EP0600332A1 - Flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas - Google Patents

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EP0600332A1
EP0600332A1 EP93118725A EP93118725A EP0600332A1 EP 0600332 A1 EP0600332 A1 EP 0600332A1 EP 93118725 A EP93118725 A EP 93118725A EP 93118725 A EP93118725 A EP 93118725A EP 0600332 A1 EP0600332 A1 EP 0600332A1
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acrylic glass
noise protection
protection wall
copolymer
panes
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Günter Dr. Johannson
Manfred Dr. Krieg
Michael Dr. Müller
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Roehm GmbH Darmstadt
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Roehm GmbH Darmstadt
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
    • E01F8/00—Arrangements for absorbing or reflecting air-transmitted noise from road or railway traffic
    • E01F8/0005—Arrangements for absorbing or reflecting air-transmitted noise from road or railway traffic used in a wall type arrangement
    • E01F8/0017—Plate-like elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/54—Slab-like translucent elements

Definitions

  • the invention relates to a flame-retardant noise protection wall made of acrylic glass, consisting of supports anchored in the ground and fastened to them, e.g. 10 to 30 mm thick acrylic glass panes.
  • Such noise barriers must withstand a limited fire load, e.g. grass fire at the installation site.
  • This property can be easily achieved by incorporating the usual flame-retardant additives based on phosphorus or halogen compounds into the acrylic glass during manufacture. These additives are largely harmful to health and therefore require special protective measures in the manufacture and processing of acrylic glass.
  • the invention has for its object to provide acrylic glass panels for noise barriers without halogen and phosphorus additives flame retardant.
  • the additional technical regulation for noise barriers ZTV-Lsw 88 of the Federal Minister of Transport is to be met.
  • this object can be achieved on a noise protection wall made of acrylic glass, consisting of supports and acrylic glass panes attached thereto, in that the acrylic glass contains at least the surfaces of the panes of a copolymer of methyl methacrylate with 1 to 20% by weight of an alkyl acrylate or Styrene is made and is free of halogen and phosphorus-containing flame retardant additives.
  • a test arrangement is used in which a wall element, which is enclosed in a U-profile frame, is placed vertically on a 25 cm high non-flammable base. Immediately in front of the front, two wire baskets of 30 x 30 x 20 cm, each filled with 600 g wood wool, are placed on the floor in the third points of the element and simultaneously lit. After an hour, the same treatment is repeated on the back of the element.
  • the tested change element may be around the
  • Fire test do not catch fire and do not burn in places. There must be no fire holes of more than 6 cm2 in area and no cracks of more than 5 cm in length.
  • Wall elements according to the invention (manufactured according to Example 1) with the dimensions 2000 x 1000 x 15 mm meet the fire test described.
  • wall elements of the same dimensions made of ordinary cast acrylic glass, consisting of pure polymethyl methacrylate only meet these test conditions to 50%. The other elements caught fire and had to be extinguished after the end of the experiment.
  • the fire load in the prescribed test is limited to a very low material depth.
  • the acrylic glass pane must therefore consist of the specified copolymer at least to this depth. It is sufficient for the copolymer to form outer layers of approximately 0.1 to 1 mm in thickness, while the interior can consist of non-flame-retardant acrylic glass or other plastics of sufficient strength. Since the production of such multi-layer panes is complex, homogeneous panes made of the copolymer are preferred.
  • methyl methacrylate is the main component of the copolymers according to the invention.
  • the polymers built up essentially from them are notable for high aging and weathering resistance, a property which is of outstanding importance particularly in the case of noise barriers.
  • the lower alkyl esters of acrylic acid with 1 to 4 carbon atoms in the alkyl radical are particularly suitable as alkyl acrylates.
  • Higher alkyl acrylates have a softening effect, which would make the acrylic glass pane more sensitive to mechanical damage.
  • other comonomers can optionally be used, but this can have disadvantages in terms of weather resistance.
  • end groups of a mercaptan also have a flame-retardant effect on the polymerized methyl methacrylate, but this is usually not sufficient in itself to fulfill the fire test.
  • the copolymer according to the invention is produced by radical polymerization in the presence of a mercaptan, the flame-retardant effect of the comonomers is further enhanced.
  • Mercaptans such as n-butyl mercaptan, dodecyl mercaptan, thioglycolic acid, mercaptoethanol, 2-ethylhexylthioglycolate, butylthioglycolate, octylthioglycolate or methyl 3-mercaptopropionate act as transfer regulators. If they are present during the radical polymerization of the monomer mixture consisting of methyl methacrylate and the alkyl acrylate and / or styrene, they are able to react with the radical chain ends of the growing polymer chains. This stops their further growth and forms a mercapto radical, which in turn becomes the starting point for a new polymer chain. In this way, polymer chains are formed which have the rest of the mercaptan as an end group.
  • the transfer action of the mercaptans leads to a reduction in the average molecular weight of the copolymer. If the molecular weight is reduced too much, the strength properties of the acrylic glass can be impaired. Therefore, the amount of mercaptan is preferably limited so that the weight average molecular weight does not fall below 50,000. Suitable amounts of mercaptan are generally about 0.1 to 2% by weight, based on the weight of the monomers.
  • the acrylic glass panes In order to achieve a sufficient noise protection effect, the acrylic glass panes must have a considerable thickness. With thicknesses below 10 mm, the sound-absorbing effect is too low. At thicknesses over 30 mm, the increase in effectiveness is not economically feasible in relation to the increasing material consumption.
  • the disks are preferably 12 to 25 mm thick.
  • the desired thickness can be set by appropriate choice of the thickness of the sealing cord inserted between the glass walls - taking into account the shrinkage caused by the polymerization.
  • the production of correspondingly thick slices by extrusion is difficult. A suitable extrusion die is described in German utility model G 90 015187.
  • panes with clearly visible longitudinal or horizontal stripes at intervals of a few centimeters or opaque colored panes are sometimes preferred.
  • the acrylic glass panes usually have dimensions of 2 to 4 m in length and 1 to 2 m in width. They are usually fastened to vertical supports or posts that are anchored in the ground. The edges are preferably edged with U-profiles made of metal.
  • thermoplastic molding composition consisting of a copolymer of 97 wt .-% methyl methacrylate and 3 wt .-% methyl acrylate ( Commercial product Plexiglas® molding compound Y7N, Röhm GmbH), extruded through a slot die to a 1500 mm wide web. The web was calibrated to a thickness of 18 mm in a roll calender.
  • a monomer mixture of 93.95 parts by weight. Methyl methacrylate, 6 parts by weight Methyl acrylate, 0.05 part by weight Tln.2,2'-azo-bis-isobutyronitrile was filled into a mold formed of two glass panes and an intermediate circumferential edge sealing cord flat chamber and placed in a water bath at 35 o C for polymerization. To complete the polymerization, the flat chamber was then heated for a few hours at 115 o C.
  • Example 2 The procedure according to Example 2 was repeated, but the monomer mixture additionally contained 0.3 part by weight. 2-ethylhexyl thioglycolate. The polymerization temperature was 45 o C. When the burning test of the obtained PMMA plate, an even smaller bubbles than in Example 2 exhibited.

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Abstract

Eine Lärmschutzwand aus Trägern und daran befestigten Acrylglasscheiben, die aus einem Copolymerisat des Methylmethacrylats mit 1 bis 20 Gew.-% eines Alkylacrylats oder Styrols bestehen und frei von halogen- und phosphorhaltigen flammhemmenden Zusätzen sind, erfüllt die für Lärmschutzwände geltenden Brandschutzanforderungen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus im Untergrund verankerten Trägern und daran befestigten, z.B. 10 bis 30 mm dicken Acrylglasscheiben.
    • Stand der Technik
  • Lärmschutzwände mit Acrylglasscheiben sind bekannt; vgl. deutsches Gebrauchsmuster G 92 02844. Ein geeignetes Trägersystem ist in dem deutschen Gebrauchsmuster G 85 24319 beschrieben.
  • Derartige Lärmschutzwände müssen einer begrenzten Brandbelastung, z.B. einem Grasbrand am Aufstellungsort, standhalten. Diese Eigenschaft läßt sich zwar leicht verwirklichen, indem man dem Acrylglas bei der Herstellung üblich flammhemmende Zusätze auf Basis von Phosphor- oder Halogenverbindungen einverleibt. Diese Zusätze sind größtenteils gesundheitsbedenklich und erfordern deshalb besondere Schutzmaßnahmen bei der Herstellung und Verarbeitung des Acrylglases.
    • Aufgabe und Lösung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Acrylglasscheiben für Lärmschutzwände ohne halogen- und phosphorhaltige Zusätze flammhemmend auszurüsten. Insbesondere soll die zusätzliche technische Vorschrift für Lärmschutzwände ZTV-Lsw 88 des Bundesministers für Verkehr erfüllt werden.
  • Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe an einer Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus Trägern und daran befestigten Acrylglasscheiben dadurch erfüllt werden kann, daß das Acrylglas wenigstens an den Oberflächen der Scheiben aus einem Copolymerisat des Methylmethacrylats mit 1 bis 20 Gew.-% eines Alkylacrylats oder Styrols besteht und frei von halogen- und phosphorhaltigen flammhemmenden Zusätzen ist.
  • Zur Prüfung der Brandbelastbarkeit dient eine Versuchsanordnung, bei der ein Wandelement, das in einen U-Profilrahmen eingefaßt ist, auf einem 25 cm hohen unbrennbaren Sockel senkrecht aufgestellt wird. Unmittelbar vor der Vorderseite werden auf den Boden zwei mit je 600 g Holzwolle gefüllte Drahtkörbe von 30 x 30 x 20 cm in den Drittelpunkten des Elements aufgestellt und gleichzeitig angezündet. Nach einer Stunde wird die gleiche Behandlung auf der Rückseite des Elements wiederholt. Das geprüfte Wandelelement darf, um den
  • Brandtest zu erfüllen, kein Feuer fangen und auch nicht stellenweise verbrennen. Es dürfen keine Brandlöcher von mehr als 6 cm² Fläche und keine Risse von mehr als 5 cm Länge entstehen.
  • Wandelemente gemäß der Erfindung (hergestellt nach Beispiel 1) mit den Abmessungen 2000 x 1000 x 15 mm erfüllen den beschriebenen Brandtest. Dagegen erfüllen Wandelemente gleicher Abmessungen aus gewöhnlichem gegossenen Acrylglas, bestehend aus reinem Polymethylmethacrylat, nur zu 50 % diese Prüfbedingungen. Die anderen Elemente gerieten in Brand und mußten nach Versuchsende abgelöscht werden.
  • Der Befund, daß die erfindungsgemäßen Acrylglasscheiben unter den Bedingungen des vorgeschriebenen Brandtests bis zum Abbrennen des Umgebungsfeuers nicht entzündet werden, ist überraschend, denn ein Einfluß der eingebauten Acrylat- oder Styrol-Comonomeren war nicht zu erwarten. Obwohl eine Erklärung bisher nicht möglich ist, wird angenommen, daß die Entzündungsgefahr auf der Verbrennung von monomerem Methylmethacrylat-Dampf beruht, der durch thermische Depolymerisation entsteht. Anscheinend wird die Depolymerisations-Neigung des Acrylglases durch die Comonomeren so stark vermindert, daß nicht soviel Monomerdämpfe freigesetzt werden, wie zur Einleitung eines Brandes nötig wären.
  • Die Brandbelastung bei dem vorgeschriebenen Test beschränkt sich auf eine sehr geringe Materialtiefe. Die Acrylglasscheibe muß deshalb wenigstens bis zu dieser Tiefe aus dem angegebenen Copolymerisat bestehen. Es reicht aus, daß das Copolymerisat Außenschichten von etwa 0,1 bis 1 mm Dicke bildet, während das Innere aus nicht flammgeschütztem Acrylglas oder anderen Kunststoffen von ausreichender Festigkeit bestehen kann. Da die Herstellung solcher mehrschichtigen Scheiben aufwendig ist, sind homogene Scheiben aus dem Copolymerisat bevorzugt.
    • Ausführung der Erfindung
  • Methylmethacrylat ist in jedem Fall die Hauptkomponente der erfindungsgemäßen Copolymerisate; bekanntlich zeichnen sich die im wesentlichen daraus aufgebauten Polymerisate durch hohe Alterungs-und Bewitterungsbeständigkeit aus, eine Eigenschaft, die gerade bei Lärmschutzwänden von herausragender Bedeutung ist.
  • Als Alkylacrylate eignen sich besonders die niederen Alkylester der Acrylsäure mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest. Höhere Alkylacrylate haben eine weichmachende Wirkung, wodurch die Acrylglasscheibe gegen mechanische Beschädigungen empfindlicher würde. Ein Anteil der Alkylacrylate oder des Styrols von 1 Gew.-% hat bereits eine deutliche Wirkung auf das Brandverhalten. Bevorzugt werden 3 bis 10 Gew.-% der Comonomeren eingesetzt. Oberhalb 10 Gew.-% nimmt die Wirksamkeit nicht mehr wesentlich zu, jedoch steigt im Falle der Alkylacrylate die Weichmacherwirkung in unerwünschtem Maße an. Neben Alkylacrylaten und/oder Styrol können gegebenenfalls weitere Comonomere mitverwendet werden, was jedoch Nachteile in der Wetterbeständigkeit nach sich ziehen kann.
  • Es wurde festgestellt, daß ähnlich wie die Alkylacrylate oder Styrol auch Endgruppen eines Mercaptans an dem polymerisierten Methylmethacrylat eine flammhemmende Wirkung ausüben, die für sich allein zur Erfüllung des Brandtests allerdings meistens nicht ausreicht. Wird jedoch das erfindungsgemäße Copolymerisat durch radikalische Polymerisation in Gegenwart eines Mercaptans erzeugt, so wird die flammhemmende Wirkung der Comonomeren noch verstärkt.
  • Mercaptane, wie n-Butylmercaptan, Dodecylmercaptan, Thioglykolsäure, Mercaptoethanol, 2-Ethylhexylthioglykolat, Butylthioglykolat, Octylthioglykolat oder Methyl-3-mercaptopropionat wirken als Übertragungsregler. Wenn sie bei der radikalischen Polymerisation des aus Methylmethacrylat und dem Alkylacrylat und/oder Styrol bestehenden Monomerengemisches zugegen sind, vermögen sie mit den radikalischen Kettenenden der wachsenden Polymerketten zu reagieren. Dadurch wird deren weiteres Wachstum beendet und ein Mercapto-Radikal gebildet, das seinerseits zum Ausgangspunkt einer neuen Polymerkette wird. Auf diese Weise entstehen Polymerketten, die den Rest des Mercaptans als Endgruppe aufweisen.
  • Die Übertragungswirkung der Mercaptane führt zu einer Verminderung des durchschnittlichen Molekulargewichtes des Copolymerisats. Bei einer zu starken Verminderung des Molekulargewichtes können die Festigkeitseigenschaften des Acrylglases beeinträchtigt werden. Daher wird die Menge des Mercaptans vorzugsweise so begrenzt, daß ein Gewichtsmittelwert des Molekulargewichts von 50.000 nicht unterschritten wird. Geeignete Mercaptanmengen liegen in der Regel etwa bei 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Monomerengewicht.
  • Je niedriger das Molekulargewicht des Copolymerisats liegt, desto leichter läßt es sich thermisch verarbeiten. Bei Molekulargewichten im Bereich von 50.000 bis 200.000 ist es thermoplastisch verarbeitbar und erlaubt die Herstellung geeigneter Acrylglasscheiben durch Extrusion oder durch thermisches Verpressen eines Polymerisatpulvers. Wenn bei der Polymerisatherstellung weniger oder garkein Mercaptan mitverwendet wird, ist das Molekulargewicht so hoch, daß eine Herstellung von Scheiben durch Extrusion oder Pressen nicht möglich ist. In diesem Falle erfolgt die Herstellung nach dem bekannten Kammerverfahren, bei dem die Monomermischung, die einen radikalbildenden Initiator enthält, in eine aus zwei Glasplatten und einer dazwischen am Rand umlaufenden Dichtungsschnur gebildete Flachkammer eingefüllt und durch Erwärmen polymerisiert wird.
  • Um eine ausreichende Lärmschutzwirkung zu erreichen, müssen die Acrylglasscheiben eine beträchtliche Dicke haben. Bei Dicken unter 10 mm ist die schallabsorbierende Wirkung zu gering. Bei Dicken über 30 mm steht die Wirkungszunahme in keinem wirtschaftlich tragbaren Verhältnis zum zunehmenden Materialverbrauch. Vorzugsweise sind die Scheiben 12 bis 25 mm dick. Bei der Herstellung durch Polymerisation in Flachkammern läßt sich die gewünschte Dicke durch entsprechende Wahl der Dicke der zwischen den Glaswänden eingelegten Dichtungsschnur - unter Berücksichtigung des polymerisationsbedingten Schrumpfes - einstellen. Die Herstellung entsprechend dicker Scheiben durch Extrusion ist schwierig. Eine dafür geeignete Extrusionsdüse ist in dem deutschen Gebrauchmuster G 90 015187 beschrieben.
  • Glasklare farblose Scheiben sind bevorzugt. Aus Gründen des Vogelschutzes werden manchmal Scheiben mit gut sichtbaren Längs- oder Querstreifen in Abständen von einigen Zentimetern oder undurchsichtig eingefärbte Scheiben bevorzugt.
  • Bei Lärmschutzwänden an Autostraßen sind Vorkehrungen erforderlich, um zu verhindern, daß im Falle der Zerstörung einer Acrylglasscheibe bei einem Unfall Bruchstücke in die Umgebung geschleudert werden. In den deutschen Gebrauchsmustern G 91 09817 und G 92 02488 wird vorgeschlagen, in die Acrylglasscheiben in Längsrichtung durchlaufende zugfeste Einlagen einzubetten, die die Bruchstücke zusammenhalten. Geeignet sind z.B. monofile Fäden oder Bänder aus Polyamid oder Stahlspiralen. Sie werden bei der Herstellung nach dem Kammerverfahren vor dem Einfüllen der Monomeren in der Flachkammer eingespannt und nach dem Füllen von dem polymerisierenden Monomeren umschlossen. Bei der Herstellung durch Extrusion kann man in der Weise vorgehen, daß zwei Stränge halber Dicke getrennt extrudiert und in einem Walzenstuhl im thermoplastischen Zustand vereinigt werden, wobei man die Fäden oder Bänder gleichzeitig zwischen den beiden Strängen einlaufen läßt. Als zugfeste Einlage muß in diesem Falle ein Material verwendet werden, das durch die hohe Temperatur der thermoplastischen Formmassenstränge nicht geschädigt wird.
  • Die Acrylglasscheiben haben üblicherweise Abmessungen von 2 bis 4 m Länge und 1 bis 2 m Breite. Sie werden in der Regel an senkrecht stehenden Trägern oder Pfosten, die im Untergrund verankert sind, befestigt. Vorzugsweise sind die Kanten mit U-Profilen aus Metall eingefaßt.
    • Ausführungsbeispiele 1. Herstellung einer PMMA-Platte durch Extrusion
  • Aus einem Ein-Schnecken-Entgasungsextruder (Schneckendurchmesser D = 100 mm, Länge = 32 D) wurde bei einer Massetemperatur von 260oC eine thermoplastische Formmasse, bestehend aus einem Copolymer von 97 Gew.-% Methylmethacrylat und 3 Gew.-% Methylacrylat (Handelsprodukt Plexiglas®-Formmasse Y7N, Röhm GmbH), durch eine Breitschlitzdüse zu einer 1500 mm breiten Bahn extrudiert. In einem Walzenglättwerk wurde die Bahn auf eine Dicke von 18 mm kalibriert.
  • Der Brandtest unter den eingangs beschriebenen Bedingungen wurde bei allen hergestellten Platten erfüllt.
    • 2. Herstellung einer PMMA-Platte durch Kammerpolymerisation
  • Eine Monomermischung aus 93,95 Gew.-Tln. Methylmethacrylat, 6 Gew.-Tln. Methylacrylat, 0,05 Gew.-Tln.2,2'-Azo-bis-isobutyronitril wurde in eine aus zwei Glasscheiben und einer dazwischen am Rand umlaufenden Dichtungsschnur gebildete Flachkammer gefüllt und in einem Wasserbad von 35oC zur Polymerisation gebracht. Zur Vervollständigung der Polymerisation wurde die Flachkammer anschließend noch einige Stunden auf 115oC erwärmt.
  • Beim Brandtest der erhaltenen PMMA-Platte unter den eingangs beschriebenen Bedingungen trat kein Mitbrennen bzw. keine Flammenbildung, kein Durchbrennen und keine Rißbildung auf. Im beflammten Bereich waren feine Blasen und eine braune Verfärbung sichtbar.
    • 3. Herstellung einer PMMA-Platte unter Mitverwendung eines Mercaptans durch Kammerpolymerisation
  • Die Arbeitsweise gemäß Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch enthielt die Monomermischung zusätzlich 0,3 Gew.-Tle. 2-Ethylhexyl-thioglykolat. Die Polymerisationstemperatur betrug 45oC. Beim Brandtest der erhaltenen PMMA-Platte zeigte sich eine noch geringere Blasenbildung als beim Beispiel 2.

Claims (5)

  1. Flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas, bestehend aus Trägern und daran befestigten Acrylglasscheiben,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß das Acrylglas wenigstens an den Oberflächen der Scheiben aus einem Copolymerisat des Methylmethacrylats mit 1 bis 20 Gew.-% eines Alkylacrylats oder Styrols besteht und frei von halogen- und phoshorhaltigen flammhemmenden Zusätzen ist.
  2. Lärmschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat Endgruppen eines Mercaptans enthält.
  3. Lärmschutzwand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat ein mittleres Molekulargewicht von 50.000 bis 200.000 hat.
  4. Lärmschutzwand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylglasscheiben durch Extrusion erzeugt sind.
  5. Lärmschutzwand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das Acrylglas in Längsrichtung durchlaufende zugfeste Einlagen eingebettet sind.
EP93118725A 1992-12-04 1993-11-22 Flammgeschützte Lärmschutzwand aus Acrylglas Revoked EP0600332B1 (de)

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