DE9216548U1 - Flame-retardant noise barrier made of acrylic glass - Google Patents
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Abstract
Description
02.12.9202.12.92
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft eine flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus im Untergrund verankerten Trägern und daran befestigten, z.B. 10 bis 30 mm dicken Acry!glasscheiben.The invention relates to a flame-retardant noise barrier made of acrylic glass, consisting of supports anchored in the subsurface and acrylic glass panes, e.g. 10 to 30 mm thick, attached to them.
Stand der TechnikState of the art
Lärmschutzwände mit Acry!glasscheiben sind bekannt; vgl. deutsches Gebrauchsmuster G 92 02844. Ein geeignetes Trägersystem ist in dem deutschen Gebrauchsmuster G 85 24319 beschrieben.Noise barriers with acrylic glass panes are known; see German utility model G 92 02844. A suitable support system is described in German utility model G 85 24319.
Derartige Lärmschutzwände müssen einer begrenzten Brandbelastung, z.B. einem Grasbrand am Aufstellungsort, standhalten. Diese Eigenschaft läßt sich zwar leicht verwirklichen, indem man dem Acrylglas bei der Herstellung üblich flammhemmende Zusätze auf Basis von Phosphor- oder Halogenverbindungen einverleibt. Diese Zusätze sind größtenteils gesundheitsbedenklich und erfordern deshalb besondere Schutzmaßnahmen bei der Herstellung und Verarbeitung des Acrylglases.Such noise barriers must be able to withstand a limited amount of fire, e.g. a grass fire at the installation site. This property can be easily achieved by adding flame-retardant additives based on phosphorus or halogen compounds to the acrylic glass during production. These additives are mostly hazardous to health and therefore require special protective measures during the production and processing of the acrylic glass.
Aufgabe und LösungTask and solution
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Acrylglasscheiben für Lärmschutzwände ohne halogen- und phosphorhaltige Zusätze flammhemmend auszurüsten. Insbesondere soll die zusätzliche technische Vorschrift für Lärmschutzwände ZTV-Lsw 88 des Bundesministers für Verkehr erfüllt werden.The invention is based on the task of making acrylic glass panels for noise barriers flame-retardant without halogen and phosphorus-containing additives. In particular, the additional technical regulation for noise barriers ZTV-Lsw 88 of the Federal Minister of Transport is to be fulfilled.
Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe an einer Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus Trägern und daran befestigten Acrylglasscheiben dadurch erfüllt werden kann, daß das Acrylglas wenigstens an den Oberflächen der Scheiben aus einem Copolymerisat des Methylmethacrylats mit 1 bis 20 Gew.-% eines Alkylacrylats oder Styrols besteht und frei von halogen- und phosphorhaltigen flammhemmenden Zusätzen ist.It was found that this task can be fulfilled on a noise barrier made of acrylic glass, consisting of supports and acrylic glass panes attached to them, in that the acrylic glass, at least on the surfaces of the panes, consists of a copolymer of methyl methacrylate with 1 to 20% by weight of an alkyl acrylate or styrene and is free of halogen and phosphorus-containing flame-retardant additives.
Zur Prüfung der Brandbelastbarkeit dient eine Versuchsanordnung, bei der ein Wandelement, das in einen U-Profilrahmen eingefaßt ist, auf einem 25 cm hohen unbrennbaren Sockel senkrecht aufgestellt wird. Unmittelbar vor der Vorderseite werden auf den Boden zwei mit je 600 g Holzwolle gefüllte Drahtkörbe von 30 &khgr; 30 &khgr; 2 0 cm in den Drittelpunkten des Elements aufgestellt und gleichzeitig angezündet. Nach einer Stunde wird die gleiche Behandlung auf der Rückseite des Elements wiederholt. Das geprüfte Wandelelement darf, um denA test arrangement is used to test the fire resistance, in which a wall element, which is enclosed in a U-profile frame, is placed vertically on a 25 cm high non-combustible base. Immediately in front of the front, two wire baskets of 30 x 30 x 2 0 cm, each filled with 600 g of wood wool, are placed on the floor at the third points of the element and lit simultaneously. After one hour, the same treatment is repeated on the back of the element. The tested wall element must not be left in the fire in order to
Brandtest zu erfüllen, kein Feuer fangen und auch nicht stellenweise verbrennen. Es dürfen keine Brandlöcher von mehr als 6 cm2 Fläche und keine Risse von mehr als 5 cm Länge entstehen.To meet the fire test, it must not catch fire and must not burn in places. There must be no burn holes larger than 6 cm2 and no cracks longer than 5 cm.
Wandelemente gemäß der Erfindung (hergestellt nach Beispiel 1) mit den Abmessungen 2000 &khgr; 1000 &khgr; 15 mm erfüllen den beschriebenen Brandtest. Dagegen erfüllen Wandelemente gleicher Abmessungen aus gewöhnlichem gegossenen Acrylglas, bestehend aus reinem Polymethylmethacrylat, nur zu 50 % diese Prüfbedingungen. Die anderen Elemente gerieten in Brand und mußten nach Versuchsende abgelöscht werden.Wall elements according to the invention (manufactured according to Example 1) with dimensions of 2000 x 1000 x 15 mm fulfill the fire test described. In contrast, wall elements of the same dimensions made of ordinary cast acrylic glass, consisting of pure polymethyl methacrylate, only fulfill these test conditions to 50%. The other elements caught fire and had to be extinguished after the end of the test.
Der Befund, daß die erfindungsgemäßen Acrylglasscheiben unter den Bedingungen des vorgeschriebenen Brandtests bis zum Abbrennen des Umgebungsfeuers nicht entzündet werden, ist überraschend, denn ein Einfluß der eingebauten Acrylat- oder Styrol-Comonomeren war nicht zu erwarten. Obwohl eine Erklärung bisher nicht möglich ist, wird angenommen, daß die Entzündungsgefahr auf der Verbrennung von monomerem Methylmethacrylat-Dampf beruht, der durch thermische Depolymerisation entsteht. Anscheinend wird die Depolymerisations-Neigung des Acrylglases durch die Comonomeren so stark vermindert, daß nicht soviel Monomerdämpfe freigesetzt werden, wie zur Einleitung eines Brandes nötig wären.The finding that the acrylic glass panes according to the invention do not ignite under the conditions of the prescribed fire test until the surrounding fire has burned out is surprising, because an influence of the incorporated acrylate or styrene comonomers was not to be expected. Although an explanation is not yet possible, it is assumed that the risk of ignition is due to the combustion of monomeric methyl methacrylate vapor, which is produced by thermal depolymerization. Apparently the tendency of the acrylic glass to depolymerize is so greatly reduced by the comonomers that not as much monomer vapor is released as would be necessary to start a fire.
Die Brandbelastung bei dem vorgeschriebenen Test beschränkt sich auf eine sehr geringe Materialtiefe. Die Acrylglasscheibe muß deshalb wenigstens bis zu dieser Tiefe aus dem angegebenen Copolymerisat bestehen. Es reicht aus, daß das Copolymerisat Außenschichten von etwa 0,1 bis 1 mm Dicke bildet, während das Innere aus nicht flammgeschütztem Acrylglas oder anderen Kunststoffen von ausreichender Festigkeit bestehen kann. Da die Herstellung solcher mehrschichtigen Scheiben aufwendig ist, sind homogene Scheiben aus dem Copolymerisat bevorzugt.The fire load in the prescribed test is limited to a very small depth of the material. The acrylic glass pane must therefore consist of the specified copolymer at least up to this depth. It is sufficient for the copolymer to form outer layers of around 0.1 to 1 mm thick, while the interior can consist of non-flame-retardant acrylic glass or other plastics of sufficient strength. Since the production of such multi-layer panes is complex, homogeneous panes made of the copolymer are preferred.
Ausführung der ErfindungImplementation of the invention
Methylmethacrylat ist in jedem Fall die Hauptkomponente der erfindungsgemäßen Copolymerisate; bekanntlich zeichnen sich die im wesentlichen daraus aufgebauten Polymerisate durch hohe Alterungs-und Bewitterungsbestandigkeit aus, eine Eigenschaft, die gerade bei Lärmschutzwänden von herausragender Bedeutung ist.Methyl methacrylate is in any case the main component of the copolymers according to the invention; as is known, the polymers essentially made up of it are characterized by high resistance to aging and weathering, a property that is of outstanding importance, especially for noise barriers.
Als Alkylacrylate eignen sich besonders die niederen Alkylester der Acrylsäure mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest. Höhere Alkylacrylate haben eine weichmachende Wirkung, wodurch die Acrylglasscheibe gegen mechanische Beschädigungen empfindlicher würde. Ein Anteil der Alkylacrylate oder des Styrols von 1 Gew.-% hat bereits eine deutliche Wirkung auf das Brandverhalten. Bevorzugt werden 3 bis 10 Gew.-% der Comonomeren eingesetzt. Oberhalb 10 Gew.-% nimmt die Wirksamkeit nicht mehrThe lower alkyl esters of acrylic acid with 1 to 4 carbon atoms in the alkyl group are particularly suitable as alkyl acrylates. Higher alkyl acrylates have a plasticizing effect, which makes the acrylic glass pane more sensitive to mechanical damage. A proportion of alkyl acrylates or styrene of 1% by weight already has a significant effect on the fire behavior. Preferably 3 to 10% by weight of the comonomers are used. Above 10% by weight, the effectiveness no longer decreases.
wesentlich zu, jedoch steigt im Falle der Alkylacrylate die Weichmacherwirkung in unerwünschtem Maße an. Neben Alkylacrylaten und/oder Styrol können gegebenenfalls weitere Comonomere mitverwendet werden, was jedoch Nachteile in der Wetterbeständigkeit nach sich ziehen kann.increases significantly, but in the case of alkyl acrylates the plasticizer effect increases to an undesirable extent. In addition to alkyl acrylates and/or styrene, other comonomers can be used if necessary, but this can have disadvantages in terms of weather resistance.
Es wurde festgestellt, daß ähnlich wie die Alkylacrylate oder Styrol auch Endgruppen eines Mercaptans an dem polymerisierten Methylmethacrylat eine flammhemmende Wirkung ausüben, die für sich allein zur Erfüllung des Brandtests allerdings meistens nicht ausreicht. Wird jedoch das erfindungsgemäße Copolymerisat durch radikalische Polymerisation in Gegenwart eines Mercaptans erzeugt, so wird die flammhemmende Wirkung der Comonomeren noch verstärkt.It was found that, similar to alkyl acrylates or styrene, mercaptan end groups on the polymerized methyl methacrylate also have a flame-retardant effect, although this alone is usually not sufficient to pass the fire test. However, if the copolymer according to the invention is produced by radical polymerization in the presence of a mercaptan, the flame-retardant effect of the comonomers is further enhanced.
Mercaptane, wie n-Butylmercaptan, Dodecylmercaptan, Thioglykolsäure, Mercaptoethanol, 2-Ethylhexylthioglykolat, Butylthioglykolat, Octylthioglykolat oder Methyl-3-mercaptopropionat wirken als Übertragungsregler. Wenn sie bei der radikalischen Polymerisation des aus Methylmethacrylat und dem Alkylacrylat und/oder Styrol bestehenden Monomerengemisches zugegen sind, vermögen sie mit den radikalischen Kettenenden der wachsenden Polymerketten zu reagieren. Dadurch wird deren weiteres Wachstum beendet und ein Mercapto-Radikal gebildet, das seinerseits zum Ausgangspunkt einer neuen Polymerkette wird. Auf diese Weise entstehen Polymerketten, die den Rest des Mercaptans als Endgruppe aufweisen.Mercaptans such as n-butyl mercaptan, dodecyl mercaptan, thioglycolic acid, mercaptoethanol, 2-ethylhexyl thioglycolate, butyl thioglycolate, octyl thioglycolate or methyl-3-mercaptopropionate act as transfer regulators. If they are present during the radical polymerization of the monomer mixture consisting of methyl methacrylate and alkyl acrylate and/or styrene, they can react with the radical chain ends of the growing polymer chains. This stops their further growth and forms a mercapto radical, which in turn becomes the starting point of a new polymer chain. In this way, polymer chains are formed that have the remainder of the mercaptan as the end group.
Die Übertragungswirkung der Mercaptane führt zu einer Verminderung des durchschnittlichen Molekulargewichtes des Copolymerisate. Bei einer zu starken Verminderung des Molekulargewichtes können die Festigkeitseigenschaften des Acrylglases beeinträchtigt werden. Daher wird die Menge des Mercaptans vorzugsweise so begrenzt, daß ein Gewichtsmittelwert des Molekulargewichts von 50.000 nicht unterschritten wird. Geeignete Mercaptanmengen liegen in der Regel etwa bei 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Monomerengewicht.The transfer effect of the mercaptans leads to a reduction in the average molecular weight of the copolymer. If the molecular weight is reduced too much, the strength properties of the acrylic glass can be impaired. Therefore, the amount of mercaptan is preferably limited so that a weight average molecular weight of 50,000 is not undercut. Suitable amounts of mercaptan are generally around 0.1 to 2% by weight, based on the monomer weight.
Je niedriger das Molekulargewicht des Copolymerisats liegt, desto leichter läßt es sich thermisch verarbeiten. Bei Molekulargewichten im Bereich von 50.000 bis 200.000 ist es thermoplastisch verarbeitbar und erlaubt die Herstellung geeigneter Acrylglasscheiben durch Extrusion oder durch thermisches Verpressen eines Polymerisatpulvers. Wenn bei der Polymerisatherstellung weniger oder garkein Mercaptan mitverwendet wird, ist das Molekulargewicht so hoch, daß eine Herstellung von Scheiben durch Extrusion oder Pressen nicht möglich ist. In diesem Falle erfolgt die Herstellung nach dem bekannten Kammerverfahren, bei dem die Monomermischung, die einen radikalbildenden Initiator enthält, in eine aus zwei Glasplatten und einer dazwischen am Rand umlaufenden Dichtungsschnur gebildete Flachkammer eingefüllt und durch Erwärmen polymerisiert wird.The lower the molecular weight of the copolymer, the easier it is to process thermally. With molecular weights in the range of 50,000 to 200,000, it can be processed thermoplastically and allows the production of suitable acrylic glass panes by extrusion or by thermal pressing of a polymer powder. If less or no mercaptan is used in the polymer production, the molecular weight is so high that it is not possible to produce panes by extrusion or pressing. In this case, production takes place according to the well-known chamber process, in which the monomer mixture, which contains a radical-forming initiator, is filled into a flat chamber made of two glass plates and a sealing cord running around the edge between them and is polymerized by heating.
Um eine ausreichende Lärmschutzwirkung zu erreichen, müssen die Acrylglasscheiben eine beträchtliche Dicke haben. Bei Dicken unter 10 mm ist die schallabsorbierende Wirkung zu gering. Bei Dicken über 30 mm steht die Wirkungszunahme in keinem wirtschaftlich tragbaren Verhältnis zum zunehmenden Materialverbrauch. Vorzugsweise sind die Scheiben 12 bis 25 mm dick. Bei der Herstellung durch Polymerisation in Flachkammern läßt sich die gewünschte Dicke durch entsprechende Wahl der Dicke der zwischen den Glaswänden eingelegten Dichtungsschnur unter Berücksichtigung des polymerisationsbedingten Schrumpfes - einstellen. Die Herstellung entsprechend dicker Scheiben durch Extrusion ist schwierig. Eine dafür geeignete Extrusionsdüse ist in dem deutschen Gebrauchmuster G 90 015187 beschrieben.In order to achieve sufficient noise protection, the acrylic glass panes must be considerably thick. With thicknesses of less than 10 mm, the sound-absorbing effect is too low. With thicknesses of more than 30 mm, the increase in effect is not economically viable in relation to the increased material consumption. The panes are preferably 12 to 25 mm thick. When manufactured by polymerization in flat chambers, the desired thickness can be set by selecting the thickness of the sealing cord inserted between the glass walls, taking into account the shrinkage caused by polymerization. The production of panes of appropriate thickness by extrusion is difficult. A suitable extrusion nozzle for this purpose is described in the German utility model G 90 015187.
Glasklare farblose Scheiben sind bevorzugt. Aus Gründen des Vogelschutzes werden manchmal Scheiben mit gut sichtbaren Längs- oder Querstreifen in Abständen von einigen Zentimetern oder undurchsichtig eingefärbte Scheiben bevorzugt.Crystal-clear, colorless panes are preferred. For bird protection reasons, panes with clearly visible longitudinal or transverse stripes at intervals of a few centimeters or opaque colored panes are sometimes preferred.
Bei Lärmschutzwänden an Autostraßen sind Vorkehrungen erforderlich, um zu verhindern, daß im Falle der Zerstörung einer Acrylglasscheibe bei einem Unfall Bruchstücke in die Umgebung geschleudert werden. In den deutschen Gebrauchsmustern G 91 09817 und G 92 02488 wird vorgeschlagen, in die Acrylglasscheiben in LängsrichtungIn the case of noise barriers on motorways, precautions are required to prevent fragments from being thrown into the surrounding area if an acrylic glass pane is destroyed in an accident. In the German utility models G 91 09817 and G 92 02488, it is proposed to install a noise barrier in the acrylic glass panes in the longitudinal direction.
durchlaufende zugfeste Einlagen einzubetten, die die Bruchstücke zusammenhalten. Geeignet sind z.B. monofile Fäden oder Bänder aus Polyamid oder Stahlspiralen. Sie werden bei der Herstellung nach dem Kammerverfahren vor dem Einfüllen der Monomeren in der Flachkammer eingespannt und nach dem Füllen von dem polymerisierenden Monomeren umschlossen. Bei der Herstellung durch Extrusion kann man in der Weise vorgehen, daß zwei Stränge halber Dicke getrennt extrudiert und in einem Walzenstuhl im thermoplastischen Zustand vereinigt werden, wobei man die Fäden oder Bänder gleichzeitig zwischen den beiden Strängen einlaufen läßt. Als zugfeste Einlage muß in diesem Falle ein Material verwendet werden, das durch die hohe Temperatur der thermoplastischen Formmassenstränge nicht geschädigt wird.to embed continuous tensile inserts that hold the fragments together. Monofilament threads or strips made of polyamide or steel spirals are suitable, for example. During production using the chamber method, they are clamped into the flat chamber before the monomers are filled in and, after filling, are enclosed by the polymerizing monomers. During production by extrusion, two strands of half the thickness can be extruded separately and combined in a roller mill in the thermoplastic state, with the threads or strips being allowed to run in between the two strands at the same time. In this case, a material that is not damaged by the high temperature of the thermoplastic molding compound strands must be used as the tensile insert.
Die Acrylglasscheiben haben üblicherweise Abmessungen von 2 bis 4 m Länge und 1 bis 2 m Breite. Sie werden in der Regel an senkrecht stehenden Trägern oder Pfosten, die im Untergrund verankert sind, befestigt. Vorzugsweise sind die Kanten mit U-Profilen aus Metall eingefaßt.The acrylic glass panels usually have dimensions of 2 to 4 m long and 1 to 2 m wide. They are usually attached to vertical supports or posts that are anchored in the ground. The edges are preferably framed with metal U-profiles.
AusführungsbeispieleExamples of implementation
1. Herstellung einer PMMA-Platte durch Extrusion1. Production of a PMMA sheet by extrusion
Aus einem Ein-Schnecken-Entgasungsextruder (Schneckendurchmesser D = 100 mm, Länge = 32 D) wurde bei einer Massetemperatur von 2600C eine thermoplastische Formmasse, bestehend aus einem Copolymer von 97 Gew.-% Methylmethacrylat und 3 Gew.-% Methylacrylat (Handelsprodukt PlexiglaaS)-Formmasse Y7N, Röhm GmbH), durch eine Breitschlitzdüse zu einer 1500 mm breiten Bahn extrudiert. In einem Walzenglättwerk wurde die Bahn auf eine Dicke von 18 mm kalibriert.A thermoplastic molding compound consisting of a copolymer of 97% by weight methyl methacrylate and 3% by weight methyl acrylate (commercial product PlexiglaaS molding compound Y7N, Röhm GmbH) was extruded from a single-screw vented extruder (screw diameter D = 100 mm, length = 32 D) at a melt temperature of 260 ° C through a slot die to form a 1500 mm wide web. The web was calibrated to a thickness of 18 mm in a roller polishing machine.
Der Brandtest unter den eingangs beschriebenen Bedingungen wurde bei allen hergestellten Platten erfüllt.The fire test under the conditions described above was passed by all panels produced.
2. Herstellung einer PMMA-Platte durch Kammerpolymerisation2. Production of a PMMA plate by chamber polymerization
Eine Monomermischung aus 9 3,95 Gew.-TIn. Methylmethacrylat, 6 Gew.-TIn. Methylacrylat, 0,05 Gew.-TIn.2,2'-Azo-bis-isobutyronitril wurde in eine aus zwei Glasscheiben und einer dazwischen am Rand umlaufenden Dichtungsschnur gebildete Flachkammer gefüllt und in einem Wasserbad von 35°C zur Polymerisation gebracht. Zur Vervollständigung der Polymerisation wurde die Flachkammer anschließend noch einige Stunden auf 115°C erwärmt.A monomer mixture of 9 3.95 parts by weight of methyl methacrylate, 6 parts by weight of methyl acrylate, 0.05 parts by weight of 2,2'-azo-bis-isobutyronitrile was filled into a flat chamber made of two glass panes and a sealing cord running around the edge between them and polymerized in a water bath at 35°C. To complete the polymerization, the flat chamber was then heated to 115°C for a few hours.
Beim Brandtest der erhaltenen PMMA-Platte unter den eingangs beschriebenen Bedingungen trat kein Mitbrennen bzw. keine Flammenbildung, kein Durchbrennen und keine Rißbildung auf. Im beflammten Bereich waren feine Blasen und eine braune Verfärbung sichtbar.When the PMMA plate obtained was fire tested under the conditions described above, no co-burning or flame formation, no burning through and no cracking occurred. Fine bubbles and a brown discoloration were visible in the flame-exposed area.
3. Herstellung einer PMMA-Platte unter Mitverwendung eines Mercaptans durch Kammerpolymerisation3. Production of a PMMA plate using a mercaptan by chamber polymerization
Die Arbeitsweise gemäß Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch enthielt die Monomermischung zusätzlich 0,3 Gew.-TIe. 2-Ethylhexyl-thioglykolat. Die Polymerisationstemperatur betrug 45°C. Beim Brandtest der erhaltenen PMMA-Platte zeigte sich eine noch geringere Blasenbildung als beim Beispiel 2.The procedure according to Example 2 was repeated, but the monomer mixture also contained 0.3 parts by weight of 2-ethylhexyl thioglycolate. The polymerization temperature was 45°C. The fire test of the resulting PMMA plate showed even less blistering than in Example 2.
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