WO2016139278A1 - Verkleben von abdichtungsmembranen auf elektrisch leitenden untergründen mittels induktion - Google Patents

Verkleben von abdichtungsmembranen auf elektrisch leitenden untergründen mittels induktion Download PDF

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sealing
adhesive
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Stefan Keiser
Josef Lussi
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    • E04F2201/07—Joining sheets or plates or panels with connections using a special adhesive material

Definitions

  • the invention relates to the field of sealing substrates, especially in the construction sector, e.g. of floors or roofs, with sealing membranes.
  • Substrates that need to be sealed against water, especially concrete structures, are found in many civil engineering. Such substrates and substrates are typically sealed by bituminous sheets or plastic membranes. However, due to the viscoelastic behavior with a wide phase transition at room temperature, bitumen membranes are susceptible to temperature variations. In contrast, elastic plastic membranes have a constant elastic behavior over a wide temperature range and thus fulfill their function as a seal even under extreme temperature conditions.
  • Roof membranes are either loosely laid and weighted, selectively mechanically fixed or glued over their entire surface.
  • an applied force such as e.g. Wind load
  • an applied force distributed over a large area, while stress peaks occur during mechanical fixation.
  • the membrane is not pierced when sticking.
  • Rhinobond system Another approach to attaching sealing membranes is the Rhinobond system available on the market.
  • the Rhinobond system is a mixture of mechanically fixed and selectively inductive bonded membrane.
  • metal plates on which a hot melt adhesive is applied, fixed on the substrate to be sealed. It is advantageous that no penetration of the membrane is required.
  • the sealing membrane need not have an adhesive layer, since the adhesive already applied to the Rhinobond plate.
  • the disadvantage is still the selective fixation.
  • the adhesive is thermally "activated” (melted) in practice with a gas flame or, if a pressure sensitive adhesive (PSA) is used, a release film is peeled off
  • Activation of the adhesive layer for example, a treatment of the hot melt adhesive layer with hot air, flame, ultrasound or
  • EP 2 662 213 A1 proposes indirect heating with hot air or flame treatment, but on the one hand this is sufficiently heat-resistant
  • Membrane material and on the other hand requires a higher heat input.
  • the object of the present invention is therefore to provide a
  • Sealing system to provide which does not have the disadvantages of the prior art.
  • the sealing system should be easy and efficient to create and apply and lead to a good bond between the sealing membrane and substrate. It should also be possible a full-surface bonding. Furthermore, a high watertightness is to be ensured. Surprisingly, it has been found that this problem can be solved by inductive bonding of a sealing membrane to a substrate having electrically conductive surface areas.
  • the invention relates to a method of sealing a substrate having one or more electrically conductive surface regions
  • the sealing method according to the invention makes it possible to seal a substrate having an electrically conductive surface area in a quick and cost-efficient manner, in particular a concrete structure having electrically conductive surface areas.
  • Rewind sealing membrane to allow the heating of the adhesive as is necessary for example in gas flame heating, ie the aligned membrane does not have to be moved to effect the bonding.
  • “above” in the context of the positioning of the induction heater it is meant that the induction heater is to be positioned on the side of the sealing membrane facing away from the hot melt adhesive layer.
  • thermal stress on the sealing membrane is largely avoided because the electrically conductive surface regions are selectively heated by the induction and the heat can then be transferred directly to the hotmelt adhesive layer.
  • a major advantage of this approach is that the adhesive already during his Liquefaction with the substrate in contact, so that the membrane after liquefaction does not have to be moved. This facilitates exact positioning and bonding of the membrane.
  • an advantageous, full-surface bonding can be achieved because the adhesive coating on the back of the membrane and not on the inductively heated, electrically conductive material is present.
  • sealing devices can also without open
  • Flame are applied to a substrate, which is in particular a safety advantage.
  • FIGs 1 and 2 show schematically sealing foils which are suitable for the invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the required surface energy for
  • Figure 4 is a graph showing the penetration depth of the electromagnetic field into various metals versus frequency.
  • Figure 5 is a graph showing the heating time versus power output of the various metal induction apparatus.
  • the sealing membrane is adhered to a substrate having electrically conductive surface areas.
  • the material of the substrate is for example wood, metal, a metal alloy, a mineral binder such as concrete or plaster, plastic or thermal insulation such as foamed polyurethane, mineral wool or foamed glass (foam glass).
  • the material is particularly preferably wood, metal, a metal alloy or concrete, in particular concrete.
  • the substrate has one or more electrically conductive surface areas.
  • the substrate may be provided with the electrically conductive surface over part of its area or over its entire area, wherein the substrate is preferably provided with the electrically conductive surface over its full area. If the substrate is partially provided with the electrically conductive surface, the areas may be e.g. as webs distributed at the edges of the substrate and / or as isolated areas on the substrate in a suitable pattern or in any convenient pattern.
  • the electrically conductive surface is generally made of a metal or a metal alloy.
  • a suitable metal are steel, in particular stainless steel, aluminum, brass, copper or zinc.
  • the electrically conductive surface may e.g. be formed of at least one part selected from metal plates, aluminum foil, sheets, especially edge plates or vapor barriers.
  • Metal plates are e.g. used in structures for fixing the insulation.
  • Aluminum foil can be used as a vapor barrier on the insulation.
  • the substrate may be composed of one or more parts made of the same or a different material, at least part of which is electrically conductive.
  • the electrically conductive parts can be arranged on a base body of the substrate, preferably a concrete structure, and optionally fixed.
  • the substrate is preferably a concrete structure having one or more electrically conductive surface areas formed by parts arranged on the concrete structure and possibly fixed.
  • the concrete structure may have further layers applied thereto, such as an insulating layer, which are then located between the concrete structure and the electrically conductive parts.
  • the concrete surface may be pretreated with an epoxy resin based primer.
  • the substrate is preferably part of a building, in particular civil engineering.
  • the substrate having one or more electrically conductive surface regions is particularly preferably a floor or a roof, in particular a flat roof, or a part thereof.
  • the sealing membrane 1 comprises a plastic layer 2, which is also referred to as a Schott layer, and an outer adhesive layer 3 made of a hotmelt adhesive.
  • Figure 1 shows a sealing membrane consisting of these two layers.
  • the sealing membrane may also comprise further layers and / or reinforcing elements.
  • As a plastic layer in particular films in particular flexible films are suitable. Such films are widely used for sealing purposes in civil engineering in the art and are commercially available. These can easily be rolled. The sealing membrane can thus be unrolled on site and optionally cut to the required dimensions.
  • the plastic layer is preferably made of a material having a softening temperature of over 60 ° C, more preferably in the range of 70 to 150 ° C, more preferably in the range of 80 ° C and 130 ° C.
  • the plastic layer preferably has a thickness of 0.05 to 10 mm, in particular 1 to 5 mm.
  • the plastic layer 2 has a foamed part 2a on the side facing the adhesive layer 3. This is shown for example in FIG. This is advantageous in that less heat input is needed to heat the adhesive layer. Furthermore, it is advantageous if the thickness of the foamed part of the plastic layer 2a is 20 to 80%, in particular 45 to 65%, of the total thickness of the plastic layer 2.
  • the foamed part of the plastic layer preferably has a density of 200-700 kg / m 3 , in particular 300-500 kg / m 3 .
  • the plastic layer preferably comprises at least one thermoplastic polymer.
  • the thermoplastic polymer are high density polyethylene (HDPE), medium density polyethylene (MDPE), low density polyethylene (LDPE), polyethylene (PE), polypropylene (PP), Polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyamides (PA), ethylene-vinyl acetate (EVA), chlorosulfonated polyethylene, and polyolefin-based thermoplastic elastomers (TPO), and mixtures thereof.
  • HDPE high density polyethylene
  • MDPE medium density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PS polystyrene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PA polyamides
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • TPO polyolefin-based thermoplastic elastomers
  • the thermoplastic polymer is a thermoplastic polyolefin and / or polyvinyl chloride (PVC).
  • PVC polyvinyl chloride
  • Most preferred is polyethylene (PE) or a copolymer of ethylene and propylene.
  • the plastic layer preferably comprises more than 40% by weight of one or more thermoplastic polymers, in particular the preferred thermoplastic polymers listed above, based on the total weight of the plastic layer.
  • the plastic layer comprises 70 to 100 wt .-%, in particular 90 to 100 wt .-% of polyethylene (PE) and / or copolymer of ethylene and propylene, based on the total weight of the polymers in the plastic layer.
  • PE polyethylene
  • the plastic layer comprises polyvinyl chloride, in particular soft PVC, which is preferably a flexible polyvinyl chloride sealing film.
  • Soft PVC contains especially plasticizers, typically phthalate plasticizers.
  • the plastic layer may also contain additives and / or processing agents, such as e.g. Fillers, UV and heat stabilizers, plasticizers, lubricants, biocides, flame retardants, antioxidants, pigments, e.g. Titanium dioxide or carbon black, and dyes.
  • additives and / or processing agents such as e.g. Fillers, UV and heat stabilizers, plasticizers, lubricants, biocides, flame retardants, antioxidants, pigments, e.g. Titanium dioxide or carbon black, and dyes.
  • the plastic layer may optionally and preferably a
  • Carrier layer have.
  • the carrier layer contributes to the dimensional stability of the plastic layer.
  • the carrier layer may be formed of fibers or a grid, preferred are carrier layers of fibers. They may be organic, inorganic or synthetic fibers. Examples of organic fibers are cellulose, cotton and protein fibers. Examples of inorganic fibers are glass fibers. Examples of synthetic fibers are fibers of polyester or of a homo- or copolymers of ethylene and / or propylene and of viscose.
  • the carrier layer of fibers is, for example, a woven fabric, scrim or knitted fabric, wherein the carrier layer is preferably a felt or non-woven.
  • the carrier layer is embedded in the plastic layer.
  • the carrier layer advantageously has gaps, which are at least partially penetrated by the material of the plastic layer.
  • the sealing membrane comprises an outer adhesive layer of a hot melt adhesive.
  • the adhesive layer is disposed on an outer side of the sealing membrane.
  • the adhesive layer is preferably connected directly to the plastic layer.
  • the adhesive layer can be present over the whole or partial area, preferably over the whole area, on the outside of the sealing membrane.
  • Hot melt adhesives are solid at room temperature (23 ° C) and can be melted or fused by heating. Upon cooling, they solidify again and thereby build up an adhesive force with the object to be bonded.
  • the adhesive layer is a melt adhesive layer, i. she is at
  • the adhesive layer is tack-free at 23 ° C.
  • the term "tack-free” is understood here to be an instant tack or "tack” which is so low at 23 ° C. that when pressing with a thumb with a pressure of approximately 5 kg for 1 second on the surface of the adhesive layer, the thumb does not sticking to the surface of the adhesive layer or the adhesive layer can not be raised.
  • the sealing device can be stored, transported and processed more easily. In particular, a displacement on the substrate for positioning is possible.
  • the hot-melt adhesive used is a hot-melt adhesive based on ethylene-vinyl acetate (EVA), ie with ethylene-vinyl acetate as the essential functional constituent.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • the hot melt adhesive has a softening point which is below the softening point of the plastic of the plastic layer, and in particular at least about 10 Kelvin below the softening point of the plastic of the plastic layer, since otherwise the membrane can be damaged during heating.
  • the softening point is measured here by the Ring & Ball method, eg in accordance with DIN EN 1238.
  • the thickness of the applied hotmelt adhesive or the layer thickness of the adhesive layer is preferably in the range of about 0.01 to 5 mm, preferably about 0.05 to 2 mm, and most preferably in the range of about 0.1 to 1 mm.
  • the hot melt adhesive of the adhesive layer may be a non-reactive or reactive hot melt adhesive, with a non-reactive hot melt adhesive being preferred.
  • the adhesive layer may be a chemical
  • Propellants especially azodicarbonamide.
  • the hotmelt adhesive or the adhesive layer preferably comprises at least one polymer selected from ethylene-vinyl acetate (EVA), thermoplastic polyolefin, in particular atactic poly- ⁇ -olefin (APAO), polyurethane (PUR), in particular thermoplastic polyurethane
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • APAO atactic poly- ⁇ -olefin
  • PUR polyurethane
  • thermoplastic polyurethane is also called thermoplastic
  • the hot melt adhesive or the adhesive layer preferably comprises
  • Propellant in particular azodicarbonamide, or
  • Plastic layer and the outer adhesive layer may be arranged a barrier layer.
  • a barrier layer If e.g. as a hot melt adhesive, a composition containing ingredients, e.g. in the form of plasticizers, which migrate into the plastic layer, which is usually impermeable to water, and may affect their functionality, it may be useful to apply such a barrier layer between the coating of the hot melt adhesive and the water-impermeable substrate layer.
  • the sealing membrane has a covering layer, which is preferably mounted on the plastic layer on the side facing away from the adhesive layer.
  • the topcoat may contain the sealant membrane e.g. protect from aging by sunlight.
  • the topcoat contains color pigments, damage on the side of the sealing membrane facing away from the adhesive layer, e.g. due to transport or laying, be detected by a lack of topcoat at the damaged site.
  • a release paper e.g. a siliconized release paper to apply before rolling the membrane, which is removed before bonding again.
  • the release paper can serve to prevent blocking during rolling up and transport.
  • the sealing membrane is typically used as a prefabricated sheet, particularly in the form of a roll.
  • the sealing membrane can also be used in the form of strips with a width of, for example, 1 to 20 cm, for example, to seal joints between two roofing membranes.
  • the sealing membrane can also be present and used in the form of flat bodies for repairing damaged areas in seals, for example roofing membranes.
  • the sealing membrane is arranged on the substrate, wherein the outer adhesive layer faces the substrate.
  • the arrangement of the sealing membrane on the substrate can take place, for example, by unrolling the sealing membrane or laying the sealing membrane.
  • the sealing membrane is cut to size as needed. If the adhesive layer is tack-free, the sealing membrane can be conveniently slid or positioned on the substrate prior to heating.
  • the hot melt adhesive is heated to melt or melt.
  • the heating is done inductively.
  • an induction heater is positioned over the arranged sealing membrane. It is understood that the term “over” refers to the side of the sealing membrane that is opposite to the substrate.
  • the induction heater is conveniently positioned directly on or just slightly above the sealing membrane, i. the distance between the induction heater and the sealing membrane is preferably less than 10 mm, or the induction heater and the sealing membrane touch each other.
  • the induction heater is positioned so that it is also over an electrically conductive surface area of the substrate. It is further understood that after bonding, the induction heater is positioned at one point continuously or discontinuously to another site to be bonded, and the process is repeated until all areas to be bonded have been heated in this manner.
  • Hot melt adhesive is accomplished by inductively heating the electrically conductive surface areas of the substrate with the induction heater positioned above the sealing membrane.
  • the hot-melt adhesive is melted or fused and, after cooling, forms an adhesive bond between the hot-melt adhesive and the substrate or, respectively, the electrically conductive regions of the substrate.
  • the sealing membrane and the substrate are bonded in this way.
  • the hot melt adhesive or the adhesive layer is preferably heated to a temperature in the range of 60 to 250 ° C, preferably 90 to 200 ° C, for melting or melting.
  • Melting is understood to mean the melting of a layer near the surface. Thus, not the entire layer thickness of the hotmelt is heated above its melting point (T m ) or softening point, but only a part thereof, from the surface to a certain, not precisely defined penetration depth.
  • the electrically conductive parts or surface regions of the substrate are heated under the sealing membrane from above the membrane by means of an induction device and melt or melt or activate by thermal radiation the hot melt adhesive thereon, which is pre-applied on the underside of the membrane. After cooling, this results in an adhesive bond between the membrane and the electrically conductive part or the electrically conductive surface or between the membrane and the substrate.
  • Induction heaters are known in the art and commercially available.
  • the induction heater is preferably at a frequency in the range of 10 to 1000 kHz, the power output preferably being at least 1 W, more preferably a frequency in the range of 50 to 600 kHz, the power output preferably being at least 10 W, and most preferred a frequency in the range of 50 to 400 kHz, wherein the power output is preferably at least 100 W operated.
  • the induction heater is preferably operated with a power output of at least 1 W, more preferably at least 10 W, and most preferably at least 100 W.
  • the minimum energy required to be incorporated into the hot melt adhesive results from the energy for heating and melting a near-surface layer of the adhesive to the electrically conductive surface.
  • the former is due to the specific heat capacity and the melting or Softening temperature of the adhesive defined, the latter by the heat of fusion.
  • the near-surface layer is subsequently assumed to be 0.1 mm thick.
  • the required energy is determined by the volume of the adhesive to be heated.
  • the thickness of the adhesive layer is predetermined by the sealing membrane.
  • the volume to be heated is defined.
  • the inductor of the induction heater emits the electromagnetic field which heats the electrically conductive parts by inducing an "eddy" current.
  • FIG. 3 shows the required surface energy for heating and melting for the near-surface adhesive layer of 0.1 mm for adhesives comprising EVA, TPU or PP-based polymers.
  • the minimum required surface energy is preferably at least about 0.015 J / mm 2 .
  • the area energy refers to the energy radiated by the inductor of the induction heater based on the area of the inductor.
  • the penetration depth of the electromagnetic field into the electrical conductor is decisive for the efficiency of inductive heating.
  • the penetration depth generally decreases with increasing conductivity.
  • the penetration depths of aluminum and stainless steel differ by a factor of 5 at the same frequency.
  • the penetration depths of copper are even lower than of aluminum, while brass lies between aluminum and stainless steel.
  • Another aspect of the present invention relates to a substrate sealed with a sealing membrane obtainable by the method of the invention.
  • Another aspect of the present invention relates to the use of a sealing membrane comprising a plastic layer and an outer adhesive layer of a hot melt adhesive for inductive bonding to a substrate.
  • the substrate has metallic surface areas which may be attached beforehand.
  • a preferred use of the sealing membrane is the use for inductive bonding to substrates, which are parts of buildings of civil engineering, in particular of roofs and floors or parts thereof, wherein the glued sealing membrane, in particular seals against moisture.
  • a sealing membrane SikaPlan G410 - 12EL from Sika für AG a PVC roof membrane with a layer thickness of 1, 2 mm, was used.
  • an EVA hot melt adhesive was applied as an adhesive layer with a layer thickness of 0.2 mm.
  • the substrates used were stainless steel with layer thicknesses of about 30 ⁇ m or 125 ⁇ m and aluminum with layer thicknesses of about 30 ⁇ m.
  • the PVC membrane was placed with the adhesive layer down on the substrate.
  • Figure 5 shows the measured heating time of 25-100 ° C for an area of 15x460 mm of the combination membrane / adhesive of Examples 1-7 at an induction frequency of 100kHz as a function of output power.
  • the open triangles represent the same heating times as the full rhombuses, but plotted as a function of 6 times power.
  • Examples 3 and 7 show that for both tested electrically conductive materials aluminum and stainless steel, the increase in the frequency leads to a reduction in the heating time, or to an increase in the heating rate.
  • Example 4 shows that a thicker layer of the electrical conductor at the same frequency also leads to a reduction of the heating time. Both observations (frequency and layer thickness of the conductor) are in line with the penetration depth of the electromagnetic field into the electrical conductor. The increased frequency concentrates the output power output in a thinner layer while the thicker layer absorbs an increased level of the output power output. The efficiency of inductive heating is thus increased.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten eines Substrats, das einen oder mehrere elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweist, umfassend (i) Anordnen einer Abdichtungsmembran, die eine Kunststoffschicht und eine äußere Haftschicht aus einem Schmelzklebstoff umfasst, auf dem Substrat, wobei die Haftschicht dem Substrat zugewandt ist, (ii) Positionieren eines Induktions-Heizgeräts über der Abdichtungsmembran, und (iii) Erwärmen des Schmelzklebstoffs zum Aufschmelzen oder Anschmelzen durch induktives Erwärmen der elektrisch leitenden Oberflächenbereiche mit dem Induktions-Heizgerät, um die Abdichtungsmembran mit dem Substrat nach Abkühlung zu verkleben. Das Verfahren vereinfacht das Abdichten von Substraten mit Abdichtungsmembranen. Es eignet sich insbesondere zum Abdichten von Böden oder Dächern oder Teilen davon.

Description

VERKLEBEN VON ABDICHTUNGSMEMBRANEN AUF ELEKTRISCH LEITENDEN UNTERGRÜNDEN MITTELS INDUKTION
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Abdichtung von Substraten, insbesondere im Baubereich, wie z.B. von Böden oder Dächern, mit Abdichtungsmembranen.
Stand der Technik
Substrate, welche gegen Wasser abgedichtet werden müssen, insbesondere Betonstrukturen, finden sich viele im Hoch- und Tiefbau. Derartige Substrate und Untergründe werden typischerweise durch Bitumenbahnen oder Kunststoffmembranen abgedichtet. Aufgrund des viskoelastischen Verhaltens mit breitem Phasenübergang bei Raumtemperatur sind Bitumenbahnen jedoch anfällig auf Temperaturschwankungen. Elastische Kunststoffmembranen hingegen weisen ein über einen breiten Temperaturbereich konstantes elastisches Verhalten auf und erfüllen somit ihre Funktion als Abdichtung auch unter extremen Temperaturbedingungen.
Dachmembranen werden heute entweder lose verlegt und beschwert, punktuell mechanisch fixiert oder vollflächig verklebt. In verklebten Membranen wird eine einwirkende Kraft, wie z.B. Windlast, großflächig verteilt, während bei der mechanischen Fixierung Spannungsspitzen auftreten. Zudem wird beim Verkleben die Membran nicht durchstochen.
Andererseits erfordert das vollflächige Verkleben das erneute Aufrollen der ausgerichteten Membran sowie einen zusätzlichen Klebstoff, der aufgetragen werden muss.
Ein weiterer Ansatz zur Befestigung von Abdichtungsmembranen ist das auf dem Markt erhältliche Rhinobond-System. Das Rhinobond-System stellt eine Mischung aus mechanisch fixierter und punktuell induktiv verklebter Membran dar. Hierfür werden Metallteller, auf denen ein Schmelzkleber appliziert ist, auf dem abzudichtenden Substrat fixiert. Vorteilhaft ist, dass keine Penetration der Membran erforderlich ist. Ferner braucht die Abdichtungsmembran keine Klebstoffschicht aufzuweisen, da der Kleber bereits auf dem Rhinobond-Teller appliziert ist. Nachteilig ist jedoch immer noch die punktuelle Fixierung.
Bei den Lösungsansätzen zum vollflächigen Verkleben mit
vorappliziertem Klebstoff auf der Membran wird der Kleber bislang in der Praxis mit einer Gasflamme thermisch„aktiviert" (geschmolzen) oder, bei Verwendung eines Haftklebstoffes (pressure sensitive adhesive, PSA), eine Trennfolie abgezogen. Beide Techniken erfordert jedoch wiederum das
Aufrollen der vorgängig ausgerichteten Membran.
Beispiele für ein direktes Erwärmen einer Schmelzklebstoffschicht im Rahmen einer Verklebung finden sich z. B. in der EP 2 662 213 A1 oder der EP 2 428 537 A1 , die Abdichtungsmembranen mit einer Schottschicht und einer Haftschicht offenbaren, wobei die Haftschicht ein EVA-Copolymer und Azodicarbonamid bzw. eine Epoxid-Festharzschicht umfasst. Für die
Aktivierung der Haftschicht werden beispielsweise eine Behandlung der Schmelzklebstoffschicht mit Heißluft, Beflammung, Ultraschall oder
Induktionsschweißen erwähnt, wobei die Energie in den Zwischenraum zwischen Substrat und Membran eingebracht werden soll. Hierzu muss die Membran vom Substrat angehoben werden. Die EP 2 662 213 A1 schlägt darüber hinaus ein indirektes Erwärmen mit Heissluft oder Beflammung vor, wobei dies aber zum einen ein ausreichend wärmebeständiges
Membranmaterial und zum anderen einen höheren Wärmeeintrag erforderlich macht.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Abdichtungssystem zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Insbesondere soll das Abdichtungssystem einfach und rationell erstellt und aufgebracht werden können und zu einem guten Haftverbund zwischen Abdichtungsmembran und Substrat führen. Es soll auch eine vollflächige Verklebung möglich sein. Ferner soll eine hohe Wasserdichtheit gewährleistet werden. Überraschenderweise zeigte sich, dass dieses Problem durch induktives Kleben einer Abdichtungsmembran auf ein Substrat, das elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweist, gelöst werden kann.
Dementsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abdichten eines Substrats, das einen oder mehrere elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweist, umfassend
(i) Anordnen einer Abdichtungsmembran, die eine Kunststoffschicht und eine äußere Haftschicht aus einem Schmelzklebstoff umfasst, auf dem Substrat, wobei die Haftschicht dem Substrat zugewandt ist,
(ii) Positionieren eines Induktions-Heizgeräts über der
Abdichtungsmembran und
(iii) Erwärmen des Schmelzklebstoffs zum Aufschmelzen oder Anschmelzen durch induktives Erwärmen der elektrisch leitenden Oberflächenbereiche mit dem Induktions-Heizgerät, um die Abdichtungs- membran mit dem Substrat zu verkleben.
Das erfindungsgemäße Abdichtungsverfahren erlaubt es, auf schnelle und kosteneffiziente Art und Weise ein elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweisendes Substrat, insbesondere eine elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweisende Betonstruktur, abzudichten.
Insbesondere ist es nicht mehr erforderlich, die einmal verlegte
Abdichtungsmembran wieder aufzurollen, um die Erwärmung des Klebstoffs zu ermöglichen, wie es z.B. bei Gasflammenerwärmung notwendig ist, d.h. die ausgerichtete Membran muss nicht mehr bewegt werden, um die Verklebung zu bewirken. Mit der Angabe "über" im Zusammenhang mit der Positionierung des Induktions-Heizgeräts ist gemeint, dass das Induktions-Heizgerät auf der der Schmelzklebstoffschicht abgewandten Seite der Abdichtungsmembran positioniert werden soll. Durch die über das Induktionsgerät vermittelte direkte Erwärmung der elektrisch leitenden Oberflächenbereiche wird somit eine thermische Belastung der Abdichtungsmembran weitestgehend vermieden, weil die elektrisch leitenden Oberflächenbereiche durch die Induktion selektiv erhitzt werden und die Wärme anschießend direkt auf die Schmelzklebstoffschicht übertragen werden kann. Ein wesentlicher Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass der Klebstoff bereits während seiner Verflüssigung mit dem Substrat in Kontakt steht, so dass die Membran nach der Verflüssigung nicht mehr bewegt werden muss. Dies erleichtert eine exakte Positionierung und Verklebung der Membran.
Das Befestigen der Abdichtungsmembranen, insbesondere auf Dächern, wird erheblich vereinfacht, insbesondere wenn Details in Handarbeit verkleidet werden.
Überdies kann eine vorteilhafte, vollflächige Verklebung erzielt werden, da die Kleberbeschichtung auf der Rückseite der Membran und nicht auf dem induktiv erwärmten, elektrisch leitenden Material vorliegt.
Ferner können solche Abdichtungsvorrichtungen auch ohne offene
Flamme auf ein Substrat aufgebracht werden, was insbesondere ein sicherheitstechnischer Vorteil ist.
Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand weiterer unabhängiger Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch Abdichtungsfolien, die für die Erfindung geeignet sind.
Figur 3 ist ein Diagramm, das die benötigte Flächenenergie zur
Erwärmung und zum Schmelzen für die oberflächennahe Klebstoffschicht von 0,1 mm für verschiedene Klebstoffe zeigt.
Figur 4 ist ein Diagramm, welches die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in verschiedene Metalle in Abhängigkeit von der Frequenz zeigt.
Figur 5 ist ein Diagramm, welches die Erwärmungszeit in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe des Induktionsgeräts für verschiedene Metalle zeigt.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Abdichtungsmembran auf ein Substrat aufgeklebt, das elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweist. Das Material des Substrats ist z.B. Holz, Metall, eine Metalllegierung, ein mineralisches Bindemittel wie Beton oder Gips, Kunststoff oder Wärmedämmmittel wie geschäumtes Polyurethan, Mineralwolle oder geschäumtes Glas (Foamglas). Besonders bevorzugt ist das Material Holz, Metall, eine Metalllegierung oder Beton, insbesondere Beton.
Das Substrat weist einen oder mehrere elektrisch leitende Oberflächenbereiche auf. Das Substrat kann teilflächig oder vollflächig mit der elektrisch leitenden Oberfläche versehen sein, wobei das Substrat bevorzugt vollflächig mit der elektrisch leitenden Oberfläche versehen ist. Wenn das Substrat teilflächig mit der elektrisch leitenden Oberfläche versehen ist, können die Bereiche z.B. als Bahnen an den Rändern des Substrats und/oder als isolierte Flächen auf dem Substrat in einem geeigneten Muster verteilt oder in jedem beliebigen zweckmäßigen Muster vorliegen.
Die elektrisch leitende Oberfläche ist im Allgemeinen aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Bevorzugte Beispiele für ein geeignetes Metall sind Stahl, insbesondere rostfreier Stahl, Aluminium, Messing, Kupfer oder Zink.
Die elektrisch leitende Oberfläche kann z.B. aus mindestens einem Teil ausgewählt aus Metalltellern, Aluminiumfolie, Blechen, insbesondere Kantenbleche oder Dampfsperren gebildet sein. Metallteller werden z.B. bei Bauwerken zur Befestigung der Isolation eingesetzt. Aluminiumfolie kann als Dampfsperre auf der Isolation verwendet werden.
Das Substrat kann aus einem Teil oder mehreren Teilen, die aus dem gleichen oder einem unterschiedlichen Material sind, zusammengesetzt sein, wobei zumindest ein Teil elektrisch leitend ist. Die elektrisch leitenden Teile können auf einem Grundkörper des Substrats, vorzugsweise einer Betonstruktur, angeordnet und gegebenenfalls fixiert sein. Bei dem Substrat handelt es sich bevorzugt um eine Betonstruktur, die eine oder mehrere elektrische leitende Oberflächenbereiche aufweist, die durch auf der Betonstruktur angeordnete und gegebenenfalls fixierte Teile gebildet sind. Die Betonstruktur kann weitere darauf aufgebrachte Lagen aufweisen, wie z.B. eine Isolationsschicht, die sich dann zwischen der Betonstruktur und den elektrisch leitenden Teilen befinden. Die Betonoberfläche kann mit einem Epoxidharz-basierten Primer vorbehandelt sein. Das Substrat ist vorzugsweise Teil eines Bauwerks, insbesondere des Hoch- oder Tiefbaus. Das ein oder mehrere elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweisende Substrat ist besonders bevorzugt ein Boden oder ein Dach, insbesondere ein Flachdach, oder ein Teil davon.
Die Abdichtungsmembran 1 umfasst eine Kunststoffschicht 2, die auch als Schottschicht bezeichnet wird, und eine äußere Haftschicht 3 aus einem Schmelzklebstoff. Figur 1 zeigt eine Abdichtungsmembran, die aus diesen beiden Schichten besteht. Die Abdichtungsmembran kann aber auch weitere Schichten und/oder Verstärkungselemente umfassen. Als Kunststoffschicht sind insbesondere Folien, insbesondere flexible Folien, geeignet. Solche Folien werden für Abdichtungszwecke im Hoch- und Tiefbau im Stand der Technik in großem Umfang eingesetzt und sind im Handel erhältlich. Diese können einfach gerollt werden. Die Abdichtungsmembran kann so vor Ort einfach abgerollt und gegebenenfalls auf die benötigten Dimensionen zugeschnitten werden.
Die Kunststoffschicht ist bevorzugt aus einem Material mit einer Erweichungstemperatur von über 60°C, bevorzugter im Bereich von 70 bis 150°C, bevorzugter im Bereich von 80 °C und 130°C.
Vorzugsweise weist die Kunststoffschicht eine Dicke von 0,05 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 5 mm, auf.
In einer Ausführungsform weist die Kunststoffschicht 2 auf der der Haftschicht 3 zugewandten Seite einen geschäumten Teil 2a auf. Dies ist beispielsweise in Figur 2 gezeigt. Dies ist dahingehend von Vorteil, dass ein geringerer Wärmeeintrag nötig ist, um die Haftschicht zu erwärmen. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Dicke des geschäumten Teils der Kunststoffschicht 2a 20 bis 80 %, insbesondere 45 bis 65 %, der gesamten Dicke der Kunststoffschicht 2 beträgt. Vorzugsweise weist der geschäumte Teil der Kunststoffschicht eine Dichte von 200 - 700 kg/m3, insbesondere 300 - 500 kg/m3, auf.
Die Kunststoffschicht umfasst bevorzugt mindestens ein thermoplastisches Polymer. Beispiele für das thermoplastische Polymer sind Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Polyethylen mit mittlerer Dichte (MDPE), Polyethylen mit tiefer Dichte (LDPE), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA), Ethylen-Vinylacetat (EVA), chlorsulfoniertes Polyethylen und thermoplastische Elastomere auf Polyolefin-Basis (TPO) sowie Mischungen davon.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem thermoplastischen Polymer um ein thermoplastisches Polyolefin und/oder Polyvinylchlorid (PVC). Am meisten bevorzugt ist Polyethylen (PE) oder ein Copolymer aus Ethylen und Propylen.
Die Kunststoffschicht umfasst bevorzugt mehr als 40 Gew.-% von einem oder mehreren thermoplastischen Polymere, insbesondere die vorstehend aufgeführten bevorzugten thermoplastischen Polymere, bezogen auf das Gesamtgewicht der Kunststoffschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kunststoffschicht 70 bis 100 Gew.-%, insbesondere 90 bis 100 Gew.-% von Polyethylen (PE) und/oder Copolymer aus Ethylen und Propylen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymere in der Kunststoffschicht.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kunststoffschicht Polyvinylchlorid, insbesondere Weich-PVC, wobei es sich bevorzugt um eine flexible Polyvinylchlorid-Abdichtungsfolie handelt. Weich- PVC enthält insbesondere Weichmacher, typischerweise Phthalat- Weichmacher.
Dem Fachmann ist klar, dass die Kunststoffschicht auch Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungsmittel enthalten kann, wie z.B. Füllstoffe, UV- und Hitzestabilisatoren, Weichmacher, Gleitmittel, Biozide, Flammschutzmittel, Antioxidantien, Pigmente wie z.B. Titandioxid oder Russ, und Farbstoffe.
Die Kunststoffschicht kann gegebenenfalls und bevorzugt eine
Trägerschicht aufweisen. Die Trägerschicht trägt zur Formstabilität der Kunststoffschicht bei. Die Trägerschicht kann aus Fasern gebildet oder ein Gitter sein, bevorzugt sind Trägerschichten aus Fasern. Es können organische, anorganische oder synthetische Fasern sein. Beispiele für organische Fasern sind Zellulose-, Baumwoll- und Proteinfasern. Beispiele für anorganische Fasern sind Glasfasern. Beispiele für synthetische Fasern sind Fasern aus Polyester oder aus einem Homo- oder Copolymeren von Ethylen und/oder Propylen und aus Viskose. Die Trägerschicht aus Fasern ist z.B. ein Gewebe, Gelege oder Gewirke, wobei die Trägerschicht bevorzugt ein Filz oder Vlies ist.
Vorzugsweise ist die Trägerschicht in die Kunststoffschicht eingebettet. Die Trägerschicht weist vorteilhaft Zwischenräume auf, welche zumindest teilweise vom Material der Kunststoffschicht durchsetzt sind.
Die Abdichtungsmembran umfasst eine äußere Haftschicht aus einem Schmelzkleber. Die Haftschicht ist auf einer Außenseite der Abdichtungsmembran angeordnet. Die Haftschicht ist bevorzugt direkt mit der Kunststoffschicht verbunden. Die Haftschicht kann vollflächig oder teilflächig, bevorzugt vollflächig, auf der Außenseite der Abdichtungsmembran vorliegen.
Schmelzklebstoffe sind bei Raumtemperatur (23°C) fest und können durch Erwärmen geschmolzen oder angeschmolzen werden. Beim Abkühlen verfestigen sie sich wieder und bauen dadurch eine Haftkraft mit dem zu verklebenden Gegenstand auf.
Die Haftschicht ist eine Schmelzkleberschicht, d.h. sie ist bei
Raumtemperatur (23°C) fest. Vorzugsweise ist die Haftschicht bei 23 °C klebfrei. Unter dem Begriff "klebfrei" wird hier eine Soforthaftung oder "Tack" verstanden, welche bei 23 °C so gering ist, dass beim Drücken mit einem Daumen mit einem Druckaufwand von ca. 5 kg für 1 Sekunde auf die Oberfläche der Haftschicht der Daumen nicht auf der Oberfläche der Haftschicht kleben bleibt bzw. die Haftschicht nicht angehoben werden kann. Dadurch kann die Abdichtungsvorrichtung leichter gelagert, transportiert und verarbeitet werden. Insbesondere ist auch eine Verschieben auf dem Substrat zur Positionierung möglich.
An den Schmelzklebstoff bestehen keine besonderen Anforderungen, es kann jedoch zweckmäßig sein, wenn als Schmelzklebstoff ein Schmelzklebstoff auf Basis von Ethylenvinylacetat (EVA), d.h., mit Ethylenvinylacetat als wesentlichem funktionellem Bestandteil, verwendet wird. Zudem ist es von Vorteil, wenn der Schmelzklebstoff einen Erweichungspunkt aufweist, der unter dem Erweichungspunkt des Kunststoffs der Kunststoffschicht, und insbesondere mindestens etwa 10 Kelvin unter dem Erweichungspunkt des Kunststoffs der Kunststoffschicht, liegt, da sonst die Membran während des Erwärmens beschädigt werden kann. Der Erweichungspunkt wird hier gemessen durch die Ring & Kugel- Methode, z.B. in Anlehnung an DIN EN 1238.
Die Dicke des aufgebrachten Schmelzklebstoffs bzw. die Schichtdicke der Haftschicht liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,01 bis 5 mm, bevorzugt etwa 0,05 bis 2 mm, und am meisten bevorzugt im Bereich von etwa 0,1 bis 1 mm.
Bei dem Schmelzklebstoff der Haftschicht kann es sich um einen nichtreaktiven oder reaktiven Schmelzklebstoff handeln, wobei ein nichtreaktiver Schmelzklebstoff bevorzugt ist.
In einer Ausführungsform kann die Haftschicht ein chemisches
Treibmittel, insbesondere Azodicarbonamid, umfassen.
Der Schmelzklebstoff bzw. die Haftschicht umfasst bevorzugt mindestens ein Polymer ausgewählt aus Ethylen-Vinylacetat (EVA), thermoplastischem Polyolefin, insbesondere ataktischem Poly-a-olefin (APAO), Polyurethan (PUR), insbesondere thermoplastisches Polyurethan
(TPU), Polyester (PES) oder Epoxid-Festharz, wobei Ethylen-Vinylacetat bevorzugt ist. Thermoplastisches Polyurethan wird auch als thermoplastisches
Elastomer auf Polyurethanbasis bezeichnet.
Der Schmelzklebstoff bzw. die Haftschicht umfasst bevorzugt
a) mindestens ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer und gegebenenfalls ein
Treibmittel, insbesondere Azodicarbonamid, oder
b) mindestens ein Polymer ausgewählt aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder einem Copolymer aus Ethylen und Propylen und mindestens ein Polyolefin-basiertes Polymer, das mindestens eine funktionelle Gruppe ausgewählt aus Carbonsäuren, OH-Gruppen, Anhydride, Acetate und Glycidylmethacrylate aufweist, sowie gegebenenfalls ein Treibmittel, insbesondere Azodicarbonamid, oder
c) mindestens ein Polyurethan, insbesondere ein auf Polyesterpolyol basierendes Polyurethan, und/oder mindestens ein Copolymer aus der radikalischen Polymerisation von mindestens zwei unterschiedlichen Monomeren, welche mindestens eine, bevorzugt eine C=C-Doppelbindung enthalten, oder d) mindestens ein thermoplastisches Poly-a-olefin, insbesondere ein ataktisches Poly-a-olefin (APAO), oder
e) mindestens ein Epoxid-Festharz und gegebenenfalls mindestens ein thermoplastisches Polymer.
Gegebenenfalls kann in der Abdichtungsmembran zwischen der
Kunststoffschicht und der äußeren Haftschicht eine Sperrschicht angeordnet sein. Wird z.B. als Schmelzklebstoff eine Zusammensetzung verwendet, die Bestandteile, z.B. in Form von Weichmachern, enthält, die in die Kunststoffschicht, die in der Regel wasserundurchlässig ist, migrieren und deren Funktionalität beeinträchtigen können, so kann es sinnvoll sein, zwischen der Beschichtung aus dem Schmelzklebstoff und der wasserundurchlässigen Substratschicht eine solche Sperrschicht aufzubringen.
Weiter kann es optional von Vorteil sein, wenn die Abdichtungsmembran eine Deckschicht aufweist, die vorzugsweise auf der Kunststoffschicht auf der der Haftschicht abgewandten Seite angebracht ist. Enthält die Deckschicht UV-Stabilisatoren, so kann die Deckschicht die Abdichtungsmembran z.B. vor Alterung durch Sonnenlicht schützen. Enthält die Deckschicht Farbpigmente, so können Beschädigungen auf der der Haftschicht abgewandten Seite der Abdichtungsmembran, z.B. bedingt durch den Transport oder das Verlegen, durch ein Fehlen der Deckschicht an der schadhaften Stelle entdeckt werden.
In gewissen nicht bevorzugten Fällen kann es sinnvoll sein, auf die Haftschicht temporär ein Trennpapier, z.B. ein silikonisiertes Trennpapier, vor dem Rollen der Membran aufzubringen, das vor dem Verkleben wieder entfernt wird. Das Trennpapier kann dazu dienen, ein Blocken beim Aufrollen und Transport zu vermeiden.
Die Abdichtungsmembran wird typischerweise als vorgefertigte Bahn verwendet, insbesondere in Form einer Rolle. Die Abdichtungsmembran kann aber auch in Form von Streifen mit einer Breite von z.B. 1 bis 20 cm zum Einsatz kommen, z.B. um Verbindungsstellen zwischen zwei Dachbahnen abzudichten. Weiter kann die Abdichtungsmembran auch in Form von flächigen Körpern zur Reparatur von schadhaften Stellen in Abdichtungen, beispielsweise Dachbahnen, vorliegen und verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Abdichtungsmembran auf dem Substrat angeordnet, wobei die äußere Haftschicht dem Substrat zugewandt ist. Das Anordnen der Abdichtungsmembran auf dem Substrat kann z.B. durch Abrollen der Abdichtungsmembran oder ein Verlegen der Abdichtungsmembran erfolgen. Gegebenenfalls wird die Abdichtungsmembran nach Bedarf zugeschnitten. Wenn die Haftschicht klebfrei ist, kann die Abdichtungsmembran vor dem Erwärmen bequem auf dem Substrat verschoben bzw. positioniert werden.
Anschließend wird der Schmelzklebstoff zum Schmelzen oder Anschmelzen erwärmt. Die Erwärmung erfolgt induktiv. Hierfür wird ein Induktions-Heizgerät über der angeordneten Abdichtungsmembran positioniert. Es versteht sich, dass der Ausdruck "über" sich auf die Seite der Abdichtungsmembran bezieht, die dem Substrat entgegengesetzt ist. Das Induktions-Heizgerät wird zweckmäßigerweise unmittelbar auf oder nur wenig über der Abdichtungsmembran positioniert, d.h. der Abstand zwischen Induktions-Heizgerät und Abdichtungsmembran ist bevorzugt kleiner als 10 mm oder Induktions-Heizgerät und Abdichtungsmembran berühren einander.
Es versteht sich ferner, dass das Induktions-Heizgerät so positioniert wird, dass es sich auch über einem elektrisch leitenden Oberflächenbereich des Substrats befindet. Es versteht sich ferner, dass das Induktions-Heizgerät nach dem Verkleben an einer Stelle kontinuierlich oder diskontinuierlich zu einer anderen zu verklebenden Stelle positioniert wird und der Vorgang wiederholt wird, bis alle zu verklebenden Bereiche auf diese Weise erwärmt worden sind.
Das Erwärmen zum Aufschmelzen oder Anschmelzen des
Schmelzklebstoffs erfolgt durch induktives Erwärmen der elektrisch leitenden Oberflächenbereiche des Substrats mit dem Induktions-Heizgerät, das über der Abdichtungsmembran positioniert worden ist.
Durch die Erwärmung wird der Schmelzklebstoff aufgeschmolzen oder angeschmolzen und bildet nach Abkühlung einen Haftverbund zwischen Schmelzklebstoff und Substrat bzw, den elektrisch leitenden Bereichen des Substrats. Die Abdichtungsmembran und das Substrat werden auf diese Weise verklebt. Der Schmelzklebstoff bzw. die Haftschicht wird dabei bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 250 °C, bevorzugt 90 bis 200 °C, zum Aufschmelzen oder Anschmelzen erwärmt.
Als Anschmelzen wird hier das Schmelzen einer oberflächennahen Schicht verstanden. Es wird also nicht die komplette Schichtdicke des Hotmelts über dessen Schmelz- (Tm) oder Erweichungspunkt erwärmt sondern nur ein Teil davon, von der Oberfläche bis zu einer gewissen, nicht genauer definierten Eindringtiefe.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die elektrisch leitenden Teile bzw. Oberflächenbereiche des Substrats unter der Abdichtungsmembran von oberhalb der Membran mittels Induktionsgerät erwärmt und schmelzen oder schmelzen an bzw. aktivieren durch thermische Abstrahlung den darauf befindlichen Schmelzklebstoff, der auf der Unterseite der Membran vorappliziert vorliegt. Nach Abkühlung entsteht so ein Haftverbund zwischen der Membran und dem elektrisch leitenden Teil bzw. der elektrisch leitenden Oberfläche bzw. zwischen der Membran und dem Substrat.
Induktions-Heizgeräte sind dem Fachmann bekannt und im Handel erhältlich. Das Induktions-Heizgerät wird bevorzugt bei einer Frequenz im Bereich von 10 bis 1000 kHz, wobei die Leistungsabgabe bevorzugt mindestens 1 W beträgt, bevorzugter einer Frequenz im Bereich von 50 von 600 kHz, wobei die Leistungsabgabe bevorzugt mindestens 10 W beträgt, und am meisten bevorzugt einer Frequenz im Bereich von 50 bis 400 kHz, wobei die Leistungsabgabe bevorzugt mindestens 100 W beträgt, betrieben.
Das Induktions-Heizgerät wird bevorzugt mit einer Leistungsabgabe von mindestens 1 W, bevorzugter mindestens 10 W und besonders bevorzugt mindestens 100 W betrieben.
Höhere Frequenzen können zu Problemen beim Arbeitsschutz und der Feldstabilität führen. Tiefere Leistungen und Frequenzen reduzieren die Arbeitsgeschwindigkeit beträchtlich.
Die minimal benötigte Energie, die in den Schmelzklebstoff eingebracht werden muss, ergibt sich aus der Energie zum Erwärmen und Schmelzen einer oberflächennahen Schicht des Klebstoffes zur elektrisch leitenden Oberfläche. Ersteres wird durch die spezifische Wärmekapazität und die Schmelz- oder Erweichungstemperatur des Klebstoffes definiert, letzteres durch die Schmelzwärme. Die oberflächennahe Schicht wird nachfolgend mit 0,1 mm Dicke angenommen.
Eine Obergrenze des Energieeintrags könnte durch die Zersetzungstemperatur der organischen Materialen im Schmelzklebstoff gegeben sein. Die Leistung des Induktions-Heizgerätes dadurch zu limitieren wäre aber falsch, da die überschüssige Leistung durch einen größeren Induktor "kompensiert" werden kann und somit schnelleres Arbeiten ermöglicht wird.
Zusätzlich wird die erforderliche Energie vom Volumen des zu erwärmenden Klebstoffes bestimmt. Hierbei wird von der Abdichtungsmembran lediglich die Dicke der Haftschicht vorgegeben. Zusammen mit der Fläche des verwendeten Induktors ist das zu erwärmende Volumen definiert. Der Induktor des Induktionsheizgeräts strahlt das elektromagnetische Feld aus, welches die elektrisch leitenden Teile durch das induzieren eines„Eddy" Stroms erwärmt.
In Figur 3 wird der minimal benötigte Energieeintrag pro Fläche dargestellt, um vom Induktordesign unabhängig zu sein. Figur 3 zeigt die benötigte Flächenenergie zur Erwärmung und zum Schmelzen für die oberflächennahe Klebstoffschicht von 0,1 mm für Klebstoffe umfassend EVA-, TPU- oder PP-basierte Polymere.
Die minimal benötigte Flächenenergie beträgt bevorzugt mindestens ca. 0,015 J/mm2. Die Flächenenergie bezieht sich auf die vom Induktor des Induktionsheizgeräts abgestrahlte Energie bezogen auf die Fläche des Induktors.
Die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in den elektrischen Leiter ist maßgebend für die Effizienz der induktiven Erwärmung. Die Eindringtiefe nimmt grundsätzlich mit zunehmender Leitfähigkeit ab. Wie in Fig. 4 ersichtlich unterscheiden sich die Eindringtiefen von Aluminium und rostfreiem Stahl bei gleicher Frequenz um den Faktor 5. Die Eindringtiefen von Kupfer sind noch geringer als von Aluminium, während Messing zwischen Aluminium und rostfreiem Stahl liegt. Um den oben berechneten minimalen Energieeintrag zum Schmelzen oder Anschmelzen bzw. Aktivieren des Klebers zu gewährleisten, wird für Verklebungen auf rostfreiem Stahl ein mehrfaches der Energie als auf Aluminium benötigt, da die Kopplungseffizienz bei gleicher Schichtdicke für rostfreien Stahl geringer ist. Dies wurde experimentell nachgewiesen und ist anhand der Beispiele in Tabelle 1 und Figur 5 dokumentiert.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Substrat, das mit einer Abdichtungsmembran abgedichtet ist, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer Abdichtungsmembran, die eine Kunststoffschicht und eine äußere Haftschicht aus einem Schmelzklebstoff umfasst, zum induktiven Aufkleben auf ein Substrat. Das Substrat weist hierfür metallische Oberflächenbereiche auf, die gegebenenfalls vorher angebracht werden. Eine bevorzugte Verwendung der Abdichtungsmembran ist die Verwendung zum induktiven Aufkleben auf Substrate, die Teile von Bauwerken des Hoch- und Tiefbaus sind, insbesondere von Dächern und Böden oder Teilen davon, wobei die aufgeklebte Abdichtungsmembran insbesondere gegen Feuchtigkeit abdichtet.
Beispiele
Zur Verklebung wurde eine Abdichtungsmembran SikaPlan G410 - 12EL von Sika Schweiz AG, eine PVC-Dachmembran mit einer Schichtdicke von 1 ,2 mm, eingesetzt. Auf einer Seite der PVC-Dachmembran wurde ein EVA-Schmelzklebstoff als Haftschicht mit einer Schichtdicke von 0,2 mm aufgebracht. Als Substrate wurde rostfreier Stahl mit Schichtdicken von ca. 30 μΐη bzw. 125 μηη und Aluminium mit Schichtdicken von ca. 30 μηη verwendet. Die PVC-Membran wurde mit der Haftschicht nach unten auf dem Substrat angeordnet.
Dann wurde ein handelsübliches Induktions-Heizgerät (TNX20, Plustherm Point GmbH, Wettingen (CH)) mit einer Fläche des Induktors von 6900 mm2 auf der Abdichtungsmembran positioniert und damit der Schmelzklebstoff von Raumtemperatur (25°C) auf etwa 100°C erwärmt. Nach Abkühlung wurde in allen Fällen ein vollflächig verklebter Haftverbund zwischen Substrat und Abdichtungsmembran erhalten. In Tabelle 1 sind Parameter zur Verfahrensdurchführung angegeben.
Tabelle 1
Figure imgf000016_0001
Der Vergleich der Beispiele 1 und 2 mit den Beispielen 5 und 6 zeigt, dass sich die benötigte Leistung zur Erwärmung des Klebstoffes auf rostfreiem Stahl im Vergleich zu Aluminium um den Faktor 6 erhöht. Dies entspricht ungefähr dem Unterschied in der Eindringtiefe. Die Erhöhung der Ausgangsleistung um den Faktor 6 des Induktionsgerätes zur Erreichung derselben Aufheizgeschwindigkeit ist in Figur 5 dargestellt.
Figur 5 zeigt die gemessene Erwärmungszeit von 25 - 100°C für eine Fläche von 15x460 mm der Kombination Membran/Klebstoff aus den Beispielen 1 bis 7 bei einer Induktionsfrequenz von 100kHz als Funktion der Ausgangsleistung. Die offenen Dreiecke repräsentieren die gleichen Erwärmungszeiten wie die vollen Rhomben, jedoch als Funktion der 6-fachen Leistung geplottet.
Die Beispiele 3 und 7 zeigen, dass für beide getesteten elektrisch leitenden Materialien Aluminium und rostfreier Stahl die Erhöhung der Frequenz zu einer Reduktion der Erwärmungszeit, bzw. zu einer Erhöhung der Heizgeschwindigkeit führt. Beispiel 4 zeigt, dass eine dickere Schicht des elektrischen Leiters bei gleicher Frequenz ebenfalls zu einer Reduktion der Erwärmungszeit führt. Beide Beobachtungen (Frequenz und Schichtdicke des Leiters) sind in Einklang mit der Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in den elektrischen Leiter. Die erhöhte Frequenz bündelt die abgegebene Ausgangsleistung in einer dünneren Schicht, während die dickere Schicht ein erhöhtes Maß der abgegebenen Ausgangsleistung aufnimmt. Die Effizienz der induktiven Erwärmung wird somit gesteigert.
Wie aus dem Vergleich der abgegebenen Energie des Induktionsgerätes (Energieeintrag maximal) und der zum Erhitzen der 0,1 mm dicken Klebstoffschicht erforderlichen minimalen Energie (Energieeintrag benötigt) in Tabelle 1 ersichtlich wird, beträgt die Energieeffizienz bei dünne Stahlschichten lediglich einige Prozent, während für Aluminium eine wesentlich höhere Effizienz zwischen 10 und 20% erreicht wurde. Für Kupferschichten ist dementsprechend eine höher Effizienz als bei Aluminium zu erwarten, während Messing etwas weniger gut ankoppeln wird.
Bezugszeichenliste
1 Abdichtungsmembran
2 Kunststoffschicht
2a Geschäumter Teil der Kunststoffschicht
3 Haftschicht

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Abdichten eines Substrats, das einen oder mehrere elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweist, umfassend
(i) Anordnen einer Abdichtungsmembran, die eine Kunststoffschicht und eine äußere Haftschicht aus einem Schmelzklebstoff umfasst, auf dem Substrat, wobei die Haftschicht dem Substrat zugewandt ist, (ii) Positionieren eines Induktions-Heizgeräts über der Abdichtungsmembran und
(iii) Erwärmen des Schmelzklebstoffs zum Aufschmelzen oder
Anschmelzen durch induktives Erwärmen der elektrisch leitenden Oberflächenbereiche mit dem Induktions-Heizgerät, um die Abdichtungsmembran mit dem Substrat nach Abkühlung zu verkleben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Induktions-Heizgerät mit einer Frequenz im Bereich von 10 bis 1000 kHz, bevorzugt von 50 bis 600 kHz, meist bevorzugt von 50 bis 400 kHz, und/oder einer Leistungsabgabe im Bereich von mindestens 1 W, bevorzugt mindestens 10 W und meist bevorzugt mindestens 100 W betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 250°C, bevorzugt 90 bis 200 °C, erwärmt wird.
4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vollflächig mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehen ist und/oder das Substrat eine Betonstruktur umfasst, die eine oder mehrere elektrisch leitende
Oberflächenbereiche aufweist.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Oberflächenbereiche aus mindestens einem Teil ausgewählt aus Metalltellern, Aluminiumfolie, Dampfsperren und/oder Blechen, insbesondere Kantblechen, gebildet sind.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat Teil eines Bauwerks des Hoch- oder Tiefbaus ist, insbesondere ein Boden oder ein Dach oder ein Teil davon.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht bei 23 °C klebfrei ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht mindestens ein Polymer ausgewählt aus Ethylen-Vinylacetat (EVA), thermoplastischem Polyolefin, ataktischem Poly-a-olefin (APAO), Polyurethan (PUR), insbesondere thermoplastischem Polyurethan (TPU), Polyester (PES) oder Epoxidharz umfasst.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht ein chemisches Treibmittel, insbesondere Azodicarbonamid, umfasst. 10. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht
a) mindestens ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer und gegebenenfalls ein Treibmittel, insbesondere Azodicarbonamid, oder
b) mindestens ein Polymer ausgewählt aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder einem Copolymer aus Ethylen und Propylen und mindestens ein Polyolefin-basiertes Polymer, das mindestens eine funktionelle Gruppe ausgewählt aus Carbonsäuren, OH- Gruppen, Anhydride, Acetate und Glycidylmethacrylate aufweist, sowie gegebenenfalls ein Treibmittel, insbesondere Azodicarbonamid, oder
c) mindestens ein Polyurethan, insbesondere ein auf Polyesterpolyol basierendes Polyurethan, und/oder mindestens ein Copolymer aus der radikalischen Polymerisation von mindestens zwei unterschiedlichen Monomeren, welche mindestens eine, bevorzugt eine C=C-Doppelbindung enthalten, oder
d) mindestens ein thermoplastisches Poly-a-olefin, insbesondere ein ataktisches Poly-a-olefin (APAO), oder
e) mindestens ein Epoxid-Festharz und gegebenenfalls mindestens ein thermoplastisches Polymer
umfasst.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht mindestens ein thermoplastisches Polymer, insbesondere mindestens ein thermoplastisches Polyolefin oder Weich-Polyvinylchlorid, umfasst.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff der Haftschicht ein nichtreaktiver oder reaktiver Schmelzklebstoff ist.
13. Substrat, das mit einer Abdichtungsmembran abgedichtet ist, erhältlich nach einem Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Verwendung einer Abdichtungsmembran, die eine Kunststoffschicht und eine äußere Haftschicht aus einem Schmelzklebstoff umfasst, zum Abdichten eines Substrats durch induktives Aufkleben, insbesondere zum Abdichten von Böden oder Dächern oder Teilen davon.
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