DE19716543A1

DE19716543A1 - Bitumenhaltiges, polymermodifiziertes Dichtungsmaterial für Dach- und Dichtungsbahnen

Info

Publication number: DE19716543A1
Application number: DE1997116543
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Rer Nat Gebauer; Juergen Mehlig; Wolf-Gunter Dipl Chem Agsten; Joachim Dipl Ing Salzmann; Wolfgang Dipl Ing Schilbach
Original assignee: PARAFFINWERK WEBAU GmbH
Current assignee: MITTELDEUTSCHES BITUMENWERK GMBH, 06679 HOHENMOELSEN
Priority date: 1997-04-19
Filing date: 1997-04-19
Publication date: 1998-10-22

Description

Die Erfindung betrifft bitumenhaltige, polymermodifizierte Dichtungsmaterialien, die besonders für die Herstellung von Dachbahnen geeignet sind.

Für die Abdichtung von Dächern unterschiedlicher Konstruktionsart und Neigung sind Bitumen-Dachbahnen, Bitumen-Dachdichtungsbahnen und Bitumen-Schweißbahnen im Einsatz. Geringes Gewicht, einfache Handhabung und die Wirtschaftlichkeit haben diesen Abdichtungen den erzielten Erfolg gebracht.

Die Abdichtung erfolgt sowohl auf massiven Unterkonstruktionen, z. B. Beton, als auch auf Leichtkonstruktionen, z. B. Holz, im allgemeinen bei Flächen bis 20° Dachneigung. Aber auch steile Dachflächen, Kuppel- und Shed-Dächer können mit Bitumenbahnen sicher und dauerhaft abgedichtet werden. Verwendet werden Dachdichtungsbahnen, die mit einem Bitumen aufgeklebt werden, oder Bitumen-Schweißbahnen, die unter Erwärmung der Bitumendeckschicht auf die Unterlage aufgeschweißt werden. In den letzten Jahren wurden sowohl die Bitumina, als auch die Trägereinlagen stetig verbessert, so daß diesen Systemen heute eine hohe Lebensdauer zugeschrieben wird.

Für die Abdichtung von Dächern werden vorzugsweise Bahnen folgender Stoffnormen ver wendet:
Glasvlies-Bitumendachbahnen (DIN 52 143), Bitumen-Dachdichtungsbahnen (DIN 52 130), Bitumen-Schweißbahnen (DIN 52 131), Polymerbitumen-Dachdichtungsbahnen (DIN 52 132) und Polymerbitumen-Schweißbahnen (DIN 52 133).

Aus diesem Grunde ist die Dach- und Dichtungsbahnen-Industrie nach dem Straßenbau der zweitgrößte Bitumenverbraucher.

Tränkmassen und Deckmassen müssen entsprechend den einschlägigen DIN-Vorschriften aus Bitumen sein. Tränkmassen dürfen, Deckmassen müssen mit polymeren Werkstoffen modi fiziert sein, wobei die Mischung von Bitumen und Polymeren homogen sein muß.

Sie enthalten meistens entweder ataktisches Polypropylen (APP) oder Styrol-Butadien-Styrol- Copolymere (SBS), um die Flexibilität, die Elastizität, das Zug-Dehnungs-Verhalten sowie die Kälte- und Wärmeeigenschaften zu verbessern. Beispiele für den Aufbau und die Herstellung von Dach- und Dichtungsbahnen sind z. B. beschrieben in US-PS 5283080 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von mit Granulat beschichteten Dachbahnen, DE-PS 44 04 887 , brandhemmend ausgerüstetes Dach- und Dichtungsbahnmaterial oder DE-GM 94 05 349 .9 - Mehrschichtige Dachbahn mit UV-Strahlung reflektierender Beschichtung.

Für die Modifizierung des Bitumens sind ebenfalls zahlreiche Polymerkombinationen be schrieben worden.

So beschreibt die PCT-Anmeldung 9318 092 ein Produkt, das als Bindemittel im Straßenbau, als Beschichtungsmittel, als Abdichtungsmasse und für Dachbelagsmassen geeignet ist. Dabei wird Bitumen bei einer Temperatur zwischen 100 und 200°C mit einem linearen Styrol/konjugiertem Dien-Copolymeren A-B oder A-B-A vermischt. Hierin bedeuten A eine Polymerkette, bestehend aus einem Polystyrol-Block allein oder ggf. mit weiteren Monomeren verbunden (B), und ein konjugiertes Dien-Copolymer.

Der Mischung wird weiterhin ein Schwefeldonator zugesetzt, der als Kupplungswirkstoff wirkt. Das Gemisch wird während mindestens 10 Minuten bei der angegebenen Temperatur verrührt. Das Dien-Copolymer besitzt eine Molmasse M_w zwischen 120.000 und 400.000 und einen Styrolgehalt (als Polystyrolblock) zwischen 5,2 und 14,7 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Polymermasse.

Die DE-OS 40 37 013 beschreibt eine Bitumenmischung, insbesondere für kalt zu verarbeitende Dachbeläge. Die Mischung enthält vorwiegend Bitumen, ein synthetisches Copolymer-Elastomer, vzgw. Styren-Butadien-Styren, ein organisches Lösungsmittel, vzgw. Leichtbenzin, inerte Füllstoffe, Fasern und Cyclohexanon als zweites Lösungsmittel. Das Cyclohexanon soll dabei eine nahezu ideale Wechselwirkung zwischen Bitumen und Elastomer im ausgehärteten und im nicht ausgehärteten Zustand bewirken.

Weiterhin beschreibt die DE-PS 35 09 037 eine Deckmasse für polymermodifizierte Dach- und Dichtungsbahnen. Die Deckmasse besteht aus 15 bis 20 Gew.-% eines amorphen Copolymeren aus Propen, Buten - 1 und ggf. Ethen, das auch teilweise durch ataktisches Polyproppylen ersetzt sein kann, 3 bis 5 Gew.-% eines EPDM, 60 bis 82 Gew.-% eines destillierten Bitumens, 0 bis 3 Gew.-% eines isotaktischen Polypropylens, 0 bis 15 Gew.-% eines üblichen Füllstoffs und 0 bis 1 Gew.-% eines Antioxidans.

Das DE-GM 94 01 677.1 beschreibt ein mit recyceltem Kunststoff modifiziertes Bitumen für Dachbahnen, durch das die gemäß DIN geforderten Normen erreicht werden. Als Recycling materialien werden vorzugsweise LDPE-Folienabfall und HDPE-Abfall vorgeschlagen. Die Herstellung erfolgt durch Aufschmelzen der Kunststoffe und deren Verteilung im Bitumen.

Die DE-OS 41 28 014 beschreibt ein Verfahren zur Aufarbeitung von Reststoffen bituminöser Dichtungsmaterialien, wie Dachbahnen, Abdichtungsfolien, Unterspannbahnen und Schindeln. Die Reststoffe werden dabei bei Raumtemperaturen auf eine Größe von maximal 10×10 cm vorzerkleinert und anschließend unter Bewegung aufgeschmolzen und homogenisiert und danach diese Schmelze im flüssigen Zustand bis auf eine Siebfeinheit von maximal 0,2 mm gemahlen und ggf. nach Einstellen der Stoffeigenschaften durch geeignete, übliche Zusätze zu Dichtungsmaterialien verarbeitet.

Gefordert werden gemäß DIN aber sowohl Bitumen mit thermoplastischen Kunststoffen, als auch solche mit thermoplastischen Elastomeren.

Obwohl sich die bekannten Bitumenmassen teilweise als zweckmäßig erwiesen haben, sind sie in ihrer allgemeinen Form und Anwendung begrenzt, erfordern speziell hergestellte Polymere oder aufwendige Aufbereitungsverfahren, so daß die Forderung nach noch mehr Flexibilität, Elastizität und geringerer Temperaturempfindlichkeit bei vertretbaren Preisen besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, verbesserte, modifizierte Bitumenmassen für die Herstellung von Dach- und Dichtungsbahnen zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein bitumenhaltiges polymermodifiziertes Dichtungsmaterial für Dach- und Dichtungsbahnen gelöst, das aus 75 bis 95 Ma. -% Destillat bitumen bzw. aus Destillatbitumenmischungen oder aus einem Destillatbitumen bzw. aus Destillatbitumenmischungen im Gemisch mit einem angeblasenen Bitumen oder aus einem schweren Erdöldestillationsrückstand im Gemisch mit einem angeblasenen Bitumen oder aus einem angeblasenen Bitumen im Erweichungspunktbereich von 37 bis 54°C und mit einer Penetration zwischen 50 und 210 mm 10^-1 und jeweils 5 bis 25 Ma.-%, bezogen auf das Bitumen, eines Altelastomeren oder Altelastomerengemisches mit 2 bis 20 Ma.-% eines Zuschlagstoffes, bezogen auf das Altelastomere, besteht. Das zur Anwendung kommende angeblasene Bitumen ist dabei vorteilhaft ein aus einem schweren Erdöldestillationsrückstand mit einem Erweichungspunkt von 27 bis 44°C durch schonende Anoxidation auf einen Erweichungspunkt von 37 bis 54°C und eine Penetration zwischen 50 und 210 mm 10^-1 eingestellter Destillationsrückstand.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial vorteilhaft mit 10 bis 20 Ma.-% eines Altelastomeren bzw. einer Altelastomerengemisches, bezogen auf das Bitumengemisch, kombiniert werden.

Darüber hinaus hat es sich als zweckmäßig gezeigt, den Anteil an reaktiven Zusatzstoff im Altelastomeren bzw. in den Altelastomerengemischen im Bereich von 3 bis 10 Ma.-% einzustellen. Als reaktive Zusatzstoffe werden bevorzugt Acryl- oder Methacrylsäure oder Derivate im Gemisch mit einem Radikalbildner vorgeschlagen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird den Altelastomeren vor der Vermischung mit dem Bitumen ein Radikalbildner zugegeben, der in den anschließenden Misch- und Homogenisiervorgang bei 180°C innerhalb von 60 bis 120 min das oder die Monomere(n) polymerisiert. Teilweise kommt es auch zu einer Kopplung mit den Altelastomeren. Dadurch steigt die Molmasse des Polymeren und es werden verbesserte elastische Eigenschaften erreicht. Als Radikalbildner können auch UV-Vernetzer zum Einsatz kommen, die ähnliche Wirkungen nach einer längeren Zeit (UV-Intensität, Bestrahlungsdauer etc.) bewirken.

Erfindungsgemäß ist es auch von Vorteil, den Gehalt des Zusatzstoffes, bezogen auf das Elastomere, durch Nachdosierung bis auf 20 Ma.-% einzustellen. Dabei werden vorzugsweise Acryl- oder Methacrylsäure oder deren Derivate sowie ein UV-Vernetzer eingesetzt. Als Alt elastomere werden erfindungsgemäß vorteilhaft Produktionsabfälle, z. B. Fehlchargen, Rand beschnitte von Folien, Platten, Rollen etc., wie sie bei der Herstellung von Flexodruckplatten auf Basis von thermoplastischem Synthesekautschuk auf Basis von Styren-Isopren-Sty ren/Styren-Butadien-Styren-Copolymeren, fixiert auf einer Polyesterunterlage, verwendet werden, eingesetzt. Diese Copolymeren enthalten bereits anteilig Acrylat- und Methacrylat- Monomere, können aber durch Nachdosierung auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Die Polyesterunterlage ist in der Regel Polyethylenterephthalat. Diese Produktionsabfälle werden zweckmäßig zerkleinert und die Polyesterunterlage abgetrennt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der nach der Mischung und Homogeni sierung von Bitumen, Altelastomer und Zusatzkomponenten erhaltenen Dichtungsmasse nach Abkühlen auf Lagertemperatur 0,1 bis 0,8 Ma.-% eines UV-Stabilisators aus den Klassen der Benzotriazole, der Oxalsäureamide, der sterisch gehinderten Amine oder der Benzophene zugegeben.

Beispielhafte Verbindungen für die einzelnen Klassen sind:
für die Klasse der Benzotriazole
2-(2'-Hydroxy-5'-methyl-phenyl)-benztriazol (z. B. Tinuvin P der Fa. CIBA-GEIGY), 2-(2- Hydroxy-3,5-di-tert-amyl-phenyl)-2H-benztriazol (z. B. Tinuvin 328 der Fa. CIBA-GEIGY),
für die Klasse der Oxalsäureamide
2-Äthoxy-2'-äthyl-oxalsäure-bis-anilid (z. B. Tinuvin 312 der Fa. CIBA GEIGY),
für die Klasse der sterisch gehinderten Amine
Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebaza (z. B. Tinuvin 770 DF der Fa. CIBA-GEIGY), 1,3,5-Triazine-2,4,6-triamine, N,N'''-[1,2-ethanediylbis [[[4,6-bis-[butyl(1,2,2,6,6-pentame thyl-4-piperidinyl)amino]-3,1-propanediyl]] bis [N',N''-dibutyl-N',N''-bis (1,2,2,6 ,6-pentame thyl-4-piperidinyl (z. B. Chimassorb 119 FL der Fa. CIBA-GEIGY)
und für die Klasse der Benzophenone
2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon (z. B. Chimassorb 90 der Fa. CIBA GEIGY).

Die Schutzwirkung derartiger Verbindungen beruht darauf, daß sie den Ultraviolettanteil aus dem Sonnen- oder Kunstlicht selektiv absorbieren und dadurch die Substrate vor der Zer störung (Verlust an mechanischen Eigenschaften) durch ultraviolettes Licht schützen und somit die Lebensdauer erhöhen.

Auch hat es sich gemäß der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, als Altelasto mere bei der Flexodruckplattenherstellung an bildfreien Stellen mittels eines geeigneten Lösungsmittels herausgewaschene, unbelichtete Fotopolymere auf Basis Styren-Isopren- Styren bzw. Styren-Butadien-Styren-Copolymeren mit Acrylat- und Methacrylatmonomeren zu verwenden.

Mit Anwendung der Erfindung können Abprodukte, die bisher deponiert werden müssen, einer stofflichen Nutzung zugeführt werden. Dadurch wird wertvolle Deponiefläche gespart bzw. eine umweltbelastende Verbrennung solcher Abfälle vermieden.

Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1

Produktionsabfälle der Flexodruckplattenfertigung auf Basis Styren-Isopren-Styren/Styren- Butadien-Styren-Kautschuk (SIS/SBS;) werden auf eine Teilchengröße von 5×5 mm ge shreddert und von der vorhandenen Polyesterunterlage befreit. In 88 Ma.-% B 200 werden bei einer Temperatur von 170°C 12 Ma.-% Altelastomer, welches 6 Ma.-% Acrylat- und Methacrylat-Monomere bezogen auf das Altelastomer enthält, zugegeben und in einem geeigneten Rührwerk innerhalb von 2 Stunden gelöst. Die erhaltenen Kennwerte des polymermodifizierten Bitumens sind in der nachfolgenden Tabelle zu finden.

Beispiel 2

Ein schwerer Destillationsrückstand mit einem Erweichungspunkt von 32°C und einer Pene tration von 349 mm 10^-1 wird durch ein schonendes Anblasen auf einen Erweichungspunkt von 41°C und eine Penetration von 130 mm 10^-1 eingestellt 89,5 Ma.-% des Bitumens werden mit 10,5 Ma.-% des in Beispiel 1 beschriebenen Altelastomeren bei 175°C 1,5 Stunden gerührt.

Das resultierende polymermodifizierte Bitumen des Typs PYE ist in der nachfolgenden Tabelle gekennzeichnet.

Beispiel 3

Es werden 60 Ma. -% B 200 mit 40 Ma. -% B 80 vermischt. 82 Ma. -% dieser Destillat bitumemischung mit einem EP von 43°C und einer Nadelpenetration von 115 mm 10^-1 werden mit 18 Ma.-% aufbereitetem Altelastomer bei 180°C 2 Stunden innig vermischt. Das polymermodifizierte Bitumen des Typs PYP weist die in der nachfolgenden Tabelle auf geführten Kennwerte auf.

Beispiel 4

55 Ma.-% eines Destillationsrückstandes mit einem Erweichungspunkt von 35°C und einer Penetration von 298 mm 10^-1 werden mit 45 Ma.-% eines Normbitumens B 65 gemischt.

15 Ma.-% eines nach Beispiel 1 aufbereiteten Altelastomers, dem zuvor 12 Ma.-% Acrylsäure- bezogen auf das Altelastomer - als reaktive Komponente zugesetzt worden sind, werden innerhalb von 2 Stunden bei 180°C in 85 Ma.-% des Mischbitumens (Erweichungs punkt 42°C, Penetration 125 mm 10^-1) eingearbeitet. Die Qualitätswerte des polymer modifizierten Bitumens enthält die nachfolgende Tabelle.

Kennwerte der polymermodifizierten Bitumina aus den Beispielen 1 bis 4

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Claims

1. Polymermodifiziertes Dichtungsmaterial für Dach- und Dichtungsbahnen, bestehend aus 75 bis 95 Ma. -% Destillatbitumen bzw. aus Destillatbitumenmischungen oder aus einem Destillatbitumen bzw. aus Destillatbitumenmischungen im Gemisch mit einem an geblasenen Bitumen oder aus einem schweren Erdöldestillationsrückstand im Gemisch mit einem angeblasenen Bitumen oder aus einem angeblasenen Bitumen jeweils im Erweichungspunktbereich von 37 bis 54°C und mit einer Penetration zwischen 50 und 210 mm 10^-1 und jeweils 5 bis 25 Ma.-%, bezogen auf das Bitumen, eines Altelastomeren oder Altelastomerengemisches mit 2 bis 20 Ma.-% eines reaktiven Zusatzstoffes, bezogen auf das/die Altelastomere.

2. Polymermodifiziertes Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angeblasene Bitumen ein aus einem schweren Erdöldestillationsrückstand mit einem Erweichungspunkt von 27 bis 44°C durch schonende Anoxidation auf einen Erweichungs punkt von 37 bis 54°C und eine Penetration zwischen 50 und 210 mm 10^-1 eingestellter Destillationsrückstand ist.

3. Polymermodifiziertes Dichtungsmaterial nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitumen 10 bis 20 Ma.-% eines Altelastomeren- bzw. eines Altelastomeren gemisches, bezogen auf das Bitumengemisch, enthält.

4. Polymermodifiziertes Dichtungsmaterial nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Altelastomeren bzw. in dessen Gemischen 3 bis 10 Ma.-% reaktiver Zusatzstoff enthalten sind.

5. Polymermodifiziertes Dichtungsmaterial nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als reaktive Zusatzstoffe Acryl- oder Methacrylsäure oder deren Derivate im Gemisch mit einem Radikalbildner verwendet werden.

6. Polymermodifiziertes Dichtungsmaterial nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Radikalbildner ein UV-Vernetzer oder ein Hochtemperaturperoxid in Mengen von 0,01 bis 0,8 Ma.-%, bezogen auf das Altelastomere, verwendet wird.

7. Polymermodifiziertes Dichtungsmaterial nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Altelastomeren Produktionsabfälle, Randbeschnitte von Folien, Platten etc. für die Flexodruckplattenherstellung auf Basis eines thermoplastischen Synthesekautschuks auf Basis von Styren-Isopren-Styren/Styren-Butadien-Styren-Copolymeren, der noch nicht aus gehärtete Acrylat- und Methacrylat-Monomere und einen Radikalbildner enthält, und auf einer Polyesterunterlage fixiert ist, sind.

8. Polymermodifiziertes Dichtungsmaterial nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Altelastomeren bei der Flexodruckplattenverarbeitung an bildfreien Stellen mittels eines Lösungsmittels herausgewaschene, unbelichtete Fotopolymere auf Basis Styren- Isopren-Styren- bzw. Styren-Butadien-Styren-Copolymeren mit Acrylat- und Methacrylat monomeren sind.