DE69217622T2

DE69217622T2 - Heisssiegelbare Dachbahn mit hochkristallinen Thermoplastizitätpromotoren und Dachabdeckungsverfahren

Info

Publication number: DE69217622T2
Application number: DE69217622T
Authority: DE
Inventors: James A Davis; Joseph K Valaitis
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1992-11-23
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2012-11-24
Also published as: CA2084642A1; EP0545196A1; US5256228A; DE69217622D1; ES2098426T3; JPH05239275A; EP0545196B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft allgemein ein Folienmaterial, das für Bedachungszwecke verwendet wird. Insbesondere besteht das Folienmaterial aus Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymeren, die hierin als EPDM bezeichnet werden und hochkristallinen Thermoplastizitätsbeschleunigern, wie Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) und anderen ähnlichen Olefinpolymeren sowie Copolymeren von Ethylen/Buten und Ethylen/Octen und dergleichen, und Gemischen davon. Es wird auch ein Verfahren zum Decken von Dächern bereitgestellt, das die Stufe der Verwendung des erfindungsgemäßen Folienmaterials umfaßt.

Stand der Technik

Polymere Folienmaterialien für Dächer werden als Bedachungsmembranen mit einer einzigen Schicht zum Decken von Dächern von Industriegebäuden und Handelsgebäuden verwendet. Solche Membranen werden im allgemeinen auf die Dachoberfläche in vulkanisiertem oder gehärtetem Zustand aufgebracht.
Aufgrund der hervorragenden Bewitterungsbeständigkeit und Flexibilität haben Dachfolienmaterialien aufder Basis von vulkanisiertem EPDM eine rasche Akzeptanz gefunden. Dieses Material wird normalerweise dadurch hergestellt, daß die Masse in Gegenwart von Schwefel oder von Schwefel enthaltenden Verbindungen, wie Marcaptanen, vulkanisiert wird. Die US-PS 4.803.020 beschreibt auch die Verwendung von durch Strahlung vernetzenden Beschleunigern in EPDM-Folienmassen, die durch ionisierende Strahlung vulkanisiert werden können.
Trotz der Eignung der Vulkanisation mit Strahlung und mit Schwefel stellt die fehlenden Selbstklebefähigkeit von EPDM, insbesondere vulkanisiertem EPDM, einen Nachteil dar. Dies stellt deswegen ein schwerwiegendes Problem dar, weil es bei der Aufbringung von EPDM-Folien auf Dächer üblicherweise erforderlich ist, die vulkanisierten EPDM-Folien miteinander zu verspleißen Dieser Verspleißungs- oder Nahtbereich ist sowohl kurzzeitigen als auch langzeitigen Beanspruchungen unterworfen, wie sie beispielsweise durch Bewegung des Dachs starke Winde, Frost-Tau-Zyklen und thermische Zyklen, bewirkt werden. Solche Beanspruchungen können sich ihrerseits in Scherkräften oder Abschälkräften manifestieren, d.h. die Naht trennt sich unter schweren Beanspruchungsbedingungen auf, oder es resultiert bei weniger scharfen Bedingungen eine teilweise geöffnete Naht (die oftmals als Fischmaulzustand bezeichnet wird).
Im Hinblick auf das vorstehende Problem ist es erforderlich gewesen, einen Klebstoff zu verwenden, um die vulkanisierten EPDM-Folien miteinander zu verbinden. Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich wird, muß ein Klebstoff für die miteinander erfolgende Verklebung von vulkanisierten EPDM-Elastomerdachfolien einer Anzahl von Erfordernissen genügen, die extrem schwierig zu erfüllen sind. So muß der Klebstoff eine genügende Abschäl- und Klebfestigkeit ergeben, daß die durch Verbindung der vulkanisierten EPDM-Dachfolien gebildete Verspleißung sowohl kurzzeitigen als auch langzeitigen Beanspruchungen widerstehen kann, wie sie oben beschrieben wurden. Weiterhin muß der Klebstoff gegenüber Oxidation, Hydrolyse und chemischem Angriff von angesammeltem Wasser beständig sein. Dazu kommt noch, daß der Klebstoff die wichtige Eigenschaft ergeben muß, die auf dem Klebstoffgebiet oftmals als "Schnellverklebung", bezeichnet wird. Die Bezeichnung "Schnellverklebung" bedeutet den Zustand, daß zwei Folien des Materials, die mit einem Klebstoff beschichtet worden sind, beim gegenseitigen Kontaktieren praktisch sofort die Klebfestigkeit entwickeln.
Die Schnellverklebung ist eine extrem wichtige Eigenschaft bei einem Klebstoff, der dazu verwendet wird, vulkanisierte EPDM-Elastomerdachfolien miteinander zu verspleißen So brauchen die derzeit bekannten Klebstoffe im allgemeinen eine Zeit von etwa 2 bis 7 Tagen bei Raumtemperatur (d.h. 22ºC), um die maximale Klebfestigkeit zu erreichen. Bei höheren Umgebungstemperaturen kann diese Zeitspanne zwar etwas geringer sein, doch beträgt sie im allgemeinen mindestens 24 h. Die herkömmliche Verfahrensweise zum miteinander erfolgenden Verspleißen der EPDM-Dachfolien besteht darin, daß die Verspleißung innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne nach Aufbringen der Klebstoffbeschichtung auf jede Folie im allgemeinen innerhalb von 30 min, jedoch oftmals auch innerhalb einer kleineren Zeitspanne, hergestellt wird. Demgemäß muß der Klebstoff eine genügende Anfangsklebfestigkeit oder eine Schnellverklebung ergeben, daß die Verspleißung Beanspruchungen von Winden, Bewegungen, Handhabung durch Installatoren etc. widerstehen kann, bis der Klebstoff seine maximale Festigkeit erreicht, was im allgemeinen 2 bis 7 Tage in Anspruch nimmt.
Handelsübliche Kontaktklebstoffe, die herkömmlicherweise zum miteinander erfolgenden Verbinden von vulkanisierten EPDM- Elastomerdachfolien verwendet werden, bestehen im allgemeinen aus Lösungen von Neoprenpolymeren oder neoprenartigen Polymeren oder von Butylpolymeren oder butylartigen Polymeren in aromatischen oder aromatisch-aliphatischen Lösungsmitteln, die 2-Butanon, oftmals zusammen mit klebrigmachenden Harzen, enthalten. Solche Klebstoffe haben sich aber aufgrund ihrer Abschälungsadhäsionsfähigkeiten, die geringer als erwünscht sind, als nicht sehr zufriedenstellend erwiesen. Somit ergeben Klebstoffe vom Neopren- oder Butyltyp oftmals nur Abschälungsadhäsionswerte bei 22ºC von nur 1 bis 2 pound pro linearem inch.
Druckempfindliche Klebstoffzusammensetzungen und Kontaktklebstoffzusammensetzungen, die neutralisierte, teilweise neutralisierte oder nicht neutralisierte Sulfonatelastomere, klebrigmachende Harze und organische Lösungsmittel oder Gemische von organischen Lösungsmitteln enthalten, sind im Stand der Technik beispielsweise gemäß der US-PSen Nr. 3.801.531 und 3.867.247, bekannt.
Die US-PS 3.801.531 betrifft druckempfindliche Klebstoffzusammensetzungen, die Thiouroniumderivate von ungesättigten Elastomeren oder neutralisierte, teilweise neutralisierte oder nicht neutralisierte sulfonierte Elastomere mit Einschluß von sulfoniertem EPDM, klebrinmachende Harze mit Einschluß von Phenolformaldehyd- oder Alkylphenolformaldehydharzen und organische Lösungsmittel oder Gemische von organischen Lösungsmitteln mit Einschluß eines bevorzugt 90:10- Gemisches von Toluol und Isopropylalkohol enthalten.
Die US-PS 3.867.247 betrifft Klebstoffkontaktzemente, die neutralisierte, teilweise neutralisierte oder nicht neutralisierte sulfonierte Butylelastomere, klebrigmachende Harze mit Einschluß von Phenolformaldehyd- oder Alkylphenolformaldehydharzen und organische Lösungsmitteln oder Gemische von organischen Lösungsmitteln mit Einschluß eines bevorzugt 90:10-Gemisches von Toluol und Isopropylalkohol enthalten.
Die in den vorgenannten Patentschriften beschriebenen Klebstoffzusammensetzungen leiden an einem signifikanten Nachteil, der ihre Eignung als Kontaktklebstoff zum miteinander erfolgenden Verbinden von vulkanisierten EPDM-Elastomerbedachungsfolien stark beschränkt. Dieser Nachteil ist das Fehlen der Schnellverklebungseigenschaften.
Ein Klebstoffsystem für EPDM-Elastomere, das eine gute Schnellverklebung ergibt, wird in der US-PS Nr. 4.480.012, beschrieben. Diese Klebstoffe enthalten ein elastomeres neutralisiertes sulfoniertes elastomeres EPDM-Terpolymeres, ein organisches Kohlenwasserstofflösungsmittel, ein para-alkyliertes Phenolformaldehyd, Klebrigmachungsharz und ein Alkylphenol oder ein ethoxyliertes Alkylphenol. Während die Verwendung von solchen Klebstoffzusammensetzungen eine wirksame Maßnahme für die Verbindung und Verschweißung der Kanten bzw. Ränder von elastomeren Bedachungsmaterialien ist, würden, wenn die Verwendung von Klebstoffen eliminiert werden könnte, die zusätzlichen Arbeitskosten und die für die Aufbringung des Klebstoffs erforderlichen Anlagen signifikante Kostenersparnisse ergeben.
Weiterhin würde auch die Eliminierung der Notwendigkeit, das Material vor seiner Aufbringung auf das Dach zu vulkanisieren, von Vorteil sein. Weiterhin besteht ein Bedürfnis für ein elastomeres Bedachungsmaterial mit verbesserter Nahtfestigkeit bei erhöhten Temperaturen.
Die WO 90/02154 betrifft ein Formmaterial, das aus elastomeren Polyolefinkautschuken, Polyethylen und/oder Ethylencopolymeren und Additiven hergestellt worden ist, und das 100 Gew.-Teile Polyolefinkautschuk, 25 bis 100 Gew.-Teile Polyethylen und/oder Ethylencopolymeres mit einem Schmelzflußindex (190/2,16) von weniger als 0,1 [g/10 min] und 16 bis 28 Gew.-Teile Mineralöl enthält. Dieses Material kann zur Herstellung einer elastomeren klammerfesten Bahn, insbesondere einer klammerfesten Bahn für Dächer, durch Kalandrieren oder Extrudieren, verwendet werden.
Die EP-A 0 143 131 betrifft wasserfestnachende Folien, die aus einer Masse gebildet worden sind, die folgendes enthält:
(A) 75 bis 35 Gew.-Teile eines teilweise vulkanisierten thermoplastischen Elastomeren, das durch dynamische Hitzebehandlung eines Gemisches aus 90 bis 40 Gew.-Teilen eines Monoolefincopolymerkautschuks und 10 bis 60 Gew.-Teilen eines Polyolefinkunststoffes erhalten worden ist und
(B) 25 bis 65 Gew.-Teile eines Ethylenpolymeren mit einer Dichte von 0,910 bis 0,940 g/cm³.
Diese Folien können durch Schmelzverbindung an der Baustelle unter Druck und unter Erhitzen miteinander vereinigt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, heißsiegelbare EPDM-Dachfolienmaterialien bereitzustellen, die bei erhöhten Temperaturen eine hohe Nahtfestigkeit zeigen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Decken von Dächern bereitzustellen, bei dem ein heißsiegelbares EPDM als Dachfolienmaterial verwendet wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Massen bereitzustellen, die eine genügende Kristallinität aufweisen, daß sie während der Bildung einer Naht unter Anwendung von sowohl Hitze als auch von Druck ein thermoplastisches Verhalten zeigen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Massen bereitzustellen, die thermoplastische Fließeigenschaften bei erhöhten Temperaturen und elastomere Eigenschaften bei Umgebungstemperaturen zeigen.
Gegenstand der Erfindung ist allgemein ein heißsiegelbares Folienmaterial für Bedachungen, hergestellt aus einer nichtvulkanisierten Polymermasse, die
100 Gew.-Teile eines nichtvulkaniserten Polymergemisches, enthaltend 50 bis 90 Gew.-Teile eines Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus EPDM-Terpolymeren mit einen zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 30.000 und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mindestens 100.000 und einer Kristallinität von bis zu 2 Gew.-%;
10 bis 50 Gew.-Teile eines kristallinen Thermoplastizitäts-Beschleunigers mit einer Kristallinität von 2,3 bis 93,2 Gew.-%, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyolefinpolymeren, die aus Monomeren mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen hergestellt worden sind;
50 bis 250 Gew.-Teile eines Füllstoffs, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus verstärkenden und nichtverstärkenden Füllstoffen und Gemischen davon pro 100 Gew.-Teile des Polymergemisches; und
20 bis 150 Gew.-Teile eines Prozeßöls pro 100 Teile des Polymergemisches enthält, wobei die Masse ohne Verwendung eines Klebstoffs ausreichende selbstklebende Eigenschaften besitzt.
Es wird auch ein Verfahren zum Decken von Dächern bereitgestellt, das die Stufen der Aufbringung von Schichten des oben beschriebenen Folienmaterials auf das zu deckende Dach, die Überlappung angrenzender Kanten bzw. Ränder der Schichten, das Erhitzen der überlappten Bereiche auf eine Temperatur geringfügig oberhalb des Erweichungspunkts des Folienmaterials und die Verschweißung der überlappenden Bereiche unter Anwendung von Hitze und unter genügendem Druck zur Bildung einer annehmbaren Naht umfaßt.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Wie oben angegeben, umfassen die erfindungsgemäßen Dachfolienmaterialien EPDM-Terpolymere. Die Bezeichnung EPDM wird gemäß der ASTM-D-1418-85 definiert. Sie soll ein Terpolymeres aus Ethylen, Propylen und einem Dienmonomeren mit einem restlichen Unsättigungsteil des Diens in der Seitenkette bezeichnen. Beispielhafte Verfahren zur Herstellung solcher Terpolymeren finden sich in der US-PS Nr. 3.280.082. Die bevorzugten Polymeren weisen etwa 35 bis etwa 70 Gew.-% Ethylen und bis zu etwa 12 Gew.-% des Diens auf, wobei der Rest des Polymeren aus Propylen oder einem ähnlichen Olefinpolymeren besteht.
Das zur Bildung des EPDM-Terpolymeren verwendete Dienmonomere ist vorzugsweise ein nicht konjugiertes Dien. Beispiele für geeignete nicht konjugierte Diene sind Dicyclopentadien, Alkyldicyclopentadien, 1,4-Pentadien, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 1,4-Heptadien, 2-Methyl-1,5-hexadien, Cyclooctadien, 1,4-Octadien, 1,7-Octadien, 5-Ethyliden-2-norbornen, 5-n-Propyliden-2-norbornen, 5-(2-Methyl-2-butenyl)-2- norbornen und dergleichen.
Besonders gut geeignete und bevorzugte EPDM-Materialien sind beispielsweise Vistalon MD-744 (Exxon Chemical Co.) und Royalene 3180 (Uniroyal Chemical Co). Vistalon MD-744 hat eine Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125ºC) von etwa 52, ein E/P-Verhältnis von etwa 61/39 Gew.-%, und es weist eine Unsättigung von etwa 2,7 Gew.-% (Ethylidennorbornen) auf. Royalene 3180 hat eine Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125ºC) von etwa 46, ein E/P-Verhältnis von etwa 65/35 Gew.-%, und es weist eine Unsättigung von etwa 2,2 Gew.-% (Ethylidennorbornen) auf. Andere geeignete EPDM-Terpolymere sind beispielsweise Royalene 3093 (Uniroyal Chemical Company) mit einem E/P-Verhältnis von 65/35 Gew.-% und Vistalon MD-727 (Exxon Chemical Company) mit einem E/P-Verhältnis von etwa 56/44 Gew.-% und einer Unsättigung von etwa 1,7 Gew.-% (Ethylidennorbornen).
Ein weiteres typisches EPDM ist Nordel 1070 (DuPont), d.h. ein Ethylen/Propylen/1,4-Hexadienterpolymeres, mit einem E/P-Verhältnis von etwa 58/42 und einer Unsättigung von etwa 1,9 Gew.-% (1,4-Hexadien). Dieses besondere EPDM-Terpolymere hat eine Kristallinität von weniger als 1 Gew.-% von der Ethylenkomponente. Sein n-Wert, gemessen durch GPC, beträgt mindestens etwa 87.000 und sein w-Wert, gemessen durch GPC, beträgt mindestens etwa 188.000.
Um für das erfindungsgemäße Bedachungsmaterial geeignet zu sein, ist es erforderlich, daß das EPDM einen n-Wert, gemessen durch GPC, von mindestens etwa 30.000 und einen Mw- Wert, gemessen durch GPC, von mindestens etwa 100.000, vorzugsweise mindestens 360.000, hat.
Was am wichtigsten ist, die erfindungsgemäßen Dachfolienmaterialien schließen innerhalb der Polymerzusammensetzung einen Thermoplastizitätsbeschleuniger, z.B. Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) oder andere Polyolefine, hergestellt aus Monomeren, die mindestens zwei Kohlenstoffatome enhalten, ein. Typische Beispiele für im Handel erhältliche Thermoplastizitätsbeschleuniger, die mit EPDM vermischt werden können, werden in Tabelle I zusammen mit den Schmelztemperaturen und der prozentualen Kristallinität angegeben. Die Schmelztemperaturen und das Ausmaß der Kristallinität wurden unter Verwendung der Differential-Scanning-Calorimetertechnik (DSC) bestimmt. Tabelle 1 Die Kristallinität verstärkende Polymere Tabelle I (Fortsetzung)
Die hochkristallinen Thermoplastizitätsbeschleuniger, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, sind notwendig, wenn das Polymergemisch steigende Mengen des EPDM-Terpolymeren mit einer Kristallinität von weniger als 2 Gew.-% enthält. Wenn aber das ausgewählte EPDM-Terpolymere ausschließlich ein solches ist, das eine Kristallinität von mehr als 2 Gew.-% hat, d.h. das es außerhalb der Erfindung liegt, dann ergibt die Anwesenheit des kristallinen Thermoplastizitätsbeschleunigers eine erhöhte Adhäsion, inbesondere eine erhöhte Nahtscherfestigkeit.
Besonders gut geeignete und bevorzugte Thermoplastizitätsbeschleuniger sind HDPE 12065, HDPE 62013, LDPE CG-2523 und LDPE 768, die alle von Dow Chemical erhältlich sind. HDPE 12065 hat ein spezifisches Gewicht von 0,94, eine Peak- Erweichungstemperatur von 134ºC und eine Kristallinität von 66,8 Gew.-%. HDPE 62013 hat ein spezifisches Gewicht von 0,94, eine Peak-Erweichungstemperatur von 131ºC und eine Kristallinität von 61,2 Gew.-%. LDPE CG-2523 hat ein spezifisches Gewicht von 0,923, eine Peak-Erweichungstemperatur von 111ºC und eine Kristallinität von 53,6 Gew.-%. LDPE 768 hat ein spezifisches Gewicht von 0,93, eine Peak-Erweichungstemperatur von 119ºC und eine Kristallinität von 45,8 Gew.-%.
Die zur Bildung des Dachfolienmaterials verwendete Masse bzw. der Compound enthält etwa 50 bis 90 Gew.-Teile EPDM oder eines anderen ähnlichen Olefinterpolymeren mit Einschluß von Gemischen von zwei oder nehreren Typen. Hierzu werden etwa 10 bis 50 Gew.-% eines hochkristallinen Thermoplastizitätsbeschleunigers, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus polymeren Olefinen, die aus Monomeren mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen hergestellt worden sind, Füllstoffe und Prozeßmaterialien sowie ggfs. andere Komponenten mit Einschluß von Härtern, wie sie oben alle beschrieben wurden, gegeben.
Was den Füllstoff betrifft, so werden geeignete Füllstoffe aus der Gruppe, bestehend aus verstärkenden und nicht verstärkenden Materialien und Gemischen davon ausgewählt, wie sie üblicherweise zu Kautschuk gegeben werden. Beispiele hierfür sind solche Materialien, wie Ruß, gemahlene Kohle, Calciumcarbonat, Ton, Kieselsäure, kryogen gemahlener Kautschuk und dergleichen. Im allgemeinen schließen bevorzugte Füllstoffe Ruß, gemahlene Kohle und kryogen gemahlenen Kautschuk ein.
Der Ruß wird in einer Menge von etwa 20 Teilen bis etwa 300 Teilen pro 100 Teile Polymeres (phr), vorzugsweise in einer Menge von etwa 60 bis etwa 150 phr, eingesetzt. Der bevorzugte Bereich für den Ruß (60 bis 150 phr) hierin ist etwa der Rußmenge gleich, die normalerweise bei der Herstellung von mit Schwefel vulkanisierten EPDM-Dachfolien verwendet wird. Der für die Zwecke der Erfindung geeignete Ruß kann jeder beliebige Ruß sein. Bevorzugt werden Ofenruße, wie GPF (Allzweckofen), FEF (Schnellextrusionsofen) und SRF (Halbverstärkungsofen).
Die gemahlene Kohle, die in den erfindungsgemäßen Massen als Füllstoff verwendet wird, ist ein trockenes, feinzerteiltes schwarzes Pulver, das von Bitumenkohle mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen abgeleitet ist. Die gemahlene Kohle hat eine Teilchengröße im Bereich von einem Minimum von 0,26 um bis zu einem Maximum von 2,55 um, mit einer mittleren Teilchengröße von 0,69 ± 0,46 bei 50 Teilen, die unter Verwendung einer Transmissions-Elektronen-Mikroskopie bestimmt wird. Die gemahlene Kohle ergibt eine wäßrige Aufschlämmung mit einem pH-Wert von etwa 7,0 beim Test gemäß der ASTM D-1512. Eine bevorzugte gemahlene Kohle dieses Typs wurde als Austin-Schwarz bezeichnet. Sie hat ein spezifisches Gewicht von 1,22 ± 0,03, einen Aschegehalt von 4,58 % und einen Schwefelgehalt von 0,65 %. Austin-Schwarz ist im Handel von Coal Fillers, Inc., P.O. Box 1063, Bluefield, Virginia, erhältlich. Die Mengen liegen im Bereich von etwa 5 bis 65 phr, wobei Mengen von etwa 15 bis 35 bevorzugt werden.
Schließlich kann praktisch jeder kryogen gemahlene Kautschuk als Füllstoff in der erfindungsgemäßen Masse verwendet werden. Die bevorzugten kryogen gemahlenen Kautschuke sind kryogen gemahlener EPDM, Butyl, Neopren und dergleichen. Ein bevorzugter kryogen gemahlener Kautschuk ist ein kryogen gemahlener EPDM-Kautschuk. Der bevorzugte kryogen gemahlene EPDM-Kautschuk ist ein feines scharzes kautschukartiges Pulver mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,129 ± 0,015 und einer Teilchengröße in Bereich von etwa 30 bis etwa 300 um, mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von etwa 50 bis etwa 80 µm. Die Mengen liegen im Bereich von etwa 5 bis 40 phr, wobei Mengen von etwa 10 bis 25 bevorzugt werden.
Gemische von Austin-Schwarz und kryogen gemahlenem Kautschuk können als teilweiser Ersatz für den Ruß verwendet werden. Bei Verwendung von Gemischen dieser zwei Füllstoffe können ihre relativen Mengen weit variiert werden, wobei die Gesamtmenge nicht über etwa 60 phr hinausgeht. Das Verhältnis von Austin-Schwarz zu kryogen gemahlenem Kautschuk kann im Bereich von einem gewünschten Verhältnis von 2:1 bis möglicherweise sogar einem Verhältnis von 3:1 liegen. Wiederum, wie oben angegeben, können auch andere Füllmaterialien verwendet werden. Ihre Mengen fallen in den Bereich von Mengen, die normalerweise bei der Herstellung von mit Schwefel vulkanisierten herkömmlichen Dachfolien verwendet werden.
Was das Prozeßöl betrifft, so wird es deswegen zugesetzt, um das Verarbeitungsverhalten der Masse zu verbessern, (d.h. die Mischzeit zu vermindern und die Kalandrierungsrate zu erhöhen). Das Prozeßöl wird in einer Menge im Bereich von etwa 20 bis etwa 150 Gew.-Teilen Prozeßöl pro 100 Teile EPDM-Bestandteil, vorzugsweise in einer Menge im Bereich von etwa 60 bis etwa 100 Gew.-Teilen, zugesetzt. Ein bevorzugtes Prozeßöl ist ein Paraffinöl, z.B. Sunpar 2280, das von der Sun Oil Company erhältlich ist. Andere Öle, die von Erdöl abgeleitet sind, mit Einschluß von naphthenischen Ölen, können auch verwendet werden.
Fakultative Bestandteile sind beispielsweise andere Elastomere (z.B. Butylelastomere, neutralisierte sulfonierte EPDM, neutralisierter sulfonierter Butylkautschuk), anstelle von geringeren Mengen von EPDM, sekundäre anorganische Füllstoffe (z.B. Talk, Glimmer, Ton, Silikate, Weißmacher), wobei der Gesamtgehalt der sekundären Füllstoffe im allgeineinen im Bereich von etwa 10 bis etwa 150 phr liegt, und herkömmliche Mengen von anderen herkömmlichen Additiven, wie Zinkoxid, Stearinsäure, Antioxidantien, Antiozonmittel, Flammverzögerern und dergleichen.
Die Compoundierungsbestandteile können unter Verwendung eines Innenmischers (beispielsweise eines Banbury-Mischers), eines Extruders und/oder eines Zwei-Walzen-Stuhls oder eines anderen Mischers, der zur Bildung von viskosen, relativ gleichförmigen Gemischen geeignet ist, zusammengemischt werden. Bei Verwendung eines Banbury-Innenmischers vom Typ B werden gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise die trockenen oder pulverförmigen Materialien wie Ruß zuerst zugegeben, wonach das flüssige Prozeßöl und am Schluß das Polymere zugesetzt werden (dieser Mischtyp kann als Von-oben-nach-unten-Mischtechnik, bezeichnet werden).
Das resultierende Gemisch wird zu Folien mit einer Dicke im Bereich von 127-5080 um (5-200 mils), vorzugsweise 635-1524 µm (35-60 mils), durch herkömmliche Folienbildungsmethoden, z.B. Walzenkalandrieren oder Extrudieren verarbeitet. Vorzugsweise wird das Gemisch zu einer Folie mit mindestens 1, mm (40 Gauge, 0,040 inch), nämlich der Minimaldicke der Standards, die von der Roofing Council of the Rubber Manufacturers Association für nicht verstärkte schwarze EPDM-Kautschukfolien für Bedachungszwecke festgesetzt wurde, verarbeitet. In vielen Fällen wird das Gemisch zu einer Dicke von 1,0-1,1 mm (40-45 Gauge) verarbeitet, da dies die Dicke für einen großen Prozentteil von technisch verwendeten Dachmembranen mit einer einzigen Schicht ist. Das Folienprodukt kann zu diesem Zeitpunkt zu den gewünschten Längen- und Breitenabmessungen zugeschnitten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß das hierin beschriebene EPDM-Folienmaterial eingesetzt wird. Wenn die Folie auf die Dachsubstruktur in sonst herkömmlicher Weise entrollt wird, dann überlappen sich die Nähte von angrenzenden Folienschichten. Die Breite der Naht kann je nach den vom Architekten, dem Bauleiter oder dem Dachdecker festgelegten Erfordernissen variieren. Sie stellt daher keine Begrenzung der Erfindung dar.
Wenn man eine Überlappung von mehreren inch vorsieht, dann besteht die nächste Stufe darin, daß Hitze und etwas Druck an den Rand- bzw. Kantenbereich angelegt wird, um die Naht zu bilden. Geeigneterweise wird eine Temperatur von etwa 80º bis 550 ºC angelegt. Im allgemeinen sollte der Nahtbereich, der überlappende Ränder von angrenzenden Folien umfaßt, auf eine Temperatur geringfügig oberhalb der Erweichungstemperatur des Folienmaterials erhitzt werden. Es können zahlreiche Techniken, die Hitze und Druck anwenden, eingesetzt werden, um eine wirksame Naht zu erhalten, wie es dem Fachmann bekannt ist. Der Druck kann weit von einem Minimum von etwa 21 kPa (3 p51) bis etwa 414 kPa (60 psi), und zwar typischerweise so lang wie er angemessen ist, um eine annehmbare Naht zu erhalten, variiert werden.
Um die Durchführung der Erfindung zu demonstrieren, wurden mehrere erfindungsgemäße EPDM-Compounds hergestellt und sowohl Abschälungs- als auch Scheradhäsionstests, wie nachstehend im Detail beschrieben, unterworfen. Das ausgewählte EPDM-Polymere war Vistalon MD-744. Es ist in Tabelle II charakterisiert. Tabelle II Polymercharaktensierung
Die folgenden Beispiele beschreiben heißsiegelbare Membranmassen auf der Basis von Vistalon MD-744, einem EPDM-Terpolymeren, das von der Exxon Chemical Co. im Handel erhältlich ist. Die Beispiele werden zum Zwecke der weiteren Beschreibung der Natur der Erfindung angegeben. Sie sind nicht als Begrenzung des Umfangs zu verstehen. Tabelle III Heißsiegelbare Membrane: Gemische von amorphen EPDM und HDPE
In den in Tabelle III angegebenen Beispielen betrifft Beispiel Nr. 1 eine EPDM-Membran auf der Basis von Vistalon MD-744 (ohne HDPE) als Kontrolle. Beispiel Nr. 1 betrifft 100 % Vistalon MD-744, ein amorphes (nicht kristallines) EPDM-Terpolymeres mit einer Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125ºC) von etwa 52, ein Ethylen/Propylen (E/P)-Verhältnis von 61/39 Gew.-% und einer Unsättigung von 2,7 Gew.-%. Die Beispiele 2-6 bauen sich auf Gemischen von Vistalon MD-744 und HDPE 12065, einem hochkristallinen Homopolymeren von Polyethylen, auf. Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Standardkautschukmischtechniken und Einrichtungen durchgeführt. Es wurden die folgenden Bestandteile miteinander vermischt: 100 Teile EPDM-Terpolymeres, 110 phr HiStr GPF- Schwarz und 70 phr paraffinisches Prozeßöl. Bei den restlichen Beispielen Nr. 2-6 wurden 50 bis 90 Gew.-Teile EPDM- Terpolymeres, 10 bis 50 phr HDPE 12065, und die gleichen Mengen von Ruß und Prozeßöl wie in Beispiel 1 verwendet. Die Zusammensetzungen sind in Tabelle III angegeben. Wenn nichts anderes angegeben ist, dann sind alle Teile auf 100 Gew.- Teile Kautschukkohlenwasserstoff (phr) bezogen.
Die Werte der physikalischen Test-Daten, wie die Spannungs- Dehnungs-Eigenschaften, die C-Reißbeständigkeit und die Härtewerte werden in folgender Tabelle IV angegeben. Tabelle IV Heißsiegelbare Membrane: Gemische von amorphen EPDM und HDPE - Physikalische EigenschAften im nicht gealterten Zustand
*Kontrolle: 100% amorphes EPDM
Zu Testzwecken wurden hantelförmige Probekörper aus den einzeln verwalzten, flachen Folien mit 45 mil nach der ASTM- Norm D-412 (Methode A-Hantel und Gerade) herausgeschnitten. Die Meßwerte des Moduls der Zugfestigkeit und der Dehnung beim Bruch wurden unter Verwendung eines Tischmodells, Instron -Tester, Modell 1130, erhalten. Die Testergebnisse wurden entsprechend der ASTM-Norm D-412 errechnet. Alle hantelförmigen Probekörper wurden etwa 24 h lang absetzengelassen. Danach wurde der Test bei 23ºC durchgeführt. Die Bestimmung der Shore-"A"-Härte erfolgte bei 23ºC gemäß der ASTM-Methode D-2240.
Die Reißeigenschaften von verwalzten flachen Kautschukfolien mit 1143 µm (45 mil), die mit einer C-Matrize (Matrize mit einem Winkel von 90º) zusammengeschnitten worden waren, wurden gemäß der ASTM-Methode D-624 bestimmt. Die C-Reißprobekörper waren vor den Test nicht geknickt. Die Reißfestigkeit, ausgedrückt in kg/m (lbs/inch), wurde unter Verwendung eines Tischmodells Instron -Testers, Modell 1130, erhalten. Die Testergebnisse wurden entsprechend der ASTM-Methode D- 624 errechnet. Der Test wurde erneut bei 23ºC durchgeführt.
Die nicht vulkanisierten, schwarzen und ölgefüllten Dachmembranformulierungen mit HDPE 12065, einem hochkristallinen Polyethylenhomopolymeren, in den Beispielen Nr. 2-6 waren zum größten Teil als Zusammensetzungen mit höherem Modul mit C-Reiß- und Härteeigenschaften in nicht gealterten Zustand charakterisiert, die erheblich höher waren als die entsprechenden Werte für die Kontrolle aus 100 % amorphem EPDM, Beispiel Nr. 1. Die Erhöhungen des Moduls der Zugfestigkeit, der C-Reißfestigkeit und der -Härte führten zu höheren HDPE 12065-Beladungen.
Auch Nahtabschälungs- und Scheradhäsionstests wurden durchgeführt, wobei die untenstehend beschriebenen Adhäsionstestunterlagen verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabellen V und VI zusammengestellt.

Detaillierte Beschreibung des Abschälungs- und Scheradhäsionstests

Die einzelnen obigen Kautschukcompounds wurden dem Adhäsionstest unterworfen, der die Bildung von Testunterlagen, umfassend Folien mit den Abmessungen 15 x 15 cm (6 x 6 inch), verstärkt durch einen Faserverstärkungsscrim, erforderte. Es wurde nach folgender Verfahrensweise gearbeitet:
1. Es wurde ein Zweiwalzenstuhl mit dem Abmessungen 25-50 cm (10 x 20 inch) dazu verwendet, um eine Anzahl von Kautschukfolien mit den Abmessungen 15 x 15 cm (6 x 6 inch) und mit einer Dicke von ungefähr 1016 µm (40 nils) zur Bildung von Adhäsionstestunterlagen herzustellen.
2. Zur Verstärkung der nicht vulkanisierten Kautschukfolien wurde eine Folie mit den Abmessungen 15 x 15 cm (6 x 6 inch) aus mit PVC behandelten Polyesterscrim (10 x 10 epi-Cord- Konstruktion) zwischen zwei Kautschukfolien mit den Abmessungen 15 x 15 cm (6 x 6 inch) eingelegt.
3. Die Kautschuk-Scrimzusammenstellung wurde mit einer Schicht aus einen Mylarfiln bedeckt und in den Hohlraum einer Metallhärtungsform (15 x 15 x 0,2 cm/6 x 6 x 0,075 inch) eingebracht.
4. Die Kautschuk-Scrimzusammenstellung wurde sodann in einem Mylarfiln etwa 5 min bei etwa 149ºC gepreßt.
5. Zwei der mit Scrim verstärkten Kautschukunterlagen, mit den Abmessungen 15 x 15 cm (6 x 6 inch) wurden unter Verwendung einer mit der Hand gehaltenen Heizpistole (Leister) verschweißt Es wurde ein Kraft von ungefährt 6,8-8,2 kg (15-18 pounds) mittels eines Rollers, wie eines Standard-Metallrollers, mit einer Breite von 5 cm (2 inch) zugeführt.
Zufriedenstellende Nähte (sowohl hinsichtlich der Abschälungsfestigkeit als auch der Scherfestigkeit) konnten nur mit einer Kraft von 1,4-1,8 kg (3-4 pounds) und dem Standard-Kautschukroller mit 5 cm (2 inch) gebildet werden. Die Nähte wurden vor dem Test sich 24 h lang ins Gleichgewicht setzengelassen.
6. Eine Stanzmaschine mit einer ein inch breiten Matrize wurde dazu verwendet, um eine Anzahl von Testprobekörpern für die Bestimmung der Nahtabschälfestigkeit (Type B, 90º Abschälung) und der Scheradhäsion (Type A, 180º Abschälung) verwendet.
7. Testvorrichtung: Instron-Universal-Tester, Modell 1130 - Testmaschine mit konstanter Geschwindigkeit der Trennung der Klemmelemente. Die Maschine war mit geeigneten Klammern versehen, die dazu im Stande waren, die Probekörper während der Tests fest und ohne Rutschen festzuklammern
8. Die Probekörper mit der Breite von 2,5 cm (1 inch), wurden bei einer Geschwindigkeit (sowohl Kreuzkopf- als auch Diagrammgeschwindigkeit) von 5 cm (2 inch) pro Minute getestet, wobei der Adhäsionstest gemäß der ASTM-Norm D-413 (Maschinenmethode) angewendet wurde. Sowohl die Abschälungsals auch die Scheradhäsionsfestigkeit wurden bei Raumtemperatur (d.h. 23ºC), sowie gelegentlich bei 70ºC und 90ºC, bestimmt. Die Probekörper wurden vor dem Test bei erhöhten Temperaturen 15 min vorerhitzt.
9. Die Adhäsionsfestigkeit ist wie folgt definiert:
Abschäladhäsionsfestigkeit kg/m (lbs/inch) = kg-pound x Probebreite; Scheradhäsionsfestigkeit Pa (lbs/square inch) = kg-pound x Probebreite.
Die Nahtabschälungsadhäsions- und Nahtscherfestigkeit für die Beispiele 1-6 wurde nach der oben angegebenen Testverfahrensweise bestimmt. Die Meßergebnisse sind in den Tabellen V und VI, zusammengestellt. Tabelle V Heißsiegelbare Dachmembrane - Untersuchung der Nahtabschäladhäsion
*Kontrolle: 100% amorphes ERDM
(A) = Versagen beim Schweißen - Versagen an der Kautschuk- Kautschuk-Grenzfläche oder in der Nähe davon
(B) = Geringe Rißbildung an der Schicht-Schicht-Grenzfläche, gefolgt von einer Kautschuk-Rißbildung an der Gewebeverstärkung (Kautschuk-Gewebe-Versagen). Tabelle VI Heißssiegelbare Dachmembrane - Untersuchung der Scherfestigkeit
*Kontrolle: 100% amorphes EPDM
(C) = Querschnittsverminderung/Bruch - Der Kautschukteststreifen war gedehnt und bach angrenzend an die Siegelnaht.
Aus den Werten der Tabellen V und VI wird ersichtlich, daß im allgemeinen die Werte der Nahtabschälungsadhäsion und der Nahtscheradhäsion bei den heißsiegelbaren Membranen (Beispiele Nr. 2-6) aus Gemischen von amorphem EPDM/HDPE 12065 im Vergleich zu der Kontrolle aus 100 % amorphen EPDM (Beispiel Nr. 1) besser waren. Die Nahtabschälungsadhäsion für das Beispiel 1 (Kontrolle) gemäß Tabelle V betrug 286 kg/m (16 lbs/inch) bei 23ºC, während die Nahtscherfestigkeit bei 23ºC in Tabelle VI > 179 kPa (26 lbs/square-inch) war. Die Beispiele 2-6 waren auf der Basis von Gemischen von Vistalon MD-744 und HDPE 12065, einem hochkristallinen Polyethylenhomopolymeren, aufgebaut. Sowohl die Ergebnisse der Raumtemperatur- und Hochtemperatur-Nahtabschälungsbeständigkeit und der Scherhaftungsbeständigkeit wurden verbessert, wenn 10 bis 50 Gew.-Teile von amorphen EPDM, Vistalon MD- 7441 durch eine gleiche Menge von HDPE 12065 ersetzt wurden.
Die erfindungsgemäßen Membranen (Beispiel Nr. 2-6) zeigte ein Reißen des Kautschuks an der Gewebeverstärkung und ein Kautschuk-Gewebeversagen während des Nahtabschälungsfestigkeitstests. Bei dem Nahtscherfestigkeitstest versagen die mit Fasern verstärkten Membrane durch Strecken oder Querschnittsverminderung, und sie brechen oder reißen evtl. angrenzend an die Siegelungsnaht.
Die Probekörper der Tabellen V und VI wurden bei Kreuzkopfund Diagrammgeschwindigkeiten von 5 cm (2 inches) pro min, unter Verwendung eines Model 1130 Instron Universaltesters, gemäß dem Adhäsionstest der ASTM-Norm D-413, bestimmt. Die Nahtabschälungs- und Scherfestigkeiten wurden bei Raumtemperatur (23ºC) sowie bei 70ºC und 93ºC getestet.
Aus den folgenden Beispielen und der Beschreibung wird ersichtlich, daß die Verwendung von hochkristallinen Thermoplastizitätsbeschleunigern zusammen mit EPDM-Terpolymeren zur Herstellung von Folienmaterial für Bedachungszwecke es gestattet, daß derartige Folienmaterialien entlang der Randbereiche unter Verwendung von genügendem Druck und Hitze miteinander verschweißt werden, so daß die Hochtemperatureigenschaften, wie die C-Rißbeständigkeit, die Abschälungsund Nahtscherfestigkeit, verbessert werden. Die Erfindung ist nicht auf spezielle Typen von EPDM oder Thermoplastizitätsbeschleunigern, wie hierin angegeben, oder auf die Angabe von anderen typischen EPDM-Terpolymeren beschränkt. Die Beispiele sind lediglich deswegen aufgeführt worden, um die Durchführung der Erfindung zu demonstrieren. Der Fachmann kann ohne weiteres andere EPDM-Terpolymere oder andere ähnliche Thermoplastizitätsbeschleuniger entsprechend der hierin gemachten Offenbarung auswählen. Gleichermaßen ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf besondere Füllstoffe und Prozeßmaterialien, wie beispielhaft angegeben, oder ihre Mengen beschränkt.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Eigenschaften sind die erfindungsgemäßen Massen zur Herstellung von Membranen für Bedachungszwecke wertvoll Bedachungsmembrane, die aus erfindungsgemäßen Massen gebildet worden sind, können nach allen beliebigen Verfahren hergestellt werden, die herkömmlicherweise zur Herstellung von Dachmembranen aus gefüllten Polymermassen angewendet werden. So können beispielsweise die Membranen durch herkömmliche Kalandrierungstechniken gebildet werden. Auch andere Verfahren mit Einschluß von Sprüh-Beschichtungsverfahren und Rollermatrizenbildungen können angewendet werden. Die aus den erfindungsgemäßen Massen gebildeten Bedachungsmembranen können ggf. scrimverstärkt werden.

Claims

1. Heißsiegelbares Folienmaterial für Bedachungen, hergestellt aus einer nichtvulkanisierten Polymermasse, die

100 Gewichtsteile eines nichtvulkaniserten Polymergemisches, enthaltend 50 bis 90 Gewichtsteile eines Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus EPDM-Terpolymeren mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 30.000 und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mindestens 100.000 und einer Kristallinität von bis zu 2 Gew.-%;

10 bis 50 Gewichtsteile eines kristallinen Thermoplastizitäts-Beschleunigers mit einer Kristallinität von 2,3 bis 93,2 Gew.-%, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyolefinpolymeren, die aus Monomeren mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen hergestellt worden sind;

50 bis 250 Gewichtsteile eines Füllstoffs, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus verstärkenden und nichtverstärkenden Füllstoffen und Gemischen davon pro 100 Gewichtsteile des Polymergemisches; und

20 bis 150 Gewichtsteile eines Prozeßöls pro 100 Teile des Polymergemisches enthält, wobei die Masse ohne Verwendung eines Klebstoffs ausreichende selbstklebende Eigenschaften besitzt.

2. Heißsiegelbares Folienmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere EPDM mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von etwa 360.000 und einer Kristallinität von etwa 1 % umfaßt.

3. Heißsiegelbares Folienmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff etwa 100 Gewichtsteile Ruß umfaßt und daß die Masse etwa 70 Gewichtsteile Prozeßöl enthält.

4. Heißsiegelbares Folienmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplastizitäts- Beschleuniger 50 Gewichtsteile Polyethylen mit hoher Dichte umfaßt und einen Naht-Abschälhaftungswert von etwa 107,1 kg/m (6 Pfund/Inch) bei Temperaturen von bis zu 93ºC aufweist.

5. Verfahren zum Bedecken eines Daches mit einem heißsiegelbaren Folienmaterial für Bedachungen, das aus einer nichtvulkanisierten Polymermasse hergestellt worden ist, umfassend die Stufen

Aufbringung von Schichten des selbstklebenden Folienmaterials, das aus der nichtvulkaniserbaren heißsiegelbaren Polymermasse hergestellt worden ist, auf das zu deckende Dach;

Überlappen von angrenzenden Kanten bzw. Rändern der genannten Schichten;

Erhitzen der überlappten Bereiche auf eine Temperatur geringfügig oberhalb des Erweichungspunkts des Folienmaterials und

Versiegeln der überlappten Bereiche durch Anwendung von Hitze und unter genügendem Druck, daß eine annehmbare Nahtfestigkeit erhalten wird, wobei die genannte Masse ohne Verwendung eines Klebstoffs ausreichende selbstklebende Eigenschaften besitzt und folgendes enthält:

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungsstufe bei einer Temperatur von mindestens etwa 82ºC durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff etwa 110 Gewichtsteile Ruß enthält und daß die genannte Masse etwa 70 Gewichtsteile Prozeßöl enthält.