NO328345B1 - Anvendelse av ionomerer til tetning av isolasjonsmateriale - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører anvendelse av ionomerer som dampforseglende materiale i diffusjonssperrer for bygninger.

Derved vedrører oppfinnelsen anvendelse av ionomerer til tetning av isolasjonsmaterialer. Spesielt vedrører den anvendelse av laminater for nevnte formål, som inneholder minst ett sjikt av ionomerene, samt slike laminater. Særlig vedrører oppfinnelsen flate impregnerte materialer som inneholder ionomerene som impregneringsharpiks.

Anvendelsen av isolasjonsmaterialer, så som skumplast og glassull, til utstrakt varmeisolasjon av bygninger er

generelt kjent i tallrike utforminger. I en av de hyppigste utførelsesformer fester man fra ca. 4 til 40cm tykke plater av isolasjonsmaterialet i eller på veggkonstruksjoner eller under taket mellom, under eller på taksperrene.

Imidlertid oppviser isolasjonsmaterialene sin fulle virkning bare når luftutskiftingen gjennom dem blir avbrutt, idet ellers ville med luften som diffunderer ut fra det oppvarmete rom betydelige varmemengder gå tapt. Omvendt vil det forholde seg om sommeren når den varme luft trenger inn og varmer opp bygningen på uønsket måte og derved øker eventuelt foreliggende klimaanleggs energibehov ikke ubetraktelig.

Det ville derfor først være nærliggende å tette varmeisolasjonsmaterialene med hjelp av et luftupermiabelt materiale, for eksempel en sterk polyetylen- eller PVC-folie, men dette har ikke holdt stikk på grunn av at skadesteder, så som risser eller hull, praktisk talt ikke lar seg unngå og luften derved likevel kommer inn i isolasjonsmaterialet. Dersom den da avkjøles, kondenserer fuktigheten som slepes inn med den, slik at det med tiden kan komme til betydelige vannansamlinger, som ved tørking praktisk talt ikke lenger kan fjernes. Vannet bevirker imidlertid ikke bare korrosive skader, men reduserer også effekten av varmeisolasjonen.

Som det likeledes også er kjent foretrekker man derfor slike tetningsmaterialer som motvirker diffusjonen av luften og vanndampen den inneholder, men som ikke hindrer den helt, slik at en tilbakediffusjon av vanndampen, altså tørkingen av isolasjonsmaterialet muliggjøres.

Slike materialer, som betegnes fuktsperrer og som man vanligvis anvender i form av folier eller laminater, er polymerer som poletylen, polyamider, etylen-akrylsyrekopolymerer samt polyestere i tynne sjikt. Nærmere om dette fremgår for eksempel av patentpublikasjonene DE-A 195 14 420 og 199 02 102.

US patentskrift 3.651.183 beskriver en spesiell fremgangsmåte for å fremstille syntetiske skummaterialer basert på skummende polyolefin, også for å fremstille isolasjonsmaterialer. I følge eksempel 18 deri inneholder den skummende massen og derved det ferdige syntetiske skummaterialet en ionomer i tilegg til en overveldende andel polyetylen. Generelt sett beskrives fordelene ved tilgjengelige syntetiske skummaterialer

(isolasjonsmaterialer)så som minimal vannabsorpsjon og fuktgjennomtrenging så vel som god varmeisolering i dokumentet.

Ideen i US patentskrift 4.645.710 strekker seg til laminerte produkter laget fra skummet polyuretan eller isocyanurat resiner som kjernelag ("core") og minst et lufttett dekklag ("facer", som tjener som gassbarriere) laget av aluminium. I følge funksjonen er disse laminatene isolasjonsmaterialer med integrert isolasjonsbarriere. For å forbedre adhesjonen mellom skum og kjernelaget og derved forbedre de mekaniske egenskapene til de laminerte enhetene blir det foreslått å anvende diverse adhesiver hvis kjemiske forbindelser kan gå inn med skummet, slik at en ionomer (Surlyn®) tjener til dette formålet i følge eksempel 4. Ionomeren er anvendt som adhesiv.

Fuktsperrene av disse materialer har som folie eller som egnet laminat for det meste den fordel at deres motstand mot diffusjonen av vanndampen er avhengig av den relative luftfuktighet. Ved lav relativ fuktighet er denne motstand høyere enn ved høy relativ fuktighet. Dette har tilfølge at uttørkingen av det fuktige isolasjonsmaterialet i den mest fuktige sommerlige luft blir lettere. Således utgjør vanndamp-diffusjonsmotstandsverdien (sa-verdien) for en 60um tykk polyamid-6-folie ifølge DIN 52615 ved 30% relativ luftfuktighet ca. 4,5m og ved 80% bare ca. 0,5m.

Sd-verdien tilsvarer tykkelsen av et luftsjikt i ro, hvis diffusjonsmotstand er så stor som prøvens

diffusjonsmotstand, i dette eksempel altså den tynne polyamid-6-folie. Den bestemmes ifølge DIN 52615 vanligvis ved dry-cup-metoden (tørrområdemetoden) mellom de to luftfuktigheter 0% og 50%, i gjennomsnitt 25% og ved wet-cup-metoden (fuktigområdemetoden) mellom de to luftfuktigheter 50% og 95%, i gjennomsnitt 72,5%.

Til materialet i fuktsperrene stilles det imidlertid ikke bare de angitte krav, men også en rekke andre betingelser. Således skal det være termisk, kjemisk og mekanisk stabilt og lett å bearbeide. Dessuten skal materialet være fysiologisk ubetenkelig, det skal ikke eller bare lite lades opp elektrostatisk og for øvrig være forenelig med andre materialer, særlig med materialene i laminatene, for at det ikke skal komme til dekomponering av laminatene. Det skal være økologisk akseptabelt og også i branntilfelle ikke utvikle høytoksiske gasser, som for eksempel kan oppstå av halogenforbindelser fra flammehemmende midler i form av dioksiner og furaner eller av polyamid i form av ammoniakk og polyetan blåsyre. Ikke minst skal det også tilfredsstille kravene til økonomi.

I overensstemmelse med denne oppgave viste det seg at ionomerer kan på fremragende måte anvendes til tetning av isolasjonsmaterialer, og dessuten ble det funnet nye laminater som inneholder dette materialet i minst ett sjikt som vesentlig bestanddel. Videre ble særlig hensiktsmessige utforminger av oppfinnelsen funnet, slik de vil bli beskrevet i det etterfølgende.

Anvendelse i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er derved kjennetegnet ved anvendelse av ionomerer som dampforseglende materiale i diffusjonssperrer for bygninger, som er motstandsdyktige mot diffusjonen av vanndamp som er avhengig av den relative luftfuktigheten, til tetting av isolasjonsmaterialer, idet ionomeren er dannet av 50 til 99 mol-%- etylen og 1 til 50 mol-% metakrylsyre, og syregruppene i disse kopolymerisatene er nøytralisert til fra 0,5 til 100% med litium-, natrium-, magnesium-, kalium- og/eller sinkkationer, eller med kationen av jordalkalimetallet kalsium og a) materialet er i form av et tynt lag av ionomerer, eller b) fuktsperret er i form av et flatt impregnert materiale omfattende en filt eller vevnad som

skjelettsjikt, og en ionomer som impregneringsharpiks, eller

c) diffusjonssperret er i form av et selvbærende laminat, hvor et av sjiktene er et ionomerlag med en

tykkelse på fra 5 til 100 um.

Ytteligere utførelser av anvendelsen i følge den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet i uselvstendige krav 2-9.

Ionomerer er definisjonsmessig (se for eksempel Rompps kjemileksikon, Georg Thieme forlag, 9. opplag, 1990) statistiske, termoplastiske kopolymerer av

a) en monoolefin,

b) en monoolefinisk umettet syre,

c) eventuelt ytterligere komonomerer for modifisering

av disse kopolemerisaters kjemiske og fysikalske

egenskaper, hvorved

d) syregruppene i disse kopolemerisater er helt eller delvis nøytralisert med uorganiske kationer.

Tallrike av disse ionomerer og fremgangsmåter til fremstilling av dem er kjent fra faglitteraturen, og en rekke av dem er kommersielt tilgjengelige under betegnelsen "Surlyn" fra firmaet DuPont anbefalt for emballasje- og beleggingsformål. Nærmere omtale kan tas fra US patentskrift 3.264.272 samt firmaprospektene "Surlyn" fra januar 2001.

Som komonomerer (a) kommer særlig etylen og dessuten propylen og but-l-en samt blandinger av disse forbindelser i betraktning. Deres andel i ionomeren utgjør som regel fra 50 til 99, fortrinnsvis fra 80 til 90 mol%.

Egnete komonomerer (b) er fremfor alt metakrylsyre og dessuten også akrylsyre, maleinsyre, maleinsyreanhydrid samt vinylsulfonsyre i andeler på fra 1 til 50, fortrinnsvis fra 10 til 20 mol%.

Som ytterligere komonomerer (c) kommer monoolefinisk umettede forbindelser, så som akrylsyre- og metakrylsyre-C1-C4 akylester og dessuten styren, vinylacetat, vinylpropionat, akrylamid, metakrylamid, akrylnitril samt metakrylnitril i andeler opp til 10 mol% i betraktning. Også små mengder bifunksjonelle monomerer, så som butadien, kan være fordelaktig for folienes mekaniske og kjemiske egenskaper såfremt materialet blir værende termoplastisk.

Foretrukne uorganiske kationer (d) er fremfor alt kationene av alkalimetallene, særlig litium, natrium og kalium, samt kationene av jordalkalimetallene, så som kalsium og magnesium. Også sinkkationer er egnet.

Nøytralisasjonsgraden av syregruppene ligger som regel ved fra 0,5 til 100, fortrinnsvis fra 10 til 70%. Dette tilsvarer et metallinnhold i ionomerene i området fra ca. 0,1 til 10, fortrinnsvis fra 1 til 5 vekt%.

For formålene med den foreliggende oppfinnelse anbefales særlig ionomerer av

ai) 50-99 mol% etylen, og

bi) 1-50 mol% metakrylsyre, hvorved

di) syregruppene i disse kopolemerisater er nøytralisert fra 0,5 til 100%, fortrinnsvis fra 10 til 70%, med litium-, natrium-, magnesium-, kalium- og/eller sinkkationer.

Disse ionomerer har fremragende anvendelses- og bearbeidelsestekniske egenskaper og tilfredsstiller dessuten kravene til et virkningsfullt fuktsperremateriale, slik det er blitt fastslått ifølge oppfinnelsen. Dette gjelder særlig for "Surlyn"-typene med natrium som kation, så som type 1605, og for typene i 8000-rekken, for eksempel 8120, 8140 og 8220. Folier av disse materialer med en tykkelse på 15um oppviser ved 25% relativ luftfuktighet en Sa-verdi på mellom ca. 3 og 10m og ved 72,5% relativ luftfuktighet en sd-verdi på mellom 0,5 og 4m, hvorved differansene Asd 25/72,5 som er karakteristiske for diffusjonsbeteendet ligger på fra 2 til 8m.

Generelt øker verdien Asd 25/72,5 med økende polaritet hos materialet. Derfor har ionomerer med kalium som bestanddel (d) særlig høye differanseverdier, slik at tetninger ifølge oppfinnelsen med dette materialet også tilfredsstiller ekstremt høye krav, for eksempel i bygninger i fjellklima med sine ofte store temperaturforskjeller og i tropisk og subtropisk klima samt i konstruksjoner med flatt tak og gresstak.

For ytelsesevnen til en fuktvariabel fuktsperre er imidlertid ikke bare Asd-verdien et viktig kriterium, men også forholdet f mellom den høyere motstandsverdi sdh og den lavere motastandsverdi sdn. Det skal nemlig ikke bare tas hensyn til fuktighetsvariasjonen hos fuktsperren som sådan, men også av dennes ytelse, dvs. diffusjonen av dampmengden m per tidsenhet. For forholdet mellom de diffunderende dampmengder mh og mn ved henholdsvis høy og lav dif fus jonsmotstand sdh og sdn gjelder den indirekte proporsjonale relasjon

som sier at den per tidsenhet passerende dampmengde er desto mindre jo større diffusjonsmotstanden er, og omvendt.

Med henblikk på ytelsen bør Sdn ved 25% relativ luftfuktighet ligge i området fra 1 til 20m, fortrinnsvis fra 1 til 4m og sdn ligge i området fra 0,02 til 4, fortrinnsvis fra 0,02 til 2m, men tross dette være tydelig forskjellige ved en faktor f som fortrinnsvis er over 2, særlig over 5, på grunn av fuktighetsvariabiliteten.

Denne betingelse oppfylles særlig av en kaliumionomerer.

Fuktsperrer med slike karakteristika funksjonerer ikke bare fuktighetsvariabelt, men sørger i tillegg også for hurtigere tørkeprosesser.

Således oppnås det i vinterlig klima, når fuktsperren ifølge oppfinnelsen for eksempel ligger i området fra 25% til 50% relativ fuktighet, at bare en fuktighetsstrøm på ca. 1-10 g/m<2> 24h trenger inn i isolasjonsmaterialet, mens derimot i sommerlig klima, når fuktsperren ifølge oppfinnelsen for eksempel ligger i området fra 60% til 100% relativ fuktighet, inntil over 300 g/m<2> 24h fuktighet kan tørke ut av konstruksjonen.

Fuktsperrer med de beskrevne egenskaper og med en lav diffusjonsmotstand, for eksempel på l,2-2,5m ved 25% relativ omgivelsesluftfuktighet egner seg særlig til takkonstruksjoner mens fuktsperrer med høy diffusjonsmotstand egner seg særlig fordelaktig til veggkonstruksjoner.

Selvfølgelig egner også blandinger av forskjellige ionomerer, særlig av kalium-ionomerer med natrium-ionomerer, seg, hvorved andelen av kaliumionene utgjør fra 5 til 95, særlig fra 50 til 80, vekt%. De sistenevnte blandinger oppviser ikke bare fremragende fuktsperreegenskaper, men de lar seg også særlig godt bearbeide til laminater og impregnerte materialer.

Som forklart ovenfor kan de kjemiske og fysikalske egenskaper for ionomerene som anvendes ifølge oppfinnelsen ved hjelp av komonomerer (c) på i og for seg kjent måte tilpasses til spesielle krav, for eksempel med henblikk på foreneligheten med konstruksjons- og bærermaterialer på innstillingen av bestemte sdn-verdier eller også med henblikk på bøyeligheten, stivheten eller strekkfastheten.

Slike spesielle anvendelsestekniske egenskaper kan imidlertid ikke bare oppnås med blandinger av ionomerene innbyrdes, men naturligvis også med blandinger av ionomerene med andre polymerer, for eksempel polyamider, polyestere, polyuretaner og polyolefiner. Særlig godt egnet har fremfor alt blandinger med kopolymerer av etylen og vinylacetat samt med kopolymerer av etylen og butylakrylat eller etylen og akrylsyre eller etylen og metakrylsyre eller etylenakrylsyrekopolymer eller etylen og metylakrylat, hver med natrium- og særlig med kaliumioner, vist seg å være. I polymerblandingene utgjør andelen av ionomerene fortrinnsvis fra 30 til 95, særlig fra 50 til 80vekt%.

Som ionomerer gjelder i det foreliggende tilfelle også blandinger av dem med hverandre og også med termoplaster, selvfølgelig også blandinger som inneholder mer enn én ionomer og mer enn én av de øvrige polymerer.

Ionomerene som skal anvendes ifølge oppfinnelsen kan påføres i form av vandige dispersjoner eller smelter på varmeisolasjonsmaterialene, for eksempel ved flere gangers stryking eller sprøyting inntil sjiktene som derved dannes har den nødvendige tykkelse på fra 5 til 100, fortrinnsvis fra 10 til 30um. Denne metode benyttes imidlertid bare når isolasjonsmaterialets overflate er sterkt krummet eller ujevn og leggingen av folier er vanskelig eller ikke ønskelig av optiske årsaker, for eksempel i innvendige rom.

Ved plane eller sylindriske overflater kan man anvende ionomerfolier som som regel må festes ved hjelp av en kontaktlim på isolasjonsmaterialet, idet de meget tynne folier, de har som regel en tykkelse på fra 5 til 100, fortrinnsvis fra 10 til 30 ym, alene ikke er tilstrekkelig strekkfast for en fri oppspenning.

I vanlig fall anvender man ionomerene derfor i form av selvbærende laminater hvor et av sjiktene er en ionomer-folie eller et ionomersjikt med den angitte tykkelse. For å beskytte dette sjikt, som for formålet ifølge oppfinnelsen er det viktigste, mot skader, som ved fremstillingen og leggingen neppe kan helt unngås, innleirer man det hensiktsmessig mellom de andre sjikt i laminatet.

Disse andre sjikt, som anbefales hovedsakelig av mekaniske årsaker og derved også på grunn av den bedre håndtering, kan prinsipielt bestå av ethvert materiale som i laminatform ikke har høyere sd-verdier enn ionomersjiktet.

Slike sjikt er i første rekke skjelettsjikt som filt, vevnad eller gitter av inerte stoffer, så som polyetylen, polypropylen, polyester, glassfiber eller viskose. Også perforerte folier av polyetylen, polypropylen og polyester kommer i betraktning. En høy formstabilitet i laminatets lengde- og tverretning oppnår man med sjikt av papir.

Det er videre mulig å utstyre disse laminater med hjelpe-stoffer, for eksempel flammehemmende midler, som man for eksempel impregnerer papirbanene med. Ser man bort fra ionomersjiktene ifølge oppfinnelsen er slike laminater og fremstillinger derav, for eksempel ved sammenklebing eller ved beleggings- eller ekstruderingsmetoder, generelt kjent i tallrike utførelsesformer, slik at videre angivelser om dette er overflødig, spesielt idet ionomerene ikke skaper spesielle bearbeidelsesproblemer.

For eksempel har laminater med følgende oppbygning, i rekkefølgen øvre sjikt, ett eller flere midtre sjikt, nedre sjikt, vist seg godt egnet:

1) Papir, 80-120 ym

Ionomerer, 10-20 ym

Papir, 80-120 ym

2) Polyetylenspinnefilt, 20-60 <y>m

Ionomerer, 10-20 <y>m

Polyetylenspinnefilt, 20-60 ym

3) Viskosefilt, 20-60 ym

Ionomerer, 10-20 ym

Viskosefilt, 20-60 ym

4) Polyesterspinnefilt, 20-60 ym

Ionomerer, 10-20 ym

Polyesterspinnefilt, 20-60 ym

5) Overfor angitte laminater (1) - (4) ,

som for økning av fastheten inneholder en filt som ytterligere midtre sjikt

eller en vevnad av polyester, glassfiber eller polyetylen.

For formålet med oppfinnelsen er også flateformede impregnerte materialer meget godt egnet, hvor en filt eller en vevnad danner skjelettsjiktet og hvor skjelettsjiktet er impregnert med ionomeren som impregneringsharpiks. Som skjelettmateriale kommer også polyetylenspinnefilt, polyamidspinnefilt og celluloseholdige materialer, fremfor alt sugende papir, i betraktning. Disse impregnerte materialer har ikke bare de tilsvarende laminaters gode egenskaper, de kan også fremstilles på særlig økonomisk gunstig måte. Til dette behøver man ganske enkelt bare en filt eller en vevnad med en smelte av ionomeren for impregneringen og deretter la ionomeren størkne ved avkjøling.

Som ved kjente laminater for tetning av varmeisolasjons-plater, som også egner seg for akustisk isolasjon, fremstilles laminatene respektivt de impregnerte materialer i baneruller. Isolasjonsmaterialvegger kleber man med banene, og plater, som er anbrakt horisontalt eller skrått under taket, kan fritt ragende eller med noen mellomfestinger underspennes med laminater respektivt det impregnerte materiale, hvorved en luftspalte mellom isolasjonsmaterialet og fuktsperren vanligvis ikke svekker virkningen under forutsetning av at den er avtettet mot sidene. En avtetning på begge sider av isolasjonsmaterialet er mulig, men som regel ikke nødvendig.

Eksempler.

På noen etylen/metakrylsyreionomerer av "Surlyn"-type fra firmaet DuPont ifølge informasjonsmaterialet av januar 2001, ble sd-verdiene orienterende bestemt for prøvefolier ifølge DIN-forskrift 52615 i dry cup og wet cup ved 15 ym tykkelse. Ionomerene inneholdt som kationer natrium-respektivt kaliumkationer. Metallioninnholdet ble bestemt ifølge DIN 38406-E14.

Resultatene fremgår av følgende tabell:

Av disse verdier kan man umiddelbart slutte at ionomerene er utmerket egnet som materiale for fuktsperrer.

Claims (9)

1. Anvendelse av ionomerer som dampforseglende materiale i diffusjonssperrer for bygninger, som er motstandsdyktige mot diffusjonen av vanndamp som er avhengig av den relative luftfuktigheten, til tetting av isolasjonsmaterialer, idet ionomeren er dannet av 50 til 99 mol-%- etylen og 1 til 50 mol-% metakrylsyre, og syregruppene i disse kopolymerisatene er nøytralisert til fra 0,5 til 100% med litium-, natrium-, magnesium-, kalium- og/eller sinkkationer, eller med kationen av jordalkalimetallet kalsium og a) materialet er i form av et tynt lag av ionomerer, eller b) fuktsperret er i form av et flatt impregnert materiale omfattende en filt eller vevnad som skjelettsjikt, og en ionomer som impregneringsharpiks, eller c) diffusjonssperret er i form av et selvbærende laminat, hvor et av sjiktene er et ionomerlag med en tykkelse på fra 5 til 100 pm.

2. Anvendelse i samsvar med krav 1, hvor ionomeren i laminatform oppviser følgende vanndamp-diffusjonsmotstander (sd-verdier) bestemt ifølge DIN 52615: - ved 25% relativ luftfuktighet en sd-verdi fra 1 til 20 m, eller fra 4 til 20 m, eller fra 1 til 4 m og - ved 72,5 % relativ luftfuktighet en sd-verdi fra 0,02 til 4 m, hvori begge sd-verdier er forkjellige ved 25 % relativ luftfuktighet og ved 72,5 % relativ luftfuktighet ved en faktor f som er over 2, særlig over 5.

3. Anvendelse av ionomerene ifølge et av de foregående kravene for laminater, hvori midtsjiktet omfatter ionomeren, et av de ytre sjiktene har en bærende funksjon og det andre ytre sjikt har en beskyttende funksjon av midtsjiktet eller likeledes en bærende funksjon.

4. Anvendelse i samsvar med krav 3 for et laminat, hvor begge de to ytre sjikt består av papir, polyetylenspinnefilt, polypropylenspinnefilt, polyesterspinnefilt eller viskosefilt.

5. Anvendelse i samsvar med krav 3 eller 4 for et laminat med et ytterligere midtsjikt av en filt, vevnad eller gitter av polyester, glassfiber, polyetylen eller polypropylen.

6. Anvendelse av ionomeren i samsvar med et av kravene 1-5, i form av et impregnert materiale som omfatter et rammeverk og ionomeren, hvor rammeverket er en filt eller en vevnad av polyetylenspinnefibrer, polypropylenspinnefibrer, polyesterspinnefibrer, cellulosefibrer, polyamid eller papir.

7. Anvendelse av ionomeren for et flatt, impregnert materiale i samsvar med krav 1, hvor ionomermengden er fra 2 til 100 g/m<2>.

8. Anvendelse av ionomerer i samsvar med krav 1, hvor ionomerene er dannet som blandinger med polyamider, polyestere, polyuretaner og polyolefiner, kopolymerer av etylen og vinylacetat, kopolymerer av etylen og butylakrylat, kopolymerer av etylen og akrylsyre, kopolymerer av etylen og metakrylsyre, etylenakrylsyre-kopolymer og/eller kopolymerer av etylen og metylakrylat hver med natrium- og/eller med kaliumionomerer, idet andelen av ionomerene utgjør fortrinnsvis fra 30 vekt% til 95 vekt%, særlig fra 50 vekt% til 80vekt%.

9. Anvendelse av impregnerte materialer og laminater i samsvar med krav 1, for belegging eller støtte av isolasjonsmaterialvegger.