DE69915532T2

DE69915532T2 - Feuerhemmende EPDM-Dachbahn für Schrägdach

Info

Publication number: DE69915532T2
Application number: DE69915532T
Authority: DE
Inventors: James A. Indianapolis Davis; jr. William F. Prescott Barham; Gregory A. Zionsville Brandt
Original assignee: BFS Diversified Products LLC
Current assignee: Firestone Diversified Products LLC
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: ES2218896T3; EP0955424A1; CA2269931C; DE69915532D1; US6632509B1; CA2269931A1; JP2000001584A; EP0955424B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein feuerhemmende Bahnenmaterialien, und insbesondere feuerhemmende Bedachungsmembranen auf der Grundlage von EPDM, die eine solch verbesserte Brennbeständigkeit zeigen, dass sie für die Verwendung auf Dächern mit hohen Neigungen sehr geeignet sind. Spezifisch besitzen diese mit einem grob gewebten Leinenstoff verstärkten, feuerhemmenden EPDM-Bedachungsmembranen eine relativ niedrige Verfahrens-Ölbeladung, relativ hohe Gehalte an nicht-verbrennbaren Mineralfüllstoffen und eine feuerhemmende Packung, die mindestens ein Decabromdiphenyloxid (DBDPO) oder ähnliche Brom-enthaltende Additive und Antimontrioxid (Sb₂O₃) enthält, so dass diese Bedachungsmembranen einen begrenzten Sauerstoffindex (LOI, vom angelsächsischen Ausdruck "limiting oxygen index") von mindestens 40 Gew.-% Sauerstoff besitzen, wenn sie gemäß ASTM D2863-91 geprüft werden.
Hintergrund der Erfindung
Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) wird ausgedehnt bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Beispielsweise ist es besonders nützlich als polymeres Kautschuk-Bahnenmaterial, welches wegen seiner ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften, Flexibilität, Wetterbeständigkeit und Wärmealterungsbeständigkeit als Bedachungsmembran mit einer einzigen Schicht für die Bedeckung von industriellen und technischen flachen Dächern verwendet wurde. Solche Bedachungsmembranen werden typischerweise auf die Dachoberfläche in vulkanisiertem oder gehärtetem Zustand angewendet und dienen als wirksame Sperre zur Verhinderung der Penetration von Feuchtigkeit durch das Dach, das bedeckt ist.
Diese EPDM-Bedachungsmembranen werden typischerweise hergestellt durch Compoundieren von EPDM oder Gemischen aus EPDM oder anderen Polymeren, wie Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM) oder Ethylen-Buten-Copolymeren, mit dem geeigneten Verstärkungs- oder Nicht-Verstärkungsfüllstoffen, Verarbeitungsölen und anderen gewünschten Bestandteilen, wie Weichmacher, Antizersetzungsmittel, Aktivatoren, die die Kristallinität verstärken, Aktivatoren, die die Klebefestigkeit verstärken, usw., in einem geeigneten Innenmischer und Kalandrieren der entstehenden Verbindung zu dem gewünschten Kautschuk-Folienmaterial. Die Bedachungsmembranen können dann gehärtet werden, sofern erwünscht, durch Vulkanisation des entstehenden Verbundfolienmaterials in Anwesenheit von einem oder mehreren Vulkanisationsmitteln und/oder verträglichen Vulkanisationsbeschleunigern.
Vulkanisationsmittel, wie Schwefel oder Schwefelenthaltende Verbindungen, wie Mercaptane, werden heute normalerweise verwendet, obgleich die Vulkanisation und Härtung unter Verwendung anderer Mittel oder in Anwesenheit anderer Verbindungen erfolgen kann. Beispielsweise können Ethylen-Buten-Copolymere in Anwesenheit eines Triazins oder eines organischen Peroxids gehärtet werden. Eine andere Alternative, die ebenfalls vorgeschlagen wurde, ist die Härtung durch Ionisationsstrahlung durch Verwendung von Bestrahlungsvernetzungsaktivatoren.
Ein Hauptnachteil der Bedeckungsfolienmaterialien auf EPDM-Grundlage und der Bedachungsmembranen ist insbesondere, dass sie keine Flammenbeständigkeit oder Brennbeständigkeit besitzen. In anderen Worten sind die EPDMs, wie andere olefinische Elastomere, verbrennbar, und die Bedachungsmembranen sind nicht feuerbeständig. Mindestens ein Test wurde als American Standard-Testverfahren (ASTM) festgelegt um die Flammenbeständigkeit oder Brennbeständigkeit verschiedener Zusammensetzungen zu vergleichen. Insbesondere ermöglicht ASTM D2863-91 die Bestimmung des begrenzenden Sauerstoffindex (LOI), der allgemein gesprochen mit der Brennbeständigkeit einer Zusammensetzung in Korrelation steht. D. h., je höher LOI ist, umso größer ist die Brennbeständigkeit der Zusammensetzung.
LOI wird bestimmt, indem die Minimumkonzentration von Sauerstoff in einem strömenden Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff bestimmt wird, welches gerade die flammende Verbrennung von entweder Kautschuk- oder Kunststoffmaterialien unterstützt.
In der Vergangenheit haben typische Bedachungsmembranen auf der Grundlage von EPDM einen relativ niedrigen LOI-Wert, typischerweise in der Größenordnung von 18 bis 22 Prozent Sauerstoff, besessen, während geformte Platten aus Rohpolymeren selbst LOI-Werte zwischen 18 und 19 Prozent Sauerstoff aufwiesen. Diese Bedachungsmembranen enthielten verschiedene verbrennbare Materialien und waren leicht entflammbar, wenn sie angezündet wurden.
Zur Verbesserung der Flammenbeständigkeit oder Brennbeständigkeit von Produkten unter Verwendung olefinischer Elastomere, beispielsweise EPDM-Bedachungsmembranen, wurden flammenbeständige Füllstoffe, wie Antimontrioxid, Decabromdiphenyloxid (DBDPO), Dechloran (chlorierter alicyclischer Kohlenwasserstoff), Aluminiumoxidtrihydrat und chlorierte oder bromierte Paraffine, eingeführt und in die Zusammensetzung des Produktes eingearbeitet, wie es in den US-Patenten Nr. 4 839 412 und 4 851 463 gezeigt wird. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Kapazität von einigen dieser Produkte, und insbesondere von olefinischen Bedachungsmembranen, welche thermoplastische Eigenschaften besitzen, die feuerhemmenden Füllstoffe aufzunehmen, etwas begrenzt ist. Überschüssige Mengen an Füllstoffen ergeben oft einen Verlust der physikalischen Eigenschaften, der Flexibilität und/oder sogar der Verarbeitbarkeit.
Obgleich feuerhemmende Füllstoffe oft in polymeren Folienmaterialien und Bedachungsmembranen zur Erhöhung der Flammbeständigkeit und Brennbeständigkeit verwendet wurden, ist die Menge an feuerhemmenden Füllstoffen, die zugegeben werden kann, notwendigerweise begrenzt, und daher ist die Brennbeständigkeit des Produktes, das diese feuerhemmenden Füllstoffe enthält, ebenfalls begrenzt. Zusammengefasst wurde, obgleich Versuche unternommen wurden, die Feuerbeständigkeit oder Brennbeständigkeit von Bedachungsmembranen auf der Grundlage von EPDM zu verbessern, noch kein Weg gefunden um die Flammenbeständigkeit zu erhöhen, so dass die Dachbedeckungsmembranen einen begrenzenden Sauerstoffindex LOI von mindestens 40%, getestet gemäß ASTM D2863-91, besitzen. Es wurde gefunden, dass zur Herstellung von einer Bedachungsmembran, welche die nationalen Entflammbarkeitstest-Standards für Dachbedeckungsmaterialien erfüllt oder überschreitet, wie "Underwriter Laboratory's UL-790 Test for Fire Resistance of Roof Covering Materials" für alle Dächer, einschließlich solcher mit hohen Neigungen, und insbesondere für die Verwendung an geneigten Dächern mit einer Neigung von 1 Inch oder mehr pro linearem Foot, ein LOI von mindestens 40% Sauerstoff erforderlich ist, geprüft gemäß ASTM D2863-91.
Die bekannten Bedachungsmembranen erfüllen diese Standards nicht, wenn sie auf solche stark geneigten Dächer angewendet werden. Beispielsweise wird in der US-Patentschrift Nr. 4 810 565 ein feuerbeständiger elastomerer EPDM-Bedachungsfolien-Verbundstoff beschrieben, der eine obere Schicht aus einem feuerbeständigen EPDM-Material und eine untere Schicht aus einem nicht-feuerbeständigen EPDM-Material enthält. Unter den Vorteilen wird in dieser Patentschrift bemerkt, dass die Eliminierung der Verwendung von später angewendeten Überzügen als notwendige Maßnahme erforderlich ist, damit die Standard-EPDM-Materialien den Standard UL-790-Test bei bestimmten Bedachungsverwendungen bestehen. Während dies für Bedachungsmembranen gilt, die im Wesentlichen für Flachdächer entwickelt wurden, d. h. für solche Dächer mit Neigungen von weniger als 1 Inch pro linearem Foot, wird angenommen, dass die Verbundfolie bei Dächern mit starker Neigung, d. h. solchen Dächern mit Neigungen von 1 Inch pro linearem Foot oder mehr, den Standardtest-UL-790 nicht bestehen. In der Tat besitzen, wie zuvor angegeben, selbst die bevorzugten feuerhemmenden EPDM-Materialien, die als obere Schicht des Verbundstoffs alleine (ohne untere Schicht) verwendet wurden, keinen LOI von 40% Sauerstoff, geprüft gemäß ASTM D2863-91.
Während die Verwendung von feuerbeständigen Additiven wirksame Maßnahmen zur Erhöhung der Flammen- oder Brennbeständigkeit ermöglichen, können diese Additive nicht in ausreichend großen Mengen verwendet werden um alle EPDM-Bedachungsmembranen nicht-entflammbar zu machen, insbesondere an Dächern mit hoher Neigung. Es besteht somit ein Bedarf für eine EPDM-Bedachungsmembranen-Zusammensetzung mit einem begrenzenden Sauerstoffindex (LOI) von mindestens 40, geprüft gemäß ASTM D2863-91, so dass die EPDM-Bedachungsmembran-Zusammensetzung den Standard UL-790-Test für Dächer mit Neigung von 1 Inch pro Foot oder mehr erfüllt oder besser ist. Weiterhin sollten sich die physikalischen Eigenschaften der Bedachungsmembran nicht signifikant ändern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, vulkanisierbare elastomere Bedachungsbahnennmaterialien bzw. Bedachungsabdeckungsmaterialien, die eine verbesserte Brennbeständigkeit besitzen, zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß sollen vulkanisierbare elastomere Bedachungsbahnenmaterialien zur Verfügung gestellt werden, die eine verbesserte Brennbeständigkeit besitzen, wenn sie bei hohen Neigungen verwendet werden.
Erfindungsgemäß sollen vulkanisierbare elastomere Bedachungsbahnenmaterialien, wie oben, zur Verfügung gestellt werden, die einen begrenzenden Sauerstoffindex von mindestens 40% Sauerstoff besitzen, wenn sie gemäß ASTM D2863-91 geprüft werden.
Erfindungsgemäß sollen vulkanisierbare elastomere Bedachungsbahnenmaterialien, wie oben beschrieben, zur Verfügung gestellt werden, die eine überlegene, langdauernde Langzeitwärmealterungs-, Ozon- und Wetterbeständigkeit besitzen.
Erfindungsgemäß sollen vulkanisierbare elastomere Bedachungsbahnenmaterialien, wie oben beschrieben, zur Verfügung gestellt werden, die erfolgreich den Standard-UL-790-Test für die Feuerbeständigkeit für Dachbedeckungsmaterialien für die Verwendung von Dächern mit unbegrenzten Neigungen bestehen.
Erfindungsgemäß sollen vulkanisierbare elastomere Bedachungsbahnenmaterialien zur Verfügung gestellt werden, die eine verbesserte Dimensionsstabilität besitzen.
Erfindungsgemäß sollen vulkanisierbare elastomere Bedachungsbahnenmaterialien aus nicht-gehärteten Membranverbindungen zur Verfügung gestellt werden, die Mooney-Viskositäten von etwa 37 bis 43 Mooney-Einheiten bei 135°C besitzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bedeckung von Dächern zur Verfügung zu stellen, bei dem vulkanisierbare elastomere Bedachungs bahnenmaterialien verwendet werden, die eine verbesserte Brennbeständigkeit bei Verwendungen mit hoher Neigung besitzen.
Die Erfindung betrifft allgemein feuerhemmende Bahnen- bzw. Folienmaterialien für Bedachungen, umfassend: ein Grundpolymer, enthaltend mindestens ein Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, wobei das Grundpolymer bis zu etwa 2 Gew.-% Kristallinität besitzt, etwa 85 bis etwa 175 Gew.-Teile von mindestens einem nicht-verbrennbaren Mineralfüllstoff pro 100 Teile des Grundpolymeren, etwa 30 bis etwa 50 Gew.-Teile eines Verarbeitungsmaterials pro 100 Teile des Grundpolymeren, etwa 50 bis etwa 80 Gew.-Teile von mindestens einer feuerhemmenden Additivpackung pro 100 Gew.-Teile Grundpolymer, und etwa 1,5 bis etwa 10 Gew.-Teile einer Schwefelhärtungspackung pro 100 Teile des Grundpolymeren, wobei das Bedeckungsmaterial mindestens 40% nicht-verbrennbarer Materialien enthält und einen Grenzsauerstoffindex (LOI) von mindestens 40 besitzt, geprüft gemäß ASTM D2863-91.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Decken von Dächern, umfassend Aufbringen von Schichten aus vulkanisierbarem elastomeren Dachbahnenmaterial, hergestellt aus einer feuerhemmenden polymeren Zusammensetzung, auf das Dach, das bedeckt werden soll, wobei die polymere Zusammensetzung umfasst ein Grundpolymeres, enthaltend mindestens ein Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, wobei das Grundpolymere bis zu 2 Gew.-% Kristallinität besitzt, etwa 85 bis etwa 175 Gew.-Teile mindestens eines nicht-verbrennbaren Mineralfüllstoffes pro 100 Teile des Grundpolymeren, etwa 30 bis etwa 50 Gew.-Teile Verarbeitungsmaterial pro 100 Teile des Grundpolymeren, etwa 50 bis etwa 80 Gew.-Teile mindestens eines feuerhemmenden Additivs pro 100 Teile des Grundpolymeren, und etwa 1,5 bis etwa 10 Gew.-Teile einer Schwefelhärtungspackung pro 100 Teile des Grundpolymeren, Überlappen benachbarter Kanten der Schichten und klebendes Umsäumen der aufeinander liegenden Flächen unter Bildung eines annehmbaren Saums, wobei die Zusammensetzung mindestens 40% nicht-verbrennbarer Materialien enthält, und das Bedeckungsmaterial einen Grenzsauerstoffindex (LOI) von mindestens 40 besitzt, geprüft gemäß ASTM D2863-91.
Mindestens eins oder mehrere der zuvor erwähnten Aufgabenaspekte, die für den Fachmann offensichtlich sind, werden in größerer Einzelheit anhand der folgenden Beschreibung erläutert.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Wie zuvor angegeben, betrifft die vorliegende Erfindung feuerhemmende elastomere Bahnenmaterialien für Bedachungen, und insbesondere solche Bahnenmaterialien, die für die Verwendung bei Dächern mit hohen Neigungen oder Neigungen von mindestens 1 Inch pro Linear-Foot, und bevorzugter etwa 3 Inch pro linearem Foot, geeignet sind. In der Vergangenheit erfüllten keine Bahnenmaterialien für Bedachungen auf EPDM-Grundlage für stark geneigte Dächer die extremen Bedingungen, wie sie in UL-790 als nationaler Feuerstandard festgelegt sind. In der Tat wird angenommen, dass keine Bedachungsabdeckungsmaterialien auf der Grundlage von EPDM je einen LOI von mindestens 40% Sauerstoff besaßen, geprüft gemäß ASTM D2863-91. Die erfindungsgemäßen Bahnenmaterialien für die Bedachung erfüllen diese Standards.
Die erfindungsgemäßen Bahnenmaterialien für Bedachungen umfassen EPDM als Grundpolymer, und sie können gegebenenfalls bis zu 20% EPM als Ersatz von EPDM umfassen. Der Ausdruck EPDM wird im Sinne seiner Definition, wie in ASTM-D-1418-94 festgestellt, verwendet und bedeutet ein Terpolymer aus Ethylen, Propylen und einem Dienmonomeren mit einem Rest Unsättigungsgehalt von dem Dien in der Sei tenkette. Obgleich dies keine Beschränkung sein soll, werden erläuternde Verfahren zur Herstellung solcher Terpolymeren beschrieben in US-Patent Nr. 3 280 082, auf dessen Offenbarung expressis verbis Bezug genommen wird. Andere erläuternde Verfahren werden beispielsweise gefunden in Rubber and Chemistry & Technology, Bd. 45, Nr. 1, Division of Rubber Chemistry (März 1992); Morton, Rubber Technology, 2. Aufl., Kapitel 9, Van Nostrand Reinhold Company, New York (1973); Polymer Chemistry of Synthetic Elastomers, Part II, High Polymer Series, Bd. 23, Kapitel 7, John Wiley & Sons, Inc., New York (1969); Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Bd. 6, S. 367–68, Interface Publishers, eine Abteilung of John Wiley & Sons, Inc., New York (1967); Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Bd. 5, S. 494, Interface Publishers, eine Abteilung von John Wiley & Sons, Inc., New York (1966); und Synthetic Rubber Manual, 8. Aufl., International Institute of Synthetic Rubber Producers, Inc. (1980). Der Ausdruck EPDM wird im Sinne seiner Definition, wie in ASTM D1418-94 festgelegt, verwendet und bedeutet ein Copolymer aus Ethylen und Propylen.
Das Dienmonomere, das zur Bildung des EPDM-Terpolymeren verwendet wird, ist bevorzugt ein nicht-konjugiertes Dien. Erläuternde Beispiele von nicht-konjugierten Dienen, die verwendet werden können, 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 ähnliche.
Die erfindungsgemäß bevorzugten Terpolymeren sind im Wesentlichen amorph. D. h., mindestens ein EPDM-Terpolymer, das als Grundbestandteil der Kautschukmembran oder des Bahnenmaterials verwendet wird, sollte weniger als 2% Kristallinität besitzen. Ein bevorzugtes elastomeres Poly meres, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann von etwa 55 bis etwa 70 Gew.-% Ethylen und von etwa 1 bis etwa 12 Gew.-% Dien enthalten, wobei der Rest des Polymeren Propylen oder ein ähnliches Polymeres des Olefin-Typs ist.
Es ist offensichtlich, dass der Gegenstand, nämlich das feuerhemmende Bahnenmaterial für Bedachungen, 100 Gew.-Teile amorphes EPDM als einziges elastomeres Polymeres für die Zusammensetzung enthalten kann. Jedoch soll bemerkt werden, dass mehr als ein EPDM, und gegebenenfalls ein EPM mit weniger als 2 Gew.-% Kristallinität ebenfalls verwendet werden können, solange der gesamte Kristallinitäts-Prozentgehalt bei 2% oder weniger verbleibt, selbst kristallines EPDM oder EPM kann verwendet werden.
Obgleich kristalline und semikristalline EPDM- und EPM-Polymere nicht für die Durchführung der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, können Gemische aus amorphen und semikristallinen EPDM und EPM bei der Durchführung dieser Erfindung verwendet werden, mit der Maßgabe, dass das entstehende Gemisch aus Polymeren nicht mehr als etwa 2 Gew.-% Kristallinität besitzt. Es ist offensichtlich, dass die Verwendung kristalliner Polymere und/oder EPM etwas den LOI der entstehenden Zusammensetzung erniedrigen kann. Daher ist es wichtig, dass man die Menge dieser Bestandteile, die verwendet wird, sorgfältig kontrolliert.
Semikristalline und kristalline EPDM- und EPM-Materialien werden im Allgemeinen definiert als solche mit mindestens 2% Kristallinität und mehr, bis zu etwa 13 Gew.-%, wie es auf diesem Gebiet bekannt ist. Wo diese Materialien mit höherer Kristallinität als amorphe EPDM- und/oder EPM-Materialien verwendet werden, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, Gemische mit amorphen Materialien zu verwenden. Die relativen Mengen an amorphen kristallinen Materialien können variiert werden, obgleich die amorphe Komponente den Hauptteil ausmacht, d. h. üblicherweise mindestens 80 Gew.-% pro 100 Gew.-% der Menge an EPDM- oder EPM-Material. Wenn Gemische verwendet werden, sollen sie in relativen Mengen verarbeitet werden, wobei ihre Kristallinität beachtet werden muss, damit die EPDM- oder EPDM/EPM-Gemische eine Kristallinität von weniger als oder bis zu etwa 2 Gew.-% besitzen, wenn sie bevorzugt mit amorphen polymeren Materialien verwendet werden.
Damit sie in solchen Gemischen erfindungsgemäß nützlich sind, besitzen die EPDM-Komponenten, wenn sie verwendet werden, mindestens etwa 2 Gew.-% Kristallinität von der Ethylen-Komponente; Mn, gemessen durch GPC, von mindestens etwa 30.000, und Mw, gemessen durch GPC, von mindestens etwa 100.000. Ähnlich sollte das kristalline EPM, wenn es verwendet wird, mindestens 2 Gew.-% Kristallinität (Ethylen); ein Mn, gemessen mit GPC, von mindestens etwa 30.000, und ein Mw, gemessen mit GPC, von mindestens etwa 100.000 besitzen. Wiederholt jedoch werden amorphes EPDM, und gegebenenfalls EPM, verwendet anstelle von kristallinen Komponenten.
Ein besonders bevorzugtes EPDM mit mindestens 2% Kristallinität ist erhältlich von Uniroyal Chemical Co. unter dem Warenzeichen Royalen^® und besitzt eine Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125°C) von etwa 47 ± 5, einen Ethylengehalt zwischen etwa 69 und 70 Gew.-% und etwa 2,7 Gew.-% Unsättigung.
Ein anderes EPDM ist von Uniroyal Chemical Co. unter dem Warenzeichen Royalen^® erhältlich mit einer Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125°C) von etwa 63; einem Ethylengehalt von etwa 69 Gew.-% und etwa 2,5 bis 2,7 Gew.-% eines dritten Monomeren, wobei der Rest des Terpolymeren Propylen ist. Dieses amorphe EPDM-Terpolymere besitzt mindestens 2 Gew.-% Kristallinität und eine Mooney-Viskosität (ML/4 bei 125°C) von etwa 62–63. Selbstverständlich ist bekannt, dass alle EPDM- und EPM-Grundpolymere verbrennbare Materialien sind.
Zusätzlich zu den verbrennbaren Olefinpolymeren, wie EPDM, und gegebenenfalls EPM, wie oben diskutiert, kann die erfindungsgemäße Bedachungsmembran-Zusammensetzung ebenfalls Füllstoffe, feuerhemmende Packungen, Verarbeitungshilfsmittel und Härtungsmittel, wie auch andere mögliche Komponenten, einschließlich Härtungsaktivatoren, welche alle im Folgenden diskutiert werden, enthalten. Die Mengen an Füllstoffen, feuerhemmenden Mitteln, Verarbeitungsmitteln, Härtungsmitteln und anderen Additiven, die in der Bedachungsmembran-Zusammensetzung verwendet werden, werden im Folgenden als Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile Grundpolymer ausgedrückt, welches in den meisten Fällen ein EPDM-Terpolymer ist. Dementsprechend soll der Ausdruck phr, wenn er verwendet wird, Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Grundpolymer bedeuten.
Im Hinblick auf die Füllstoffe werden geeignete Füllstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus verbrennbaren und nicht-verbrennbaren Materialien und ihren Gemischen. Jedoch sind größere Mengen nicht-verbrennbarer Materialien und geringere Mengen an verbrennbaren Materialien sehr wünschenswert und bevorzugt. Beispiele von verbrennbaren Materialien umfassen organische Materialien, wie Carbon black (Ruß), gemahlene, bituminöse Füllstoffe und Verarbeitungsöle. Beispiele von nicht-verbrennbaren Materialien umfassen sowohl organische als auch anorganische Materialien, aber sie umfassen bevorzugt Tonmineral-Füllstoffe, und ähnliche. Bevorzugt können diese Materialien zu den Formulierungen in Mengen im Bereich von 85 bis 175 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Grundpolymeren, und mehr bevorzugt von etwa 110 bis 150 Gew.-Teilen Grundpolymeren, zugegeben werden, wobei im Wesentlichen mehr nicht-verbrennbare Materialien verwendet werden als verbrennbare Materialien, bevorzugt in einem Verhältnis von mindestens 1,5 bis 1, und bevorzugter fast 2 bis 1.
Organische verbrennbare Materialien, wie Carbon black und Kohlefüllstoffe, können in Mengen im Bereich von etwa 30 bis etwa 90 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile EPDM-Terpolymer (phr) verwendet werden. Wenn Carbon black und Kohlefüllstoffe verbrennbare Materialien sind, sollte ihre Verwendung beschränkt sein, bevorzugt in Mengen im Bereich von etwa 40 bis etwa 75 phr.
Das Carbon black, das hier verwendet wird, kann irgendein Carbon black sein, das für die im Folgenden beschriebenen Zwecke geeignet ist. Bevorzugt sind Ofen-Ruße (furnace blacks), wie GPF (general-purpose furnace, Ofen-Ruß für allgemeine Zwecke), FEF (fast-extrusion furnace, Ofen-Ruß, schnell extrudiert) und SRF (semi-reinforcing furnace, Semiverstärkungs-Ofen-Ruß). Am meisten bevorzugt sind N650 HiStr GPF black, ein sich von Erdöl ableitender Ruß, Ruß-Verstärkungsfüllstoffe mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 60 nm und einem spezifischen Gewicht von etwa 1,80 g/cm³.
Andere verbrennbare Materialien, wie gemahlene Kohlefüllstoffe, können ebenfalls als Teil der Füllstoffe in den erfindungsgemäßen Bedachungsmembran-Zusammensetzungen verwendet werden. Gemahlene Kohle ist ein trockenes, fein verteiltes Ruß-Pulver, das sich von gering flüchtiger, bituminöser Kohle ableitet. Die gemahlene Kohle besitzt typischerweise eine Teilchengröße im Bereich von einem Minimum von 0,26 μm bis zu einem Maximum von 2,55 μm, wobei die durchschnittliche Teilchengröße 0,69 ± 0,46 beträgt, bestimmt an 50 Teilchen unter Verwendung eines Transmissions-Elektronenmikroskops. Die gemahlenen Kohleprodukte einer wässrigen Aufschlämmung besitzen einen pH von etwa 7,0, geprüft gemäß ASTM D-1512. Bevorzugte gemahlene Kohle dieses Typs wird als Austin-Black bezeichnet und besitzt ein spezifisches Gewicht von etwa 1,255 ± 0,03, einen Aschegehalt von 4,58% und einen Schwefelgehalt von etwa 0,65%. Austin Black ist im Handel erhältlich von Coal Fillers, Inc. of Bluefield, Virginia. Bei der Verwendung liegen die Mengen im Bereich von 10 bis 35 phr, wobei etwa 10 bis etwa 20 phr bevorzugt sind.
Im Hinblick auf die nicht-verbrennbaren Materialien gibt es viele Typen von Materialien, die als nicht-verbrennbare Füllstoffe für die erfindungsgemäßen Bedachungsmembran-Zusammensetzung verwendet werden können. Besonders nützlich und bevorzugt im Hinblick auf die nicht-verbrennbaren Materialien sind Nicht-Ruß-Mineralfüllstoffe. Diese Mineralfüllstoffe sind im Wesentlichen anorganische Materialien, die im Allgemeinen bei der Verstärkung der Wärmealterungsbeständigkeit, der Grünfestigkeitseigenschaft und der Feuerbeständigkeit helfen. Es gibt eine Reihe von unterschiedlichen anorganischen Materialien, die in diese Kategorie von Füllstoffen fallen. Beispielsweise umfassen diese Mineralfüllstoffe eine Reihe von verschiedenen Arten von Tonen, einschließlich harten Tonen, weichen Tonen, chemisch modifizierten Tonen, mit Wasser gewaschenen Tonen und calcinierten Tonen. Andere Beispiele von Mineralfüllstoffen, die für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Glimmer, Talk, Aluminiumoxidtrihydrat, Antimontrioxid, Calciumcarbonat, Titandioxid, Silica und bestimmte Gemische davon. Auch andere anorganische Materialien, wie Magnesiumhydroxid und Calciumboraterz können ebenfalls verwendet werden. In einigen Fällen können diese Füllstoffe vollständig oder teilweise die "Ruß-Füllstoffe", d. h. Carbon black und andere, sich von Erdöl ableitende Materialien ersetzen. Im Allgemeinen werden jedoch ein oder mehrere dieser Mineralfüllstoffe in Mengen im Bereich von etwa 85 bis etwa 175 Gew.-Teile pro 100 Teile Grundpolymer verwendet.
Irgendwelche von vier Grundtypen von Tonen werden normalerweise als Füllstoffe für Kautschukelastomere verwendet. Diese unterschiedlichen Typen mit hohen Füllstoffen umfassen luftflottierte, mit Wasser gewaschene, calcinierte und oberflächenbehandelte oder chemisch modifizierte Tone.
Die luftflottierten Tone sind weniger teuer und werden hauptsächlich verwendet. Sie werden in zwei allgemeine Gruppen, hart und weich, unterteilt und bieten einen großen Bereich von Verstärkungs- und Beladungsmöglichkeiten. Bei ihrer Verwendung können harte Tone in einer Menge von etwa 50 Teilen bis etwa 150 Teilen pro 100 Teile EPDM (phr), bevorzugt in einer Menge von etwa 75 bis 110 phr, verwendet werden. Bevorzugte luftflottierte, harte Tone sind im Handel erhältlich von J. M. Huber Corporation unter den Warenzeichen Barden R^® und LGB^®; von Kentucky-Tennessee Clay Company, Koalin Division, Sandersville, GA, unter dem Warenzeichen Suprex^®.
Bei ihrer Verwendung können die luftflottierten, weichen Tone in Mengen im Bereich von etwa 75 Teilen bis etwa 175 Teilen pro 100 Teile EPDM (phr), bevorzugt in einer Menge von etwa 80 bis 125 phr, verwendet werden. Die bevorzugten luftflottierten, weichen Tone sind erhältlich von J. M. Huber Corporation unter den Warenzeichen K 78^®; von Evans Clay Company unter dem Warenzeichen Hi-White R^® und von Kentucky-Tennessee Clay Company, Koalin Division, Sandersville, GA, unter dem Warenzeichen Paragon^®. Besonders bevorzugt ist Hi-White R^®, ein luftflottierter, weicher Ton, charakterisiert mit einem pH von etwa 6,25 ± 1,25, einer Ölabsorption von 33 Gramm/100 Gramm Ton und einem spezifischen Gewicht von etwa 2,58. Dieser Ton ist ebenfalls feiner als 2 μm.
Die wassergewaschenen Tone werden normalerweise als Semiverstärkungsfüllstoffe angesehen. Diese besondere Klasse von Tonen ist in ihrer Teilchengröße stärker kontrolliert durch das Wasserfraktionierverfahren. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung von Tonen innerhalb kontrollierter Teilchengrößenbereiche. Die bevorzugten Mengen an wassergewaschenen Tonen sind ähnlich zu den bevorzugten Mengen an luftflottierten weichen Tonen, wie oben erwähnt. Einige der bevorzugten wassergewaschenen Tone umfassen Polyfil^® DL, Polyfil^® F, Polyfil^® FB, Polyfil^® HG-90, Polyfil^® K und Polyfil^® XB, alle erhältlich von J. M. Huber Corporation.
Der dritte Typ von Tonen umfasst calcinierten Ton. Tone enthalten normalerweise etwa 14 Prozent Hydratwasser, und die Hauptmenge davon kann durch Calcinierung entfernt werden. Die Menge an gebundenem Wasser, die entfernt wird, bestimmt den Calcinierungsgrad. Die bevorzugten Bereiche von calcinierten Tonen sind ähnlich wie die bevorzugten Mengen von luftflottierten, harten Tonen, wie zuvor erwähnt. Einige der bevorzugten calcinierten Tone umfassen Polyfil^® 40, Polyfil^® 70 und Polyfil^® 80, alle erhältlich von J. M. Huber Corporation.
Der letzte Typ von Tonen umfasst chemisch modifizierte Verstärkungstone. Die Vernetzungsfähigkeit wird dem Ton verliehen, indem die Oberfläche der individuellen Teilchen mit einem polyfunktionellen Silankupplungsmittel modifiziert wird. Chemisch modifizierte Tone werden in einer Menge von etwa 50 Teilen bis etwa 150 Teilen pro 100 Teile EPDM (phr), bevorzugt in einer Menge von etwa 75 bis 125 phr, verwendet. Normalerweise beträgt das spezifische Gewicht von den meisten dieser Tone etwa 2,60 bei 25°C. Die bevorzugten chemisch modifizierten Tone sind im Handel erhältlich von J. M. Huber Corporation und umfassen solche, erhältlich unter dem Warenzeichen Nucap^®, Nulok^® und Polyfil^®. Andere bevorzugte chemisch modifizierte Tone sind im Handel erhältlich von Kentucky-Tennessee Clay Company unter dem Warenzeichen Mercap^® 100 und Mercap^® 200.
Als Alternative zu den Tonen kann ein Silicat bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden. Beispielsweise können synthetische amorphe Calciumsilicate, wie solche, die im Handel erhältlich sind von J. M. Huber Company unter dem Warenzeichen Hubersorb^®, verwendet werden. Ein besonderes Silicat, Hubersorb^® 600, ist gekennzeichnet durch eine durchschnittliche Teilchengröße von 3,2 Mikrometer (gemäß dem Couter-Counter-Verfahren), einer Ölabsorption von 450 ml/100 g Calciumsilicat, einer BET (Brunaver-Emmet-Teller-Stickstoffadsorptions-Verfahren)-Oberfläche von 300 m²/Gramm und einem pH von 10 (5%ige Lösung).
Andere Silicate, die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden können, umfassen präzipitierte, amorphe Natriumaluminiumsilicate, erhältlich von J. M. Huber Company unter dem Warenzeichen Zeolex^®. Zeolex 23 besitzt eine BET-Oberfläche von etwa 75 m²/Gramm, einen Brechungsindex bei 20°C von etwa 1,51 und einen pH von etwa 10,2, bestimmt durch Aufschlämmung von 20 Gramm Silicat mit 80 Gramm entionisiertem Wasser. Im Vergleich besitzt Zeolex 80 eine BET-Oberfläche von etwa 115 m²/Gramm, einen Brechungsindex bei 20°C von etwa 1,55 und einen pH von etwa 7. Die durchschnittliche Teilchengröße, die Dichte, die physikalische Form und die Ölabsorptionseigenschaften sind einander ähnlich.
Verstärkungssilicas können ebenfalls als Nicht-Ruß-Füllstoffe, bevorzugt zusammen mit einem oder mehreren der chemisch modifizierten Tone, wie oben angegeben, verwendet werden. Silica (Siliciumdioxid) enthält das Element Silicium und ist in sehr stabilem Zustand mit zwei Sauerstoffatomen verbunden. Allgemein werden Silicas als nassbehandelte, hydratisierte Silicas, da sie durch chemische Reaktion in Wasser gebildet werden, aus dem sie als ultrafeine, spherische Teilchen präzipitiert werden, klassifiziert. Jedoch gibt es in der Realität zwei unterschiedliche Formen von Silicas, kristallines und amorphes (nicht- kristallines). Die kristalline Grundform von Silica ist Quarz, obgleich es zwei andere Formen von Silica gibt, die weniger üblich sind – Tridymit und Cristobalit. Andererseits können die Silicium- und Sauerstoffatome in unregelmäßiger Form, wie durch Röntgenbeugungspektrum, identifiziert, angeordnet sein. Diese Form von Silica wird als Amorphes (Nicht-Kristallines) bezeichnet, da es kein nachweisbares kristallines Silica, bestimmt durch Röntgenbeugung, gibt. Die am meisten bevorzugten Formen von Silica, d. h. feinen Teilchen, hydratisiertem amorphen Silica sind erhältlich von PPG Industries, Inc., und J. M. Huber Corporation in Niedrigstaub-granularer Form. Diese Silicas sind typischerweise erhältlich von PPG Industries unter dem Warenzeichen HiSil^® und Silene^®. Verstärkungssilica werden im Allgemeinen aufgrund der Oberfläche (m²/Gramm gemäß dem BET-Verfahren) oder der Teilchengröße, bestimmt entweder durch Elektronenmikroskopie oder gemäß dem Coulter-Counter-Verfahren, charakterisiert.
Diese Silicas können in einer Menge von etwa 10 Teilen bis etwa 110 Teilen pro 100 Teile EPDM-Terpolymer (phr), bevorzugt in einer Menge von etwa 10 bis 30 phr, verwendet werden. Der nützliche obere Bereich wird durch die hohe Viskosität, die Füllstoffe dieses Typs verleihen, begrenzt. Noch andere Füllstoffe umfassen Calciumcarbonat, Titandioxid, Talk, Magnesiumsilicat, Glimmer (Gemische aus Natrium- und Kaliumaluminiumsilicat), Aluminiumtrihydrat, Antimontrioxid, Magnesiumhydroxid und Calciumborat. Die Menge dieser Füllstoffe kann signifikant abhängig von der Zahl und der Menge der anderen besonders verwendeten Füllstoffe variieren, aber typischerweise werden sie in Mengen im Bereich von etwa 20 bis etwa 75 Gew.-Teilen pro 100 Teile des Grundpolymeren verwendet. Unter diesen Mineralfüllstoffen ist Talk besonders bevorzugt.
Eine besonders nützliche Form von Talk ist Mistron Vapor Talc (MVT), im Handel erhältlich von Luzenac America, Inc.
Mistron Vapor Talc (MVT) ist ein weiches, ultrafeines, farbloses, plattenartiges Pulver mit einem spezifischen Gewicht von 2,75. Chemisch ist Mistron Vapor Talc ein gemahlenes Magnesiumsilicat mit einer mittleren Teilchengröße von 1,7 μm, einer durschnittlichen Oberfläche von 18 m²/Gramm und einem Massenschüttgewicht (abgezapft) von 20 lbs/ft³.
Andere nützliche Füllstoffe umfassen Aluminiumoxidtrihydrat, ein fein verteiltes, geruchloses, kristallines, farbloses Pulver mit der chemischen Formel Al₂O₃·3H₂O. Aluminiumoxidtrihydrat kann bei der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung der Grünfestigkeit des EPDM-Terpolymeren oder der anderen Polyolefine verwendet werden. Bevorzugt besitzt Aluminiumoxidtrihydrat eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 μm bis etwa 5 μm, und bevorzugter von etwa 0,5 μm bis etwa 2,5 μm.
Ein bevorzugtes gemahlenes Aluminiumtrihydrat, das für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, besitzt ein spezifisches Gewicht von etwa 2,42 und einen Aschegehalt von etwa 64–65 Gew.-%. Aluminiumoxidtrihydrat ist im Handel erhältlich von Franklin Industrial Minerals, Dalton, Georgia. Bemerkenswert kann Aluminiumoxidtrihydrat ebenfalls vorteilhafterweise getrennt als flammenhemmendes Mittel und Rauchunterdrückungsmittel in den erfindungsgemäßen Bedachungsmembran-Zusammensetzungen auf EPDM-Grundlage verwendet werden.
Andere Quellen von Aluminiumoxidtrihydrat sind erhältlich von J. M. Huber Corporation aus Norcross, Georgia, unter dem Warenzeichen Micral. Diese Aluminiumoxidtrihydrate besitzen eine mittlere Teilchengröße von etwa 1,1 μm bis etwa 1,5 μm, ein spezifisches Gewicht von etwa 2,42, einen Aschegehalt von etwa 64–65 Gew.-% und einen Verlust bei der Entzündung bei 1.000°F von etwa 34,65 Gew.-%.
Ein noch anderer nützlicher, nicht-verbrennbarer Mineralfüllstoff, der für die vorliegende Erfindung geeignet ist, ist das Erz von Calciumborat. Dieser Füllstoff ist erhältlich in unterschiedlichen Teilchengrößenqualitäten von American Borate Company, Virginia Beach, Virginia, unter dem Warenzeichen Colemanite^® und besitzt die chemische Formel Ca₂B₆O₁₁·5H₂O. Colemanite besitzt ein spezifisches Gewicht von etwa 2,4. Dieses Erz besitzt eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 5 μm, und bevorzugter von etwa 0,5 μm bis etwa 2,5 μm.
Noch ein anderer Mineralfüllstoff, der für die Verwendung in den erfindungsgemäßen Bedachungsmembran-Zusammensetzungen geeignet ist, ist Magnesiumhydroxid. Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) ist ein fein verteiltes, farbloses Pulver, das extrem wirksam ist als Rauchunterdrückungs- wie auch als feuerhemmendes Additiv. Es ist gut dokumentiert, dass Mg(OH)₂ hochwirksam ist bei der Verringerung von Rauch. Es wird daher angenommen, dass dieser Mineralfüllstoff besonders nützlich ist, wo eine Rauch- und Feuerbeständigkeit wesentlich ist. Heute wird dieser Mineralfüllstoff oft andere Mineralfüllstoffe, wie Silica oder irgendwelche anderen Tone, in der Zusammensetzung ersetzen.
Handelsqualitäten von Magnesiumhydroxid sind erhältlich von Martin Marietta Magnesia Specialties, Inc., unter dem Warenzeichen MagShield. MagShield S ist ein Magnesiumhydroxid mit Standardgröße mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 6,9 μm. MagShield M besitzt eine mittlere Größe von etwa 1,9 μm. Beide dieser Qualitäten von Magnesiumhydroxid sind etwa 98,5 Prozent rein, besitzen etwa 0,3 Prozent Verlust beim Trocknen und etwa 30,9 Gew.-% Verlust bei der Entzündung und ein spezifisches Gewicht von 2,38 bei 23°C.
Wie zuvor angegeben, können die erfindungsgemäßen Membranzusammensetzungen auf EPDM-Grundlage weitere feuerhemmende Additive enthalten. Allgemein können in der Zusammensetzung irgendwelche feuerhemmenden Additive, von denen es auf diesem Gebiet bekannt ist, dass sie feuerhemmende Eigenschaften den EPDM-Elastomeren verleihen, verwendet werden. Somit umfassen feuerhemmende Additive, die verwendet werden können, halogenierte aromatische Verbindungen, wie Bis(acryloxyethyl)ether von Tetrabrombisphenol-A, Decabromdiphenyloxid und ähnliche; bromierte Verbindungen, wie bromierte Ether, bromierte Imide, und ähnliche; chloriertes Polyethylen; hydratisierte Metalloxide, wie Aluminiumtrihydrat; und Antimontrioxid und Zinkborat.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine feuerhemmende Packung zu der Zusammensetzung gegeben. Es gibt eine Vielzahl von feuerhemmenden Packungen, die im Handel für die Verwendung mit Kautschukmassen verfügbar sind. Im Allgemeinen kann das feuerhemmende System, das in die Bedachungsmembran-Zusammensetzung eingearbeitet wird, aus unterschiedlichen Arten von Materialien hergestellt sein, einschließlich von Verhältnissen von Decabromdiphenyloxid (DBDPO) oder verwandten Bromenthaltenden Additiven und Antimontrioxid. In einer bevorzugten feuerhemmenden Packung ist Decabromdiphenyloxid (DBDPO) mit Antimontrioxid in Verhältnissen von DBDPO : Antimontrioxid im Bereich von etwa 1 : 1 bis 4 : 1, wobei der bevorzugte Bereich 3 : 1 beträgt, kombiniert. Allgemeiner können Mengen an feuerhemmenden Additivpackungen, die in der EPDM-Zusammensetzung verwendet werden, im Bereich von etwa 50 bis etwa 80, bevorzugt 50 bis 70, Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des Polymeren liegen.
Eine besonders nützliche feuerhemmende Packung ist erhältlich von Anzon Chemical Company. Diese Packung ist 85% aktiv und enthält 15 Gew.-% EPDM-Terpolymer als Bindemittel für die Packung. Die Packung umfasst ebenfalls ein Gemisch aus Antimontrioxid und Decabromdiphenyloxid. Es ist offensichtlich, dass diese Additivpackungen, wenn sie verwendet werden, in Mengen im Bereich von etwa 50 bis etwa 70 Gew.-Teilen pro 100 Teile EPDM-Terpolymer (phr) verwendet werden. Es ist weiter offensichtlich, dass solche feuerhemmenden Packungen einen Teil an EPDM-Terpolymer, das in der Zusammensetzung verwendet wird, enthalten können.
Die erfindungsgemäße Bedachungsmembran-Zusammensetzung kann ebenfalls ein oder mehrere Verarbeitungsmittel enthalten. Verarbeitungsmittel werden im Allgemeinen verwendet um das Verarbeitungsverhalten der Zusammensetzung zu verbessern, d. h. die Mischzeit zu verringern, die Geschwindigkeit der Bahnbildung zu erhöhen, und umfassen Bearbeitungsöle, Wachse und andere ähnliche Zusatzstoffe. Ein Verfahrensöl kann in einer Menge im Bereich von etwa 30 Teilen bis etwa 50 Teilen Verfahrensöl pro 100 Teile EPDM-Terpolymer (phr), bevorzugt in einer Menge im Bereich von 40 phr bis weniger als etwa 50 phr, und bevorzugter weniger als etwa 47 phr, enthalten sein. Es ist offensichtlich, dass dies wesentlich weniger Verfahrensöl ist als in den bekannten Bedachungsbahnen auf EPDM-Grundlage.
Ein bevorzugtes Verfahrensöl ist ein Paraffinöl, beispielsweise Sunpar 2280, welches erhältlich ist von Sun Oil Company. Andere Öle, die sich von Erdöl ableiten, einschließlich von naphthenischen Ölen, sind ebenfalls nützlich. Flüssige, halogenierte Paraffine können als Weichmacher oder Extender dienen und sind oft wünschenswert als feuerhemmende Additive.
Ein bevorzugtes flüssiges, chloriertes Paraffin ist Doverguard 5761, welches etwa 59 Gew.-% Chlor enthält, und kann sowohl als Weichmacher als auch als feuerhemmendes Additiv verwendet werden. Dieses flüssige Paraffin besitzt eine Viskosität von etwa 20 Poise bei 25°C und ein spezifisches Gewicht von etwa 1,335 g/cm³ bei 23°C. Ein anderes flüssiges Paraffin mit Verwendbarkeit bei der vorliegenden Erfindung ist ein flüssiges Brom-chloriertes Paraffin feuerhemmendes Additiv, beispielsweise Doverguard 8207A mit 30 bzw. 29 Gew.-% Brom bzw. Chlor. Doverguard 8207A besitzt ein spezifisches Gewicht von etwa 1,42 g/cm³ bei 50°C. Beide flüssigen, halogenierten Paraffine sind im Handel erhältlich von Dover Chemical Corporation, einer Tochtergesellschaft von ICC Industries, Inc.
Ein Homogenisierungsmittel kann ebenfalls zugegeben werden, allgemein in einer Menge von weniger als 10 Gew.-Teilen, und bevorzugt in einer Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-Teilen pro 100 Teile EPDM-Terpolymer. Ein besonders geeignetes Homogenisierungsmittel ist erhältlich in Flocken- und Pastillenform von Struktol Company unter dem Warenzeichen Struktol 40 MS. Das bevorzugte Homogenisierungsmittel ist aus einem Gemisch aus dunkelbraunen, aromatischen Kohlenwasserstoffharzen mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,06 g/cm³ bei 23°C zusammengesetzt.
Noch ein anderer Typ von einem nützlichen Verarbeitungshilfsmittel sind phenolische Harze. Es ist bekannt, dass phenolische Harze der Zusammensetzung Klebefähigkeit und Grünfestigkeit, wie auch Langzeitalterungseigenschaften, verleihen. Bei der Verwendung werden solche Füllstoffe typischerweise in geringen Mengen von weniger als 10 Gew.-Teilen, bevorzugt etwa 2 bis 4 Gew.-Teile, pro 100 Gew.-Teile EPDM-Terpolymer verwendet. Ein bevorzugtes phenolisches Harz ist XR-14652A3 mit einem spezifischen Gewicht von 1,025 g/cm³ bei 23°C, und es im Handel erhältlich von Sovereign Chemical Company.
Zusätzlich zu den obigen Bestandteilen, die unter Bildung eines Masterbatchs bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, können Härtungsaktivatoren, wie Zinkoxid und Stearinsäure, gegebenenfalls zugegeben werden und Teil eines Masterbatchs sein. Die Menge dieser Aktivatoren können variieren, abhängig von den Verarbeitungsbedürfnissen, aber es ist üblich, etwa 5 phr Zinkoxid und etwa 1 phr Stearinsäure zu dem Masterbatch zu geben. Diese Härtungsaktivatoren sind besonders nützlich bei Schwefelhärtungspackungen, wie im Folgenden erläutert.
Die Bedachungsmembran-Zusammensetzung kann ebenfalls eine Härtungspackung, enthaltend ein Härtungsmittel und mindestens einen organischen Beschleuniger, enthalten, um die vollständige Vernetzung oder Härtung der Zusammensetzung vor ihrer Verwendung auf einem Dach zu bewirken. Die Zusammensetzung wird typischerweise in einer Zeit bei einer erhöhten Temperatur vulkanisiert um die Vernetzung sicherzustellen. Die polymere Zusammensetzung kann ebenfalls unter Verwendung irgendeines der bekannten Härtungsmittel gehärtet werden, aber bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Härtungspackung Schwefel und einen oder mehrere Schwefelvulkanisationsbeschleuniger.
Im Allgemeinen wird die Schwefelbeschleuniger-Härtungspackung, die in der erfindungsgemäßen Bedachungsmembran-Zusammensetzung verwendet wird, in Mengen im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 10 phr, abhängig von der Menge an verwendetem Schwefel, verwendet werden.
Wie zuvor angegeben, umfassen die Schwefel- und Schwefel-enthaltenden Härtungssysteme, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, einen oder mehrere Vulkanisationsbeschleuniger. Solche Beschleuniger, die üblicherweise verwendet werden, umfassen beispielsweise Thioharnstoffe, wie Ethylenthioharnstoff, N,N-Dibutylthioharnstoff, N,N-Diethylthioharnstoff, und ähnliche; Thiurammonosulfide und -disulfide, wie Tetramethylthiurammonosulfid (TMTMS), Tetrabutylthiuramdisulfid (TBTDS), Tetramethylthiuramdisulfid (TMTDS), Tetraethylthiurammonosulfid (TETMS), Dipentamethylenthiuramhexasulfid (DPTH), und ähnliche; Benzothiazolsulfenamide, wie N-Oxydiethylen-2-benzothiazolsulfenamid, N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamid, N,N-Diisopropyl-2-benzothiazolsulfenamid, N-tert.-Butyl-2-ben zothiazolsulfenamid (TBBS), und ähnliche; andere Thiazolbeschleuniger, wie (MBT) 2-Mercaptobenzothiazol, (MBTS) Benzothiazoldisulfid (MBTS), 2-Mercaptoimidazolin, N,N-Diphenylguanadin, N,N-Di-(2-methylphenyl)guanadin, 2-Mercaptobenzothiazol, 2-(Morpholinodithio)benzothiazoldisulfid, Zink-2-mercaptobenzothiazol, und ähnliche; Dithiocarbamate, wie Tellurdiethyldithiocarbamat, Kupferdimethyldithiocarbamat, Wismuthdimethyldithiocarbamat, Kadmiumdiethyldithiocarbamat, Bleidimethyldithiocarbamat, Zinkdiethyldithiocarbamat, Zinkdimethyldithiocarbamat und Zinkdibutyldithiocarbamat (ZDBDC).
Es soll bemerkt werden, dass die obige Liste nicht ausschließlich ist und dass andere Vulkanisationsmittel, von denen bekannt ist, dass sie auf diesem Gebiet bei der Härtung von EPDM-Terpolymeren, die in dem Polymergemisch verwendet werden, nützlich sind, ebenfalls verwendet werden können. Für eine Liste zusätzlicher Vulkanisationsmittel vergleiche The Vanderbilt Rubber Handbook, RT Vanderbilt Co., Norwalk CT 06855 (1990). Es soll bemerkt werden, dass diese Schwefel-Donor-Typ-Beschleuniger anstelle des elementaren Schwefels oder zusammen damit verwendet werden können. Geeignete Mengen an Schwefel, die in der Schwefelhärtungspackung verwendet werden können, können leicht vom Fachmann bestimmt werden und liegen im Allgemeinen im Bereich von etwa 0,25 bis 2,0 phr, während die Menge an Beschleuniger ebenfalls leicht von dem Fachmann bestimmt werden kann und im Allgemeinen im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 10 phr, abhängig von der Schwefelmenge, den ausgewählten Vulkanisationsbeschleunigern und der Endbestimmung der Verwendung der Bedachungsmembran-Zusammensetzung auf EPDM-Grundlage liegt.
Noch andere Vulkanisationssysteme für EPDM-Membranzusammensetzungen können leicht erhalten oder von dem Fachmann der Polymervulkanisation ohne unzumutbare Versuchsdurchführungen erhalten werden, indem die Vulkanisationsmittel und -beschleuniger aus der Liste der obigen Verbindungen sinnvoll ausgewählt werden.
Die entstehende Zusammensetzung, enthaltend die verschiedenen Bestandteile, wie zuvor angegeben, umfasst mindestens 40 Prozent nicht-verbrennbarer Materialien, bevorzugter mindestens etwa 45 Prozent nicht-verbrennbarer Materialien. Somit helfen die feuerhemmenden Additive nicht nur bei der Verbesserung der Brennbeständigkeit, sondern senken auch die die Menge an verbrennbaren Materialien. Insbesondere ist es offensichtlich, dass die Zusammensetzung relativ niedrige Verarbeitungsölbeladungen besitzt, verglichen mit anderen EPDM-Zusammensetzungen, während im Wesentlichen die Menge an nicht-verbrennbaren Füllstoffen, die in der Bedachungsmembran-Zusammensetzung verwendet werden, erhöht sind. Diese Kombination aus nicht-verbrennbaren Materialien und feuerhemmenden Additiven ergibt eine Membran mit einem LOI von mindestens 40, geprüft gemäß ASTM 2863-91.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können nach an sich bekannten Verfahren unter Verwendung bekannter Kautschuk-Compoundierungsvorrichtungen, wie eines Brabender-, Banbury-, Sigma-Flügelmischers, einer Zwei-Walzen-Mühle, oder anderen Mischern, die für die Bildung viskoser, relativ einheitlicher Gemische geeignet sind, hergestellt werden. Die Mischverfahren hängen von einer Vielzahl von Faktoren, wie dem spezifischen Typ der verwendeten Polymeren und den Füllstoffen, den Verarbeitungsölen, den Wachsen, und anderen verwendeten Bestandteilen, ab. Die Bestandteile können zusammen in einer einzigen Zufuhr, beladen mit den Füllstoffen, Ölen, usw., zuerst zugegeben werden, und das Polymere kann zuletzt zugegeben werden, oder auf zweckdienlichere Weise kann das Polymere zuerst zugegeben werden, abhängig von den tatsächlich verwendeten Bestandteilen.
Die Mischzyklen liegen im Allgemeinen im Bereich von etwa 3 bis 6 Minuten. Ein besseres Mischen wird im Allgemeinen gemäß dem teilweise Zugabeverfahren erhalten, bei dem der Kautschuk und ein Teil der Füllstoffe zuerst mit wenig oder keinem Öl zugegeben werden, wobei die restlichen Füllstoffe und das Öl in zusätzlichen Teilmengen zugegeben werden. Ein schnelles Mischen und eine gute Dispersion kann ebenfalls erreicht werden, wenn ein Teil von EPM oder EPDM auf den Füllstoffen, Weichmachern, usw., zugegeben wird. Dieses Verfahren kann weiter modifiziert werden, indem ein Teil des Öls, das dann in Teilen zugegeben wird, zurückgehalten wird.
Die Schwefelhärtungspackung (Schwefelbeschleuniger) wird typischerweise am Ende des Mischzyklus und bei niedrigeren Temperaturen zugegeben um ein vorzeitiges Vernetzen des EPDM-Polymeren zu vermeiden. Bei der Verwendung eines Typ B-Banbury-Innenmischers ist es ein bevorzugtes Verfahren, die trockenen oder pulverförmigen Materialien, wie die Nicht-Ruß-Mineralfüllstoffe (beispielsweise nicht-behandelter Ton, behandelter Ton, Talk, Glimmer, und ähnliche) der vorliegenden Erfindung zuerst zuzugeben, gefolgt von dem flüssigen Verfahrensöl und schließlich von dem Polymeren (diese Art von Mischen kann als Von-oben-nach-unten-Mischverfahren bezeichnet werden).
Ein zweistufiges Mischverfahren kann verwendet werden, wenn eine bessere Füllstoffdispersion gewünscht wird. Die kautschukartige Zusammensetzung kann in eine Bahn über Kalandrieren verformt werden. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können ebenfalls in verschiedene Arten von Gegenständen unter Verwendung anderer Verfahren, wie Extrudieren, verformt werden.
Die entstehende kautschukartige Zusammensetzung kann in Bahnenform in irgendeiner bekannten Weise, wie durch Kalandrieren oder Extrudieren, und dann Schneiden der Bahn zu den gewünschten Abmessungen hergestellt werden. Im Allgemeinen wird das entstehende Gemisch zu einer Dicke im Bereich von 5 bis 200 mils, bevorzugt von 35 bis 60 mils, gemäß einem bekannten Bahnenherstellungsverfahren, beispielsweise durch Mahlen, Kalandrieren oder Extrudieren, zu Bahnen verarbeitet. Bevorzugt wird das Gemisch zu mindestens 40 mils (0,040 Inches) zu Bahnen verarbeitet, welches die minimale Dicke ist, spezifiziert in Herstellungsstandards, festgelegt von Roofing Council of the Rubber Manufacturers Association (RMA) für nicht-verstärkte EPDM-Kautschuk-Bahnenmaterialien für die Verwendung in Bedachungsanwendungen. In vielen Fällen wird das Gemisch zu einer Dicke von 40–45 mils zu Bahnen verarbeitet, da dies die Dicke für einen großen Prozentgehalt von "einschichtigen" Bedachungsmembranen, die technisch verwendet werden, ist. Das Bahnenmaterial kann visuell geprüft werden und zu den gewünschten Längen- und Breitenabmessungen nach dem Härten geschnitten werden.
Es ist ebenfalls offensichtlich, dass das erfindungsgemäße Dachbahnenmaterial gegebenenfalls mit einer laminierten Textilie aus Faservlies, wie es auf diesem Gebiet gut bekannt ist, verstärkt werden kann. Jedoch sind Verstärkungen aus laminierter Textilie aus Faservlies (scrimreinforced) nicht erforderlich und können in einigen Bedachungsanwendungen unerwünscht sein.
Die Bedachungsbahnenmembranen werden typischerweise für ihre physikalischen Eigenschaften geprüft, indem die Testverfahren, die für mechanische Kautschukwaren entwickelt wurden, verwendet werden. Typische Eigenschaften umfassen unter anderem die Zugfestigkeit, den Modul, die Dehnungsgrenze, die Reißbeständigkeit, die Ozonbeständigkeit, die Wasserabsorption und die Härte der gehärteten Verbindung. Zusätzlich wird die Brennbeständigkeit des entstehenden Bahnenmaterials für die Bedachung bewertet. Es wurde gefunden, dass das Bahnenmaterial für die Bedachung eine signifikant verbesserte Brennbeständigkeit besitzt, verglichen mit anderen Bahnenmaterialien. In der Tat besitzt das erfindungsgemäße Bahnenmaterial für die Bedachung einen Grenz-Sauerstoffindex von 40. Daher kann das entstehende Bahnenmaterial bei Dächern mit hohen Neigungen verwendet werden, d. h. bei Dächern mit Neigungen von mindestens 1 Inch pro linearem Foot. In der Vergangenheit hat kein Bahnenmaterial auf EPDM-Grundlage eine solch verbesserte Brennbeständigkeit besessen.
Das Verfahren zur Bedeckung eines Daches wird praktiziert, indem ein Bahnenmaterial für die Bedachung, wie hier beschrieben, auf EPDM-Grundlage verwendet wird. Das Bahnenmaterial wird auf der Dachsubstruktur in an sich bekannter Weise ausgerollt, und die Säume benachbarter Bahnenmaterialschichten werden überlappt. Die Breite des Saums kann variieren, abhängig von den Forderungen, spezifiziert durch den Architekten, den Bauvertragspartner oder den Dachdecker, und so stellt dies keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Die Säume werden mit an sich bekannten Klebstoffen verklebt, wie beispielsweise Überlappungsspleiß-Klebstoff auf Butyl-Grundlage, im Handel erhältlich von Firestone Building Products Company als SA-1065. Die Anwendung kann erleichtert werden durch Sprühen, Bürsten, Tupfen und andere Maßnahmen, die auf diesem Gebiet bekannt sind.
Ebenfalls können Säume eines Anwendungsbereiches unter Verwendung von Klebeband, wie Quick Seam Tape und Quick Prime-Primer, wobei beide im Handel erhältlich sind von Firestone Building Products Company aus Carmel, Indiana, gebildet werden.
Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird eine feuerhemmende Ruß-EPDM-Zusammensetzung gemäß der Erfindung hergestellt und der physikalischen Prüfung unterworfen.
Das besondere Bahnenmaterial für die Bedachung enthält etwa 45 Prozent nicht-verbrennbare Materialien. Die Zusammensetzung und die physikalischen Testergebnisse sind in der folgenden TABELLE I aufgeführt.

TABELLE 1 Mit laminierter Textilie aus Faservlies verstärktes (SR)-feuerhemmendes (FR)-Ruß-EPDM-Compound

Beispiel	Teile pro 100 Gew.-Teilen Polymeren
EPDM	91,52
Carbon black bzw. Ruß	46,0
Kohlefüllstoff	16,26
Verarbeitungsöl	45,0
Talk	27,09
Nicht-behandelter, weicher Ton	95,0
Feuerhemmende Packung	56,62
Zinkoxid	5,0
Stearinsäure	1,48
Schwefel	0,90
Beschleuniger	2,10
Phenolharz	3,50
INSGESAMT	390,47

TABELLE I (Fortsetzung) Mit laminierter Textilie aus Faservlies verstärktes (SR)-feuerhemmendes (FR)-Ruß-EPDM-Compound

Rheometer bei 160°C – Minidüse, 3° Bogen
Scorchzeit, Minuten : Sekunden	10 : 03
Zeit bis 50%iger Härtung, Minuten : Sekunden	17 : 50
Zeit bis 90%iger Härtung, Minuten : Sekunden	26 : 32
Minimales Drehmoment, lb.-Inch	8 : 45
Maximales Drehmoment, lb-Inch	26 : 75
Mooney-Scorch bei 135°C – großer Rotor
Minimale Viskosität, Mu	44,3
T₅, Minuten	43,9
Sannung-Dehnungseigenschaften bei 23°C – Gehärtete Platten 30 Minuten bei 160°C Nicht-gehärtet
100% Modul, psi	44,5
300% Modul, psi	630
Zugdehnung bis zum Bruch, psi	1140
Dehnung bis zum Bruch, %	850
In der Wärme 28 Tage bei 116°C gehärtet
100 Modul, psi	970
300 Modul, psi	1230
Zugdehnung bis zum Bruch, psi	1365
Dehnung bis zum Bruch, %	400
Düse-C-Reisseigenschaften bei 23°C – Platten gehärtet 30 Minuten bei 160°C Nicht-gehärtet
Lbs./Inch	231
In der Wärme gealtert 28 Tage bei 116°C
Lbs./Inch	198

TABELLE I (Fortsetzung) Mit laminierter Textilie aus Faservlies verstärktes (SR)-feuerhemmendes (FR)-Ruß-EPDM-Compound Shore "A"-Härte

Nicht gehärtet – Geprüft bei 23°C 72

In der Wärme gehärtet 28 Tage bei 116°C – Geprüft bei 23°C 83

Spezifisches Gewicht (berechn.) 1,4186

Grenzsauerstoffindex (% Sauerstoff) 409
Am meisten bemerkenswert unter den physikalischen Eigenschaften der bevorzugten Membranzusammensetzung (dem "Beispiel") ist der LOI von 40,9 Prozent Sauerstoff für die kautschukartige Zusammensetzung. Diese Hochneigungs-Dachbedeckungsmembran-Zusammensetzung besitzt eine signifikant verbesserte Brennbeständigkeit, verglichen mit anderen Membranzusammensetzungen auf EPDM-Grundlage.
Bei dem Sauerstoffindex-Test wird ein vertikales Glasrohr, 60 cm hoch und 8,4 cm im Durchmesser, verwendet, in das ein Stab oder Streifen vertikal mit einer Klammer an seinem Bodenende befestigt wird. Ein kontrolliertes Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff wird in den Boden des Rohrs durch eine Schicht aus Glasperlen am Boden abgemessen um eine einheitliche Strömung der Gase zu gewährleisten. Die Probe wird an ihrem oberen Ende entzündet, und die Probe brennt wie eine Kerze von oben nach unten. Die Atmosphäre, die ein kontinuierliches Brennen ermöglicht, wird als Sauerstoffindex (O. I.) bestimmt. Der O. I. ist die minimale Fraktion von Sauerstoff in dem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch, die gerade das Brennen zwei Inch oder drei Minuten, was immer zuerst auftritt, aufrecht hält.
In dem Beispiel enthält die Membranzusammensetzung auf EPDM-Grundlage 100 eines im Wesentlichen amorphen EPDM, erhältlich unter dem Warenzeichen Royalen^®, zwei unterschiedliche Füllstoffe des Ruß-Typs (d. h. N-650 Histr GPF Carbon Black und ein Kohlefüllstoff), zwei unterschiedliche Mineralfüllstoffe (d. h. HiWhite R Weichton und Mistron Vapor Talk) in einer Menge fast doppelt so hoch wie die der Ruß-Füllstoffe, ein Verarbeitungsöl (Sunpar 2280), eine feuerhemmende Packung, 85% aktive Stoffe, enthaltend 15 Gew.-% EPDM-Terpolymer, wobei das Terpolymer als Teil des Grundpolymeren berechnet wird, wodurch insgesamt 100 Teile EPDM erhalten werden, und der Rest der Packung 63,75 Gew.-% Decabromdiphenyloxid (DBDPO) und 21,25 Gew.-% Antimontrioxid (Sb₂O₃) enthält. Zinkoxid und Stearinsäure, wie auch eine Schwefelhärtungspackung und ein phenolisches Klebrigmacherharz, werden ebenfalls zu der Zusammensetzung gegeben.
Die Härtungseigenschaften und die Scorchmessungen von Beispiel 1 wurden bestimmt und sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Härtungseigenschaften der vollständig compoundierten, feuerhemmenden Zusammensetzung wurden mittels Monsanto-Oszillations-Disc-Rheometer (ASTM D 2084-81) bestimmt. Die spezifischen Bedingungen, die verwendet wurden, umfassen eine Minidüsenanordnung, betrieben bei 100 UpM, und die Schaffung eines 3°-Bogens bei 160°C während des Testens. Die Compound-Verarbeitungseigenschaften der feuerhemmenden Zusammensetzung wurden unter Verwendung eines Monsanto-Viskometers (MV-2000E) bestimmt. Die spezifischen Testverbindungen umfassen die Verwendung eines großen Rotors (Durchmesser 1,5 Inch), die Düsen- bzw. Formanordnung, betrieben bei 135°C (275°F) während des tatsächlichen Testens. Das Mooney-Viskometer ergab eine nützliche Information, betreffend der Verbindungsviskosität und der Verarbeitungsschmorsicherheit der vollständig compoundierten, feuerhemmenden Zusammensetzung. Die Härtungseigenschaften und die Verarbeitungssicherheit der feuerhemmenden Zusammensetzung wurden gemessen und wurden zuvor in Tabelle I aufgeführt. Für die Testzwecke wurden hantelförmige Proben aus individuellen 45 mil dicken Tafeln (Kompressionsverformen 30 Minuten bei 160°C) gemäß dem ASTM D 412 (Verfahren A – Hantel und gerade Proben) herausgeschnitten. Modul-, Zugfestigkeit und Dehnung bis zu Bruch-Messungen wurden erhalten unter Verwendung eines Tischmodells eines Intron^®-Testers, Modell 4301, und die Testergebnisse wurden gemäß ASTM D 412 berechnet: Alle hantelförmigen Proben konnten während etwa 24 Stunden abbinden, danach wurde die Prüfung bei 23°C durchgeführt.
Die Reisseigenschaften der 45 mil gehärteten, flachen Kautschuktafeln wurden gemessen unter Verwendung einer Form C (Düse C)(90°-Winkelform) und gemäß ASTM D 624 bestimmt. Die Form C-Reissproben wurden vor dem Test nicht eingeschnitten. Die Reissbeständigkeit von lbs./Inch wurde unter Verwendung eines Tischmodell Instron^®-Tester, Modell 4301, erhalten, und die Testergebnisse wurden gemäß ASTM D 624 berechnet. Die Prüfung erfolgt bei 23°C. Die Shore "A"-Härteprüfung wurde bei 23°C gemäß ASTM D 2240 unter Verwendung eines Durometer Typ A-Härteinstruments, hergestellt von Shore Instrument & Manufacturing Company, Inc., Freeport, N.Y., durchgeführt. Die thermische Stabilität der Schwefelvernetzungen wurde bestimmt, indem 45 mil dicke Platten trockener Luft in einem Umluftofen für 28 Tage bei 116°C für die Härtung unterworfen wurden. Verglichen mit der ursprünglichen und nicht-gehärteten Zugfestigkeit, Dehnung bis zum Bruch und C-Reissfestigkeit wurde gefunden, dass die feuerhemmende Zusammensetzung eine ausgezeichnete thermische Stabilität besitzt, wenn sie 28 Tage bei 116°C gealtert (bzw. gehärtet) wurde (vergleiche Tabelle I). Die physikalischen Eigenschaften der feuerhemmenden Zusammensetzung im nicht-gehärteten und wärmegehärteten Zustand werden in der obigen Tabelle I aufgeführt. Die physikalischen Eigenschaften im gehärteten Zustand und die LOI-Messung zeigen, dass diese besondere Zusammensetzung für die Verwendung als feuerhemmende Verbindung gut geeignet ist.
Die thermische Stabilität der Schwefelvernetzungen wurde geprüft, indem die gehärteten Kautschukvulkanisate trockener Luft in einem Umluftofen während 28 Tagen bei 116°C ausgesetzt wurden. Verglichen mit der Zugfestigkeit bis zum Bruch und den Form C-Reisseigenschaften im ursprünglichen oder nicht-gehärteten Zustand wurde gefunden, dass die wärmegealterten Vulkanisate eine ausgezeichnete thermische Stabilität besitzen, wenn sie 28 Tage bei 116°C gealtert wurden (vergleiche Tabelle I).
TABELLE II Mit laminierter Textilie aus Faservlies verstärktes (SR)-feuerhemmendes (FR)-Ruß-EPDM-Compound
Eine Probe aus in der Fabrik hergestellter, mit laminierter Textilie aus Faservlies verstärkter (SR), feuerhemmender (FR) EPDM-Membran (Formulierung identifiziert als Beispiel 1 in Tabelle I) wurde auf die Bruchfestigkeit und Zungenreissfestigkeit, wie auch auf die Kautschuk-Schicht- an-Schicht-Abschäladhäsion für die Shore "A"-Härte (vergleiche Tabelle II) geprüft. Diese Tests wurden an Membranproben jeweils vor und nach der Wärmealterung (bzw. dem Wärmehärten) während 28 Tagen bei 116°C durchgeführt. Die Bruchfestigkeit wurde an vier mal sechs Inch-Proben gemäß ASTM D 751 (Grab-Testverfahren) bestimmt. Diese Proben wurden unter Verwendung eines Instron^®-Tester, Modell 4301, mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 12 Inch pro Minute bei 23°C gezogen. Nach 28-tägigem Altern bei 116°C wurde die Bruchfestigkeit der Scrim-reinforced mit laminierter Textilie aus Faservlies verstärkten (SR), feuerhemmenden (FR) EPDM-Membran wieder bestimmt, wobei die Festigkeit sowohl in der Maschinenrichtung als auch in der (transversalen) Querrichtung verbessert war. In anderen Worten, die Wärmealterung scheint die Bruchfestigkeit einer 60 mil mit laminierter Textilie aus Faservlies verstärkten Membran nicht negativ zu beeiflussen. Proben, die in Maschinenrichtung geprüft wurden, wurden parallel zu der Kalanderwalzenkörnung hingelegt, während Testproben, die in der Kreuz- oder transversalen Richtung hergestellt und geprüft wurden, senkrecht zu der Richtung der Kalanderwalzenkörnung gelegt wurden. Die Zungenreissfestigkeit der mit laminierter Textilie aus Faservlies verstärkten (SR), feuerhemmenden (FR) EPDM-Membran wurde an drei mal acht Inch-Proben unter Verwendung des Tongue-Tear-Testverfahrens B (bzw. Zungenreiss-Testverfahren), welches in ASTM D 751 gefunden werden kann, bestimmt. Die Zungenreisstestproben wurden unter Verwendung eines Instron^®-Tester, Modell 4301, in einer Rate von zwei Inch pro Minute Kreuzkopfgeschwindigkeit gezogen.
Die Adhäsion zwischen den beiden kautschukartigen Schichten wurde unter Verwendung eines Instron^®-Schältests bestimmt. Die Kautschukschichten wurden unter Verwendung eines Instron^®-Testers, Modell 4301, in einer Rate von zwei Inch pro Minute mit einer ein Inch breiten Testprobe getrennt, sowohl vor als auch nach dem Altern in der Wärme während 28 Tagen bei 116°C. Verglichen mit den nicht-gealterten oder ursprünglichen Abschäladhäsionswerten betrug die Menge an Adhäsion, die erhalten blieb in lbs. pro Inch nach 28 Tagen Alterung bei 116°C 71–77%. Zum Schluss wurde die Shore "A"-Härteprüfung bei 23°C gemäß ASTM D 2240 durchgeführt. Die Härtewerte der gehärteten Verbindungen waren typisch für feuerhemmende Zusammensetzungen mit hohem Mineralfüllstoffgehalt.
Zusätzlich zu den obigen Tests wurden die Bahnenmaterialien für die Bedachung, hergestellt aus der Membranzusammensetzung, angegeben in Tabelle I, dem Test gemäß dem Underwriter's Labor unter einem Feuertest-Standard UL-790 in Umgebung mit hoher Neigung, d. h. einer Neigung von einem Inch pro Linearfoot oder mehr, unterworfen. Das Bahnenmaterial für die Bedachung wurde dann einen halben Inch an ein Holzfaserbrett, welches mit 4 Inch Isocyanurat-Schaumisolierung bedeckt war, festgeklebt, welches auf einem 40 Inch breiten und 8 Feet langen Deck installiert war. Dies ist ein Industrie-Standardtest, durchgeführt während 10 Minuten mit einer Flammentemperatur von 760°C ± 10°C und einer Windgeschwindigkeit von 12 mph ± 0,5 mph. Das Deck wird angezündet, und das Ausbreiten der Flamme über der Membran muss geringer sein als sechs Feet in 10 Minuten. Die Bedachungsmaterialien auf Grundlage des Beispiels bestanden den Verbrennungstest (UL-790).
Zusammenfassend soll aus dem vorhergehenden Beispiel und der Offenbarung der Beschreibung erkennbar sein, dass die Verwendung von amorphen EPDM-Terpolymeren oder Gemischen aus amorphen und semikristallinen EPDM-Terpolymeren mit einer gemeinsamen Kristallinität bis zu etwa 2 Gew.-% die Herstellung von Bahnenmaterialien für die Bedachung mit guten Säumen und physikalischen Eigenschaften, wie auch mit einer verbesserten Brennbeständigkeit, für Anwendungen mit starker Neigung ermöglicht.
Es soll bemerkt werden, dass die Erfindung nicht auf das obige Beispiel oder auf spezifische Arten von amorphen EPDM-Terpolymeren, wie sie hier als Beispiele aufgeführt wurden, oder auf die Offenbarung anderer typischer Verarbeitungsadditive oder Füllstoffe, wie hier aufgeführt, beschränkt ist, und dass das Beispiel nur zur Erläuterung der Durchführung der vorliegenden Erfindung aufgeführt wurde. Ähnlich ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf besondere Füllstoffe, Verarbeitungsmaterialien und Additive, wie sie als Beispiele aufgeführt wurden, oder deren Mengen beschränkt. Der Fachmann kann leicht andere amorphe Terpolymere (und Copolymere) oder Füllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel, und ähnliche, gemäß der hier gegebenen Offenbarung auswählen.
Aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaften sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bei der Herstellung von Bedachungsmembranen wertvoll. Bedachungsmembranen bzw. Stoffe, gebildet aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, können nach irgendeinem Verfahren, das üblicherweise zur Herstellung von Bedachungsmembranen aus gefüllten polymeren Zusammensetzungen verwendet wird, hergestellt werden. Beispielsweise können die Membranen nach einem an sich bekannten Kalendrierverfahren hergestellt werden. Wie oben angegeben, können die erfindungsgemäßen Membranen, gebildet aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, gegebenenfalls durch eine laminierte Textilie aus Faservlies verstärkt sein.
Es wird somit angenommen, dass irgendwelche der hier beschriebenen Variablen leicht bestimmt und kontrolliert werden können, ohne dass der Rahmen der hier offenbarten und beschriebenen Erfindung verlassen wird. Weiterhin soll der Umfang der vorliegenden Erfindung alle Modifizierungen und Variationen, die vom Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst werden, mit umfassen.

Claims

Feuerhemmendes Bahnenmaterial für die Bedachung, umfassend: ein Grundpolymer, enthaltend mindestens ein Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, wobei das Grundpolymer bis zu etwa 2 Gew.-% Kristallinität besitzt; etwa 85 bis etwa 175 Gew.-Teile von mindestens einem nicht-verbrennbaren Mineralfüllstoff pro 100 Teile des Grundpolymeren; etwa 30 bis etwa 50 Gew.-Teile Verarbeitungsmaterial pro 100 Teile des Grundpolymeren; etwa 50 bis etwa etwa 80 Gew.-Teile mindestens eines feuerhemmenden Additivs pro 100 Teile des Grundpolymeren; und etwa 1,5 bis etwa 10 Gew.-Teile einer Härtungspackung pro 100 Teile des Grundpolymeren, wobei das Bahnenmaterial mindestens 40 Prozent nicht-verbrennbare Materialien besitzt, und einen Grenzsauerstoffindex (limiting oxygen index (LOI)) von mindestens 40 Prozent Sauerstoff besitzt, wenn es gemäß ASTM D2863-91 geprüft wird.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, weiter umfassend etwa 30 bis 90 Gew.-Teile mindestens eines schwarzen Füllstoffs pro 100 Teile des Grundpolymeren.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei das Grundpolymere weiter ein zweites Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer enthält.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei das Grundpolymer weiter ein Polymer enthält, das ein Gemisch mit mindestens einem der Terpolymeren bildet, wobei das Polymere, das das Gemisch bildet, ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Copolymeren, hergestellt aus Monomeren, enthaltend mindestens 2 Kohlenstoffatome, vermischt in relativen Anteilen mit dem Terpolymeren, so dass die Gesamt-Kristallinität des Grundpolymeren bis zu etwa 2 Gew.-% beträgt.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei der nicht-verbrennbare Mineralfüllstoff ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus harten Tonen, weichen Tonen, chemisch modifizierten Tonen, Glimmer, Talk, Aluminiumoxidtrihydrat, Calciumcarbonat, Titandioxid, amorphem präzipitierten hydratisierten Silicamaterial und deren Gemischen.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 5, wobei der nicht-verbrennbare Mineralfüllstoff weiche Tone und Talk umfasst.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungsmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus paraffinischen Ölen, naphthenischen Ölen und Wachsen, und Gemischen davon.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine feuerhemmende Additiv eine feuerhemmende Packung ist, enthaltend mindestens ein Brom-enthaltendes Additiv und Antimontrioxid (Sb₂O₃).
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 8, wobei das Brom-enthaltende Additiv Decabromdiphenyloxid (DBDPO) ist.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei die Härtungspackung umfasst etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.- Teile Schwefel und etwa 1 bis etwa 8 Gew.-Teile mindestens eines Schwefelvulkanisationsbeschleunigers.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine Schwefelvulkanisationsbeschleuniger Benzothiazyldisulfid umfasst.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei das Bahnenmaterial etwa 45 Prozent nicht-verbrennbare Materialien enthält.
Feuerhemmendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei das Bahnenmaterial den UL-790-Test für Feuerbeständigkeit von Dachbelagmaterialien für geneigte Dächer mit einer Neigung von mindestens 1 inch pro linearem foot besteht.
Verfahren zum Decken eines Daches, umfassend: Aufbringen von Schichten aus Dachbahnenmaterial, hergestellt aus einer feuerhemmenden polymeren Masse, auf das zu deckende Dach, wobei die polymere Masse umfasst ein Grundpolymer, enthaltend mindestens ein Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, wobei das Grundpolymer bis zu etwa 2 Gew.-% Kristallinität besitzt; etwa 85 bis etwa 175 Gew.-Teile mindestens eines nicht-verbrennbaren Mineralfüllstoffs pro 100 Teile des Grundpolymeren; etwa 30 bis etwa 50 Gew.-Teile Verarbeitungsmaterial pro 100 Teile des Grundpolymeren; etwa 50 bis etwa 80 Gew.-Teile mindestens eines feuerhemmenden Additivs pro 100 Teile des Grundpolymeren; und etwa 1,5 bis etwa 10 Gew.-Teile einer Schwefelhärtungspackung pro 100 Teile des Grundpolymeren; Überlappen benachbarter Kanten der Schichten; und klebendes Umsäumen der aufeinander liegenden Flächen unter Bildung eines annehmbaren Saums, wobei die Masse enthält mindestens 40 Prozent nicht-verbrennbare Materialien und einen Grenzsauerstoffindex (limiting oxygen index (LOI)) von mindestens 40 Prozent Sauerstoff, wenn es gemäß ASTM D2863-91 geprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Masse weiter umfasst 30 bis 90 Gew.-Teile mindestens eines schwarzen Füllstoffs pro 100 Gew.-Teile des Grundpolymeren.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mindestens eine nicht-verbrennbare Mineralfüllstoff ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus harten Tonen, weichen Tonen, chemisch modifizierten Tonen, Glimmer, Talk, Aluminiumoxidtrihydrat, Calciumcarbonat, Titandioxid, amorphem präzipitierten hydratisierten Silicamaterial und deren Gemischen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das mindestens eine feuerhemmende Additiv eine feuerhemmende Packung ist, enthaltend mindestens ein Brom-enthaltendes Additiv und Antimontrioxid (Sb₂O₃).
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Brom enthaltende Additiv Decabromdiphenyloxid (DBDPO) ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Härtungspackung etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.-Teile Schwefel und etwa 1 bis etwa 8 Gew.-Teile mindestens eines Schwefelvulkanisationsbeschleunigers enthält.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der mindestens eine Schwefelvulkanisationsbeschleuniger Benzothiazyldisulfid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Masse etwa 45 Prozent nicht-verbrennbare Materialien enthält.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bahnenmaterial den UL-790-Test auf Feuerbeständigkeit von Dachbelagmaterialien für geneigte Dächer mit einer Neigung von mindestens 1 inch pro linearem foot besteht.