2) die im Beispiel 1 hergestellte Wasserabdichtungsbahn, in der vier Einschnitte 7 (mit einer Länge von je 20 mm) in vier Richtungen angebracht wurden, wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, und
3) eine aus Weich-PVC hergestellte Bahn als Vergleichsprobe.
Wenn Wasser (Wasserdruck: 0 MPa (0 kgf/cm²)) durch die Testapparatur geleitet wurde, wurde zwischen den beiden transparenten PVC-Platten bei allen der oben erwähnten Bahnen 1, 2 und 3 eine Wasserdurchlässigkeit festgestellt.
Als nächstes wurde die ganze Testapparatur in einem mit Wasser gefüllten Behälter untergetaucht und nach einer bestimmten Zeit wieder heraus genommen. Dann wurde wieder Wasser durch die Testapparatur geleitet, um dadurch den Druck zu messen, bei dem Wasserdurchlässigkeit eintrat. Die Ergebnisse werden im folgenden angegeben:

Claims

Wasserabdichtungsbahn, umfassend ein in Wasser quellbares Harz (C), erhalten durch Zusammenkneten von:

- 10 bis 97 Gew.-% eines in Wasser nicht-quellbaren thermoplastisches Harzes (A), bestehend aus Polyvinylchlorid,

- 3 bis 90 Gew.-% eines in Wasser quellbaren Materials (B), bestehend aus einem in Wasser quellbaren Urethan- Harz, umfassend ein oder mehrere Prepolymere mit Isocyanat-Gruppen, deren Gehalt an endständigen NCO-Gruppen 1 bis 12 % beträgt, die durch die Reaktion von einem Polyether-Polyol oder mehreren Polyether-Polyolen, die durch die nachstehende allgemeine Formel dargestellt werden, mit Polyisocyanaten erhalten wurden;

R[(OR&sub1;)n OH]p

wobei R einen Polyol-Rest darstellt; (OR&sub1;)n bezeichnet eine Polyoxyalkylen-Kette, umfassend Oxyalkylen-Gruppen, wobei jede Gruppe eine Oxyethylen-Gruppe und eine C&sub3;- oder C&sub4;-Alkylen-Gruppe enthält, unter der Voraussetzung, daß der Anteil an Oxyethylen-Gruppen 20 bis 100 % des gesamten Molekulargewichtes beträgt;

n ist eine Zahl, die dem Polymerisationsgrad der Oxyalkylen-Gruppen entspricht und die ein Hydroxylgruppen- Aequivalent von 200 bis 2500 ergibt; und p entspricht einer Zahl von 2 bis 8, und

- von zusätzlich 80 bis 200 Gewichtsteilen eines Weichmachers, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyvinylchlorid.