NO792952L

NO792952L - Bitumen- og polymerholdig materiale.

Info

Publication number: NO792952L
Application number: NO792952A
Authority: NO
Inventors: Henri Francis Maur Desgouilles
Original assignee: Cib Compos Ind Batiment
Priority date: 1978-09-13
Filing date: 1979-09-12
Publication date: 1980-03-14
Also published as: IL58162A; ES484498A1; DE2962519D1; EP0009432B1; EG14156A; CA1098243A; FI792817A7; IL58162A0; JPS5540786A; ATE855T1; OA06337A; EP0009432B2; AU515129B2; DK382279A; AR221737A1; FR2436160A1; AU5071879A; NZ191551A; MA18585A1; JPS5833276B2

Description

Oppfinnelsen angår et bitumen- og polymerholdig materiale

og anvendelser derav, spesielt for tetningsformål.

Blant de råmaterialer som er potensielt anvendbare for tetningsformål har bitumen være kjent og anvendt sidentden tidlige del av antikken.

Bitumenets fysikalske -varierer med dets anvendelse.

Bitumen foreligger i smeltet tilstand når det anvendes som belegningsmiddel for påføring under oppvarming. Det foreligger også i smeltet tilstand når det anvendes for belegning sammen med . forsterkende underlag,som filtplater, glassfibre, syntetiske fibre og lignende forsterkende underlag. Det kan også foreligge i form av en'oppløsning eller en emulsjon.

En gruppe tetningsmidler er kjente som selges i form ark

eller plater med forskjellige tykkelser, som regel i form av ruller hvori bitumenet er kombinert med de ovennevnte underlagsmaterialer.

Slike ark bør ha tetningsegenskaper og være istand til å motstå de spenninger som de utsettes for på grunn av omgivelsene, spesielt de mekaniske spenninger som skyldes bevegelser i de materialer som.de påføres på, naturlige atmosfæriske påkjenninger

(på grunn av temperatur eller solskinn etc.) og kunstige påkjenninger (som kjemiske og fysikalske angrep).

De forskjellige grupper av tetningsmidler som er basert på bitumen, inneholder tre hovedsakelige typer av dette råmateriale:

1) direkte destillerte bitumenkvaliteter som omfatter den

del som blir tilbake efter av jordolje er blitt destillert under vakuum. Hovedvariantene er f.eks. bitumen 40/50 , 80/100 og 18.0/200 (de to nevnte tall uttrykker nåleinntrengningsverdier bestemt ved 35°C i overensstemmelse med NFT 66 004). Mykningspunktet for disse bitumenkvaliteter (ved.ca. 40-50°C) og som betegnes med TBA (se

NFT 66 008), er forholdsvis lavt. De er sterkt temperaturømfint-lige og kan ikke anvendes alene i fast tilstand på'flater med vesentlig helling, og de er sterkt flytbare på tak ved tempera-turer opp til 70-90°C. 2) Oxyderte bitumenkvaliteter erholdt ved å blåse luft med forhøyet temperatur inn i visse lirekte destillerte jordolje- og/ eller bitumenfraks joner. Denne behandling øker mykningspunktet og minsker inntrengbarheten, f.eks. 100/40 (det første tall be-tegner verdien for mykningspunktet TBA og det annet tall inn-trengningsverdien ved 25°C).

Selv bm slike bitumenkvaliteter har en tilfredsstillende flytbarhetsmotstand, har de derimot dårlige bøyeegenskaper i kald tilstand,'og på den annen side oppviser de, spesielt i kald tilstand, lave strekkforlengelsesverdier. 3) Termoplastiske bi turner/polymerer hvorav de følgende kom-binasjoner kan nevnes som finner utstragt industrielle anvendelser: Bitumen-poly (ethylenvinylacetat)- såkalt Bitumen EVA Bitumen-poly (styrenbutadienstyren), såkalt Bitumen SBS og Bitumen-poly (ataktisk propylen) såkalt bitumen PPA.

Selv om de er mer temperaturømfintlige enn de oxyderte bitumenkvaliteter, har de et høyt mykningspunkt(^ 100°C) og tilfredsstillende flytbarhetsegenskaper.

De egenskaper som forandres sterkt i forhold til oxyderte bitumenkvaliteter er: bøybarheten i kald tilstand som er fremragende, spesielt for bitumenkvaliteten SBS, og

den endelige strekkforlengelse (ifølge NFG 07 001) som er meget høy (ca. 2000%) for bitumenkvaliteten SBS.

Sammenlignet med en oxydert bitumenkvalitet kan derimot bitumenkvaliteten SBS ikke uten å forringes motstå en temperatur av 250°C. Den termiske nedbrytning i nærvær av oxygen forløper meget hurtig. Motstandsdyktigheten overfor flammen fra en blåsebrenner kan også innføre begrensninger hva gjelder bruken av en slik sveisemetode for SBS-bitumenkvaliteter.

PPA-bitumenkvalitene har på sin side dominerende viskositets-egenskaper. Deres elastisitet er sterkt begrenset sammenlignet med et SBS-bitumen, og bruddforlengelsen varierer mellom 100% og 300%. I kald tilstand vil på den annen side deres egenskaper i alminnelig-het ikke nå opp mot egenskapene for SBS-bitumenkvaliteter.

I motsetning hertil vil PPA-bitumenkvaliteter meget tilfredsstillende motstå høye varmespenninger, f.eks. opp til 250°

i smeltet tilstand.

Det fremgår av det ovenstående at for praktiske anvendelser bør bitumenmaterialene ha meget god bøybarhet i kald tilstand,

en<n>0<y>motstandsdyktighet overfor varmespenninger og gode eldnings-egenskaper. En slik kombinasjon av egenskaper kan ikke oppnås for noen kjente bitumenholdige materialer..

I US patentskrift nr. 4000140 er beskrevet et tetningsark

som omfatter et materiale basert på bitumen og syntetiske polymerer, nærmere bestemt et polyolefin og en elastomer. Da dette tetningsark imidlertid ikke inneholder noe bærermateriale og det i dette er anvendt et materiale med lavt bitumeninnhold (5-30% bitumeninnhold), er det utilfredsstillende for de her beregnede anvendelser.

Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe

et bitumenholdig materiale'med de ovennevnte egenskaper og fritt for de ulemper som de kjente materialer er beheftet med.

Oppfinnelsen angår således et bitumen-, polyolefin- og elastomerbasert materiale som er særpreget ved at det omfatter en blanding av (a) 52-78 vekt% bitumen, (b) 20-40 vekt% polyolefin og (c) 2-8 vekt% av en butadien-styrenelastomer.

Materialet ifølge oppfinnelsen byr spesielt på de følgende fordelaktige egenskaper: a) brettbarhet i kald tilstand (i overensstemmelse med den nedenfor beskrevne metode): ingen sprekkdannelse ved lave tem-peraturer helt ned til -40°C,

b) TBA-mykningspunkt ^ 140°C

c) bruddforlengelse (ifølge NFG 07001): 800-2000%,

d) , varmeegenskaper: efter flere timer ved 250°C og 0,5

time ved 30 0°C forblir mykningspunktet og brettbarheten i kald

tilstand uforandrede.

Materialet ifølge oppfinnelsen er spesielt anvendbart for tetningsformål, og oppfinnelsen angår således også en tetnings-innretning som omfatter minst et forsterkende bærermateriale med et bitumenbasert materiale ifølge oppfinnelsen.

Materialet ifølge oppfinnelsen består av en ternær blanding av bitumen, polyolefin og butadien-styren.

Bitumenet er tilstede i en mengde av 52-78 vekt% av blandingen og kan utgjøres av et direkte destillert eller oxydert bitumen.

De foretrukne bitumenkvaliteter har inntrengningsverdier av fra

40 til 220. For et gitt materiale av den ternære blanding vil innvirkningen' av bitumenkvaliteten hovedsakelig gi seg til-

kjenne ved forskjeller i temperaturømfintligheten mens de øvrige egenskaper ikke grunnleggende påvirkes.

Materialet omfatter dessuten 20-40 vekt% av et polyolefin, fortrinnsvis 22-30 vekt%.

Betegnelsen "polyolefin" er her ment å omfatte produkter som skriver seg fra polymerisasjon eller kopolymerisasjon av ett eller flere monoethyleniske hydrocarboner (makromolekylkjedene kan ha en hvilken som helst struktur).

Homopolymerer er spesielt anvendt (som polypropylen eller polybutylen) og dessuten kopolymerer ( .ethylen-propylen og propylen-ethylen-butylen).

Amorfe polyolefiners, dvs. med vilkårlig struktur, forenlighet med bitumen er generelt gode.

På den annen side gir de polyolefiner hvori de rette kjeder inneholder mer eller mindre lange "utstikkende" grupper, bedre forenlighet med bitumenkvalitetene. På lignende måte har makro-molkylkjedenes lengde sterk innvirkning på et slikt systems forenlighet. Den bør derfor være tilstrekkelig lang til at en tilstrekkelig viskositet vil oppnås. Slike polyolefiner vil således ha en viskositet av 10000-30000 centipoise (ved 190°C og under lav skjærkraftbelastning) og et mykningspunkt (TBA) av 100-180°C.

Dessuten inneholder materialet ifølge oppfinnelsen 2-8 vekt% t fortrinnsvis 3-8 vekt%, av en butadien-styrenelastomer.

Når de kombineres med bitumen, vil de vilkårlige kopolymerer eller blokkopolymerer av butadien-styren bidra til at blandingen får en varierende økning av elastisiteten, og dette gir seg hovedsakelig tilkjenne ved en høy bruddforlengelse.

Uavhengig av elastomerenes struktur bør deres molekylvekt ikke være for høy for at elastomerene skal være forenlige med de

to andre komponenter, dvs. bitumenet og polyolefinet.

En spesielt egnet elastomer er en tri-blokkopolymer av styren-butadien-styren med en molekylvekt av 100000-300000.

De ovennevnte prosehtområder er av betydning. Dersom den prosentuelle mengde av polyolefin er høyere enn den øvre grense for det angitte område, vil i virkelighetens materialets viskositet bli meget høy og bøybarheten i kald tilstand forbedres bare i liten grad, og strekkfastheten vil øke meget hurtig.

Dersom polyolefinmengden derimot er for lav, blir den termiske egenskap meget dårlig (TBA < 100°C), motstandsdyktigheten overfor flytbarhet null og varmeømfintligheten meget høy.

Dersom til sist en for stor mengde av styren-butadienelastomer er tilstede, vil viskositeten øke meget hurtig og strekkfasthéten bli uønsket høy. Dessuten vil motstandsdyktigheten overfor termisk nedbrytning avta. Dersom elastomermengden er for lav, vil blandingen ikke få noen elastisitet, og den vil ha dårlig bøybarhet i kald tilstand.

Materialet ifølge oppfinnelsen kan dessuten i avhengighet av de beregnede anvendelser inneholde et uorganisk fyllstoff i mengder opp til ca. 60 vekt%, basert på vekten av den ternære blanding. Skiferpulver, siliciumdioxyd og kalksten er eksempler på slike fyll-stoffer.

Pigmenter, som jern-, krom- eller titanoxyder etc, brann-hemmende materialer, som antimonoxyd, og andre egnede tilsetnings:-stoffer kan også innarbeides i materialet.

For fremstilling av materialet blandes komponentene med hverandre ved en temperatur av minst 170°C inntil en homogen masse fås-.

For å vise hvor overlegent materialet ifølge oppfinnelsen er sammenlignet med de ovennevnte kjente bitumenholdige materialer ble materialenes egenskaper ved anvendelse av disse for tetningsformål for tak og terrasser sammenlignet. Materialene ifølge oppfinnelsen er nedenfor betegnet med BPS.

De foretrukne verdier for de forskjellige egenskaper er:

Et høyt TBA, en bruddforlengelse / > 100%, en så lav brettbarhets-temperatur i kald tilstand som mulig,' en høy motstandsdyktighet

overfor flytbarhet og en god varmestabilitet.

De erholdte resultater er gjengitt i den nedenstående tabell

I.

X BPS-materialene ifølge oppfinnelsen utgjøres polyolefinet av en propylen-ethylen-butylenkopolymer og elastomeren av en tri-blokkopolymer av styren-butadien-styren med en molekylvekt av ca. 200 000.

Det fremgår av de i tabell I gjengitte resultater at materialene ifølge oppfinnelsen oppviser en gunstig kombinasjon av egenskaper som ikke oppvises av de andre materialer som tilhører teknikkens stand.

Det bitiimenholdige materiale ifølge oppfinnelsen kan anvendes alene om ønsket sammen med et fyllstoff og/eller et pigment og/eller andre av de ovennevnte tilsetningsmidler. Det kan anvendes i form av en smelte ved en temperatur av ca. 250°C for å fylle tetningsskjøter som belegningsmiddel for påføring i varm tilstand eller som<y>egbinde-middel etc. Det kan dessuten anvendes i form av en oppløsning i alifatiske eller aromatiske hydrocarboner, f.eks. av nafthatypen, i form av en mastiks.

For slike anvendelser er elastomeren fortrinnsvis tilstede

i en mengde innenfor den midlere del av det ovennevnte område.

Materialene ifølge oppfinnelsen kan også anvendes for fremstilling av tetningsdeler.

Disse tetningsdeler omfatter et forsterkende underlagsmateriale

hvorpå det ovennevnte materiale er påført.

Anvendbare forsterkende materialer omfatter vanlige substrater, som filtplater, glass- eller jutetøy, glassduk eller metallplater etc. Dessuten kan uvevede syntetiske materialer (spesielt polyester) med en vekt av 50-500 g/m<2>og en strekkbruddforlengelse'av over 10% anvendes .

Syntetiske fiberduker (polyester eller polyamid etc.) med en vekt av 50-500 g/m 2 og en høy bruddforlengelse av 10-40% kan også anvendes.

For å sikre den beste homogenitet mellom egenskapene for BPS og for det forsterkende materiale foretrekkes det å anvende et forsterkende materiale som kombinerer en mekanisk styrke av >/3 da N/cm og en høy bruddforlengelse av 10%.

Tetningsdelen kan således foreligge som et tetningsark som

. kan anvendes som en flat ekspansjonspakning.

En tetningsdel i form av et tetningsark som kan anvendes

som en flat ekspansjonspakning, kan fremstilles som.følger:

Det forsterkende materiale med den ønskede bredde, f.eks.

1 m, og med ubegrenset lengde neddykkes i en tank som inneholder det smeltede BPS ved en temperatur av ca. 180°C/slik at materialet kan bli perfekt impregnert eller belagt.

Det forsterkende materiale føres derefter mellom to oppvarmede horisontale valser slik at det anvendte PBS kan avsettes både på materialets øvre og nedre overflate.

Det med BPS belagte ark kan derefter sandblåses på begge overflatesider for å hindre at den bitumenholdige masse skal klebe til det etterfølgende produksjonsutstyr for oppdeling av 2 2 produktet til ruller med en størrelse av '10 m eller 20 m..

Istedenfor å sandblåses kan arket på én av dets overflater forsynes med et selvbeskyttende materiale av uorganiske korn eller skiferflak som hefter til det på ny oppvarmede BPS, eller med et metallark som først er blitt forsynt med et spesielt mønster som gjør at tetningsarket får varmestabile egenskaper, eller med et sulfatpapirark etc.

Et ark (som et sulfatpapirark) kan også påføres bare på én side av'det anvendte BPS, og dette ark kan om ønsket fjernes når produktet skal anvendes.

Det er således mulig å oppnå tetningsark:.

a) med en glassdukbasis i form av et ark som er blitt sand-blåst på begge sider (3-6 mm tykkelse) eller som er blitt belagt

på en overflate med en metallfolie eller med uorganiske korn.

Et slikt ark kan meget lett sveises ved hjelp av en blåsebrenner. Det kan også anvendes for fremstilling av tetningselementer

eller som en komponent i en komplekstetningsinnretning.

b) Med en glassvoilebasis lignende dem som er beskrevet ovenfor, som kan påføres for broer, tunneler og lignende konstruksjoner og som også kan anvendes som komponent i en komplekstetningsinnretning. c) Med en basis av uvevet, syntetisk materiale, lignende dem som er beskrevet ovenfor,.som kan påføres på broer, tunneler

og lignende konstruksjoner og også på haveterrasser, parkerings-

plasser og tak.

d) Med en basis av syntetisk fiberduk, lignende dem som er blitt beskrevet ovenfor, som kan anvendes .som flat ekspansjons-. skjøt og som komponent i en komplekstetningsinnretning.

For slike anvendelser er det fordelaktig at elastomerinn-holdet i det anvendte BPS ligger innen den øvre del av det angitte område.

Tetningsarket kan også være et BPS-ark som er blitt be-skyttet som beskrevet ovenfor, med en tykkelse av 2-4 mm og som kan anvendes for forbindelse mellom skjøter.

Tetningsdelen kan også foreligge som en komplekstetningsinnretning som omfatter en sammenstilling av en rekke tetningsark, som et lag dannet■på et forsterkende glasstøymateriale som er blitt belagt med BPS, og et lag av forsterkende polyester som er blitt belagt med BPS, idet begge lag sveises sammen ved oppvarming, f .eks. ved hjelp av en. blåselampe.

Slike komplekse deler kan typisk anvendes for tetningsbé-

legg for haveterrasser, parkeringsplasser, tak eller tanker etc.

For slike anvendelser er det fordelaktig at elastomerinn-holdet i det anvendte BPS ligger innen den nedre del av det angitte område.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet ved hjelp av de nedenstående eksempler.

Eksempel 1

Et materiale som kan anvendes som belegningsmastiks i varm

tilstand, fremstilles fra de følgende bestanddeler:

Egenskapene for dette BPS er gjengitt i den nedenstående tabell II.

Eksempel 2

Et tetningsark som kan anvendes som en flat ekspansjonspakning, fremstilles i form av en rull med en lengde på 15 m og en bredde på 50 cm,og en tykkelse på 3-4 mm og med en vekt av ca. 4 kg/m 2.

Sammensetningen pr. m 2 er som følger:

Det anvendte BPS har den følgende sammensetning:

Arket har de følgende egenskaper:

Strekkfasthet og strekkbruddforlengelse

(Bestemt i overensstemmelse med NFG 07 001):

I lengderetning: 40 daN/cm og 20%

T bredderetning: 30 daN/cm og 20%

Brettbarhet i kald tilstand:

5 s opprullingstid over en dor med en diameter av 20 mm. Ingen sprekker ned til en temperatur av -30°C.

Flytbarhet i en ovn, i vertikal stilling.

Ingen flyting opp til en temperatur av 110°C.

Statisk stansing .

(I overensstemmelse med NFP 84 352)

Over 22 kg på isoleringsplaten basert på perlit.t.

Over 15 kg på polystyrenplaten.

Dette tetningsark har en meget høy fleksibilitet i kald tilstand og motstår kraftige strekk-, trykk- og skjærkraftpå-kjenninger, spesielt hvor skjøter krysser hverandre.

Det tilpasser seg dessuten perfekt til ujevne former av underlagsmaterialet.

Foruten dets høye egenskaper hva gjelder mekanisk styrke og strekkbruddforlengelse, har det en utmerket motstandsdyktighet overfor statisk stansing.

Eksempel 3

Et to-lags tetningskompleksprodukt fremstilles på følgende måte: Det nederste lag eller det nederste ark består av en 10 m<2>rull (1 m x 10 m) som veier 4 kg/m 2og har en minste tykkelse av 4 mm.

Sammensetningen pr. m 2 er som følger:

D.et anvendte BPS har den følgende sammensetning::

Dette lag har de følgende egenskaper:

Bøybarhet i kald tilstand: ingen sprekker over en dor

(0 20 mm, 5 s opprullingstid) ned til en temperatur av -10°C.

Flytbarhetsmotstandsdyktighet: over 100°C.

Bindemidlets bruddforlengelse: over 20%.

Det øvre lag eller det øvre ark har den samme sammensetning som det nedre lag, bortsett fra at det forsterkende materiale består av et uvevet polyestermateriale som veier 250 g/m 2 og har en bruddforlengelse av over 20% (istedenfor glassvoilen).

Det komplekse tetningsprodukt erholdt ved blåselampesveis-

ing av begge.lag har de følgende egenskaper:

Statisk stansing: over 20 kg

Motstandsdyktighet overfor sprekkdannelse ved 0°C: sammenlignet med et vanlig komplekst produkt motstår det i minst 5

ganger så lang tid en åpning- og lukkebevegelse for en skjøt på

2 mm.

I den nedenstående tabell II er de erholdte forsøksresul-tater for forskjellige sammensetninger av BPS gjengitt, idet sammenligningsresultater erholdt med kjente materialer er gjen-

gitt i kolonnene 1-7.

Det anvendte bitumen er et direkte destillert bitumen med en inntrengningsverdi av 80/100, polyolefinet er en propylen-ethylen-butylenkopolymer, og elastomeren er en styren-butadien-styren-blokkopolymer.

Kaldbrettbarheten ble bestemt som følger:

Et vanlig opprullingsforsøk over en sylindrisk.dor med en diameter av 20. mm utføres med kondisjonerte prøver i overensstemmelse med NFG 07 001, med en lengde av 250 mm. Opprullingstiden er 5 s.

Prøvene og doren kondisjoneres i minst 2 timer i en om-hylling med en temperatur som svarer til forsøkstemperaturen.

Den laveste temperatur som prøven kan motstå uten sprekkdannelse, bestemmes, idet temperaturen bestemmes for gradvise temperaturintervaller på 5°C.

Flytbarhetsmotstandsdyktigheten ble bestemt som følger: Prøver i overensstemmelse med NFG 07001 og 250mm lange opp-henges vertikalt i en ovn med tvungen luftsirkulasjon.

o

Den opprinnelige temperatur er 70 C. Efter kondisjonering i noen timer økes temperaturen i trinn på 5°C med tidsmellomrom av 60 minutter, og grensetemperaturen er den temperatur som hverken bevirker siging eller flyting.

Claims

1. Bitumen-, polyolefin- og elastomerbasert materiale, karakterisert ved at det omfatter en blanding av (a) 52-78 vekt% bitumen, (b) 20-40 vekt% polyolefin og (c) 2-8 vekt% av en butadien-styrenelastomer.

2. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at blandingen inneholder 22-30 vekt% polyolefin.

3. Materiale ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at blandingen inneholder 3-6 vekt% elastomer.

4. Materiale ifølge krav 1-3, karakterisert ved at bitumenet er et direktedestillert eller oxydert bitumen med en inntrengning av 40-220.

5. Materiale ifølge krav 1-4, karakterisert ved at polyolefinet er et polypropylen, et polybutylen, en propylen-. ethyLenkopolymer eller en propylen-ethylen-butylenkopolymer.

6. Materiale ifølge krav 1-5, karakterisert ved at elastomeren er en styren-butadien kopolymer med en molekylvekt av 100000-300000.

7. Materiale ifølge krav 1-6, karakterisert ved at det dessuten inneholder et fyllstoff og/eller et pigment og/ eller et flammehemmende middel.

8. Tetningsdel, karakterisert ved at den omfatter minst ett forsterkende underlagsmateriale med et materiale ifølge krav 1-7.

9. Tetningsdel ifølge krav 8, karakterisert ved at den har form av et ark som består av et forsterkende materiale . belagt med materialet ifølge krav 1-7.

10. Tetningsdel ifølge krav 8, karakterisert ved at den har form av et kompleks bestående av minst to ark ifølge krav 9 som er sveiset sammen.