DE69013724T2

DE69013724T2 - Im wesentlichen lösungmittelfreies Asphaltmaterial.

Info

Publication number: DE69013724T2
Application number: DE69013724T
Authority: DE
Inventors: Ronald J Janoski
Original assignee: Tremco LLC
Current assignee: Tremco LLC
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1990-03-17
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2010-03-18
Also published as: ATE113639T1; DE69013724D1; AU5142990A; EP0387909A1; DK0387909T3; AU640369B2; US5008311A; EP0387909B1; CA2012348A1; ES2066025T3; MX9203853A; CA2012348C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft lösungsmittelfreie Materialien auf Asphalt-Basis. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Fettsäuren und Derivaten davon, wodurch im wesentlichen die Notwendigkeit von Lösungsmittel in asphaltischen Klebstoffen, Dichtungsmitteln und dergleichen eliminiert wird.

Diskussion des Standes der Technik

Asphalt ist ein dunkles, klebendes Material mit einer festen oder halbfesten Konsistenz. Es tritt natürlich oder als ein Petroleum-Derivat auf und ist im allgemeinen primär aus Bitumen zusammengesetzt - im allgemeinen paraffinischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen und heterocyclischen Verbindungen, die Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff enthalten.
Asphalt ist billig und hat einen relativ hohen Eindringwert, wenn er auf die meisten porösen Oberflächen aufgetragen wird. Darüber hinaus ist Asphalt relativ witterungsbeständig und wasserundurchlässig. Als Ergebnis sind Asphalte traditionell als Schutzfilme, Klebstoffe, Bindemittel und dergleichen verwendet worden.
Asphalt kann in einer Vielzahl von Formen wie Mischungen oder Emulsionen verwendet werden und kann durch eine Vielzahl bekannter Verfahren verarbeitet werden. Folglich kann eine große Vielzahl von Produkten auf Asphaltbasis auf dem Markt gefunden werden und deren Verwendung für: Pflasterarbeiten; Bedachen; Abdichten von Verbindungen; Spezial-Anstrichmittel; elektrische Laminate; Heißschmelz-Klebstoffe; minderwertige Verdünnungsmittel für Kautschukprodukte; Verdünnungsmittel für die Entsorgung radioaktiven Abfalls, Überziehen durch Heißtauchen und Wasserrückhalte-Barrieren.
Kirk-Othmer führt in der "Encyclopedia of Chemical Technology", dritte Ausgabe, Band 8, Seiten 913 und 916, John Wiley & Sons, New York, N.Y., unter Tabelle 4 und 5 HLB-Werte und ausgewählte Handelsnamen für oberflächenaktive Mittel auf und verweist auf HLB-Werte zum Emulgieren von Ölen und Wachsen.
Chemical Abstract offenbart in Band 108, 117891f (1976), wobei ein Auszug von JP-A-622 18 448, veröffentlicht am 25. September 1978, gemacht wird, Asphalt-Polyol-Emulsionen für Boden- und Straßenbeschichtungen, die hergestellt werden, indem oberflächenaktive Mittel erhitzten Polyollösungen zugefügt werden, mit erhitztem Asphalt gemischt wird, um zu dispergieren und emulgieren, und bei dieser Temperatur Weichmacher hinzugefügt werden. Die japanische Veröffentlichung als solche scheint auf Seite 6, Zeile 9 bis 13, zu lehren, daß der Emulsion aus Asphalt-Polyol ein Isocyanat hinzugefügt wird. Jedoch scheint, wie aus den ersten drei Silben auf Seite 7 der Veröffentlichung und ihrem Vergleich mit Seite 3 hervorgeht, Zeile 20 als "Weichmacher" übersetzt zu sein, wobei das die Oberfläche modifizierende Mittel zur Herstellung der Emulsionen nach diesem Stand der Technik essentiell und zwingend vorgeschrieben ist. Augenscheinlich ist diese Verbindung auch als Hintergrund der Technik zu dem japanischen Dokument diskutiert worden, siehe die vierte bis sechste Silbe in der vierten Zeile von Seite 2, in der Kurzbeschreibung der Erfindung im letzten Absatz von Seite 5, in der ausführlichen Beschreibung in der 5. und 8. Zeile von Seite 8 und offensichtlich auch auf Seite 1 und 4 der Patentansprüche, wobei eine Kopie davon im verkleinerten Maßstab auf Seite 3, 4 und 7 der Veröffentlichung vorliegt.
Es ist allgemein eine Klasse von Asphalt-Verbindungen bekannt, die fließen oder auf andere Weise leicht über eine Oberfläche ausgebreitet werden und die zu einer kautschukartigen, elastomeren Konsistenz aushärten. Solche Asphalt-Verbindung, insbesondere kalt aufgebrachte Asphalt-Verbindungen, machten die Verwendung von Lösungsmitteln erforderlich, um die Asphalt- Komponente mit den übrigen benötigten Komponenten wie elastomeren Polymeren, Prepolymeren und/oder dergleichen vermischt zu halten. Beispiele für solche benötigten Komponenten würden Isocyanat, Elastomere auf Basis von Styrol-Butadien und/oder Polybutadien und Prepolymere davon umfassen.
Um das Mischen von Asphalt mit anderen auf andere Weise nicht mischbaren Verbindungen zu unterstützen, sind allgemein organische Lösungsmittel wie Toluol, aromatische Öle, Naphta, Lösungsbenzin oder Kohlenstoffdisulfid verwendet worden. Solche Lösungsmittel suspendieren den Asphalt in eine Dispersion und ermöglichen, daß die anderen Komponenten sich mit dem Asphalt vermischen. Nach dem Mischen kann die Mischung leicht durch herkömmliche Technologie aufgebracht werden. Danach verdampft das Lösungsmittel und läßt den Asphalt ordentlich mit den übrigen Bestandteilen vermischt zurück.
Lösungsmittel-Systeme werden jedoch von Umweltschützern und staatlichen Umweltschutzämtern kritisiert. In Asphalt-Systemen verwendete Lösungsmittel werden im allgemeinen als schädlich für die Umwelt betrachtet, wenn sie oberhalb gewisser Konzentrationen vorhanden sind. Weiterhin riskieren Personen, die mit dem Asphalt-System umgehen, daß sie diesen möglicherweise schädlichen Lösungsmitteln ausgesetzt sind. Als Ergebnis sind die staatlichen Vorschriften, die den flüchtigen organischen Gehalt ("VOC") von Materialien betreffen, ansteigend restriktiv geworden.
Lösungsmittel in asphaltischen Verbindungen kann darüber hinaus andere Probleme wie ein unerwünschtes Ansteigen der Viskosität, insbesondere bei tieferen Temperaturen, verursachen (tatsächlich können viele asphaltische Systeme nicht weit unter 20 ºC aufgetragen werden). Hohe Viskosität kann einen Klebstoff auch schwer gießbar, pumpbar oder auftragbar machen.
Noch ein anderes Problem mit Klebstoffen auf der Basis von Lösungsmitteln ist das Potential zur Bildung von Blasen, insbesondere, wenn eine zweite Beschichtung über dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis aufgebracht wird. Falls zu wenig Lösungsmittel entweichen kann, können sich die Lösungsmitteldämpfe ansammeln und die Blasenbildung der Beschichtung verursachen. Falls andererseits das Lösungsmittel zu ungehindert entweichen kann, kann der Klebstoff wegen des schnellen Lösungsmittelverlustes "austrocknen", sich losreißen oder brechen.
Darüber hinaus können Lösungsmittel aufgrund der ansteigenden Versandkosten, Handhabungskosten und dergleichen die Kosten des Klebstoffes erhöhen. Solche Lösungsmittel können darüber hinaus die Entflammbarkeit der Substanz erhöhen und können unerwünschte Nebenreaktionen verursachen.
Weiterhin ergeben viele Systeme auf der Basis von Lösungsmitteln eine schlechte Rohstärke - d.h., daß sie nicht ausreichend klebrig sind (aufgrund der Gegenwart von Lösungsmittel), um ein ausreichendes Binden und/oder eine ausreichende Adhäsion unmittelbar nach dem Auftragen und vor dem vollständigen oder wesentlichen Aushärten auszubilden. Ohne eine substantielle Rohstärke müssen Klammern, Träger und dergleichen im wesentlichen während des Zeitraums verwendet werden, in dem das Material aushärtet.
Als Ergebnis besteht und bestand für viele Jahre ein enormer Bedarf für lösungsmittelfreie asphaltische Systeme. In der Industrie ist eine substantielle Forschung durchgeführt worden, um einen Weg zur Eliminierung der Notwendigkeit von Asphalt- Lösungsmitteln zu finden. Die Industrie hat jedoch aus dem einen oder dem anderen Grund die Verwendung von Asphalt-Lösungsmitteln fortgesetzt, sehr zur Bestürzung zahlreicher Regierungsstellen, Umweltschützer und anderer engagierter Bürger.

ERFINDUNGSGEGENSTÄNDE

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, lösungsmittelfreie asphaltische Klebstoffe, Dichtmittel und dergleichen verfügbar zu machen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen lösungsmittelfreien, kalt aufgetragenen Isolier-Klebstoff für Betonböden, Dachbaugruppen und dergleichen verfügbar zu machen.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lösungsmittelfreie Mischung, die eine wasserfreie, durch Feuchtigkeit aushärtbare Asphalt-Dispersion mit einem Erweichungspunkt unterhalb von 176,67 ºC (350 ºF) in einem Polyurethan-Prepolymer umfaßt, der Asphalt im wesentlichen keine funktionellen, mit einer funktionellen Gruppe des Prepolymers reagierenden Gruppen enthält, die Dispersion durch einen Verträglichmacher aufrechterhalten wird, der Verträglichmacher in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 5 Teilen auf 100 Teile der Mischung vorhanden ist, der Verträglichmacher durch die Struktur
CH&sub3;-(CnH2n)-R&sub1;
dargestellt wird, wobei:
n im Bereich von 4 bis 16 liegt, und
R&sub1; COOH, COO&supmin;M&spplus; ist,
wobei
M ein Metall ist oder der Verträglichmacher aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Propylenglykol-monostearat, Bisstearylester-polypropylendiol, Ethylenglykolmonostearat, Triethylenglykolcaprinatcaprylat und Triethylenglykoldipelargonat besteht.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein lösungsmittelfreies asphaltisches Material, welches 25 bis 75 Gew.-% eines Polyurethan-Prepolymers; 15 bis 75 Gew.-% Asphalt mit einem Erweichungspunkt unterhalb von 176,67 ºC (350 ºF) und im wesentlichen ohne funktionelle, mit einer funktionellen Gruppe des Prepolymers reagierenden Gruppen, und einen wie zuvor definierten Verträglichmacher. Das Prepolymer umfaßt bevorzugt 25 bis 65 Gew. -% Polyol, 5 bis 20 Gew. -% Diisocyanat und das Material umfaßt 5 bis 20 Gew.-% eines Weichmachers.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Einführung

Die bevorzugte elastomere Asphalt-Verbindung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Asphalt- (Bitumen-) Komponente, eine Polyurethan-Prepolymer-Komponente und eine nichtflüchtige Verträglichmacher-Komponente. Die asphaltische Komponente wird primär wegen ihrer geringen Kosten, ihres hohen Eindringwertes und/oder ihrer Eigenschaften der Wasserdichtigkeit und der Wetterbeständigkeit verwendet. Die Polyurethan-Prepolymer-Komponente ist primär vorhanden, um innerhalb des Asphalts zu polymerisieren, wodurch ein Polymer-Netzwerk innerhalb des Asphalts hergestellt wird, das Stärke und Kohäsion ausbildet (das Polymer-Netzwerk enthält bevorzugt Urethan-Gruppen, die darüber hinaus wünschenswerte elastomere Eigenschaften erzielen). Der Verträglichmacher wird verwendet, um das Vermischen des Prepolymers und des Asphalts zu fördern.

Die asphaltische Komponente

Die Asphalt- oder Bitumen-Komponente dieser Erfindung kann ein beliebiger, in der Industrie gebräuchlicher, kommerziell erhältlicher Asphalt sein. Bevorzugt ist der Asphalt im wesentlichen frei von Wasser und er ist im wesentlichen frei von heterocyclischen Verbindungen oder von Verbindungen, die reaktive Stellen aufweisen, die mit Isocyanaten oder Polyolen reagieren. Der meistbevorzugte Asphalt hat einen hohen paraffinischen Kohlenwasserstoff-Gehalt.
Darüber hinaus ist gefunden worden, daß Asphalte mit niedrigen Erweichungspunkten, wie weniger als 176,67 ºC (350 ºF) und bevorzugt weniger als 93,33 ºC (200 ºF) oder darunter, in der vorliegenden Erfindung im allgemeinen besser funktionieren als Asphalte mit höheren Erweichungspunkten. Die niedrigen Erweichungspunkte ermöglichen im allgemeinen ein leichteres Vermischen mit dem Prepolymer, wenn der Verträglichmacher dieser Erfindung verwendet wird, als Asphalte mit höheren Erweichungspunkten. Darüber hinaus sind die elastomeren und die abdichtenden Eigenschaften oft besser. Die erwünschten Eigenschaften eines asphaltischen Endproduktes hängen in hohem Maße vom Endgebrauch des Endproduktes ab und daher können, abhängig von der Verwendung, Asphalte mit hohen Erweichungspunkten in der Tat ausreichend oder vielleicht sogar bevorzugt sein. Der bevorzugteste Erweichungspunkt für eine jeweilige Anwendung kann durch herkömmliches Experimentieren mit durchschnittlicher Geschicklichkeit bestimmt werden.
Bevorzugt wird ein Weichmacher oder ein anderes unreaktives Verdünnungsmittel zur Asphalt-Verbindung zugefügt, um den Asphalt weiter zu erweichen, wodurch es leichter mit der Prepolymer-Komponente zu vermischen ist. Bevorzugte Weichmacher umfassen Dibutoxyethylphthalat ("DBEP"), Diisodecylphthalat ("DIDP"), Dibutylphthalat ("DBP"), Butylbenzylphthalat ("BBP"), Dioctylphthalat ("DOP"), Dioctylsebacinat ("DOS"), Dioctyladipinat ("DOA"), Diethylbutylsebacat ("DEBS"), Dibutoxyethylglutarat, Didecylglutarat, Diisodecylglutarat, Tricresylphosphat, Tributylphosphat und Phosphat-Weichmacher aus dem Boden der Destillationsanlage. Bevorzugter sind Phthalsäurederivate, und Butylbenzylphthalat ist meistbevorzugt.
Die Asphalt-Komponente kann manchmal reaktive Stellen enthalten, die mit Isocyanaten (oder mit Prepolymeren davon) reagieren, wie: funktionellen Sulfhydryl- (-SH), Imino- (-NH&sub2;), substituierten Amino- (-NHR), Carbonsäureamid- (-CONH&sub2;), substituierten Carbonsäureamid- (-CONHR), Sulfonamid- (-SO&sub2;NH&sub2;), substituierten Sulfonamid- (-SO&sub2;NHR), Thioamid- (-SHNH&sub2;) und Sulfonsäure- (-SO&sub2;OH) Gruppen. Solche reaktiven Stellen können schädlich für die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung sein, insbesondere für die Version der vorliegenden Erfindung mit einer Komponente (Systeme mit einer und zwei Komponenten werden unten im Abschnitt mit dem Titel "Härten" diskutiert).
Daher sollte der Asphalt, um unerwünschte Reaktionen zwischen diesen reaktiven Stellen im Asphalt und den Isocyanaten (oder Prepolymeren davon) zu verhindern, zuerst mit einer Blockierungsgruppe wie einem reaktiven Isocyanat (wie einem para-Toluolsulfonylisocyanat oder dergleichen), einem Anhydrid oder Carbodiimid vorbehandelt werden. Die bevorzugte Blockierungsgruppe ist ein Anhydrid wie Phthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid. Das Anhydrid beseitigt auch Wasser innerhalb des Asphalts und Wasser ist im allgemeinen ebenfalls als nachteilig für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt worden. Die bevorzugte Menge der zum Asphalt hinzuzufügenden Blockierungsgruppe beträgt 0,1 bis 5 Gew.-%, obwohl die optimale Menge der Blockierungsgruppe von der jeweiligen Endverwendung des Materials abhängt und daher durch gewöhnliches Experimentieren zu bestimmen sein kann.

Die Polyurethan-Prepolymer-Komponente

Eine zweite Komponente der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Polyurethan-Prepolymer. Dieses Polyurethan-Prepolymer wird durch die Umsetzung eines organischen Polyisocyanats, vorzugsweise eines Diisocyanats, mit einem organischen Polyol gebildet. Die Hydroxylgruppe des Polyols reagiert mit der Isocyanat-Gruppe des Polyisocyanats und die resultierende Additions-Reaktion bindet das Polyol an das Polyisocyanat, wodurch an der Verbindung der zuvor getrennten Moleküle ein Urethan gebildet wird. Die grundsätzliche Reaktion des Diisocyanats mit dem Alkohol ist ein Wasserstoff-Austausch, wobei der Wasserstoff des Alkohols sich an den Kohlenstoff des Isocyanats bindet und umgekehrt der Wasserstoff des Isocyanats an den Sauerstoff des Alkohols gebunden wird, wodurch er ein Urethan wird.
Die funktionellen Isocyanat-Gruppen liegen jedoch bevorzugt in einem beträchtlichen Überschuß vor und daher addieren sich die Polyol-Moleküle an die Polyisocyanat-Moleküle, bis die Polyol-Moleküle im wesentlichen oder vollständig erschöpft sind, und die entstandenen (Prepolymer-) Moleküle weisen nicht umgesetzte funktionelle Polyisocyanat-Gruppe auf. Die entstandenen Moleküle weisen bevorzugt 1 bis 10 funktionelle Isocyanat-Gruppen pro Molekül auf.
Das Prepolymer enthält daher ziemlich große Moleküle mit funktionellen Isocyanat-Gruppen. Die funktionellen Gruppen sind während des Härtens Reaktionsstellen. Das Härten wird unten im Abschnitt mit dem Titel "Härten" diskutiert.
Praktisch jedes Polyisocyanat kann verwendet werden, einschließlich zum Beispiel Methylendi-para-phenylenisocyanat ("MDI"), Toluoldiisocyanat, Polymethylenpolyphenylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat und Mischungen davon. Triisocyanate und höhere Polyisocyanate funktionieren ebenfalls gut. Die meistbevorzugten Polyisocyanate sind aromatische Polyisocyanate wie MDI.
Geeignete Polyole (zur Umsetzung mit dem Polyisocyanat, um dadurch das Polyisocyanat-Prepolymer zu bilden) weisen bevorzugt Urethan oder Harnstoff ausbildende Bestandteile auf wie Polyetherpolyole und weniger bevorzugt Polyesterpolyole einschließlich Diolen und Triolen wie Glycerin oder Glycerol. Acrylierte Polyole funktionieren in der vorliegenden Erfindung jedoch nicht gut. Geeignete Polyole umfassen Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycol, Polybutadienpolyole, Polytetrahydrofuranpolyole und Polycarbonatpolyole und auf Caprolactam basierende Polyole. Solche Polyole können mit einem Alkylenoxid einschließlich zum Beispiel Ethylenoxid, Propylenoxid und Butylenoxid umgesetzt werden, wodurch Polyether-Polyol-Addukte gebildet werden, die nützlich zur Bildung des Polyisocyanat-Prepolymers sind. Das Polyol kann ein Gewichtsmittel des Molekulargewichtes von so wenig wie 250 bis 10 000 oder mehr aufweisen. Weniger bevorzugte Polyole sind Polyesterpolyole, da gefunden wurde, daß sie relativ wasserempfindlich und ein wenig temperaturempfindlicher sind.
Das Polyisocyanat-Prepolymer enthält bevorzugt auch ein oder mehrere unreaktive Verdünnungsmittel, bevorzugt Weichmacher. Diese unreaktiven Verdünnungsmittel modifizieren (vermindern) vorteilhaft die Viskosität des Materials. Die bevorzugten unreaktiven Verdünnungsmittel machen das Endprodukt typischerweise auch weniger temperaturempfindlich, d.h. haltbarer, wenn es bei Temperaturen von mehr als 65,6 ºC (150 ºF) verwendet wird. Bevorzugte Weichmacher umfassen Dibutoxyethylphthalat ("DBEP"), Diisodecylphthalat ("DIDP"), Dibutylphthalat ("DBP"), Butylbenzylphthalat ("BBP"), Dioctylphthalat ("DOP"), Dioctylsebacinat ("DOS"), Dioctyladipinat ("DOA") und Diethylbutylsebacinat ("DEBS"), Dibutoxyethoxyethylsebacinat, Dibutoxyethylsebacinat, Dibutylsebacinat, Dioctyldodecandioat, Diisooctyldodecandioat, Dioctylsebacinat, Dioctylsebacinat (substituiert), Triisooctyltrimellitat, Trioctyltrimellitat, Diisooctyladipinat, Dioctyladipinat, Dioctylazelat, langkettige Alkylalkyletherdiester, Dialkyldietherglutarat, Dibutoxyethoxyethylglutarat, Dibutoxyethylglutarat, Tributylphosphat und Phosphat-Weichmacher aus Böden von Destillationsanlagen. Phthalsäurederivat-Weichmacher sind bevorzugter und Butylbenzylphthalat ist am bevorzugtesten. Der Weichmacher erweicht das Prepolymer und den Asphalt, wodurch sie flüssiger gemacht werden und daher etwas leichter zu vermischen sind.
Die Menge des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyisocyanats sollte ausreichend sein, um eine kohärente, im wesentlichen homogene Masse zu bilden. Typischerweise bedeutet dies, daß das Prepolymer mit einem prozentualen Gewicht von 20 bis 90 %, bevorzugt 50 %, vorhanden ist.

Der Verträglichmacher

Der dritte Bestandteil der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verträglichmacher, bestehend aus einer Polymereinheit oder aus zwei solchen Einheiten, die entweder identisch oder unterschiedlich durch einen Ester, eine Kohlenstoff- oder Etherbindung miteinander verbunden sind, wobei die Einheit die folgende Formel hat:
CH&sub3;-(CnH2n)-R&sub1;
wobei:
n 4 bis 16 ist und
R&sub1; COOH, COO&supmin;M&spplus; ist, worin:
M ein Metall ist, vorzugsweise Zink.
Der paraffinische Teil des Polymers CH&sub3;-(CnH2n)- ist mit dem Asphalt sehr verträglich. Je länger die Kette in einem Molekül des Verträglichmachers ist, desto kompatibler ist das Molekül mit Asphalt. Falls die Kette relativ kurz ist, werden im allgemeinen mehr Moleküle des Verträglichmachers benötigt, um den Asphalt zu suspendieren.
Es ist gefunden worden, daß der polare Teil des Polymers, -R&sub1;, mit dem Polyurethan-Prepolymer, Weichmachern und den meisten in Asphalt-Systemen verwendeten Zusätzen, die im wesentlichen unpolar sind, aber polare organische Teile wie eine Polarität vom Urethantyp aufweisen, verträglich ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist (sind) der (die) Hydroxyl-Bestandteil(e) des halbpolaren Teils des Polymers mit der Urethanbindung des Prepolymers (oder mit jedem anderen organischen Segment mit einer Polarität, die im wesentlichen Urethan ähnlich ist) sehr kompatibel.
In der bevorzugten Ausführungsform neigt (neigen) die Hydroxylgruppe(n) dazu, sich zu der (den) Urethanbindung(en) zu bewegen und neigen dazu, den Verträglichmacher in eine relativ enge Nähe zum Prepolymer-Molekül zu ziehen. Zusätzlich zu den Hydroxylgruppen weist der halbpolare Teil des bevorzugten Verträglichmachers darüber hinaus Kohlenwasserstoff-Gruppen auf, die im wesentlichen unpolar sind und die mit dem unpolaren Teil des Prepolymers sehr verträglich sind.
Als ein Ergebnis unterstützt die Hydroxylgruppe die Suspendierung des Urethanteils des Prepolymers und der Rest des polaren Teils des Prepolymers unterstützt die Suspendierung des unpolaren Teils des Prepolymers, während der paraffinische Teil des Verträglichmachers die Suspendierung der Asphalt-Komponente unterstützt. Als ein Ergebnis hebt der Verträglichmacher den Asphalt in die Suspension, so daß sie im Prepolymer dispergiert ist, wodurch es ihnen ermöglicht ist, gründlich und leicht vermischt zu sein.
Bei Betrachtung des paraffinischen Teils des Verträglichmachers ist die Flexibilität der paraffinischen Kette wichtig und sie unterstützt die Fähigkeit des Verträglichmachers, den Asphalt im Prepolymer zu dispergieren. Daher wären Doppel- oder Dreifachbindungen im Verträglichmacher von Nachteil für den paraffinischen Teil.
Darüber hinaus ist der unpolare Charakter der paraffinischen Kette ebenfalls sehr wichtig. Änderungen der paraffinischen Kette sind für den Verträglichmacher von Nachteil, falls sie die Unpolarität weniger gleichmäßig machen. Im allgemeinen reduziert eine sogar leichte Abweichung von einer reinen Paraffinkette die Verträglichkeit des Asphalts in der Dispersion beträchtlich.
Der polare Teil des Verträglichmachers kann jedoch auf verschiedene Arten verändert werden und ist schwieriger zu definieren. Wie beim paraffinischen Teil ist die Flexibilität der Kette ebenfalls wichtig. Die Kettenflexibilität unterstützt die Fähigkeit des Verträglichmachers, sowohl das Prepolymer als auch den Asphalt zu dispergieren.
Die Flexibilität der Kette kann durch Substitution der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen (im polaren Teil) durch Kohlenstoff-Sauerstoff- oder Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen erhöht werden. Die erhöhte Flexibilität der Ketten vergrößert die Fähigkeit des Verträglichmachers, den Asphalt im Prepolymer zu dispergieren, beeinflußt aber auch seine Polarität. Der polare Teil ist jedoch dafür entwickelt worden, eine nicht-gleichmäßige Polarität zu haben und es ist gefunden worden, daß eine Änderung dieser nicht-gleichmäßigen Polarität die Verträglichkeit im allgemeinen nicht wesentlich vermindert.
Das Prepolymer weist im allgemeinen zahlreiche Urethanbindungen genauso wie Harnstoffbindungen und andere Komponenten auf, die einige organische Polarität haben. Die Polarität der sauerstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Teile des Gerüsts sind im allgemeinen mit diesen Teilen des Prepolymers sehr verträglich.
Als ein Ergebnis verstärkt die erhöhte Flexibilität der Kette, obwohl der halbpolare Teil weniger in der Lage sein kann, einige (unpolare) Teile des Prepolymers aufgrund des Vorliegens von Sauerstoff und von Stickstoff zu suspendieren, die Verträglichkeit und die Polarität aufgrund des Sauerstoffs und des Stickstoffs, wodurch das Suspendieren anderer polarer Teile des Prepolymers unterstützt wird.
Es ist gefunden worden, daß die Esterbindung zwischen dem paraffinischen Teil und dem halbpolaren Teil vorteilhaft ist, obwohl eine genaue Erklärung dafür nicht angegeben werden kann. Eine Erklärung könnte darin bestehen, daß der Ester eine steife Verbindung zwischen zwei sehr flexiblen Teilen des Verträglichmacher-Moleküls ergibt. Da die beiden Teile dazu bestimmt sind, zwei unterschiedliche Komponenten zu suspendieren, hilft der Ester vielleicht, die beiden Teile getrennt und sich gegenseitig beeinflussend mit ihrer dazu bestimmten Komponente zu halten. Vielleicht zieht die relativ hohe Polarität des Esters den Hydroxid-Teil (und daher das Prepolymer) in eine enge Nähe zum paraffinischen Teil (und daher zum Asphalt), wodurch ein verbessertes Vermischen ermöglicht wird. Auf jeden Fall sind Esterbindungen innerhalb der Übergangszone zwischen der paraffinischen Seite und der halbpolaren Seite bevorzugt, sind aber nicht als Teil einer dieser beiden Seiten bevorzugt. Deshalb könnte der Verträglichmacher besser dadurch veranschaulicht werden, daß er eine paraffinische Seite, einen Übergangsteil und eine halbpolare Seite aufweist.
Fettsäuren sind relativ billig und relativ reichlich vorhanden. Es wurden zahlreiche Fettsäuren untersucht und es wurde gefunden, daß sie allgemein eine bemerkenswerte Verträglichmachung ergeben (den Bedarf für Lösungsmittel beim Mischen von Asphalt und Prepolymer signifikant verringern). Metallsalze dieser Fettsäuren wurden ebenfalls untersucht, wobei Metalle wie Zink verwendet wurden, und die Salze ergaben ebenfalls eine bemerkenswerte Verträglichmachung.
Die Fettsäuren wurden dann mit Alkoholen umgesetzt und die Verträglichkeitsmachung erhöhte sich allgemein. Die Verträglichmachung war am besten, wenn ein Diol oder Polyol, insbesondere ein Diol, verwendet wurde, um auf diese Weise eine paraffinische Kette herzustellen, die durch eine Esterbindung an einer flexiblen Kette mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen befestigt ist. Die Verträglichmachung war im allgemeinen besser, wenn nur eine Hydroxylgruppe in der Kette vorlag, insbesondere in Richtung des endständigen Endes der Kette.
Fettsäuren wurden mit Diolen umgesetzt, insbesondere mit Ethylenglycol und Propylenglycol. Die beste Verträglichkeitsmachung wurde erreicht, wenn Stearinsäure mit Propylenglycol umgesetzt wurde, wodurch Propylenglycolmonostearat hergestellt wurde. Die Polystearat-Version dieses Moleküls, Bisstearylesterpolypropylendiol, ergab ebenfalls eine hervorragende Verträglichmachung.
Es wurden daher weitere Arbeiten durchgeführt und es wurde gefunden, daß das paraffinische / halbpolare Molekül mit einem weiteren paraffinischen / halbpolaren Molekül (entweder mit dem gleichen oder einem unterschiedlichen) durch eine Ester-, Ether- oder Kohlenstoffbindung verbunden werden konnte und daß das entstandene Molekül allgemein gut als Verträglichmacher funktionieren würde. Drei solche miteinander verbundene Moleküle ergaben jedoch keine guten Ergebnisse der Verträglichmachung.
Es wurden mehrwertige Alkohole untersucht, insbesondere Triethylenglycol. Triethylenglycolcapratcaprylat und Triethylenglycoldipelargonat ergaben beide eine bemerkenswerte Verträglichmachung und es wird angenommen, daß die meisten mit einer Fettsäure umgesetzten Alkohole wenigstens zu einem gewissen Grad eine Verträglichmachung ergeben. Es wurden Polyole mit Ethergruppen mit Fettsäuren umgesetzt und es wurde gefunden, daß sie ebenfalls eine außergewöhnliche Verträglichmachung ergeben.
Nach dem Lesen der vorliegenden Offenbarung und mit Kenntnis der zahlreichen zuvor beschriebenen Verträglichmacher sollte der durchschnittliche Fachmann leicht in der Lage sein, naheliegende Variationen des bevorzugten Verträglichmachers dieser Erfindung zu entwickeln. Abhängig vom Endgebrauch und den Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Endproduktes kann eine naheliegende Veränderung der bevorzugten Ausführungsform geeigneter sein.
Je größer zum Beispiel die Menge des verträglich zu machenden Asphalts ist, um so wichtiger ist der paraffinische Teil des Verträglichmachers. Entweder sollte die paraffinische Kette sehr lang sein oder eine große Anzahl solcher Ketten sollte vorhanden sein. Falls eine geringere Menge an Asphalt verwendet wird, ist der optimale Verträglichmacher primär vom halbpolaren Teil des Verträglichmachers abhängig. Falls das Prepolymer im wesentlichen unpolar ist, sollte der halbpolare Teil des Verträglichmachers im allgemeinen unpolar sein. Falls eine erhöhte Menge an Urethanteilen vorliegt oder falls das Prepolymer ziemlich polar ist, können mehr Hydroxylgruppen oder mehr Etherbindungen benötigt werden, um den optimalen Verträglichmacher zu erhalten.
Es wäre unmöglich, alle möglichen Variationen der bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf alle möglichen Materialien auf der Basis von Asphalt-Prepolymer zu prüfen und zu beschreiben und dies ist den Fähigkeiten des durchschnittlichen Fachmanns nach dem Lesen der vorliegenden Patentschrift überlassen worden.
Der Verträglichmacher ist bevorzugt im Bereich zwischen 0,01 % bis 5 % vorhanden, wobei 0,1 % am bevorzugtesten ist (alle Prozentangaben hierin sind Gewichtsprozente, soweit dies nicht anders angegeben ist). Da der optimale Verträglichmacher und die Konzentration des Verträglichmachers von der Endgebrauchs- Anwendung der asphaltischen Verbindung abhängig sein können, können der optimale Verträglichmacher und die optimale Konzentration an Verträglichmacher bestimmt werden, indem durchschnittliche Fertigkeiten und durchschnittliches Routine-Experimentieren eingesetzt wird.
Der Verträglichmacher dieser Erfindung verringert die Notwendigkeit für ein flüchtiges organisches Lösungsmittel beträchtlich, da das Fettsäurederivat (oder Nicht-Derivat) überraschend eine ausreichende Mischbarkeit zwischen den Komponenten des Materials erzeugt, um ein fließbares, aus vermischtes System zu erzeugen.
Das entstandene Material kann leicht gemischt oder vermischt werden und kann gepumpt, als Film ausgegossen, aufgesprüht oder spritzgegossen werden. Das entstehende asphaltische elastomere Material kann als Bedachungs-Dichtmittel, Autobahn-Dichtmittel, Unterbodenschutz für Automobile, Fenster-Mastixharz oder irgendeine Anwendung aus einer Anzahl ähnlichen Typs nützlich sein.
Der Verträglichmacher stört die meisten chemischen Reaktionen, die normalerweise in Asphalt-Systemen verwendet werden, nicht und kann in einem einteiligen oder in einem zweiteiligen Asphalt-System eingesetzt werden. Anders als herkömmliche organische Lösungsmittel-Verträglichmacher, die eine Umwelt- und Gesundheitsgefahr darstellen können, ist der Verträglichmacher der vorliegenden Erfindung nicht flüchtig und im Vergleich mit herkömmlichen bekannten Verträglichmachern relativ ungiftig.

Härten

Die Polymerisations-Reaktion des Polyurethan-Prepolymers wird allgemein als "Härten" bezeichnet. Vor dem Härten ist die Mischung im wesentlichen fließfähig oder formbar, aber nach dem Härten verursacht das entstandene Polymer-Netzwerk im allgemeinen, daß das Material ein nicht-fließfähiger, nicht-formbarer elastomerer Festkörper ist.
Das Härten erzeugt eine klebende Bindung zu den meisten porösen in Berührung gebrachten Oberflächen. Die Abdicht-Eigenschaften der vorliegenden Erfindung funktionieren im allgemeinen gut, da die Asphalt-Komponente im allgemeinen in die poröse Oberfläche eindringt, auf die sie aufgetragen ist, wodurch dem Prepolymer eine wesentliche Kontakt-Oberfläche zur Verfügung gestellt wird, an die sie, wenn sie aushärtet, bindet.
Die Aushärt-Reaktion ist nicht reversibel und wenn das Material einmal aushärtet, ist das Material im allgemeinen nicht mehr fließfähig oder formbar. Falls das verwendete Material als Dichtmittel verwendet wird, ist die entstehende elastomere Abdichtung (aufgrund des Härtens) relativ dauerhaft - falls das Material weggebrochen und wieder auf eine Kontakt-Oberfläche aufgebracht wird, wird das Material im allgemeinen weniger wünschenswerte Dichtungs-Eigenschaften aufweisen als es sie ursprünglich hatte (Der Asphalt kann wiederum in die poröse Oberfläche eindringen, aber die durch die Aushärt-Reaktion geschaffene wesentliche Adhäsion ist im allgemeinen für immer verloren).
Daher ist es nicht überraschend, daß das asphaltische Material der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in seinem vorgehärteten Zustand gelagert und transportiert wird. Die Mischung wird bevorzugt aufgetragen und anschließend härten gelassen. Das Härten kann auf eine Anzahl von Arten initiiert werden.
In einem einteiligen System wird das Härten durch Feuchtigkeit initiiert und verbreitet, vorzugsweise durch Luftfeuchtigkeit. Als Folge wird das vorgehärtete Material im allgemeinen in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung transportiert und aufbewahrt. Wenn das Material unter Umgebungsbedingungen aufgetragen wird und freiliegt, reagiert das Wasser in der Luft mit den funktionellen Isocyanat-Gruppen des Prepolymers, wodurch ein Amin (Harnstoff) gebildet wird und wobei Kohlenstoffdioxid als ein Nebenprodukt abgegeben wird.
Das Amin wird seinerseits bereitwillig und schnell mit einer weiteren vorhandenen funktionellen Isocyanat-Gruppe reagieren. Die Amin-Isocyanat-Reaktion ist eine Additionsreaktion, in der die beiden Prepolymerketten aneinander gebunden werden, wodurch eine funktionelle disubstituierte Harnstoffgruppe am Verbindungspunkt der beiden Prepolymer-Ketten gebildet wird. Diese Aushärt-Reaktion bildet innerhalb des Asphalts ein Polymer- Netzwerk, das Stärke, Kohäsion, Adhäsion und elastomere Eigenschaften (die elastomeren Eigenschaften gehen primär auf die Urethangruppen innerhalb des Polymer-Netzwerkes zurück) schafft.
Es kann auch ein Übermaß anderer Aushärt-Reaktionen eingesetzt werden. Es könnte dem einteiligen System ein zweites Härtungsmittel hinzugefügt werden, das ebenfalls mit Feuchtigkeit reagieren würde, wodurch ein Reaktionsprodukt (normalerweise ein Amin) gebildet wird, das die Polymerisation des Prepolymers initiieren und verbreiten würde. Solche sekundären Härtungsmittel werden oft als nützlich empfunden, da die Aushärt-Reaktion nicht Kohlendioxid als Nebenprodukt produziert, was für gewisse Anwendungen vorteilhaft sein kann. Sekundäre Aushärt-Reagenzien für einteilige Polymerisations-Reaktionen auf der Basis von Isocyanat wie Oxazolidin oder Ketimin sind in der Technik wohlbekannt.
In einem zweiteiligen System wird ein Vernetzungsmittel gerade vor dem Auftragen in das System gemischt. In solchen Systemen ist in der Industrie eine große Anzahl von akzeptablen Vernetzungsmitteln bekannt. Säuren, Amine, Hydroxide oder praktisch jedes Wasserstoff abgebende Molekül können verwendet werden, um die Polymerisation eines Polyurethan-Prepolymers zu initiieren und zu verbreiten.
Jedoch werden einteilige Systeme im allgemeinen bevorzugt, da Endverbraucher das Vermischen vor der Anwendung im allgemeinen als unangemessen lästig empfinden, insbesondere, wenn eine bestimmte Mischausrüstung notwendig ist oder wenn der Zeitraum und die Qualität des Mischens einen kleinen Fehlerspielraum aufweisen.
Unabhängig davon, ob ein einteiliges oder ein zweiteiliges System verwendet wird, bildet ein großer Überschuß an Isocyanat oft ebenfalls ein vernetztes Polymer-Netzwerk aus, da die Urethan- oder die disubstituierten Harnstoff-Gruppen (gebildet an der Verbindungsstelle der beiden Prepolymere) ihrerseits mit dem Isocyanat reagieren können, wobei im Fall einer Urethan- Reaktion ein Allophanat (RNHCOHR&sub1;COOR') und im Fall eines disubstituierten Harnstoffs ein substituierter Biuret (RNHCONR'CONHR") gebildet werden können.

Andere Zusätze

Es können andere Zusätze zugefügt werden, um die physikalischen Eigenschaften der entstehenden Verbindung fein abzustimmen. Wahlfreie Bestandteile, die verwendet werden können, umfassen zum Beispiel solche Katalysatoren (d.h. Imidazolzinn oder andere bekannte Metall-Katalysatoren), Füllstoffe und Zusätze, die auf herkömmliche Weise in asphaltischen Materialien oder Polymeren auf Isocyanatbasis verwendet werden, wie Antioxidantien, Schutzmittel und dergleichen. Falls durch die Aushärt-Reaktion Kohlendioxid freigesetzt wird (als wenn Wasser mit einer funktionellen Isocyanat-Gruppe reagiert), kann ein Absorbenz wie ein Molekularsieb verwendet werden, um das Kohlendioxid zu absorbieren, wodurch im wesentlichen eine unerwünschte Gasentwicklung während des Härtens verhindert wird.
Bevorzugte Füllstoffe würden organische Tone umfassen. Solche Füllstoffe umfassen bevorzugt ein Bentonitton- oder Hectoritton-Plättchen, an dessen beide Oberflächen langkettige organische Verbindungen gebunden sind. Wenn es als Füllstoff verwendet wird und wenn das System in Ruhe ist, agglomerieren die langkettigen Komponenten des organischen Tons, wodurch das System dick und feststoffartig gemacht wird. Wenn jedoch eine Scherkraft angelegt wird, wenn das Material zum Beispiel bewegt und/oder aufgetragen wird, dispergieren die langkettigen Komponenten, wodurch eine Emulsion gebildet wird, die die Fließeigenschaften des Materials (der organische Ton verdickt das Material nicht mehr, ohne daß oder bis er wieder zur Ruhe kommt und die langkettigen Komponenten wiederum agglomerieren) verbessert. Solche Füllstoffe ermöglichen einen einfachen Auftrag, da sie die Fließfähigkeiten der Verbindung während des Aufbringens der Verbindung nicht wesentlich behindern und solche Füllstoffe das Material auch verdicken, wenn es einmal zur Ruhe kommt, wodurch das Material im wesentlichen am Wegfließen von dem Bereich, auf den es aufgetragen wurde, gehindert wird.
Andere mögliche Zusätze würden solche Reglersubstanzen und Zusätze umfassen, die auf herkömmliche Weise zur Bildung von natürlichen und synthetischen Elastomeren verwendet werden. Solche Zusätze umfassen Flammenhemmer, Verstärkungen (sowohl aus Teilchen bestehend als auch fasrig), schwere und leichte Füllstoffe, UV-Stabilisatoren, Treibmittel, Geruchsstoffe, Antistatika, Insektizide, Bakteriostatika, Fungizide, oberflächenaktive Mittel und dergleichen. Zusätzlich sollte erkannt werden, daß zusätzliche herkömmliche Elastomere als ein Bestandteil enthalten sein können, um das Asphalt-Material dieser Erfindung zu bilden. Solche zusätzlichen Elastomere umfassen zum Beispiel Polysulfid, EPDM, EPR-Ethylen, Propylen-Dien-Monomer, Ethylen-Propylen-Terpolymer, Polychlorbutadien, Styrol- Butadien-Kautschuk, Nitrilkautschuk und dergleichen.

Das Endprodukt

Das entstehende Material ist frei von Beanspruchung durch das Verdampfen von Lösungsmittel (d.h. Brechen, Blasenbildung und dergleichen), was vielen Klebstoff-Systemen aus Asphalt zu eigen ist. Der Verträglichmacher verstärkte überraschend auch die "Rohstärke" der entstehenden Asphalt-Verbindungen - d.h., der Fähigkeit der Asphalt-Verbindung, klebrig zu sein und im Verlauf der Übergangszeit zwischen dem gehärteten und dem nicht gehärteten Zustand zu kleben. Die hohe Rohstärke der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft, da die Verbindung im allgemeinen verwendet werden kann, ohne daß Klammern oder Vorrichtungen ähnlichen Typs verwendet werden, da das Material praktisch beim Kontakt klebt und bindet. Das Haftvermögen und das Binden wächst in dem Maße, in dem das Härten fortschreitet, an.

Bevorzugtes Herstellungsverfahren

Ein einstufiges System ist bevorzugt, da es die Notwendigkeit für ein Mischen von zwei Komponenten gerade vor dem Auftragen eliminiert und das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des einstufigen Systems ist wie folgt:
1. Das Prepolymer wird bei einer leicht erhöhten Temperatur (60,00 bis 87,78 ºC (140 bis 190 ºF)) in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung gemischt und umfaßt (in Gewichtsteilen des Endmaterials, nicht in Gewichtsteilen des Prepolymer-Materials):
a) 20 bis 75 Gewichtsteile und meistbevorzugt 34 Gewichtsteile eines Polyols mit einem Equivalentgewicht von 2000;
b) 2 bis 15 Gewichtsteile und meistbevorzugt 7 Gewichtsteile eines unreaktiven Verdünnungsmittels, bevorzugt eines Weichmachers;
c) 2 bis 20 Gewichtsteile und meistbevorzugt 7 Gewichtsteile eines Diisocyanats mit einem Equivalentgewicht von 150 und
d) eine Spurenmenge eines Katalysators (bevorzugt Zinn), vorzugsweise wenigstens ungefähr 0,01 Gewichtsteile.
2. Das Prepolymer umfaßt bevorzugt 20 bis 90 Gewichtsteile, bevorzugt 50 Gewichtsteile, des Endmaterials. Das Prepolymer wird beiseite gestellt und nicht vor untenstehendem Schritt 10 verwendet.
3. Die Asphalt-Komponente wird in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung bis auf ihren Erweichungspunkt erhitzt oder bis es im wesentlichen eine Flüssigkeit ist. Die Menge an Asphalt beträgt vorzugsweise 10 bis 80 Gewichtsteile und am bevorzugtesten 38 Gewichtsteile. Der Asphalt sollte in während der gesamten nachfolgenden Herstellungsschritte in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung kontinuierlich bis zu seinem Erweichungspunkt erhitzt werden.
4. Die unreaktiven Verdünnungsmittel (am bevorzugtesten (ein) Weichmacher) werden zum erhitzten Asphalt hinzugefügt. Die Menge der unreaktiven Verdünnungsmittel beträgt bevorzugt 2 bis 20 Gewichtsteile, meistbevorzugt 9 Gewichtsteile.
5. Das Blockiermittel, bevorzugt ein Anhydrid, Isocyanat oder Carbodiimid, wird hinzugefügt. Die bevorzugte Menge an Blockiermittel beträgt 0,2 bis 5 Gewichtsteile, am bevorzugtesten 0,6 Gewichtsteile.
6. Die Materialien werden gemischt, bis alle Materialien dispergiert oder gelöst sind.
7. Ein Katalysator wird hinzugefügt (vorzugsweise Zinn, Imidazol, oder andere Metall-Katalysatoren). Die bevorzugte Katalysatormenge beträgt wenigstens 0,1 Teile pro Million.
8. Das Mischen wird fortgesetzt und alle gewünschten Additive werden hinzugefügt (Verdickungsmittel, Thixotrope, Antioxidantien und Schutzstoffe). Die bevorzugte Menge an Zusätzen beträgt 2 bis 25 Gewichtsteile.
9. Anschließend wird der Verträglichmacher hinzugefügt. Die bevorzugte Menge an Verträglichmacher beträgt wenigstens 0,01 Gewichtsteile, am bevorzugtesten 0,05 Gewichtsteile.
10. Das Prepolymer wird hinzugefügt und dann wird das Mischen fortgesetzt, bis das gesamte Material dispergiert oder gelöst ist.
11. Die Mischung wird abkühlen gelassen und in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung gelagert.

Beispiele

1. Das Prepolymer wurde bei Raumtemperatur in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung gemischt und umfaßt (in Gewichtsteilen des Endproduktes, nicht in Gewichtsteilen des Prepolymer-Materials):
a) 34 Gewichtsteile eines Polyethertriols mit einem Equivalentgewicht von 2000;
b) 7 Gewichtsteile Butylbenzylphthalat;
c) 7 Gewichtsteile Diphenylmethandiisocyanat und
d) eine Spurenmenge eines Zinn-Katalysators, ungefähr 1 ppm.
2. Das Prepolymer wurde in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung zur Seite gestellt und nicht vor untenstehendem Schritt 10 verwendet.
3. 38 Gewichtsteile eines Asphalts industrieller Güte wurde in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung bis auf seinen Erweichungspunkt erhitzt. Der Asphalt wurde während der gesamten nachfolgenden Herstellungsschritte in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung kontinuierlich auf seinen Erweichungspunkt erhitzt und vermischt.
4. Zum erhitzten Asphalt wurden ungefähr 9 Gewichtsteile Butylbenzylphthalat hinzugefügt.
5. Anschließend wurden 0,6 Gewichtsteile Maleinsäureanhydrid zum erhitzten Asphalt hinzugefügt.
6. Die Asphalt-Mischung wurde ungefähr 30 Minuten lang vermischt, bis alle Materialien dispergiert oder gelöst waren.
7. Anschließend wurde eine Spurenmenge eines Zinn-Katalysators zugegeben, ungefähr 0,05 Gewichtsteile, und der Asphalt wurde ungefähr 2 Stunden lang gemischt.
8. 1 Gewichtsteil eines thixotropen Füllstoffes aus ausgefälltem Siliciumdioxid und ungefähr 4 Gewichtsteile eines Füllstoffes aus Calciumcarbonat-Teilchen wurden anschließend hinzugefügt.
9. Dann wurden 0,05 Gewichtsteile Propylenglycolmonostearat hinzugefügt.
10. Der Asphalt wurde gemischt, bis alle Materialien vermischt oder gelöst waren und anschließend wurde das Prepolymer hinzugefügt und ungefähr 30 Minuten lang vermischt, bis alle Materialien dispergiert oder gelöst waren.
11. Die Endmischung wurde abkühlen gelassen und in einer im wesentlichen wasserfreien Umgebung aufbewahrt.
Obige Mischung wurde geprüft und es wurde gefunden, daß sie ordentlich über Nacht zu einem unter den meisten Freiluft-Wetterbedingungen kommerziell akzeptablen Elastomer aushärtet. Die relative Feuchtigkeit über Nacht kann so niedrig wie ungefähr 30 % sein und die Temperatur über Nacht kann so gering wie ungefähr -17,8 ºC (0 ºF) sein und das Material härtet in 10 bis 20 Stunden ordentlich aus. Bei höheren Temperaturen und relativen Feuchtigkeiten härtet das Material sehr viel schneller.
Der Aushärt-Zeitraum kann durch das Erhöhen oder Vermindern der Katalysatormenge in der Formulierung oder durch das Hinzufügen einer intermediären wasserhärtenden Komponente anstelle des Katalysators, wie Oxazolidin oder Ketimin, eingestellt werden.
Das Oxazolidin oder Ketimin kann anstelle des Katalysators in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,5, hinzugefügt werden.
Nach dem Aushärten wies das entstandene Produkt aus Beispiel 1 eine hervorragende Schäladhäsion, Zugadhäsion und Überlappungsscherung auf. Das Material war sehr haltbar und witterungsbeständig und würde wahrscheinlich sehr gut als Bedachungs- Klebstoff oder dergleichen funktionieren.
Wahlweise kann ein zweiteiliger Klebstoff hergestellt werden, worin obiges Material mit einem Amin oder anderen, Wasserstoff spendenden Verbindungen gerade vor der Anwendung vermischt wird. Das Amin reagiert mit dem Prepolymer normalerweise sehr viel bereitwilliger, als Wasser dies würde. Als ein Ergebnis härtet das Material sehr viel schneller und reagiert nicht signifikant mit Wasser (und gibt daher nicht signifikant Kohlendioxid als Nebenprodukt ab).
Wahlweise kann eine Blockierungsgruppe in die funktionellen Isocyanatgruppen eingearbeitet werden, so daß das Material nicht mit Wasser reagiert. Anschließend kann ein Vernetzungsmittel gerade vor der Anwendung mit dem Material vermischt werden, wodurch die Blockierungsgruppe entfernt wird und das Härten initiiert und/oder verbreitet wird.
Die die Polymerisation von Isocyanat-Prepolymeren betreffende Chemie ist gut entwickelt und eine vollständige Diskussion der Einkomponenten- und Zweikomponenten-Aushärtsysteme wäre so umfangreich, daß sie mit Hinblick auf die Tatsache, daß die vorliegende Erfindung nicht auf ein bestimmtes Aushärt-System, sondern eher auf einen innovativen Verträglichmacher ausgerichtet ist, unangemessen wäre. Eine solche erschöpfende Diskussion von Aushärt-Systemen ist daher nicht notwendig und kann die vorliegende Erfindung unverständlich machen. Solche Aushärt-Systeme sind wohlbekannt oder können leicht durch einen durchschnittlichen Fachmann entwickelt werden, indem routinemäßiges Experimentieren und ein in der Technik wohlbekanntes Wissen eingesetzt werden.
Die vorstehende Diskussion ist vorgelegt worden, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen. Zuvor angegebene Einzelheiten sind primär dargestellt worden, um den durchschnittlichen Fachmann bei der Verdeutlichung der bevorzugten Ausführungsform und den zahllosen anderen möglichen Ausführungsformen dieser Erfindung zu unterstützen, und es ist nicht beabsichtigt, daß solche Einzelheiten irgendwelche Einschränkungen für diese Erfindung schaffen. Viele Verbesserungen und Modifizierungen sind sicherlich möglich und es wäre unmöglich, jeden vorstellbaren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ausführlich zu beschreiben. Daher ist durch das Versäumnis, jeden solchen Gesichtspunkt zu beschreiben, nicht beabsichtigt, irgendeine Einschränkung für die vorliegende Erfindung zu schaffen.

Claims

1. Lösungsmittelfreie Mischung, die eine wasserfreie, durch Feuchtigkeit aushärtbare Asphalt-Dispersion mit einem Erweichungspunkt unterhalb von 176.67 ºC (350 ºF) in einem Polyurethan-Prepolymer umfasst, der Asphalt im wesentlichen keine funktionellen, mit einer funktionellen Gruppe des Prepolymers reagierenden Gruppen enthält, die Dispersion durch einen Verträglichmacher aufrechterhalten wird, der Verträglichmacher in einer Menge im Bereich von 0.01 bis 5 Teilen auf 100 Teile der Mischung vorhanden ist, der Verträglichmacher durch die Struktur

CH&sub3;-(CnH2n)-R&sub1;

dargestellt wird, wobei:

n im Bereich von 4 bis 16 liegt, und

R&sub1; COOH, COO&supmin;M&spplus; ist,

wobei

M ein Metall ist oder der Verträglichmacher aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Propylenglykol-monostearat, Bisstearylester-polypropylendiol, Ethylenglykol- monostearat, Triethylenglykolcaprinat-caprylat und Triethylenglykol-Dipelargonat besteht.

2. Lösungsmittelfreies asphaltisches Material, welches 25 bis 75 Gew.-% eines Polyurethan-Prepolymers; 15 bis 75 Gew.-% Asphalt mit einem Erweichungspunkt unterhalb von 176.67 ºC (350 ºF) und im wesentlichen ohne funktionelle, mit einer funktionellen Gruppe des Prepolymers reagierenden Gruppen, und einen Verträglichmacher nach Anspruch 1 umfasst.

3. Material nach Anspruch 2, wobei der Asphalt einen Erweichungspunkt im Bereich von 93.33 ºC bis weniger als 176.67 ºC (200 ºF bis weniger als 350 ºF) aufweist.

4. Material nach Anspruch 3, wobei das Prepolymer 25 bis 65 Gew.-% Polyol, 5 bis 20 Gew.-% Diisocyanat umfasst und das Material 5 bis 20 Gew.-% eines Weichmachers enthält.

5. Material nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Asphalt ohne funktionelle Gruppen ein Blockierungsmittel enthält, das aus der ein reaktives Isocyanat oder Carbodiamid enthaltenen Gruppe ausgesucht und in einer Menge von 0.1 bis 5 Gewichtsteilen zugefügt ist.

6. Verfahren zum Formen einer Dispersion von Asphalt in einem Polyurethan-Prepolymer mit einem wie in Anspruch 1 definierten Verträglichmacher wie in den Ansprüchen 1 bis 3 beansprucht, die Methode umfassend:

Das Mischen des Asphalts mit einem Erweichungspunkt unterhalb von 176.67 ºC (350 ºF) und des Polyurethan- Prepolymers mit einem Verträglichmacher.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Asphalt einen Erweichungspunkt im Bereich von 93.33 bis weniger als 176.67 ºC (200 ºF bis weniger als 350 ºF) aufweist.