DE60104708T2

DE60104708T2 - Bituminöse zusammensetzungen mit verbesserter begehbarkeit und deren verwendung im dachbahnenbereich

Info

Publication number: DE60104708T2
Application number: DE60104708T
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Gerardus HEIMERIKX; Adrianus Erik TROMMELEN
Original assignee: Kraton Polymers Research BV
Current assignee: Kraton Polymers Research BV
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: WO2002026889A1; ES2220821T3; PT1325082E; NO20031406D0; ATE272685T1; EA200300403A1; NO20031406L; US20040014846A1; CN1473177A; CA2423787A1; DE60104708D1; TR200402373T4; AU2002215002A1; EA005647B1; JP2004517162A; BR0114203A; EP1325082B1; CN1232583C; EP1325082A1

Description

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft bituminöse Zusammensetzungen mit vorteilhaften Hoch- und Niedrigtemperatureigenschaften, die bei Wartung über eine Zeit hinweg beispielsweise für Verwendungen im Dachbahnenbereich eine verbesserte Nutzungsdauer ergeben.
Hintergrund der Erfindung
Ein Hauptteil der heutzutage verwendeten Dachpappen sind aus modifizierten bituminösen Zusammensetzungen hergestellt, zum Beispiel aus bituminösen Zusammensetzungen, umfassend einen bitnuminösen Bestandteil und einen Elastomerbestandteil, typischerweise ein Styrolblockcopolymer, wie zum Beispiel SBS (Polystyrol-Polybutadien-Polystyrol) SEBS (Polystyrol-Poly[ethylen-butylen]-Polystyrol), SIS (Polystyrol-Polyisopren-Polystyrol) und SEPS (Polystyrol-Poly[ethylenpropylen]-Polystyrol) und dergleichen. Die Vorteile von modifizierten bituminösen Zusammensetzungen gegenüber üblichen Systemen (geblasener Bitumen) umfassen: verbesserte Ermüdungsbeständigkeit (Akkomodation von wiederholten thermischen Dachbewegungen), verbesserte Flexibilität (besonders bei niedriger Temperatur, wodurch im Vergleich zu herkömmlichem Bitumen dem Bauunternehmer die Verlegung der Dachpappe unter kalten Wetterbedingungen ermöglicht wird), verbesserte Festigkeit (um eine Verringerung in der Zahl der Dachpappenlagen zu gestatten, indem das herkömmliche mit geblasenem Bitumen beschichtete System insgesamt oder teilweise ersetzt wird), verbesserte Beständigkeit gegen (dauerhafte) Verformung bei kurzen oder längeren Beanspruchungsdauern (sogenannte „Fähigkeit zum Daraufgehen") und verbesserte Elastizität, was zu einer größeren Leitungsfähigkeit zur Überbrückung der Bewegungen von Spalt- und Verbindungsstellen führt.
Obwohl modifizierte bituminöse Zusammensetzungen den gesamten vorstehenden Erfordernissen dahingehend genügen, dass diese Materialien ausgezeichnete Hoch- und Niedrigtemperatureigenschaften aufweisen (das heißt eine Biegesteifigkeit in der Kälte bei –30 bis –25 °C und eine Fließfestigkeit bei 80 bis 100 °C), ist weiterhin eine Verbesserung noch erwünscht.
Eine Eigenschaft von besonderer Bedeutung bei Anwendungen im Dachbahnenbereich ist die vorstehend erwähnte Fähigkeit zum Daraufgehen. Im Falle einer unzureichenden Fähigkeit zum Daraufgehen, könnte das Ausheizen mit einem Gasbrenner, das eines der am weitesten verbreiteten Aufbringungsverfahren für bituminöse Dachpappen ist, zu unerwünschten Oberflächeneffekten und/oder zu einer Beschädigung aufgrund unzureichender Verformungsbeständigkeit führen. Eine Bewertung der Beständigkeit einer Zusammensetzung, einen derartigen Betriebsverkehr auszuhalten, wird derzeit durch den Eindringwert (ASTM D5-94) bei 50 °C eingestuft. Eine Verringerung im PEN-Wert, das heißt eine Verbesserung der Verformungsbeständigkeit, während die Leistungseigenschaften und besonders die Niedrigtemperatureigenschaften beibehalten werden, wäre höchst wünschenswert.
Es ist nun festgestellt worden, dass die Fähigkeit zum Daraufgehen von modifizierten bituminösen Zusammensetzungen ohne (signifikante) Auswirkung auf die anderen Leistungseigenschaften der Zusammensetzungen verbessert werden kann. Ein Ergebnis davon ist, dass modifizierte bituminöse Zusammensetzungen mit einer verbesserten Ausgewogenheit der Eigenschaften nun verfügbar sind. Alternativ dazu können modifizierte bituminöse Zusammensetzungen aus relativ weichem Bitumen hergestellt werden, der ansonsten eine unzureichende Fähigkeit zum Daraufgehen (zu hoher PEN-Wert) aufweisen würde.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine bituminöse Zusammensetzung zur Verfügung, umfassend einen bituminösen Bestandteil (A), einen Elastomerbestandteil (B), vorzugsweise ein Blockcopolymer aus einem konjugierten Dien und einem monovinylaromatischen Kohlenwasserstoff und einen Zusatzstoff (C), wobei der Zusatzstoff eine Verbindung der allgemeinen Formel Ar---R---Ar (I)ist, wobei jedes "Ar" unabhängig voneinander einen Benzolring oder ein kondensiertes aromatisches Ringsystem mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, die wenigstens mit einer Hydroxylgruppe substituiert sind, und wobei "R" ein optional substituiertes zweiwertiges Radikal ist, das 6 bis 20 Atome in dem Strukturskelett und wenigstens ein Amid und/oder eine Estergruppe in dem Strukturskelett umfasst.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Die Bestandteile der bituminösen Zusammensetzung werden nachfolgend hier beschrieben.
Zusatzstoff
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Zusatzstoff ist eine Verbindung der allgemeinen Formel Ar---R---Ar (I)wobei jedes "Ar" unabhängig voneinander einen Benzolring oder ein kondensiertes aromatisches Ringsystem mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, die wenigstens mit einer Hydroxylgruppe substituiert sind, und wobei "R" ein optional substituiertes zweiwertiges Radikal ist, das 6 bis 20 Atome in dem Strukturskelett und wenigstens ein Amid und/oder eine Estergruppe in dem Strukturskelett umfasst.
Geeigneterweise ist jede „Ar" ein Benzolring oder ein kondensiertes aromatisches Ringsystem mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise ein Benzolring. Der Benzolring oder das kondensierte aromatische Ringsystem ist wenigstens mit einer Hydroxylgruppe substituiert, obwohl mehrere Hydroxylgruppen vorhanden sein können. Die Hydroxylgruppe oder eine der Hydroxylgruppen ist geeigneterweise an der para-, oder 4-Position substituiert. Zusätzlich kann jedes „Ar" unabhängig voneinander einen oder mehrere Substituenten, vorzugsweise Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt an einer oder mehreren zu der(den) Hydroxylgruppe(n) benachbarten Positionen tragen. Besonders geeignet sind beide „Ar" 3,5-Dialkyl-4-hydroxylphenylgruppen, vorzugsweise 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxylphenylgruppen.
Das zweiwertige Radikal „R" kann durch die allgemeine Formel ~~~[C(=O)X]n~~~ (II)dargestellt werden, wobei „C(=O)X" eine Amid- oder Estergruppe darstellt, „X" ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom ist, vorzugsweise eine Amidgruppe; und „n" die Anzahl derartiger Gruppen darstellt. Diese Gruppen können, müssen jedoch nicht, für den Fall, dass „n" gleich 2 oder größer ist, zueinander benachbart sein. Geeigneterweise kann „n" von 1 bis 4 variieren. „n" ist vorzugsweise 2 oder 4, besonders bevorzugt z. Bevorzugte Beispiele des Radikals „R" umfassen -R¹XC(=O)C =O)XR¹- (III) -R¹XC(=O)-R²-C(=O)XR¹- (IV) -R¹C(=O)X-R²-XC(=O)R¹- (V), und -R¹XC(=O)-R²-XC(=O)R¹- (VI),wobei "R¹" eine C_1-4 Alkylengruppe ist, vorzugsweise eine Ethylengruppe "X" wie vorstehend definiert ist und "R²" eine organische Brückengruppe ist, die 1 bis 10 Atome in ihrem Strukturskelett aufweist, wie zum Beispiel eine C_1-10 Alkylengruppe, vorzugsweise eine n-Hexylengruppe, oder eine Gruppe die so lang ist, dass sie zwei Amid- oder Estergruppen, vorzugsweise Amidgruppen in ihrer Brücke enthält.
Falls „R²" substituiert ist, dann kann er mit einem oder mehreren aus einer Vielzahl von Substituenten, einschließlich Alkarylgruppen, die eine „Ar"-Gruppe tragen oder dergleichen substituiert sein.
Der bevorzugte Zusatzstoff kann daher zum Beispiel aus IRGANOX MD-1024, IRGANOX 1098, IRGANOX 259 oder NAUGARD XL-1 und dergleichen ausgewählt werden (IRGANOX und NAUGARD sind Warenzeichen). Es kann ebenfalls eine Kombination aus solchen Zusatzstoffen verwendet werden. Der besonders bevorzugte Zusatzstoff ist Bis(3,5-di.tert.butyl-4-hydroxyphenylethylamino)dicarbonsäureamid, erhältlich als MD-1024 von Ciba-Geigy.
Der Zusatzstoff kann in jeder Menge im Bereich von 0,01 bis 5 Gewichts-%, typischerweise in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichts-% in Bezug auf die gesamte bituminöse Zusammensetzung zugegeben werden. Die bevorzugte Menge hängt beispielsweise von (I) dem (den) ausgewählten Zusatzstoff(en), (II) dem Verhältnis von Elastomerbestandteil (B) zu Bitumenbestandteil (A); (III) der Art des Elastomerbestandteils (B) und des Bitumenbestandteils (A); und (IV) dem Vorhandensein anderer Bestandteile, wie zum Beispiel Füllstoffe ab. Nichtsdestotrotz wird etwas Experimentieren erforderlich sein, um eine geeignete Menge des Zusatzstoffes zur Verbesserung der gesamten Ausgewogenheit der Eigenschaften der bituminösen Zusammensetzung zu finden.
Bitumen
Der bituminöse Bestandteil in den erfindungsgemäßen bituminösen Zusammensetzungen kann ein natürlich vorkommender Bitumen sein oder von einem Mineralöl abgeleitet sein. Als bituminöser Bestandteil können ebenfalls Petroleumasphalte, die durch ein Krackverfahren erhalten werden, und Kohlenteer, sowie Mischungen verschiedener bituminöser Materialien verwendet werden. Beispiele geeigneter Bestandteile umfassen Destillations- oder „Straight-run-Bitumen", Fällungsbitumen, zum Beispiel Propanbitumen, geblasenes Bitumen, zum Beispiel katalytisch geblasenes Bitumen oder Mehrbereichsbitumen und Mischungen davon. Andere geeignete bituminöse Bestandteile umfassen Mischungen aus einem oder mehreren dieser Bitumen mit Extender (Flussmittel), wie zum Beispiel Petroleumextrakte, zum Beispiel aromatische Extrakte, Destillate oder Rückstände oder mit Ölen. Geeignete bituminöse Bestandteile (entweder „Straight-run-Bitumen" oder „Fluxbitumen") sind diejenigen, die eine Eindringtiefe im Bereich von 20 bis 280, insbesondere von 50 bis 250 dmm bei 25 °C aufweisen („dmm" = 0, 1 mm). Im allgemeinen sind Straight-run- oder Destillationsbitumen mit einer Eindringtiefe im Bereich von 100 bis 250 dmm am praktischsten in der Verwendung. Im Rahmen der Erfindung können Bitumen mit verschiedenem Kompatibilitätsgrad verwendet werden.
Elastomer
Die erfindungsgemäße bituminöse Zusammensetzung enthält mindestens einen Elastomerbestandteil (B). Elastomere werden im allgemeinen mit Polymeren von Dienen, wie zum Beispiel Butadien oder Isopren, oder mit Copolymeren solcher Diene mit einem monovinylaromatischen Kohlenwasserstoff, wie zum Beispiel Styrol, verbunden. Es ist hervorzuheben, dass das in der Zusammensetzung der Erfindung verwendete Elastomer nicht auf solche Polymere oder Copolymere eingeschränkt ist. Geeignete Elastomere umfassen Polyester, Polyacrylate, Polysulfide, Polysilikone und Polyesteramide, vorausgesetzt, sie zeigen das Verhalten eines Elastomers.
Als elastomerer Bestandteil wird vorzugsweise mindestens ein Blockcopolymer verwendet, das mindestens zwei endständige Blöcke eines poly(monovinylaromatischen Kohlenwasserstoffs) und mindestens einen Block eines oder mehrerer konjugierter Diene oder eine (teilweise) hydrierte Variante davon umfasst. Geeignete konjugierte Diene sind diejenigen mit von 4 bis 8 Kohlenstoffatomen pro Monomer, beispielsweise Butadien, 2-Methyl-1,3-Butadien (Isopren), 2,3-Dimethyl-1,3-butadien, 1,3-Pentadien und 1,2-Hexadien, insbesondere Butadien und Isopren und Mischungen davon. Geeignete monovinylaromatische Kohlenwasserstoffe sind o-Methylstyrol, p-Methylstyrol, p-tert-Butylstyrol, 2,4-Dimethylstyrol, -Methylstyrol, Vinylnaphthalin, Vinyltoluol, Vinylxylol und dergleichen oder Mischungen davon und insbesondere Styrol.
Diese Blockcopolymere können linear oder verzweigt und symmetrisch oder asymmetrisch sein. Ein – bevorzugtes – Beispiel für ein geeignetes Blockcopolymer ist das Triblockcopolymer mit der Konfiguration A-B-A, in dem „A" einen polyvinylaromatischen Kohlenwasserstoffblock darstellt, und „B" eine Polydienblock darstellt. Diese Blockcopolymere können weiterhin zum Beispiel durch den Gehalt an monovinylaromatischen Kohlenwasserstoffen in dem Endblockcopolymer, durch ihr Molekulargewicht und ihre Mikrostruktur definiert werden, wie nachstehend erörtert wird.
Der Gehalt der monovinylaromatischen Kohlenwasserstoffe des Endblockcopolymers variiert geeigneterweise von 10 bis 70, bevorzugt von 20 bis 50 Gewichts-% (basierend auf dem gesamten Blockcopolymer).
Die Polymerblöcke der monovinylaromatischen Kohlenwasserstoffe („A") weisen vorteilhafterweise ein scheinbares Molekulargewicht im Bereich von 2.000 bis 100.000, insbesondere von 5.000 bis 50.000 auf. Die Polymerblöcke der konjugierten Diene („B") weisen vorzugsweise ein scheinbares Molekulargewicht im Bereich von 25.000 bis 1.000.000, insbesondere von 30.000 bis 150.000 auf.
Der Ausdruck „scheinbares Molekulargewicht", wie er in der Beschreibung durchwegs verwendet wird, bedeutet das Molekulargewicht des Polymers (Block), entsprechend der Messung mit Gelchromatographie (GPC) unter Verwendung von Polystyrolkalibrierungsstandards (entsprechend ASTM 3536).
Durch die Modifikation der Polymerisation ist es möglich, die konjugierten Diene so zu lenken, dass sie auf eine Weise wachsen, wobei die Kohlenstoffatome einer einzelnen ungesättigten Bindung in das Strukturskelett eingebaut werden, oder auf eine Weise wachsen, wobei alle Kohlenstoffatome der ungesättigten konjugierten Bindungen in das Strukturskelett eingebaut werden. Im Hinblick auf die ersterwähnte Weise sind Poly konjugierte Diene) durch ihren Vinylgehalt in Bezug auf die ungesättigte Bindung, die nun längs des Polymerstrukturskeletts gebunden ist, definiert.
Techniken zur Erhöhung des Vinylgehalts des konjugierten Dienanteils sind gut bekannt und können die Verwendung polarer Verbindungen, wie zum Beispiel Ether, Amine und andere Lewisbasen und insbesondere diejenigen betreffen, die aus der Gruppe, bestehend aus Dialkylethern von Glykolen, ausgewählt sind. Besonders bevorzugte Modifikatoren sind aus Dialkylether von Ethylenglykol ausgewählt, die dieselben oder verschiedene endständige Alkoxygruppen enthalten und optional einen Alkylsubstituenten auf dem Ethylenradikal tragen, wie zum Beispiel Monoglykolether, Diglykolether, Diethoxyethan, 1,2-Diethoxypropan, 1-Ethoxy-2,2-tert-butoxyethan, von denen 1,2-Diethoxypropan besonders bevorzugt ist.
Der gesamte Vinylgehalt des Blockcopolymers beträgt mindestens 6 Gewichts-% (basierend auf den Poly konjugiertes Dien)blöcken, er liegt vorzugsweise im Bereich von 8 bis 80, bevorzugter im Bereich von 25 bis 55 Gewichts-%.
Die Herstellung von Blockcopolymeren ist aus dem Stand der Technik bekannt. In der GB1538266 ist eine Anzahl von Verfahren beschrieben. Blockcopolymere können zum Beispiel durch Zusammenkuppeln von mindestens zwei Diblockcopolymermolekülen unter Verwendung geeigneter Kupplungsmittel, wie zum Beispiel Adipate (zum Beispiel Diethyladipat) oder Siliziumverbindungen (zum Beispiel Siliziumtetrachlorid, Dimethyldichlorsilan, Methyldichlorsilan oder gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan) oder eines Kerns, der durch Oligomerisation von Di- oder Trivinylbenzol hergestellt wird, hergestellt werden. Andere Kupplungsmittel können aus Polyepoxiden, wie zum Beispiel epoxidiertes Leinsamenöl, oder epoxidierten Bisphenolen (zum Beispiel der Diglycidylether von Bisphenol A), Polyisocyanaten (zum Beispiel Benzo-1,2,4-triisocyanat), Polyketonen (zum Beispiel Hexan-1,3,6-trion), Polyanhydriden oder Polyhalogeniden (zum Beispiel Dibromethan) und dergleichen ausgewählt werden.
Bei Verwendung von Kupplungsmitteln kann ein Rest eines nicht gekuppelten Diblockcopolymers im Endprodukt zurückbleiben, der als der „Diblockgehalt" bezeichnet wird. Wird das Blockcopolymer über eine Technik hergestellt, wobei kein Diblock spezifisch hergestellt oder isoliert wird, wie zum Beispiel in der vollständig sequentiellen Herstellung, so ist bekannt, dass die Endmenge an Diblock zum Beispiel durch Reinitiierung angepasst werden kann. Der Diblockgehalt kann zum Beispiel im Bereich von 5 bis 25 Gewichts-% und bevorzugter von 10 bis 25 Gewichts-%, basierend auf dem Elastomerbestandteil, betragen.
Die Hydrierung des Blockcopolymers, sofern erwünscht, kann entsprechend der Beschreibung in der vorstehenden britischen Patentbeschreibung ausgeführt werden. Weitere Beispiele geeigneter Blockcopolymere und deren Herstellung kann zum Beispiel in der EP0006674; EP0238149; EP0667886; EP0317025; EP0506195; EP0756611; US5189083; US5212220; US5141986; US544775; US5451619; US5718752; US5854335; US5798401; US3231635; US3251905; US3390207; US3598887; US4219627; EP0413294; EP0387671; EP0636654 und WO0422931 gefunden werden.
Der Elastomerbestandteil (B) ist geeigneterweise in der bituminösen Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von 2 bis 20, bevorzugter von 10 bis 15 Gewichts-% (basierend auf die gesamte bituminöse Zusammensetzung) vorhanden.
Zusatzstoffe
Die bituminöse Zusammensetzung kann ebenfalls optional andere Bestandteile enthalten, wie sie zum Beispiel für die beabsichtigte Endverwendung erforderlich sein können. Daher können Füllstoffe, zum Beispiel Talk, Calciumcarbonat und Ruß enthalten sein. Andere Bestandteile, die beigemengt werden können, umfassen Harze, Öle, Stabilisatoren oder Flammschutzmittel. Der Gehalt an derartigen Füllstoffen und/oder anderen Bestandteilen kann im Bereich von 0 bis maximal 40 Gewichts-% (basierend auf der gesamten bituminösen Zusammensetzung) liegen. Es können natürlich, sofern es vorteilhaft ist, andere Polymermodifikatoren in die bituminöse Zusammensetzung der Erfindung eingeschlossen werden.
Die nützlichen Niedrigtemperatur- und Hochtemperatureigenschaften der Polymer-Bitumenmischungen der vorliegenden Erfindung, zusammen mit der verbesserten Beständigkeit gegenüber Alterung, ermöglichen es, daß derartige Mischungen von bedeutendem Vorteil in Verwendungen sind, in denen die Mischungen äußeren Witterungsbedingungen ausgesetzt sind, wie zum Beispiel in der Verwendung im Dachbahnenbereich, zum Beispiel als ein Bestandteil der Dachpappe. Die nützliche Niedrig- und Hochtemperaturviskosität bedeutet nicht nur, dass die Polymer-Bitumenmischungen einfach verarbeitet werden können, sondern auch, dass sie das Beimengen einer größeren Füllstoffmenge ermöglichen, bevor die maximal zulässige Verarbeitungsviskosität erreicht ist, und führt daher in solchen Anwendungen zu einem günstigeren Produkt, in denen im allgemeinen Füllstoffe verwendet werden.
Die bituminösen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können ebenfalls bezüglich Endanwendungen verwendet werden, die andere als die Verwendungen im Dachbahnenbereich sind, wie zum Beispiel Dichtungsmassen und Beschichtung (zum Beispiel Rohrbeschichtung), Straßenbau, schalldämpfende Materialien, auf Bitumen basierende Klebstoffe und dergleichen.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung.
Beispiele
Bituminöse Zusammensetzungen
Stammmischungen mit 12 Gewichts-% KRATON D-1184 (eine kommerzielle SBS-Qualität mit einem scheinbaren radialen MW von 420.000 g/mol), einem Diblock-MW von 120.000 g/mol, einem PSC von 30 Gewichts-% und einem Vinylgehalt von 8 Gewichts-%) wurden in zwei Arten handelsüblicher Bitumen, das heißt B 45/60 und B 160/210 mit einem Silverson L4R Hochscherungsmischer hergestellt. Der Bitumen wurde auf 160 °C erhitzt und anschließend wurde das Polymer zugegeben. Mit dem Mischen stieg die Temperatur auf 180 °C an, was durch die von dem Mischer zugeführte Energie verursacht wird. Das Mischen bei dieser Temperatur wurde fortgesetzt, bis eine homogene Mischung erhalten wurde, die durch Fluoreszenzmikroskopie überwacht wurde.
Mit diesen Stammmischungen wurden bituminöse Zusammensetzungen unter Verwendung der anderen Bestandteile unter Rühren bei niedriger Scherung bei einer Temperatur von 180 °C hergestellt.
Testverfahren
Eine Standardbewertung von den Mischungen ohne Füllstoff, das heißt die Bestimmung des Erweichungspunktes, der Viskosität, der DIN Fließfestigkeit und der kalten Mischung, wurde ausgeführt.
In dieser Untersuchung wurde ebenfalls die Eindringtiefe der Zusammensetzung bei 50 °C bestimmt. Die Belastung, die auf die Oberfläche einer Zusammensetzung während einer Messung der Eindringtiefe angewandt wurde, wird folgendermaßen berechnet:

– der Durchmesser der Kegelspitze der verwendeten Nadel beträgt 0,15 mm (wie in dem Kalibrierungsbericht berichtet ist und in der ASTM D5-94 definiert ist);
– die Oberfläche der Nadel (0,25 × π × d²) beträgt 0,0177 mm²
– die während der Messung angewandte Gesamtbelastung, das heißt das Gewicht (50 g) und Stab, beträgt 100 g.
Die tatsächliche Belastung ist daher: 100 = 0,0177 = 5650 g/mm² = 56500 kPa.

Der Eindruck und die Rückfederung werden folgendermaßen bestimmt: Beträgt die Oberfläche einer durchschnittlichen Schuhgröße 210 cm² (30 × 7 cm) und das Gewicht einer durchschnittlichen Person 80 kg, so beträgt die auf das Dach ausgeübte Belastung (80 = 210 = 0,394 kg/cm²) 38 kPa.
Die Experimente mit den Zusammensetzungen wurden in Schalen für die Eindringtiefe ausgeführt. Auf die Oberfläche der Zusammensetzung wurde ein runder flacher Metallzylinder mit einem Durchmesser von 1,3 cm gesetzt. In dieser Untersuchung wurden die Eindrucktests durch Anwenden von zwei verschiedenen Belastungen, das heißt 0,5 kg und 1 kg ausgeführt. Die auf die Zusammensetzungen tatsächlich ausgeübten Belastungen betragen daher 38 kPa und 76 kPa.
Kriechtests wurden für jede Zusammensetzung bei 50 °C unter Anwendung verschiedener Belastungen ausgeführt. Der Kriechtest wurde mit einem Haake RT20 Rotoviskosimeter unter Verwendung einer Konfiguration mit paralleler Platte durchgeführt. Der Durchmesser der oberen Platte betrug 8 mm, während der Abstand zwischen den Platten 1 mm betrug. Die Anfangsdicke der verwendeten Proben betrug 1,5 mm. Vor dem Beginn der Messung wurden die Proben getrimmt. Die Kriechtests wurden unter Anwendung einer konstanten Belastung von 40 kPa, 20 kPa, 10 kPa oder 5 kPa ausgeführt. Für jede Zusammensetzung wurde die Komplianz J (1/pa) als Funktion der Zeit bestimmt.
Experimente 1–5
In dieser Untersuchung wurde IRGANOX MD-1024 verwendet, um dessen Wirkung auf die Eindringtiefe einer typischen Zusammensetzung für den Dachbahnenbereich, basierend auf dem Standard D-1184 SBS und 30 Gewichts-% Füllstoff zu untersuchen.
Ergebnisse
Die Ergebnisse der Eindringtiefetests bei 50 °C sind in der Tabelle angegeben. Die Eindringtiefewerte der Referenzzusammensetzung ohne vorhandene Zusatzstoffe sind aus Vergleichsgründen angegeben. Weiterhin sind ebenfalls die typischen Leistungseigenschaften einer Zusammensetzung mit Bitumen B45/60 aus Vergleichsgründen angegeben.
TABELLE
Schlussfolgerung:
Das Vorhandensein von MD-1024 beeinflusst signifikant die Eindringtiefe der Zusammensetzung bei 50 °C. Es wird ebenfalls gezeigt, dass die Menge des Zusatzstoffs die Eindringtiefe beeinflusst.
Es wird gezeigt, dass in einer Zusammensetzung mit dem weicheren B160/210 Bitumen, die 0,5 Gewichts-% MD-1024 enthält, ein ähnlicher Wert für die Eindringtiefe bei 50 °C im Vergleich zu demjenigen erhalten wird, der für eine Zusammensetzung mit dem härteren B45/60 Bitumen festgestellt wird, während für die Zusammensetzung mit dem weicheren Bitumen bessere Gesamtleistungseigenschaften festgestellt werden.
Die Eindringtiefe bei 50 °C wurde signifikant verringert, was darauf hinweist, dass die Eindruckhöhe ebenfalls verbessert sein sollte.
Die Ergebnisse des Eindrucks und der Rückfederung der Zusammensetzungen mit D-1184 in B160/210 Bitumen, Füllstoff und Zusatzstoff unter Anwendung einer übermäßigen Belastung von 76 kPa, sind in 1 berichtet. Die Ergebnisse für die Referenzzusammensetzung, das heißt ohne vorhandenen Zusatzstoff sind ebenfalls angegeben.
Eine bedeutende Verbesserung der Eindrucktiefe ist mit vorhandenem Zusatzstoff nachgewiesen worden, ohne dass die Rückfederung beeinflusst wurde. In jedem Fall wurde eine völlige Erholung innerhalb von 120 Sekunden beobachtet.
Mit dem Kriechtest wurde die Verformungsbeständigkeit bei 40 kPa und bei einer Temperatur von 50 °C bestimmt. Die Ergebnisse für jede Zusammensetzung (B160/210), wie sie in Tabelle 1 berichtet sind, sind in 2 angegeben. Mit dem Vorhandensein von Zusatzstoffen wurde die Verformungsbeständigkeit signifikant verbessert.
Wurden 0,3 Gewichts-% oder sogar deutlichere 0,5 Gewichts-% MD-1024 einer typischen Dachabdeckungszusammensetzung beigemengt, konnte die Fähigkeit zum Daraufgehen, das heißt die Eindringtiefe, der Eindruck und die Rückfederung und Verformungsbeständigkeit wesentlich verbessert werden.

Claims

Bituminöse Zusammensetzung, umfassend einen bituminösen Bestandteil (A), einen Elastomerbestandteil (B), vorzugsweise ein Blockcopolymer aus einem konjugierten Dien und einem monovinylaromatischen Kohlenwasserstoff und einen Zusatzstoff (C), wobei der Zusatzstoff eine Verbindung der allgemeinen Formel Ar---R---Ar (I)ist, wobei jedes "Ar" unabhängig voneinander einen Benzolring oder ein kondensiertes aromatisches Ringsystem mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, die wenigstens mit einer Hydroxylgruppe substituiert sind, und wobei "R" ein optional substituiertes zweiwertiges Radikal ist, das 6 bis 20 Atome in dem Strukturskelett und wenigstens ein Amid und/oder eine Estergruppe in dem Strukturskelett umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin jedes "Ar" ein Benzolring oder ein kondensiertes aromatisches Ringsystem mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, vorzugsweise ein Benzolring.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Benzolring oder das kondensierte aromatische Ringsystem mit wenigstens einer Hydroxylgruppe substituiert ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Hydroxylgruppe oder eine der Hydroxylgruppen an der para, oder 4-Stellung substituiert ist.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin jedes "Ar" unabhängig voneinander ein oder mehrere Substituenten tragen kann, vorzugsweise Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, am meisten bevorzugt an einer Stellung oder an Stellungen, die zu der oder den Hydroxylgruppen benachbart sind.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin beide "Ar" 3,5-Dialkyl-4-hydroxyphenylgruppen sind, vorzugsweise 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxyphenylgruppen.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das zweiwertige Radikal "R" durch die allgemeine Formel ~~~[C(=O)X]n~~~ (II)dargestellt wird, und wobei "C(=O)X" ein Amid oder eine Estergruppe darstellt, "X" ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom ist, vorzugsweise eine Amidgruppe; und "n" die Anzahl derartiger Gruppen darstellt.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, worin "n" von 1 bis 4 variiert.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, worin "R" eine der Formeln -R1XC(=O)C(=O)XR1- (III) -R1XC(=O)-R2-C(=O)XR1- (IV) -R1C(=O)X-R2-XC(=O)R1- (V), und -R1XC(=O)-R2-XC(=O)R1- (VI),ist, wobei "R1" eine C1-4 Alkylengruppe ist, vorzugsweise eine Ethylengruppe "X" wie vorstehend definiert ist und "R2" eine organische Brückengruppe ist, die 1 bis 10 Atome in ihrem Strukturskelett aufweist oder eine substituierte organische Brückengruppe mit 1 bis 10 Atomen in ihrem Strukturskelett, wie eine C1-10 Alkylengruppe, vorzugsweise eine n-Hexylengruppe, oder eine Gruppe die so lang ist, dass sie zwei Amid- oder Estergruppen, vorzugsweise Amidgruppen in ihrer Brücke enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Zusatzstoff bis(3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxyphenylethylamino)dicarbonsäureamid ist (erhältlich als MD-1024 von Ciba-Geigy).
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Zusatzstoff in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 5 Gewichts-%, basierend auf der gesamten bituminösen Zusammensetzung zugegeben wird.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der bituminöse Bestandteil natürlich vorkommender Bitumen ist oder von einem Mineralöl abgeleitet ist.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der bituminöse Bestandteil ausgewählt ist aus Destillationsbitumen, Fällungsbitumen, Oxidationsbitumen und Mischungen davon.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der bituminöse Bestandteil eine Eindringtiefe im Bereich von 50 bis 250 dmm bei 25°C aufweist.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Blockcopolymer, das als elastomerer Bestandteil (B) verwendet wird, wenigstens zwei endständige Blöcke eines poly(monovinylaromatischen Kohlenwasserstoffs) und wenigstens einen Block eines oder mehrerer konjugierter Diene oder eine teilweise hydrierte Variante davon umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 15, worin das konjugierte Dien ausgewählt ist aus denjenigen mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen pro Monomer, beispielsweise Butadien, 2-Methyl-1,3-butadien (Isopren), 2,3-Dimethyl-1,3-butadien, 1,3-Pentadien und 1,2-Hexadien, insbesondere Butadien und Isopren und Mischungen davon.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 15 oder 16, worin der monovinylaromatische Kohlenwasserstoff ausgewäht ist aus o-Methylstyrol, p-Methylstyrol, p-tert-Butylstyrol, 2,4-Dimethylstyrol, α-Methylstyrol, Vinylnaphthalin, Vinyltoluol, Vinylxylol und dergleichen oder Mischungen davon und insbesondere Styrol.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, worin das Blockcopolymer linear oder verzweigt, und symmetrisch oder asymmetrisch ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, worin der Gehalt der monovinylaromatischen Kohlenwasserstoffe des Endblockcopolymers geeigneterweise von 10 bis 70, bevorzugt von 20 bis 50 Gewichts-% variiert (basierend auf dem gesamten Blockcopolymer).
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, worin die Polymerblöcke der monovinylaromatischen Kohlenwasserstoffe ("A") ein scheinbares Molekulargewicht im Bereich von 2.000 bis 100.000 insbesondere von 5.000 bis 50.000 aufweisen und die Polymerblöcke der konjugierten Diene ("B") ein scheinbares Molekulargewicht im Bereich von 25.000 bis 1.000.000 insbesondere von 30.000 bis 150.000 aufweisen.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, worin der Gesamtvinylgehalt des Blockcopolymers wenigstens 6 Gewichts-% (basierend auf den Blöcken des poly(konjugierten Diens)), vorzugsweise im Bereich von 8 bis 80, bevorzugt im Bereich von 25 bis 55 Gewichts-%.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Elastomerbestandteil (B) in der bituminösen Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von 2 bis 20, bevorzugt von 10 bis 15 Gewichts-% (basierend auf der gesamten bituminösen Zusammensetzung) vorhanden ist.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die bituminöse Zusammensetzung Füllstoffe enthält, beispielsweise Talk, Kalziumkarbonat und Ruß und/oder andere Bestandteile umfassend Harze, Öle, Stabilisatoren oder Flammschutzmittel.
Verwendung der Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Dachbahnenbereich.