DE4212332A1 - Wasserabdichtende membran - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine wasserabdichtende Membran auf der Basis von mit Polyolefin modifiziertem Bitumen, die für ihre Inbetriebnahme unter Verwendung von oxidiertem, d. h. mit Luft heiß geblasenem Bitumen anbringbar ist.

Wie dem einschlägigen Fachmann wohlbekannt ist, wird Bitumen im allgemeinen mit Zusatz von Polymeren modifiziert, um Mi­ schungen zu erzeugen, die im heißen Zustand dazu geeignet sind, unterschiedliche Arten von Tragkonstruktionen für Be­ dachungen zu imprägnieren oder zu beschichten, um Membranen zu bilden, die fähig sind, die Dichtigkeit der Bedachungen von Bauwerken oder von allgemeinen Fabrikaten sicherzustellen.

Vielfach wird zwischen Membranen auf der Basis von mit Elasto­ meren modifiziertem Bitumen und zwischen Membranen auf der Basis von mit polymeren Kunststoffen modifiziertem Bitumen unterschieden. Im erstgenannten Fall besteht die abdichtende Masse im wesentlichen aus einer Mischung aus Bitumen und Elastomeren vom Typ der SBS (Styrol-Butadien-Styrol) Block-Co­ polymere, während im zweiten Falle die abdichtende Masse durch Mischungen thermoplastischer Polyolefine und destillierter Bitumina gebildet ist. Die meistbenutzten Polyolefine sind ataktische Polypropylene (ein Nebenprodukt, das im allgemeinen bei der Herstellung isotaktischen Propylens anfällt) sowie das Ethylen-Propylen Copolymer, das ebenfalls amorpher Natur ist.

Abdichtende Membranen sind im allgemeinen in Bahnen von 3, 4 oder 5 mm Dicke erhältlich, die, wenn völlige oder teilweise Adhäsion am Träger erforderlich ist, entweder mittels eines Propangasbrenners angebracht werden können, der durch Ver­ flüssigung der bituminösen Masse das Anhaften an dem Träger bewirkt, oder unter Verwendung von heißem, oxidiertem Bitumen angebracht werden können, der als Klebstoff wirkt.

Während jedoch Membranen auf der Basis von mit SBS modifizier­ tem Bitumen gute Resultate bei beiden Methoden erzielen (allerdings unter Bevorzugung der Methode mit oxidiertem Bitumen, weil bei der SBS-Membran bei der Methode mit dem Brenner einige Einschränkungen gegeben sind, beispielsweise übermäßiges Erweichen, was das schnelle und leichte Anbringen der Membran fast immer verhindert, insbesondere im Sommer), erzielen die Membranen auf Polyolefin-Basis im allgemeinen lediglich mit der Flammenmethode die besten Ergebnisse. Dies rührt insbesondere davon her, daß andernfalls, im Laufe der Zeit, die Adhäsion dazu neigt, schlechter zu werden, weil sich eine ölige Schicht zwischen dem oxidierten Bitumen und der Membran ausbildet und eine Ablösung im Laufe der Zeit verur­ sacht.

Dieser Umstand bildet eine Einschränkung für die Verwendbar­ keit von Membranen auf Polyolefin-Basis (insbesondere in einigen Ländern, in denen die Benutzung heißen Bitumens noch sehr verbreitet ist), sie bieten jedoch aufgrund ihrer natür­ lichen Eigenschaften einige besondere Vorteile gegenüber Membranen auf der Basis von SBS Elastomeren, nämlich bei­ spielsweise eine größere Alterungsbeständigkeit, sowohl ther­ mische Alterung als auch Alterung aufgrund der Wirkung von UV-Strahlen, und eine bessere Dichtigkeit bei hohen Tempe­ raturen.

Wie bereits erwähnt, ist es auch bekannt, Polyolefine dem Bitumen beizufügen und Polyolefine zusammen mit deren Copoly­ meren und mit Gummi zu verwenden. Im allgemeinen werden diese Produkte zugesetzt, um einige mechanische Eigenschaften der Mischung zu verbessern, beispielsweise die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, die Elastizität oder die Reißdehnung.

Dies ist beispielsweise in der US-PS 46 59 759 offenbart, in der eine elastomere Komponente (ein Ethylen-Propylen Copoly­ mer) dem Bitumen beigefügt wird, um dessen Eigenschaften bei hohen und niedrigen Temperaturen zu verbessern. Die euro­ päische Patentschrift 00 09 432 sieht den Zusatz von SBS (StyrolButadien-Styrol) zu einer Mischung aus Bitumen und Polyolefinen vor, um deren Eigenschaften bezüglich der Wider­ standsfähigkeit gegen niedere Temperaturen sowie die Reißdeh­ nung der Mischung zu verbessern.

Eine Ausnahme in dieser Hinsicht bildet die US-PS 47 71 090, die die Verwendung eines amorphen Copolymers von Ethylen-Pro­ pylen-Butadien (EPBM) vorsieht, um eine wasserabdichtende Membran zu erhalten, die für einen Flammauftrag auf eine vor­ handene wasserabdichtende Lage geeignet ist, die aus einem Material auf der Basis oxidierten Bitumens hergestellt ist.

Diese Patentschrift besagt jedoch ausdrücklich, daß das Vor­ handensein eines besonderen EPDM-Elastomer in der Zusammen­ setzung der wasserabdichtenden Masse unabdingbar ist, um eine gute Adhäsion an dem Produkt auf der Basis oxidierten Bitumens zu erreichen. Bekanntlich handelt es sich hierbei um ein sehr teures Elastomer. Dies alles ist durch zahlreiche Beispiele erhärtet.

Ziel der Erfindung ist es, eine Zusammensetzung für wasserab­ dichtende Membranen auf der Basis von mit Polyolefin modifi­ ziertem Bitumen vorzusehen, die ohne einen Zusatz von EPDM-Elastomer mit Membranen auf Bitumenbasis wettbewerbsfähig ist, die mit SBS-Elastomer modifiziert sind, wie sie normaler­ weise verwendet werden, wenn es erforderlich ist, eine Membran auf der Basis modifizierten Bitumens unter Verwendung heißen Bitumens anzubringen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, wasserabdichtende Membranen vorzusehen, die gute, marktgerechte Eigenschaften zeigen, ohne daß bei ihnen Zuflucht genommen werden muß zur Verwendung isotaktischen Polypropylens, was neben einer Er­ höhung der Kosten des Fertigprodukts die Kompatibilität zwi­ schen dem Polymer und dem Bitumen verringern würde.

Zur Erreichung dieser sowie weiterer Ziele, die nachstehend ersichtlich werden, sieht die Erfindung eine Zusammensetzung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen vor.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung 5 bis 15 Gewichtsprozent an amorphem Polypropylen Homopolymer.

Vorteilhafterweise kann die Zusammensetzung bis zu 40 Ge­ wichtsprozent eines Füllstoffes und/oder bis zu 1 Gewichtspro­ zent eines als Antioxidationsmittel wirkenden Zusatzstoffes aufweisen.

Außerdem kann die obige Zusammensetzung imprägniert und mit einer Verstärkung überzogen sein, die aus einem geeigneten Material besteht, beispielsweise einer glasartigen Schicht oder Folie, einem ungewobenen Polyesterstoff und dergleichen, um ein Erzeugnis zu erhalten, das aufgewickelt werden und in einer oder mehreren Schichten angewendet werden kann, um Bedachungen von Gebäuden, Ingenieurbauten und dergleichen abzudichten.

Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele praktischer Ausführungsformen näher beschrieben und erläutert.

Der Ausdruck "amorphes Ethylen-Propylen Copolymer" bezieht sich auf ein elastisches Polymer, das aus zwei Monomeren gebildet ist, nämlich aus Ethylen und Propylen. Normalerweise, jedoch nicht notwendigerweise, ist das genannte Polymer ein Nebenprodukt der Herstellung von Polypropylen. Vorzugsweise muß das genannte Copolymer eine Viskosität zwischen 0,1 und 5 Millionen mPa · s bei 180° C (Schergeschwindigkeit 5,6 sec.) besitzen, 5 bis 40% Ethylen enthalten und niedrige Kristalli­ nitätswerte haben. Das genannte Produkt wird nachstehend als "Copolymer 1" bezeichnet.

Ein weiterer Typ eines amorphen Copolymers, das mit Vorteil bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung benutzt werden kann, ist das Ethylen-Propylen-Buten Copolymer, das eine Zusammen­ setzung mit 25 bis 70% Propylen, 20 bis 70% 1-Buten und 0 bis 15% Ethylen besitzt. Vorzugsweise sollte die Zusammensetzung zwischen 0,15 % Ethylen, 60 bis 70% Propylen und 20 bis 30% 1-Buten aufweisen und eine Viskosität bei 180° C zwischen 20 000 und 120 000 mPa · s haben, vorzugsweise zwischen 40 000 und 100 000 mPa · s. Der Kristallinitätswert dieses Material­ typs ist verhältnismäßig niedrig, nicht mehr als 7 J/g, gemes­ sen nach der Methode DSC (differential-scanning-calorimetry) Das genannte Erzeugnis wird nachstehend als "Copolymer 2" bezeichnet.

Mit dem Ausdruck "destilliertes Bitumen" wird üblicherweise der Rückstand bei atmosphärischer Destillation von Rohöl oder einer Mischung davon mit einem leicht oxidierten Produkt be­ zeichnet. Der Erweichungspunkt der verschiedenen Typen (gemäß der ASTM D-36 Methode) variiert von + 36° C bis + 70° C, und die Penetration oder Eindringung (gemäß der ASTM D-5 Methode) liegt im allgemeinen zwischen 40 und 350 dmm. Bitumina mit einer Eindringung zwischen 60 und 220 dmm und einem R & B (Ring und Kugel) Erweichungspunkt zwischen 37° C und 48° C werden vorzugsweise für die Modifizierung mit Polymeren ver­ wendet. Es ist außerdem möglich, Mischungen verschiedener Arten von Bitumina zu benutzen, und die Eigenschaften des Bitumen lassen sich modifizieren, indem Mineralöle, fettige Substanzen, chemische Wirkstoffe, die es für Wurzelwerk un­ durchdringlich machen (beispielsweise das von der deutschen Gesellschaft Bayer unter dem Handelsnamen Preventol B2 ver­ triebene Erzeugnis) und anderes zugegeben wird.

Das amorphe Polypropylen Homopolymer, auch bekannt als atakti­ sches Polypropylen, erhält man im allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, als ein Nebenprodukt der Herstellung von isotaktischem Polypropylen. Je nach Art des erhaltenen isotak­ tischen Polypropylens ist es möglich, unterschiedliche Gradie­ rungen des ataktischen Polypropylens zu haben, mit Viskositä­ ten bei 180°C, die zwischen 250 und 100 000 mPa · s (Scherge­ schwindigkeit 5,2 s) variieren können, und mit verschiede­ nen Kristallinitätsgraden, gemessen mit der DSC-Methode.

Ataktische Polypropylene mit einer Viskosität zwischen 1000 und 50 000 mPa · s, die eine Kristallinität von nicht mehr als 20 J/g und vorzugsweise eine solche zwischen 1 und 10 J/g besitzen, werden für unseren Zweck vorzugsweise benutzt.

Die Arten von Füllstoffen, die üblicherweise bei diesem Mi­ schungstyp verwendet werden, sind unterschiedlich. Unter ihnen lassen sich einordnen Schieferpulver, Kalziumcarbonat, Talkum, Kaolin und andere im Stand der Technik bekannte Zusammen­ setzungen. Der Zweck der Verwendung eines Füllstoffes ist es, die Stabilität der Mischung zu erhöhen und ihre Kosten zu verringern.

Der verwendete Füllstoff muß vorzugsweise eine solche Feinheit besitzen, daß er durch ein 90-Mikron-Sieb hindurch tritt, obgleich auch Füllstoffe, die in einem Ausmaß von 95% durch ein 75-Mikron (200 mesh) Sieb hindurchtreten, verwendet werden können.

Als Antioxidationsmittel können übliche Produkte verwendet werden, die in der Technik bekannt sind, beispielsweise vom Typ Irganox 10 10 der Firma Ciba, Pentaerytrityl -tetrakis-3-(3,5-di-tert -butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat oder Naugart XL-1 der Firma Uniroyal, 2,2′-Oxamido-bis -ethyl-3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat.

Die wasserabdichtende Masse, die die Membran gemäß der Erfin­ dung bildet, kann auf einfache Weise hergestellt werden, indem die verschiedenen Polymere in einem üblichen Schneckenmischer in heißes Bitumen bei einer Temperatur zwischen 180° C und 260° C eingebracht werden. Für das Erzielen einer besseren und schnelleren Verteilung ist es auch möglich, Mischer mit einer hohen Scherwirkung zu verwenden. Der Füllstoff wird normaler­ weise mit Vorteil dann zugefügt, wenn eine vollständige Ver­ teilung der Polymere in dem Bitumen erreicht worden ist.

Überraschenderweise, und ausschließlich in Übereinstimmung damit, was die vorliegende Erfindung vorsieht, haben lediglich Mischungen, die Polymere in den oben angegebenen Verhältnissen aufweisen, jedoch frei von isotaktischen Polypropylenen sind, gute Adhäsionswerte nach der Alterung gezeigt.

Ein weiteres wichtiges Ergebnis, das mit der vorliegenden Erfindung erreicht wird, besteht darin, daß bei gleicher Formu­ lierung die Adhäsion nach der Alterung umso besser ist, je geringer die Kristallinität der verwendeten Polymere ist, gemessen gemäß der DSC-Methode und ausgedrückt in J/g.

Verschiedene Beispiele von Ausführungsformen sind in der Tabel­ le 1 aufgelistet, und sämtliche Mischungen wurden auf die nachstehend erläuterte Weise bereitet.

Bitumen vom Typ 180/200 wird auf ungefähr 190° C in einem Behäl­ ter erhitzt, der in einem thermostatischen Bad aus Silikonöl aufgenommen ist, das auf einer Temperatur von 200 +/- 2° C gehalten wird. Die Polymere werden dann in folgender Reihenfol­ ge zugegeben: Homopolymer, Gopolymer und isotaktisches Polypro­ pylen, falls für Vergleichsversuche erforderlich. Die Zufuhr erfolgt langsam, und wenn eine gute Verteilung der Polymere erreicht ist, wird der Mischvorgang mit Zugabe des Füllstoffes abgeschlossen; in diesem Falle handelt es sich dabei um Kalziumcarbonat, das in einem Ausmaße von 98% durch ein 75-µm (200-mesh)-Sieb hindurchtritt. Die gesamte Mischzeit beträgt 2 Stunden und 30 Minuten, und der Mischvorgang wird mittels eines Doppelschneckenmischers sichergestellt, der mit einer Drehzahl von 300 min^-1 läuft. Die Gesamtmenge jeder Mi­ schung beträgt 700 g. Am Ende des Mischens führt man die in den Beispielen gebrachten kennzeichnenden Versuche an dem Produkt durch. Ein Teil des genannten Produkts wird außerdem in eine geeignete Form eingegossen, um Muster mit einer Dicke von 4 mm und einer Länge von 350 mm zu erhalten.

In der Form befindet sich ein die Festigkeit erhöhendes Ma­ terial (Verstärkung), das aus einem ungewebten Polyesterstoff gebildet ist, der aus einem Endlosgarn gewonnen ist, wobei das Gewicht 125 g/m² beträgt und es sich um den unter der Bezeich­ nung Colback bekannten Typ handelt, hergestellt durch Colbond B.V.-Arnhem (Niederlande). Die wasserabdichtende Masse wird in die Form in der Weise eingegossen, daß der Polyester in an­ nehmbarer Weise imprägniert wird und die Verstärkung etwa in dem mittleren Teil des Musters zu liegen kommt. Die Muster aus ungewebtem Polyesterstoff, die benutzt werden, sind vom L-Typ (d. h. sie sind vom Wickel in Längsrichtung genommen).

Das so erhaltene Muster wird, nachdem es 24 Stunden lang bei Raumtemperatur zwischen 20° C und 25° C belassen wurde, mit heißem, oxidiertem Bitumen vom Typ 85/25 auf einem Träger auf der Basis von Asbestzement angebracht, der zuvor mit einem bituminösen Haftvermittler in einer Menge von 200 g/m² behan­ delt wurde. Die Temperatur des oxidierten Bitumen liegt zwi­ schen 200 und 220° C, und die angewandte Menge beträgt ungefähr 1,5 kg/m².

Der so erhaltene Prüfling wird sodann einem Abreißtest unter­ zogen. Dieser besteht darin, daß das 10 mm starke Probenstück aus Asbestzement, auf dem der zu testende Prüfling zuvor auf einer Länge von 80 mm zum Anhaften gebracht worden ist, in den unteren Halter eines Dynamometers vom Typ Instron 4301, herge­ stellt von der Instron Co. - Ma - USA, eingesetzt wird und daß das andere Ende des Prüflings in den oberen Halter eingesetzt wird. Der Winkel zwischen dem Ende, das an dem Träger aus Asbestzement haftet, und dem in den oberen Halter eingesetzten Ende beträgt 90°. Der Test wird sodann bei einer Temperatur zwischen 20 und 25° C durchgeführt, indem man die beiden Halter mit konstanter Geschwindigkeit von 100 mm/min. auseinanderbe­ wegt und die Kraft registriert (ausgedrückt in daN) die erforderlich ist, den Prüfling vom Träger zu trennen.

Dieser Test wird ausgeführt, nachdem der Prüfling 24 Stunden bei Raumtemperatur belassen wurde und nachdem er entsprechend einem Zyklus für beschleunigte Alterung, wie er durch die Vorschriften der UEAtc (Union Europeenne pour l′Agregation Technique dans la construction) vorgeschlagen wird, für einen Zeitraum von 7, 14 und 28 Tagen auf einer Temperatur von 70° C gehalten wurde. Drei Prüflinge werden für jeden Test vorbe­ reitet, und die in den nachfolgenden Beispielen aufgeführten Ergebnisse sind das arithmetische Mittel der bei den drei Tests erhaltenen Resultate.

Tabelle 1 bringt Beispiele für Mischungen aus Bitumen und amorphen Polyolefinen. Jede Mischung wurde wie oben beschrie­ ben, bereitet. Die angegebenen Prozentsätze sind als Gewichts­ prozent zu verstehen.

Tabelle 1

Gemäß der gemeinsamen Richtlinie der UEAtc (Union Europeenne pour l′Agrement technique dans la construction) bezüglich der Übereinkunft über wasserabdichtende Mittel auf der Basis von mit APP (ataktischem Polypropylen) modifiziertem Bitumen, muß der Widerstandswert bei dem Abreißversuch nach 28tägiger Alterung bei 70° C höher sein als 50% des Anfangswertes und muß zumindest 2,5 daN/Scm betragen. Wie aus den oben angege­ benen Daten ersichtlich ist, werden diese Bedingungen von den entsprechend den Vorschriften der Erfindung hergestellten Mischungen erfüllt.

Die nachfolgende Tabelle 2 gibt die Haupteigenschaften der benutzten Polymere wieder:

"Copolymer 1" und "Copolymer 2" wurden oben beschrieben. Homopolymer 1 und Homopolymer 2 beziehen sich auf amorphe Polypropylen-Homopolymere.

Tabelle 2

Eine weitere Reihe von Testversuchen wurde außerdem durchge­ führt, um die Dichtigkeit der Verbindungen zwischen Rollen zu prüfen, wenn diese mit heißem, oxidiertem Bitumen ausgeführt wurden. Es wurden die in Tabelle 1 mit 2, 7, 8 und 9 bezeich­ neten Mischungen verwendet.

Drei Reihen von zwei Mustern wurden von jeder Mischung herge­ stellt. Jedes Muster bestand aus zwei Prüfstücken der Membrane (25 · 5 cm), hergestellt und verstärkt, wie bereits vorstehend beschrieben, die sich gegenseitig um 7 cm überlappen. Die Überlappungen wurden mit heißem oxidiertem Bitumen vom Typ 85/25 bei einer Temperatur zwischen 220 und 230° C ver­ schweißt. Jede Reihe der zwei Muster wurde dann einem Zugver­ such unterzogen, nachdem folgende Behandlung stattgefunden hat:

erste Reihe:
24 Stunden bei 23+/-2°C
zweite Reihe:	7 Tage bei 70°C und 24 Std. bei 23+/-2°C
dritte Reihe:	28 Tage bei 70°C und 24 Std. bei 23+/-2°C

Die erhaltenen Ergebnisse, die in Tabelle 3 angegeben sind, zeigen die Kraft in daN/5 cm an, die erforderlich ist, um die zwei Prüfstücke, die die Verbindung bilden, voneinander zu trennen.

Tabelle 3

Die Erfinder nehmen an, ohne jedoch sich auf diese theoreti­ sche Erklärung festlegen zu wollen, daß das Verhalten der in den obigen Beispielen angegebenen Mischungen auch auf der Grundlage der Überlegung erklärbar ist, daß das Ausmaß der Kristallinität der Polymere, die bei den genannten Mischungen benutzt werden (gemessen gemäß der DSC-Methode), überwiegend durch das Vorhandensein isotaktischer Polypropylene vorgege­ ben ist. Je größer dieses Vorhandensein ist, desto geringer ist die Verträglichkeit zwischen dem Bitumen und dem Polymer und somit auch desto größer die Wahrscheinlichkeit, daß sich Öle entwickeln können, die im Laufe der Zeit die Adhäsion zwischen der polyolephinmodifizierten Membrane und dem oxidierten Bitumen beeinträchtigen.

Claims (8)

1. Zusammensetzung für wasserabdichtende Membranen, die dazu geeignet sind, um mittels heißen Bitumens sowohl an einer neuen Deckkonstruktion als auch an einer vorhandenen was­ serabdichtenden Schicht angebracht zu werden, die auf oxidiertem Bitumen basiert, wobei die genannte Zusammen­ setzung 50 bis 80 Gewichtsprozent destillierten Bitumens, 8 bis 20 Gewichtsprozent eines amorphen Copolymers, ausge­ wählt aus Ethylen-Propylen Copolymer und Ethylen-Propylen Buten-1 Copolymer und Mischungen davon, sowie 1 bis 20 Ge­ wichtsprozent amorphes Polypropylen Homopolymer enthält.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die außerdem bis zu 40 Gewichtsprozent eines Füllstoffes und bis zu einem Ge­ wichtsprozent eines Antioxidationsmittels beinhaltet.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, die bis zu 30 Gewichts­ prozent eines Füllstoffes beinhaltet.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 2, bei der der genannte Füllstoff zumindest einen Stoff, ausgewählt aus Schiefer­ pulver, Kalziumcarbonat, Talkum und Kaolin, beinhaltet, wobei der genannte Stoff eine solche Feinheit besitzt, daß zumindest 95% durch ein 75-µm-Sieb hindurchtreten können.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, mit 5 bis 15 Gewichtspro­ zent amorphem Polypropylen Homopolymer.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das genannte amorphe Polypropylen Homopolymer eine Viskosität zwischen 1000 und 50 000 mPa · s und eine Kristallinität hat, die geringer oder gleich 20 J/g ist.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das destillierte Bitumen einen Erweichungspunkt zwischen 36° C und 70° C und eine Penetration zwischen 40 und 350 dmm hat.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 2, bei der das genannte Antioxidationsmittel aus der Gruppe gewählt ist, die durch Pentaerythrityl-tetrakis-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroyphe­ nyl)-propionat und 2,2′-Oxamido-bis-ethyl-3-(3,5-di-tert -butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat gebildet ist.