-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein schweißbares elastisches Laminat
mit Gummieigenschaften und mit zwei wechselseitig miteinander verbundenen
Schichten, die aus nicht-polaren Kohlenwasserstoffverbindungen bestehen,
von denen eine Schicht ein thermoplastisches Elastomer (TPE) und
das andere ein vernetzter vulkanisierter Gummi des EPDM-Typs oder
des Butyltyps ist. Das Laminat ist primär für die Verwendung als ein Dichtungsbogen
oder eine Membran in unterschiedlichen Typen von Baukonstruktionen
bestimmt, obwohl es auch Verwendung in anderen Bereichen finden
kann, in welchen die Möglichkeit,
Gummi zu schweißen oder
zu verbinden, äußerst erwünscht ist.
Gummikleidung, wie Tauchanzüge
und Schutzanzüge,
sind Beispiele dieses letzteren Verwendungsgebiets.
-
Unter „Gummieigenschaften" versteht man im
vorliegenden Kontext die einzigartigen Eigenschaften, die mit der
Tatsache verbunden sind, daß Gummi
ein vernetztes Material ist, welches in der Lage ist, unter den meisten
variierenden klimatischen Bedingungen erhebliche Bewegungen aufzunehmen,
ohne zu brechen oder permanent deformiert zu werden, wenn er mäßigen Belastungen
ausgesetzt wird.
-
Bisher
war es nur möglich,
zwei Gummibögen
mit einer homogenen Verschweißung
zu verbinden, die Gummieigenschaften besitzt, indem man die Bögen aneinander
vulkanisiert. Vulkanisieren der Bögen wird erreicht, indem man
einen Verschweißungsstreifen
von nicht-vulkanisiertem Kautschuk zwischen wechselweise überlappenden
Kautschukbögen
anordnet und dann Druck und Hitze auf der Verschweißung über eine
bestimmte Zeitdauer aufbringt. Die Zeitdauer, die erforderlich ist,
um das Verfahren abzuschließen,
wurde durch die Verwendung von Bögen
auf Kautschukbasis bei solchen Anwendungen, wo Verschweißen erforderlich
ist, aus wirtschaftlichen Gründen
stark eingeschränkt.
-
Andere
Schweißmethoden
wurden auch versucht, wie das Verkleben oder ähnliche Methoden. Diese Methoden
jedoch haben auch ernsthafte Beschränkungen in Bezug auf die Produktivität und Dauerhaftigkeit. Sie
sind auch ungünstig
aus der Sicht des Umweltschutzes wegen der Notwendigkeit, unerwünschte Lösungsmittel
zu verwenden.
-
Im
Fall von Gebäuden
oder Anlagen, wie bei der Verwendung von wasserabstoßenden Membranen als
Dachabdeckungen oder beim Bau von Tunneln, Brücken, Dämmen, Schwimmbecken und bei
anderen ähnlichen
Anwendungen führten
die experimentell gefundenen Schwierigkeiten beim Verschweißen von
Gummibögen
miteinander oftmals zu der Bevorzugung, nicht-elastische Dichtungs produkte
oder wasserabstoßende
Membranen zu verwenden, die auf Bitumen- oder thermoplastischen
Materialien basieren, die leicht verschweißt werden können, indem man die Materialoberflächen in
einer Schweißüberlappung
miteinander verschmilzt, beispielsweise durch Erhitzen dieser Oberflächen mit
Heißluft
oder in einer anderen geeigneten Weise, und dann Druck auf diese
Oberflächen
ausübt,
während
die Materialien abkühlen.
-
Verschiedene
Methoden zur Vermeidung der oben beschriebenen, mit der Verwendung
von mit Gummi verbundenen Problemen, wo ein Verschweißen erforderlich
ist, wurden vorgeschlagen.
-
Die
JP-A-60203640 lehrt ein Verfahren zum Vermeiden von Problemen beim
Verschweißen
von Gummi bei der Produktion eines wasserabstoßenden Bogens einfach durch
Positionieren einer Gummischicht und eines thermoplastischen Elastomers
mit den zu verbindenden Oberflächen
einander überlappend
und anschließendes
Erhitzen der Bögen
auf eine Temperatur von 400 bis 600°C mit Hilfe einer Heißluftpistole.
Die so erhitzten Bögen
werden dann mit Hilfe einer Druckwalze bei 5 bis 10 kg/cm2 zusammengepreßt, um die Verschweißung oder
Verbindung zu bilden. Es wird verständlich sein, daß die Anwendung
dieser Methode durch die hohen Materialkosten und die verbundenen
Arbeitskosten stark eingeschränkt
ist.
-
Die
EP-A-1-0 528 296 beschreibt eine Gummiverschweißung oder -verbindung und ein
Verfahren zum Verschweißen
eines Zwischenbogens aus thermoplastischem Polyolefinfilm zwischen
den überlappenden Oberflächen von
Gummibögen.
Die Verbindung oder Verschweißung
erfolgt durch Erhitzen der überlappenden Oberflächen auf
eine Temperatur etwas oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen
Films. Diese Methode soll eine Verbindung mit höherer Produktivität und größerer Festigkeit
als eine Klebeverbindung zwischen Gummibögen mit sich bringen. Die elastischen
Eigenschaften der Verbindung sind jedoch im Vergleich mit der Verbindung
reduziert, die man durch Vulkanisieren mit einem Zwischenkautschukbogen,
wie oben beschrieben, bekommt. Dies ergibt auch eine Komplikation
im Vergleich mit der Verwendung von schmelzbarem thermoplastischem
Dichtungsmaterial, wie oben erwähnt.
-
Die
US-A-3,962,018 lehrt ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger
Verbundwerkstoffe aus Kunststoff und Gummi, womit eine Schicht ein
Gemisch von thermoplastischem Polyolefin und 10 bis 40 Gew.-% Elastomer
umfaßt,
die bei einer Temperatur höher
als 150°C
miteinander verschmolzen werden. Das Gemisch wird auf einer Elastomeroberfläche (EPDM
oder Butylkautschuk) aufgebracht, die auf 150°C erhitzt wurde, wonach die
Schichten miteinander durch Erhitzen der Schichten auf etwa 150
bis 250°C
und Pressen der Schichten mit einem Druck zwischen 1 und 10 kg/cm2 verbunden werden. Dieses Verfahren ermöglicht es den
Deckmaterialien, die aneinander angeordnet und miteinander verbunden
werden sollen, einen mehrschichtigen Verbundwerkstoff in einem kontinuierlichen
Verfahren zu bilden. Das Deckmaterial besteht jedoch in der Hauptsache
aus einem thermoplastischen Material, welches nicht die elastischen
Eigenschafen haben muß,
die für
das Zusammenwirken mit dem Gummi erforderlich sind und damit ein
fertiges Produkt liefern, das Gummieigenschaften hat.
-
Die
EP-A1-0 693 367 lehrt ein Laminat, das durch Verbinden eines Polymerfilms
mit vulkanisiertem EPDM-Gummi oder durch Extrudieren des Films und
Kautschuks zusammen und anschließendes Vulkanisieren des erhaltenen
Produkts erzeugt wird. In diesem speziellen Fall basiert der Polymerfilm
auf Polyamid und/oder Polyethylen, Copolymeren von Ethylen, Polypropylen
oder Copolymeren von Propylen. Da die Herstellung einschließlich der
Formung der Schichten, des Anordnens der Schichten aneinander und
der Verbindung der Schichten miteinander in einem kontinuierlichen
Verfahren erfolgt, ist das Laminatprodukt aus der Sicht der Kosten
attraktiv, aber noch ungenügend
elastisch, um sich mit Gummi in Bezug auf das Verschweißen oder
Verbinden des Produkts messen zu können.
-
Das
Laminat nach der Erfindung ist dazu bestimmt, ein Material zu liefern,
das Gummieigenschaften hat und das nicht unter den oben genannten
Problemen bezüglich
der Schweißbarkeit
leidet, die sonst mit Gummimaterial oder mit ungenügend elastischen
Verbindungen und Verschweißungen
in Verbindung mit bisher bekannten Gummi/Polymerlaminaten verbunden
sind. Das Laminat kann somit vorteilhaft als eine Dichtungsmembran
für Bodenabdeckungen
und ähnliche
Bauanwendungen verwendet werden, wo einfaches und schnelles Verschweißen/Verbinden
ausgesprochen erwünscht
ist.
-
Demnach
bekommt man gemäß der Erfindung
ein schweißbares
elastisches Laminat, das die in dem beigefügten Produktanspruch genannten
Eigenschaften besitzt, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
Laminats mit den Verfahrensstufen, die in den Verfahrensansprüchen aufgeführt sind.
-
Wie
in der Einführung
erwähnt
ist, umfaßt
das erfinderische Laminat zwei wechselseitig verbundene Schichten,
die aus nicht-polaren Kohlenwasserstoffverbindungen aufgebaut sind,
von denen ein Bogen oder eine Schicht ein thermoplastisches Elastomer
(TPE) und der andere Bogen einen vernetzten vulkanisierten EPDM-Gummi
oder Butylgummi umfaßt.
Das Laminat ist dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Elastomer
wenigstens 10 Gew.-% eines elastischen Copolymers einschließt, das
mit Füllstoff
und feuerhemmendem Mittel bis zu maximal wenigstens 50 Gew.-% Füllstoff
vermischt werden kann.
-
Ein
thermoplastisches Elastomer (TPE) ist ein Elastomer, d.h. ein Polymermaterial
mit hoher elastischer Streckbarkeit, in welchem die kohäsiven Kräfte, die
für die
elastische Verformung des Materials erforderlich sind, von physikalischer
Natur sind und durch Erhitzen oder Schmelzen des Materials vernichtet
werden können,
was verschieden von Gummi ist, wodurch das Material plastisch formbar
wird bei erhöhten
Temperaturen und beim Abkühlen
in seinen hochelastischen Zustand zurückkehrt.
-
Als
das elastische Copolymer wird ein solches verwendet, das Ethylen
und Octen im Verhältnis
von 1:10 bis 4:10, vorzugsweise im Verhältnis von 2:10 bis 3:10 enthält. Das
Copolymer kann auch bequemerweise Erdölharz in einer Menge entsprechend
1 bis 20 Gew.-% enthalten, was gute Klebrigkeit liefert und Viskosität und Elastizität anpaßt.
-
Das
thermoplastische Elastomer wird auch zweckmäßig einen Füllstoff in einer Menge entsprechend 20
bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-% enthalten. Der Füllstoff
kann zweckmäßig Calciumcarbonat,
Ruß oder
Silikat sein. Das erwähnte
flammhemmende Mittel kann Aluminiumhydrat oder Magnesiumhydrat sein.
-
Die
Zusammensetzung des thermoplastischen Elastomers kann bequemerweise
derart sein, daß sie dem
Elastomer eine Viskosität
im Bereich von 0,01 bis 1 Nm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,6 Nm in
einem Temperaturbereich von 70 bis 150°C verleiht. Die Viskosität dieser
Schicht kann hiermit optimiert werden, um gute Anhaftung (Benetzung)
an der EPDM-Schicht zu erhalten, wenn diese Schichten miteinander
heißgesiegelt werden,
und um das Aneinanderkleben der Laminate zu vermeiden, wenn vulkanisiert
oder die Laminate gehandhabt werden und wenn man diese Laminate
in Rollenform lagert.
-
Beide
Schichten in dem Laminat können
bequemerweise Peroxide in einer Menge entsprechend weniger als 1
Gew.-% enthalten, wobei die Absicht einer Verbesserung der Vernetzung
durch das Medium Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen mit der thermoplastischen
elastischen Schicht besteht.
-
Die
thermoelastische Schicht in dem Laminat wird normalerweise eine
Dicke kleiner als 0,5 mm haben, während die Dicke der Kautschukschicht
größer als
0,5 mm sein wird. Ein geeigneter Dickenbereich in Bezug auf die
thermoelastische Schicht ist 0,2 bis 0,4 mm und 0,7 bis 0,9 mm in
Bezug auf die Gummischicht. Bei geeigneter Beachtung kann eine Fadenverstärkung in
die Gummischicht und/oder die thermoelastische Schicht eingeschlossen
werden. Die thermoelastische Schicht kann vorbestimmte Farben für bestimmte
Zwecke einführen,
die wichtig für
die Gestaltung von Decken und Dachsystemen sind und auch um die
Wärmereflexion
zu verbessern.
-
Beim
Decken eines Dachs oder bei Verwendung des Laminats in ähnlichen
Anwendungen wird die thermoelastische Schicht zu der darunterliegenden
Stützfläche gerichtet
sein und den benachbarten Teil des Laminats überlappen, der von der Oberfläche weg
gerichtet ist, d.h. die Gummischicht in den Verbindungsstellen.
-
Das
erfinderische Laminat wird durch Kalandern oder Extrudieren nicht
vulkanisierten EPDM-Kautschuks
oder Butylkautschuks und von thermoplastischer Elastomerfolie (TPE)
oder eines solchen Films hergestellt, der wenigstens 10 Gew.-% elastisches
Copolymer enthält,
um einen kontinuierlichen Folienbogen zu bilden. Der Bogen wird
dann auf einer Trommel aufgerollt und danach vulkanisiert, wie beispielsweise
in einem Autoklaven. Obwohl der elastische Thermoplast und der Gummi
in diesem Fall aneinander haften und der Gummi vernetzt und damit
unschmelzbar unter den derzeitigen Bedingungen ist, wird die thermoplastische elastische
Schicht ihre thermoplastischen Eigenschaften behalten und eine schmelzbare
Schicht bilden. Unter „Kalandern" versteht man ein
Bearbeiten in einer Maschine, die zwei oder mehr Walzen enthält, die
mit Vorrichtungen zum Erhitzen und Kühlen bei einstellbaren Abständen dazwischen
eingerichtet ist. Unter „Extrudieren" versteht man hier
sogenanntes Breitschlitzextrudieren, in welchem die Eingangskomponenten
durch eine flache Düse
extrudiert werden, die eine breite Düsenöffnung hat, d.h. eine Öffnung von
kleiner Höhe
in Bezug auf die Breite.
-
Ein
geeigneter Gummityp für
die Verwendung mit der Erfindung ist ein Ethylen-Propylen-Gummi (EPDM)
auf der Basis von Terpolymeren von Ethylen, Propylen und eines Diens,
dessen restlicher ungesättigter
Teil in die Seitenposition der Hauptkette eintritt.
-
Die
Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf
praktische Beispiele beschrieben und auch mit weiterer Diskussion
bezüglich
der technischen und praktischen Vorteile, die man mit der Erfindung
bekommt.
-
Die
Erfindung beruht somit auf einem elastischen Copolymer. Die jüngsten Entwicklungen
auf dem Gebiet der Metallocen-Katalysatoren machten es möglich, Thermoplasten
zu erzeugen, die thermoplastische elastische Eigenschaft sehr nahe
an den Gummieigenschaften haben. Die thermoplastische elastische
Schicht des erfinderischen Laminats basiert somit auf einem elastischen
Copolymer, das so modifiziert werden kann, daß es ermöglicht:
- • es an Gummigewebe,
Butylgummi oder EPDM-Gummi in einem herkömmlichen Kalanderverfahren
oder Extrudierverfahren in einer kosteneffektiven Weise zu laminieren,
- • daß die Haftung
zwischen den Schichten verbessert wird, ohne daß diese Schichten ihre Gummieigenschaften
und thermoplastischen elastischen Eigenschaften verlieren,
- • durch
Anwendung von Hitze an einem überlappenden
Verbindungsbereich verschweißt
oder verbunden zu werden, womit die thermoplastischen elastischen
Schichten schmelzen und zum Anhaften an die Gummischicht kommen,
um so eine dichte und undurchlässige
Verbindung/Verschweißung
mit elastischen Eigenschaften zu bekommen, wenn die Verbindung komprimiert
und gekühlt
wird, und
- • daß die Verbindung/Verschweißung mit
Hilfe einer Schweißapparatur
erzielt wird, die allgemein auf diesem Gebiet erhältlich ist.
-
So
ermöglicht
die Erfindung die Herstellung von Abdichtungsfolien und Membranen,
die Gummieigenschaften haben und die miteinander unter praktischen
Arbeitsbedingungen auf dem gleichen Weg wie früher bekannte wasserabstoßende Membranen
auf Bitumen- und Thermoplastbasis miteinander verbunden oder verschweißt werden
können,
was ein sehr signifikanter technischer Vorteil ist und im vorliegenden
Kontext eine Voraussetzung bildet, die früher nicht möglich war, mit Dichtungsbögen oder
Membranen auf Gummibasis erreicht zu werden. Verschieden von Abdichtungsfolien
oder wasserabstoßenden
Membranen, die auf Bitumen- und Thermoplastmaterial basieren, wird
das erfinderische Laminat jedoch eine Verbindung oder Verschweißung tiefem,
die gummielastische Eigenschaften in allen Richtungen hat und die
auch durch Anwendung von Wärme
durch den Gummibogen hindurch ohne Beeinträchtigung des Laminats geschmolzen
werden kann, so daß die
thermoplastische elastische Schicht zu einem Zustand erweicht, in
welchem sie ihre mechanische Festigkeit verliert und damit ermöglicht,
die Bindung oder Verschweißung
zu öffnen.
Die Bindungen/Verschweißungen
können
gemäß Methoden
verschweißt
werden, die bereits in Bezug auf thermoplastische Abdichtungsfolien
oder Membranen bekannt waren, durch Erhitzen der Folien auf Schmelztemperatur
mit Hilfe von Heißluft
oder Heizkeilen und anschließendes
Kühlen
der Bindung unter Druck.
-
Die
mechanische Festigkeit und Elastizität der Verbindung/Verschweißung haben
die gleiche Größenordnung
wie jene einer herkömmlichen
vulkanisierten Verbindung. Die Zugfestigkeiten wurden an einem 25 mm
Streifen durchgeführt,
der Verbindungen/Verschweißungen
einschloß,
und zwar bei einer Streifenspannungsgeschwindigkeit von 100 mm/Min.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
-
-
Verbunden
mit der Gummikomponente und der TPE-Komponente des Laminats hatte
das Laminat eine mechanische Festigkeit der gleichen Größenordnung
bis zu einer Dehnung von etwa 150% und mit weiterer Dehnung eine
mechanische Festigkeit, die näher
an der Gummikomponente als an der TPE-Komponente lag.
-
Auf
Testdächern
durchgeführte
praktische Versuche mit einem Laminat nach der Erfindung zeigten, daß die Aufbringungszeit
um etwa 30% in Bezug auf bisher bekannte und verfügbare Materialien
und Verfahren reduziert werden konnte und daß andere notwendige Hilfsmittel,
die mit der Dach deckung verbunden waren, auf zwei an der Zahl reduziert
werden konnten gegenüber
fünf an
der Zahl im Fall bekannter Methoden.
-
Dichtungsfolien
oder Membranen, die ein erfinderisches Laminat umfassen, brauchen
nicht an ihrer Stelle mit Hilfe von durchdringenden Befestigungseinrichtungen
gesichert zu werden, sondern können
auf Streifen oder Platten aufgeschweißt werden, die mechanisch an
der darunterliegenden Oberfläche
befestigt wurden. Das elastische Laminat wird dann mit der thermoplastischen
elastischen Schicht zu dem Streifen oder der Platte hin gerichtet
aufgebracht. Hitze wird dann auf der freiliegenden Gummioberfläche mit
Hilfe von Kontaktwärme,
Strahlungswärme
oder Heißluft
zugeführt,
wobei diese Hitze durch die Gummischicht hindurchgeht und die thermoplastische
elastische Schicht schmilzt. Die Befestigung erfolgt dann durch
Aufbringung von Druck auf die Befestigungsoberfläche, zum Beispiel mit einem
Preßkissen
oder einem Preßrad,
wenn das Material abkühlt.
-
Das
erfinderische Laminat ist einmalig und bietet Vorteile in mehrerlei
Hinsicht, von denen die folgenden beispielhalber erwähnt sind:
- • Das
Laminat ermöglicht
die Verwendung eines Verbindungs-/Schweißsystems, mit welchem nur heiße Luft
benötigt
wird, um das Laminat zu verschweißen, was so mit Verwendung
herkömmlicher
Heißluftpistolen
geschehen kann.
- • Das
Verschweißen/Verbinden
kann durch Erhitzen der Gummischicht derart bewirkt werden, daß Hitze durch
den Gummi zu der thermoplastischen elastischen Schicht geht, bis
die richtige Schweißtemperatur erreicht
ist, wonach die Verbindung/Verschweißung Druck ausgesetzt und gekühlt wird.
- • Die
gesamte Laminatoberfläche
kann mit einer anderen Oberfläche
verbunden werden, womit alle Übergänge oder
Durchlässe
auf dem Dach leicht ohne Notwendigkeit von Spezialprodukten hierfür vorgesehen werden
können.
- • Das
Laminat oder der Dichtungsbogen oder die Membran können an
Befestigungseinrichtungen in der Form von Streifen oder Platten
angeschweißt
werden und dabei eine nicht perforierte Befestigung der Folie an
unterschiedlichen Arten von darunterliegenden Stützflächen ermöglichen.
- • Die
Verbindungen/Verschweißungen
können
geöffnet
werden, so daß Dichtungsfolien
oder Membranen durch Erhitzen des Gummibogens auf eine Temperatur,
bei welcher Hitze durch den Gummi und abwärts zu der thermoplastischen
elastischen Schicht geht, bis diese Schicht zu einem Zustand erweicht,
in welchem sie ihre mechanische Festigkeit verliert, entfernt werden
können.
- • Das
Substrat kann unterschiedliche Farbe bekommen.
- • Das
Laminat kann beispielsweise durch Einschluß von Glasfaser, Gewebe oder
Polyestergewebe zwischen den Schichten oder durch Laminieren von
Faserfilz an die thermoplastische elastische Schicht verstärkt werden.
- • Das
Laminat ist hitzebeständig,
was bedeutet, daß das
Laminat als Ganzes nicht schmelzen oder geschmolzen werden kann,
da es von PVC-Produkten oder Bitumenprodukten weit entfernt ist.
- • Das
Laminat ist elastisch in allen Richtungen und kann um einige hundert
Prozent gestreckt werden, während
es diese Gummieigenschaften behält.
