EP0621374A1 - Flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas - Google Patents

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EP0621374A1
EP0621374A1 EP94105679A EP94105679A EP0621374A1 EP 0621374 A1 EP0621374 A1 EP 0621374A1 EP 94105679 A EP94105679 A EP 94105679A EP 94105679 A EP94105679 A EP 94105679A EP 0621374 A1 EP0621374 A1 EP 0621374A1
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EP
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acrylic glass
layer
barrier according
acrylic
panes
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Günter Dr. Johannson
Michael Dr. Müller
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Roehm GmbH Darmstadt
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Roehm GmbH Darmstadt
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
    • E01F8/00—Arrangements for absorbing or reflecting air-transmitted noise from road or railway traffic
    • E01F8/0005—Arrangements for absorbing or reflecting air-transmitted noise from road or railway traffic used in a wall type arrangement
    • E01F8/0017—Plate-like elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/54—Slab-like translucent elements

Definitions

  • the invention relates to a flame-retardant noise protection wall made of acrylic glass, consisting of supports anchored in the ground and fastened to them, e.g. 10 to 30 mm thick acrylic glass panes.
  • Such noise barriers must withstand a limited fire load, e.g. grass fire at the installation site.
  • This property can be easily achieved by incorporating the usual flame-retardant additives based on phosphorus or halogen compounds into the acrylic glass during manufacture. These additives are largely harmful to health and therefore require special protective measures in the manufacture and processing of acrylic glass.
  • the invention has for its object to provide acrylic glass panels for noise barriers without halogen and phosphorus additives flame retardant.
  • the additional technical regulation for noise barriers ZTV-Lsw 88 of the Federal Minister of Transport is to be met.
  • this object can be achieved on a noise protection wall made of acrylic glass, consisting of supports and attached acrylic glass panes in that the acrylic glass is free of halogen and phosphorus-containing flame retardant additives and on the surfaces of the panes a layer of up to temperatures of 250 o C contains non-decomposable and non-melting material.
  • the material is considered non-decomposable if it shows a weight loss of less than 1% during thermogravimetric analysis under nitrogen at a temperature increase of 20 o C / min up to a temperature of 250 o C.
  • a test arrangement is used in which a wall element, which is enclosed in a U-profile frame made of metal, is placed vertically on a 25 cm high non-flammable base. Immediately in front of the front, two wire baskets of 30 x 30 x 20 cm, each filled with 600 g wood wool, are placed on the floor in the third points of the element and simultaneously lit. After an hour, the same treatment is repeated on the back of the element.
  • the tested change element may be around the Fire test, do not catch fire and do not burn in places. There must be no fire holes of more than 6 cm2 in area and no cracks of more than 5 cm in length.
  • Wall elements according to the invention (manufactured according to Example 1) with the dimensions 2000 x 1000 x 15 mm meet the fire test described.
  • wall elements of the same dimensions made of uncoated cast acrylic glass, consisting of pure polymethyl methacrylate only meet these test conditions to 50%. The other elements caught fire and had to be extinguished after the end of the experiment.
  • Acrylic glass refers to homopolymers and copolymers composed of at least 80% by weight of polymethyl methacrylate and optionally up to 20% by weight of comonomers, such as lower alkyl acrylates and methacrylates. Cast and extruded acrylic glass are suitable.
  • the acrylic glass panes In order to achieve a sufficient noise protection effect, the acrylic glass panes must have a considerable thickness. The sound-absorbing effect is too low for thicknesses below 10 mm. At thicknesses over 30 mm, the increase in effectiveness is not economically feasible in relation to the increasing material consumption.
  • the disks are preferably 12 to 25 mm thick. The production of correspondingly thick slices by extrusion is difficult. A suitable extrusion die is described in German utility model G 90 015187.
  • panes with clearly visible longitudinal or horizontal stripes at intervals of a few centimeters or opaque colored panes are sometimes preferred.
  • the acrylic glass panes usually have dimensions of 2 to 4 m in length and 1 to 2 m in width. They are usually fastened to vertical supports or posts that are anchored in the ground. The edges are preferably edged with U-profiles made of metal.
  • the layer arranged on the surface of the acrylic glass can have a thickness of 0.1 to 100, preferably 0.3 to 15 micrometers.
  • Silicon dioxide fulfills the requirements with regard to melting and decomposition temperatures.
  • a layer of colloidal silicon dioxide particles can be produced in a manner known per se in accordance with EP 149 182 by applying an aqueous silicon dioxide colloid sol.
  • the primer layer need not meet the requirements of the outermost layer according to the invention.
  • Suitable are e.g. Copolymers of lower alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid, which as polar groups e.g. Units of hydroxyalkyl acrylate or methacrylate, N-methylol acrylamide or methacrylamide or their alkyl ether or methacryloxypropyl trimethoxysilane may contain.
  • the layer of colloidal silicon dioxide particles also has a water-spreading effect. This has the advantage that rainwater drops on the surface of the acrylic glass panes form a closed film and flow off on the upright plate. Loosely adhering dust and dirt particles are entrained, so that the noise barrier cleans itself over a long period of time.
  • Another type of surface layer consists of a cross-linked organic polymer material that is not decomposable up to 250 ° C.
  • the crosslinking must be so high that the polymer material does not melt up to a temperature of 250 ° C. As a result of the crosslinking, it is insoluble in organic solvents.
  • Polymers or copolymers of ethylenically unsaturated, free-radically polymerizable monomers are preferred, the construction of which involves at least 10% by weight, preferably 30 to 80% by weight, of monomers with two or more unsaturated polymerizable groups.
  • Examples are diesters, triesters or higher-functional esters of acrylic and / or methacrylic acid with dihydric or polyhydric alkanols, such as ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,4-butanediol, glycerol, trimethylolpropane and pentaerythritol.
  • the lower alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid are particularly suitable as monounsaturated comonomers.
  • the polymers and copolymers built up from these monomers generally meet the requirement for a decomposition temperature not below 250 ° C.
  • the layers built up from it have a high mechanical strength and at the same time protect the surface of the acrylic glass against a reduction in transparency due to the action of scratching or rubbing stresses.
  • Coatings of this type are produced from a layer of the underlying liquid monomers applied to the surface of the acrylic glass by radical polymerization. Suitable polymerization processes are known from the scratch-resistant coating technology. The polymerization is effected, for example, by free-radical-forming photoinitiators under UV radiation. A method of this type is described, for example, in DE-A 2928512.
  • a 2.5 percent solution of a copolymer made from 88% by weight of methyl methacrylate and 12% by weight of methacryloyloxypropyltrimethoxysilane in a mixture of isopropyl alcohol and toluene was prepared as the primer.
  • the primer was applied to several acrylic glass plates measuring 1000 x 1600 x 15 mm (PLEXIGLAS® GS 233, Röhm GmbH). For this, a textile strip, which was wound on a straight rod, was soaked with the solution and drawn across the width of the acrylic glass plates. The remaining liquid film was dried.
  • a 3%, weakly anionic silica sol which had been surface-modified with aluminum oxide was then applied in the same way with the addition of 0.01% by weight of a nonionic surfactant (isotridecyl alcohol, eight-fold ethoxylated) and dried in a warm air stream at 80 ° C. for 5 minutes. Both layers were approximately 300 nm thick.
  • a nonionic surfactant isotridecyl alcohol, eight-fold ethoxylated
  • a coating solution was prepared from 3900 g of pentaerythritol tetraacrylate (Sartomer®), 5900 g of 1,6-hexanediol diacrylate and 200 g of a photoinitiator (Darocur® 1116, Ciba-Geigy AG).
  • the solution was applied to several acrylic glass plates (as in Example 1) using a roller application machine and cured with a UV lamp with a power of 120 W / cm (high-pressure mercury lamp) under nitrogen.
  • the layer thickness was 10 - 12 micrometers.
  • the thermogravimetric analysis of the coating material under the conditions described above showed a decomposition of 1% at about 310 o C.

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Abstract

Lärmschutzwände aus (extrudiertem) Acrylglas, bestehend aus Trägern und daran befestigten Acrylglasscheiben, die frei von halogen- und phoshorhaltigen flammhemmenden Zusätzen sind und auf den Oberflächen der Scheiben eine 0,1 bis 100 Mikrometer dicke Schicht aus einem bis zu Temperaturen von 250<o>C nicht zersetzlichen und nicht schmelzenden Material, beispielsweise Siliciumdioxid, enthalten, sind flammhemmend im Sinne der ZTV-Lsw 88 (Zusätzliche technische Vorschrift für Lärmschutzwände des deutschen Bundesministers für Verkehr).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus im Untergrund verankerten Trägern und daran befestigten, z.B. 10 bis 30 mm dicken Acrylglasscheiben.
    • Stand der Technik
  • Lärmschutzwände mit Acrylglasscheiben sind bekannt; vgl. deutsches Gebrauchsmuster G 92 02844. Ein geeignetes Trägersystem ist in dem deutschen Gebrauchsmuster G 85 24319 beschrieben.
  • 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.
    • Aufgabe und Lösung
  • 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.
  • 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 frei von halogen- und phoshorhaltigen flammhemmenden Zusätzen ist und auf den Oberflächen der Scheiben eine Schicht aus einem bis zu Temperaturen von 250oC nicht zersetzlichen und nicht schmelzenden Material enthält. Das Material gilt als nicht zersetzlich, wenn es bei der thermogravimetrischen Analyse unter Stickstoff bei einer Temperatursteigerung von 20oC/min bis zu einer Temperatur von 250oC einen Gewichtsverlust unter 1 % aufweist.
  • Zur Prüfung der Brandbelastbarkeit dient eine Versuchsanordnung, bei der ein Wandelement, das in einen U-Profilrahmen aus Metall 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 x 30 x 20 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 den 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.
  • Wandelemente gemäß der Erfindung (hergestellt nach Beispiel 1) mit den Abmessungen 2000 x 1000 x 15 mm erfüllen den beschriebenen Brandtest. Dagegen erfüllen Wandelemente gleicher Abmessungen aus unbeschichtetem gegossenen Acrylglas, bestehend aus reinem Polymethylmethacrylat, nur zu 50 % diese Prüfbedingungen. Die anderen Elemente gerieten in Brand und mußten nach Versuchsende abgelöscht werden.
  • 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 Oberflächenschicht ist schon bei sehr geringen Schichtdicken, beispielsweise 200 bis 600 nm, feststellbar. 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. Es war bisher nicht feststellbar, ob die Wirkung der Schicht auf einer Hemmung der Depolymerisation oder auf der Hinderung der Freisetzung der Monomerendämpfe beruht.
    • Ausführung der Erfindung
  • Als Acrylglas werden Homo- und Copolymerisate aus wenigstens 80 Gew.-% Polymethylmethacrylat und gegebenenfalls bis zu 20 Gew.-% an Comonomeren, wie niedere Alkylacrylate und -methacrylate, bezeichnet. Geeignet sind gegossenes und extrudiertes Acrylglas.
  • Um eine ausreichende Lärmschutzwirkung zu erreichen, müssen die Acrylglasscheiben eine beträchtliche Dicke haben. Bei Dicken unter 10 mm ist die schalldämmende 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. Die Herstellung entsprechend dicker Scheiben durch Extrusion ist schwierig. Eine dafür geeignete Extrusionsdüse ist in dem deutschen Gebrauchmuster G 90 015187 beschrieben.
  • 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.
  • 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 Längsrichtung 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 gegossener Platten 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.
  • 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.
  • Die auf der Oberfläche des Acrylglases angeordnete Schicht kann eine Dicke von 0,1 bis 100, vorzugsweise 0,3 bis 15 Mikrometer haben.
  • Siliciumdioxid erfüllt die Forderungen hinsichtlich der Schmelz- und Zersetzungstemperaturen. Eine Schicht aus kolloidalen Siliziumdioxid-Partikeln kann in an sich bekannter Weise gemäß EP 149 182 durch Auftragen eines wäßrigen Siliciumdioxid-Kolloidsols erzeugt werden. Um eine gute Haftung auf dem Acrylglas zu erreichen, ist eine Grundierung der Acrylglasoberfläche mit einem löslichen organischen Polymermaterial mit einem Gehalt an polaren Gruppen vorteilhaft. Die Grundierungsschicht braucht die erfindungsgemäß an die äußerste Schicht gestellten Anforderungen nicht zu erfüllen. Geeigent sind z.B. Copolymerisate von niederen Alkylestern der Acryl- und/oder Methacrylsäure, die als polare Gruppen z.B. Einheiten von Hydroxyalkyl-acrylat oder -methacrylat, N-Methylol-acrylamid oder -methacrylamid oder deren Alkylether oder Methacryloxypropyl-trimethoxysilan enthalten können.
  • Die Schicht aus kolloidalen Siliziumdioxid-Partikeln wirkt zugleich wasserspreitend. Das hat den Vorteil, daß Regenwassertropfen auf der Oberfläche der Acrylglasscheiben zu einem geschlossenen Film zusammenfließen und an der aufrecht stehenden Platte abfließen. Dabei werden lose anhaftende Staub- und Schmutzteilchen mitgerissen, so daß sich die Lärmschutzwand über längere Zeit selbst reinigt.
  • Eine andere Art der Oberflächenschicht besteht aus einem vernetzten, bis 250oC nicht zersetzlichen organischen Polymermaterial. Die Vernetzung muß so hoch sein, daß das Polymermaterial bis zu einer Temperatur von 250oC nicht schmilzt. Infolge der Vernetzung ist es unlöslich in organischen Lösemitteln.
  • Bevorzugt sind Polymerisate bzw. Copolymerisate von äthylenisch ungesättigten, radikalisch polymerisierbaren Monomeren, an deren Aufbau wenigstens 10 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-%, an Monomeren mit zwei oder mehr ungesättigten polymerisierbaren Gruppen beteiligt sind. Beispiele sind Diester, Triester oder höherfunktionelle Ester der Acryl- und/oder Methacrylsäure mit zwei- oder mehrwertigen Alkanolen, wie Ethylenglykol, 1,2-Propylengkykol, Butandiol-1,4, Glycerin, Trimethylolpropan und Pentaerythrit. Als einfach ungesättigte Comonomere kommen vor allem die niederen Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure (vorzugsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest) in Betracht. Die aus diesen Monomeren aufgebauten Polymerisate und Copolymerisate erfüllen in der Regel die Voraussetzung einer nicht unter 250oC liegenden Zersetzungstemperatur. Die daraus aufgebauten Schichten haben eine hohe mechanische Festigkeit und schützen die Oberfläche des Acrylglases gleichzeitig gegen eine Verminderung der Transparenz durch die Einwirkung von kratzenden oder reibenden Beanspruchungen.
  • Beschichtungen dieser Art werden aus einer auf die Oberfläche des Acrylglases aufgebrachten Schicht der zugrundeliegenden flüssigen Monomeren durch radikalische Polymerisation erzeugt. Geeignete Polymerisationsverfahren sind aus der Technik der Kratzfestbeschichtung bekannt. Die Polymerisation wird beispielsweise durch radikalbildende Photoinitiatoren unter UV-Strahlung bewirkt. Ein Verfahren dieser Art ist z.B. in DE-A 2928512 beschrieben.
    • Ausführungsbeispiele 1. Beschichtung von gegossenem Acrylglas mit Siliciumdioxid
  • Als Grundierung wurde eine 2,5-prozentige Lösung eines Mischpolymerisats aus 88 Gew.-% Methylmethacrylat und 12 Gew.-% Methacryloyl-oxypropyl-trimethoxysilan in einem Gemisch aus Isopropylalkohol und Toluol hergestellt. Die Grundierung wurde auf mehrere Acrylglasplatten der Abmessungen 1000 x 1600 x 15 mm (PLEXIGLAS® GS 233, Röhm GmbH) aufgetragen. Dazu wurde ein Textilstreifen, der auf einen geraden Stab gewickelt war, mit der Lösung getränkt und quer über die Breite der Acrylglasplatten gezogen. Der zurückbleibende Flüssigkeitsfilm wurde getrocknet. Anschließend wurde in gleicher Weise ein 3-prozentiges, schwach anionisches, oberflächlich mit Aluminiumoxid modifiziertes Kieselsol unter Zusatz von 0,01 Gew.-% eines nichtionischen Netzmittels (Isotridecylalkohol, achtfach ethoxyliert) aufgetragen und 5 min in einem Warmluftstrom bei 80oC getrocknet. Beide Schichten waren je etwa 300 nm dick.
  • Beim Brandtest der beschichteten Acrylglasscheiben unter den eingangs beschriebenen Bedingungen der ZTV-Lsw 88 trat in keinem Fall ein Mitbrennen oder eine Flammenbildung, ein Durchbrennen und Rißbildung auf. Im beflammten Bereich waren feine Blasen und eine braune Verfärbung sichtbar.
    • 2. Beschichtung von gegossenem Acrylglas mit einem vernetzten Acrylpolymeren
  • Eine Überzugslösung wurde aus 3900 g Pentaerythrittetraacrylat (Sartomer®), 5900 g 1,6-Hexandioldiacrylat und 200 g eines Photoinitiators (Darocur® 1116, Ciba-Geigy AG) bereitet.
  • Die Lösung wurde mittels einer Walzenauftragsmaschine im Gleichlauf auf mehrere Acrylglasplatten (wie im Beispiel 1) aufgetragen und mit einem UV-Strahler einer Leistung von 120 W/cm (Quecksilber-Hochdruckstrahler) unter Stickstoff ausgehärtet. Die Schichtdicke betrug 10 - 12 Mikrometer. Die thermogravimetrische Analyse des Beschichtungsmaterials ergab unter den oben beschriebenen Bedingungen eine Zersetzung von 1 % bei etwa 310oC.
  • Beim Brandtest erfüllten alle beschichteten Acrylglasplatten die Prüfung gemäß ZTV-Lsw 88.

Claims (6)

  1. Flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus Trägern und daran befestigten Acrylglasscheiben,
       dadurch gekennzeichnet, daß das Acrylglas frei von halogen- und phoshorhaltigen flammhemmenden Zusätzen ist und auf den Oberflächen der Scheiben eine Schicht aus einem bis zu Temperaturen von 250oC nicht zersetzlichen und nicht schmelzenden Material enthält.
  2. Lärmschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Dicke von 0,1 bis 100 Mikrometer hat.
  3. Lärmschutzwand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus kolloidalen Siliziumdioxid-Partikeln besteht.
  4. Lärmschutzwand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem vernetzten organischen Polymermaterial besteht.
  5. Lärmschutzwand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylglasscheiben durch Extrusion erzeugt sind.
  6. Lärmschutzwand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das Acrylglas in Längsrichtung durchlaufende zugfeste Einlagen eingebettet sind.
EP94105679A 1993-04-20 1994-04-13 Flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas Expired - Lifetime EP0621374B1 (de)

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